प्रतिक्रिया की दर की गणना कैसे करें

प्रतिक्रिया तब होती है जब कण टकराते हैं। इस टक्कर में कण पुराने बंधनों को तोड़ने और नए बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं। लेकिन आप उस दर को कैसे परिभाषित कर सकते हैं जिस पर प्रतिक्रिया होती है?

नीचे की तरह एक साधारण प्रतिक्रिया पर एक नज़र डालें:

इस प्रतिक्रिया में कुछ अभिकारक A को कुछ उत्पाद B में बदल दिया जाता है। प्रतिक्रिया की दर को समय के साथ ए की एकाग्रता में कमी या समय के साथ बी की वृद्धि के रूप में दर्शाया जा सकता है। यह लिखा है:

चूँकि A समय के साथ घटता जाता है इसलिए इस दर के सामने एक ऋणात्मक चिन्ह होता है। यहां व्यक्त दरें हैं rates औसत दरें क्योंकि वे कुछ समय के लिए औसत हैं।

प्रतिक्रिया दर, या जिस गति से प्रतिक्रिया होती है, उसे एक अभिकारक या उत्पाद की सांद्रता में परिवर्तन के रूप में समय में परिवर्तन के रूप में ऊपर दिखाया गया है।

प्रयोगात्मक रूप से इसकी गणना करने के लिए आपको समय के एक फलन के रूप में या तो अभिकारक या उत्पाद की एकाग्रता की निगरानी करनी होगी। एक बार जब आपके पास अलग-अलग समय पर माप हो जाते हैं तो आप इन मानों को प्लॉट कर सकते हैं और प्रतिक्रिया की तात्कालिक दर या रेखा की ढलान का पता लगा सकते हैं।

मान लीजिए कि आप ए और बी के बीच की प्रतिक्रिया को देख रहे हैं, जो सी और डी बनाती है। जाहिर है, उत्पाद का बनना A और B दोनों पर निर्भर करता है। लेकिन, एक की अधिकता, मान लीजिए B को जोड़कर, आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि एकाग्रता बी का अनिवार्य रूप से स्थिर रहता है। इस प्रकार B की मात्रा में परिवर्तन अभिक्रिया की मापी गई दर को प्रभावित नहीं करेगा।

फिर, आप A की विभिन्न सांद्रताओं पर दर प्लॉट कर सकते हैं। यह आपको यह देखने की अनुमति देगा कि क्या दर अभिकारकों की सांद्रता के समानुपाती है।

कहो कि जब आप साजिश करते हैं दर बनाम एकाग्रता A का यह एक सीधी रेखा देता है। इसका मतलब है कि दर सीधे ए की एकाग्रता के समानुपाती होती है। नतीजतन, ए की एकाग्रता जितनी अधिक होगी, दर उतनी ही अधिक होगी।

इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

चर k को दर स्थिरांक के रूप में जाना जाता है. यह अभिक्रिया की दर और अभिकारकों की सांद्रता के बीच आनुपातिकता का एक स्थिरांक है। चर k है नहीं अभिकारकों की सांद्रता से प्रभावित होता है। यह दर और अभिकारक सांद्रता का अनुपात है। यह मान k केवल तापमान से प्रभावित होता है।

चूंकि एकाग्रता को मोलरिटी में मापा जाता है, एकाग्रता में परिवर्तन को एम में मापा जाता है जबकि समय सेकंड में मापा जाता है। इसका मतलब है कि k के लिए इकाइयाँ आमतौर पर 1/s या s. होती हैं^-1.

स्टोइकोमेट्री के लिए, घटकों के बीच मोल से मोल अनुपात जैसी सरल प्रतिक्रियाएं समान होती हैं। उदाहरण के लिए, जब A, B की ओर मुड़ता है, तो B के प्रत्येक मोल के लिए A का एक मोल नष्ट हो जाता है।

सभी प्रतिक्रियाएं इतनी सरल नहीं हैं।

निम्नलिखित प्रतिक्रिया पर विचार करें:

हर बार जब B बनाया जाता है, तो A के 3 मोल का उपयोग किया जाता है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

सामान्य तौर पर, प्रतिक्रिया के लिए:

दर इस प्रकार दी गई है:

दर कानून दर स्थिरांक और अभिकारकों की सांद्रता को कुछ शक्ति तक बढ़ाने के लिए प्रतिक्रिया की दर के संबंध को व्यक्त करता है।

सामान्य प्रतिक्रिया के लिए:

दर कानून इस प्रकार लिखा गया है:

ए और बी प्रतिक्रियाएं हैं। k दर स्थिर है। x और y ऐसी संख्याएँ हैं जो प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए. एक बार x और y ज्ञात हो जाने पर, किसी भी अभिकारक सांद्रता के इनपुट का उपयोग प्रतिक्रिया की दर ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है।

