सभी प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक अभिकारकों, तापमान और एक उत्प्रेरक की उपस्थिति की एकाग्रता है।

एकाग्रता का प्रभाव।परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता बढ़ाना प्रक्रियाओं को तीव्र करने के सबसे सामान्य तरीकों में से एक है। एकाग्रता पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की निर्भरता बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून द्वारा निर्धारित की जाती है। इस कानून के अनुसार, गति रासायनिक प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया समीकरण में पदार्थ के सूत्र के सामने stoichiometric गुणांक के बराबर शक्ति में प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के लिए सीधे आनुपातिक है। उदाहरण के लिए, सोडियम कार्बोनेट के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड को बेअसर करने की प्रतिक्रिया के लिए गुड़ के उत्पादन में, दर की गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

2HCl + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2;

बड़े पैमाने पर कार्रवाई का कानून आम तौर पर निम्नानुसार लिखा जाता है:

कहाँ पे सेवा-आनुपातिक गुणांक, प्रतिक्रिया दर स्थिर कहा जाता है; सी एनतथा Сь -पदार्थों की सांद्रता एतथा बी,रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेना; गड्ढा -stoichiometric गुणांक।

यदि हम ऐसा स्वीकार करते हैं, तो v \u003d सेवा,अर्थात्, प्रतिक्रिया की दर स्थिर रूप से एकात्मकता के बराबर अभिकारकों की एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर होती है। दर लगातार प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति, तापमान, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करता है और रासायनिक प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है। किसी दिए गए तापमान पर इस प्रतिक्रिया की दर स्थिर है।

आणविकता और प्रतिक्रिया के क्रम के आधार पर प्रतिक्रिया दर स्थिरांक निर्धारित करने के लिए, संबंधित सूत्र निकाले जाते हैं।

Molecularity प्रतिक्रिया रासायनिक बातचीत के प्राथमिक अधिनियम में भाग लेने वाले अणुओं की संख्या से निर्धारित होती है। यदि इसके लिए एक अणु की आवश्यकता होती है, तो प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है monomolecular . इस तरह की प्रतिक्रिया का एक उदाहरण है की कार्रवाई के तहत CaCO3 की अपघटन प्रतिक्रिया उच्च तापमान चुकंदर कारखानों में चूना पत्थर को शांत करते समय:

सीएसीओ 3 \u003d सीएओ + सीओ 2।

दो अणुओं की भागीदारी के साथ, प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है bimolecular, तीन - trimolecular . ये एक या विभिन्न पदार्थों के अणु हो सकते हैं। सोडियम कार्बोनेट के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड की प्रतिक्रिया, ऊपर दी गई है, ट्राइमोलेक्यूलर है।

प्रतिक्रिया क्रम बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून के समीकरण में पदार्थों की सांद्रता पर घातांक का योग है। पहले आदेश की प्रतिक्रिया दर पहली डिग्री में एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, दूसरे और तीसरे क्रम की प्रतिक्रिया दर क्रमशः दूसरे और तीसरे डिग्री में सांद्रता के लिए आनुपातिक हैं। हालांकि, प्रतिक्रिया का क्रम इसकी आणविकता से कम हो सकता है यदि कोई पदार्थ अधिक मात्रा में है और इसलिए इसकी एकाग्रता को व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित माना जा सकता है। उदाहरण के लिए, सुक्रोज के व्युत्क्रम में जलीय घोल hcl

कहाँ पे ए -पदार्थ की प्रारंभिक एकाग्रता; एक्स -पदार्थ की वह मात्रा जो किसी समयावधि के दौरान प्रतिक्रिया करती है; (ए - एक्स) -किसी पदार्थ की एक पल में सांद्रता, यानी

एक दूसरे क्रम की प्रतिक्रिया के लिए, प्रतिक्रिया दर स्थिर

हाइड्रोलिसिस समय

और t + 10 ° Kt + 10 के तापमान पर स्थिर दर, तो इन स्थिरांक का अनुपात है तापमान प्रतिक्रिया दर के गुणांक :

यदि हम जी \u003d 2 (गुणांक का अधिकतम मूल्य) लेते हैं, तो प्रतिक्रिया तापमान में 50 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 32 गुना बढ़ जाएगी।

अधिक सटीक रूप से, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर पर तापमान का प्रभाव प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त अनुपात द्वारा व्यक्त किया जाता है। यह निर्भरता इस प्रकार है:

कहाँ पे खतथा ए -दी गई प्रतिक्रिया के लिए स्थिरांक; टी "-तापमान, के।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर पर तापमान और प्रतिक्रियाकर्ताओं की एकाग्रता के प्रभाव की प्रकृति को सक्रिय टकराव के सिद्धांत द्वारा समझाया जा सकता है।

इस सिद्धांत के अनुसार, अणुओं के बीच रासायनिक संपर्क केवल तभी संभव है जब वे टकराते हैं, हालांकि, प्रभावी टक्कर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की ओर ले जाती है, अर्थात्, सभी टकराने वाले अणु प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करते हैं, लेकिन केवल अणुओं में एक निश्चित ऊर्जा होती है जो औसत की तुलना में अधिक होती है। इस ऊर्जा वाले अणु कहलाते हैं सक्रिय . अणुओं की अतिरिक्त ऊर्जा को कहा जाता है सक्रियण ऊर्जा .

होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणुओं में इंट्रामोल्युलर बॉन्ड को तोड़ना आवश्यक है। यदि टकराने वाले अणुओं में उच्च ऊर्जा है और यह बंधन तोड़ने के लिए पर्याप्त है, तो प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी; यदि अणुओं की ऊर्जा आवश्यकता से कम है, तो टक्कर अप्रभावी होगी और प्रतिक्रिया आगे नहीं बढ़ेगी।

जैसे ही तापमान बढ़ता है, सक्रिय अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, उनके बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है। अभिकारकों की सांद्रता में वृद्धि के साथ, प्रभावी लोगों सहित टकरावों की कुल संख्या भी बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है।

एक उत्प्रेरक का प्रभाव।उत्प्रेरकएक पदार्थ है जो नाटकीय रूप से प्रतिक्रिया की दर को बदलता है। उत्प्रेरक की उपस्थिति में, प्रतिक्रियाओं को हजारों बार त्वरित किया जाता है, और कम तापमान पर आगे बढ़ सकता है, जो आर्थिक रूप से फायदेमंद है। कार्बनिक संश्लेषण में उत्प्रेरक का महत्व महान है - ऑक्सीकरण, हाइड्रोजनीकरण, निर्जलीकरण, जलयोजन आदि की प्रक्रियाओं में, उत्प्रेरक जितना अधिक सक्रिय होता है, उतनी ही तेजी से उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती हैं। उत्प्रेरक एक प्रतिक्रिया, प्रतिक्रियाओं के एक समूह, या विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं को गति दे सकते हैं, अर्थात्, उनके पास व्यक्तिगत या समूह विशिष्टता है, और उनमें से कुछ कई प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन आयन प्रोटीन, स्टार्च और अन्य यौगिकों के हाइड्रोलिसिस की प्रतिक्रियाओं में तेजी लाते हैं, जलयोजन प्रतिक्रियाएं आदि ऐसे उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं हैं जिनमें उत्प्रेरक मध्यवर्ती या अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक है। ये प्रतिक्रियाएँ प्रारंभिक अवधि में कम दर और बाद में बढ़ती दर के साथ आगे बढ़ती हैं।

धातुओं का उपयोग मुख्य रूप से शुद्ध रूप (निकल, कोबाल्ट, लोहा, प्लैटिनम) में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है और ऑक्साइड या लवण (वैनेडियम ऑक्साइड, एल्यूमिना) के रूप में, लोहे, मैग्नीशियम, कैल्शियम, तांबा, आदि के यौगिक अकार्बनिक उत्प्रेरक थर्मामीटर के साथ स्थिर होते हैं, और प्रतिक्रियाएं होती हैं। वे अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर आगे बढ़ते हैं।

वातावरण में जहां प्रतिक्रिया होती है, वहां हमेशा विदेशी पदार्थ होते हैं। इस परिस्थिति का उत्प्रेरक पर एक अलग प्रभाव पड़ता है: उनमें से कुछ तटस्थ हैं, अन्य उत्प्रेरक के प्रभाव को बढ़ाते हैं, और फिर भी अन्य इसे कमजोर या दबा देते हैं। पदार्थ जो जहर को उत्प्रेरक कहते हैं उत्प्रेरक जहर .

