एक पदार्थ जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदलता है। रासायनिक गतिकी

गति प्रतिक्रियाअभिकारकों में से एक की दाढ़ सांद्रता में परिवर्तन द्वारा निर्धारित किया जाता है:

वी \u003d ± ((सी 2 - सी 1) / (टी 2 - टी 1)) \u003d ± (डीसी / डीटी)

जहां सी 1 और सी 2 क्रमशः टी 1 और टी 2 पर पदार्थों की दाढ़ सांद्रता हैं (चिह्न (+) - यदि दर प्रतिक्रिया उत्पाद द्वारा निर्धारित की जाती है, तो (-) - मूल पदार्थ द्वारा)।

अभिक्रिया तब होती है जब अभिकारकों के अणु टकराते हैं। इसकी गति टकरावों की संख्या और उनके परिवर्तन की ओर ले जाने की संभावना से निर्धारित होती है। टकरावों की संख्या प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता से निर्धारित होती है, और प्रतिक्रिया की संभावना टकराने वाले अणुओं की ऊर्जा से निर्धारित होती है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाले कारक।
1. अभिकारकों की प्रकृति। चरित्र एक बड़ी भूमिका निभाता है रासायनिक बन्धऔर अभिकारक अणुओं की संरचना। प्रतिक्रियाएं कम मजबूत बंधनों के विनाश और मजबूत बंधन वाले पदार्थों के निर्माण की दिशा में आगे बढ़ती हैं। इस प्रकार, एच 2 और एन 2 अणुओं में बंधनों को तोड़ने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है; ऐसे अणु बहुत प्रतिक्रियाशील नहीं होते हैं। अत्यधिक ध्रुवीय अणुओं (एचसीएल, एच 2 ओ) में बंधनों को तोड़ने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और प्रतिक्रिया दर बहुत अधिक होती है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान में आयनों के बीच प्रतिक्रियाएं लगभग तुरंत होती हैं।
उदाहरण
फ्लोरीन कमरे के तापमान पर हाइड्रोजन के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करता है; ब्रोमीन गर्म होने पर भी हाइड्रोजन के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है।
कैल्शियम ऑक्साइड पानी के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करता है, जिससे गर्मी निकलती है; कॉपर ऑक्साइड - प्रतिक्रिया नहीं करता है।

2. एकाग्रता। सांद्रता में वृद्धि (प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या) के साथ, अभिकारक अणुओं की टक्कर अधिक बार होती है - प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है।
सक्रिय जनता का नियम (के. गुल्डबर्ग, पी. वेज, 1867)
रफ़्तार रासायनिक प्रतिक्रियाअभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक है।

एए + बीबी +। . . ®। . .

• [ए] ए [बी] बी। . .

प्रतिक्रिया दर स्थिर k अभिकारकों, तापमान और उत्प्रेरक की प्रकृति पर निर्भर करता है, लेकिन अभिकारकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।
दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ यह है कि यह अभिकारकों की इकाई सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर है।
विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, ठोस चरण की एकाग्रता प्रतिक्रिया दर अभिव्यक्ति में शामिल नहीं है।

3. तापमान। तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए, प्रतिक्रिया दर 2-4 (वान्ट हॉफ नियम) के कारक से बढ़ जाती है। टी 1 से टी 2 तक तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

(जहां वीटी 2 और वीटी 1 क्रमशः तापमान टी 2 और टी 1 पर प्रतिक्रिया दर हैं; जी इस प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक है)।
वैंट हॉफ का नियम केवल एक संकीर्ण तापमान सीमा में लागू होता है। अरहेनियस समीकरण अधिक सटीक है:

• ई-ईए/आरटी

कहाँ पे
अभिकारकों की प्रकृति के आधार पर A एक स्थिरांक है;
आर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है;

ईए सक्रियण ऊर्जा है, अर्थात। एक रासायनिक परिवर्तन के परिणामस्वरूप टकराव के लिए अणुओं को टकराने के लिए ऊर्जा होनी चाहिए।
एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊर्जा आरेख।

ए - अभिकर्मक, बी - सक्रिय परिसर (संक्रमण राज्य), सी - उत्पाद।
सक्रियण ऊर्जा ईए जितनी अधिक होगी, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी।

4. अभिकारकों की संपर्क सतह। विषम प्रणालियों के लिए (जब पदार्थ अलग-अलग होते हैं एकत्रीकरण की स्थिति), संपर्क सतह जितनी बड़ी होगी, प्रतिक्रिया उतनी ही तेजी से आगे बढ़ेगी। ठोस पदार्थों की सतह को पीसकर बढ़ाया जा सकता है, और घुलनशील पदार्थों के लिए उन्हें घोलकर बढ़ाया जा सकता है।

5. कटैलिसीस। वे पदार्थ जो अभिक्रियाओं में भाग लेते हैं और अभिक्रिया के अंत तक अपरिवर्तित रहते हुए इसकी दर बढ़ाते हैं, उत्प्रेरक कहलाते हैं। उत्प्रेरक की क्रिया का तंत्र मध्यवर्ती यौगिकों के निर्माण के कारण प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा में कमी के साथ जुड़ा हुआ है। पर सजातीय उत्प्रेरणअभिकर्मक और उत्प्रेरक एक चरण का गठन करते हैं (वे एकत्रीकरण की एक ही स्थिति में हैं), के साथ विषम उत्प्रेरण- विभिन्न चरण (वे एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में हैं)। कुछ मामलों में, प्रतिक्रिया माध्यम (घटना) में अवरोधकों को जोड़कर अवांछनीय रासायनिक प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को काफी धीमा किया जा सकता है नकारात्मक उत्प्रेरण").

