कैनेटीक्स- रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों का विज्ञान।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर- प्रति इकाई समय प्रति इकाई आयतन (सजातीय) या प्रति इकाई सतह (विषम) रासायनिक अंतःक्रिया के प्राथमिक कृत्यों की संख्या।

सही प्रतिक्रिया दर:

सजातीय, विषम प्रतिक्रियाओं के लिए:

1) प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता;

2) तापमान;

3) उत्प्रेरक;

4) अवरोधक।

केवल विषम के लिए:

1) इंटरफेस के लिए अभिकारकों की आपूर्ति की दर;

2) सतह क्षेत्र।

मुख्य कारक - प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति - अभिकर्मकों के अणुओं में परमाणुओं के बीच बंधन की प्रकृति।

NO 2 - नाइट्रिक ऑक्साइड (IV) - लोमड़ी की पूंछ, CO - कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन मोनोऑक्साइड।

यदि उन्हें ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकृत किया जाता है, तो पहले मामले में प्रतिक्रिया तुरंत जाएगी, यह पोत के स्टॉपर को खोलने के लायक है, दूसरे मामले में प्रतिक्रिया समय में बढ़ जाती है।

अभिकारकों की सांद्रता की चर्चा नीचे की जाएगी।

नीला ओपेलेसेंस सल्फर की वर्षा के क्षण को इंगित करता है, जितनी अधिक सांद्रता, उतनी ही अधिक दर।

चावल। दस

Na 2 S 2 O 3 की सांद्रता जितनी अधिक होगी, प्रतिक्रिया में उतना ही कम समय लगेगा। ग्राफ पर (चित्र 10) सीधे दिखाया गया है आनुपातिक निर्भरता. अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की मात्रात्मक निर्भरता MMA (द्रव्यमान क्रिया का नियम) द्वारा व्यक्त की जाती है, जिसमें कहा गया है: रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।

इसलिए, कैनेटीक्स का मूल नियमएक प्रयोगात्मक रूप से स्थापित कानून है: प्रतिक्रिया दर अभिकारकों की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, उदाहरण: (यानी प्रतिक्रिया के लिए)

इस प्रतिक्रिया के लिए एच 2 + जे 2 = 2 एचजे - दर को किसी भी पदार्थ की एकाग्रता में परिवर्तन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। यदि अभिक्रिया बाएँ से दाएँ चलती है, तो H2 और J2 की सांद्रता कम हो जाएगी, प्रतिक्रिया के दौरान HJ की सांद्रता बढ़ जाएगी। प्रतिक्रियाओं की तात्कालिक दर के लिए, आप व्यंजक लिख सकते हैं:

वर्ग कोष्ठक एकाग्रता का संकेत देते हैं।

भौतिक अर्थ क-अणु निरंतर गति में हैं, टकराते हैं, बिखरते हैं, बर्तन की दीवारों से टकराते हैं। एचजे गठन की रासायनिक प्रतिक्रिया होने के लिए, एच 2 और जे 2 अणुओं को टकराना चाहिए। इस तरह के टकरावों की संख्या जितनी अधिक होगी, एच 2 और जे 2 अणु उतने ही अधिक मात्रा में समाहित होंगे, अर्थात, [Н 2] और के मान उतने ही अधिक होंगे। लेकिन अणु अलग-अलग गति से चलते हैं, और दो टकराने वाले अणुओं की कुल गतिज ऊर्जा अलग-अलग होगी। यदि सबसे तेज़ एच 2 और जे 2 अणु टकराते हैं, तो उनकी ऊर्जा इतनी अधिक हो सकती है कि अणु आयोडीन और हाइड्रोजन परमाणुओं में टूट जाते हैं, जो अलग हो जाते हैं और फिर अन्य एच 2 + जे 2 अणुओं के साथ बातचीत करते हैं। > 2H+2J, फिर H + J 2 > एचजे + जे। यदि टकराने वाले अणुओं की ऊर्जा कम है, लेकिन एच-एच और जे-जे बांड को कमजोर करने के लिए पर्याप्त है, तो हाइड्रोजन आयोडीन के गठन की प्रतिक्रिया होगी:

अधिकांश टकराने वाले अणुओं के लिए, H 2 और J 2 में बंधों को कमजोर करने के लिए ऊर्जा आवश्यकता से कम होती है। ऐसे अणु "चुपचाप" टकराते हैं और "चुपचाप" भी फैल जाते हैं, शेष जो वे थे, एच ​​2 और जे 2। इस प्रकार, सभी नहीं, बल्कि टकराव का केवल एक हिस्सा रासायनिक प्रतिक्रिया की ओर ले जाता है। आनुपातिकता का गुणांक (k) सांद्रता [H 2] = = 1 mol पर प्रतिक्रिया की ओर ले जाने वाले प्रभावी टकरावों की संख्या को दर्शाता है। मूल्य क-स्थिरांक गति. गति स्थिर कैसे हो सकती है? हाँ, एकसमान रेखीय गति की गति को स्थिरांक कहते हैं वेक्टर क्वांटिटी, इस अवधि के मूल्य के लिए किसी भी अवधि के लिए शरीर की गति के अनुपात के बराबर। लेकिन अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, तो गति कैसे स्थिर हो सकती है? लेकिन एक स्थिर गति केवल एक स्थिर तापमान पर ही हो सकती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तेज अणुओं का अनुपात, जिनकी टक्कर से प्रतिक्रिया होती है, बढ़ जाती है, यानी दर स्थिर बढ़ जाती है। लेकिन स्थिर दर में वृद्धि असीमित नहीं है। एक निश्चित तापमान पर, अणुओं की ऊर्जा इतनी बड़ी हो जाएगी कि अभिकारकों के लगभग सभी टकराव प्रभावी होंगे। जब दो तेज अणु टकराते हैं, तो विपरीत प्रतिक्रिया होगी।

एक क्षण आएगा जब एच 2 और जे 2 से 2 एचजे के गठन और अपघटन की दर बराबर होगी, लेकिन यह पहले से ही एक रासायनिक संतुलन है। एक सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के साथ सोडियम थायोसल्फेट समाधान की बातचीत की पारंपरिक प्रतिक्रिया का उपयोग करके अभिकारकों की एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का पता लगाया जा सकता है।

ना 2 एस 2 ओ 3 + एच 2 एसओ 4 = ना 2 एसओ 4 + एच 2 एस 2 ओ 3, (1)

एच 2 एस 2 ओ 3 \u003d एसवी + एच 2 ओ + एसओ 2 ^। (2)

प्रतिक्रिया (1) लगभग तुरंत आगे बढ़ती है। प्रतिक्रिया की दर (2) अभिकारक H 2 S 2 O 3 की सांद्रता पर एक स्थिर तापमान पर निर्भर करती है। यह वह प्रतिक्रिया है जिसे हमने देखा - इस मामले में, दर को समाधान डालने की शुरुआत से लेकर ओपेलेसेंस की उपस्थिति तक के समय से मापा जाता है। लेख में एल. एम. कुज़नेत्सोवा सोडियम थायोसल्फेट के साथ परस्पर क्रिया की प्रतिक्रिया का वर्णन किया हाइड्रोक्लोरिक एसिड. वह लिखती हैं कि जब घोल सूख जाता है, तो ओपेलेसेंस (मैलापन) होता है। लेकिन एल एम कुज़नेत्सोवा का यह कथन गलत है, क्योंकि ओपेलेसेंस और क्लाउडिंग अलग-अलग चीजें हैं। ओपेलेसेंस (ओपल और लैटिन से) सेंटिया- प्रत्यय अर्थ कमजोर क्रिया) - उनकी ऑप्टिकल असमानता के कारण टर्बिड मीडिया द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन। प्रकाश बिखरना- माध्यम में फैलने वाली प्रकाश किरणों का मूल दिशा से सभी दिशाओं में विचलन। कोलाइडल कण प्रकाश को बिखेरने में सक्षम हैं (टाइन्डल-फैराडे प्रभाव) - यह कोलाइडल घोल की ओपेलेसेंस, मामूली मैलापन की व्याख्या करता है। इस प्रयोग का संचालन करते समय, नीले रंग की ओपेलेसेंस को ध्यान में रखना आवश्यक है, और फिर सल्फर के कोलाइडयन निलंबन का जमावट। निलंबन का समान घनत्व किसी भी पैटर्न (उदाहरण के लिए, कप के तल पर ग्रिड) के स्पष्ट गायब होने से नोट किया जाता है, ऊपर से समाधान परत के माध्यम से देखा जाता है। जल निकासी के क्षण से स्टॉपवॉच द्वारा समय की गणना की जाती है।

समाधान ना 2 एस 2 ओ 3 एक्स 5 एच 2 ओ और एच 2 एसओ 4।

पहला एच 2 ओ के 100 मिलीलीटर में 7.5 ग्राम नमक घोलकर तैयार किया जाता है, जो 0.3 एम एकाग्रता से मेल खाता है। समान सांद्रता वाले H2SO4 का घोल तैयार करने के लिए H2SO4(k) के 1.8 मिली को मापना आवश्यक है। ? = = 1.84 ग्राम / सेमी 3 और इसे एच 2 ओ के 120 मिलीलीटर में घोलें। ना 2 एस 2 ओ 3 के तैयार घोल को तीन गिलास में डालें: पहले में - 60 मिली, दूसरे में - 30 मिली, तीसरे में - 10 मिली. दूसरे गिलास में 30 मिली डिस्टिल्ड एच 2 ओ और तीसरे में 50 मिली मिलाएं। इस प्रकार, तीनों गिलास में 60 मिलीलीटर तरल होगा, लेकिन पहले नमक की एकाग्रता सशर्त रूप से = 1 है, दूसरे में - ½, और तीसरे में - 1/6। घोल तैयार होने के बाद, पहले गिलास में नमक के घोल के साथ 60 मिली एच 2 एसओ 4 घोल डालें और स्टॉपवॉच आदि चालू करें। यह देखते हुए कि ना 2 एस 2 ओ 3 घोल के कमजोर पड़ने से प्रतिक्रिया दर कम हो जाती है, यह समय के व्युत्क्रमानुपाती मान के रूप में निर्धारित किया जा सकता है वी =एक/? और भुज पर सान्द्रता तथा कोटि पर अभिक्रिया की दर को आलेखित करके एक ग्राफ बनाएँ। इस निष्कर्ष से - प्रतिक्रिया दर पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर करती है। प्राप्त डेटा तालिका 3 में सूचीबद्ध हैं। यह प्रयोग ब्यूरेट्स का उपयोग करके किया जा सकता है, लेकिन इसके लिए कलाकार से बहुत अभ्यास की आवश्यकता होती है, क्योंकि शेड्यूल कभी-कभी गलत होता है।

टेबल तीन

गति और प्रतिक्रिया समय

गुल्डबर्ग-वेज कानून की पुष्टि की गई है - रसायन विज्ञान के प्रोफेसर गुलडेर्ग और युवा वैज्ञानिक वेज)।

अगले कारक पर विचार करें - तापमान।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। वैंट हॉफ नियम द्वारा इस निर्भरता का वर्णन किया गया है: "जब तापमान हर 10 डिग्री सेल्सियस के लिए बढ़ता है, तो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।"

कहाँ पे ? – तापमान गुणांक, यह दर्शाता है कि तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ जाती है;

वी 1 - तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी 1 ;

वी 2 -तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी2.

