अभिकारक पदार्थों की प्रकृति क्या है? रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारक

रासायनिक विधियाँ

भौतिक तरीके

प्रतिक्रिया की गति मापने की विधियाँ

उपरोक्त उदाहरण में, कैल्शियम कार्बोनेट और एसिड के बीच प्रतिक्रिया की दर को समय के फलन के रूप में जारी गैस की मात्रा का अध्ययन करके मापा गया था। प्रतिक्रिया दर पर प्रायोगिक डेटा अन्य मात्राओं को मापकर प्राप्त किया जा सकता है।

यदि किसी प्रतिक्रिया के दौरान गैसीय पदार्थों की कुल मात्रा में परिवर्तन होता है, तो स्थिर मात्रा में गैस के दबाव को मापकर इसकी प्रगति की निगरानी की जा सकती है। ऐसे मामलों में जहां शुरुआती सामग्रियों में से एक या प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक रंगीन है, समाधान के रंग में परिवर्तन को देखकर प्रतिक्रिया की प्रगति की निगरानी की जा सकती है। एक अन्य ऑप्टिकल विधि प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान के घूर्णन को मापना है (यदि शुरुआती सामग्रियों और प्रतिक्रिया उत्पादों में अलग-अलग घूर्णन शक्तियां हैं)।

कुछ अभिक्रियाएँ विलयन में आयनों की संख्या में परिवर्तन के साथ होती हैं। ऐसे मामलों में, समाधान की विद्युत चालकता को मापकर प्रतिक्रिया दर का अध्ययन किया जा सकता है। अगला अध्याय कुछ अन्य इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीकों पर गौर करेगा जिनका उपयोग प्रतिक्रिया दर को मापने के लिए किया जा सकता है।

विभिन्न रासायनिक विश्लेषण विधियों का उपयोग करके समय के साथ प्रतिक्रिया प्रतिभागियों में से किसी एक की एकाग्रता को मापकर प्रतिक्रिया की प्रगति की निगरानी की जा सकती है। प्रतिक्रिया थर्मोस्टेड बर्तन में की जाती है। निश्चित अंतराल पर, बर्तन से घोल (या गैस) का एक नमूना लिया जाता है और घटकों में से एक की सांद्रता निर्धारित की जाती है। विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि विश्लेषण के लिए लिए गए नमूने में कोई प्रतिक्रिया न हो। यह किसी एक अभिकर्मक को रासायनिक रूप से बांधकर, अचानक ठंडा करके या घोल को पतला करके प्राप्त किया जाता है।

प्रायोगिक अध्ययन से पता चलता है कि प्रतिक्रिया की गति कई कारकों पर निर्भर करती है। आइए पहले हम गुणात्मक स्तर पर इन कारकों के प्रभाव पर विचार करें।

1.प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति.प्रयोगशाला अभ्यास से हम जानते हैं कि क्षार के साथ अम्ल का उदासीनीकरण

एच + + ओएच - ® एच 2 ओ

थोड़ा घुलनशील यौगिक के निर्माण के साथ लवणों की परस्पर क्रिया

एजी + + सीएल - ® एजीसीएल

और इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में अन्य प्रतिक्रियाएँ बहुत तेज़ी से होती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए आवश्यक समय को मिलीसेकंड और यहां तक ​​कि माइक्रोसेकंड में भी मापा जाता है। यह काफी समझने योग्य है, क्योंकि ऐसी प्रतिक्रियाओं का सार विपरीत चिह्न के आवेशों के साथ आवेशित कणों का दृष्टिकोण और संयोजन है।

आयनिक प्रतिक्रियाओं के विपरीत, सहसंयोजक बंधित अणुओं के बीच परस्पर क्रिया आमतौर पर बहुत धीमी गति से होती है। दरअसल, ऐसे कणों के बीच प्रतिक्रिया के दौरान, शुरुआती पदार्थों के अणुओं में बंधन टूटना चाहिए। ऐसा करने के लिए, टकराने वाले अणुओं में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होनी चाहिए। इसके अलावा, यदि अणु काफी जटिल हैं, तो उनके बीच प्रतिक्रिया होने के लिए, उन्हें अंतरिक्ष में एक निश्चित तरीके से उन्मुख होना चाहिए।

2. अभिकारकों की सांद्रता. एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर, अन्य चीजें समान होने पर, प्रति इकाई समय में प्रतिक्रियाशील कणों की टक्कर की संख्या पर निर्भर करती है। टकराव की संभावना प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या पर निर्भर करती है, अर्थात। एकाग्रता पर. इसलिए, बढ़ती एकाग्रता के साथ प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है।

3. भौतिक राज्यपदार्थों. सजातीय प्रणालियों में, प्रतिक्रिया दर कण टकरावों की संख्या पर निर्भर करती है समाधान की मात्रा(या गैस). विषमांगी प्रणालियों में रासायनिक अंतःक्रिया होती है इंटरफ़ेस पर. किसी ठोस को कुचलने पर उसका सतह क्षेत्र बढ़ने से प्रतिक्रिया करने वाले कणों के लिए ठोस के कणों तक पहुंचना आसान हो जाता है, जिससे प्रतिक्रिया में महत्वपूर्ण तेजी आती है।

4. तापमानविभिन्न रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं की दर पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ती है, और परिणामस्वरूप, उन कणों का अनुपात बढ़ता है जिनकी ऊर्जा रासायनिक संपर्क के लिए पर्याप्त है।

5. स्थैतिक कारकप्रतिक्रियाशील कणों के पारस्परिक अभिविन्यास की आवश्यकता को दर्शाता है। अणु जितने अधिक जटिल होंगे, उनके ठीक से उन्मुख होने की संभावना उतनी ही कम होगी और टकराव उतना ही कम कुशल होगा।

6. उत्प्रेरकों की उपलब्धता.उत्प्रेरक वे पदार्थ हैं जिनकी उपस्थिति रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदल देती है।प्रतिक्रिया प्रणाली में छोटी मात्रा में पेश किए जाने और प्रतिक्रिया के बाद अपरिवर्तित रहने के कारण, वे प्रक्रिया की दर को अत्यधिक बदलने में सक्षम हैं।

मुख्य कारक जिन पर प्रतिक्रिया दर निर्भर करती है, नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है:

1) प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति।

2) अभिकर्मकों की संपर्क सतह।

3) अभिकारकों की सांद्रता।

4) तापमान.

5) उत्प्रेरकों की उपस्थिति.