आइए रासायनिक कैनेटीक्स की मूल अवधारणा को परिभाषित करें - रासायनिक प्रतिक्रिया की दर:

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय प्रति इकाई मात्रा (सजातीय प्रतिक्रियाओं के लिए) या प्रति इकाई सतह (विषम प्रतिक्रियाओं के लिए) होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के प्राथमिक कृत्यों की संख्या है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय में अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन है।

पहली परिभाषा सबसे कठोर है; इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को सिस्टम की स्थिति के किसी भी पैरामीटर के समय में परिवर्तन के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है, जो किसी भी प्रतिक्रियाशील पदार्थ के कणों की संख्या पर निर्भर करता है, जिसे आयतन या सतह की एक इकाई के रूप में संदर्भित किया जाता है - विद्युत चालकता, ऑप्टिकल घनत्व, ढांकता हुआ स्थिरांक, आदि। आदि। हालांकि, अक्सर रसायन विज्ञान में, समय पर अभिकर्मकों की एकाग्रता की निर्भरता पर विचार किया जाता है। एकतरफा (अपरिवर्तनीय) रासायनिक प्रतिक्रियाओं के मामले में (इसके बाद, केवल एकतरफा प्रतिक्रियाओं पर विचार किया जाता है), यह स्पष्ट है कि शुरुआती पदार्थों की सांद्रता समय के साथ लगातार घटती जाती है (ΔС रेफरी< 0), а концентрации продуктов реакции увеличиваются (ΔС прод >0)। प्रतिक्रिया दर को सकारात्मक माना जाता है, इसलिए गणितीय परिभाषा है औसत प्रतिक्रिया दर समय अंतराल में t इस प्रकार लिखा जाता है:

(II.1)

अलग-अलग समय अंतराल में, रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर के अलग-अलग मान होते हैं; सच (तात्कालिक) प्रतिक्रिया दर समय के संबंध में एकाग्रता के व्युत्पन्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

(II.2)

समय पर अभिकर्मकों की सांद्रता की निर्भरता का ग्राफिक प्रतिनिधित्व है गतिज वक्र (चित्र 2.1)।

चावल। 2.1 प्रारंभिक सामग्री (ए) और प्रतिक्रिया उत्पादों (बी) के लिए गतिज वक्र।

वास्तविक प्रतिक्रिया दर को गतिज वक्र पर स्पर्शरेखा खींचकर ग्राफिक रूप से निर्धारित किया जा सकता है (चित्र। 2.2); किसी निश्चित समय पर वास्तविक प्रतिक्रिया दर स्पर्शरेखा के ढलान के स्पर्शरेखा के निरपेक्ष मान के बराबर होती है:

चावल। 2.2 ग्राफिक परिभाषा वी आईएसटी।

(II.3)

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस घटना में कि रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक समान नहीं हैं, प्रतिक्रिया दर उस एकाग्रता में परिवर्तन पर निर्भर करेगी जिसमें अभिकर्मक निर्धारित किया गया था। जाहिर है, प्रतिक्रिया में

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और पानी की सांद्रता अलग-अलग डिग्री में भिन्न होती है:

C (H 2) \u003d C (H 2 O) \u003d 2 C (O 2)।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कई कारकों पर निर्भर करती है: अभिकारकों की प्रकृति, उनकी सांद्रता, तापमान, विलायक की प्रकृति आदि।

रासायनिक गतिकी का सामना करने वाले कार्यों में से किसी भी समय प्रतिक्रिया मिश्रण (यानी, सभी अभिकारकों की सांद्रता) की संरचना का निर्धारण करना है, जिसके लिए सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता को जानना आवश्यक है। पर सामान्य मामलाअभिकारकों की सांद्रता जितनी अधिक होगी, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी। रासायनिक गतिकी का आधार तथाकथित है। रासायनिक गतिकी का मूल अभिधारणा:

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

यानी प्रतिक्रिया के लिए

एए + बीबी + डीडी + ... → ईई + ...