उदाहरण के लिए, 50 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया दो मिनट में आगे बढ़ती है, तापमान गुणांक होने पर प्रक्रिया 70 डिग्री सेल्सियस पर कितनी देर तक समाप्त होगी ? = 2?

टी 1 = 120 एस = 2 मिनट; टी 1 = 50 डिग्री सेल्सियस; टी 2 = 70 डिग्री सेल्सियस।

तापमान में मामूली वृद्धि भी सक्रिय आणविक टकराव की प्रतिक्रिया दर में तेज वृद्धि का कारण बनती है। सक्रियण सिद्धांत के अनुसार, केवल वे अणु प्रक्रिया में भाग लेते हैं, जिनकी ऊर्जा एक निश्चित मात्रा में अणुओं की औसत ऊर्जा से अधिक होती है। यह अतिरिक्त ऊर्जा सक्रियण ऊर्जा है। इसका भौतिक अर्थ वह ऊर्जा है जो अणुओं की सक्रिय टक्कर (ऑर्बिटल्स की पुनर्व्यवस्था) के लिए आवश्यक है। सक्रिय कणों की संख्या, और इसलिए प्रतिक्रिया दर, तापमान के साथ एक घातीय कानून के अनुसार बढ़ जाती है, अरहेनियस समीकरण के अनुसार, जो तापमान पर स्थिर दर की निर्भरता को दर्शाता है

कहाँ पे लेकिन -अरहेनियस आनुपातिकता कारक;

क-बोल्ट्जमान नियतांक;

ई ए -सक्रियण ऊर्जा;

आर-गैस स्थिरांक;

टी-तापमान।

एक उत्प्रेरक एक पदार्थ है जो प्रतिक्रिया की दर को तेज करता है लेकिन स्वयं खपत नहीं होता है।

कटैलिसीस- उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन की घटना। सजातीय और विषमांगी उत्प्रेरण के बीच भेद। सजातीय- यदि अभिकारक और उत्प्रेरक समान हों एकत्रीकरण की स्थिति. विजातीय- यदि अभिकारक और उत्प्रेरक एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में हैं। कटैलिसीस के बारे में अलग से देखें (आगे)।

अवरोधकएक पदार्थ जो प्रतिक्रिया की दर को धीमा कर देता है।

अगला कारक सतह क्षेत्र है। अभिकारक की सतह जितनी बड़ी होगी, गति उतनी ही अधिक होगी। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया दर पर फैलाव की डिग्री के प्रभाव पर विचार करें।

CaCO 3 - संगमरमर। हम टाइल वाले संगमरमर को हाइड्रोक्लोरिक एसिड एचसीएल में कम करते हैं, पांच मिनट प्रतीक्षा करें, यह पूरी तरह से भंग हो जाएगा।

पाउडर मार्बल - हम इसके साथ भी यही प्रक्रिया करेंगे, यह तीस सेकंड में घुल गया।

दोनों प्रक्रियाओं के लिए समीकरण समान है।

सीएसीओ 3 (टीवी) + एचसीएल (जी) \u003d सीएसीएल 2 (टीवी) + एच 2 ओ (एल) + सीओ 2 (जी) ^।

इसलिए, जब संगमरमर का पाउडर मिलाते हैं, तो समान द्रव्यमान के साथ टाइल संगमरमर को जोड़ने का समय कम होता है।

चरणों के बीच इंटरफेस में वृद्धि के साथ, विषम प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है।

सिस्टम। लेकिन यह मान प्रतिक्रिया की वास्तविक संभावना को नहीं दर्शाता है, इसकी रफ़्तारऔर तंत्र।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया के पूर्ण प्रतिनिधित्व के लिए, इसके कार्यान्वयन के दौरान कौन से अस्थायी पैटर्न मौजूद हैं, इसका ज्ञान होना चाहिए, अर्थात। रासायनिक प्रतिक्रिया दरऔर इसका विस्तृत तंत्र। प्रतिक्रिया अध्ययन की दर और तंत्र रासायनिक गतिकीरासायनिक प्रक्रिया का विज्ञान।

दृष्टिकोण से रासायनिक गतिकीप्रतिक्रियाओं को वर्गीकृत किया जा सकता है सरल और जटिल में.

सरल प्रतिक्रियाएं- मध्यवर्ती यौगिकों के निर्माण के बिना होने वाली प्रक्रियाएं। इसमें भाग लेने वाले कणों की संख्या के अनुसार, उन्हें विभाजित किया जाता है मोनोमोलेक्यूलर, द्वि-आणविक, त्रि-आणविक। 3 से अधिक कणों की टक्कर की संभावना नहीं है, इसलिए त्रिआण्विक प्रतिक्रियाएं काफी दुर्लभ हैं, और चार-आणविक वाले अज्ञात हैं। जटिल प्रतिक्रियाएं- कई प्राथमिक प्रतिक्रियाओं से युक्त प्रक्रियाएं।

कोई भी प्रक्रिया अपनी अंतर्निहित गति से आगे बढ़ती है, जिसे एक निश्चित अवधि में होने वाले परिवर्तनों से निर्धारित किया जा सकता है। मध्यम रासायनिक प्रतिक्रिया दरकिसी पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के रूप में व्यक्त किया जाता है एनउपभोग या प्राप्त पदार्थ प्रति इकाई मात्रा V प्रति इकाई समय t.

υ = ± डीएन/ डीटी· वी

यदि पदार्थ का सेवन किया जाता है, तो हम "-" चिन्ह लगाते हैं, यदि यह जमा हो जाता है - "+"

स्थिर मात्रा में:

υ = ± डीसी/ डीटी,

प्रतिक्रिया दर इकाई mol/l s

सामान्य तौर पर, एक स्थिर मान है और यह इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि हम प्रतिक्रिया में किस पदार्थ का अनुसरण कर रहे हैं।

प्रतिक्रिया समय पर अभिकर्मक या उत्पाद की एकाग्रता की निर्भरता के रूप में प्रस्तुत किया जाता है गतिज वक्र, जो दिखता है:

प्रयोगात्मक डेटा से की गणना करना अधिक सुविधाजनक है यदि उपरोक्त व्यंजकों को निम्नलिखित व्यंजक में परिवर्तित किया जाता है:

सक्रिय जनता का कानून। प्रतिक्रिया का क्रम और दर स्थिरांक

शब्दों में से एक सामूहिक कार्रवाई का कानूनऐसा लगता है: एक प्राथमिक सजातीय रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।

यदि अध्ययन के तहत प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया गया है:

ए ए + बी बी = उत्पाद

तब एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर व्यक्त की जा सकती है गतिज समीकरण:

υ = के [ए] ए [बी] बीया

υ = के सी ए ए सी बी बी

यहां [ ए] तथा [बी] (सीए तथासी बी) - अभिकर्मकों की एकाग्रता,

एक औरबीएक साधारण प्रतिक्रिया के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं,

कप्रतिक्रिया दर स्थिर है।

मात्रा का रासायनिक अर्थ क- ये है गति प्रतिक्रियाएकल सांद्रता पर। अर्थात्, यदि पदार्थ A और B की सांद्रता 1 के बराबर है, तो υ = क.

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि जटिल रासायनिक प्रक्रियाओं में गुणांक एक औरबीस्टोइकोमेट्रिक वाले से मेल नहीं खाते।

सामूहिक कार्रवाई का कानून कई शर्तों के तहत पूरा होता है:

• प्रतिक्रिया ऊष्मीय रूप से सक्रिय होती है, अर्थात। थर्मल गति ऊर्जा।
• अभिकर्मकों की एकाग्रता समान रूप से वितरित की जाती है।
• प्रक्रिया के दौरान पर्यावरण के गुण और शर्तें नहीं बदलती हैं।
• पर्यावरण गुणों को प्रभावित नहीं करना चाहिए क.

जटिल प्रक्रियाओं के लिए सामूहिक कार्रवाई का कानून लागू नहीं किया जा सकता। इसे इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि एक जटिल प्रक्रिया में कई प्रारंभिक चरण होते हैं, और इसकी गति सभी चरणों की कुल गति से निर्धारित नहीं होगी, बल्कि केवल सबसे धीमी चरणों में से एक द्वारा निर्धारित की जाएगी, जिसे कहा जाता है सीमित.