विषमांगी प्रतिक्रियाओं की दर इस पर भी निर्भर करती है:

ए) चरण इंटरफ़ेस का आकार (चरण इंटरफ़ेस में वृद्धि के साथ, विषम प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है);

बी) चरण इंटरफ़ेस में प्रतिक्रियाशील पदार्थों की आपूर्ति की दर और इससे प्रतिक्रिया उत्पादों को हटाने की दर।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारक:

1. अभिकर्मकों की प्रकृति. यौगिकों में रासायनिक बंधों की प्रकृति और उनके अणुओं की संरचना एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के घोल से जिंक द्वारा हाइड्रोजन की रिहाई एसिटिक एसिड के घोल की तुलना में बहुत तेजी से होती है, क्योंकि H-C1 बांड की ध्रुवता CH 3 COOH अणु में OH बांड से अधिक होती है, अन्य में शब्द, इस तथ्य के कारण कि एचसीएल - एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट है, और सीएच 3 सीओओएच जलीय घोल में एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है।

2. अभिकर्मकों की संपर्क सतह. प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की संपर्क सतह जितनी बड़ी होगी, प्रतिक्रिया उतनी ही तेज़ होगी। ठोसों का पृष्ठीय क्षेत्रफल उन्हें पीसकर और घुलनशील पदार्थों का उन्हें घोलकर बढ़ाया जा सकता है। समाधानों में प्रतिक्रियाएँ लगभग तुरंत होती हैं।

3. अभिकर्मकों की सांद्रता. परस्पर क्रिया होने के लिए, एक सजातीय प्रणाली में प्रतिक्रियाशील पदार्थों के कणों का टकराना आवश्यक है। जब बढ़ रहा है अभिकारकों की सांद्रताप्रतिक्रियाओं की गति बढ़ जाती है. यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जैसे-जैसे प्रति इकाई आयतन में पदार्थ की मात्रा बढ़ती है, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के कणों के बीच टकराव की संख्या बढ़ती है। टकरावों की संख्या रिएक्टर के आयतन में प्रतिक्रियाशील पदार्थों के कणों की संख्या, यानी उनकी दाढ़ सांद्रता के समानुपाती होती है।

अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की मात्रात्मक निर्भरता व्यक्त की जाती है सामूहिक कार्रवाई का कानून (गुल्डबर्ग और वेज, नॉर्वे, 1867): रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है।

प्रतिक्रिया के लिए:

एए + बीबी ↔ सीसी + डीडी

सामूहिक क्रिया के नियम के अनुसार प्रतिक्रिया दर बराबर है:

υ = क[ए]υ ए ·[बी]υ बी,(9)

जहां [ए] और [बी] शुरुआती पदार्थों की सांद्रता हैं;

क-प्रतिक्रिया दर स्थिरांक, जो अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर है [ए] = [बी] = 1 मोल/ली।

प्रतिक्रिया दर स्थिरांक अभिकारकों की प्रकृति, तापमान, पर निर्भर करता है पदार्थों की सान्द्रता पर निर्भर नहीं करता।

अभिव्यक्ति (9) कहलाती है प्रतिक्रिया का गतिज समीकरण. गतिज समीकरणों में गैसीय और विघटित पदार्थों की सांद्रता शामिल होती है, लेकिन ठोस पदार्थों की सांद्रता शामिल नहीं होती है:

2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g); υ = क 2 · [ओ 2 ];

CuO (tv.) + H 2 (g) = Cu (tv.) + H 2 O (g); υ = क.

गतिज समीकरणों का उपयोग करके, आप गणना कर सकते हैं कि जब अभिकारकों की सांद्रता बदलती है तो प्रतिक्रिया दर कैसे बदलती है।

उत्प्रेरक का प्रभाव.

5. प्रतिक्रिया तापमान.सक्रिय टक्कर सिद्धांत

रासायनिक संपर्क की प्राथमिक क्रिया के लिए, प्रतिक्रिया करने वाले कणों को एक-दूसरे से टकराना होगा। हालाँकि, हर टक्कर के परिणामस्वरूप रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है। रासायनिक अंतःक्रिया तब होती है जब कण ऐसी दूरी तक पहुंचते हैं जिस पर इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण और नए रासायनिक बंधों का निर्माण संभव होता है। परस्पर क्रिया करने वाले कणों में उनके इलेक्ट्रॉन कोशों के बीच उत्पन्न होने वाली प्रतिकारक शक्तियों पर काबू पाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए।

संक्रमण की स्थिति- सिस्टम की एक स्थिति जिसमें कनेक्शन का विनाश और निर्माण संतुलित होता है। सिस्टम थोड़े समय (10-15 सेकंड) के लिए संक्रमण अवस्था में रहता है। वह ऊर्जा जिसे सिस्टम को संक्रमण अवस्था में लाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए, कहलाती है सक्रियण ऊर्जा। बहुचरणीय प्रतिक्रियाओं में जिनमें कई संक्रमण अवस्थाएँ शामिल होती हैं, सक्रियण ऊर्जा उच्चतम ऊर्जा मूल्य से मेल खाती है। संक्रमण अवस्था पर काबू पाने के बाद, अणु पुराने बंधनों के नष्ट होने और नए बंधनों के निर्माण या मूल बंधनों के परिवर्तन के साथ फिर से बिखर जाते हैं। दोनों विकल्प संभव हैं, क्योंकि वे ऊर्जा की रिहाई के साथ घटित होते हैं। ऐसे पदार्थ हैं जो किसी दी गई प्रतिक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा को कम कर सकते हैं।

सक्रिय अणु ए 2 और बी 2 टकराने पर कमजोर होकर और फिर टूटकर एक मध्यवर्ती सक्रिय कॉम्प्लेक्स ए 2 ... बी 2 में संयोजित हो जाते हैं ए-ए कनेक्शनऔर बी-बी और ए-बी कनेक्शन को मजबूत करना।

НI (168 kJ/mol) के गठन के लिए प्रतिक्रिया की "सक्रियण ऊर्जा" Н2 और I2 (571 kJ/mol) के प्रारंभिक अणुओं में बंधन को पूरी तरह से तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा से काफी कम है। इसलिए, गठन के माध्यम से प्रतिक्रिया पथ सक्रिय (सक्रिय) कॉम्प्लेक्समूल अणुओं में बंधों के पूर्ण रूप से टूटने के मार्ग की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है। अधिकांश प्रतिक्रियाएँ मध्यवर्ती सक्रिय परिसरों के निर्माण के माध्यम से होती हैं। सक्रिय परिसर के सिद्धांत के सिद्धांत 20वीं सदी के 30 के दशक में जी. आयरिंग और एम. पोलियानी द्वारा विकसित किए गए थे।

सक्रियण ऊर्जाटकराने वाले कणों के रासायनिक परिवर्तन के लिए आवश्यक औसत ऊर्जा के सापेक्ष कणों की अतिरिक्त गतिज ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। प्रतिक्रियाओं की विशेषता विभिन्न सक्रियण ऊर्जाएं होती हैं (ई ए).ज्यादातर मामलों में, तटस्थ अणुओं के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सक्रियण ऊर्जा 80 से 240 kJ/mol तक होती है। जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के मूल्यों के लिए ई एअक्सर कम - 20 kJ/mol तक। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि अधिकांश जैव रासायनिक प्रक्रियाएं एंजाइम-सब्सट्रेट परिसरों के चरण के माध्यम से आगे बढ़ती हैं। ऊर्जा अवरोध प्रतिक्रिया को सीमित करते हैं। इसके कारण, सिद्धांत रूप में, संभावित प्रतिक्रियाएं (साथ क्यू< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

किसी प्रतिक्रिया के घटित होने के लिए, अणुओं को एक निश्चित तरीके से उन्मुख होना चाहिए और जब वे टकराते हैं तो उनमें पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए। उचित टकराव अभिविन्यास की संभावना की विशेषता है सक्रियण एन्ट्रापी ∆एस ए. सक्रिय कॉम्प्लेक्स में इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण उस स्थिति से अनुकूल होता है, जब टकराव पर, अणु ए 2 और बी 2 उन्मुख होते हैं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 3ए, जबकि चित्र में दिखाए गए अभिविन्यास के साथ। 3बी, प्रतिक्रिया की संभावना और भी कम है - चित्र में। 3सी.

चावल। 3. टकराव पर अणुओं ए 2 और बी 2 के अनुकूल (ए) और प्रतिकूल (बी, सी) अभिविन्यास

तापमान, सक्रियण ऊर्जा और सक्रियण एन्ट्रापी पर दर और प्रतिक्रिया की निर्भरता को दर्शाने वाले समीकरण का रूप है:

(10)

कहाँ क-प्रतिक्रिया दर स्थिरांक;

ए- पहले सन्निकटन के अनुसार, समय की प्रति इकाई (सेकंड) प्रति इकाई आयतन में अणुओं के बीच टकराव की कुल संख्या;

इ- प्राकृतिक लघुगणक का आधार;

आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक;

टी- निरपेक्ष तापमान;

ई ए- सक्रियण ऊर्जा;

∆एस ए- सक्रियण एन्ट्रापी में परिवर्तन.

समीकरण (11) 1889 में अरहेनियस द्वारा प्राप्त किया गया था। पूर्व-घातीय कारक एप्रति इकाई समय में अणुओं के बीच टकराव की कुल संख्या के समानुपाती। इसका आयाम दर स्थिरांक के आयाम से मेल खाता है और प्रतिक्रिया के कुल क्रम पर निर्भर करता है।

प्रदर्शकउनकी कुल संख्या से सक्रिय टकरावों के अनुपात के बराबर, यानी। टकराने वाले अणुओं में पर्याप्त अंतःक्रिया ऊर्जा होनी चाहिए। प्रभाव के क्षण में उनके वांछित अभिविन्यास की संभावना आनुपातिक है।

गति (9) के लिए सामूहिक क्रिया के नियम पर चर्चा करते समय, यह विशेष रूप से कहा गया था कि दर स्थिरांक एक स्थिर मान है जो अभिकर्मकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है। यह माना गया कि सभी रासायनिक परिवर्तन एक स्थिर तापमान पर होते हैं। वहीं, तापमान घटने या बढ़ने पर रासायनिक परिवर्तन की दर में काफी बदलाव आ सकता है। सामूहिक क्रिया के नियम के दृष्टिकोण से, गति में यह परिवर्तन दर स्थिरांक की तापमान निर्भरता के कारण होता है, क्योंकि प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता तरल के थर्मल विस्तार या संपीड़न के कारण केवल थोड़ी सी बदलती है।

सबसे प्रसिद्ध तथ्य यह है कि बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। गति की इस प्रकार की तापमान निर्भरता को कहा जाता है सामान्य (चित्र 3 ए)। इस प्रकार की निर्भरता सभी सरल प्रतिक्रियाओं की विशेषता है।

चावल। 3. रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की तापमान निर्भरता के प्रकार: ए - सामान्य;

बी - असामान्य; सी - एंजाइमैटिक

हालाँकि, रासायनिक परिवर्तन अब सर्वविदित हैं, जिनकी दर बढ़ते तापमान के साथ घटती जाती है; दर की इस प्रकार की तापमान निर्भरता को कहा जाता है असामान्य . एक उदाहरण ब्रोमीन के साथ नाइट्रोजन (II) ऑक्साइड की गैस-चरण प्रतिक्रिया है (चित्र 3 बी)।

चिकित्सकों के लिए विशेष रुचि एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की दर की तापमान निर्भरता है, यानी। एंजाइमों से जुड़ी प्रतिक्रियाएं। शरीर में होने वाली लगभग सभी प्रतिक्रियाएँ इसी वर्ग की होती हैं। उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोजन पेरोक्साइड एंजाइम कैटालेज़ की उपस्थिति में विघटित होता है, तो अपघटन की दर तापमान पर निर्भर करती है। 273-320 की रेंज में कोतापमान पर निर्भरता सामान्य है. जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, गति बढ़ती है, और जैसे-जैसे तापमान घटता है, गति कम होती जाती है। जब तापमान 320 से ऊपर हो जाता है कोपेरोक्साइड अपघटन की दर में तीव्र असामान्य गिरावट है। ऐसी ही तस्वीर अन्य एंजाइमैटिक प्रतिक्रियाओं के लिए भी होती है (चित्र 3सी)।

अरहेनियस समीकरण से कयह स्पष्ट है कि, तब से टीप्रतिपादक में शामिल, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर तापमान परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील होती है। तापमान पर एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को वान्ट हॉफ नियम द्वारा व्यक्त किया जा सकता है, जिसके अनुसार तापमान में प्रत्येक 10° की वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है;वह संख्या जो दर्शाती है कि तापमान में 10° की वृद्धि के साथ किसी प्रतिक्रिया की दर कितनी गुना बढ़ जाती है, कहलाती है प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक -γ.

यह नियम गणितीय रूप से निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

(12)

जहां γ तापमान गुणांक है, जो दर्शाता है कि तापमान 10 0 बढ़ने पर प्रतिक्रिया दर कितनी गुना बढ़ जाती है; υ 1 –टी 1 ; υ 2 –तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी2.

जैसे-जैसे तापमान अंकगणितीय प्रगति में बढ़ता है, गति ज्यामितीय प्रगति में बढ़ती है।

उदाहरण के लिए, यदि γ = 2.9, तो तापमान में 100° की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर 2.9 से 10 गुना बढ़ जाती है, अर्थात। 40 हजार बार. इस नियम से विचलन जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं हैं, जिनकी गति तापमान में मामूली वृद्धि के साथ दसियों गुना बढ़ जाती है। यह नियम केवल मोटे अनुमान तक ही मान्य है। बड़े अणुओं (प्रोटीन) से जुड़ी प्रतिक्रियाओं को बड़े तापमान गुणांक की विशेषता होती है। तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ प्रोटीन (अंडा एल्बुमिन) के विकृतीकरण की दर 50 गुना बढ़ जाती है। एक निश्चित अधिकतम (50-60 डिग्री सेल्सियस) तक पहुंचने के बाद, प्रोटीन के थर्मल विकृतीकरण के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर तेजी से कम हो जाती है।

कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए गति के लिए द्रव्यमान क्रिया का नियम अज्ञात है। ऐसे मामलों में, रूपांतरण दर की तापमान निर्भरता का वर्णन करने के लिए अभिव्यक्ति का उपयोग किया जा सकता है:

पूर्व प्रतिपादक और साथतापमान पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि एकाग्रता पर निर्भर करता है। माप की इकाई mol/l∙s है।

यदि सक्रियण ऊर्जा और पूर्व-घातांक ज्ञात हो तो सैद्धांतिक निर्भरता किसी भी तापमान पर गति की अग्रिम गणना करने की अनुमति देती है। इस प्रकार, रासायनिक परिवर्तन की दर पर तापमान के प्रभाव की भविष्यवाणी की जाती है।

जटिल प्रतिक्रियाएँ

स्वतंत्रता का सिद्धांत.ऊपर चर्चा की गई सभी चीजें अपेक्षाकृत सरल प्रतिक्रियाओं से संबंधित हैं, लेकिन रसायन विज्ञान में तथाकथित जटिल प्रतिक्रियाएं अक्सर सामने आती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं में नीचे चर्चा की गई प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। इन प्रतिक्रियाओं के लिए गतिज समीकरण प्राप्त करते समय, स्वतंत्रता के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है: यदि किसी प्रणाली में कई प्रतिक्रियाएँ होती हैं, तो उनमें से प्रत्येक दूसरों से स्वतंत्र होती है और इसकी दर उसके अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है।

समानांतर प्रतिक्रियाएँ- ये ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जो एक साथ कई दिशाओं में होती हैं।

पोटेशियम क्लोरेट का थर्मल अपघटन दो प्रतिक्रियाओं में एक साथ होता है:

अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएँ- ये ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जो कई चरणों में होती हैं। ये रसायन विज्ञान में अधिकांश प्रतिक्रियाएँ हैं।

.

संयुग्मित प्रतिक्रियाएँ.यदि किसी तंत्र में अनेक अभिक्रियाएँ घटित होती हैं और उनमें से एक का घटित होना दूसरे के बिना असंभव है, तो ऐसी अभिक्रियाएँ कहलाती हैं संयुग्मित , और घटना स्वयं - प्रेरण द्वारा .

2HI + H 2 CrO 4 → I 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O।

यह प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से सामान्य परिस्थितियों में नहीं देखी जाती है, लेकिन यदि FeO को सिस्टम में जोड़ा जाता है, तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

FeO + H 2 CrO 4 → Fe 2 O 3 + Cr 2 O 3 + H 2 O

और उसी समय पहली प्रतिक्रिया होती है। इसका कारण दूसरी प्रतिक्रिया में पहली प्रतिक्रिया में शामिल मध्यवर्ती उत्पादों का बनना है:

FeO 2 + H 2 CrO 4 → Cr 2 O 3 + Fe 5+;

HI + Fe 5+ → Fe 2 O 3 + I 2 + H 2 O।

रासायनिक प्रेरण- एक घटना जिसमें एक रासायनिक प्रतिक्रिया (द्वितीयक) दूसरे (प्राथमिक) पर निर्भर करती है।

ए+ में- प्राथमिकप्रतिक्रिया,

ए+सी- माध्यमिकप्रतिक्रिया,

तो A एक उत्प्रेरक है, में- प्रारंभ करनेवाला, सी - स्वीकर्ता।

रासायनिक प्रेरण के दौरान, उत्प्रेरण के विपरीत, सभी प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की सांद्रता कम हो जाती है।

प्रेरण कारकनिम्नलिखित समीकरण से निर्धारित:

.

प्रेरण कारक के परिमाण के आधार पर, निम्नलिखित मामले संभव हैं।

मैं > 0 - भिगोने की प्रक्रिया। समय के साथ प्रतिक्रिया दर कम हो जाती है।

मैं < 0 - ускоряющийся процесс. Скорость реакции увеличи­вается со временем.

प्रेरण की घटना महत्वपूर्ण है क्योंकि कुछ मामलों में प्राथमिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा द्वितीयक प्रतिक्रिया में खपत ऊर्जा की भरपाई कर सकती है। इस कारण से, उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड के पॉलीकंडेंसेशन द्वारा प्रोटीन को संश्लेषित करना थर्मोडायनामिक रूप से संभव हो जाता है।

श्रृंखलाबद्ध प्रतिक्रियाएँ।यदि कोई रासायनिक प्रतिक्रिया सक्रिय कणों (आयनों, रेडिकल) के निर्माण के साथ आगे बढ़ती है, जो बाद की प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करके नए सक्रिय कणों की उपस्थिति का कारण बनती है, तो प्रतिक्रियाओं के इस क्रम को कहा जाता है श्रृंखला अभिक्रिया.

मुक्त कणों का निर्माण अणु में बंधनों को तोड़ने के लिए ऊर्जा के व्यय से जुड़ा है। यह ऊर्जा अणुओं को रोशनी, विद्युत निर्वहन, हीटिंग, न्यूट्रॉन, α- और β-कणों के साथ विकिरण द्वारा प्रदान की जा सकती है। कम तापमान पर श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए, आरंभकर्ताओं को प्रतिक्रिया मिश्रण में पेश किया जाता है - पदार्थ जो आसानी से रेडिकल बनाते हैं: सोडियम वाष्प, कार्बनिक पेरोक्साइड, आयोडीन, आदि।

प्रकाश द्वारा सक्रिय सरल यौगिकों से हाइड्रोजन क्लोराइड के निर्माण की प्रतिक्रिया।

कुल प्रतिक्रिया:

एच 2 + सी1 2 2एचसी1।

व्यक्तिगत चरण:

Сl 2 2Сl∙ क्लोरीन का प्रकाश सक्रियण (आरंभ)

सीएल∙ + एच 2 = एचसीएल + एच∙ श्रृंखला विकास

एच∙ + सीएल 2 = एचसीएल + सीएल∙, आदि।

H∙ + Cl∙ = HCl खुला सर्किट

यहां H∙ और Cl∙ सक्रिय कण (रेडिकल) हैं।

इस प्रतिक्रिया तंत्र में, प्रारंभिक चरणों के तीन समूहों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। पहली एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया है श्रृंखला न्यूक्लियेशन. क्लोरीन अणु, प्रकाश की मात्रा को अवशोषित करके, मुक्त परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं जो अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इस प्रकार, एक श्रृंखला के न्यूक्लियेशन के दौरान, वैलेंस-संतृप्त अणुओं से मुक्त परमाणुओं या रेडिकल्स का निर्माण होता है। चेन न्यूक्लिएशन की प्रक्रिया को भी कहा जाता है दीक्षा. अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले क्लोरीन परमाणु, आणविक हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं, जिससे हाइड्रोजन क्लोराइड और परमाणु हाइड्रोजन के अणु बनते हैं। परमाणु हाइड्रोजन, बदले में, क्लोरीन अणु के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन क्लोराइड अणु और परमाणु क्लोरीन फिर से बनते हैं, आदि।

समान प्रारंभिक चरणों (लिंक) की पुनरावृत्ति और मुक्त कणों के संरक्षण के साथ आगे बढ़ने की विशेषता वाली ये प्रक्रियाएं, शुरुआती पदार्थों की खपत और प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण की ओर ले जाती हैं। प्रतिक्रियाओं के ऐसे समूहों को कहा जाता है श्रृंखला के विकास (या निरंतरता) की प्रतिक्रियाएँ।

श्रृंखला अभिक्रिया की वह अवस्था जिसमें मुक्त कणों की मृत्यु हो जाती है, कहलाती है खुला सर्किट. श्रृंखला समाप्ति मुक्त कणों के पुनर्संयोजन के परिणामस्वरूप हो सकती है, यदि इस प्रक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा को किसी तीसरे शरीर को दिया जा सकता है: बर्तन की दीवार या निष्क्रिय अशुद्धियों के अणु (चरण 4, 5)। यही कारण है कि श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की दर अशुद्धियों की उपस्थिति, बर्तन के आकार और आकार के प्रति बहुत संवेदनशील होती है, खासकर कम दबाव पर।

जिस क्षण से श्रृंखला टूटना शुरू होती है, प्राथमिक कड़ियों की संख्या को श्रृंखला की लंबाई कहा जाता है। विचाराधीन उदाहरण में, प्रकाश की प्रत्येक मात्रा के लिए 105 एचसीएल अणु बनते हैं।

श्रृंखला अभिक्रियाएँ जिनके दौरान मुक्त कणों की संख्या में कोई "गुणा" नहीं होता है, कहलाती हैं अशाखित या सरल श्रृंखला प्रतिक्रियाएं . एक अशाखित श्रृंखला प्रक्रिया के प्रत्येक प्रारंभिक चरण में, एक मूलक प्रतिक्रिया उत्पाद के एक अणु और केवल एक नए मूलक को "जन्म देता है" (चित्र 41)।

सरल श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के अन्य उदाहरण: ए) पैराफिन हाइड्रोकार्बन का क्लोरीनीकरण सीएल∙ + सीएच 4 → सीएच 3 ∙ + एचसी1; सीएच 3 ∙ + सीएल - → सीएच 3 सीएल + सीएल ∙ आदि; बी) रेडिकल पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाएं, उदाहरण के लिए, बेंज़ोयल पेरोक्साइड की उपस्थिति में विनाइल एसीटेट का पोलीमराइजेशन, जो आसानी से रेडिकल में विघटित हो जाता है; ग) ब्रोमीन के साथ हाइड्रोजन की अंतःक्रिया, जो हाइड्रोजन के साथ क्लोरीन की प्रतिक्रिया के समान एक तंत्र के अनुसार होती है, केवल इसकी एंडोथर्मिसिटी के कारण छोटी श्रृंखला लंबाई के साथ।

यदि, वृद्धि की क्रिया के परिणामस्वरूप, दो या दो से अधिक सक्रिय कण प्रकट होते हैं, तो यह श्रृंखला प्रतिक्रिया शाखाबद्ध होती है।

1925 में, एन.एन.सेमेनोव और उनके सहयोगियों ने प्राथमिक चरणों वाली प्रतिक्रियाओं की खोज की, जिसके परिणामस्वरूप एक नहीं, बल्कि कई रासायनिक रूप से सक्रिय कण - परमाणु या रेडिकल - प्रकट होते हैं। कई नए मुक्त कणों की उपस्थिति कई नई श्रृंखलाओं की उपस्थिति की ओर ले जाती है, अर्थात। एक श्रृंखला शाखाएँ. ऐसी प्रक्रियाओं को शाखित श्रृंखला अभिक्रियाएँ कहा जाता है (चित्र 42)।

अत्यधिक शाखित श्रृंखला प्रक्रिया का एक उदाहरण लगभग 900°C के कम दबाव और तापमान पर हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण है। प्रतिक्रिया तंत्र को इस प्रकार लिखा जा सकता है।

1. H 2 + O 2 OH∙ + OH∙ श्रृंखला आरंभ

2. OH∙ + H2 → H2O + H∙ श्रृंखला विकास

3. H∙ + O 2 → OH∙ + O: श्रृंखला शाखा

4. ओ: + एच 2 → ओएच∙ +एच∙

5. OH∙ +H 2 → H 2 O + H∙ श्रृंखला की निरंतरता

6. Н∙ + Н∙ + दीवार → Н 2 बर्तन की दीवार पर खुला सर्किट

7. H∙ + O 2 + M → HO 2 ∙ + M वॉल्यूम में ओपन सर्किट।

एम एक अक्रिय अणु है. ट्रिपल टकराव के दौरान बनने वाला रेडिकल HO 2 ∙ निष्क्रिय है और श्रृंखला को जारी नहीं रख सकता है।

प्रक्रिया के पहले चरण में, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स बनते हैं, जो एक सरल श्रृंखला के विकास को सुनिश्चित करते हैं। तीसरे चरण में, एक रेडिकल के मूल अणु के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, दो रेडिकल बनते हैं, और ऑक्सीजन परमाणु में दो मुक्त वैलेंस होते हैं। यह श्रृंखला की शाखा सुनिश्चित करता है।

चेन ब्रांचिंग के परिणामस्वरूप, शुरुआती समय में प्रतिक्रिया दर तेजी से बढ़ती है, और प्रक्रिया चेन इग्निशन-विस्फोट के साथ समाप्त होती है। हालाँकि, शाखाबद्ध श्रृंखला प्रतिक्रियाएँ विस्फोट में तभी समाप्त होती हैं जब शाखाबद्ध होने की दर श्रृंखला समाप्ति की दर से अधिक होती है। अन्यथा, प्रक्रिया धीमी है.

जब प्रतिक्रिया की स्थिति बदलती है (दबाव, तापमान, मिश्रण संरचना, प्रतिक्रिया पोत की दीवारों के आकार और स्थिति आदि में परिवर्तन), धीमी प्रतिक्रिया से विस्फोट में संक्रमण हो सकता है और इसके विपरीत। इस प्रकार, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में सीमित (महत्वपूर्ण) अवस्थाएं होती हैं जिन पर श्रृंखला प्रज्वलन होता है, जिसमें से कमजोर गर्मी निष्कासन के साथ प्रतिक्रियाशील मिश्रण के लगातार बढ़ते ताप के परिणामस्वरूप एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में होने वाले थर्मल इग्निशन को अलग किया जाना चाहिए।

सल्फर, फॉस्फोरस, कार्बन मोनोऑक्साइड (II), कार्बन डाइसल्फ़ाइड आदि के वाष्पों का ऑक्सीकरण एक शाखित श्रृंखला तंत्र के माध्यम से होता है।

श्रृंखला प्रक्रियाओं का आधुनिक सिद्धांत नोबेल पुरस्कार विजेता (1956) सोवियत शिक्षाविद् एन.एन. सेमेनोव और अंग्रेजी वैज्ञानिक हिंशेलवुड द्वारा विकसित किया गया था।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं से अलग किया जाना चाहिए, हालांकि उत्तरार्द्ध भी प्रकृति में चक्रीय हैं। श्रृंखला प्रतिक्रियाओं और उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि एक श्रृंखला तंत्र के साथ, प्रतिक्रिया सहज प्रतिक्रियाओं के कारण सिस्टम की ऊर्जा को बढ़ाने की दिशा में प्रवाहित हो सकती है। एक उत्प्रेरक थर्मोडायनामिक रूप से असंभव प्रतिक्रिया का कारण नहीं बनता है। इसके अलावा, उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में श्रृंखला न्यूक्लिएशन और श्रृंखला समाप्ति जैसी कोई प्रक्रिया चरण नहीं होते हैं।

पॉलिमराइजेशन प्रतिक्रियाएं।श्रृंखला प्रतिक्रिया का एक विशेष मामला पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया है।

बहुलकीकरणएक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कम-आणविक यौगिकों (मोनोमर्स) के साथ सक्रिय कणों (रेडिकल, आयन) की प्रतिक्रिया बाद के अनुक्रमिक जोड़ के साथ सामग्री श्रृंखला (अणु लंबाई) की लंबाई में वृद्धि के साथ होती है, यानी, पॉलिमर का निर्माण.

मोनोमरकार्बनिक यौगिक होते हैं, जिनके अणु में आमतौर पर असंतृप्त (दोहरे, तिहरे) बंधन होते हैं।

पोलीमराइजेशन प्रक्रिया के मुख्य चरण:

1. दीक्षा(प्रकाश, ताप आदि के प्रभाव में):

ए: ए→ए" + ए"- रेडिकल (सक्रिय वैलेंस-असंतृप्त कण) के निर्माण के साथ होमोलिटिक अपघटन।

ए: बी→ ए - + बी +- आयनों के निर्माण के साथ हेटेरोलिटिक अपघटन।

2. चेन की ऊंचाई: ए" + एम→ पूर्वाह्न"

(या ए - + एम→ पूर्वाह्न",या में + + एम→ वीएम +).

3. ओपन सर्किट: AM" + AM"→ बहुलक

(या एएम" + बी +→ बहुलक, वीएम + + ए"→ पॉलिमर).

एक श्रृंखला प्रक्रिया की गति हमेशा एक गैर-श्रृंखला प्रक्रिया की तुलना में अधिक होती है।

जीवन में हमें विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं का सामना करना पड़ता है। उनमें से कुछ, जैसे लोहे में जंग लगना, कई वर्षों तक चल सकते हैं। अन्य, जैसे कि चीनी को अल्कोहल में किण्वित करने में कई सप्ताह लग जाते हैं। चूल्हे में जलाऊ लकड़ी कुछ घंटों में जल जाती है, और इंजन में गैसोलीन कुछ ही सेकंड में जल जाता है।

उपकरण लागत कम करने के लिए, रासायनिक संयंत्र प्रतिक्रियाओं की गति बढ़ाते हैं। और कुछ प्रक्रियाओं, उदाहरण के लिए, भोजन का खराब होना और धातु का क्षरण, को धीमा करने की आवश्यकता है।

रासायनिक प्रतिक्रिया दरके रूप में व्यक्त किया जा सकता है समय की प्रति इकाई (t) पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन (n, modulo) - भौतिकी में गतिमान पिंड की गति की तुलना समय की प्रति इकाई निर्देशांक में परिवर्तन के रूप में करें: υ = Δx/Δt। ताकि गति 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।किसी पदार्थ की मात्रा में प्रति इकाई समय प्रति इकाई आयतन में परिवर्तन, या प्रति इकाई समय में किसी एक पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन:

एन 2 - एन 1 Δएन
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

जहाँ c = n / v पदार्थ की सांद्रता है,

Δ ("डेल्टा" पढ़ें) मूल्य में बदलाव के लिए आम तौर पर स्वीकृत पदनाम है।

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

2SO2 + O2 = 2SO3

ऑक्सीजन दर होगी: υ = 1: (10 1) = 0.1 mol/l s

सल्फर डाइऑक्साइड की गति: υ = 2: (10 1) = 0.2 mol/l s- इसे याद रखने और परीक्षा के दौरान कहने की जरूरत नहीं है, उदाहरण इसलिए दिया गया है ताकि यह प्रश्न आने पर भ्रमित न हों।

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

Δn
υ = –––––– (2)
Δटी एस

जब अभिकारक विभिन्न चरणों में होते हैं तो अभिक्रियाएँ विषमांगी कहलाती हैं:

• एक ठोस दूसरे ठोस, तरल या गैस के साथ,
• दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ
• गैस के साथ तरल.

एक चरण में पदार्थों के बीच सजातीय प्रतिक्रियाएँ होती हैं:

• अच्छी तरह मिश्रित तरल पदार्थों के बीच,
• गैसें,
• समाधान में पदार्थ.