कटैलिसीस, सजातीय या विषम की अवधारणा है। विषम कटैलिसीस में, अभिकारक आमतौर पर एक तरल या गैसीय अवस्था में होते हैं, और उत्प्रेरक एक ठोस अवस्था में होता है, और प्रतिक्रिया दो चरणों के बीच इंटरफेस में होती है, अर्थात, एक ठोस उत्प्रेरक की सतह पर।

उदाहरण के लिए, वसा के हाइड्रोजनीकरण की उत्प्रेरक प्रतिक्रिया तीन चरण है: उत्प्रेरक - धातु निकल - एक ठोस चरण, हाइड्रोजन - गैसीय, और वसा - तरल बनाता है। इसलिए, इस मामले में, हम विषम कटैलिसीस के बारे में बात कर रहे हैं।

विषम कटैलिसीस में, उत्प्रेरक प्राप्त करने की विधि, प्रक्रिया की स्थिति, अशुद्धियों की संरचना आदि का बहुत महत्व है। उत्प्रेरक में महत्वपूर्ण चयनात्मकता, गतिविधि होनी चाहिए, और इन गुणों को लंबे समय तक बनाए रखना चाहिए।

तंत्र सजातीय उत्प्रेरक मध्यवर्ती के सिद्धांत द्वारा समझाया गया। एक उत्प्रेरक को जोड़ने पर, प्रतिक्रिया कई मध्यवर्ती चरणों से गुजरती है, जिसमें उत्प्रेरक के बिना प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की तुलना में कम सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे प्रतिक्रिया दर में जबरदस्त वृद्धि होती है।

एक धीमी प्रक्रिया, जैसे कि एक प्रतिक्रिया

ए + बी \u003d एबी,

एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में सेवादो चरणों में होता है: ए + के \u003d एके(मध्यवर्ती); एके + बी \u003d एबी + के।

इनमें से प्रत्येक चरण कम सक्रियण ऊर्जा के साथ आगे बढ़ता है और इसलिए, उच्च गति के साथ। उत्प्रेरक एक मध्यवर्ती बनाता है, जो किसी अन्य पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करने पर, उत्प्रेरक को पुन: उत्पन्न करता है।

एच + और ओएच ~ आयनों की कार्रवाई से कई सजातीय प्रतिक्रियाएं उत्प्रेरित होती हैं। इस तरह की प्रतिक्रियाओं में सुक्रोज उलटा, एस्टर की हाइड्रोलिसिस, वसा शामिल हैं। धातु आयन ऑक्सीकरण और हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। उदाहरण के लिए, तांबा एस्कॉर्बिक एसिड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है, इसलिए, फलों और सब्जियों के प्रसंस्करण के उपकरण तांबे और इसकी मिश्र धातुओं से नहीं बनाए जा सकते हैं। खाद्य वसा का ऑक्सीकरण तांबा, लोहा, मैंगनीज के आयनों की कार्रवाई से तेज होता है, इसलिए, वसा को धातु के कंटेनरों में संग्रहीत नहीं किया जा सकता है।

सजातीय कटैलिसीस का मुख्य नुकसान यह है कि उत्प्रेरक को अंतिम मिश्रण (तरल या गैस) से अलग करना मुश्किल है।

इससे, इसका कुछ हिस्सा अनियमित रूप से खो जाता है, और उत्पाद इसके साथ दूषित होता है।

विषम कटैलिसीस के साथ, ऐसा नहीं होता है, और यह उद्योग में इसके व्यापक उपयोग का मुख्य कारण है। इस तरह के कटैलिसीस के साथ मध्यवर्ती यौगिकों का निर्माण होता है। वे तथाकथित सक्रिय साइटों में, उत्प्रेरक सतह के अलग-अलग क्षेत्रों पर बनते हैं, जो इसकी सतह के एक छोटे हिस्से पर कब्जा कर लेते हैं।

यदि सक्रिय साइटें अवरुद्ध हैं, उदाहरण के लिए, उत्प्रेरक जहर के साथ, तो उत्प्रेरक अपनी गतिविधि खो देता है। सतह को बढ़ाने के लिए और, परिणामस्वरूप, उत्प्रेरक के सक्रिय स्थलों की संख्या, इसे कुचल दिया जाता है। उत्प्रेरक को गैस के प्रवाह से दूर रखने से रोकने के लिए, इसे एक विकसित सतह (सिलिका जेल, एस्बेस्टोस, प्यूमिस, आदि) के साथ एक अक्रिय वाहक पर लागू किया जाता है।

अधिकांश उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं सकारात्मक हैं, अर्थात्, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में, उनकी दर बढ़ जाती है। हालांकि, नकारात्मक उत्प्रेरक तब होता है जब उत्प्रेरक प्रतिक्रिया दर को धीमा कर देता है। इस मामले में, उत्प्रेरक कहा जाता है अवरोध करनेवाला।यदि एक अवरोधक ऑक्सीकरण प्रक्रिया को रोकता है, तो इसे कहा जाता है एंटीऑक्सिडेंटया एंटीऑक्सीडेंट।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर और इसके परिवर्तन को प्रभावित करने वाली स्थितियों का अध्ययन, भौतिक रसायन विज्ञान - रासायनिक कैनेटीक्स के क्षेत्रों में से एक में लगा हुआ है। यह इन प्रतिक्रियाओं के तंत्र और उनकी थर्मोडायनामिक वैधता की भी जांच करता है। ये अध्ययन न केवल वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि सभी प्रकार के पदार्थों के उत्पादन में रिएक्टरों में घटकों की बातचीत की निगरानी के लिए भी महत्वपूर्ण हैं।

रसायन विज्ञान में गति की अवधारणा

प्रतिक्रिया दर को आमतौर पर प्रतिक्रियाशील यौगिकों (perС) प्रति यूनिट समय (calledt) की सांद्रता में एक निश्चित बदलाव कहा जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिया की दर का गणितीय सूत्र इस प्रकार है:

± \u003d ± ΔC / ᴠt।

प्रतिक्रिया की दर को mol / l if s में मापा जाता है, यदि यह पूरी मात्रा में होता है (अर्थात, प्रतिक्रिया समरूप है) और mol / m 2, s में, यदि इंटरैक्शन सतह पर चरणों को अलग करता है (यानी, प्रतिक्रिया विषम है)। सूत्र में "-" संकेत प्रारंभिक प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के मूल्यों में परिवर्तन को संदर्भित करता है, और "+" संकेत - एक ही प्रतिक्रिया के उत्पादों के सांद्रता के बदलते मूल्यों के लिए।

विभिन्न दरों के साथ प्रतिक्रियाओं के उदाहरण

सहभागिता रासायनिक पदार्थ विभिन्न गति से किया जा सकता है। तो, स्टैलेक्टाइट्स की वृद्धि की दर, अर्थात् कैल्शियम कार्बोनेट का निर्माण, प्रति 100 वर्षों में केवल 0.5 मिमी है। कुछ जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएँ धीमी होती हैं, जैसे प्रकाश संश्लेषण और प्रोटीन संश्लेषण। धातुओं का संक्षारण कम दर पर होता है।

औसत गति एक से कई घंटों तक होने वाली प्रतिक्रियाओं की विशेषता हो सकती है। एक उदाहरण भोजन की तैयारी होगी, जो खाद्य पदार्थों में निहित यौगिकों के अपघटन और परिवर्तन के साथ है। व्यक्तिगत पॉलिमर के संश्लेषण को एक निश्चित समय के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण को गर्म करने की आवश्यकता होती है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक उदाहरण, जिसकी दर काफी अधिक है, तटस्थ प्रतिक्रियाओं के रूप में काम कर सकता है, कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई के साथ एसिटिक एसिड के समाधान के साथ सोडियम बाइकार्बोनेट की बातचीत। आप 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 बढ़ने में सक्षम होती हैं और एक विस्फोट के साथ होती हैं। एक क्लासिक 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 अलग-अलग दरों पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, गैसीय ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का मिश्रण लंबे समय तक बातचीत के संकेत नहीं दिखा सकता है, लेकिन जब कंटेनर हिल जाता है या मारा जाता है, तो प्रतिक्रिया विस्फोटक हो जाती है। इसलिए, रासायनिक कैनेटीक्स और कुछ कारकों की पहचान की जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने की क्षमता रखते हैं। इसमें शामिल है:

• अंतःक्रियात्मक पदार्थों की प्रकृति;
• अभिकर्मकों की एकाग्रता;
• तापमान परिवर्तन;
• एक उत्प्रेरक की उपस्थिति;
• दबाव परिवर्तन (गैसीय पदार्थों के लिए);
• 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 इस तरह के एक महत्वपूर्ण अंतर को सक्रियण ऊर्जा (ई) के विभिन्न मूल्यों द्वारा समझाया गया है। यह एक प्रतिक्रिया में होने वाली प्रतिक्रिया के लिए एक टकराव में एक अणु के लिए आवश्यक औसत मूल्य की तुलना में ऊर्जा की एक निश्चित अतिरिक्त मात्रा के रूप में समझा जाता है। इसे केजे / मोल 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 भी प्रतिक्रिया के लिए E \u003d 150 kJ / mol है, तो n पर। पर। यह व्यावहारिक रूप से रिसाव नहीं करता है। यह ऊर्जा पदार्थों के अणुओं के बीच प्रतिकर्षण पर काबू पाने और मूल पदार्थों में बंधों को कमजोर करने पर खर्च की जाती है। दूसरे शब्दों में, सक्रियण ऊर्जा ताकत की विशेषता है रासायनिक बन्ध पदार्थों में। सक्रियण ऊर्जा के मूल्य से, कोई रासायनिक प्रतिक्रिया की दर का पूर्व 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);
• ई ए\u003e 120, कण टकराव का केवल एक बहुत छोटा हिस्सा एक प्रतिक्रिया को जन्म देगा, और इसकी गति कम होगी।

एकाग्रता का प्रभाव

एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता सबसे सटीक रूप से बड़े पैमाने पर कार्रवाई (एमएएस) के कानून की विशेषता है, जो पढ़ता है:

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के लिए सीधे आनुपातिक होती है, जिनमें से मूल्यों को उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के अनुरूप शक्तियों में लिया जाता है।

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

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

αА + bB \u003d ,С, फिर,

कानून के उपरोक्त सूत्रीकरण के अनुसार, समीकरण द्वारा गति पाई जा सकती है:

वी \u003d के · [ए] ए · [बी] बी, जहां

ए और बी स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं,

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

k माना गया अभिक्रिया की दर स्थिर है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर गुणांक का अर्थ यह है कि इसका मूल्य दर के बराबर होगा यदि यौगिकों की सांद्रता एकता के बराबर है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस सूत्र का उपयोग करके एक सही गणना के लिए, यह अभिकर्मकों के एकत्रीकरण की स्थिति पर विचार करने के लायक है। ठोस की एकाग्रता को एकता में लिया जाता है और इसे समीकरण में शामिल नहीं किया जाता है, क्योंकि यह प्रतिक्रिया के दौरान स्थिर रहता है। इस प्रकार, ZDM के लिए गणना में केवल तरल और गैसीय पदार्थों की एकाग्रता शामिल है। तो, समीकरण द्वारा वर्णित सरल पदार्थों से सिलिकॉन डाइऑक्साइड प्राप्त करने की प्रतिक्रिया के लिए

Si (टीवी) + (2 (g) \u003d Si (2 (टीवी),

गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाएगी:

विशिष्ट कार्य

यदि प्रारंभिक यौगिकों की सांद्रता को दोगुना कर दिया जाए तो ऑक्सीजन के साथ नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड की रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कैसे होगी?

समाधान: यह प्रक्रिया प्रतिक्रिया समीकरण से मेल खाती है:

2 + Ο 2 \u003d 2ΝΟ 2।

प्रारंभिक () 1) और अंतिम (reaction 2) प्रतिक्रिया दरों के लिए अभिव्यक्ति लिखें:

ᴠ 1 \u003d k · [ΝΟ] 2 · [and 2] और

(2 \u003d k · (2 \u200b\u200b· [ᴠ]) 2 · 2 · [\u003d 2] \u003d k · 4 [2] 2 · 2 [Ο 2]।

ᴠ 1 / \u003d 2 \u003d (k · 4 [2] 2 · 2 [/ 2]) / (k · [[] 2 · [Ο 2])।

ᴠ 2 / ᴠ 1 \u003d 4 2/1 \u003d 8।

उत्तर: 8 गुना बढ़ा।

तापमान का प्रभाव

तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता डच वैज्ञानिक जे। एच। वेनॉट हॉफ द्वारा अनुभव से निर्धारित की गई थी। उन्होंने पाया कि प्रत्येक 10 डिग्री के लिए तापमान में वृद्धि के साथ 2-4 के कारक से कई प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। इस नियम के लिए एक गणितीय अभिव्यक्ति है, जो इस प्रकार है:

ᴠ 2 \u003d ᴠ 1 γ (ᴠ2-)1) / 10, कहाँ

ᴠ 1 और - 2 - तापमान पर इसी गति Τ 1 और ᴠ 2;

e - तापमान गुणांक, 2-4 के बराबर।

इसी समय, यह नियम एक या किसी अन्य प्रतिक्रिया की दर के मूल्य पर तापमान के प्रभाव के तंत्र की व्याख्या नहीं करता है और कानूनों 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 यह उनके टकराव की एक बड़ी संख्या को उकसाता है। हालांकि, यह अणुओं की टक्कर की दक्षता को विशेष रूप से प्रभावित नहीं करता है, क्योंकि यह मुख्य रूप से सक्रियण ऊर्जा पर निर्भर करता है। इसके अलावा, कण टकरावों की दक्षता में एक महत्वपूर्ण भूमिका उनके स्थानिक पत्राचार द्वारा एक दूसरे को निभाई जाती है।

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

के \u003d ए 0 ई-ईए / आरΤ, जहां

और के बारे में एक कारक है;

E एक सक्रियण ऊर्जा है।

Van't Hoff के कानून के लिए एक समस्या का एक उदाहरण

तापमान को कैसे बदला जाना चाहिए ताकि एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर, जिसके लिए तापमान गुणांक 3 के बराबर है, 27 गुना बढ़ता है?