प्रत्येक प्रतिक्रिया का अपना होता है गण. ठानना निजी (आंशिक) आदेशअभिकर्मक द्वारा और सामान्य (पूर्ण) आदेश. उदाहरण के लिए, किसी प्रक्रिया के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया की दर के व्यंजक में

ए ए + बी बी = उत्पाद

υ = क·[ ए] एक·[ बी] बी

एक- अभिकर्मक द्वारा आदेश लेकिन

बी — अभिकर्मक द्वारा आदेश पर

सामान्य आदेश एक + बी = एन

के लिये सरल प्रक्रियाप्रतिक्रिया क्रम प्रतिक्रियाशील कणों की संख्या को इंगित करता है (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के साथ मेल खाता है) और पूर्णांक मान लेता है। के लिये जटिल प्रक्रियाप्रतिक्रिया का क्रम स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के साथ मेल नहीं खाता है और कोई भी हो सकता है।

आइए हम रासायनिक अभिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारकों का निर्धारण करें।

1. अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता

   सामूहिक कार्रवाई के कानून द्वारा निर्धारित: υ = क[ ए] एक·[ बी] बी

जाहिर है, अभिकारकों की बढ़ती सांद्रता के साथ, बढ़ता है, क्योंकि रासायनिक प्रक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है। इसके अलावा, प्रतिक्रिया के क्रम पर विचार करना महत्वपूर्ण है: यदि यह एन = 1कुछ अभिकर्मक के लिए, तो इसकी दर सीधे इस पदार्थ की एकाग्रता के समानुपाती होती है। यदि किसी अभिकर्मक के लिए एन = 2, तो इसकी एकाग्रता को दोगुना करने से प्रतिक्रिया दर में 2 2 \u003d 4 गुना वृद्धि होगी, और एकाग्रता को 3 गुना बढ़ाने से प्रतिक्रिया 3 2 \u003d 9 गुना तेज हो जाएगी।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर, विभिन्न कारकों पर इसकी निर्भरता

सजातीय और विषम रासायनिक प्रतिक्रियाएं

रासायनिक प्रतिक्रियाएं अलग-अलग गति से आगे बढ़ती हैं: कम गति पर - स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स के निर्माण के दौरान, औसत गति से - खाना बनाते समय, तुरंत - एक विस्फोट के दौरान। जलीय घोल में प्रतिक्रियाएं बहुत जल्दी, लगभग तुरंत होती हैं। हम बेरियम क्लोराइड और सोडियम सल्फेट - बेरियम सल्फेट के घोल को तुरंत अवक्षेप के रूप में मिलाते हैं। सल्फर जल्दी जलता है, लेकिन तुरंत नहीं, मैग्नीशियम हाइड्रोक्लोरिक एसिड में घुल जाता है, एथिलीन ब्रोमीन पानी को रंगहीन कर देता है। धीरे-धीरे लोहे की वस्तुओं पर जंग लग जाता है, तांबे और कांसे के उत्पादों पर पट्टिका बन जाती है, पत्ते धीरे-धीरे सड़ जाते हैं और दांत नष्ट हो जाते हैं।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की भविष्यवाणी करने के साथ-साथ प्रक्रिया की शर्तों पर इसकी निर्भरता को स्पष्ट करना एक कार्य है। रासायनिक गतिकी- समय में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम की नियमितता का विज्ञान।

यदि रासायनिक प्रतिक्रियाएं एक सजातीय माध्यम में होती हैं, उदाहरण के लिए, किसी घोल में या गैस चरण में, तो अभिकारकों की परस्पर क्रिया पूरे आयतन में होती है। ऐसी प्रतिक्रियाएँ, जैसा कि आप जानते हैं, कहलाती हैं सजातीय.

एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर ($v_(homog.)$) को प्रति इकाई समय प्रति इकाई मात्रा में पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है:

$υ_(होमोग।)=(∆n)/(∆t V),$

जहां $∆n$ एक पदार्थ के मोलों की संख्या में परिवर्तन है (अक्सर प्रारंभिक एक, लेकिन यह प्रतिक्रिया उत्पाद भी हो सकता है); $∆t$ — समय अंतराल (s, min.); $V$ गैस या विलयन (l) का आयतन है।

चूँकि पदार्थ की मात्रा का आयतन का अनुपात मोलर सांद्रण $C$ है, तो

$(∆n)/(V)=∆C.$

इस तरह, सजातीय प्रतिक्रिया दरप्रति इकाई समय में किसी एक पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है:

$υ_(होमोग.)=(∆C)/(∆t)[(mol)/(l s)]$

यदि सिस्टम का वॉल्यूम नहीं बदलता है। यदि एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में पदार्थों के बीच प्रतिक्रिया होती है (उदाहरण के लिए, एक ठोस और गैस या तरल के बीच), या उन पदार्थों के बीच जो एक सजातीय माध्यम बनाने में असमर्थ हैं (उदाहरण के लिए, अमिश्रणीय तरल पदार्थ के बीच), तो यह केवल होता है पदार्थों की संपर्क सतह पर। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है विजातीय.

विषम प्रतिक्रिया दरप्रति इकाई समय प्रति इकाई सतह पर पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है:

$υ_(होमोग.)=(∆C)/(∆t S)[(mol)/(c m^2)]$

जहां $S$ पदार्थों के बीच संपर्क का सतह क्षेत्र है ($m^2, cm^2$)।

यदि, किसी भी चल रही प्रतिक्रिया के लिए, प्रारंभिक पदार्थ की एकाग्रता को अलग-अलग समय पर प्रयोगात्मक रूप से मापा जाता है, तो इस अभिकर्मक के लिए गतिज वक्र का उपयोग करके इसके परिवर्तन को ग्राफिक रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है।

प्रतिक्रिया दर एक स्थिर मूल्य नहीं है। हमने एक निश्चित समय अंतराल में दी गई प्रतिक्रिया की केवल एक निश्चित औसत दर का संकेत दिया।

कल्पना कीजिए कि हम एक प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करते हैं

$H_2+Cl_2→2HCl$

ए) $Н_2$ की एकाग्रता को बदलकर;

बी) $HCl$ की एकाग्रता को बदलकर।

क्या हमें समान मूल्य मिलेंगे? आखिरकार, $1$ mol $H_2$ $2$ mol $HCl$ से बनता है, इसलिए स्थिति b) में गति दोगुनी होगी। अतः अभिक्रिया दर का मान उस पदार्थ पर भी निर्भर करता है जिससे वह निर्धारित होता है।

किसी पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन जिसके द्वारा प्रतिक्रिया की दर निर्धारित की जाती है, है बाहरी कारकशोधकर्ता द्वारा देखा गया। वास्तव में, सभी प्रक्रियाएं सूक्ष्म स्तर पर की जाती हैं। जाहिर है, कुछ कणों को प्रतिक्रिया करने के लिए, उन्हें सबसे पहले टकराना चाहिए, और प्रभावी ढंग से टकराना चाहिए: गेंदों की तरह अलग-अलग दिशाओं में बिखरने के लिए नहीं, बल्कि इस तरह से कि कणों में पुराने बंधन नष्ट हो जाते हैं या कमजोर हो जाते हैं और नए हो सकते हैं रूप, लेकिन कणों के लिए पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए।

गणना के आंकड़ों से पता चलता है कि, उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय दबाव पर गैसों में अणुओं की टक्कर अरबों डॉलर प्रति $ 1 डॉलर है, यानी। सभी प्रतिक्रियाएं तात्कालिक होनी चाहिए। लेकिन ऐसा नहीं है। यह पता चला है कि अणुओं के केवल एक बहुत छोटे अंश में प्रभावी टक्कर उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है।

एक प्रभावी टक्कर होने के लिए एक कण (या कणों की जोड़ी) में न्यूनतम अतिरिक्त ऊर्जा होनी चाहिए, कहलाती है सक्रियण ऊर्जा$ई_ए$।

इस प्रकार, सभी कणों के प्रतिक्रिया में प्रवेश करने के रास्ते में एक ऊर्जा अवरोध होता है, जो सक्रियण ऊर्जा $E_a$ के बराबर होता है। जब यह छोटा होता है, तो कई कण होते हैं जो इसे दूर कर सकते हैं, और प्रतिक्रिया दर अधिक होती है। अन्यथा, एक धक्का की आवश्यकता है। जब आप स्पिरिट लैंप जलाने के लिए माचिस लाते हैं, तो आप ऑक्सीजन अणुओं के साथ अल्कोहल अणुओं के प्रभावी टकराव के लिए आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा $E_a$ प्रदान कर रहे हैं (अवरोध पर काबू पाने)।

निष्कर्ष में, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि व्यावहारिक रूप से कई संभावित प्रतिक्रियाएं नहीं होती हैं, क्योंकि उच्च सक्रियण ऊर्जा।

यह हमारे जीवन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कल्पना कीजिए कि क्या होगा यदि सभी थर्मोडायनामिक रूप से अनुमत प्रतिक्रियाएं बिना किसी ऊर्जा अवरोध (सक्रियण ऊर्जा) के आगे बढ़ सकें। हवा में ऑक्सीजन किसी भी चीज के साथ प्रतिक्रिया करेगा जो जल सकती है या बस ऑक्सीकरण कर सकती है। हर कोई भुगतेगा कार्बनिक पदार्थ, वे कार्बन डाइऑक्साइड $CO_2$ और पानी $H_2O$ में बदल जाएंगे।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कई कारकों पर निर्भर करती है। मुख्य हैं: अभिकारकों की प्रकृति और सांद्रता, दबाव (गैसों से जुड़ी प्रतिक्रियाओं में), तापमान, उत्प्रेरक की क्रिया और विषम प्रतिक्रियाओं के मामले में अभिकारकों की सतह। रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर इन कारकों में से प्रत्येक के प्रभाव पर विचार करें।

तापमान

आप जानते हैं कि जब तापमान बढ़ता है, तो ज्यादातर मामलों में रासायनिक प्रतिक्रिया की दर काफी बढ़ जाती है। 19 वीं सदी में डच रसायनज्ञ जे.एच. वैंट हॉफ ने नियम तैयार किया:

प्रत्येक $ 10°C$ के लिए तापमान में वृद्धि से प्रतिक्रिया दर में 2-4 के कारक की वृद्धि होती है (इस मान को प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक कहा जाता है)।

