રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર. રાસાયણિક સંતુલન
યોજના:
1. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરનો ખ્યાલ.
2. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને અસર કરતા પરિબળો.
3. રાસાયણિક સંતુલન. વિસ્થાપન સંતુલનને પ્રભાવિત કરતા પરિબળો. લે ચેટેલિયરનો સિદ્ધાંત.
સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે વિવિધ ઝડપે. પ્રતિક્રિયાઓ ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે જલીય ઉકેલો. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે બેરિયમ ક્લોરાઇડ અને સોડિયમ સલ્ફેટના ઉકેલોને ડ્રેઇન કરો છો, તો તરત જ સફેદ અવક્ષેપબેરિયમ સલ્ફેટ. ઇથિલિન ઝડપથી, પરંતુ તરત નહીં, બ્રોમિન પાણીને રંગીન બનાવે છે. કાટ ધીમે ધીમે લોખંડની વસ્તુઓ પર રચાય છે, તાંબા અને કાંસાના ઉત્પાદનો પર તકતી દેખાય છે અને પર્ણસમૂહ સડો થાય છે.
વિજ્ઞાન રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરનો અભ્યાસ કરે છે, તેમજ પ્રક્રિયાની શરતો પર તેની નિર્ભરતાને ઓળખે છે - રાસાયણિક ગતિશાસ્ત્ર.
જો પ્રતિક્રિયાઓ સજાતીય માધ્યમમાં થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સોલ્યુશન અથવા ગેસ તબક્કામાં, તો પછી પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સમગ્ર વોલ્યુમમાં થાય છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે સજાતીય
જો એકત્રીકરણની વિવિધ અવસ્થાઓમાં (ઉદાહરણ તરીકે, ઘન અને વાયુ અથવા પ્રવાહી વચ્ચે) અથવા એકસમાન માધ્યમ બનાવવા માટે સક્ષમ ન હોય તેવા પદાર્થો વચ્ચે (ઉદાહરણ તરીકે, બે અવિચલિત પ્રવાહી વચ્ચે) પ્રતિક્રિયા થાય છે, તો તે થાય છે. માત્ર પદાર્થોની સંપર્ક સપાટી પર. આવી પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે વિજાતીય
સજાતીય પ્રતિક્રિયાનું υ એકમ દીઠ એકમ વોલ્યુમ દીઠ પદાર્થની માત્રામાં ફેરફાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
υ =Δn / Δt ∙V
જ્યાં Δ n એ એક પદાર્થના મોલ્સની સંખ્યામાં ફેરફાર છે (મોટાભાગે મૂળ, પરંતુ તે પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન પણ હોઈ શકે છે), (મોલ);
V - ગેસ અથવા દ્રાવણનું પ્રમાણ (l)
ત્યારથી Δ n / V = ΔC (એકાગ્રતામાં ફેરફાર), પછી
υ =Δ C / Δt (mol/l∙ s)
વિજાતીય પ્રતિક્રિયાના υ એ પદાર્થોના સંપર્કની એકમ સપાટી પર એકમ સમય દીઠ પદાર્થની માત્રામાં ફેરફાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
υ =Δn / Δt ∙ S
જ્યાં Δ n – પદાર્થની માત્રામાં ફેરફાર (રીએજન્ટ અથવા ઉત્પાદન), (mol);
Δt - સમય અંતરાલ (ઓ, મિનિટ);
S - પદાર્થોના સંપર્કનો સપાટી વિસ્તાર (cm 2, m 2)
શા માટે વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓના દરો સમાન નથી?
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા શરૂ કરવા માટે, પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોના પરમાણુઓ અથડાતા હોવા જોઈએ. પરંતુ દરેક અથડામણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં પરિણમતી નથી. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જાય તે માટે અથડામણ માટે, પરમાણુઓમાં પૂરતી ઉર્જા હોવી આવશ્યક છે. અથડામણ પર રાસાયણિક પ્રક્રિયામાંથી પસાર થઈ શકે તેવા કણોને કહેવામાં આવે છે સક્રિયમોટાભાગના કણોની સરેરાશ ઊર્જાની સરખામણીમાં તેમની પાસે વધારાની ઊર્જા છે - સક્રિયકરણ ઊર્જા ઇ એક્ટ.સરેરાશ ઉર્જા કરતાં પદાર્થમાં ઘણા ઓછા સક્રિય કણો હોય છે, તેથી ઘણી પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરવા માટે, સિસ્ટમને થોડી ઊર્જા (પ્રકાશ, ગરમી, યાંત્રિક આંચકો) આપવી આવશ્યક છે.