लिखा जा सकता है

(II.4)

आनुपातिकता k का गुणांक है रासायनिक प्रतिक्रिया दर स्थिर. दर स्थिरांक संख्यात्मक रूप से 1 mol/l के बराबर सभी अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर होता है।

अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की जाती है और इसे कहा जाता है गतिज समीकरण रासायनिक प्रतिक्रिया। जाहिर है, गतिज समीकरण लिखने के लिए, प्रयोगात्मक रूप से अभिकारकों की सांद्रता पर दर स्थिरांक और घातांक निर्धारित करना आवश्यक है। रासायनिक प्रतिक्रिया के गतिज समीकरण में प्रत्येक अभिकारक की सांद्रता पर घातांक (क्रमशः समीकरण (II.4) x, y और z में) है निजी आदेश प्रतिक्रिया इस घटक के लिए। एक रासायनिक प्रतिक्रिया (x + y + z) के लिए गतिज समीकरण में घातांक का योग है सामान्य प्रतिक्रिया क्रम . इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि प्रतिक्रिया क्रम केवल प्रयोगात्मक डेटा से निर्धारित होता है और प्रतिक्रिया समीकरण में अभिकारकों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक से संबंधित नहीं होता है। स्टोइकोमेट्रिक प्रतिक्रिया समीकरण एक भौतिक संतुलन समीकरण है और किसी भी तरह से इस प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम की प्रकृति को समय पर निर्धारित नहीं कर सकता है।

रासायनिक कैनेटीक्स में, परिमाण के अनुसार प्रतिक्रियाओं को वर्गीकृत करने की प्रथा है सामान्य आदेशप्रतिक्रियाएं। आइए हम शून्य, पहले और दूसरे क्रम की अपरिवर्तनीय (एकतरफा) प्रतिक्रियाओं के लिए समय पर अभिकारकों की एकाग्रता की निर्भरता पर विचार करें।

जीवन में, हमें विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं का सामना करना पड़ता है। उनमें से कुछ, जैसे लोहे में जंग लगना, कई वर्षों तक चल सकता है। अन्य, जैसे शराब में चीनी का किण्वन, कई सप्ताह लगते हैं। चूल्हे में जलाऊ लकड़ी कुछ घंटों में जल जाती है, और इंजन में गैसोलीन एक सेकंड में जल जाता है।

उपकरण लागत को कम करने के लिए, रासायनिक संयंत्र प्रतिक्रियाओं की दर में वृद्धि करते हैं। और कुछ प्रक्रियाओं, जैसे कि भोजन का खराब होना, धातु का क्षरण, को धीमा करने की आवश्यकता है।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दरके रूप में व्यक्त किया जा सकता है पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन (n, modulo) प्रति इकाई समय (t) - भौतिकी में गतिमान पिंड की गति की तुलना प्रति इकाई समय में निर्देशांक में परिवर्तन के रूप में करें: = Δx/Δt । ताकि दर उस बर्तन के आयतन पर निर्भर न हो जिसमें प्रतिक्रिया होती है, हम अभिव्यक्ति को प्रतिक्रियाशील पदार्थों के आयतन (v) से विभाजित करते हैं, अर्थात, हम प्राप्त करते हैंकिसी पदार्थ की मात्रा में प्रति इकाई समय प्रति इकाई आयतन में परिवर्तन, या प्रति इकाई समय में किसी एक पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन:

जहां सी = एन / वी - पदार्थ सांद्रता,

(उच्चारण "डेल्टा") परिमाण में परिवर्तन के लिए आम तौर पर स्वीकृत पद है।

यदि पदार्थों के समीकरण में अलग-अलग गुणांक हैं, तो उनमें से प्रत्येक के लिए इस सूत्र द्वारा गणना की गई प्रतिक्रिया दर अलग-अलग होगी। उदाहरण के लिए, 1 लीटर में 10 सेकंड में 1 मोल ऑक्सीजन के साथ 2 मोल सल्फर डाइऑक्साइड पूरी तरह से प्रतिक्रिया करता है:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

ऑक्सीजन का वेग होगा: \u003d 1: (10 1) \u003d 0.1 mol / l s

खट्टी गैस की गति: \u003d 2: (10 1) \u003d 0.2 mol / l s- इसे याद करने और परीक्षा में बोलने की आवश्यकता नहीं है, एक उदाहरण दिया गया है ताकि यह प्रश्न उत्पन्न न हो।

विषम प्रतिक्रियाओं की दर (ठोस शामिल) अक्सर संपर्क सतहों के प्रति इकाई क्षेत्र में व्यक्त की जाती है:

अभिक्रियाओं को विषमांगी कहा जाता है जब अभिकारक विभिन्न चरणों में होते हैं:

• एक अन्य ठोस, तरल या गैस के साथ एक ठोस,
• दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ
• गैस तरल।

एक ही चरण में पदार्थों के बीच सजातीय प्रतिक्रियाएं होती हैं:

• अच्छी तरह से गलत तरल पदार्थों के बीच,
• गैसें,
• समाधान में पदार्थ।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाली स्थितियां

1) प्रतिक्रिया दर पर निर्भर करती है अभिकारकों की प्रकृति. सीधे शब्दों में कहें, विभिन्न पदार्थ अलग-अलग दरों पर प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, जिंक के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है हाइड्रोक्लोरिक एसिड, और लोहा काफी धीमा है।

2) प्रतिक्रिया दर जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक होगी एकाग्रतापदार्थ। अत्यधिक तनु अम्ल के साथ, जिंक को प्रतिक्रिया करने में अधिक समय लगेगा।