फेसला। आइए सूत्र का उपयोग करें

ᴠ 2 \u003d ᴠ 1 γ (ᴠ2-)1) / 10।

स्थिति से the 2 / ᴠ 1 \u003d 27, और It \u003d 3. यह ΔΤ \u003d Τ 2-Τ 1 खोजने के लिए आवश्यक है।

मूल सूत्र को बदलना, हमें मिलता है:

वी 2 / वी 1 \u003d \u003d \u003d / 10।

मूल्यों को प्रतिस्थापित करें: 27 \u003d 3 27/10।

इसलिए यह स्पष्ट है कि ΔΤ / 10 \u003d 3 और ΔΤ \u003d 30।

उत्तर: तापमान में 30 डिग्री की वृद्धि होनी चाहिए।

उत्प्रेरकों का प्रभाव

भौतिक रसायन शास्त्र में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर भी सक्रिय रूप से उत्प्रेरित नामक खंड द्वारा अध्ययन की जाती है। वह इस बात में रुचि रखता है कि कुछ पदार्थों की अपेक्षाकृत कम मात्रा में कैसे और क्यों दूसरों की बातचीत की दर में काफी वृद्धि होती है। ऐसे पदार्थ जो प्रतिक्रिया को तेज कर सकते हैं, लेकिन स्वयं इसमें खपत नहीं होते हैं, उत्प्रेरक कहलाते हैं।

यह साबित हो गया है कि उत्प्रेरक स्वयं रासायनिक बातचीत के तंत्र को बदलते हैं, नए संक्रमण राज्यों की उपस्थिति को बढ़ावा देते हैं, जो कि कम ऊर्जा अवरोधक झगड़े की विशेषता है। यही है, वे सक्रियण ऊर्जा में कमी के लिए योगदान करते हैं, और इसलिए प्रभावी कण हमलों की संख्या में वृद्धि होती है। उत्प्रेरक एक प्रतिक्रिया का कारण नहीं बन सकता है जो ऊर्जावान रूप से असंभव है।

तो हाइड्रोजन पेरोक्साइड ऑक्सीजन और पानी बनाने के लिए विघटित करने में सक्षम है:

एच 2 Ο 2 \u003d एच 2 Ο + \u003d 2।

लेकिन यह प्रतिक्रिया बहुत धीमी है और हमारी प्राथमिक चिकित्सा किट में यह काफी लंबे समय से अपरिवर्तित है। पेरोक्साइड की केवल बहुत पुरानी शीशियों को खोलना, आप पोत की दीवारों पर ऑक्सीजन के दबाव के कारण थोड़ी सी पॉपिंग देखेंगे। मैग्नीशियम ऑक्साइड के बस कुछ अनाज के अलावा सक्रिय गैस विकास को उत्तेजित करेगा।

पेरोक्साइड के अपघटन की समान प्रतिक्रिया, लेकिन पहले से ही उत्प्रेरक की कार्रवाई के तहत, घावों का इलाज करते समय होता है। जीवित जीवों में कई अलग-अलग पदार्थ होते हैं जो जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं। उन्हें एंजाइम कहा जाता है।

अवरोधक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम पर विपरीत प्रभाव डालते हैं। हालांकि, यह हमेशा एक बुरी बात नहीं है। इनहिबिटर्स का उपयोग धातु के उत्पादों को जंग से बचाने के लिए किया जाता है, भोजन के शेल्फ जीवन का विस्तार करने के लिए, उदाहरण के लिए, वसा ऑक्सीकरण को रोकने के लिए।

पदार्थों का संपर्क क्षेत्र

इस घटना में कि बातचीत विभिन्न यौगिकों के एकत्रीकरण के बीच होती है, या उन पदार्थों के बीच जो एक सजातीय माध्यम (इमिसिबल तरल पदार्थ) बनाने में सक्षम नहीं होते हैं, तो यह कारक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि अंतःक्रियात्मक पदार्थों के चरणों के बीच इंटरफ़ेस पर विषम प्रतिक्रियाओं को सीधे किया जाता है। जाहिर है, इस सीमा को जितना व्यापक किया जाएगा, उतने ही कणों को टकराने का अवसर मिलता है, और जितनी तेजी से प्रतिक्रिया होती है।

उदाहरण के लिए, यह लॉग के रूप में की तुलना में छोटे चिप्स के रूप में बहुत तेज हो जाता है। इसी उद्देश्य के लिए, समाधान में जोड़े जाने से पहले कई ठोस पदार्थ एक महीन पाउडर में बदल जाते हैं। तो, पाउडर चाक (कैल्शियम कार्बोनेट) एक ही द्रव्यमान के टुकड़े की तुलना में हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ तेजी से कार्य करता है। हालांकि, इस क्षेत्र में वृद्धि के अलावा, इस तकनीक में पदार्थ के क्रिस्टल जाली का एक अराजक टूटना होता है, जिसका अर्थ है कि यह कणों की प्रतिक्रियाशीलता को बढ़ाता है।

गणितीय रूप से, एक विषम रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को पदार्थ की मात्रा (perν) में परिवर्तन के रूप में पाया जाता है जो प्रति यूनिट समय ()t) प्रति यूनिट सतह पर होता है।

(एस): वी \u003d :ν / (एस .t)।

दबाव का प्रभाव

सिस्टम में दबाव में बदलाव का प्रभाव तभी होता है जब गैसें प्रतिक्रिया में शामिल होती हैं। प्रति यूनिट आयतन के पदार्थ के अणुओं में वृद्धि के साथ दबाव में वृद्धि होती है, अर्थात इसकी एकाग्रता आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है। इसके विपरीत, दबाव कम होने से अभिकर्मक सांद्रता में बराबर कमी आती है। इस मामले में, ZDM के अनुरूप सूत्र रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की गणना करने के लिए उपयुक्त है।

एक कार्य। समीकरण द्वारा वर्णित प्रतिक्रिया की गति कैसे होगी

2 + ΝΟ 2 \u003d 2ΝΟ 2,

यदि बंद प्रणाली का आयतन तीन गुना कम हो जाता है (T \u003d const)?

फेसला। जैसे ही मात्रा घटती है, दबाव आनुपातिक रूप से बढ़ता है। आइए प्रारंभिक (V 1) और अंतिम (V 2) प्रतिक्रिया दरों के लिए अभिव्यक्ति लिखें:

वी 1 \u003d के · 2 · [Ο 2] और

V 2 \u003d k · (3 ·) 2 · 3 · [\u003d 2] \u003d k · 9 [ΝΟ] 2 · 3 [3 2]।

यह जानने के लिए कि प्रारंभिक गति की तुलना में नई गति कितनी बार अधिक है, आपको अभिव्यक्ति के बाएं और दाएं भागों को अलग करना चाहिए:

V 1 / V 2 \u003d (k · 9 [2] 2 · 3 [) 2]) / (k · [[] 2 · [Ο 2])।

एकाग्रता मान और दर में कमी होती है, और यह बनी रहती है:

वी 2 / वी 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27।

उत्तर: गति में 27 गुना वृद्धि हुई है।

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

• प्रतिक्रिया माध्यम का तापमान बढ़ा;
• शुरू यौगिकों की एकाग्रता में वृद्धि;
• सिस्टम में दबाव बढ़ाएं या गैसों के आने पर इसकी मात्रा कम करें;
• एकत्रीकरण पदार्थ को एकत्रीकरण की एक ही स्थिति में लाएं (उदाहरण के लिए, पानी में घुलना) या उनके संपर्क क्षेत्र को बढ़ाएं।

रासायनिक प्रतिक्रिया दर - प्रतिक्रिया स्थान की एक इकाई में प्रति इकाई समय में किसी एक अभिकारक की मात्रा में परिवर्तन।

निम्नलिखित कारक एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करते हैं:

• अभिकारकों की प्रकृति;
• अभिकारकों की एकाग्रता;
• अभिकारकों की संपर्क सतह (विषम प्रतिक्रियाओं में);
• तापमान;
• उत्प्रेरकों की क्रिया।

सक्रिय टक्कर सिद्धांत एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर कुछ कारकों के प्रभाव की व्याख्या करने की अनुमति देता है। इस सिद्धांत के मुख्य प्रावधान:

• अभिकर्मक तब होते हैं जब अभिकर्मकों के कण टकराते हैं, जिनकी एक निश्चित ऊर्जा होती है।
• अधिक अभिकर्मक कण, वे एक-दूसरे के जितने करीब होंगे, उतने ही अधिक वे टकराएंगे और प्रतिक्रिया करेंगे।
• केवल प्रभावी टकराव से प्रतिक्रिया होती है, अर्थात ऐसे "पुराने संबंध" नष्ट या कमजोर हो जाते हैं और इसलिए "नए" बन सकते हैं। इसके लिए, कणों में पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए।
• अभिकर्मक कणों की प्रभावी टक्कर के लिए आवश्यक न्यूनतम अतिरिक्त ऊर्जा को कहा जाता है सक्रियण ऊर्जा energyа।
• रसायनों की गतिविधि उनकी भागीदारी के साथ प्रतिक्रियाओं की कम सक्रियण ऊर्जा में प्रकट होती है। सक्रियण ऊर्जा जितनी कम होगी, उतनी अधिक प्रतिक्रिया दर होगी। उदाहरण के लिए, पिंजरों और आयनों के बीच प्रतिक्रियाओं में, सक्रियण ऊर्जा बहुत कम है, इसलिए ऐसी प्रतिक्रियाएं लगभग तुरंत आगे बढ़ती हैं।

प्रतिक्रिया दर पर अभिकारकों की एकाग्रता का प्रभाव

अभिकारकों की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। प्रतिक्रिया करने के लिए, दो रासायनिक कणों को एक साथ करीब जाना चाहिए, इसलिए प्रतिक्रिया दर उन दोनों के बीच टकराव की संख्या पर निर्भर करती है। किसी दिए गए आयतन में कणों की संख्या में वृद्धि से अधिक लगातार टकराव होता है और प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है।

गैस चरण में प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि से दबाव में वृद्धि या मिश्रण द्वारा कब्जा की गई मात्रा में कमी होगी।

1867 में प्रायोगिक आंकड़ों के आधार पर, 1865 में नार्वे के वैज्ञानिक के। गुल्डबर्ग और पी वेज और स्वतंत्र रूप से रूसी वैज्ञानिक एन.आई. बेकेटोव ने रासायनिक कैनेटीक्स के मूल नियम की स्थापना की अभिकारकों की एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता

मास एक्शन लॉ (MWL):

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रिया समीकरण में उनके गुणांक के बराबर शक्तियों में ली गई अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के लिए आनुपातिक है। ("सक्रिय द्रव्यमान" "एकाग्रता" की आधुनिक अवधारणा का एक पर्याय है)

एए +bues \u003dcC +डीडी,कहाँ पे क- प्रतिक्रिया दर स्थिर

ZDM केवल एक चरण में आगे बढ़ने वाली प्राथमिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है। यदि प्रतिक्रिया क्रमिक रूप से कई चरणों से आगे बढ़ती है, तो पूरी प्रक्रिया की कुल दर उसके सबसे धीमे हिस्से द्वारा निर्धारित की जाती है।

विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं की दरों के लिए अभिव्यक्तियाँ

जेडडीएम सजातीय प्रतिक्रियाओं को संदर्भित करता है। यदि प्रतिक्रिया विषम है (अभिकर्मकों एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में हैं), तो केवल तरल या केवल गैसीय अभिकर्मक जेडडीएम समीकरण में प्रवेश करते हैं, और ठोस अभिकर्मकों को बाहर रखा जाता है, जिससे केवल दर स्थिर कश्मीर प्रभावित होता है।

प्रतिक्रिया की आणविकता एक प्राथमिक रासायनिक प्रक्रिया में शामिल अणुओं की न्यूनतम संख्या है। आणविकता के संदर्भ में, प्राथमिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं को आणविक (ए →) और बाइमोलेकुलर (ए + बी →) में विभाजित किया गया है; ट्राइमोलेक्यूलर प्रतिक्रियाएं अत्यंत दुर्लभ हैं।

विषम प्रतिक्रियाओं की दर

• निर्भर करता है पदार्थों के संपर्क का सतह क्षेत्र, अर्थात। पदार्थों के पीसने की डिग्री पर, अभिकर्मकों के मिश्रण की पूर्णता।
• एक उदाहरण लकड़ी जल रहा है। एक पूरा लॉग हवा में अपेक्षाकृत धीरे-धीरे जलता है। यदि आप लकड़ी के संपर्क की सतह को हवा से बढ़ाते हैं, लॉग को चिप्स में विभाजित करते हैं, तो जलने की दर बढ़ जाएगी।
• पायरोफोरिक आयरन को फिल्टर पेपर की शीट पर डाला जाता है। गिरावट के दौरान, लोहे के कण गर्म होते हैं और कागज को प्रज्वलित करते हैं।

प्रतिक्रिया दर पर तापमान का प्रभाव

19 वीं शताब्दी में, डच वैज्ञानिक वान्ट हॉफ ने प्रयोगात्मक रूप से पता लगाया कि जब तापमान 10 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है, तो कई प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

हॉफ का नियम नहीं

प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस के लिए तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

यहां Here (ग्रीक अक्षर "गामा") - तथाकथित तापमान गुणांक या वान्ट हॉफ गुणांक, 2 से 4 तक मान लेता है।

प्रत्येक विशिष्ट प्रतिक्रिया के लिए, तापमान गुणांक आनुभविक रूप से निर्धारित किया जाता है। यह दर्शाता है कि किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया की दर (और इसकी दर स्थिर) तापमान में हर 10 डिग्री वृद्धि के साथ कितनी बार बढ़ जाती है।

Van't Hoff के नियम का उपयोग तापमान में वृद्धि या घटते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन को अनुमानित करने के लिए किया जाता है। दर स्थिर और तापमान के बीच एक अधिक सटीक संबंध स्वीडिश रसायनज्ञ Svante Arrhenius द्वारा स्थापित किया गया था:

से अधिक ई एक विशिष्ट प्रतिक्रिया, ए कम से (दिए गए तापमान पर) इस प्रतिक्रिया की दर स्थिर कश्मीर (और दर) होगी। टी में वृद्धि से दर में निरंतर वृद्धि होती है, जिसे इस तथ्य से समझाया जाता है कि तापमान में वृद्धि से "ऊर्जावान" अणुओं की संख्या में तेजी से वृद्धि होती है जो सक्रियण बाधा ई पर काबू पाने में सक्षम है।

प्रतिक्रिया दर पर उत्प्रेरक का प्रभाव

विशेष पदार्थों का उपयोग करके प्रतिक्रिया दर को बदलना संभव है जो प्रतिक्रिया तंत्र को बदलते हैं और इसे कम सक्रियण ऊर्जा के साथ ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल पथ के साथ निर्देशित करते हैं।

उत्प्रेरक- ये ऐसे पदार्थ हैं जो रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं और इसकी दर बढ़ाते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया की समाप्ति के बाद, वे गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से अपरिवर्तित रहते हैं।

इनहिबिटर्स- पदार्थ जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को धीमा करते हैं।

एक उत्प्रेरक का उपयोग करके एक रासायनिक प्रतिक्रिया या इसकी दिशा की दर को बदलना कहा जाता है कटैलिसीस .