ઊર્જા અવરોધ (મૂલ્ય ઇ એક્ટ) વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ માટે અલગ છે, તે જેટલું ઓછું છે, તેટલી સરળ અને ઝડપી પ્રતિક્રિયા આગળ વધે છે.
2. υ ને પ્રભાવિત કરતા પરિબળો(કણોની અથડામણની સંખ્યા અને તેમની કાર્યક્ષમતા).
1) પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ:તેમની રચના, માળખું => સક્રિયકરણ ઊર્જા
▪ ઓછું ઇ એક્ટ, વધુ υ;
જો ઇ એક્ટ < 40 кДж/моль, то это значит, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, т.к. в этих реакциях участвуют разноименнозаряженные частицы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.
જો ઇ એક્ટ> 120 kJ/mol, આનો અર્થ એ છે કે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણો વચ્ચેની અથડામણનો માત્ર એક નાનો અંશ પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જાય છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓનો દર ઘણો ઓછો છે. ઉદાહરણ તરીકે, લોખંડનો કાટ, અથવા
ખાતે એમોનિયા સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયા કોર્સ સામાન્ય તાપમાનનોંધવું લગભગ અશક્ય છે.
જો ઇ એક્ટમધ્યવર્તી મૂલ્યો (40 – 120 kJ/mol), તો આવી પ્રતિક્રિયાઓનો દર સરેરાશ હશે. આવી પ્રતિક્રિયાઓમાં પાણી અથવા ઇથેનોલ સાથે સોડિયમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, ઇથિલિન સાથે બ્રોમિન પાણીનું વિકૃતિકરણ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
2) તાપમાન: દર 10 0 C માટે t પર, υ 2-4 વખત (વૅન'ટ હોફ નિયમ).
υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10
ટી પર, સક્રિય કણોની સંખ્યા (ઓ ઇ એક્ટ) અને તેમની સક્રિય અથડામણ.
કાર્ય 1. 0 0 C પર ચોક્કસ પ્રતિક્રિયાનો દર 1 mol/l ∙ h ની બરાબર છે, પ્રતિક્રિયાનું તાપમાન ગુણાંક 3 છે. 30 0 C પર આ પ્રતિક્રિયાનો દર શું હશે?
υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10
υ 2 =1∙3 30-0/10 = 3 3 =27 mol/l∙h
3) એકાગ્રતા:વધુ, વધુ વખત અથડામણો અને υ થાય છે. સામૂહિક ક્રિયાના નિયમ અનુસાર પ્રતિક્રિયા mA + nB = C માટે સતત તાપમાન પર:
υ = k ∙ C A m ∙ C B n
જ્યાં k એ દર સ્થિર છે;
C - એકાગ્રતા (mol/l)
સામૂહિક કાર્યવાહીનો કાયદો:
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર પ્રતિક્રિયાના સમીકરણમાં તેમના ગુણાંકની સમાન શક્તિઓમાં લેવામાં આવતા પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોની સાંદ્રતાના ઉત્પાદનના પ્રમાણસર છે.
ઝેડ.ડી.એમ. નક્કર સ્થિતિમાં પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની સાંદ્રતાને ધ્યાનમાં લેતા નથી, કારણ કે તેઓ સપાટી પર પ્રતિક્રિયા આપે છે અને તેમની સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે સ્થિર રહે છે.
કાર્ય 2.પ્રતિક્રિયા A + 2B → C સમીકરણ અનુસાર આગળ વધે છે. જ્યારે પદાર્થ B ની સાંદ્રતા 3 ગણી વધે ત્યારે પ્રતિક્રિયા દર કેટલી વખત અને કેવી રીતે બદલાશે?
ઉકેલ:υ = k ∙ C A m ∙ C B n
υ = k ∙ C A ∙ C B 2
υ 1 = k ∙ a ∙ b 2
υ 2 = k ∙ a ∙ 3 માં 2
υ 1 / υ 2 = a ∙ in 2 / a ∙ 9 in 2 = 1/9
જવાબ: 9 ગણો વધશે
વાયુયુક્ત પદાર્થો માટે, પ્રતિક્રિયા દર દબાણ પર આધાર રાખે છે
દબાણ જેટલું ઊંચું છે, ગતિ વધારે છે.
4) ઉત્પ્રેરક- પદાર્થો કે જે પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિમાં ફેરફાર કરે છે, ઘટાડે છે ઇ એક્ટ => υ .
▪ પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી ઉત્પ્રેરક યથાવત રહે છે
▪ ઉત્સેચકો જૈવિક ઉત્પ્રેરક છે, પ્રકૃતિ દ્વારા પ્રોટીન.