3) प्रतिक्रिया दर बढ़ने के साथ काफी बढ़ जाती है तापमान. उदाहरण के लिए, ईंधन जलाने के लिए, इसे आग लगाना आवश्यक है, अर्थात तापमान बढ़ाने के लिए। कई प्रतिक्रियाओं के लिए, तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ दर में 2-4 के कारक की वृद्धि होती है।

4) गति विजातीयप्रतिक्रियाएँ बढ़ने के साथ बढ़ती हैं अभिकारकों की सतह. इसके लिए ठोस पदार्थों को आमतौर पर कुचल दिया जाता है। उदाहरण के लिए, लोहे और सल्फर पाउडर को गर्म करने पर प्रतिक्रिया करने के लिए, लोहे को छोटे चूरा के रूप में होना चाहिए।

ध्यान दें कि इस मामले में सूत्र (1) निहित है! सूत्र (2) प्रति इकाई क्षेत्र की गति को व्यक्त करता है, इसलिए यह क्षेत्र पर निर्भर नहीं हो सकता है।

5) प्रतिक्रिया दर उत्प्रेरक या अवरोधक की उपस्थिति पर निर्भर करती है।

उत्प्रेरकऐसे पदार्थ जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं लेकिन स्वयं उपभोग नहीं किए जाते हैं। एक उत्प्रेरक - मैंगनीज (IV) ऑक्साइड के साथ हाइड्रोजन पेरोक्साइड का तेजी से अपघटन एक उदाहरण है:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

मैंगनीज (IV) ऑक्साइड तल पर रहता है और इसका पुन: उपयोग किया जा सकता है।

इनहिबिटर्स- पदार्थ जो प्रतिक्रिया को धीमा कर देते हैं। उदाहरण के लिए, पाइप और बैटरी के जीवन का विस्तार करने के लिए, जल तापन प्रणाली में जंग अवरोधक जोड़े जाते हैं। ऑटोमोबाइल में, जंग अवरोधकों को ब्रेक द्रव में जोड़ा जाता है।

कुछ और उदाहरण।

गति प्रतिक्रियाअभिकारकों में से एक की दाढ़ सांद्रता में परिवर्तन द्वारा निर्धारित किया जाता है:

वी \u003d ± ((सी 2 - सी 1) / (टी 2 - टी 1)) \u003d ± (डीसी / डीटी)

जहां सी 1 और सी 2 क्रमशः टी 1 और टी 2 पर पदार्थों की दाढ़ सांद्रता हैं (चिह्न (+) - यदि दर प्रतिक्रिया उत्पाद द्वारा निर्धारित की जाती है, तो (-) - मूल पदार्थ द्वारा)।

अभिक्रिया तब होती है जब अभिकारकों के अणु टकराते हैं। इसकी गति टकरावों की संख्या और उनके परिवर्तन की ओर ले जाने की संभावना से निर्धारित होती है। टकरावों की संख्या प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता से निर्धारित होती है, और प्रतिक्रिया की संभावना टकराने वाले अणुओं की ऊर्जा से निर्धारित होती है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाले कारक।
1. अभिकारकों की प्रकृति। रासायनिक बंधों की प्रकृति और अभिकर्मकों के अणुओं की संरचना द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। प्रतिक्रियाएं कम मजबूत बंधनों के विनाश और मजबूत बंधन वाले पदार्थों के निर्माण की दिशा में आगे बढ़ती हैं। इस प्रकार, एच 2 और एन 2 अणुओं में बंधनों को तोड़ने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है; ऐसे अणु बहुत प्रतिक्रियाशील नहीं होते हैं। अत्यधिक ध्रुवीय अणुओं (एचसीएल, एच 2 ओ) में बंधनों को तोड़ने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और प्रतिक्रिया दर बहुत अधिक होती है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान में आयनों के बीच प्रतिक्रियाएं लगभग तुरंत होती हैं।
उदाहरण
फ्लोरीन कमरे के तापमान पर हाइड्रोजन के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करता है; ब्रोमीन गर्म होने पर भी हाइड्रोजन के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है।
कैल्शियम ऑक्साइड पानी के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करता है, जिससे गर्मी निकलती है; कॉपर ऑक्साइड - प्रतिक्रिया नहीं करता है।

2. एकाग्रता। सांद्रता में वृद्धि (प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या) के साथ, अभिकारक अणुओं की टक्कर अधिक बार होती है - प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है।
सक्रिय जनता का नियम (के. गुल्डबर्ग, पी. वेज, 1867)
एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।

एए + बीबी +। . . ®। . .

• [ए] ए [बी] बी। . .