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक अभिकारकों, तापमान और एक उत्प्रेरक की उपस्थिति की एकाग्रता है।

एकाग्रता। परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों की सांद्रता बढ़ाना प्रक्रियाओं को तीव्र करने के सबसे सामान्य तरीकों में से एक है। एकाग्रता पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की निर्भरता बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून द्वारा निर्धारित की जाती है। इस कानून के अनुसार, एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रिया समीकरण में पदार्थ के सूत्र के सामने stoichiometric गुणांक के बराबर शक्ति में प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के लिए आनुपातिक होती है। उदाहरण के लिए, सोडियम कार्बोनेट के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड को बेअसर करने की प्रतिक्रिया के लिए गुड़ के उत्पादन में, दर की गणना समीकरण द्वारा की जा सकती है:

2HCI + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCI + H 2 O + CO 2

सामूहिक कार्यवाही का सामान्य नियम:

जहां K आनुपातिकता का गुणांक है, जिसे अन्यथा प्रतिक्रिया दर स्थिर कहा जाता है; सी ए और सी बी - पदार्थ की एकाग्रता ए और बी रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेती है; n और m stoichiometric गुणांक हैं।

यदि हम मान लेते हैं कि C a और C b \u003d 1 है, तो v \u003d K, अर्थात्। प्रतिक्रिया दर स्थिर संख्यात्मक रूप से प्रतिक्रिया दर के बराबर होती है जब अभिकारकों की एकाग्रता एकता के बराबर होती है। दर स्थिरांक प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति, तापमान, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करता है और रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है। किसी दिए गए दर और तापमान पर प्रतिक्रिया दर स्थिर है।

आणविकता और प्रतिक्रिया के क्रम के आधार पर प्रतिक्रिया दर स्थिरांक निर्धारित करने के लिए, संबंधित सूत्र निकाले जाते हैं।

प्रतिक्रिया की आणविकता रासायनिक बातचीत के प्राथमिक अधिनियम में भाग लेने वाले अणुओं की संख्या से निर्धारित होती है। यदि इसके लिए एक अणु की आवश्यकता होती है, तो प्रतिक्रियाओं को मोनोमोलेक्यूलर कहा जाता है। इस तरह की प्रतिक्रिया का एक उदाहरण चुकंदर कारखानों में भट्टों में चूना पत्थर के जलने के दौरान उच्च तापमान के प्रभाव में सीएसीओ 3 के अपघटन की प्रतिक्रिया है:

सीएसीओ 3 \u003d सीएओ + सीओ 2

दो अणुओं को शामिल करने वाले अभिकर्मकों को द्वि-आणविक कहा जाता है, तीन - ट्राइमोलेकुलर। ये एक या विभिन्न पदार्थों के अणु हो सकते हैं। ऊपर सोडियम कार्बोनेट के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड की प्रतिक्रिया, तीन-आणविक है।

प्रतिक्रिया का क्रम द्रव्यमान कार्रवाई के कानून के समीकरण में पदार्थों की सांद्रता पर घातांक का योग है। पहले आदेश की प्रतिक्रिया दर पहली डिग्री में एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, दूसरे और तीसरे क्रम की प्रतिक्रिया दर क्रमशः दूसरे और तीसरे डिग्री में सांद्रता के लिए आनुपातिक हैं। हालांकि, प्रतिक्रिया का क्रम इसकी आणविकता से कम हो सकता है यदि कोई पदार्थ अधिक मात्रा में है और इसलिए इसकी एकाग्रता को व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित माना जा सकता है।

प्रतिक्रिया की गति निर्धारित करने में तापमान एक महत्वपूर्ण कारक है। बढ़ते तापमान के साथ, प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है, जो प्रतिक्रिया दर में वृद्धि के साथ जुड़ी होती है। Van't Hoff के नियम के अनुसार, तापमान में 10 0 С की वृद्धि से प्रतिक्रिया की दर 2-4 गुना (औसतन, 3 बार) बढ़ जाती है। यह नियम अनुमानित है और तापमान रेंज में 0 से 300 0 С और एक छोटे से तापमान रेंज में होने वाली प्रतिक्रियाओं पर लागू होता है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर पर तापमान और प्रतिक्रियाकर्ताओं की एकाग्रता के प्रभाव की प्रकृति को सक्रिय टकराव के सिद्धांत द्वारा समझाया जा सकता है। इस सिद्धांत के अनुसार, अणुओं के बीच रासायनिक संपर्क केवल तभी संभव है जब वे टकराते हैं; हालांकि, प्रभावी टकराव से रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, अर्थात्। सभी टकराने वाले अणु प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करते हैं, लेकिन केवल उन अणुओं में एक निश्चित ऊर्जा होती है, जो औसत की तुलना में अधिक है। इस ऊर्जा वाले अणु सक्रिय कहलाते हैं। अणुओं की अतिरिक्त ऊर्जा को सक्रियण ऊर्जा कहा जाता है और प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति पर निर्भर करता है।

होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणुओं में इंट्रामोल्युलर बॉन्ड को तोड़ना आवश्यक है। यदि टकराने वाले अणुओं में उच्च ऊर्जा है और यह बंधन तोड़ने के लिए पर्याप्त है, तो प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी; यदि अणुओं की ऊर्जा आवश्यकता से कम है, तो टक्कर अप्रभावी होगी और प्रतिक्रिया आगे नहीं बढ़ेगी।

जैसे ही तापमान बढ़ता है, सक्रिय अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, उनके बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है। अभिकारकों की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, प्रभावी लोगों सहित टकरावों की कुल संख्या भी बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है।

एक उत्प्रेरक एक पदार्थ है जो नाटकीय रूप से एक प्रतिक्रिया की दर को बदल देता है। उत्प्रेरक की उपस्थिति में, प्रतिक्रियाओं को हजारों बार त्वरित किया जाता है, और कम तापमान पर आगे बढ़ सकता है, जो आर्थिक रूप से फायदेमंद है। कार्बनिक संश्लेषण में उत्प्रेरक का महत्व महान है - ऑक्सीकरण, हाइड्रोजनीकरण, निर्जलीकरण, जलयोजन आदि की प्रक्रियाओं में, उत्प्रेरक जितना अधिक सक्रिय होता है, उतनी ही तेजी से उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती हैं। उत्प्रेरक एक प्रतिक्रिया, प्रतिक्रियाओं के एक समूह या विभिन्न प्रकारों की प्रतिक्रियाओं को तेज कर सकते हैं, अर्थात्। उनके पास व्यक्तिगत या समूह विशिष्टता है, और उनमें से कुछ प्रतिक्रिया के लिए उपयुक्त हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन आयन प्रोटीन, स्टार्च और अन्य यौगिकों की हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं में तेजी लाते हैं।

इसमें उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसमें उत्प्रेरक मध्यवर्ती या अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक है। ये प्रतिक्रियाएँ प्रारंभिक अवधि में कम दर और बाद में बढ़ती दर के साथ आगे बढ़ती हैं।

धातुओं को मुख्य रूप से उनके शुद्ध रूप (निकल, कोबाल्ट, लोहा, प्लैटिनम) में उत्प्रेरक के रूप में और ऑक्साइड या लवण (लोहे, मैग्नीशियम, कैल्शियम, तांबा, आदि के यौगिकों) के रूप में उपयोग किया जाता है। अकार्बनिक उत्प्रेरक अपेक्षाकृत स्थिर हैं और उनके साथ प्रतिक्रियाएं अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर आगे बढ़ती हैं।

माध्यम में विदेशी पदार्थों की उपस्थिति जहां प्रतिक्रिया आय उत्प्रेरक को विभिन्न तरीकों से प्रभावित करती है: कुछ तटस्थ हैं, अन्य उत्प्रेरक के प्रभाव को बढ़ाते हैं, और अन्य इसे कमजोर या दबा देते हैं। पदार्थ जो कि जहर उत्प्रेरक को उत्प्रेरक जहर कहते हैं।

इस पर निर्भर करता है कि उत्प्रेरक अभिकारकों के समान चरण में है, प्रतिक्रिया माध्यम में समान रूप से वितरित किया जा रहा है, या एक स्वतंत्र चरण बनाता है, एक सजातीय या विषम कटैलिसीस की बात करता है। विषम कटैलिसीस में, अभिकारक एक नियम के रूप में, तरल या गैसीय अवस्था में होते हैं, जबकि उत्प्रेरक एक ठोस अवस्था में होता है, और प्रतिक्रिया दो चरणों के बीच इंटरफेस में होती है, अर्थात। एक ठोस उत्प्रेरक की सतह पर। उदाहरण के लिए, वसा के हाइड्रोजनीकरण की उत्प्रेरक प्रतिक्रिया तीन चरण है: उत्प्रेरक (धातु निकल) एक ठोस चरण बनाता है, हाइड्रोजन एक गैसीय चरण बनाता है, और एक तरल चरण वसा करता है। इसलिए, इस मामले में, हम विषम कटैलिसीस के बारे में बात कर रहे हैं।