एक्स और वाई महत्वपूर्ण हैं क्योंकि अभिकारकों ए और बी की सांद्रता और प्रतिक्रिया दर के बीच संबंध देते हैं। वे भी देते हैं प्रतिक्रिया क्रम जब एक साथ जोड़ा गया। प्रतिक्रिया क्रम उस शक्ति का योग है जिससे दर कानून में अभिकारक सांद्रता बढ़ा दी जाती है।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, दर कानून एक गणितीय संबंध है जो आपको दिखाता है कि प्रतिक्रियाशील एकाग्रता में परिवर्तन प्रतिक्रिया की दर को कैसे प्रभावित करता है। तो, आप दर कानून कैसे खोज सकते हैं?

हाइड्रोजन और नाइट्रिक एसिड की निम्नलिखित प्रतिक्रिया पर एक नज़र डालें:

आदेश खोजने के लिए, आपको दर कानून के प्रतिपादकों को जानना होगा जो लिखा जाएगा:

इसके लिए डेटा के उपयोग की आवश्यकता होती है जो प्रतिक्रियाशील एकाग्रता और प्रारंभिक दर को इंगित करता है।

निम्नलिखित डेटा पर विचार करें:

प्रत्येक अभिकारक के संबंध में क्रम ज्ञात करने के लिए, उन प्रयोगों को ज्ञात करके प्रारंभ करें जिनमें दूसरे अभिकारक को स्थिर रखा गया है। उदाहरण के लिए, NO के संबंध में क्रम की जांच करने के लिए, प्रयोग 1 और 2 को देखना मददगार होगा क्योंकि NO की सांद्रता दोगुनी हो जाती है लेकिन H की सांद्रता₂ स्थिर रखा जाता है।

प्रयोग 1 और 2 से पता चलता है कि NO की सांद्रता दोगुनी करने पर दर चौगुनी हो जाती है। इन दोनों प्रयोगों के लिए दर नियम नीचे लिखें:

तथा

समीकरण के दाहिने हाथ के दो पक्षों के बीच का अनुपात 4 है, इसलिए पहले समीकरण को दूसरे से विभाजित करने के बाद, आप प्राप्त करते हैं:

तो वाई = २।

इसके बाद, आप H. के संबंध में आदेश पा सकते हैं₂. प्रयोग 2 और 3 इंगित करते हैं कि H. को दोगुना करना₂ एकाग्रता दर को दोगुना कर देती है। इसका अर्थ यह है कि प्रतिक्रिया H. में प्रथम कोटि की है₂.

इस प्रकार दर कानून है:

घातांक 1 और 2 को एक साथ जोड़ने पर 3 का अर्थ होता है कि प्रतिक्रिया तीसरी कोटि की है।

दर कानून के बारे में कुछ महत्वपूर्ण बिंदु:

1. रासायनिक समीकरण से कच्चे नियम नहीं खोजे जा सकते। उनको जरूर हमेशा प्रयोगात्मक रूप से पाया जा सकता है। अभिकारकों की सांद्रता और प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर से, आप ऊपर दिखाए गए अनुसार प्रतिक्रिया क्रम पा सकते हैं और दर स्थिर भी पा सकते हैं।
2. शून्य आदेश दर कानून के लिए दर स्थिर दर के बराबर है।
3. प्रतिक्रिया क्रम हमेशा अभिकारक एकाग्रता द्वारा परिभाषित किया जाता है।
4. एक अभिकारक का क्रम संतुलित रासायनिक समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक से संबंधित नहीं है।

प्रतिक्रिया का क्रम आपको बताता है कि अभिकारक सांद्रता के साथ दर कैसे बदलती है।

प्रथम कोटि की अभिक्रियाएँ वे अभिक्रियाएँ होती हैं जिनकी दर प्रथम घात तक बढ़ाई गई अभिकारक सांद्रता पर निर्भर करती है। इसका अर्थ यह है कि जब किसी अभिकारक की सान्द्रता दोगुनी कर दी जाती है तो उसकी दर भी दोगुनी हो जाती है।

अनेक अपघटन अभिक्रियाएँ प्रथम कोटि की होती हैं। एक उदाहरण N. का अपघटन है₂हे₅:

द्वितीय कोटि की अभिक्रियाएँ वे अभिक्रियाएँ होती हैं जिनकी दर एक अभिकारक की दूसरी घात पर या दो अभिकारकों की पहली घात की सांद्रता पर निर्भर करती है।

दूसरे क्रम की प्रतिक्रिया का एक उदाहरण गैस चरण में आणविक आयोडीन बनाने के लिए आयोडीन का संयोजन है: