अभिक्रियाकांचे स्वरूप काय आहे. रासायनिक अभिक्रियाच्या दरावर परिणाम करणारे घटक

रासायनिक पद्धती

भौतिक पद्धती

प्रतिक्रिया दर मोजण्यासाठी पद्धती

वरील उदाहरणामध्ये, कॅल्शियम कार्बोनेट आणि आम्ल यांच्यातील अभिक्रिया दर वेळेचे कार्य म्हणून विकसित झालेल्या वायूच्या आकारमानाचा अभ्यास करून मोजला गेला. प्रतिक्रिया दरांवरील प्रायोगिक डेटा इतर प्रमाणात मोजून मिळवता येतो.

जर प्रतिक्रियेदरम्यान वायू पदार्थांचे एकूण प्रमाण बदलले तर त्याचा प्रवाह स्थिर व्हॉल्यूमवर वायूचा दाब मोजून पाहिला जाऊ शकतो. ज्या प्रकरणांमध्ये एक प्रारंभिक सामग्री किंवा प्रतिक्रिया उत्पादनांपैकी एक रंगीत आहे, द्रावणाच्या रंगातील बदलाचे निरीक्षण करून प्रतिक्रियेच्या प्रगतीचे परीक्षण केले जाऊ शकते. दुसरी ऑप्टिकल पद्धत म्हणजे प्रकाशाच्या ध्रुवीकरणाच्या विमानाचे रोटेशन मोजणे (जर प्रारंभिक पदार्थ आणि प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये भिन्न रोटेशन क्षमता असेल).

काही प्रतिक्रिया द्रावणातील आयनांच्या संख्येत बदलासह असतात. अशा परिस्थितीत, द्रावणाची विद्युत चालकता मोजून प्रतिक्रिया दराचा अभ्यास केला जाऊ शकतो. पुढील प्रकरणामध्ये प्रतिक्रिया दर मोजण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या काही इतर इलेक्ट्रोकेमिकल पद्धतींबद्दल चर्चा केली जाईल.

विविध रासायनिक विश्लेषण पद्धतींचा वापर करून प्रतिक्रियेतील सहभागींपैकी एकाची एकाग्रता मोजून प्रतिक्रियेच्या प्रगतीचे परीक्षण केले जाऊ शकते. प्रतिक्रिया थर्मोस्टेड भांड्यात केली जाते. ठराविक अंतराने, द्रावणाचा नमुना (किंवा वायू) भांड्यातून घेतला जातो आणि त्यातील एका घटकाची एकाग्रता निश्चित केली जाते. विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करण्यासाठी, विश्लेषणासाठी घेतलेल्या नमुन्यामध्ये कोणतीही प्रतिक्रिया उद्भवू नये हे महत्वाचे आहे. हे अभिकर्मकांपैकी एकाचे रासायनिक बंधन, जलद थंड होणे किंवा द्रावण सौम्य करणे याद्वारे प्राप्त होते.

प्रायोगिक अभ्यास दर्शविते की प्रतिक्रिया दर अनेक घटकांवर अवलंबून असतो. प्रथम गुणात्मक पातळीवर या घटकांच्या प्रभावाचा विचार करूया.

1.अभिक्रियाकांचे स्वरूप.प्रयोगशाळेच्या सरावातून, आम्हाला माहित आहे की बेसद्वारे आम्लाचे तटस्थीकरण

H + + OH - ® H 2 O

कमी प्रमाणात विरघळणाऱ्या कंपाऊंडच्या निर्मितीसह क्षारांचा परस्परसंवाद

Ag + + Cl – ® AgCl

आणि इलेक्ट्रोलाइट सोल्युशनमधील इतर प्रतिक्रिया खूप जलद असतात. अशा प्रतिक्रिया पूर्ण होण्यासाठी लागणारा वेळ मिलिसेकंद आणि अगदी मायक्रोसेकंदमध्ये मोजला जातो. हे अगदी समजण्यासारखे आहे, कारण अशा प्रतिक्रियांचे सार म्हणजे विरुद्ध चिन्हाच्या शुल्कासह चार्ज केलेल्या कणांचा दृष्टीकोन आणि संयोजन.

आयनिक प्रतिक्रियांच्या विरूद्ध, सहसंयोजक बंधित रेणूंमधील परस्परसंवाद सहसा अधिक हळूहळू पुढे जातो. खरंच, अशा कणांमधील प्रतिक्रियेच्या वेळी, प्रारंभिक पदार्थांच्या रेणूंमधील बंध तुटले पाहिजेत. हे करण्यासाठी, टक्कर करणाऱ्या रेणूंमध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, जर रेणू पुरेसे गुंतागुंतीचे असतील तर, त्यांच्यामध्ये प्रतिक्रिया येण्यासाठी, ते एका विशिष्ट मार्गाने अवकाशात केंद्रित असले पाहिजेत.

2. अभिक्रियात्मक एकाग्रता. रासायनिक अभिक्रियेचा दर, ceteris paribus, प्रति युनिट वेळेवर प्रतिक्रिया देणाऱ्या कणांच्या टक्करांच्या संख्येवर अवलंबून असतो. टक्कर होण्याची शक्यता प्रति युनिट व्हॉल्यूम कणांच्या संख्येवर अवलंबून असते, म्हणजे. एकाग्रता पासून. म्हणून, प्रतिक्रिया दर वाढत्या एकाग्रतेसह वाढते.

3. पदार्थांची भौतिक अवस्था. एकसंध प्रणालींमध्ये, प्रतिक्रिया दर कणांच्या टक्करांच्या संख्येवर अवलंबून असतो समाधान खंड(किंवा गॅस). विषम प्रणालींमध्ये, रासायनिक परस्परसंवाद होतो इंटरफेस वर. घनतेच्या ग्राइंडिंग दरम्यान पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळात वाढ झाल्यामुळे घनकणांच्या कणांपर्यंत अभिक्रिया करणार्‍या कणांचा प्रवेश सुलभ होतो, ज्यामुळे प्रतिक्रियेचा महत्त्वपूर्ण प्रवेग होतो.

4. तापमानविविध रासायनिक आणि जैविक प्रक्रियांच्या दरावर लक्षणीय परिणाम होतो. तापमानात वाढ झाल्यामुळे, कणांची गतिज ऊर्जा वाढते आणि परिणामी, ज्या कणांची ऊर्जा रासायनिक परस्परसंवादासाठी पुरेशी आहे अशा कणांचा अंश वाढतो.

5. स्टेरिक फॅक्टरप्रतिक्रिया देणार्‍या कणांच्या परस्पर अभिमुखतेची आवश्यकता दर्शवते. रेणू जितके अधिक जटिल, त्यांच्या योग्य अभिमुखतेची संभाव्यता कमी, टक्करांची कार्यक्षमता कमी.

6. उत्प्रेरकांची उपलब्धता.उत्प्रेरक हे पदार्थ आहेत जे रासायनिक अभिक्रियाचा दर बदलतात.प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये कमी प्रमाणात सादर केले गेले आणि प्रतिक्रियेनंतर अपरिवर्तित राहिले, ते प्रक्रियेचा दर अत्यंत बदलण्यास सक्षम आहेत.

प्रतिक्रिया दर अवलंबून असलेल्या मुख्य घटकांवर खाली अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल.

रासायनिक अभिक्रियाचा दर खालील घटकांवर अवलंबून असतो:

1) अभिक्रियाकांचे स्वरूप.

2) अभिकर्मकांची संपर्क पृष्ठभाग.

3) अभिक्रियाकांची एकाग्रता.

4) तापमान.

5) उत्प्रेरकांची उपस्थिती.