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाली स्थितियाँ

1) प्रतिक्रिया की गति निर्भर करती है अभिकारकों की प्रकृति. सीधे शब्दों में कहें तो अलग-अलग पदार्थ अलग-अलग दरों पर प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, जिंक हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ तीव्र प्रतिक्रिया करता है, जबकि लोहा धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है।

2) प्रतिक्रिया की गति जितनी अधिक होगी, उतनी ही तेज होगी एकाग्रतापदार्थ. जिंक अत्यधिक तनु अम्ल के साथ अधिक देर तक प्रतिक्रिया करेगा।

3) प्रतिक्रिया की गति बढ़ने के साथ काफी बढ़ जाती है तापमान. उदाहरण के लिए, ईंधन को जलाने के लिए उसे प्रज्वलित करना आवश्यक है, अर्थात तापमान बढ़ाना। कई प्रतिक्रियाओं के लिए, तापमान में 10°C की वृद्धि के साथ दर में 2-4 गुना वृद्धि होती है।

4) गति विजातीयप्रतिक्रियाएँ बढ़ने के साथ बढ़ती जाती हैं प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सतहें. इस प्रयोजन के लिए आमतौर पर ठोस पदार्थों को पीसा जाता है। उदाहरण के लिए, लोहे और सल्फर पाउडर को गर्म करने पर प्रतिक्रिया करने के लिए, लोहे को बारीक चूरा के रूप में होना चाहिए।

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

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

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

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

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

इनहिबिटर्स- पदार्थ जो प्रतिक्रिया को धीमा कर देते हैं। उदाहरण के लिए, पाइप और बैटरियों के जीवन को बढ़ाने के लिए जल तापन प्रणाली में संक्षारण अवरोधक जोड़े जाते हैं। कारों में, ब्रेक और शीतलक द्रव में संक्षारण अवरोधक जोड़े जाते हैं।

कुछ और उदाहरण.

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का ज्ञान अत्यधिक सैद्धांतिक और व्यावहारिक महत्व का है। उदाहरण के लिए, रासायनिक उद्योग में, किसी पदार्थ के उत्पादन के दौरान, उपकरण का आकार और उत्पादकता और परिणामी उत्पाद की मात्रा प्रतिक्रिया दर पर निर्भर करती है।

विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर अलग-अलग होती है। कुछ प्रतिक्रियाएँ एक सेकंड के एक अंश के भीतर घटित हो जाती हैं, जबकि अन्य को पूरा होने में महीनों या वर्षों का समय लग जाता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति का अध्ययन रासायनिक गतिकी.

रासायनिक गतिकी जिन मूल अवधारणाओं से संचालित होती है वे रासायनिक हैं प्रणालीऔर चरण:

• रासायनिक प्रणाली- पदार्थ (पदार्थों का एक सेट);
• रासायनिक चरण- सिस्टम का वह हिस्सा जो अन्य हिस्सों से अलग हो इंटरफेस.

एक चरण से युक्त सिस्टम कहलाते हैं सजातीयया सजातीय, उदाहरण के लिए, गैस मिश्रण या समाधान। सजातीय प्रणालियों में होने वाली प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है सजातीय प्रतिक्रियाएँ, ऐसी प्रतिक्रियाएँ मिश्रण की संपूर्ण मात्रा में होती हैं।

कई चरणों से युक्त सिस्टम कहलाते हैं विजातीयया विजातीय, उदाहरण के लिए, तरल + ठोस। विषमांगी प्रणालियों में होने वाली प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है विषम प्रतिक्रियाएं, ऐसी प्रतिक्रियाएँ केवल इंटरफ़ेस पर होती हैं।

सजातीय प्रतिक्रिया दर

एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर प्रणाली की प्रति इकाई मात्रा (टी) प्रति इकाई समय प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप गठित पदार्थ (ν) की मात्रा है:

• ν 1 - समय t 1 पर पदार्थ के मोलों की संख्या;
• ν 2 - समय टी 2 पर पदार्थ के मोलों की संख्या;

मोल-आयतन एकाग्रतापदार्थ (C, mol/l) - किसी पदार्थ के मोलों की संख्या (ν) का प्रतिक्रिया मिश्रण की संपूर्ण मात्रा (V) से अनुपात: С=ν/V.

एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय में अभिकारक की सांद्रता में परिवर्तन के बराबर होती है।

इस घटना में कि हम प्रतिक्रिया उत्पादों में से किसी एक की एकाग्रता के बारे में बात कर रहे हैं, अभिव्यक्ति में एक "प्लस" चिह्न लगाया गया है, अगर हम मूल पदार्थों में से एक की एकाग्रता के बारे में बात कर रहे हैं, तो एक "माइनस" चिह्न लगाया गया है इजहार।

विषमांगी प्रतिक्रिया दर

जैसा कि ऊपर बताया गया है, विषमांगी प्रतिक्रियाओं और सजातीय प्रतिक्रियाओं के बीच मुख्य अंतर यह है कि प्रतिक्रिया चरण सीमा पर होती है।

एक विषम प्रतिक्रिया की दर (v het) प्रति इकाई इंटरफ़ेस सतह (S) प्रति इकाई समय (t) में बनने वाले पदार्थ (ν) की मात्रा है।

प्रतिक्रियाओं की गति को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक:

• प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति;
• एकाग्रता;
• तापमान;
• उत्प्रेरक;
• अभिकर्मक कण आकार;
• दबाव।

अंतिम दो बिंदु विषम प्रतिक्रियाओं से संबंधित हैं।

अभिकारकों की प्रकृति

पदार्थों के अणुओं के बीच रासायनिक संपर्क के लिए एक आवश्यक शर्त अणु के "सही" भाग में एक दूसरे के साथ उनका टकराव है, जिसे कहा जाता है उच्च प्रतिक्रियाशीलता वाला क्षेत्र. यह मुक्केबाजी की तरह है: यदि किसी मुक्केबाज का झटका प्रतिद्वंद्वी के दस्तानों पर लगता है, तो कोई प्रतिक्रिया नहीं होगी; लेकिन यदि झटका प्रतिद्वंद्वी के सिर पर पड़ता है, तो नॉकआउट (प्रतिक्रिया) की संभावना काफी बढ़ जाती है; और यदि प्रभाव बल (अणुओं के टकराव का बल) अधिक है, तो नॉकआउट (प्रतिक्रिया) अपरिहार्य हो जाती है।

उपरोक्त के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि अणु जितना अधिक जटिल होगा, उसका अत्यधिक प्रतिक्रियाशील क्षेत्र उतना ही छोटा होगा। इसलिए, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणु जितने बड़े और अधिक जटिल होंगे, प्रतिक्रिया दर उतनी ही धीमी होगी।