विषम उत्प्रेरक में, उत्प्रेरक प्राप्त करने की विधि, प्रक्रिया की स्थिति, अशुद्धियों की संरचना आदि का बहुत महत्व है। कैटलिस्ट के पास महत्वपूर्ण चयनात्मकता, गतिविधि होनी चाहिए और इन गुणों को लंबे समय तक बनाए रखना चाहिए।

सजातीय कटैलिसीस के तंत्र की व्याख्या करने के लिए, मध्यवर्ती के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है। जब एक उत्प्रेरक जोड़ा जाता है, तो प्रतिक्रिया कई मध्यवर्ती चरणों से गुजरती है जिसमें उत्प्रेरक के बिना प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की तुलना में कम सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे प्रतिक्रिया दर में जबरदस्त वृद्धि होती है।

एक धीमी प्रक्रिया, जैसे कि प्रतिक्रिया

उत्प्रेरक K की उपस्थिति में दो चरणों में आय:

ए + के \u003d एके (मध्यवर्ती);

एके + बी \u003d एबी + के।

इनमें से प्रत्येक चरण कम सक्रियण ऊर्जा के साथ आगे बढ़ता है और इसलिए, उच्च गति के साथ। उत्प्रेरक एक मध्यवर्ती बनाता है, जो किसी अन्य पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करने पर, उत्प्रेरक को पुन: उत्पन्न करता है।

एच + और ओएच - आयनों की कार्रवाई से कई सजातीय प्रतिक्रियाएं उत्प्रेरित होती हैं। इन प्रतिक्रियाओं में सुक्रोज का उलटा, एस्टर की हाइड्रोलिसिस, वसा सहित शामिल हैं। धातु आयन ऑक्सीकरण और हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। उदाहरण के लिए, तांबा एस्कॉर्बिक एसिड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है, इसलिए, फलों और सब्जियों के प्रसंस्करण के लिए उपकरण तांबे और इसके मिश्र धातुओं से नहीं बनाए जा सकते हैं। खाद्य वसा का ऑक्सीकरण तांबा, लोहा, मैंगनीज के आयनों की कार्रवाई से तेज होता है, इसलिए, वसा को धातु के कंटेनरों में संग्रहीत नहीं किया जा सकता है।

सजातीय कटैलिसीस का मुख्य नुकसान उत्प्रेरक को अंतिम मिश्रण (तरल या गैस) से अलग करने की कठिनाई है, जिसके परिणामस्वरूप इसका कुछ हिस्सा अनियमित रूप से खो जाता है, और उत्पाद इसके साथ दूषित होता है। विषम उत्प्रेरक इस खामी से ग्रस्त नहीं है, जो उद्योग में व्यापक उपयोग के सबसे महत्वपूर्ण कारणों में से एक है। इस तरह के कटैलिसीस के साथ मध्यवर्ती यौगिकों का निर्माण होता है। वे तथाकथित सक्रिय साइटों में उत्प्रेरक सतह के अलग-अलग क्षेत्रों पर बनते हैं, जो इसकी सतह के एक छोटे से हिस्से पर कब्जा कर लेते हैं। यदि सक्रिय साइटें अवरुद्ध हैं, उदाहरण के लिए, उत्प्रेरक जहर के साथ, तो उत्प्रेरक अपनी गतिविधि खो देता है। सतह को बढ़ाने के लिए और, परिणामस्वरूप, उत्प्रेरक के सक्रिय स्थलों की संख्या, इसे कुचल दिया जाता है। उत्प्रेरक को गैस के प्रवाह से दूर रखने से रोकने के लिए, इसे एक विकसित सतह (सिलिका जेल, एस्बेस्टोस, प्यूमिस, आदि) के साथ एक अक्रिय वाहक पर लागू किया जाता है।

अधिकांश उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं सकारात्मक हैं, अर्थात्। एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में, उनकी दर बढ़ जाती है। हालांकि, नकारात्मक उत्प्रेरक तब होता है जब उत्प्रेरक प्रतिक्रिया दर को धीमा कर देता है। इस मामले में, उत्प्रेरक को अवरोधक कहा जाता है। यदि एक अवरोधक ऑक्सीकरण प्रक्रिया को रोकता है, तो इसे एक एंटीऑक्सिडेंट या एंटीऑक्सिडेंट कहा जाता है।

प्रतिक्रिया दर प्रतिक्रियाकर्ताओं की प्रकृति और एकाग्रता, तापमान, दबाव, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति और उसके गुणों पर निर्भर करती है, ठोस चरण के पीसने की डिग्री, प्रकाश क्वांटा और अन्य कारकों के साथ विकिरण।

1. प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति... प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति को अभिकारकों के अणुओं और उसकी शक्ति में रासायनिक बंधन की प्रकृति के रूप में समझा जाता है। बांडों के टूटने और नए बांडों के गठन की दर स्थिर का मूल्य निर्धारित करती है, और, इस तरह, प्रतिक्रिया की प्रक्रिया को प्रभावित करती है।

सक्रियण ऊर्जा का परिमाण वह कारक है जिसके माध्यम से प्रतिक्रिया दर पर प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति का प्रभाव प्रभावित होता है: यदि सक्रियण ऊर्जा छोटी है, तो इस तरह की प्रतिक्रिया की दर अधिक है, उदाहरण के लिए, सभी आयन विनिमय प्रतिक्रियाएं लगभग तुरंत आगे बढ़ती हैं, मूलांक से जुड़े प्रतिक्रियाओं की दरें बहुत अधिक हैं; यदि सक्रियण ऊर्जा अधिक है, तो इस तरह की प्रतिक्रिया की दर कम है, उदाहरण के लिए, ये सहसंयोजक रासायनिक बंधन वाले पदार्थों के बीच गैसीय पदार्थों के बीच कई प्रतिक्रियाएं हैं।

2. अभिकारकों का एकाग्रता... एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता की मात्रात्मक विशेषता सामूहिक कार्रवाई का कानून (गुलबर्ग एंड वेज, 1867): एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की एकाग्रता के सीधे आनुपातिक होती है, जो प्रतिक्रिया समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाया जाता है।.

प्रतिक्रिया के लिए एए + बीबी \u003d सीसी + डीडी, सामूहिक कार्रवाई के कानून के लिए गणितीय अभिव्यक्ति है:

A \u003d के · [ए] ए · [बी] बीया υ \u003d के सी ए ए सी बी बी,

कहाँ पे v - रासायनिक प्रतिक्रिया की दर; [ए], [में]या सीए, सी बी- अभिकारकों की दाढ़ की सांद्रता; ए, बी - रिएक्टेंट्स के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक; क - आनुपातिकता का गुणांक।

ऐसे ही भाव कहलाते हैं प्रतिक्रियाओं के गतिज समीकरण ... आस्पेक्ट अनुपात कगतिज समीकरण में कहा जाता है दर लगातार ... दर स्थिरांक 1 mol / l के अभिकारक संकेंद्रण पर अभिक्रिया दर के बराबर संख्यात्मक रूप से होता है; क प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति, तापमान, एकाग्रता को व्यक्त करने की विधि पर निर्भर करता है, लेकिन प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता की भयावहता पर निर्भर नहीं करता है।

के लिये ठोस सांद्रता की विषम प्रतिक्रियाओं को दर समीकरण में शामिल नहीं किया गया है, चूंकि प्रतिक्रिया केवल इंटरफ़ेस पर होती है। उदाहरण के लिए, कोयला दहन C (TV) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) की प्रतिक्रिया के लिए गतिज समीकरण का रूप होगा: υ \u003d के · [ओह २]।