विषम प्रतिक्रियांचा दर देखील यावर अवलंबून असतो:

अ) फेज पृथक्करण पृष्ठभागाची विशालता (फेज पृथक्करण पृष्ठभागाच्या वाढीसह, विषम प्रतिक्रियांचा दर वाढतो);

b) इंटरफेसला अभिक्रियाकांच्या पुरवठ्याचा दर आणि त्यातून प्रतिक्रिया उत्पादने काढून टाकण्याचा दर.

रासायनिक अभिक्रियाच्या दरावर परिणाम करणारे घटक:

1. अभिकर्मकांचे स्वरूप. यौगिकांमधील रासायनिक बंधांचे स्वरूप, त्यांच्या रेणूंची रचना याद्वारे महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावली जाते. उदाहरणार्थ, हायड्रोक्लोरिक ऍसिडच्या द्रावणातून झिंकद्वारे हायड्रोजन सोडणे एसिटिक ऍसिडच्या द्रावणापेक्षा खूप वेगाने होते, कारण H-C1 बाँडची ध्रुवता पेक्षा जास्त असते. O-N कनेक्शन CH 3 COOH रेणूमध्ये, दुसऱ्या शब्दांत, Hcl एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट आहे या वस्तुस्थितीमुळे आणि CH 3 COOH जलीय द्रावणातील एक कमकुवत इलेक्ट्रोलाइट आहे.

2. अभिकर्मक संपर्क पृष्ठभाग. अभिक्रियाकांचा संपर्क पृष्ठभाग जितका मोठा असेल तितक्या वेगाने प्रतिक्रिया पुढे जाईल. घन पदार्थांचा पृष्ठभाग त्यांना पीसून वाढवता येतो आणि विरघळवून विरघळणाऱ्या पदार्थांसाठी. सोल्यूशन्समधील प्रतिक्रिया जवळजवळ तात्काळ पुढे जातात.

3. अभिकर्मकांची एकाग्रता. परस्परसंवाद घडण्यासाठी, एकसंध प्रणालीतील अभिक्रियाकांचे कण एकमेकांवर आदळले पाहिजेत. वाढीसह अभिक्रियात्मक एकाग्रताप्रतिक्रियांचा दर वाढतो. हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले आहे की प्रति युनिट व्हॉल्यूममध्ये पदार्थाच्या प्रमाणात वाढ झाल्यामुळे, प्रतिक्रिया देणाऱ्या पदार्थांच्या कणांमधील टक्करांची संख्या वाढते. टक्करांची संख्या अणुभट्टीच्या आकारमानातील अणुभट्टीच्या कणांच्या संख्येच्या प्रमाणात असते, म्हणजेच त्यांच्या मोलर सांद्रता.

परिमाणवाचकपणे, अभिक्रियांच्या एकाग्रतेवर प्रतिक्रिया दराचे अवलंबन व्यक्त केले जाते अभिनय जनतेचा कायदा (गुल्डबर्ग आणि वेज, नॉर्वे, 1867): रासायनिक अभिक्रियेचा दर अणुभट्टीच्या एकाग्रतेच्या उत्पादनाच्या प्रमाणात असतो.

प्रतिक्रियेसाठी:

aA + bB ↔ cC + dD

सामूहिक कृतीच्या कायद्यानुसार प्रतिक्रिया दर समान आहे:

υ = k[ए]υ a[बी]υ b,(9)

जेथे [ए] आणि [बी] प्रारंभिक पदार्थांची सांद्रता आहे;

k-प्रतिक्रिया दर स्थिर, जे अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवरील अभिक्रिया दराच्या समान आहे [A] = [B] = 1 mol/l.

प्रतिक्रिया दर स्थिर reactants निसर्ग, तापमान, पण अवलंबून असते पदार्थांच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नाही.

अभिव्यक्ती (9) म्हणतात प्रतिक्रियेचे गतिज समीकरण. गतिज समीकरणांमध्ये वायू आणि विरघळलेल्या पदार्थांच्या एकाग्रतेचा समावेश होतो, परंतु घन पदार्थांच्या एकाग्रतेचा समावेश नाही:

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g); υ = k 2 · [ओ २];

CuO (tv.) + H 2 (g) \u003d Cu (tv) + H 2 O (g); υ = k.

गतिज समीकरणांनुसार, अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेतील बदलासह प्रतिक्रिया दर कसा बदलतो हे मोजणे शक्य आहे.

उत्प्रेरकाचा प्रभाव.

5. प्रतिक्रिया तापमान.सक्रिय टक्करांचा सिद्धांत

रासायनिक परस्परसंवादाची प्राथमिक क्रिया होण्यासाठी, प्रतिक्रिया करणारे कण एकमेकांशी आदळले पाहिजेत. तथापि, प्रत्येक टक्करमुळे रासायनिक परस्परसंवाद होत नाही. इलेक्ट्रॉन घनतेचे पुनर्वितरण आणि नवीन रासायनिक बंध तयार होणे शक्य असलेल्या अंतरावर कण जवळ येतात तेव्हा रासायनिक परस्परसंवाद होतो. परस्परसंवाद करणार्‍या कणांमध्ये त्यांच्या इलेक्ट्रॉन शेल दरम्यान उद्भवणार्‍या प्रतिकारक शक्तींवर मात करण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा असणे आवश्यक आहे.

संक्रमण अवस्था- सिस्टमची स्थिती, ज्यामध्ये कनेक्शनचा नाश आणि निर्मिती संतुलित आहे. प्रणाली थोड्या (10 -15 s) वेळेसाठी संक्रमण स्थितीत आहे. प्रणालीला संक्रमण स्थितीत आणण्यासाठी आवश्यक ऊर्जा म्हणतात सक्रियता ऊर्जा. अनेक संक्रमण अवस्थांचा समावेश असलेल्या मल्टीस्टेप प्रतिक्रियांमध्ये, सक्रियकरण ऊर्जा सर्वोच्च ऊर्जा मूल्याशी संबंधित असते. संक्रमण अवस्थेवर मात केल्यानंतर, जुने बंध नष्ट होऊन नवीन बंध तयार होऊन किंवा मूळ बंधांच्या परिवर्तनासह रेणू पुन्हा उडून जातात. दोन्ही पर्याय शक्य आहेत, कारण ते उर्जेच्या प्रकाशनासह उद्भवतात. असे पदार्थ आहेत जे दिलेल्या प्रतिक्रियेसाठी सक्रियता ऊर्जा कमी करू शकतात.

टक्कर झाल्यावर सक्रिय रेणू A 2 आणि B 2 मध्यवर्ती सक्रिय कॉम्प्लेक्स A 2 ... B 2 मध्ये एकत्र होतात आणि A-A आणि B-B बंध कमजोर होतात आणि नंतर तुटतात आणि A-B बंध मजबूत होतात.

NI निर्मिती प्रतिक्रियेची "सक्रियता ऊर्जा" (168 kJ/mol) प्रारंभिक H 2 आणि I 2 रेणू (571 kJ/mol) मधील बंध पूर्णपणे तोडण्यासाठी आवश्यक असलेल्या ऊर्जेपेक्षा खूपच कमी आहे. त्यामुळे, निर्मिती माध्यमातून प्रतिक्रिया मार्ग सक्रिय (सक्रिय) कॉम्प्लेक्समूळ रेणूंमधील बंध पूर्णपणे तोडण्याच्या मार्गापेक्षा ऊर्जावानदृष्ट्या अधिक अनुकूल. बहुसंख्य प्रतिक्रिया मध्यवर्ती सक्रिय कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीद्वारे उद्भवतात. XX शतकाच्या 30 च्या दशकात जी. आयरिंग आणि एम. पॉलियानी यांनी सक्रिय जटिल सिद्धांताच्या तरतुदी विकसित केल्या होत्या.