प्रतिक्रिया दर स्थिर k अभिकारकों, तापमान और उत्प्रेरक की प्रकृति पर निर्भर करता है, लेकिन अभिकारकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।
दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ यह है कि यह अभिकारकों की इकाई सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर है।
विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, ठोस चरण की एकाग्रता प्रतिक्रिया दर अभिव्यक्ति में शामिल नहीं है।

3. तापमान। तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए, प्रतिक्रिया दर 2-4 (वान्ट हॉफ नियम) के कारक से बढ़ जाती है। टी 1 से टी 2 तक तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

(जहां वीटी 2 और वीटी 1 क्रमशः तापमान टी 2 और टी 1 पर प्रतिक्रिया दर हैं; जी इस प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक है)।
वैंट हॉफ का नियम केवल एक संकीर्ण तापमान सीमा में लागू होता है। अरहेनियस समीकरण अधिक सटीक है:

• ई-ईए/आरटी

कहाँ पे
अभिकारकों की प्रकृति के आधार पर A एक स्थिरांक है;
आर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है;

ईए सक्रियण ऊर्जा है, अर्थात। एक रासायनिक परिवर्तन के परिणामस्वरूप टकराव के लिए अणुओं को टकराने के लिए ऊर्जा होनी चाहिए।
एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊर्जा आरेख।

ए - अभिकर्मक, बी - सक्रिय परिसर (संक्रमण राज्य), सी - उत्पाद।
सक्रियण ऊर्जा ईए जितनी अधिक होगी, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी।

4. अभिकारकों की संपर्क सतह। विषम प्रणालियों के लिए (जब पदार्थ एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में होते हैं), संपर्क सतह जितनी बड़ी होती है, उतनी ही तेजी से प्रतिक्रिया होती है। ठोस पदार्थों की सतह को पीसकर बढ़ाया जा सकता है, और घुलनशील पदार्थों के लिए उन्हें घोलकर बढ़ाया जा सकता है।

5. कटैलिसीस। वे पदार्थ जो अभिक्रियाओं में भाग लेते हैं और अभिक्रिया के अंत तक अपरिवर्तित रहते हुए इसकी दर बढ़ाते हैं, उत्प्रेरक कहलाते हैं। उत्प्रेरक की क्रिया का तंत्र मध्यवर्ती यौगिकों के निर्माण के कारण प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा में कमी के साथ जुड़ा हुआ है। पर सजातीय उत्प्रेरणअभिकर्मक और उत्प्रेरक एक चरण का गठन करते हैं (वे एकत्रीकरण की एक ही स्थिति में हैं), के साथ विषम उत्प्रेरण- विभिन्न चरण (वे एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में हैं)। कुछ मामलों में, प्रतिक्रिया माध्यम (घटना) में अवरोधकों को जोड़कर अवांछनीय रासायनिक प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को काफी धीमा किया जा सकता है नकारात्मक उत्प्रेरण").

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर और उसके परिवर्तन को प्रभावित करने वाली स्थितियों का अध्ययन भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्रों में से एक है - रासायनिक गतिकी। वह इन प्रतिक्रियाओं के तंत्र और उनकी थर्मोडायनामिक वैधता पर भी विचार करती है। ये अध्ययन न केवल वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि सभी प्रकार के पदार्थों के उत्पादन में रिएक्टरों में घटकों की बातचीत को नियंत्रित करने के लिए भी महत्वपूर्ण हैं।

रसायन विज्ञान में गति की अवधारणा

यह प्रतिक्रिया दर को यौगिकों की सांद्रता में एक निश्चित परिवर्तन को कॉल करने के लिए प्रथागत है जो प्रतिक्रिया (ΔС) प्रति यूनिट समय (Δt) में प्रवेश कर चुके हैं। रासायनिक प्रतिक्रिया की दर का गणितीय सूत्र इस प्रकार है:

= ±∆C/∆t।

प्रतिक्रिया दर को mol / l s में मापा जाता है यदि यह पूरे आयतन में होता है (अर्थात, प्रतिक्रिया सजातीय है) और mol / m 2 s में यदि चरण को अलग करने वाली सतह पर बातचीत होती है (अर्थात, प्रतिक्रिया है विषम)। सूत्र में "-" चिन्ह प्रारंभिक अभिकारकों की सांद्रता के मूल्यों में परिवर्तन को संदर्भित करता है, और "+" चिन्ह - एक ही प्रतिक्रिया के उत्पादों की सांद्रता के बदलते मूल्यों के लिए।

विभिन्न दरों पर प्रतिक्रियाओं के उदाहरण

बातचीत रासायनिक पदार्थविभिन्न गति से किया जा सकता है। इस प्रकार, स्टैलेक्टाइट्स की वृद्धि दर, यानी कैल्शियम कार्बोनेट का निर्माण, प्रति 100 वर्षों में केवल 0.5 मिमी है। कुछ जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं धीमी होती हैं, जैसे प्रकाश संश्लेषण और प्रोटीन संश्लेषण। धातुओं का क्षरण अपेक्षाकृत कम दर पर होता है।

औसत गति को एक से कई घंटों तक की प्रतिक्रियाओं की विशेषता हो सकती है। एक उदाहरण खाना बनाना है, जो उत्पादों में निहित यौगिकों के अपघटन और परिवर्तन के साथ है। अलग-अलग पॉलिमर के संश्लेषण के लिए एक निश्चित समय के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण को गर्म करने की आवश्यकता होती है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक उदाहरण, जिसकी गति काफी अधिक है, कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई के साथ, एसिटिक एसिड के समाधान के साथ सोडियम बाइकार्बोनेट की बातचीत को बेअसर करने वाली प्रतिक्रियाओं के रूप में काम कर सकती है। हम सोडियम सल्फेट के साथ बेरियम नाइट्रेट की बातचीत का भी उल्लेख कर सकते हैं, जिसमें अघुलनशील बेरियम सल्फेट की वर्षा देखी जाती है।