▪ અવરોધકો – પદાર્થો કે જે ↓ υ
5) વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે, υ પણ આધાર રાખે છે:
▪ પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની સંપર્ક સપાટીની સ્થિતિ પર.
સરખામણી કરો: 2 ટેસ્ટ ટ્યુબમાં સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણની સમાન માત્રા રેડવામાં આવી હતી અને તે જ સમયે એકમાં લોખંડની ખીલી નાખવામાં આવી હતી અને બીજામાં આયર્ન ફાઈલિંગને ગ્રાઇન્ડ કરવાથી તેના પરમાણુઓની સંખ્યામાં વધારો થાય છે જે એક સાથે પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. . તેથી, બીજી ટેસ્ટ ટ્યુબમાં પ્રતિક્રિયા દર પ્રથમ કરતા વધારે હશે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા એ એક પદાર્થનું બીજામાં રૂપાંતર છે.
કોઈપણ પ્રકારની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ તેઓ સાથે કરવામાં આવે છે વિવિધ ઝડપે. ઉદાહરણ તરીકે, પૃથ્વીના આંતરડામાં ભૌગોલિક રાસાયણિક પરિવર્તન (સ્ફટિકીય હાઇડ્રેટનું નિર્માણ, ક્ષારનું હાઇડ્રોલિસિસ, સંશ્લેષણ અથવા ખનિજોનું વિઘટન) હજારો, લાખો વર્ષોથી થાય છે. અને ગનપાઉડર, હાઇડ્રોજન, સોલ્ટપીટર અને બર્થોલેટ સોલ્ટના દહન જેવી પ્રતિક્રિયાઓ સેકંડના અપૂર્ણાંકમાં થાય છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર એકમ સમય દીઠ પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થો (અથવા પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો) ની માત્રામાં ફેરફારને દર્શાવે છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતો ખ્યાલ સરેરાશ પ્રતિક્રિયા ઝડપ (Δc p) સમય અંતરાલમાં.
v av = ± ∆C/∆t
ઉત્પાદનો માટે ∆С > 0, પ્રારંભિક પદાર્થો માટે -∆С< 0. Наиболее употребляемая единица измерения - моль на литр в секунду (моль/л*с).
દરેક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર ઘણા પરિબળો પર આધાર રાખે છે: પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની પ્રકૃતિ, પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની સાંદ્રતા, પ્રતિક્રિયાના તાપમાનમાં ફેરફાર, પ્રતિક્રિયા કરતા પદાર્થોના ગ્રાઇન્ડીંગની ડિગ્રી, દબાણમાં ફેરફાર અને ઉત્પ્રેરકની રજૂઆત પ્રતિક્રિયા માધ્યમમાં.
રિએક્ટન્ટ્સની પ્રકૃતિ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્થાયી ઘટક - પાણી સાથે કેટલીક ધાતુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લો. ચાલો ધાતુઓને વ્યાખ્યાયિત કરીએ: Na, Ca, Al, Au. સોડિયમ સામાન્ય તાપમાને પાણી સાથે ખૂબ જ હિંસક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે, મુક્ત કરે છે મોટી માત્રામાંહૂંફ
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Q;
કેલ્શિયમ સામાન્ય તાપમાને પાણી સાથે ઓછી જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપે છે:
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 + Q;
એલ્યુમિનિયમ એલિવેટેડ તાપમાને પહેલાથી જ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH)z + ZH 2 - Q;
અને સોનું એ નિષ્ક્રિય ધાતુઓમાંની એક છે; તે સામાન્ય અથવા ઊંચા તાપમાને પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર સીધો આધાર રાખે છે રિએક્ટન્ટ્સની સાંદ્રતા . તેથી, પ્રતિક્રિયા માટે:
C 2 H 4 + 3O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O;
પ્રતિક્રિયા દર માટે અભિવ્યક્તિ છે:
v = k**[O 2 ] 3 ;
જ્યાં k એ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર સ્થિર છે, સંખ્યાત્મક રીતે આ પ્રતિક્રિયાના દરની બરાબર છે, જો કે પ્રતિક્રિયા આપતા ઘટકોની સાંદ્રતા 1 g/mol હોય; [C 2 H 4 ] અને [O 2 ] 3 ના મૂલ્યો તેમના સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણાંકની શક્તિમાં વધેલા પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોની સાંદ્રતાને અનુરૂપ છે. [C 2 H 4 ] અથવા [ O 2 ] ની સાંદ્રતા જેટલી વધારે છે, એકમ સમય દીઠ આ પદાર્થોના પરમાણુઓની વધુ અથડામણ, અને તેથી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર વધારે છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના દર, એક નિયમ તરીકે, સીધો આધાર રાખે છે પ્રતિક્રિયા તાપમાન પર . સ્વાભાવિક રીતે, વધતા તાપમાન સાથે, પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા વધે છે, જે એકમ સમય દીઠ અણુઓની વધુ અથડામણ તરફ દોરી જાય છે. અસંખ્ય પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું છે કે તાપમાનમાં દર 10 ડિગ્રી ફેરફાર સાથે, પ્રતિક્રિયા દર 2-4 ગણો બદલાય છે (વેન હોફ નિયમ):
જ્યાં V T 2 એ T 2 પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર છે; V ti એ T 1 પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર છે; g એ પ્રતિક્રિયા દરનું તાપમાન ગુણાંક છે.