सक्रियता ऊर्जाआदळणाऱ्या कणांच्या रासायनिक परिवर्तनासाठी आवश्यक असलेल्या सरासरी ऊर्जेच्या तुलनेत कणांच्या गतिज ऊर्जेचे जास्तीचे प्रतिनिधित्व करते. प्रतिक्रिया सक्रियकरण उर्जेच्या भिन्न मूल्यांद्वारे दर्शविल्या जातात (ई अ).बहुतेक प्रकरणांमध्ये, तटस्थ रेणूंमधील रासायनिक अभिक्रियांची सक्रियता ऊर्जा 80 ते 240 kJ/mol पर्यंत असते. बायोकेमिकल प्रक्रिया मूल्यांसाठी ई अअनेकदा कमी - 20 kJ / mol पर्यंत. हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते की बहुसंख्य जैवरासायनिक प्रक्रिया एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सच्या टप्प्यातून पुढे जातात. उर्जा अडथळे प्रतिक्रिया मर्यादित करतात. यामुळे, तत्त्वतः, संभाव्य प्रतिक्रिया (at प्र< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

प्रतिक्रिया येण्यासाठी, रेणू एका विशिष्ट मार्गाने निर्देशित केले पाहिजेत आणि टक्कर दरम्यान पुरेशी ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. टक्कर मध्ये योग्य अभिमुखता संभाव्यता द्वारे दर्शविले जाते सक्रियकरण एन्ट्रॉपी ∆एस ए. सक्रिय कॉम्प्लेक्समधील इलेक्ट्रॉन घनतेचे पुनर्वितरण या स्थितीमुळे अनुकूल आहे की, टक्कर झाल्यावर, A 2 आणि B 2 रेणू ओरिएंटेड असतात, अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. 3a, अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या अभिमुखतेसह. 3b, प्रतिक्रिया संभाव्यता अजूनही खूपच कमी आहे - अंजीर मध्ये. 3c.

तांदूळ. अंजीर 3. टक्कर झाल्यावर A 2 आणि B 2 रेणूंचे अनुकूल (a) आणि प्रतिकूल (b, c) अभिमुखता

तापमान, सक्रियता ऊर्जा आणि सक्रियकरण एन्ट्रॉपीवरील दर आणि प्रतिक्रिया यांचे अवलंबित्व दर्शविणारे समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:

(10)

कुठे k-प्रतिक्रिया दर स्थिर;

ए- पहिल्या अंदाजात, प्रति युनिट वेळ (सेकंद) प्रति युनिट व्हॉल्यूम रेणूंमधील टक्करांची एकूण संख्या;

e- नैसर्गिक लॉगरिदमचा आधार;

आर- सार्वत्रिक गॅस स्थिरता;

ट- परिपूर्ण तापमान;

ई अ- सक्रियता ऊर्जा;

∆एस ए- सक्रियकरणाच्या एन्ट्रॉपीमध्ये बदल.

समीकरण (11) 1889 मध्ये अर्हेनियसने काढले. प्रीएक्सपोनेन्शियल गुणक एप्रति युनिट वेळेत रेणूंमधील टक्करांच्या एकूण संख्येच्या प्रमाणात. त्याची परिमाणे दर स्थिरतेच्या परिमाणाशी जुळते आणि प्रतिक्रियेच्या एकूण क्रमावर अवलंबून असते.

प्रदर्शकत्यांच्या एकूण संख्येपासून सक्रिय टक्करांच्या अपूर्णांकाच्या समान आहे, म्हणजे आदळणाऱ्या रेणूंमध्ये पुरेशी परस्पर ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. प्रभावाच्या क्षणी त्यांच्या इच्छित अभिमुखतेची संभाव्यता च्या प्रमाणात आहे.

वेग (9) साठी वस्तुमान क्रियेच्या कायद्याची चर्चा करताना, हे विशेषपणे नमूद केले होते की दर स्थिरांक हे एक स्थिर मूल्य आहे जे अभिकर्मकांच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नाही. असे गृहित धरले गेले की सर्व रासायनिक परिवर्तने स्थिर तापमानात पुढे जातात. त्याच वेळी, तापमानात घट किंवा वाढीसह रासायनिक परिवर्तनाचा दर लक्षणीय बदलू शकतो. वस्तुमान क्रियेच्या कायद्याच्या दृष्टिकोनातून, वेगातील हा बदल तापमानाच्या स्थिरतेच्या अवलंबनामुळे होतो, कारण द्रवाच्या थर्मल विस्तारामुळे किंवा संकुचिततेमुळे अभिक्रियाकांची एकाग्रता किंचित बदलते.

सर्वात सुप्रसिद्ध वस्तुस्थिती अशी आहे की वाढत्या तापमानासह प्रतिक्रियांचे प्रमाण वाढते. या प्रकारच्या तापमानाला वेगाचे अवलंबन म्हणतात सामान्य (Fig. 3a). या प्रकारचे अवलंबन सर्व साध्या प्रतिक्रियांचे वैशिष्ट्य आहे.

तांदूळ. 3. रासायनिक अभिक्रियांच्या दराचे तापमान अवलंबित्वाचे प्रकार: a - सामान्य;

b - असामान्य; c - enzymatic

तथापि, सध्या, रासायनिक परिवर्तने सर्वज्ञात आहेत, ज्याचा दर वाढत्या तापमानासह कमी होतो; या प्रकारचे तापमान दर अवलंबित्व म्हणतात. विसंगत . ब्रोमिनसह नायट्रोजन (II) ऑक्साईडची गॅस-फेज प्रतिक्रिया (Fig. 3b) याचे उदाहरण आहे.

डॉक्टरांसाठी विशेष स्वारस्य म्हणजे एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियांच्या दराचे तापमान अवलंबन, म्हणजे. एंजाइमचा समावेश असलेल्या प्रतिक्रिया. शरीरात होणार्‍या जवळजवळ सर्व प्रतिक्रिया या वर्गाच्या आहेत. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन पेरोक्साईडच्या विघटनामध्ये कॅटालेस एंजाइमच्या उपस्थितीत, विघटनाचा दर तापमानावर अवलंबून असतो. 273-320 च्या श्रेणीत TOतापमान अवलंबित्व सामान्य आहे. जसजसे तापमान वाढते तसतसा वेग वाढतो आणि जसजसा तापमान कमी होतो तसतसा तो कमी होतो. जेव्हा तापमान 320 च्या वर वाढते TOपेरोक्साईड विघटन दरात तीव्र विसंगती घट आहे. असेच चित्र इतर एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांसाठी (चित्र 3c) घडते.

साठी Arrhenius समीकरण पासून kहे स्पष्ट आहे की, पासून टघातांकामध्ये समाविष्ट केलेले, रासायनिक अभिक्रियाचा दर तापमानातील बदलांसाठी अत्यंत संवेदनशील असतो. तपमानावरील एकसंध प्रतिक्रियेच्या दराचे अवलंबन व्हॅन हॉफ नियमाद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते, त्यानुसार प्रत्येक 10 ° तापमानात वाढ झाल्यास, प्रतिक्रिया दर 2-4 पट वाढतो;तापमानात 10° ने वाढ झाल्याने दिलेल्या प्रतिक्रियेचा दर किती वेळा वाढतो हे दर्शविणारी संख्या म्हणतात प्रतिक्रिया दराचे तापमान गुणांक -γ.

हा नियम खालील सूत्राद्वारे गणितीयरित्या व्यक्त केला जातो:

(12)

जेथे γ तापमान गुणांक आहे, जे दर्शविते की 10 0 ने तापमान वाढीसह प्रतिक्रिया दर किती वेळा वाढतो; υ 1 -t 1; υ 2 -तापमानात प्रतिक्रिया दर t2.

अंकगणिताच्या प्रगतीमध्ये जसजसे तापमान वाढत जाते, तसतसा वेग झपाट्याने वाढतो.