बड़ी संख्या में प्रतिक्रियाएं बिजली की गति से आगे बढ़ सकती हैं और एक विस्फोट के साथ होती हैं। एक उत्कृष्ट उदाहरण पानी के साथ पोटेशियम की बातचीत है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारक

यह ध्यान देने योग्य है कि एक ही पदार्थ एक दूसरे के साथ विभिन्न दरों पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं। तो, उदाहरण के लिए, गैसीय ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का मिश्रण काफी हो सकता है लंबे समय तकबातचीत के लक्षण नहीं दिखाते हैं, हालांकि, जब कंटेनर हिल जाता है या हिट हो जाता है, तो प्रतिक्रिया विस्फोटक हो जाती है। इसलिए, रासायनिक कैनेटीक्स ने कुछ कारकों की पहचान की है जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने की क्षमता रखते हैं। इसमे शामिल है:

• परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों की प्रकृति;
• अभिकर्मकों की एकाग्रता;
• तापमान परिवर्तन;
• उत्प्रेरक की उपस्थिति;
• दबाव परिवर्तन (के लिए गैसीय पदार्थ);
• पदार्थों के संपर्क का क्षेत्र (यदि हम विषम प्रतिक्रियाओं के बारे में बात करते हैं)।

पदार्थ की प्रकृति का प्रभाव

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों में इतना महत्वपूर्ण अंतर किसके द्वारा समझाया गया है विभिन्न मूल्यसक्रियण ऊर्जा (ई ए)। यह एक प्रतिक्रिया के होने के लिए टकराव के दौरान एक अणु द्वारा आवश्यक इसके औसत मूल्य की तुलना में ऊर्जा की एक निश्चित अतिरिक्त मात्रा के रूप में समझा जाता है। इसे kJ / mol में मापा जाता है और मान आमतौर पर 50-250 की सीमा में होते हैं।

यह आमतौर पर स्वीकार किया जाता है कि यदि किसी प्रतिक्रिया के लिए E a \u003d 150 kJ / mol, तो n पर। वाई यह व्यावहारिक रूप से प्रवाहित नहीं होता है। यह ऊर्जा पदार्थों के अणुओं के बीच प्रतिकर्षण पर काबू पाने और प्रारंभिक पदार्थों में बंधों को कमजोर करने पर खर्च होती है। दूसरे शब्दों में, सक्रियण ऊर्जा पदार्थों में रासायनिक बंधों की ताकत की विशेषता है। सक्रियण ऊर्जा के मूल्य से, कोई रासायनिक प्रतिक्रिया की दर का अनुमान लगा सकता है:

• ई ए< 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
• 40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
• E a >120, कणों के टकराव का केवल एक बहुत छोटा हिस्सा प्रतिक्रिया की ओर ले जाएगा, और इसकी गति कम होगी।

एकाग्रता का प्रभाव

एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता सबसे सटीक रूप से मास एक्शन (एलएमए) के कानून की विशेषता है, जिसमें कहा गया है:

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है, जिसके मूल्यों को उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के अनुरूप शक्तियों में लिया जाता है।

यह कानून प्राथमिक एक-चरण प्रतिक्रियाओं, या पदार्थों की बातचीत के किसी भी चरण के लिए उपयुक्त है, जो एक जटिल तंत्र द्वारा विशेषता है।

यदि आप एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करना चाहते हैं, जिसके समीकरण को सशर्त रूप से लिखा जा सकता है:

αА+ बीबी = , फिर,

कानून के उपर्युक्त सूत्रीकरण के अनुसार, गति को समीकरण द्वारा पाया जा सकता है:

वी=के [ए] ए [बी] बी , जहां

ए और बी स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं,

[ए] और [बी] - प्रारंभिक यौगिकों की सांद्रता,

k विचाराधीन प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक है।

किसी रासायनिक अभिक्रिया के दर गुणांक का अर्थ यह है कि यदि यौगिकों की सांद्रता इकाइयों के बराबर हो तो उसका मान दर के बराबर होगा। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस सूत्र के अनुसार सही गणना के लिए, अभिकर्मकों की कुल स्थिति को ध्यान में रखना आवश्यक है। ठोस सांद्रता को एकता माना जाता है और इसे समीकरण में शामिल नहीं किया जाता है क्योंकि यह प्रतिक्रिया के दौरान स्थिर रहता है। इस प्रकार, एमडीएम के अनुसार गणना में केवल तरल और गैसीय पदार्थों की सांद्रता शामिल है। तो, समीकरण द्वारा वर्णित सरल पदार्थों से सिलिकॉन डाइऑक्साइड प्राप्त करने की प्रतिक्रिया के लिए

सी (टीवी) + 2 (जी) \u003d SiΟ 2 (टीवी),

गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाएगी:

विशिष्ट कार्य

यदि प्रारंभिक यौगिकों की सांद्रता दोगुनी कर दी जाए तो ऑक्सीजन के साथ नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड की रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कैसे बदल जाएगी?

