रासायनिक प्रतिक्रिया की दर
किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को इकाई समय में होने वाली प्रतिक्रिया की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। किसी प्रतिक्रिया की दर को प्रतिक्रिया के कुछ गुणों को चुनकर मापा जाता है जो इंगित करेगा कि प्रतिक्रिया कितनी दूर तक चली गई है, और जिसकी तीव्रता प्रतिक्रिया को परेशान किए बिना समय के साथ देखी जा सकती है।
उदाहरण के लिए, एक प्रतिक्रिया जो रंग परिवर्तन दिखाती है: ऐसी प्रतिक्रिया की दर को यह देखकर मापा जा सकता है कि समय के साथ रंग की तीव्रता कैसे बदलती है। इसी तरह, एक प्रतिक्रिया जिसमें गैसें शामिल होती हैं, उसकी दर को गैस को इकट्ठा करके और समय के साथ इसकी मात्रा या द्रव्यमान में वृद्धि को देखकर मापा जा सकता है। नोट: प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि प्रतिक्रिया के लिए लगने वाले समय में कमी के अनुरूप होती है, और इसके विपरीत।
यानी, प्रतिक्रिया की दर समय के व्युत्क्रमानुपाती होती है,
आर α1/टी
रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाले कारक
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल हैं:
तापमान
गतिज सिद्धांत के अनुसार, रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया में शामिल अणुओं, परमाणुओं या आयनों के टकराव के कारण होती हैं। जब किसी प्रतिक्रियाशील प्रणाली का तापमान गर्म करके बढ़ाया जाता है, तो प्रतिक्रिया करने वाले कण ऊर्जा प्राप्त करते हैं और तेजी से आगे बढ़ने में सक्षम होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप टकराव बढ़ जाता है, जिससे प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है।
इसका एक उदाहरण सोडियम ट्राइऑक्सो सल्फर सल्फेट (VI) घोल और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के बीच प्रतिक्रिया में पाया जा सकता है। प्रतिक्रिया से सल्फर की वर्षा होती है।
समय के साथ विभिन्न तापमानों पर सल्फर की वर्षा को देखकर, प्राप्त परिणाम यह संकेत देगा कि: जैसे-जैसे प्रतिक्रिया का तापमान बढ़ता है, सल्फर को अवक्षेपित करने में लगने वाला समय कम हो जाता है (यानी प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है)।
ध्यान दें: जिस तरीके से अवक्षेप की तीव्रता को मापा जा सकता है वह पूरी प्रतिक्रिया को एक बीकर में करना है, और बीकर और इसकी सामग्री को कागज के एक सफेद टुकड़े पर रखना है जिस पर एक क्रॉस अंकित है। जब बीकर की सामग्री को ऊपर से देखा जाता है तो क्रॉस के गायब होने का समय प्रतिक्रिया के एक निश्चित अंश (यानी प्रतिक्रिया की दर) के घटित होने में लगने वाले समय का माप देगा – एक स्टॉप घड़ी या एक घड़ी इस समय को नोट करने के लिए उपयोग किया जाता है।
प्रतिक्रिया के समय पर तापमान का ग्राफ़ बनाकर, हम वक्र प्राप्त करते हैं:
ध्यान दें: वक्र का ढलान बाएं से दाएं है जो दर्शाता है कि तापमान में वृद्धि से समय में कमी आती है (यानी, प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि) और इसके विपरीत। इस प्रकार, तापमान समय के व्युत्क्रमानुपाती होता है (तापमान α 1/समय)।
सामान्य तौर पर, किसी प्रतिक्रिया के तापमान में 100 की वृद्धि से प्रतिक्रिया की दर दोगुनी हो जाती है (अर्थात लगने वाले समय में आधी कमी हो जाती है)।
अभिकारकों की सांद्रता
प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता या घनत्व उनकी एक-दूसरे से निकटता को प्रभावित करती है, और परिणामस्वरूप उनके टकराव की आवृत्ति – यह अंततः प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करती है। अभिकारकों की सांद्रता जितनी अधिक होगी, प्रतिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी और इसके विपरीत।
प्रतिक्रिया की दर पर एकाग्रता के प्रभाव की जांच करने के लिए, सल्फर को अवक्षेपित करने के लिए तनु एचसीएल और सोडियम ट्राइऑक्सो सल्फर सल्फेट (VI) समाधान के बीच प्रतिक्रिया का अध्ययन किया जा सकता है।
एचसीएल की निश्चित सांद्रता के साथ सोडियम ट्राइऑक्सो सल्फर सल्फेट (VI) की विभिन्न सांद्रता की प्रतिक्रियाओं को देखने से, प्रतिक्रिया के परिणाम से यह देखा जा सकता है कि सांद्रता जितनी अधिक होगी, सल्फर को अवक्षेपित होने में उतना ही कम समय लगेगा। यानी, सांद्रता जितनी अधिक होगी, प्रतिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी।