तापमान में वृद्धि के साथ, अणुओं का औसत वेग, उनकी ऊर्जा और टकरावों की संख्या में थोड़ी वृद्धि होती है, लेकिन प्रतिक्रिया के ऊर्जा अवरोध को दूर करने वाले प्रभावी टकरावों में भाग लेने वाले सक्रिय अणुओं का अंश तेजी से बढ़ता है।

गणितीय रूप से, यह निर्भरता संबंध द्वारा व्यक्त की जाती है:

$υ_(t_2)=υ_(t_1)γ^((t_2-t_1)/(10)),$

जहां $υ_(t_1)$ और $υ_(t_2)$ क्रमशः अंतिम $t_2$ और प्रारंभिक $t_1$ तापमान पर प्रतिक्रिया दर हैं, और $γ$ प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक है, जो दर्शाता है कि कितने हर $10°C$ के तापमान में वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कई गुना बढ़ जाती है।

हालांकि, प्रतिक्रिया दर बढ़ाने के लिए, तापमान में वृद्धि हमेशा लागू नहीं होती है, क्योंकि। प्रारंभिक पदार्थ विघटित होना शुरू हो सकते हैं, सॉल्वैंट्स या पदार्थ स्वयं वाष्पित हो सकते हैं।

प्रतिक्रियाशील एकाग्रता

प्रतिक्रिया में भागीदारी के साथ दबाव में बदलाव गैसीय पदार्थइन पदार्थों की सांद्रता में भी परिवर्तन होता है।

कणों के बीच रासायनिक संपर्क होने के लिए, उन्हें प्रभावी ढंग से टकराना चाहिए। अभिकारकों की सांद्रता जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक टक्कर होती है और तदनुसार, प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होती है। उदाहरण के लिए, एसिटिलीन शुद्ध ऑक्सीजन में बहुत जल्दी जलती है। यह धातु को पिघलाने के लिए पर्याप्त तापमान विकसित करता है। बड़ी मात्रा में प्रायोगिक सामग्री के आधार पर, 1867 में नॉर्वेजियन के। गुलडेनबर्ग और पी। वेगे, और उनमें से स्वतंत्र रूप से 1865 में, रूसी वैज्ञानिक एन। आई। बेकेटोव ने रासायनिक कैनेटीक्स का मूल कानून तैयार किया, जो प्रतिक्रिया की निर्भरता को स्थापित करता है। प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता पर दर।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है, जो प्रतिक्रिया समीकरण में उनके गुणांक के बराबर शक्तियों में ली जाती है।

इस नियम को सामूहिक क्रिया का नियम भी कहा जाता है।

प्रतिक्रिया $A+B=D$ के लिए यह कानून निम्नानुसार व्यक्त किया गया है:

$υ_1=k_1 C_A C_B$

प्रतिक्रिया के लिए $2A+B=D$ यह कानून निम्नानुसार व्यक्त किया गया है:

$υ_2=k_2 C_A^2 C_B$

यहां $C_A, C_B$ पदार्थों की सांद्रता $A$ और $B$ (mol/l) हैं; $k_1$ और $k_2$ आनुपातिकता के गुणांक हैं, जिन्हें प्रतिक्रिया दर स्थिरांक कहा जाता है।

प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ स्थापित करना मुश्किल नहीं है - यह संख्यात्मक रूप से प्रतिक्रिया दर के बराबर है जिसमें अभिकारकों की सांद्रता $ 1$ mol/l के बराबर होती है या उनका उत्पाद एकता के बराबर होता है। इस मामले में, यह स्पष्ट है कि प्रतिक्रिया की दर स्थिर केवल तापमान पर निर्भर करती है और पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करती है।

सामूहिक क्रिया का नियम ठोस अवस्था में अभिकारक पदार्थों की सांद्रता को ध्यान में नहीं रखता, क्योंकि वे सतहों पर प्रतिक्रिया करते हैं और उनकी सांद्रता आमतौर पर स्थिर होती है।

उदाहरण के लिए, कोयले की दहन प्रतिक्रिया के लिए

प्रतिक्रिया दर अभिव्यक्ति इस तरह लिखी जानी चाहिए:

$υ=k·C_(O_2)$,

यानी, प्रतिक्रिया दर केवल ऑक्सीजन एकाग्रता के समानुपाती होती है।

यदि प्रतिक्रिया समीकरण केवल समग्र रासायनिक प्रतिक्रिया का वर्णन करता है, जो कई चरणों में होता है, तो ऐसी प्रतिक्रिया की दर प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता पर जटिल तरीके से निर्भर हो सकती है। यह निर्भरता प्रयोगात्मक या सैद्धांतिक रूप से प्रस्तावित प्रतिक्रिया तंत्र के आधार पर निर्धारित की जाती है।

उत्प्रेरक की क्रिया

विशेष पदार्थों का उपयोग करके प्रतिक्रिया दर को बढ़ाना संभव है जो प्रतिक्रिया तंत्र को बदलते हैं और इसे कम सक्रियण ऊर्जा के साथ ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल पथ के साथ निर्देशित करते हैं। वे कहते हैं उत्प्रेरक(अक्षांश से। कटैलिसीस- विनाश)।

उत्प्रेरक एक अनुभवी मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, पर्यटकों के एक समूह को पहाड़ों में एक उच्च दर्रे के माध्यम से निर्देशित नहीं करता है (इस पर काबू पाने के लिए बहुत प्रयास और समय की आवश्यकता होती है और सभी के लिए सुलभ नहीं है), लेकिन उसके साथ जाने वाले चक्कर पथ के साथ, जिसके साथ आप पहाड़ को बहुत आसान और तेज पार कर सकते हैं। सच है, एक चक्कर पर आप काफी नहीं पहुंच सकते हैं जहां मुख्य दर्रा जाता है। लेकिन कभी-कभी ठीक वही होता है जिसकी आपको आवश्यकता होती है! इस प्रकार उत्प्रेरक कार्य करते हैं, जिन्हें कहा जाता है चयनात्मक. यह स्पष्ट है कि अमोनिया और नाइट्रोजन को जलाने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन नाइट्रिक ऑक्साइड (II) का उपयोग नाइट्रिक एसिड के उत्पादन में किया जाता है।

उत्प्रेरक वे पदार्थ हैं जो रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं और इसकी गति या दिशा बदलते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के अंत में मात्रात्मक और गुणात्मक रूप से अपरिवर्तित रहते हैं।

किसी उत्प्रेरक की सहायता से किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर या उसकी दिशा में परिवर्तन को कहते हैं कटैलिसीस. उत्प्रेरक का व्यापक रूप से विभिन्न उद्योगों और परिवहन में उपयोग किया जाता है (उत्प्रेरक कन्वर्टर्स जो कार निकास गैसों में नाइट्रोजन ऑक्साइड को हानिरहित नाइट्रोजन में परिवर्तित करते हैं)।

उत्प्रेरण दो प्रकार का होता है।

सजातीय उत्प्रेरण, जिसमें उत्प्रेरक और अभिकारक दोनों एकत्रीकरण (चरण) की एक ही अवस्था में होते हैं।

विषम उत्प्रेरणजहां उत्प्रेरक और अभिकारक विभिन्न चरणों में होते हैं। उदाहरण के लिए, एक ठोस मैंगनीज (IV) ऑक्साइड उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन पेरोक्साइड का अपघटन:

$2H_2O_2(→)↖(MnO_2(I))2H_2O_((l))+O_2(g)$

प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्प्रेरक का स्वयं उपभोग नहीं किया जाता है, लेकिन यदि अन्य पदार्थ इसकी सतह पर सोख लिए जाते हैं (उन्हें कहा जाता है) उत्प्रेरक जहर), तब सतह निष्क्रिय हो जाती है, उत्प्रेरक के पुनर्जनन की आवश्यकता होती है। इसलिए, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया करने से पहले, प्रारंभिक सामग्री को अच्छी तरह से शुद्ध किया जाता है।

उदाहरण के लिए, संपर्क विधि द्वारा सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में, एक ठोस उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है - वैनेडियम (V) ऑक्साइड $V_2O_5$:

$2SO_2+O_2⇄2SO_3$

मेथनॉल के उत्पादन में, एक ठोस जस्ता-क्रोमियम उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है ($8ZnO Cr_2O_3×CrO_3$):

$CO_((g))+2H_(2(g))⇄CH_3OH_((g))$

जैविक उत्प्रेरक बहुत प्रभावशाली ढंग से कार्य करते हैं - एंजाइमों. द्वारा रासायनिक प्रकृतियह गिलहरी है। उनके लिए धन्यवाद, कम तापमान पर रहने वाले जीवों में जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाएं तेज गति से आगे बढ़ती हैं। एंजाइम बहुत विशिष्ट होते हैं, उनमें से प्रत्येक केवल अपनी प्रतिक्रिया को तेज करता है, जो जाता है सही समयऔर सही जगह पर $100%$ के करीब उपज के साथ। एंजाइमों के समान कृत्रिम उत्प्रेरक बनाना रसायनज्ञों का सपना है!