उदाहरणार्थ, जर γ = 2.9, तर तापमानात 100 ° वाढीसह प्रतिक्रिया दर 2.9 10 च्या घटकाने वाढतो, म्हणजे. 40 हजार वेळा. या नियमातील विचलन म्हणजे बायोकेमिकल प्रतिक्रिया, ज्याचा दर तापमानात किंचित वाढीसह दहापट वाढतो. हा नियम फक्त अंदाजे अंदाजात वैध आहे. मोठ्या रेणूंचा (प्रथिने) समावेश असलेल्या प्रतिक्रिया मोठ्या तापमान गुणांकाने दर्शविल्या जातात. 10 डिग्री सेल्सिअस तापमान वाढीसह प्रथिने विकृत होण्याचा दर (ओव्हलब्युमिन) 50 पट वाढतो. विशिष्ट कमाल (50-60 ° से) पर्यंत पोहोचल्यानंतर, प्रथिनांच्या थर्मल विकृतीच्या परिणामी प्रतिक्रिया दर झपाट्याने कमी होतो.

अनेक रासायनिक अभिक्रियांसाठी, वेगासाठी वस्तुमान क्रियेचा नियम अज्ञात आहे. अशा परिस्थितीत, रूपांतरण दराच्या तापमान अवलंबनाचे वर्णन करण्यासाठी खालील अभिव्यक्ती वापरली जाऊ शकते:

पूर्व-घातक सह एतापमानावर अवलंबून नाही, परंतु एकाग्रतेवर अवलंबून आहे. मोजण्याचे एकक mol/l∙s आहे.

सैद्धांतिक अवलंबित्वामुळे सक्रियता उर्जा आणि प्री-एक्सपोनेन्शिअल ज्ञात असल्यास कोणत्याही तापमानात वेगाची पूर्व-गणना करणे शक्य होते. अशा प्रकारे, रासायनिक परिवर्तनाच्या दरावर तापमानाचा प्रभाव अंदाज केला जातो.

जटिल प्रतिक्रिया

स्वातंत्र्याचे तत्व.वर चर्चा केलेली प्रत्येक गोष्ट तुलनेने सोप्या प्रतिक्रियांशी संबंधित आहे, परंतु तथाकथित जटिल प्रतिक्रिया अनेकदा रसायनशास्त्रात आढळतात. या प्रतिक्रियांमध्ये खाली चर्चा केलेल्यांचा समावेश आहे. या प्रतिक्रियांसाठी गतिज समीकरणे काढताना, स्वातंत्र्याचे तत्त्व वापरले जाते: जर प्रणालीमध्ये अनेक प्रतिक्रिया घडत असतील, तर त्यातील प्रत्येक इतरांपेक्षा स्वतंत्र आहे आणि त्याचा दर त्याच्या अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेच्या उत्पादनाच्या प्रमाणात आहे.

समांतर प्रतिक्रियाअनेक दिशांनी एकाच वेळी घडणाऱ्या प्रतिक्रिया आहेत.

पोटॅशियम क्लोरेटचे थर्मल विघटन एकाच वेळी दोन प्रतिक्रियांमध्ये होते:

लागोपाठ प्रतिक्रियाअनेक टप्प्यांत पुढे जाणाऱ्या प्रतिक्रिया आहेत. रसायनशास्त्रात अशा अनेक प्रतिक्रिया आहेत.

.

संबंधित प्रतिक्रिया.जर प्रणालीमध्ये अनेक प्रतिक्रिया घडतात आणि त्यापैकी एक दुसऱ्याशिवाय होऊ शकत नाही, तर या प्रतिक्रिया म्हणतात संयुग्मित , आणि इंद्रियगोचर स्वतः प्रेरण करून .

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

ही प्रतिक्रिया सामान्य परिस्थितीत व्यावहारिकपणे पाळली जात नाही, परंतु जर FeO प्रणालीमध्ये जोडली गेली तर खालील प्रतिक्रिया उद्भवते:

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

आणि पहिली प्रतिक्रिया त्याच्याबरोबर जाते. याचे कारण म्हणजे पहिल्या प्रतिक्रियेत सामील असलेल्या मध्यवर्ती उत्पादनांच्या दुसऱ्या प्रतिक्रियेत तयार होणे:

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 ज्यामध्ये एक रासायनिक प्रतिक्रिया (दुय्यम) दुसर्या (प्राथमिक) वर अवलंबून असते.

A+ IN- प्राथमिकप्रतिक्रिया,

A + C- दुय्यमप्रतिक्रिया,

मग A एक सक्रियकर्ता आहे, IN- प्रेरक, सी - स्वीकारणारा.

रासायनिक प्रेरण दरम्यान, उत्प्रेरकांच्या विरूद्ध, प्रतिक्रियेतील सर्व सहभागींची एकाग्रता कमी होते.

प्रेरण घटकखालील समीकरणावरून निर्धारित केले जाते:

.

इंडक्शन फॅक्टरच्या मूल्यावर अवलंबून, खालील प्रकरणे शक्य आहेत.

मी> 0 - लुप्त होण्याची प्रक्रिया. प्रतिक्रिया दर वेळेनुसार कमी होतो.

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

इंडक्शनची घटना महत्वाची आहे कारण काही प्रकरणांमध्ये प्राथमिक अभिक्रियाची उर्जा दुय्यम अभिक्रियामध्ये खर्च केलेल्या उर्जेची भरपाई करू शकते. या कारणास्तव, उदाहरणार्थ, एमिनो ऍसिडच्या पॉलीकॉन्डेन्सेशनद्वारे प्रथिने संश्लेषित करणे थर्मोडायनामिकली शक्य आहे.

साखळी प्रतिक्रिया.जर रासायनिक अभिक्रिया सक्रिय कण (आयन, रॅडिकल्स) च्या निर्मितीसह पुढे जात असेल, जे नंतरच्या अभिक्रियांमध्ये प्रवेश करून नवीन सक्रिय कण दिसण्यास कारणीभूत ठरतात, तर अशा प्रतिक्रियांचा क्रम म्हणतात. साखळी प्रतिक्रिया.

मुक्त रॅडिकल्सची निर्मिती रेणूमधील बंध तोडण्यासाठी ऊर्जेच्या खर्चाशी संबंधित आहे. ही ऊर्जा प्रदीपन, विद्युत स्त्राव, तापविणे, न्यूट्रॉनसह विकिरण, α- आणि β-कणांनी रेणूंना दिली जाऊ शकते. कमी तापमानात साखळी प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी, इनिशिएटर्सना प्रतिक्रिया देणार्‍या मिश्रणात आणले जाते - असे पदार्थ जे सहजपणे रॅडिकल्स तयार करतात: सोडियम वाफ, सेंद्रिय पेरोक्साइड, आयोडीन इ.

प्रकाशाद्वारे सक्रिय केलेल्या साध्या संयुगांपासून हायड्रोजन क्लोराईडच्या निर्मितीची प्रतिक्रिया.

एकूण प्रतिक्रिया:

H 2 + C1 2 2HC1.

वेगळे टप्पे:

Сl 2 2Сl∙ क्लोरीनचे फोटोएक्टिव्हेशन (दीक्षा)

Cl ∙ + H 2 \u003d Hcl + H ∙ साखळी विकास

H ∙ + Cl 2 \u003d Hcl + Cl ∙, इ.

H ∙ + Cl ∙ \u003d Hcl ओपन सर्किट

येथे H∙ आणि Сl∙ सक्रिय कण (रॅडिकल) आहेत.