समाधान: यह प्रक्रिया प्रतिक्रिया समीकरण से मेल खाती है:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2।

आइए प्रारंभिक (ᴠ 1) और अंतिम (ᴠ 2) प्रतिक्रिया दर के लिए अभिव्यक्ति लिखें:

1 = कश्मीर [ΝΟ] 2 [Ο 2 ] और

ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ]।

1 / 2 = (के 4[ΝΟ] 2 2 [Ο 2 ]) / (के [ΝΟ] 2 [Ο 2 ])।

2 / 1 = 4 2/1 = 8.

उत्तर: 8 गुना बढ़ गया।

तापमान प्रभाव

तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को डच वैज्ञानिक जे.एच. वानट हॉफ द्वारा प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया गया था। उन्होंने पाया कि तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के साथ कई प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है। इस नियम के लिए, एक गणितीय व्यंजक है जो इस प्रकार दिखता है:

2 = ᴠ 1 (Τ2-Τ1)/10 , जहां

1 और ᴠ 2 - तापमान 1 और 2 पर संगत गति;

- तापमान गुणांक, 2-4 के बराबर।

साथ ही, यह नियम किसी विशेष प्रतिक्रिया की दर के मूल्य पर तापमान के प्रभाव के तंत्र की व्याख्या नहीं करता है और नियमितताओं के पूरे सेट का वर्णन नहीं करता है। यह निष्कर्ष निकालना तर्कसंगत है कि तापमान में वृद्धि के साथ, कणों की अराजक गति बढ़ जाती है और इससे उनकी अधिक संख्या में टकराव होता है। हालांकि, यह विशेष रूप से आणविक टकराव की दक्षता को प्रभावित नहीं करता है, क्योंकि यह मुख्य रूप से सक्रियण ऊर्जा पर निर्भर करता है। साथ ही, कण टकराव की दक्षता में एक महत्वपूर्ण भूमिका उनके एक दूसरे से स्थानिक पत्राचार द्वारा निभाई जाती है।

तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता, अभिकर्मकों की प्रकृति को ध्यान में रखते हुए, अरहेनियस समीकरण का पालन करती है:

के \u003d ए 0 ई-ईए / आरΤ, जहां

ए ओ एक गुणक है;

ई ए - सक्रियण ऊर्जा।

वैंट हॉफ कानून पर एक कार्य का एक उदाहरण

तापमान को कैसे बदला जाना चाहिए ताकि रासायनिक प्रतिक्रिया की दर, जिसका तापमान गुणांक संख्यात्मक रूप से 3 के बराबर हो, 27 गुना बढ़ जाए?

समाधान। आइए सूत्र का उपयोग करें

2 = ᴠ 1 (Τ2-Τ1)/10 ।

स्थिति 2 / 1 = 27, और = 3 से। आपको ΔΤ = Τ 2 -Τ 1 खोजने की आवश्यकता है।

मूल सूत्र को बदलने पर, हम प्राप्त करते हैं:

वी 2 / वी 1 \u003d / 10।

हम मानों को प्रतिस्थापित करते हैं: 27=3 /10।

इससे स्पष्ट है कि /10 = 3 और ΔΤ = 30.

उत्तर: तापमान में 30 डिग्री की वृद्धि की जानी चाहिए।

उत्प्रेरकों का प्रभाव

भौतिक रसायन विज्ञान में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का भी उत्प्रेरक नामक एक खंड द्वारा सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाता है। वह इस बात में रुचि रखते हैं कि कैसे और क्यों कुछ पदार्थों की अपेक्षाकृत कम मात्रा में दूसरों की बातचीत की दर में काफी वृद्धि होती है। वे पदार्थ जो अभिक्रिया की गति तो बढ़ा सकते हैं लेकिन स्वयं उपभोग नहीं कर सकते, उत्प्रेरक कहलाते हैं।

यह साबित हो गया है कि उत्प्रेरक रासायनिक संपर्क के तंत्र को ही बदलते हैं, नए संक्रमण राज्यों की उपस्थिति में योगदान करते हैं, जो कम ऊर्जा बाधा ऊंचाई की विशेषता है। यही है, वे सक्रियण ऊर्जा में कमी में योगदान करते हैं, और इसलिए प्रभावी कण प्रभावों की संख्या में वृद्धि करते हैं। एक उत्प्रेरक ऐसी प्रतिक्रिया का कारण नहीं बन सकता जो ऊर्जावान रूप से असंभव हो।

तो हाइड्रोजन पेरोक्साइड ऑक्सीजन और पानी के निर्माण के साथ विघटित होने में सक्षम है:

एच 2 2 \u003d एच 2 + 2।

लेकिन यह प्रतिक्रिया बहुत धीमी होती है और हमारे मेडिसिन कैबिनेट में यह काफी लंबे समय तक अपरिवर्तित रहती है। पेरोक्साइड की केवल बहुत पुरानी शीशियों को खोलते समय, आप बर्तन की दीवारों पर ऑक्सीजन के दबाव के कारण एक छोटा सा पॉप देख सकते हैं। मैग्नीशियम ऑक्साइड के कुछ ही दानों को जोड़ने से गैस का सक्रिय विमोचन होगा।