बेशक, आपने अन्य रोचक पदार्थों के बारे में सुना है - अवरोधकों(अक्षांश से। इनहिबेरे- देरी)। वे सक्रिय कणों के साथ उच्च दर पर प्रतिक्रिया करके निष्क्रिय यौगिक बनाते हैं। नतीजतन, प्रतिक्रिया तेजी से धीमी हो जाती है और फिर रुक जाती है। अवांछित प्रक्रियाओं को रोकने के लिए अवरोधकों को अक्सर विभिन्न पदार्थों में विशेष रूप से जोड़ा जाता है।

उदाहरण के लिए, अवरोधकों की मदद से, हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान, समय से पहले पोलीमराइजेशन को रोकने के लिए मोनोमर्स, हाइड्रोक्लोरिक एसिड को स्थिर किया जाता है ताकि इसे स्टील के कंटेनरों में ले जाया जा सके। जीवित जीवों में अवरोधक भी पाए जाते हैं; वे ऊतक कोशिकाओं में विभिन्न हानिकारक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं को दबाते हैं, जिन्हें शुरू किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी विकिरण द्वारा।

अभिकारकों की प्रकृति (उनकी संरचना, संरचना)

सक्रियण ऊर्जा का मूल्य वह कारक है जिसके माध्यम से प्रतिक्रिया दर पर प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की प्रकृति का प्रभाव प्रभावित होता है।

यदि सक्रियण ऊर्जा कम है ($< 40$ кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

यदि सक्रियण ऊर्जा अधिक है ($> 120$ kJ/mol), तो इसका मतलब है कि परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच टकराव का केवल एक नगण्य हिस्सा प्रतिक्रिया की ओर ले जाता है। इसलिए इस तरह की प्रतिक्रिया की दर बहुत धीमी है। उदाहरण के लिए, सामान्य तापमान पर अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया की प्रगति को नोटिस करना लगभग असंभव है।

यदि सक्रियण ऊर्जा हैं मध्यवर्ती मूल्य($40-120$ kJ/mol), तो ऐसी प्रतिक्रियाओं की दर औसत होगी। इन प्रतिक्रियाओं में पानी के साथ सोडियम की बातचीत शामिल है या एथिल अल्कोहोलएथिलीन के साथ ब्रोमीन पानी का रंग बदलना, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ जस्ता की बातचीत आदि।

अभिकारकों की संपर्क सतह

पदार्थों की सतह पर होने वाली प्रतिक्रियाओं की दर, अर्थात्। विषमांगी, निर्भर करता है, अन्य चीजें समान होने पर, इस सतह के गुणों पर। यह ज्ञात है कि पाउडर चाक, चाक के बराबर द्रव्यमान के टुकड़े की तुलना में हाइड्रोक्लोरिक एसिड में बहुत तेजी से घुलता है।

प्रतिक्रिया दर में वृद्धि को समझाया गया है, सबसे पहले, प्रारंभिक पदार्थों की संपर्क सतह में वृद्धि, साथ ही कई अन्य कारणों से, उदाहरण के लिए, नियमित क्रिस्टल जाली की संरचना का विनाश। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि गठित माइक्रोक्रिस्टल की सतह पर कण एक चिकनी सतह पर समान कणों की तुलना में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं।

उद्योग में, विषम प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए, एक द्रवित बिस्तर का उपयोग अभिकारकों की संपर्क सतह, प्रारंभिक सामग्री की आपूर्ति और उत्पादों को हटाने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक द्रवित बिस्तर का उपयोग करके सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में, पाइराइट को भुना जाता है; कार्बनिक रसायन विज्ञान में, एक द्रवित बिस्तर का उपयोग करके, पेट्रोलियम उत्पादों की उत्प्रेरक क्रैकिंग और एक असफल (कोकेड) उत्प्रेरक का पुनर्जनन (पुनर्प्राप्ति) किया जाता है।

अवधारणा को परिभाषित करते समय रासायनिक प्रतिक्रिया दरसजातीय और विषम प्रतिक्रियाओं के बीच अंतर करना आवश्यक है। यदि अभिक्रिया एक समांगी निकाय में होती है, उदाहरण के लिए, किसी विलयन में या गैसों के मिश्रण में, तो यह निकाय के पूरे आयतन में होती है। एक सजातीय प्रतिक्रिया की दरकिसी पदार्थ की मात्रा कहलाती है जो किसी प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है या प्रणाली के एक इकाई आयतन में प्रति इकाई समय प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनती है। चूँकि किसी पदार्थ के मोलों की संख्या और उसके वितरण के आयतन का अनुपात पदार्थ की दाढ़ सान्द्रता है, एक समांगी प्रतिक्रिया की दर को इस प्रकार भी परिभाषित किया जा सकता है किसी भी पदार्थ की प्रति इकाई समय में एकाग्रता में परिवर्तन: प्रारंभिक अभिकर्मक या प्रतिक्रिया उत्पाद. यह सुनिश्चित करने के लिए कि गणना का परिणाम हमेशा सकारात्मक होता है, चाहे वह किसी अभिकर्मक या उत्पाद द्वारा निर्मित हो, सूत्र में "±" चिह्न का उपयोग किया जाता है:

प्रतिक्रिया की प्रकृति के आधार पर, समय न केवल सेकंड में व्यक्त किया जा सकता है, जैसा कि एसआई प्रणाली द्वारा आवश्यक है, बल्कि मिनटों या घंटों में भी व्यक्त किया जा सकता है। प्रतिक्रिया के दौरान, इसकी दर का मूल्य स्थिर नहीं होता है, लेकिन लगातार बदलता रहता है: यह घट जाता है, क्योंकि प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता कम हो जाती है। उपरोक्त गणना एक निश्चित समय अंतराल Δτ = τ 2 - τ 1 पर प्रतिक्रिया दर का औसत मान देती है। वास्तविक (तात्कालिक) गति को उस सीमा के रूप में परिभाषित किया जाता है जिससे अनुपात से/ → 0 पर, अर्थात वास्तविक वेग सांद्रता के समय व्युत्पन्न के बराबर होता है।

एक प्रतिक्रिया के लिए जिसके समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक होते हैं जो एकता से भिन्न होते हैं, विभिन्न पदार्थों के लिए व्यक्त दर मान समान नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया A + 3B = D + 2E के लिए, पदार्थ A की खपत एक मोल है, पदार्थ B तीन मोल है, पदार्थ E का आगमन दो मोल है। इसीलिए υ (ए) = υ (बी) = υ (डी) = ½ υ (ई) या υ (इ) । = υ (पर) ।

यदि कोई प्रतिक्रिया उन पदार्थों के बीच होती है जो एक विषम प्रणाली के विभिन्न चरणों में होते हैं, तो यह केवल इन चरणों के इंटरफेस पर ही हो सकता है। उदाहरण के लिए, अम्ल विलयन और धातु के टुकड़े की परस्पर क्रिया केवल धातु की सतह पर होती है। विषमांगी अभिक्रिया की दरकिसी पदार्थ की मात्रा कहलाती है जो एक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है या चरणों के बीच इंटरफेस की प्रति इकाई समय की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनती है:

.

अभिकारकों की सांद्रता पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को सामूहिक क्रिया के नियम द्वारा व्यक्त किया जाता है: एक स्थिर तापमान पर, एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रिया समीकरण में इन पदार्थों के सूत्रों में गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाए गए अभिकारकों की दाढ़ सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।. फिर प्रतिक्रिया के लिए

2ए + बी → उत्पाद

अनुपात υ ~ · सेए 2 सेबी, और समानता के लिए संक्रमण के लिए, आनुपातिकता का गुणांक पेश किया जाता है क, बुलाया प्रतिक्रिया दर स्थिर:

υ = क· सेए 2 सेबी = क[ए] 2 [वी]

(सूत्रों में दाढ़ सांद्रता को अक्षर के रूप में दर्शाया जा सकता है सेसंबंधित सूचकांक के साथ, और वर्ग कोष्ठक में संलग्न पदार्थ का सूत्र)। प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ 1 mol/l के बराबर सभी अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर है। प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का आयाम समीकरण के दाईं ओर कारकों की संख्या पर निर्भर करता है और -1 से हो सकता है; एस -1 (एल / एमओएल); s-1 (l 2 / mol 2), आदि, अर्थात्, किसी भी स्थिति में, गणना में, प्रतिक्रिया दर mol l -1 s -1 में व्यक्त की जाती है।

विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, द्रव्यमान क्रिया के नियम के समीकरण में केवल उन पदार्थों की सांद्रता शामिल होती है जो गैस चरण में या समाधान में होते हैं। ठोस चरण में किसी पदार्थ की सांद्रता एक स्थिर मान है और दर स्थिरांक में शामिल है, उदाहरण के लिए, कोयला C + O 2 = CO 2 की दहन प्रक्रिया के लिए, सामूहिक क्रिया का नियम लिखा गया है:

υ = केआईकास्ट = क·,

कहाँ पे क= केआईस्थिरांक

उन प्रणालियों में जहां एक या अधिक पदार्थ गैस होते हैं, प्रतिक्रिया दर भी दबाव पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोजन आयोडीन वाष्प H 2 + I 2 \u003d 2HI के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाएगी:

υ = क··.

यदि दबाव बढ़ा दिया जाता है, उदाहरण के लिए, 3 के कारक से, तो सिस्टम द्वारा कब्जा कर लिया गया वॉल्यूम उसी मात्रा से कम हो जाएगा, और परिणामस्वरूप, प्रत्येक अभिकारक की सांद्रता समान मात्रा में बढ़ जाएगी। इस मामले में प्रतिक्रिया की दर 9 गुना बढ़ जाएगी

प्रतिक्रिया दर की तापमान निर्भरतावान्ट हॉफ नियम द्वारा वर्णित है: तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है. इसका मतलब है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है अंकगणितीय प्रगतिएक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है ज्यामितीय अनुक्रम. प्रगति सूत्र में आधार है प्रतिक्रिया दर तापमान गुणांक, यह दर्शाता है कि तापमान में 10 डिग्री की वृद्धि के साथ किसी दी गई प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बढ़ जाती है (या, वही, दर स्थिर क्या है)। गणितीय रूप से, वान्ट हॉफ नियम सूत्रों द्वारा व्यक्त किया जाता है:

या

जहां और प्रारंभिक पर क्रमशः प्रतिक्रिया दर हैं टी 1 और अंतिम टी 2 तापमान। वैंट हॉफ के नियम को इस प्रकार भी व्यक्त किया जा सकता है:

; ; ; ,

जहां और क्रमशः, तापमान पर प्रतिक्रिया की दर और दर स्थिर होती है टी; और तापमान पर समान मान हैं टी +10एन; एन"दस-डिग्री" अंतराल की संख्या है ( एन =(टी 2 –टी 1)/10) जिसके द्वारा तापमान बदल गया है (एक पूर्णांक या भिन्नात्मक संख्या, धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है)।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1यदि दबाव को दोगुना कर दिया जाए तो एक बंद बर्तन में आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया 2СО + 2 = 2СО 2 की दर कैसे बदल जाएगी?