या प्रतिक्रिया यंत्रणेमध्ये प्राथमिक चरणांचे तीन गट वेगळे केले जाऊ शकतात. प्रथम एक फोटोकेमिकल प्रतिक्रिया आहे साखळी मूळ. क्लोरीनचे रेणू, प्रकाशाचे प्रमाण शोषून घेतात, उच्च प्रतिक्रियाशीलतेसह मुक्त अणूंमध्ये विलग होतात. अशाप्रकारे, जेव्हा साखळी न्यूक्लिएटेड असते तेव्हा व्हॅलेन्स-संतृप्त रेणूंपासून मुक्त अणू किंवा रॅडिकल्स तयार होतात. साखळी निर्मिती प्रक्रिया देखील म्हणतात दीक्षा. क्लोरीनचे अणू, जोडलेले इलेक्ट्रॉन असलेले, आण्विक हायड्रोजनवर प्रतिक्रिया देण्यास सक्षम आहेत, हायड्रोजन क्लोराईड आणि अणू हायड्रोजनचे रेणू तयार करतात. अणू हायड्रोजन, यामधून, क्लोरीन रेणूशी संवाद साधतो, परिणामी हायड्रोजन क्लोराईड रेणू आणि अणू क्लोरीन पुन्हा तयार होतात, इ.

या प्रक्रिया, समान प्राथमिक चरणांची पुनरावृत्ती (लिंक) आणि मुक्त रॅडिकल्सच्या संरक्षणासह पुढे जाण्याद्वारे वैशिष्ट्यीकृत, प्रारंभिक सामग्रीचा वापर आणि प्रतिक्रिया उत्पादनांच्या निर्मितीस कारणीभूत ठरतात. प्रतिक्रियांचे हे गट म्हणतात साखळीच्या विकासाची (किंवा निरंतरता) प्रतिक्रिया.

साखळी प्रतिक्रियेची पायरी ज्यामध्ये मुक्त रॅडिकल्स नष्ट होतात त्याला म्हणतात चेन ब्रेक. मुक्त रॅडिकल्सच्या पुनर्संयोजनाच्या परिणामी साखळी संपुष्टात येऊ शकते, जर या प्रकरणात सोडलेली ऊर्जा एखाद्या तिसऱ्या शरीराला दिली जाऊ शकते: जहाजाची भिंत किंवा जड अशुद्धतेचे रेणू (चरण 4, 5). म्हणूनच साखळी प्रतिक्रियांचा दर अशुद्धतेच्या उपस्थितीसाठी, जहाजाच्या आकार आणि परिमाणांबद्दल, विशेषत: कमी दाबांवर अतिशय संवेदनशील असतो.

साखळीच्या जन्मापासून ते खंडित होण्याच्या क्षणापर्यंतच्या प्राथमिक दुव्याच्या संख्येला साखळीची लांबी म्हणतात. विचाराधीन उदाहरणामध्ये, प्रत्येक प्रकाश क्वांटमसाठी 10 5 पर्यंत HCl रेणू तयार होतात.

साखळी प्रतिक्रिया, ज्या दरम्यान मुक्त रॅडिकल्सच्या संख्येचा "गुणा" होत नाही, त्यांना म्हणतात. शाखाविरहित किंवा साध्या साखळी प्रतिक्रिया . शाखा नसलेल्या साखळी प्रक्रियेच्या प्रत्येक प्राथमिक टप्प्यात, एक मूलगामी प्रतिक्रिया उत्पादनाच्या एका रेणूला "जन्म देतो" आणि फक्त एक नवीन मूलगामी (चित्र 41).

साध्या साखळी प्रतिक्रियांची इतर उदाहरणे: अ) पॅराफिनिक हायड्रोकार्बन्सचे क्लोरीनेशन Cl ∙ + CH 4 → CH 3 ∙ + HC1; CH 3 ∙ + Cl - → CH 3 Cl + Cl ∙ इ.; ब) रॅडिकल पॉलिमरायझेशन प्रतिक्रिया, उदाहरणार्थ, बेंझॉयल पेरोक्साइडच्या उपस्थितीत विनाइल एसीटेटचे पॉलिमरायझेशन, जे सहजपणे रॅडिकल्समध्ये विघटित होते; c) ब्रोमिनसह हायड्रोजनचा परस्परसंवाद, हायड्रोजनसह क्लोरीनच्या प्रतिक्रियेप्रमाणेच प्रक्रियेनुसार पुढे जाणे, केवळ त्याच्या एंडोथर्मिसिटीमुळे कमी साखळी लांबीसह.

वाढीच्या कृतीच्या परिणामी दोन किंवा अधिक सक्रिय कण दिसल्यास, ही साखळी प्रतिक्रिया शाखाबद्ध आहे.

1925 मध्ये, एन. एन. सेमेनोव्ह आणि त्यांच्या सहकार्यांनी प्राथमिक टप्पे असलेल्या प्रतिक्रिया शोधल्या, ज्याचा परिणाम म्हणून एक नव्हे तर अनेक रासायनिक सक्रिय कण, अणू किंवा रॅडिकल्स उद्भवतात. अनेक नवीन मुक्त रॅडिकल्स दिसल्यामुळे अनेक नवीन साखळ्या दिसतात, म्हणजे. एक साखळी काटे. अशा प्रक्रियांना ब्रँच्ड चेन रिअॅक्शन (Fig. 42) म्हणतात.

कमी दाबाने हायड्रोजनचे ऑक्सिडेशन आणि सुमारे 900 डिग्री सेल्सिअस तापमान हे उच्च शाखा असलेल्या साखळी प्रक्रियेचे उदाहरण आहे. प्रतिक्रिया यंत्रणा खालीलप्रमाणे लिहिता येईल.

1. H 2 + O 2 OH∙ + OH∙ साखळी दीक्षा

2. OH ​​∙ + H 2 → H 2 O + H ∙ साखळी विकास

3. H ∙ + O 2 → OH ∙ + O: साखळी शाखा

4. O: + H 2 → OH ∙ + H ∙

5. OH ∙ + H 2 → H 2 O + H ∙ साखळी निरंतरता

6. H∙ + H∙ + भिंत → H 2 जहाजाच्या भिंतीवरील ओपन सर्किट

7. H ∙ + O 2 + M → HO 2 ∙ + M चेन मोठ्या प्रमाणात संपुष्टात येणे.

एम हा अक्रिय रेणू आहे. HO 2 ∙ रॅडिकल, जो तिहेरी टक्कर दरम्यान तयार होतो, निष्क्रिय असतो आणि साखळी चालू ठेवू शकत नाही.

प्रक्रियेच्या पहिल्या टप्प्यावर, हायड्रॉक्सिल रॅडिकल्स तयार होतात, जे साध्या साखळीचा विकास प्रदान करतात. तिसऱ्या टप्प्यात, एका रॅडिकलच्या प्रारंभिक रेणूशी परस्परसंवादाच्या परिणामी, दोन रेडिकल तयार होतात आणि ऑक्सिजन अणूमध्ये दोन मुक्त व्हॅलेन्स असतात. हे साखळीची शाखा प्रदान करते.

चेन ब्रँचिंगच्या परिणामी, सुरुवातीच्या काळात प्रतिक्रिया दर वेगाने वाढते आणि प्रक्रिया साखळी इग्निशन-स्फोटाने संपते. तथापि, ब्रँच्ड चेन रिअॅक्शन्स स्फोटात संपतात जेव्हा ब्रँचिंग रेट चेन टर्मिनेशन रेटपेक्षा जास्त असतो. अन्यथा, प्रक्रिया मंद आहे.

जेव्हा प्रतिक्रिया स्थिती बदलते (दाब, तापमान, मिश्रण रचना, आकार आणि प्रतिक्रिया जहाजाच्या भिंतींच्या स्थितीत बदल इ.), स्फोटात संथ प्रतिक्रियेतून संक्रमण होऊ शकते आणि उलट. अशाप्रकारे, साखळी प्रतिक्रियांमध्ये मर्यादित (गंभीर) अवस्था असतात ज्यामध्ये साखळी प्रज्वलन होते, ज्यामधून एखाद्याने थर्मल इग्निशन वेगळे केले पाहिजे जे एक्झॉथर्मिक अभिक्रियांमध्ये खराब उष्णता काढून टाकण्यासह प्रतिक्रिया देणारे मिश्रण सतत वाढणारे गरम झाल्यामुळे उद्भवते.