किसी भी क्षण में उत्पादित सल्फर की तीव्रता का निरीक्षण करने के लिए (यह प्रतिक्रिया की सीमा, यानी प्रतिक्रिया की दर का प्रतिनिधित्व करता है), प्रतिक्रिया एक बीकर में की जाती है, जिसे कागज के एक टुकड़े पर रखा जाता है, जिस पर एक क्रॉस अंकित होता है। जब बीकर की सामग्री को ऊपर से देखा जाता है तो क्रॉस के अदृश्य होने में लगने वाला समय स्टॉप क्लॉक या घड़ी का उपयोग करके नोट किया जाता है – यह प्रतिक्रिया के एक निश्चित अंश के घटित होने में लगने वाला समय है।
प्रतिक्रिया के समय के विरुद्ध सांद्रता का ग्राफ़ बनाने पर, निम्नलिखित वक्र प्राप्त होता है:
वक्र समय के साथ व्युत्क्रमानुपाती रूप से बदलती हुई सांद्रता को इंगित करता है, अर्थात् सान्द्रता। α 1/टी. इसलिए, प्रतिक्रियाशील द्रव्यमानों की सांद्रता बढ़ाने से प्रतिक्रिया का समय कम हो जाता है (अर्थात प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि)। प्रतिक्रियाशील द्रव्यमानों की सांद्रता कम होने से प्रतिक्रिया का समय बढ़ जाता है (अर्थात् प्रतिक्रिया की दर में कमी)।
प्रतिक्रिया की दर पर अभिकारकों की सांद्रता के प्रभाव को दिखाने वाला एक अन्य अध्ययन “आयोडीन-क्लॉक प्रतिक्रिया” है – यह हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान और अम्लीकृत पोटेशियम आयोडाइड समाधान के बीच की प्रतिक्रिया है। आयोडीन का उत्पादन होता है और इसका संकेत स्टार्च के साथ गहरे नीले रंग के अवलोकन से मिलता है।
2I-(aq),+ 2H+(aq) + H2O2(aq) → 2H2O (l) + I2(aq)
प्रक्रिया में एक अभिकारक की निश्चित सांद्रता को दूसरे की परिवर्तनशील सांद्रता के साथ उपयोग करना और प्रत्येक संयोजन में प्रतिक्रिया की दर का निरीक्षण करना शामिल है।
अध्ययन के परिणाम से पता चलेगा कि अभिकारकों की सांद्रता में वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। गैसीय प्रतिक्रियाओं के लिए, दबाव में वृद्धि का तात्पर्य एकाग्रता में वृद्धि है – टकराव में वृद्धि के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि होती है।
ध्यान दें: आम तौर पर, अभिकारकों की सांद्रता (गैसों के लिए प्रति डीएम3 या एमएमएचजी में मोल में) में वृद्धि के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि होगी – यानी प्रतिक्रिया समय में कमी होगी – और इसके विपरीत। उपरोक्त ग्राफ़ सभी समान मामलों पर लागू होता है।
अभिकारकों का सतही क्षेत्रफल
विषमांगी प्रतिक्रियाओं में – ऐसी प्रतिक्रियाएँ जिनमें सभी अभिकारक एक ही चरण (अर्थात विभिन्न अवस्थाओं) में नहीं होते हैं – अभिकारकों का सतह क्षेत्र प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करता हुआ पाया गया है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाओं की दर की तुलना करना:
(i) एचसीएल और संगमरमर के चिप्स को पतला करें।
(ii) समान द्रव्यमान का HCl और चूर्णित संगमरमर पतला करें
(मैं)। CaCO3(s) + 2HCl(aq → CaCl2(aq) + CO2(s) + H2O
(एल) दोनों प्रतिक्रियाओं से CO2 गैस उत्पन्न होती है। इससे समय के साथ प्रतिक्रिया करने वाले बर्तन के द्रव्यमान में कमी आती है, और इसे प्रतिक्रिया की दर के माप के रूप में लिया जा सकता है।
दोनों प्रतिक्रियाओं के परिणाम से पता चलेगा कि पाउडर वाले संगमरमर की प्रतिक्रिया की दर चिप की तुलना में अधिक है (जैसा कि नीचे दिए गए ग्राफ़ में दिखाया गया है – पाउडर वाले संगमरमर के प्रतिक्रियाशील बर्तन का द्रव्यमान कम समय में कम हो जाता है। संगमरमर की गांठ का प्रतिक्रियाशील पात्र)।
इसका कारण यह है कि पाउडर वाले संगमरमर का सतह क्षेत्र, चिप की तुलना में बहुत बड़ा होने के कारण उनकी प्रतिक्रिया दर में अंतर के लिए जिम्मेदार है।
प्रतिक्रिया के समय के विरुद्ध प्रतिक्रिया करने वाले बर्तन के द्रव्यमान का ग्राफ नीचे दिए गए चित्र के समान है:
नोट: दोनों वक्र एक ही बिंदु पर समतल हैं। इसका कारण यह है कि चिप (या बड़ा टुकड़ा) कुछ समय बाद पूरी तरह घुल जाता है, फिर उसकी प्रतिक्रिया की दर पाउडर वाले के बराबर हो जाती है।
सामान्य तौर पर, विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, बड़े सतह क्षेत्रों के अभिकारकों में छोटे सतह क्षेत्रों के अभिकारकों की तुलना में प्रतिक्रिया की दर अधिक होती है (यानी प्रतिक्रियाएं कम समय में होती हैं)। पाउडर का सतह क्षेत्र गांठ या बड़े टुकड़े की तुलना में अधिक होता है।
उपरोक्त प्रतिक्रियाओं की दरों को मापने का एक अन्य तरीका समय के साथ उत्पादित CO2 की बढ़ती मात्रा को मापना है। समय के विरुद्ध उत्पादित CO2 की मात्रा का ग्राफ देगा:
उत्प्रेरक का उपयोग
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में उत्प्रेरक की उपस्थिति से उनकी दर बढ़ जाएगी।