समाधान:

निर्दिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

υ प्रारंभ = क· [सीओ] 2 · [ओ 2]।

दबाव में वृद्धि से दोनों अभिकर्मकों की एकाग्रता में 2 के कारक की वृद्धि होती है। इसे ध्यान में रखते हुए, हम सामूहिक कार्रवाई के नियम के लिए अभिव्यक्ति को फिर से लिखते हैं:

υ 1 = क 2 = क 2 2 [सीओ] 2 2 [ओ 2] \u003d 8 क[सीओ] 2 [ओ 2] \u003d 8 υ जल्दी

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 8 गुना बढ़ जाएगी।

उदाहरण 2गणना करें कि प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ेगी यदि सिस्टम का तापमान 20 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा दिया जाता है, तो प्रतिक्रिया दर के तापमान गुणांक का मान 3 माना जाता है।

समाधान:

दो अलग-अलग तापमानों पर प्रतिक्रिया दर का अनुपात सूत्र द्वारा तापमान गुणांक और तापमान परिवर्तन से संबंधित है:

गणना:

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 6561 गुना बढ़ जाएगी।

उदाहरण 3सजातीय प्रतिक्रिया A + 2B = 3D का अध्ययन करने पर, यह पाया गया कि प्रतिक्रिया के 8 मिनट के भीतर, रिएक्टर में पदार्थ A की मात्रा 5.6 mol से घटकर 4.4 mol हो गई। प्रतिक्रिया द्रव्यमान की मात्रा 56 l थी। पदार्थ ए, बी और डी के लिए अध्ययन की अवधि के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर की गणना करें।

समाधान:

हम "रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर" की अवधारणा की परिभाषा के अनुसार सूत्र का उपयोग करते हैं और संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करते हैं, अभिकर्मक ए के लिए औसत दर प्राप्त करते हैं:

यह प्रतिक्रिया समीकरण से निम्नानुसार है कि, पदार्थ ए के नुकसान की दर की तुलना में, पदार्थ बी के नुकसान की दर दोगुनी बड़ी है, और उत्पाद डी की मात्रा में वृद्धि की दर तीन गुना अधिक है। फलस्वरूप:

υ (ए) = ½ υ (बी) = ⅓ υ (डी)

और फिर υ (बी) = 2 υ (ए) \u003d 2 2.68 10 -3 \u003d 6. 36 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1;

υ (डी) = 3 υ (ए) = 3 2.68 10 -3 = 8.04 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1

उत्तर: यू(ए) = 2.68 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1; υ (बी) = 6.36 10-3 मोल एल-1 मिनट-1; υ (डी) = 8.04 10-3 मोल एल-1 मिनट-1।

उदाहरण 4सजातीय प्रतिक्रिया A + 2B → उत्पादों की दर स्थिरांक निर्धारित करने के लिए, पदार्थ B की विभिन्न सांद्रता पर दो प्रयोग किए गए और प्रतिक्रिया दर को मापा गया।

"गति" की अवधारणा साहित्य में काफी आम है। भौतिकी से यह ज्ञात होता है कि भौतिक शरीर जितनी अधिक दूरी तय करता है (एक व्यक्ति, एक ट्रेन, अंतरिक्ष यान) एक निश्चित अवधि के लिए, इस शरीर की गति जितनी अधिक होगी।

लेकिन एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गति को कैसे मापें जो "कहीं नहीं जाती" और किसी भी दूरी को पार नहीं करती है? इस प्रश्न का उत्तर जानने के लिए यह जानना आवश्यक है कि क्या है? हमेशामें परिवर्तन कोईरासायनिक प्रतिक्रिया? चूंकि कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया किसी पदार्थ को बदलने की प्रक्रिया है, इसलिए मूल पदार्थ गायब हो जाता है, प्रतिक्रिया उत्पादों में बदल जाता है। इस प्रकार, रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, किसी पदार्थ की मात्रा हमेशा बदलती रहती है, प्रारंभिक पदार्थों के कणों की संख्या कम हो जाती है, और इसलिए इसकी एकाग्रता (सी).

परीक्षा का कार्य।रासायनिक प्रतिक्रिया की दर परिवर्तन के समानुपाती होती है:

1. प्रति इकाई समय में किसी पदार्थ की सांद्रता;
2. प्रति इकाई आयतन में पदार्थ की मात्रा;
3. प्रति इकाई आयतन में पदार्थ का द्रव्यमान;
4. प्रतिक्रिया के दौरान पदार्थ की मात्रा।

अब अपने उत्तर की तुलना सही उत्तर से करें:

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय में अभिकारक की सांद्रता में परिवर्तन के बराबर होती है

कहाँ पे 1 सेतथा 0 . से- अभिकारकों की सांद्रता, क्रमशः अंतिम और प्रारंभिक; t1तथा t2- प्रयोग का समय, क्रमशः अंतिम और प्रारंभिक समय अंतराल।

प्रश्न।आपको क्या लगता है कि कौन सा मूल्य अधिक है? 1 सेया 0 . से? t1या t0?

चूँकि अभिकारक हमेशा दी गई प्रतिक्रिया में खपत होते हैं, तो

इस प्रकार, इन मात्राओं का अनुपात हमेशा ऋणात्मक होता है, और गति ऋणात्मक मान नहीं हो सकती। इसलिए, सूत्र में ऋण चिह्न दिखाई देता है, जो एक साथ गति को इंगित करता है कोईसमय के साथ प्रतिक्रियाएं (स्थिर परिस्थितियों में) हमेशा कम हो जाती है.

तो एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर है:

प्रश्न उठता है कि अभिकारकों (C) की सांद्रता को किन इकाइयों में मापा जाना चाहिए और क्यों? इसका उत्तर देने के लिए, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि स्थिति क्या है मुख्यकिसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए।

कणों की प्रतिक्रिया के लिए, उन्हें कम से कम टकराना चाहिए। इसीलिए कणों की संख्या जितनी अधिक होगी * (मोल्स की संख्या) प्रति इकाई आयतन, जितनी बार वे टकराते हैं, रासायनिक प्रतिक्रिया की संभावना उतनी ही अधिक होती है.

* "तिल" क्या है, इसके बारे में पाठ 29.1 पढ़ें।

इसलिए, रासायनिक प्रक्रियाओं की दरों को मापते समय, कोई उपयोग करता है दाढ़ एकाग्रताप्रतिक्रिया मिश्रण में पदार्थ।

किसी पदार्थ की दाढ़ सांद्रता दर्शाती है कि 1 लीटर घोल में उसके कितने मोल हैं।

तो, प्रतिक्रियाशील पदार्थों की दाढ़ की सांद्रता जितनी अधिक होती है, प्रति इकाई आयतन में उतने ही अधिक कण, जितनी बार वे टकराते हैं, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होती है। इसलिए, रासायनिक गतिकी का मूल नियम (यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का विज्ञान है) है सामूहिक कार्रवाई का कानून.

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।

ए + बी → ... प्रकार की प्रतिक्रिया के लिए गणितीय रूप से, इस कानून को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

यदि प्रतिक्रिया अधिक जटिल है, उदाहरण के लिए, 2A + B → या, जो समान है, A + A + B → ..., तो

इस प्रकार, घातांक वेग समीकरण में प्रकट हुआ « दो» , जो गुणांक से मेल खाती है 2 प्रतिक्रिया समीकरण में अधिक जानकारी के लिए जटिल समीकरणबड़े घातांक, एक नियम के रूप में, उपयोग नहीं किए जाते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि तीन अणु A और दो अणु B के एक साथ टकराने की संभावना बहुत कम है। इसलिए, कई प्रतिक्रियाएं कई चरणों में आगे बढ़ती हैं, जिसके दौरान तीन से अधिक कण नहीं टकराते हैं, और प्रक्रिया का प्रत्येक चरण एक निश्चित दर से आगे बढ़ता है। यह गति और इसके लिए गति का गतिज समीकरण प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है।

उपरोक्त रासायनिक प्रतिक्रिया दर समीकरण (3) या (4) केवल के लिए मान्य हैं सजातीयअभिक्रियाएँ, अर्थात् ऐसी अभिक्रियाओं के लिए जब अभिकारक पदार्थ सतह को साझा नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया एक जलीय घोल में होती है, और दोनों अभिकारक पानी में या गैसों के किसी भी मिश्रण के लिए अत्यधिक घुलनशील होते हैं।

एक और बात है जब विजातीयप्रतिक्रिया। इस मामले में, अभिकारकों के बीच एक अंतरफलक होता है, उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड गैसजल से अभिक्रिया करता है समाधानक्षार। इस मामले में, किसी भी गैस अणु के प्रतिक्रिया में प्रवेश करने की समान रूप से संभावना है, क्योंकि ये अणु जल्दी और बेतरतीब ढंग से चलते हैं। तरल कणों के बारे में क्या? ये कण बहुत धीमी गति से चलते हैं, और जो क्षार कण "सबसे नीचे" होते हैं, उनमें कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करने की लगभग कोई संभावना नहीं होती है यदि घोल को लगातार हिलाया नहीं जाता है। केवल वे कण जो "सतह पर झूठ बोलते हैं" प्रतिक्रिया करेंगे। के लिए विजातीयप्रतिक्रियाएं -

प्रतिक्रिया दर इंटरफ़ेस क्षेत्र के आकार पर निर्भर करती है, जो पीसने के साथ बढ़ जाती है।

इसलिए, बहुत बार प्रतिक्रियाशील पदार्थों को कुचल दिया जाता है (उदाहरण के लिए, वे पानी में घुल जाते हैं), भोजन को अच्छी तरह से चबाया जाता है, और खाना पकाने की प्रक्रिया के दौरान उन्हें पीसकर, मांस की चक्की से गुजारा जाता है, आदि। एक भूमिगत खाद्य उत्पाद व्यावहारिक रूप से नहीं है पच गया!