अभिक्रिया के गतिज समीकरण में अभिकर्मकों की सांद्रता के संकेतकों के योग को कहा जाता है रासायनिक प्रतिक्रिया का क्रम ... इस पदार्थ के लिए आदेश ( निजी आदेश ) इस पदार्थ की एकाग्रता पर एक घातांक के रूप में परिभाषित किया गया है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया का सामान्य क्रम: H 2 + I 2 \u003d 2HI दो के बराबर है, हाइड्रोजन और आयोडीन के विशेष क्रम एक के बराबर हैं, क्योंकि · \u003d के · ·।

3. तापमान।तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता व्यक्त की जाती है हॉफ नियम नहीं (1884): जब तापमान हर दस डिग्री तक बढ़ जाता है, तो प्रतिक्रिया दर लगभग 2 - 4 गुना बढ़ जाती है... गणितीय अभिव्यक्ति हॉफ नियम नहीं है:

υ 2 \u003d υ 1 ∆ γ t / 10

कहाँ पे υ 1 तथा υ 2 - टी 1 और टी 2 पर प्रतिक्रिया की दर; Δt \u003d टी 2 - टी 1; γ - तापमान गुणांक, यह दर्शाता है कि तापमान 10 temperature by तक बढ़ने पर प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ जाती है।

तापमान पर स्थिर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता अरहेनियस समीकरण (1889) द्वारा व्यक्त की गई है:

के \u003d ए ई - ई / आरटी

जहां ई सक्रियण ऊर्जा, कैल / मोल है; जे / मोल; ई - प्राकृतिक लघुगणक का आधार; ए तापमान का एक स्थिर, स्वतंत्र है; R गैस स्थिरांक है।

प्रतिक्रिया दर पर तापमान के प्रभाव को इस तथ्य से समझाया जाता है कि तापमान में वृद्धि के साथ, सक्रिय अणुओं की संख्या तेजी से (तेजी से) बढ़ जाती है।

4. अभिकारकों और दबाव की सतह। में विषम प्रतिक्रियाएँ पदार्थों की अंतःक्रिया इंटरफ़ेस पर होती है, और इस सतह का क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा, उतनी ही अधिक प्रतिक्रिया होगी... इस मामले में, संपर्क सतह में वृद्धि अभिकर्मकों की एकाग्रता में वृद्धि से मेल खाती है।

शामिल प्रतिक्रियाओं की गति पर गैसीय पदार्थ, परिवर्तन प्रभावित करता है दबाव... दबाव में कमी या वृद्धि से मात्रा में समान परिवर्तन होता है, और चूंकि पदार्थों की मात्रा में परिवर्तन नहीं होता है, प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता बदल जाएगी।

5. कैटेलिसिस। रासायनिक प्रतिक्रिया को तेज करने के तरीकों में से एक कैटेलिसिस है, जो उत्प्रेरक को शुरू करने से होता है जो प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाता है, लेकिन इसकी घटना के परिणामस्वरूप खपत नहीं होती है। उत्प्रेरक की कार्रवाई का तंत्र प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा में कमी के लिए कम हो जाता है, अर्थात। सक्रिय अणुओं की औसत ऊर्जा और शुरुआती पदार्थों के अणुओं की औसत ऊर्जा के बीच अंतर में कमी। इस मामले में, रासायनिक प्रतिक्रिया की गति बढ़ जाती है। एक नियम के रूप में, शब्द " उत्प्रेरक »उन पदार्थों पर लागू किया जाता है जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाते हैं। पदार्थ जो प्रतिक्रिया की दर को कम करते हैं, उन्हें कहा जाता है अवरोधकों .

उत्प्रेरक सीधे प्रक्रिया में शामिल होते हैं, लेकिन इसके अंत में उन्हें प्रारंभिक मात्रा में प्रतिक्रिया मिश्रण से अलग किया जा सकता है। उत्प्रेरक की विशेषता है चयनात्मकता , अर्थात। एक निश्चित दिशा में प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को प्रभावित करने की क्षमता है, इसलिए, इस्तेमाल किए गए उत्प्रेरक के आधार पर विभिन्न उत्पादों को एक ही शुरुआती सामग्रियों से प्राप्त किया जा सकता है।

बायोकैटालिस्ट एक विशेष स्थान लेते हैं –एंजाइमों जो प्रोटीन हैं। एंजाइम कड़ाई से परिभाषित प्रतिक्रियाओं की दरों को प्रभावित करते हैं, अर्थात, उनके पास बहुत अधिक चयनात्मकता है। एंजाइम कमरे के तापमान पर प्रतिक्रियाओं के अरबों और खरबों को गति देते हैं। ऊंचे तापमान पर, वे अपनी गतिविधि खो देते हैं, क्योंकि प्रोटीन विकृतीकरण होता है।

कटैलिसीस दो प्रकार के होते हैं: सजातीय कटैलिसीस जब उत्प्रेरक और शुरुआती सामग्री एक ही चरण में हों, और विजातीय , जब उत्प्रेरक और शुरुआती सामग्री अलग-अलग चरणों में हैं, अर्थात्। उत्प्रेरक सतह पर प्रतिक्रियाएं होती हैं। उत्प्रेरक प्रणाली में संतुलन की स्थिति को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन केवल उस दर को बदल देता है जिस पर यह स्थिति पहुंचती है। यह इस तथ्य से निम्नानुसार है कि संतुलन isobaric-isothermal क्षमता (गिब्स ऊर्जा) की न्यूनतम से मेल खाती है, और संतुलन स्थिरांक का एक ही मूल्य है, दोनों एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में और इसके बिना।

सजातीय उत्प्रेरक कार्रवाई यह है कि यह एक मध्यवर्ती परिसर के गठन के साथ शुरुआती सामग्रियों में से एक के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो बदले में, एक अन्य प्रारंभिक सामग्री के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है, वांछित प्रतिक्रिया उत्पाद देता है और उत्प्रेरक को "मुक्त" करता है। इस प्रकार, सजातीय कटैलिसीस के साथ, प्रक्रिया कई चरणों में आगे बढ़ती है, लेकिन प्रत्यक्ष गैर-उत्प्रेरक प्रक्रिया की तुलना में प्रत्येक चरण के लिए सक्रियण ऊर्जा के कम मूल्यों के साथ।

पदार्थ A को पदार्थ B के साथ प्रतिक्रिया दें, यौगिक AB बना:

प्रतिक्रिया एक नगण्य दर से आगे बढ़ती है। उत्प्रेरक जोड़ते समय क प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती हैं: A + K \u003d AK और AK + B \u003d AB + K

इन दो समीकरणों को जोड़ने पर, हमें मिलता है: A + B \u003d AB।

एक सजातीय उत्प्रेरक से युक्त प्रतिक्रिया का एक उदाहरण सल्फर (IV) ऑक्साइड का सल्फर (VI) ऑक्साइड के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया है: उत्प्रेरक के बिना: SO 2 + 0.5O 2 \u003d SO 3;

उत्प्रेरक NO 2 के साथ: SO 2 + NO 2 \u003d SO 3 + NO, NO + 0.5O 2 \u003d NO 2।

विषम उत्प्रेरक क्रिया इस तथ्य में शामिल हैं कि गैस (या तरल) अणुओं को उत्प्रेरक क्रिस्टल की सतह पर adsorbed किया जाता है, जो adsorbed अणुओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण और उन में रासायनिक बंधन के कमजोर होने से परमाणुओं में अणु के पूर्ण पृथक्करण तक होता है। यह एक दूसरे के साथ प्रतिक्रियाशील पदार्थों के adsorbed अणुओं (परमाणुओं) के परस्पर संपर्क की सुविधा प्रदान करता है। सतह जितनी बड़ी होगी, उत्प्रेरक उतना ही प्रभावी होगा। धातु (निकेल, प्लैटिनम, पैलेडियम, कॉपर), क्रिस्टलीय एलुमिनोसिलिकेट्स, जिओलाइट्स, अल 2 ओ 3, अल 2 (एसओ 4) 3, आदि व्यापक रूप से विषम उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।