ब्रँच्ड चेन मेकॅनिझमनुसार, सल्फर, फॉस्फरस, कार्बन मोनोऑक्साइड (II), कार्बन डायसल्फाइड इत्यादींचे ऑक्सिडाइज्ड वाफ होतात.

साखळी प्रक्रियांचा आधुनिक सिद्धांत नोबेल पारितोषिक विजेते (1956) सोव्हिएत शिक्षणतज्ज्ञ एन.एन. सेमेनोव्ह आणि इंग्रजी शास्त्रज्ञ हिन्सेलवुड यांनी विकसित केला होता.

साखळी प्रतिक्रिया उत्प्रेरक प्रतिक्रियांपासून वेगळ्या केल्या पाहिजेत, जरी नंतरचे स्वरूप चक्रीय देखील आहेत. साखळी प्रतिक्रिया आणि उत्प्रेरक यांच्यातील सर्वात महत्त्वाचा फरक असा आहे की साखळीच्या यंत्रणेसह, प्रतिक्रिया उत्स्फूर्त प्रतिक्रियांमुळे प्रणालीची ऊर्जा वाढवण्याच्या दिशेने पुढे जाऊ शकते. उत्प्रेरक थर्मोडायनामिकली अशक्य प्रतिक्रिया निर्माण करत नाही. याव्यतिरिक्त, उत्प्रेरक प्रतिक्रियांमध्ये साखळी न्यूक्लिएशन आणि साखळी समाप्ती सारख्या कोणत्याही प्रक्रियेच्या चरण नाहीत.

पॉलिमरायझेशन प्रतिक्रिया.साखळी अभिक्रियाची एक विशेष बाब म्हणजे पॉलिमरायझेशन प्रतिक्रिया.

पॉलिमरायझेशनही एक अशी प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये कमी आण्विक वजन संयुगे (मोनोमर्स) सह सक्रिय कण (रॅडिकल, आयन) ची प्रतिक्रिया नंतरच्या अनुक्रमिक जोडणीसह सामग्री साखळीची लांबी (रेणूची लांबी) वाढवते. म्हणजे, पॉलिमरच्या निर्मितीसह.

मोनोमर्ससेंद्रिय संयुगे आहेत, नियमानुसार, रेणूच्या रचनेत असंतृप्त (दुहेरी, तिहेरी) बंध असतात.

पॉलिमरायझेशन प्रक्रियेचे मुख्य टप्पे:

1. दीक्षा(प्रकाश, उष्णता इ. च्या कृती अंतर्गत):

अ: ए→A" + A"- रॅडिकल्स (सक्रिय व्हॅलेन्स-असंतृप्त कण) च्या निर्मितीसह होमोलाइटिक विघटन.

A: B→ A - + B +- आयनच्या निर्मितीसह हेटरोलाइटिक विघटन.

2. साखळी वाढ: A "+ M→ आहे"

(किंवा A - + M→ आहे",किंवा IN + + एम→ VM +).

3. ओपन सर्किट: AM" + AM"→ पॉलिमर

(किंवा AM" + B +→ पॉलिमर, VM + + A"→ पॉलिमर).

साखळी प्रक्रियेचा वेग नेहमीच साखळी नसलेल्या प्रक्रियेपेक्षा जास्त असतो.

जीवनात, आपल्याला वेगवेगळ्या रासायनिक प्रतिक्रियांचा सामना करावा लागतो. त्यापैकी काही, लोखंडाच्या गंजण्यासारखे, अनेक वर्षे चालू शकतात. इतर, जसे की साखर अल्कोहोलमध्ये आंबायला काही आठवडे लागतात. स्टोव्हमधील सरपण काही तासांत जळते आणि इंजिनमधील पेट्रोल एका सेकंदात जळून जाते.

उपकरणे खर्च कमी करण्यासाठी, रासायनिक वनस्पती प्रतिक्रियांचे प्रमाण वाढवतात. आणि काही प्रक्रिया, जसे की अन्न खराब होणे, धातू गंजणे, मंद करणे आवश्यक आहे.

रासायनिक अभिक्रियाचा दरम्हणून व्यक्त केले जाऊ शकते प्रति युनिट वेळेत पदार्थ (n, modulo) च्या प्रमाणात बदल (t) - भौतिकशास्त्रातील गतिमान शरीराच्या गतीची तुलना प्रति युनिट वेळेच्या निर्देशांकांमध्ये बदल म्हणून करा: υ = Δx/Δt . ज्या वाहिनीमध्ये प्रतिक्रिया घडते त्या जहाजाच्या व्हॉल्यूमवर दर अवलंबून नसावा म्हणून, आम्ही अभिव्यक्तीला प्रतिक्रिया देणार्‍या पदार्थांच्या (v) आकारमानाने विभाजित करतो, म्हणजे, आम्हाला मिळते.प्रति युनिट व्हॉल्यूम प्रति युनिट वेळेनुसार पदार्थाच्या प्रमाणात बदल, किंवा प्रति युनिट वेळेत एका पदार्थाच्या एकाग्रतेत बदल:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (१)
(t 2 − t 1) v Δt v

जेथे c = n / v ही पदार्थाची एकाग्रता असते,

Δ (उच्चार "डेल्टा") हे परिमाणातील बदलासाठी सामान्यतः स्वीकृत पदनाम आहे.

समीकरणामध्ये पदार्थांचे गुणांक भिन्न असल्यास, या सूत्राद्वारे गणना केलेल्या प्रत्येकासाठी प्रतिक्रिया दर भिन्न असेल. उदाहरणार्थ, सल्फर डायऑक्साइडचे 2 मोल 1 लीटरमध्ये 10 सेकंदात 1 मोल ऑक्सिजनसह पूर्णपणे प्रतिक्रिया देतात:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

ऑक्सिजनचा वेग असेल: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0.1 mol / l s

आंबट वायू गती: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0.2 mol / l s- परीक्षेत हे लक्षात ठेवण्याची आणि बोलण्याची गरज नाही, हा प्रश्न उद्भवल्यास गोंधळात पडू नये म्हणून एक उदाहरण दिले आहे.

विषम अभिक्रियांचा दर (घन पदार्थांचा समावेश) अनेकदा संपर्क पृष्ठभागांच्या प्रति युनिट क्षेत्रामध्ये व्यक्त केला जातो:

Δn
υ = –––––– (२)
Δt एस

जेव्हा अभिक्रियाक वेगवेगळ्या टप्प्यात असतात तेव्हा प्रतिक्रियांना विषम म्हणतात:

• दुसर्‍या घन, द्रव किंवा वायूसह घन,
• दोन अविचल द्रव
• वायू द्रव.

एकाच टप्प्यात पदार्थांमध्ये एकसंध प्रतिक्रिया घडतात:

• चांगल्या प्रकारे मिसळता येण्याजोग्या द्रवांमध्ये,
• वायू
• द्रावणातील पदार्थ.

रासायनिक अभिक्रियांच्या दरावर परिणाम करणाऱ्या परिस्थिती

1) प्रतिक्रिया दर अवलंबून असते अभिक्रियाकांचे स्वरूप. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, भिन्न पदार्थ वेगवेगळ्या दराने प्रतिक्रिया देतात. उदाहरणार्थ, जस्त हायड्रोक्लोरिक ऍसिडवर हिंसकपणे प्रतिक्रिया देते, तर लोह त्याऐवजी हळूहळू प्रतिक्रिया देते.