इस प्रकार, साथ अधिकतम गति(ceteris paribus) सजातीय प्रतिक्रियाएं समाधानों में और गैसों के बीच होती हैं (यदि ये गैसें n.a. पर प्रतिक्रिया करती हैं), इसके अलावा, उन समाधानों में जहां अणु "अगल-बगल" स्थित होते हैं, और पीस गैसों के समान होता है (और इससे भी अधिक! ), - प्रतिक्रिया दर अधिक है।

परीक्षा का कार्य।निम्नलिखित में से कौन सी प्रतिक्रिया कमरे के तापमान पर सबसे तेज दर से आगे बढ़ती है?

1. ऑक्सीजन के साथ कार्बन;
2. हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ लोहा;
3. एसिटिक एसिड समाधान के साथ लोहा
4. क्षार और सल्फ्यूरिक एसिड के समाधान।

इस मामले में, आपको यह पता लगाना होगा कि कौन सी प्रक्रिया सजातीय है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गैसों या एक विषम प्रतिक्रिया जिसमें एक गैस शामिल है, के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया की दर भी दबाव पर निर्भर करती है, क्योंकि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, गैसें संकुचित होती हैं और कणों की एकाग्रता बढ़ जाती है (सूत्र 2 देखें)। प्रतिक्रियाओं की दर जिसमें गैसें भाग नहीं लेती हैं, दबाव में बदलाव से प्रभावित नहीं होती हैं।

परीक्षा का कार्य।अम्ल विलयन और लोहे के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रभावित नहीं होती है

1. एसिड एकाग्रता;
2. लोहा पीसना;
3. प्रतिक्रिया तापमान;
4. दबाव में वृद्धि।

अंत में, प्रतिक्रिया दर भी पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, यदि ऑक्सीजन किसी पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो, ceteris paribus, प्रतिक्रिया दर उस समय से अधिक होगी जब वही पदार्थ नाइट्रोजन के साथ परस्पर क्रिया करता है। तथ्य यह है कि ऑक्सीजन की प्रतिक्रियाशीलता नाइट्रोजन की तुलना में बहुत अधिक है। हम इस घटना के कारण पर ट्यूटोरियल (पाठ 14) के अगले भाग में विचार करेंगे।

परीक्षा का कार्य।हाइड्रोक्लोरिक एसिड और के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया

1. ताँबा;
2. लोहा;
3. मैग्नीशियम;
4. जस्ता।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अणुओं की हर टक्कर उनकी रासायनिक बातचीत (रासायनिक प्रतिक्रिया) की ओर नहीं ले जाती है। हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के गैसीय मिश्रण में, सामान्य परिस्थितियों में, प्रति सेकंड कई अरब टकराव होते हैं। लेकिन प्रतिक्रिया के पहले लक्षण (पानी की बूंदें) कुछ वर्षों के बाद ही फ्लास्क में दिखाई देंगे। ऐसे मामलों में, प्रतिक्रिया कहा जाता है व्यावहारिक रूप से नहीं जाता है. परन्तु वह संभव के, अन्यथा इस तथ्य की व्याख्या कैसे करें कि जब इस मिश्रण को 300 ° C तक गर्म किया जाता है, तो फ्लास्क जल्दी से धूमिल हो जाता है, और 700 ° C के तापमान पर एक भयानक विस्फोट हो जाएगा! कोई आश्चर्य नहीं कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण को "विस्फोटक गैस" कहा जाता है।

प्रश्न।आपको क्या लगता है कि गर्म करने पर प्रतिक्रिया दर इतनी नाटकीय रूप से क्यों बढ़ जाती है?

प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है क्योंकि, सबसे पहले, कणों के टकराव की संख्या बढ़ जाती है, और दूसरी, संख्या सक्रियटकराव यह कणों की सक्रिय टक्कर है जो उनकी बातचीत की ओर ले जाती है। इस तरह की टक्कर होने के लिए, कणों में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होनी चाहिए।

रासायनिक प्रतिक्रिया होने के लिए कणों में जो ऊर्जा होनी चाहिए, उसे सक्रियण ऊर्जा कहा जाता है।

यह ऊर्जा परमाणुओं और अणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों के बीच प्रतिकारक शक्तियों पर काबू पाने और "पुराने" रासायनिक बंधनों के विनाश पर खर्च की जाती है।

प्रश्न उठता है: प्रतिक्रियाशील कणों की ऊर्जा को कैसे बढ़ाया जाए? उत्तर सरल है - तापमान में वृद्धि, क्योंकि तापमान में वृद्धि के साथ, कणों की गति की गति बढ़ जाती है, और, परिणामस्वरूप, उनकी गतिज ऊर्जा।

नियम वान नॉट हॉफ*:

तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

वैंट हॉफ जैकब हेंड्रिक(08/30/1852-03/01/1911) - डच रसायनज्ञ। भौतिक रसायन विज्ञान और स्टीरियोकेमिस्ट्री के संस्थापकों में से एक। नोबेल पुरुस्काररसायन विज्ञान नंबर 1 (1901) में।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह नियम (कानून नहीं!) प्रयोगात्मक रूप से उन प्रतिक्रियाओं के लिए स्थापित किया गया था जो माप के लिए "सुविधाजनक" हैं, यानी ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए जो न तो बहुत जल्दी और न ही बहुत धीरे-धीरे और प्रयोगकर्ता के लिए सुलभ तापमान पर (बहुत नहीं) उच्च और बहुत कम नहीं)।

प्रश्न. आपको क्या लगता है, आलू को जल्दी से जल्दी कैसे पकाएं: उन्हें उबाल लें या तेल की एक परत में तलें?

वर्णित परिघटना के अर्थ को ठीक से समझने के लिए, हम प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं की तुलना उन छात्रों के समूह से कर सकते हैं जो ऊंची छलांग लगाने वाले हैं। यदि उन्हें 1 मीटर ऊंचा अवरोध दिया जाता है, तो बाधा को दूर करने के लिए छात्रों को ठीक से बिखरना होगा (अपना "तापमान बढ़ाएं")। फिर भी, हमेशा ऐसे छात्र ("निष्क्रिय अणु") होंगे जो इस बाधा को दूर करने में सक्षम नहीं होंगे।

क्या करें? यदि आप इस सिद्धांत का पालन करते हैं: "एक चतुर व्यक्ति चढ़ाई नहीं करेगा, एक चतुर व्यक्ति पहाड़ को बायपास करेगा", तो आपको बस बाधा को 40 सेमी तक कम करना चाहिए। तब कोई भी छात्र बाधा को दूर करने में सक्षम होगा। आणविक स्तर पर, इसका अर्थ है: प्रतिक्रिया की दर बढ़ाने के लिए, इस प्रणाली में सक्रियण ऊर्जा को कम करना आवश्यक है।.

वास्तविक रासायनिक प्रक्रियाओं में, यह कार्य एक उत्प्रेरक द्वारा किया जाता है।

उत्प्रेरकएक पदार्थ है जो शेष रहते हुए रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदल देता है स्थिरएक रासायनिक प्रतिक्रिया के अंत की ओर।

उत्प्रेरक शामिलएक रासायनिक प्रतिक्रिया में, एक या एक से अधिक प्रारंभिक पदार्थों के साथ बातचीत करना। इस मामले में, मध्यवर्ती यौगिक बनते हैं, और सक्रियण ऊर्जा बदल जाती है। यदि मध्यवर्ती यौगिक अधिक सक्रिय (सक्रिय परिसर) है, तो सक्रियण ऊर्जा कम हो जाती है और प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है।

उदाहरण के लिए, SO2 और O2 के बीच की प्रतिक्रिया बहुत धीमी है, at सामान्य स्थिति व्यावहारिक रूप से नहीं जाता है. लेकिन NO की उपस्थिति में, प्रतिक्रिया दर नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। पहला नहीं बहुत तेज O2 के साथ प्रतिक्रिया करता है:

उत्पादित नाइट्रोजन डाइऑक्साइड तेज़सल्फर ऑक्साइड (IV) के साथ प्रतिक्रिया करता है:

कार्य 5.1.इस उदाहरण का उपयोग यह दिखाने के लिए करें कि कौन सा पदार्थ उत्प्रेरक है और कौन सा सक्रिय परिसर है।

इसके विपरीत, यदि अधिक निष्क्रिय यौगिक बनते हैं, तो सक्रियण ऊर्जा इतनी बढ़ सकती है कि दी गई परिस्थितियों में प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से नहीं होगी। ऐसे उत्प्रेरक कहलाते हैं अवरोधकों.

व्यवहार में, दोनों प्रकार के उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है। तो विशेष कार्बनिक उत्प्रेरक - एंजाइमों- बिल्कुल सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में भाग लें: भोजन का पाचन, मांसपेशियों में संकुचन, श्वसन। एंजाइमों के बिना जीवन असंभव है!

धातु उत्पादों को जंग से बचाने के लिए अवरोधक आवश्यक हैं, वसा युक्त खाद्य उत्पादों को ऑक्सीकरण (बाधापन) से बचाने के लिए। कुछ दवाओं में अवरोधक भी होते हैं जो सूक्ष्मजीवों के महत्वपूर्ण कार्यों को रोकते हैं और उन्हें नष्ट कर देते हैं।

कटैलिसीस सजातीय या विषम हो सकता है। सजातीय उत्प्रेरण का एक उदाहरण सल्फर डाइऑक्साइड के ऑक्सीकरण पर NO (यह एक उत्प्रेरक है) का प्रभाव है। विषम उत्प्रेरण का एक उदाहरण शराब पर गर्म तांबे की क्रिया है:

यह प्रतिक्रिया दो चरणों में होती है:

कार्य 5.2.इस मामले में उत्प्रेरक कौन सा पदार्थ है? इस प्रकार के उत्प्रेरण को विषमांगी क्यों कहा जाता है?

