4. रासायनिक बलगतिकी (Chemical Kinetics)
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रसायन विज्ञान की वह शाखा
जिसमें रासायनिक अभिक्रियाओं की दर, दर को प्रभावित करने वाले कारक तथा अभिक्रिया की प्रक्रिया
(mechanism)
का अध्ययन किया जाता है, रासायनिक बलगतिकी कहलाती है।
यह बताती है कि अभिक्रिया कितनी तेज या धीमी होगी, न कि यह कि अभिक्रिया होगी या नहीं।
Chemical Kinetics
Chemical kinetics is the branch of chemistry that deals with the study of the
rate of chemical reactions, the factors affecting the rate, and the mechanism
of the reaction.
It explains how fast or slow a reaction occurs, not whether the reaction will
occur or not.
अभिक्रिया की दर (Rate
of Reaction)
किसी रासायनिक अभिक्रिया
में समय के साथ अभिकारकों की सांद्रता में कमी या उत्पादों की सांद्रता में वृद्धि
की दर को अभिक्रिया की दर कहते हैं।
यदि अभिक्रिया हो
A → B
तो अभिक्रिया की दर को इस
प्रकार लिखा जाता है
Rate = − d[A]/dt = d[B]/dt
ऋणात्मक चिन्ह इसलिए लगाया
जाता है क्योंकि अभिकारक की सांद्रता घटती है।
Rate of Reaction
The rate of reaction is defined as the change in concentration of reactants
with time or the change in concentration of products with time during a
chemical reaction.
If the reaction is
A → B
The rate of reaction is expressed as
Rate = − d[A]/dt = d[B]/dt
The negative sign is used because the concentration of the
reactant decreases with time.
औसत दर (Average
Rate)
किसी निश्चित समयांतराल
में सांद्रता परिवर्तन की दर औसत दर कहलाती है।
Average rate = ΔConcentration / Δt
तात्कालिक दर (Instantaneous
Rate)
किसी विशेष क्षण पर
अभिक्रिया की दर को तात्कालिक दर कहते हैं।
यह ग्राफ पर स्पर्श रेखा (tangent) की ढाल से प्राप्त होती है।
Average Rate
The rate of change of concentration over a definite interval of time is called
the average rate of reaction.
Average rate = ΔConcentration / Δt
Instantaneous Rate
The rate of reaction at a particular instant of time is called the
instantaneous rate.
It is obtained from the slope of the tangent to the concentration–time graph at
that instant.
दर समीकरण (Rate
Law / Rate Equation)
वह गणितीय समीकरण जो
अभिक्रिया की दर और अभिकारकों की सांद्रता के बीच संबंध दर्शाता है, दर समीकरण कहलाता है।
यदि अभिक्रिया हो
aA + bB →
Products
तो दर समीकरण होगा
Rate = k[A]^m[B]^n
यहाँ
k = दर नियतांक
m और n = अभिक्रिया क्रम (प्रयोग द्वारा ज्ञात)
Rate Law / Rate Equation
The mathematical equation that expresses the relationship between the rate of
reaction and the concentration of reactants is called the rate law.
For the reaction
aA + bB →
Products
The rate equation is
Rate = k[A]^m[B]^n
Where
k is the rate constant
m and n are the orders of reaction determined experimentally
दर नियतांक (Rate
Constant)
जब सभी अभिकारकों की
सांद्रता 1 मोल/लीटर हो, तब अभिक्रिया की दर को दर नियतांक कहते हैं।
इसका मान तापमान पर निर्भर करता है।
Rate Constant
The rate of reaction when the concentration of each reactant is unity is called
the rate constant.
Its value depends on temperature.
अभिक्रिया क्रम (Order
of Reaction)
दर समीकरण में अभिकारकों
की घातों का योग अभिक्रिया क्रम कहलाता है।
Order = m + n
अभिक्रिया क्रम प्रयोग
द्वारा ज्ञात किया जाता है।
यह शून्य, पूर्णांक
या भिन्न हो सकता है।
यह स्टॉयकियोमेट्रिक गुणांकों से स्वतंत्र होता है।
Order of Reaction
The sum of the powers of the concentration terms in the rate equation is called
the order of reaction.