2) प्रतिक्रिया दर जास्त, जास्त एकाग्रतापदार्थ अत्यंत पातळ ऍसिडसह, जस्तला प्रतिक्रिया होण्यास बराच वेळ लागेल.

3) प्रतिक्रिया दर वाढीसह लक्षणीय वाढते तापमान. उदाहरणार्थ, इंधन जाळण्यासाठी, त्यास आग लावणे आवश्यक आहे, म्हणजेच तापमान वाढवणे. बर्‍याच प्रतिक्रियांसाठी, तापमानात 10 डिग्री सेल्सिअसची वाढ 2-4 च्या घटकासह दरात वाढ होते.

4) वेग विषमप्रतिक्रिया वाढत जातात reactants च्या पृष्ठभाग. यासाठी सॉलिड्स सहसा ठेचले जातात. उदाहरणार्थ, लोह आणि सल्फर पावडर गरम झाल्यावर प्रतिक्रिया देण्यासाठी, लोह लहान भूसाच्या स्वरूपात असणे आवश्यक आहे.

लक्षात घ्या की या प्रकरणात सूत्र (1) निहित आहे! सूत्र (2) प्रति युनिट क्षेत्राचा वेग व्यक्त करतो, म्हणून ते क्षेत्रफळावर अवलंबून राहू शकत नाही.

5) प्रतिक्रिया दर उत्प्रेरक किंवा अवरोधकांच्या उपस्थितीवर अवलंबून असते.

उत्प्रेरकअसे पदार्थ जे रासायनिक अभिक्रियांना गती देतात परंतु ते स्वतः सेवन करत नाहीत. उत्प्रेरक - मॅंगनीज (IV) ऑक्साईडच्या जोडणीसह हायड्रोजन पेरोक्साईडचे जलद विघटन हे एक उदाहरण आहे:

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

मॅंगनीज (IV) ऑक्साईड तळाशी राहते आणि ते पुन्हा वापरले जाऊ शकते.

अवरोधक- प्रतिक्रिया कमी करणारे पदार्थ. उदाहरणार्थ, पाईप्स आणि बॅटरीचे आयुष्य वाढवण्यासाठी, वॉटर हीटिंग सिस्टममध्ये गंज अवरोधक जोडले जातात. ऑटोमोबाईलमध्ये, ब्रेक फ्लुइडमध्ये गंज अवरोधक जोडले जातात.

आणखी काही उदाहरणे.

रासायनिक अभिक्रियांच्या दरांचे ज्ञान अत्यंत सैद्धांतिक आणि व्यावहारिक महत्त्व आहे. उदाहरणार्थ, रासायनिक उद्योगात, पदार्थाच्या उत्पादनात, उपकरणाचा आकार आणि उत्पादकता, प्राप्त केलेल्या उत्पादनाची रक्कम प्रतिक्रिया दरावर अवलंबून असते.

वेगवेगळ्या रासायनिक अभिक्रियांचे वेगवेगळे दर असतात. काही प्रतिक्रिया सेकंदाच्या अपूर्णांकात घडतात, तर काहींना महिने किंवा वर्षे लागतात. रासायनिक अभिक्रियांचा दर अभ्यासला जातो रासायनिक गतीशास्त्र.

रासायनिक गतीशास्त्र ज्या मूलभूत संकल्पना चालवते त्या रासायनिक आहेत प्रणालीआणि टप्पा:

• रासायनिक प्रणाली- पदार्थ (पदार्थांचा संच);
• रासायनिक टप्पाप्रणालीचा भाग जो इतर भागांपेक्षा वेगळा आहे इंटरफेस.

सिंगल फेज सिस्टम म्हणतात एकसंधकिंवा एकसंध, उदाहरणार्थ, गॅस मिश्रण किंवा उपाय. एकसंध प्रणालींमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांना म्हणतात एकसंध प्रतिक्रिया, अशा प्रतिक्रिया मिश्रणाच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये पुढे जातात.

अनेक टप्पे असलेली प्रणाली म्हणतात विषमकिंवा विषमउदा. द्रव + घन. विषम प्रणालींमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांना म्हणतात विषम प्रतिक्रिया, अशा प्रतिक्रिया फक्त इंटरफेसवर होतात.

एकसंध प्रतिक्रिया दर

एकसंध प्रतिक्रियेचा दर म्हणजे प्रति युनिट वेळ (t) प्रति युनिट व्हॉल्यूम (V) च्या प्रतिक्रियेच्या परिणामी तयार झालेल्या पदार्थाचे प्रमाण (ν) आहे:

• ν 1 - टी 1 च्या वेळी पदार्थाच्या मोलची संख्या;
• ν 2 - टी 2 च्या वेळी पदार्थाच्या मोलची संख्या;

मोलर व्हॉल्यूम एकाग्रतापदार्थ (C, mol / l) - पदार्थाच्या मोलच्या संख्येचे गुणोत्तर (ν) प्रतिक्रिया मिश्रणाच्या संपूर्ण खंड (V): C=v/V.

एकसंध प्रतिक्रियेचा दर प्रति युनिट वेळेत अभिक्रियाकाच्या एकाग्रतेतील बदलाप्रमाणे असतो.

आम्ही प्रतिक्रिया उत्पादनांपैकी एकाच्या एकाग्रतेबद्दल बोलत असल्यास, मूळ पदार्थांपैकी एकाची एकाग्रता वजा चिन्ह असल्यास, अभिव्यक्तीमध्ये अधिक चिन्ह ठेवले जाते.

विषम प्रतिक्रिया दर

वर नमूद केल्याप्रमाणे, विषम आणि एकसंध प्रतिक्रियांमधील मुख्य फरक हा आहे की प्रतिक्रिया इंटरफेसवर होते.

विषम प्रतिक्रियेचा दर (v het) प्रति युनिट वेळ (t) प्रति युनिट इंटरफेस (S) तयार होणाऱ्या पदार्थाचे प्रमाण (ν) आहे.

प्रतिक्रियांच्या दरावर परिणाम करणारे मुख्य घटक:

• अभिक्रियाकांचे स्वरूप;
• एकाग्रता;
• तापमान;
• उत्प्रेरक;
• अभिकर्मकांचे कण आकार;
• दबाव

शेवटचे दोन मुद्दे विषम प्रतिक्रियांचा संदर्भ देतात.

अभिक्रियाकांचे स्वरूप

पदार्थांच्या रेणूंमधील रासायनिक परस्परसंवादासाठी आवश्यक अट म्हणजे रेणूच्या "इच्छित" साइटवर एकमेकांशी टक्कर होणे, ज्याला म्हणतात. उच्च प्रतिक्रियाशीलता असलेले क्षेत्र. हे बॉक्सिंग सारखे आहे: जर बॉक्सरने प्रतिस्पर्ध्याच्या हातमोजेला मारले तर कोणतीही प्रतिक्रिया होणार नाही; परंतु जर आघात प्रतिस्पर्ध्याच्या डोक्यावर पडला तर नॉकआउटची संभाव्यता (प्रतिक्रिया) लक्षणीय वाढते; आणि त्याच वेळी प्रभाव शक्ती (रेणूंच्या टक्करांची शक्ती) मोठी असल्यास, नॉकआउट (प्रतिक्रिया) अपरिहार्य होते.

अगोदर निर्देश केलेल्या बाबीसंबंधी बोलताना आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की रेणू जितका अधिक जटिल असेल तितकी त्याची अत्यंत प्रतिक्रियाशील साइट लहान असेल. त्यामुळे, विक्रिया करणार्‍या पदार्थांचे रेणू जितके मोठे आणि अधिक गुंतागुंतीचे असतील तितका प्रतिक्रिया दर कमी होईल.