व्यवहार में, विषम कटैलिसीस का सबसे अधिक बार उपयोग किया जाता है, जहां ठोस पदार्थ उत्प्रेरक के रूप में काम करते हैं: धातु, उनके ऑक्साइड, आदि। इन पदार्थों की सतह पर एकवचन बिंदु (नोड्स) होते हैं। क्रिस्टल लैटिसजहां वास्तव में उत्प्रेरक प्रतिक्रिया होती है। यदि इन बिंदुओं को विदेशी पदार्थ के साथ बंद कर दिया जाता है, तो उत्प्रेरण रुक जाता है। उत्प्रेरक के लिए हानिकारक इस पदार्थ को कहा जाता है उत्प्रेरक जहर. अन्य पदार्थ - प्रमोटरों- इसके विपरीत, वे उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ाते हैं।

एक उत्प्रेरक रासायनिक प्रतिक्रिया की दिशा बदल सकता है, अर्थात उत्प्रेरक को बदलकर विभिन्न प्रतिक्रिया उत्पाद प्राप्त किए जा सकते हैं। तो, जिंक और एल्यूमीनियम ऑक्साइड की उपस्थिति में अल्कोहल सी 2 एच 5 ओएच से ब्यूटाडाइन प्राप्त किया जा सकता है, और एथिलीन को केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड की उपस्थिति में प्राप्त किया जा सकता है।

इस प्रकार, एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, सिस्टम की ऊर्जा बदल जाती है। यदि प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा निकलती हैगर्मी के रूप में क्यू, ऐसी प्रक्रिया को कहा जाता है एक्ज़ोथिर्मिक:

के लिये इंडोथर्मल प्रक्रियाएं गर्मी अवशोषित होती है, यानी थर्मल प्रभाव क्यू< 0 .

कार्य 5.3।निर्धारित करें कि प्रस्तावित प्रक्रियाओं में से कौन सी एक्ज़ोथिर्मिक है और कौन सी एंडोथर्मिक है:

रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें थर्मल प्रभाव, थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरण कहा जाता है। इस तरह के समीकरण को तैयार करने के लिए, प्रति 1 मोल अभिकारक के थर्मल प्रभाव की गणना करना आवश्यक है।

एक कार्य। 6 ग्राम मैग्नीशियम को जलाने पर 153.5 kJ ऊष्मा निकलती है। इस प्रतिक्रिया के लिए एक थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें।

समाधान।आइए हम प्रतिक्रिया समीकरण की रचना करें और दिए गए सूत्रों को इंगित करें:

अनुपात को संकलित करते हुए, हम प्रतिक्रिया का वांछित थर्मल प्रभाव पाते हैं:

इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण है:

ऐसे टास्क टास्क में दिए जाते हैं बहुलता उपयोग विकल्प! उदाहरण के लिए।

परीक्षा का कार्य।थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार

8 ग्राम मीथेन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा है:

रासायनिक प्रक्रियाओं की प्रतिवर्तीता। ले चेटेलियर का सिद्धांत

* ले चेटेलियर हेनरी लुइस(10/8/1850-09/17/1936) - फ्रांसीसी भौतिक रसायनज्ञ और धातुकर्मी। तैयार सामान्य विधिबैलेंस शिफ्ट (1884)।

प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय हैं।

अचलऐसी प्रतिक्रियाएँ कहलाती हैं जिनके लिए ऐसी कोई स्थिति नहीं है जिसके तहत रिवर्स प्रक्रिया संभव हो।

ऐसी प्रतिक्रियाओं का एक उदाहरण वे प्रतिक्रियाएं हैं जो दूध के खट्टा होने पर होती हैं, या जब स्वादिष्ट कटलेट. जिस तरह मांस की चक्की के माध्यम से कीमा बनाया हुआ मांस वापस रखना असंभव है (और फिर से मांस का एक टुकड़ा प्राप्त करना), एक कटलेट को "पुन: जीवंत" करना या दूध को ताजा बनाना भी असंभव है।

लेकिन आइए अपने आप से एक सरल प्रश्न पूछें: क्या यह प्रक्रिया अपरिवर्तनीय है:

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए याद करने की कोशिश करें कि क्या रिवर्स प्रक्रिया को अंजाम देना संभव है? हाँ! चूना पत्थर (चाक) के अपघटन के लिए त्वरित चूना CaO प्राप्त करने के लिए औद्योगिक पैमाने पर उपयोग किया जाता है:

इस प्रकार, प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, क्योंकि ऐसी स्थितियां हैं जिनके तहत दोनोंप्रक्रिया:

इसके अलावा, ऐसी शर्तें हैं जिनके तहत आगे की प्रतिक्रिया की दर रिवर्स प्रतिक्रिया की दर के बराबर है.

इन शर्तों के तहत, एक रासायनिक संतुलन स्थापित होता है। इस समय, प्रतिक्रिया नहीं रुकती है, लेकिन प्राप्त कणों की संख्या विघटित कणों की संख्या के बराबर होती है। इसीलिए काबिल रासायनिक संतुलनप्रतिक्रियाशील कणों की सांद्रता नहीं बदलती है. उदाहरण के लिए, रासायनिक संतुलन के क्षण में हमारी प्रक्रिया के लिए

संकेत का अर्थ है संतुलन एकाग्रता।

प्रश्न उठता है कि यदि तापमान बढ़ा या घटाया जाए, या अन्य स्थितियों को बदल दिया जाए तो संतुलन का क्या होगा? इस प्रश्न का उत्तर जानकर दिया जा सकता है ले चेटेलियर का सिद्धांत:

यदि हम उन शर्तों (t, p, c) को बदलते हैं जिनके तहत प्रणाली संतुलन की स्थिति में है, तो संतुलन उस प्रक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाएगा जो परिवर्तन का विरोध करता है.

दूसरे शब्दों में, संतुलन प्रणाली हमेशा बाहर से किसी भी प्रभाव का विरोध करती है, क्योंकि एक शालीन बच्चा अपने माता-पिता की इच्छा का विरोध करता है, जो "सब कुछ उल्टा है"।

एक उदाहरण पर विचार करें। मान लीजिए अमोनिया प्राप्त करने की अभिक्रिया में साम्यावस्था स्थापित हो जाती है:

प्रशन।क्या अभिक्रिया के पहले और बाद में अभिक्रिया करने वाली गैसों के मोलों की संख्या समान होती है? यदि प्रतिक्रिया एक बंद मात्रा में होती है, जब दबाव अधिक होता है: प्रतिक्रिया से पहले या बाद में?

जाहिर है, यह प्रक्रिया गैस के अणुओं की संख्या में कमी के साथ होती है, जिसका अर्थ है कि दबावप्रत्यक्ष प्रतिक्रिया के दौरान घट जाती है। पर उल्टाप्रतिक्रियाएँ - इसके विपरीत, मिश्रण में दबाव बढ़ती है.

आइए हम खुद से पूछें कि अगर इस प्रणाली में क्या होगा? उठानादबाव? ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, प्रतिक्रिया जो "विपरीत करती है", अर्थात। कम होदबाव। यह एक सीधी प्रतिक्रिया है: कम गैस अणु - कम दबाव।

इसलिए, परपदोन्नति दबाव, संतुलन प्रत्यक्ष प्रक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जहांदबाव कम हो जाता है जैसे-जैसे अणुओं की संख्या घटती जाती हैगैसें

परीक्षा का कार्य।पर पदोन्नतिदबाव संतुलन बदलता है सहीप्रणाली में:

यदि प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप अणुओं की संख्यागैसें नहीं बदलती हैं, तो दबाव में परिवर्तन संतुलन की स्थिति को प्रभावित नहीं करता है।

परीक्षा का कार्य।दबाव में परिवर्तन प्रणाली में संतुलन बदलाव को प्रभावित करता है:

इस और किसी भी अन्य प्रतिक्रिया की संतुलन स्थिति प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर करती है: प्रारंभिक पदार्थों की एकाग्रता में वृद्धि और परिणामी पदार्थों की एकाग्रता को कम करके, हम हमेशा संतुलन को प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया (दाईं ओर) में स्थानांतरित करते हैं।

परीक्षा का कार्य।

बाईं ओर शिफ्ट होगा जब:

1. दबाव में वृद्धि;
2. तापमान कम करना;
3. सीओ एकाग्रता में वृद्धि;
4. सीओ एकाग्रता में कमी।

अमोनिया संश्लेषण की प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, अर्थात यह गर्मी की रिहाई के साथ है, अर्थात, तापमान में वृद्धिमिश्रण में।

प्रश्न।इस प्रणाली में संतुलन कैसे बदलेगा जब तापमान कम करना?

इसी तरह बहस करते हुए, हम करते हैं निष्कर्ष: कम करते समय तापमान, संतुलन अमोनिया के गठन की ओर स्थानांतरित हो जाएगा, क्योंकि इस प्रतिक्रिया में गर्मी निकलती है, और तापमानउगना।

प्रश्न।तापमान कम होने पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कैसे बदलेगी?

यह स्पष्ट है कि तापमान में कमी के साथ, दोनों प्रतिक्रियाओं की दर में तेजी से कमी आएगी, अर्थात, वांछित संतुलन स्थापित होने पर बहुत लंबा इंतजार करना होगा। क्या करें? इस मामले में, यह आवश्यक है उत्प्रेरक. हालांकि वह संतुलन की स्थिति को प्रभावित नहीं करता, लेकिन इस अवस्था की शुरुआत को तेज करता है।

परीक्षा का कार्य।प्रणाली में रासायनिक संतुलन

प्रतिक्रिया उत्पाद के निर्माण की ओर शिफ्ट होता है:

1. दबाव में वृद्धि;
2. तापमान में वृद्धि;
3. दबाव में गिरावट;
4. उत्प्रेरक का उपयोग।

निष्कर्ष

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्भर करती है:

• प्रतिक्रियाशील कणों की प्रकृति;
• अभिकारकों की सांद्रता या अंतरापृष्ठ क्षेत्र;
• तापमान;
• उत्प्रेरक की उपस्थिति।

संतुलन तब स्थापित होता है जब अग्र अभिक्रिया की दर विपरीत प्रक्रिया की दर के बराबर होती है। इस मामले में, अभिकारकों की संतुलन सांद्रता नहीं बदलती है। रासायनिक संतुलन की स्थिति शर्तों पर निर्भर करती है और ले चेटेलियर के सिद्धांत का पालन करती है।