Order = m + n
The order of reaction is determined experimentally.
It may be zero, an integer, or a fraction.
It is independent of stoichiometric coefficients.
अभिक्रिया की आणविकता (Molecularity)
किसी मौलिक (elementary)
अभिक्रिया में भाग लेने वाले अणुओं की संख्या को अभिक्रिया
की आणविकता कहते हैं।
आणविकता हमेशा पूर्णांक
होती है और कभी शून्य नहीं होती।
यह केवल मौलिक अभिक्रियाओं के लिए परिभाषित होती है।
Molecularity
The number of molecules participating in an elementary reaction is called
molecularity.
Molecularity is always a whole number and never zero.
It is defined only for elementary reactions.
शून्य क्रम अभिक्रिया (Zero
Order Reaction)
जिस अभिक्रिया की दर
अभिकारक की सांद्रता पर निर्भर नहीं करती, शून्य क्रम अभिक्रिया कहलाती है।
दर समीकरण
Rate = k
एकीकृत दर समीकरण
[A] = [A]₀ − kt
अर्ध आयु
t₁/₂ = [A]₀ / 2k
उदाहरण
सूर्य प्रकाश में होने वाली कुछ प्रकाश रासायनिक
अभिक्रियाएँ।
Zero Order Reaction
A reaction whose rate is independent of the concentration of reactants is
called a zero-order reaction.
Rate equation
Rate = k
Integrated rate equation
[A] = [A]₀ − kt
Half-life
t₁/₂ = [A]₀ / 2k
Example
Some photochemical reactions occurring in sunlight.
प्रथम क्रम अभिक्रिया (First
Order Reaction)
जिस अभिक्रिया की दर
अभिकारक की पहली घात पर निर्भर करती है, प्रथम क्रम अभिक्रिया कहलाती है।
दर समीकरण
Rate = k[A]
एकीकृत दर समीकरण
ln([A]₀/[A]) = kt
या
k = (2.303 / t) log([A]₀/[A])
अर्ध आयु
t₁/₂ = 0.693 / k
यह प्रारंभिक सांद्रता से
स्वतंत्र होती है।
उदाहरण
रेडियोधर्मी क्षय
N₂O₅ का अपघटन
First Order Reaction
A reaction whose rate depends on the first power of the concentration of a
reactant is called a first-order reaction.
Rate equation
Rate = k[A]
Integrated rate equation
ln([A]₀/[A]) = kt
or
k = (2.303 / t) log([A]₀/[A])
Half-life
t₁/₂ = 0.693 / k
The half-life is independent of the initial concentration.
Examples
Radioactive decay
Decomposition of N₂O₅
द्वितीय क्रम अभिक्रिया (Second
Order Reaction)
जिस अभिक्रिया की दर
अभिकारक की दूसरी घात या दो अभिकारकों की पहली घात पर निर्भर करती है, द्वितीय क्रम अभिक्रिया कहलाती है।
दर समीकरण
Rate = k[A]²
एकीकृत दर समीकरण
1/[A] = kt + 1/[A]₀
अर्ध आयु
t₁/₂ = 1 / k[A]₀
उदाहरण
2HI → H₂ + I₂
Second Order Reaction
A reaction whose rate depends on the square of the concentration of one
reactant or the first power of two reactants is called a second-order reaction.