अभिकर्मक एकाग्रता

प्रतिक्रिया दर आण्विक टक्करांच्या संख्येच्या थेट प्रमाणात आहे. अभिक्रियाकांची एकाग्रता जितकी जास्त, तितकी टक्कर जास्त, रासायनिक अभिक्रियाचा दर जास्त. उदाहरणार्थ, शुद्ध ऑक्सिजनमध्ये ज्वलन सामान्य हवेच्या तुलनेत खूप वेगाने होते.

तथापि, असे म्हटले पाहिजे की अनेक टप्प्यांत उद्भवणार्या जटिल प्रतिक्रियांमध्ये; असे अवलंबित्व पाळले जात नाही. हे आपल्याला अभिकर्मकांपैकी कोणते अभिकर्मक अभिक्रियाच्या सर्वात हळू टप्प्यात सामील नाही हे निर्धारित करण्यास अनुमती देते, जे प्रतिक्रियेचा दर निर्धारित करते.

अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवर प्रतिक्रिया दराचे अवलंबित्व असे व्यक्त केले जाते अभिनय जनतेचा कायदा, ज्याचा शोध 1867 मध्ये नॉर्वेजियन शास्त्रज्ञ गुल्डबर्ग आणि वेज यांनी लावला होता.

समीकरणाने वर्णन केलेल्या सशर्त प्रतिक्रियेचा दर (v) aA+bB=cC+dD, सामूहिक कृतीच्या कायद्यानुसार, सूत्राद्वारे गणना केली जाईल, ज्याला म्हणतात प्रतिक्रिया गतिज समीकरण:

V=k [A] a [B] b

• [ए], [बी] - प्रारंभिक पदार्थांची एकाग्रता;
• k हा प्रतिक्रियेचा दर स्थिरांक आहे, प्रत्येक 1 mol च्या समान अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवर या प्रतिक्रियेच्या दराप्रमाणे.

kअभिकर्मकांच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नाही, परंतु त्यांच्या स्वभावावर आणि तापमानावर अवलंबून आहे.

प्रतिक्रियेच्या गतिज समीकरणानुसार, अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेतील बदलानुसार प्रतिक्रियेच्या बदलाचा दर निश्चित करणे शक्य आहे.

गतिज समीकरणांची उदाहरणे:

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) v \u003d k 2 CuO (t) + H 2 (g) \u003d Cu (t) + H 2 O (g) v \u003d k 2

लक्षात घ्या की गतिज समीकरणांमध्ये घन सांद्रता समाविष्ट नसते, फक्त वायू आणि विरघळलेली असतात.

अभिकर्मक तापमान

जसजसे तापमान वाढते तसतसे रेणू वेगाने फिरतात, त्यामुळे त्यांच्या एकमेकांशी टक्कर होण्याचे प्रमाण वाढते. याव्यतिरिक्त, रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते, ज्यामुळे टक्करांची कार्यक्षमता वाढते, जी शेवटी प्रतिक्रिया दर निर्धारित करते.

त्यानुसार सक्रियकरण सिद्धांत, केवळ विशिष्ट सरासरी मूल्यापेक्षा जास्त ऊर्जा असलेले रेणू रासायनिक अभिक्रियामध्ये भाग घेऊ शकतात. रेणूंच्या सरासरी ऊर्जेपेक्षा जास्तीचे मूल्य असे म्हणतात सक्रियता ऊर्जा. सुरुवातीच्या पदार्थांच्या रेणूंमधील रासायनिक बंध कमकुवत करण्यासाठी ही ऊर्जा आवश्यक आहे. ज्या रेणूंना प्रतिक्रिया देण्यासाठी आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा असते त्यांना म्हणतात सक्रिय रेणू. तापमान जितके जास्त तितके जास्त सक्रिय रेणू, प्रतिक्रिया दर जास्त.

प्रतिक्रिया दर तापमान अवलंबन द्वारे दर्शविले जाते व्हॅन हॉफचा नियम:

गणितीयदृष्ट्या, व्हॅन हॉफ नियम खालील सूत्राद्वारे व्यक्त केला जातो:

• γ - तापमान गुणांक 10°C च्या तापमान वाढीसह प्रतिक्रिया दरात वाढ दर्शविते;
• v 1 - तापमान t 1 वर प्रतिक्रिया दर ;
• v 2 - तापमान t 2 वर प्रतिक्रिया दर ;

उत्प्रेरक

उत्प्रेरक- हे असे पदार्थ आहेत जे प्रतिक्रियेच्या दरावर परिणाम करतात, परंतु ते स्वतः सेवन केले जात नाहीत.

उत्प्रेरकांचा समावेश असलेल्या प्रतिक्रिया म्हणतात उत्प्रेरक प्रतिक्रिया.

उत्प्रेरकाची मुख्य क्रिया म्हणजे प्रतिक्रियाची सक्रियता ऊर्जा कमी करणे, परिणामी प्रभावी आण्विक टक्करांच्या संख्येत वाढ होते.

उत्प्रेरक प्रतिक्रिया लाखो वेळा वाढवू शकतात!

कॅटॅलिसिसचे दोन प्रकार आहेत:

• एकसंध (एकसमान) उत्प्रेरक- उत्प्रेरक आणि अभिकर्मक एक टप्पा तयार करतात: वायू किंवा द्रावण;
• विषम (एकसमान नसलेले) उत्प्रेरक- उत्प्रेरक स्वतंत्र टप्प्याच्या स्वरूपात आहे.

उत्प्रेरक प्रतिक्रियांची यंत्रणा अतिशय गुंतागुंतीची आणि पूर्णपणे ज्ञात नाही. एका वैज्ञानिक गृहीतकानुसार, उत्प्रेरक अभिक्रियांमध्ये, उत्प्रेरक आणि अभिक्रियाक मध्यवर्ती संयुगाच्या निर्मितीसह प्रतिक्रिया देतात, जे अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादन तयार करण्यासाठी दुसर्‍या प्रारंभिक सामग्रीसह अधिक सक्रियपणे प्रतिक्रिया देतात, तर उत्प्रेरक स्वतःच एका मध्‍ये सोडला जातो. मुक्त राज्य.

उत्प्रेरकांना सहसा असे पदार्थ समजले जातात जे प्रतिक्रियेचा वेग वाढवतात, परंतु असे पदार्थ आहेत जे प्रतिक्रियेचा वेग कमी करतात - त्यांना म्हणतात अवरोधक.

जैविक उत्प्रेरक म्हणतात एंजाइम. एन्झाईम्स ही प्रथिने असतात.

अभिकर्मक कण आकार

एक मॅच घ्या आणि कोळशाच्या तुकड्यावर आणा. सामना संपेपर्यंत कोळशाला आग लागण्याची वेळ येण्याची शक्यता नाही. चला कोळसा बारीक करू आणि प्रयोगाची पुनरावृत्ती करू - कोळशाची धूळ फक्त आग लागणार नाही, परंतु खूप लवकर आग लागेल - एक स्फोट होईल (कोळशाच्या खाणींमध्ये मुख्य धोका). काय चाललंय?

कोळशाचा चुरा करून, आम्ही त्याद्वारे त्याच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवतो. ज्या पृष्ठभागावर रेणूंची टक्कर होते ते क्षेत्रफळ जितके मोठे असेल तितका प्रतिक्रिया दर जास्त असेल.

अभिकर्मक दाब

वायू अभिकर्मकांचा दाब त्यांच्या एकाग्रतेप्रमाणेच असतो - जितका जास्त दाब - तितका जास्त एकाग्रता - उच्च प्रतिक्रिया दर, कारण आण्विक टक्करांची संख्या वाढते. एकाग्रतेप्रमाणे, अभिक्रियात्मक दाब जटिल प्रतिक्रियांमध्ये "काम" करत नाही.