अभिकर्मक एकाग्रता

प्रतिक्रिया की दर अणुओं के टकराव की संख्या के सीधे आनुपातिक है। अभिकर्मकों की सांद्रता जितनी अधिक होगी, टकराव जितना अधिक होगा, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी। उदाहरण के लिए, शुद्ध ऑक्सीजन में दहन सामान्य हवा की तुलना में बहुत तेजी से होता है।

हालाँकि, यह कहा जाना चाहिए कि कई चरणों में होने वाली जटिल प्रतिक्रियाओं में; ऐसी निर्भरता का सम्मान नहीं किया जाता. यह आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि कौन सा अभिकर्मक प्रतिक्रिया के सबसे धीमे चरण में शामिल नहीं है, जो प्रतिक्रिया दर को स्वयं निर्धारित करता है।

अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता व्यक्त की जाती है सामूहिक कार्रवाई का कानूनजिसकी खोज 1867 में नॉर्वेजियन वैज्ञानिक गुल्डबर्ग और वेज ने की थी।

समीकरण द्वारा वर्णित वातानुकूलित प्रतिक्रिया की गति (v)। aA+bB=cC+dD, सामूहिक कार्रवाई के नियम के अनुसार, नामक सूत्र का उपयोग करके गणना की जाएगी गतिज प्रतिक्रिया समीकरण:

वी=के·[ए] ए ·[बी] बी

• [ए], [बी] - प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता;
• k प्रतिक्रिया दर स्थिरांक है, जो प्रत्येक 1 mol के बराबर अभिकारकों की सांद्रता पर इस प्रतिक्रिया की दर के बराबर है।

कप्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि उनकी प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है।

किसी प्रतिक्रिया के गतिज समीकरण का उपयोग करके, आप अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन के आधार पर प्रतिक्रिया में परिवर्तन की दर निर्धारित कर सकते हैं।

गतिज समीकरणों के उदाहरण:

2SO 2 (g)+O 2 (g)=2SO 3 (g) v=k 2 CuO(s)+H 2 (g)=Cu(s)+H 2 O(g) v=k

ध्यान दें कि गतिज समीकरणों में ठोस पदार्थों की सांद्रता शामिल नहीं है, केवल गैसीय और घुलनशील हैं।

अभिकर्मक तापमान

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अणु तेजी से आगे बढ़ते हैं, इसलिए एक-दूसरे के साथ उनके टकराव की संख्या बढ़ जाती है। इसके अलावा, अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, जिससे टकराव की दक्षता बढ़ जाती है, जो अंततः प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करती है।

के अनुसार सक्रियण सिद्धांत, केवल एक निश्चित औसत मूल्य से अधिक ऊर्जा वाले अणु ही रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग ले सकते हैं। अणुओं की औसत ऊर्जा के आधिक्य की मात्रा कहलाती है सक्रियण ऊर्जा. यह ऊर्जा प्रारंभिक पदार्थों के अणुओं में रासायनिक बंधनों को कमजोर करने के लिए आवश्यक है। वे अणु जिनमें प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा होती है, कहलाते हैं सक्रिय अणु. तापमान जितना अधिक होगा, अणु उतने ही अधिक सक्रिय होंगे, प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी।

तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता की विशेषता है वान्ट हॉफ का नियम:

गणितीय रूप से, वान्ट हॉफ का नियम निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

• γ एक तापमान गुणांक है जो तापमान में 10°C की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर में वृद्धि दर्शाता है;
• वी 1 - तापमान टी 1 पर प्रतिक्रिया दर;
• वी 2 - तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी 2 ;

उत्प्रेरक

उत्प्रेरक- ये ऐसे पदार्थ हैं जो प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करते हैं, लेकिन स्वयं उपभोग नहीं किए जाते हैं।

उत्प्रेरकों की भागीदारी से होने वाली अभिक्रियाएँ कहलाती हैं उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं.

उत्प्रेरक का मुख्य प्रभाव प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा को कम करना हैजिसके परिणामस्वरूप अणुओं के प्रभावी टकराव की संख्या बढ़ जाती है।

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं को लाखों गुना तेज़ कर सकते हैं!

उत्प्रेरण दो प्रकार के होते हैं:

• सजातीय (समान) उत्प्रेरण- उत्प्रेरक और अभिकर्मक एक चरण बनाते हैं: गैस या समाधान;
• विषमांगी (विषम) उत्प्रेरण- उत्प्रेरक एक स्वतंत्र चरण के रूप में है.

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं का तंत्र बहुत जटिल और पूरी तरह से अज्ञात है। एक वैज्ञानिक परिकल्पना के अनुसार, उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में, एक उत्प्रेरक और एक अभिकर्मक एक मध्यवर्ती यौगिक बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं, जो अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद बनाने के लिए किसी अन्य प्रारंभिक पदार्थ के साथ अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करता है, जबकि उत्प्रेरक स्वयं एक मुक्त अवस्था में जारी होता है।

आमतौर पर, उत्प्रेरक को ऐसे पदार्थों के रूप में समझा जाता है जो प्रतिक्रिया को तेज करते हैं, लेकिन ऐसे पदार्थ भी होते हैं जो प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को धीमा कर देते हैं - उन्हें कहा जाता है अवरोधकों.

जैविक उत्प्रेरक कहलाते हैं एंजाइमों. एंजाइम प्रोटीन होते हैं।

अभिकर्मक कण आकार

आइए एक माचिस लें और उसे कोयले के एक टुकड़े के पास ले आएं। यह संभावना नहीं है कि माचिस बुझने से पहले कोयले को जलने का समय मिलेगा। आइए कोयले को पीसें और प्रयोग को दोहराएं - कोयले की धूल न सिर्फ जलेगी, बल्कि बहुत तेजी से जलेगी - एक विस्फोट होगा (कोयला खदानों में मुख्य खतरा)। क्या चल रहा है?

कोयले को पीसकर, हम इसके सतह क्षेत्र में नाटकीय रूप से वृद्धि करेंगे। सतह का क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा जिस पर अणु टकराते हैं, प्रतिक्रिया दर उतनी ही तेज़ होती है।

अभिकर्मक दबाव

गैसीय अभिकर्मकों का दबाव उनकी सांद्रता के समान होता है - दबाव जितना अधिक होगा, सांद्रता उतनी ही अधिक होगी - प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी, क्योंकि आणविक टकरावों की संख्या बढ़ जाती है। एकाग्रता की तरह, अभिकारकों का दबाव जटिल प्रतिक्रियाओं में "काम" नहीं करता है।