Rate equation
Rate = k[A]²
Integrated rate equation
1/[A] = kt + 1/[A]₀
Half-life
t₁/₂ = 1 / k[A]₀
Example
2HI → H₂ + I₂
छद्म प्रथम क्रम अभिक्रिया
(Pseudo
First Order Reaction)
जब उच्च क्रम की अभिक्रिया, एक अभिकारक की अधिक मात्रा के कारण प्रथम क्रम जैसी प्रतीत
होती है,
तो उसे छद्म प्रथम क्रम अभिक्रिया कहते हैं।
उदाहरण
एस्टर का जल अपघटन
Ester + H₂O → Acid
+ Alcohol
यहाँ जल अधिक मात्रा में
होने के कारण उसकी सांद्रता स्थिर मानी जाती है।
Pseudo First Order Reaction
When a reaction of higher order appears to be of first order due to the
presence of one reactant in large excess, it is called a pseudo first-order
reaction.
Example
Hydrolysis of ester
Ester + H₂O → Acid
+ Alcohol
Here, water is present in large excess, so its
concentration is considered constant.
तापमान का प्रभाव (Effect
of Temperature)
तापमान बढ़ाने पर
अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है।
सामान्यतः तापमान में 10°C वृद्धि से अभिक्रिया की दर लगभग दोगुनी हो जाती है।
Effect of Temperature
The rate of reaction increases with an increase in temperature.
Generally, for every 10°C rise in temperature, the rate of reaction becomes
approximately double.
अरहेनियस समीकरण (Arrhenius
Equation)
k = A e^(−Ea / RT)
यहाँ
Ea = सक्रियण ऊर्जा
A = आवृत्ति गुणांक
R = गैस नियतांक
T = परम तापमान
लॉग रूप
log k = log A − Ea / 2.303RT
Arrhenius Equation
k = A e^(−Ea / RT)
Where
Ea is activation energy
A is frequency factor
R is gas constant
T is absolute temperature
Logarithmic form
log k = log A − Ea / 2.303RT
सक्रियण ऊर्जा (Activation
Energy)
अभिक्रिया के प्रारंभ होने
के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा को सक्रियण ऊर्जा कहते हैं।
कम सक्रियण ऊर्जा वाली अभिक्रिया तेज होती है।
Activation Energy
The minimum energy required to initiate a chemical reaction is called
activation energy.
Reactions with lower activation energy proceed faster.
उत्प्रेरक (Catalyst)
वह पदार्थ जो स्वयं स्थायी
रूप से बदले बिना अभिक्रिया की दर को बढ़ा दे, उत्प्रेरक कहलाता है।
उत्प्रेरक सक्रियण ऊर्जा
को कम करता है और अभिक्रिया का मार्ग बदल देता है।
उदाहरण
2SO₂ + O₂ → 2SO₃
उत्प्रेरक: V₂O₅
Catalyst
A substance that increases the rate of reaction without undergoing permanent
chemical change is called a catalyst.
A catalyst lowers the activation energy and provides an alternate reaction
pathway.
Example
2SO₂ + O₂ → 2SO₃
Catalyst: V₂O₅
अभिक्रिया तंत्र (Reaction
Mechanism)
किसी अभिक्रिया को घटित
करने वाले मौलिक चरणों की श्रृंखला को अभिक्रिया तंत्र कहते हैं।
सबसे धीमा चरण दर-निर्धारक
चरण कहलाता है।
Reaction Mechanism
The sequence of elementary steps through which a reaction occurs is called the
reaction mechanism.
The slowest step is known as the rate-determining step.
टकराव सिद्धांत (Collision
Theory)
अभिक्रिया तभी होती है जब
अणुओं के बीच प्रभावी टक्कर हो,
टक्कर के समय पर्याप्त ऊर्जा हो,
अणुओं का अभिविन्यास सही हो।
Collision Theory
A reaction occurs only when
there is an effective collision between molecules,
the colliding molecules possess sufficient energy,
and the molecules have proper orientation.
सक्रिय जटिल (Activated
Complex)
अभिक्रिया के दौरान बनने
वाली अस्थायी, उच्च ऊर्जा अवस्था को
सक्रिय जटिल कहते हैं।
यह तुरंत उत्पादों में बदल जाती है।
The temporary, high-energy intermediate formed during a chemical reaction is called the activated complex.
It immediately converts into products
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