वही पेरोक्साइड अपघटन प्रतिक्रिया, लेकिन उत्प्रेरित की कार्रवाई के तहत, घावों के उपचार के दौरान होती है। जीवित जीवों में कई अलग-अलग पदार्थ होते हैं जो जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं। उन्हें एंजाइम कहा जाता है।

प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम पर अवरोधकों का विपरीत प्रभाव पड़ता है। हालांकि, यह हमेशा बुरा नहीं होता है। धातु उत्पादों को जंग से बचाने के लिए अवरोधकों का उपयोग किया जाता है, भोजन के शेल्फ जीवन को बढ़ाने के लिए, उदाहरण के लिए, वसा के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए।

पदार्थ संपर्क क्षेत्र

इस घटना में कि विभिन्न समुच्चय अवस्थाओं वाले यौगिकों के बीच या उन पदार्थों के बीच बातचीत होती है जो एक सजातीय माध्यम (अमिश्रणीय तरल पदार्थ) बनाने में सक्षम नहीं हैं, तो यह कारक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों के चरणों के बीच इंटरफेस में सीधे विषम प्रतिक्रियाएं की जाती हैं। जाहिर है, यह सीमा जितनी चौड़ी होगी, उतने ही अधिक कणों को टकराने का मौका मिलेगा और प्रतिक्रिया उतनी ही तेज होगी।

उदाहरण के लिए, यह छोटे चिप्स के रूप में लॉग के रूप में बहुत तेजी से जाता है। इसी उद्देश्य के लिए, कई ठोस पदार्थों को घोल में मिलाने से पहले एक महीन पाउडर में मिला दिया जाता है। तो, पाउडर चाक (कैल्शियम कार्बोनेट) समान द्रव्यमान के टुकड़े की तुलना में हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ तेजी से कार्य करता है। हालांकि, क्षेत्र को बढ़ाने के अलावा, इस तकनीक से पदार्थ के क्रिस्टल जाली का अराजक टूटना भी होता है, जिसका अर्थ है कि यह कणों की प्रतिक्रियाशीलता को बढ़ाता है।

गणितीय रूप से, एक विषम रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय (Δt) प्रति इकाई सतह पर होने वाले पदार्थ (Δν) की मात्रा में परिवर्तन के रूप में पाई जाती है।

(एस): वी = Δν/(एस t)।

दबाव प्रभाव

सिस्टम में दबाव में बदलाव का असर तभी होता है जब गैसें प्रतिक्रिया में भाग लेती हैं। दबाव में वृद्धि किसी पदार्थ के अणुओं में प्रति इकाई आयतन में वृद्धि के साथ होती है, अर्थात इसकी सांद्रता आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है। इसके विपरीत, दबाव में कमी से अभिकर्मक की सांद्रता में समान कमी आती है। इस मामले में, ZDM के अनुरूप सूत्र रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की गणना के लिए उपयुक्त है।

एक कार्य। समीकरण द्वारा वर्णित प्रतिक्रिया की दर कैसे बढ़ेगी

2ΝΟ + 2 = 2ΝΟ 2 ,

यदि एक बंद प्रणाली का आयतन तीन (T=const) के कारक से कम हो जाता है?

समाधान। जैसे-जैसे आयतन घटता है, दबाव आनुपातिक रूप से बढ़ता है। आइए प्रारंभिक (V 1) और अंतिम (V 2) प्रतिक्रिया दरों के लिए व्यंजक लिखें:

वी 1 = के 2 [Ο 2 ] और

वी 2 = के·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = के·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ]।

यह पता लगाने के लिए कि नई गति प्रारंभिक गति से कितनी गुना अधिक है, आपको भावों के बाएँ और दाएँ भागों को विभाजित करना चाहिए:

वी 1/वी 2 = (के 9[ΝΟ] 2 3[Ο 2 ]) / (के ? [ΝΟ] 2 [Ο 2 ])।

एकाग्रता मान और दर स्थिरांक कम हो जाते हैं, और बने रहते हैं:

वी 2 /वी 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27.

उत्तर: गति 27 गुना बढ़ गई है।

संक्षेप में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पदार्थों की बातचीत की दर, या बल्कि, उनके कणों के टकराव की संख्या और गुणवत्ता, कई कारकों से प्रभावित होती है। सबसे पहले, यह सक्रियण ऊर्जा और अणुओं की ज्यामिति है, जिसे ठीक करना लगभग असंभव है। शेष स्थितियों के लिए, प्रतिक्रिया दर में वृद्धि के लिए यह निम्नानुसार है:

• प्रतिक्रिया माध्यम के तापमान में वृद्धि;
• मूल यौगिकों की एकाग्रता में वृद्धि;
• अगर हम गैसों के बारे में बात कर रहे हैं तो सिस्टम में दबाव बढ़ाएं या इसकी मात्रा कम करें;
• असमान पदार्थों को एकत्रीकरण की एक अवस्था में लाना (उदाहरण के लिए, पानी में घोलकर) या उनके संपर्क के क्षेत्र में वृद्धि करना।