પ્રભાવ પદાર્થોના ગ્રાઇન્ડીંગની ડિગ્રી
પ્રતિક્રિયાની ગતિ પણ સીધી રીતે નિર્ભર છે. પ્રતિક્રિયા કરતા પદાર્થોના કણો જેટલા ઝીણા હોય છે, તેટલા એકમ સમય દીઠ તેઓ એકબીજાના સંપર્કમાં આવે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર જેટલો વધારે હોય છે. તેથી, એક નિયમ તરીકે, વાયુયુક્ત પદાર્થો અથવા ઉકેલો વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાઓ નક્કર સ્થિતિમાં કરતાં વધુ ઝડપથી આગળ વધે છે.
દબાણમાં ફેરફાર વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં પદાર્થો વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાના દરને અસર કરે છે. સ્થિર તાપમાને બંધ જથ્થામાં હોવાથી, પ્રતિક્રિયા V 1 ના દરે આગળ વધે છે. જો આ સિસ્ટમમાં આપણે દબાણ વધારીએ (તેથી, વોલ્યુમ ઘટાડીએ), પ્રતિક્રિયા કરતા પદાર્થોની સાંદ્રતા વધશે, તેમના પરમાણુઓની અથડામણ. પ્રતિ યુનિટ સમય વધશે, પ્રતિક્રિયા દર વધીને V 2 (v 2 > v 1) થશે.
ઉત્પ્રેરક એવા પદાર્થો છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરમાં ફેરફાર કરે છે, પરંતુ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા સમાપ્ત થયા પછી યથાવત રહે છે. પ્રતિક્રિયાના દર પર ઉત્પ્રેરકના પ્રભાવને ઉત્પ્રેરક કહેવામાં આવે છે તે બંને રાસાયણિક ગતિશીલ પ્રક્રિયાને વેગ આપી શકે છે અને તેને ધીમી કરી શકે છે. જ્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરનારા પદાર્થો અને ઉત્પ્રેરક એકત્રીકરણની સમાન સ્થિતિમાં હોય છે, ત્યારે આપણે સજાતીય ઉત્પ્રેરકની વાત કરીએ છીએ, અને વિજાતીય ઉત્પ્રેરક સાથે, પ્રતિક્રિયાકર્તાઓ અને ઉત્પ્રેરક એકત્રીકરણની જુદી જુદી સ્થિતિમાં હોય છે. ઉત્પ્રેરક અને રીએજન્ટ્સ મધ્યવર્તી સંકુલ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રતિક્રિયા માટે:
ઉત્પ્રેરક (K) A અથવા B - AK, VK સાથે સંકુલ બનાવે છે, જે મુક્ત કણ A અથવા B સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર K મુક્ત કરે છે:
AK + B = AB + K
VK + A = VA + K;
blog.site, જ્યારે સામગ્રીની સંપૂર્ણ અથવા આંશિક નકલ કરતી વખતે, મૂળ સ્ત્રોતની લિંક આવશ્યક છે.
કાર્યનો હેતુ:રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરનો અભ્યાસ અને વિવિધ પરિબળો પર તેની અવલંબન: પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ, સાંદ્રતા, તાપમાન.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ વિવિધ દરે થાય છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ગતિએકમ સમય દીઠ એક રિએક્ટન્ટની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કહેવાય છે. તે એકસમાન પ્રણાલીમાં થતી પ્રતિક્રિયા માટે પ્રતિ એકમ સમય દીઠ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઘટનાઓની સંખ્યા સમાન છે (સજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે), અથવા વિજાતીય પ્રણાલીમાં થતી પ્રતિક્રિયાઓ માટે (વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે) એકમ ઇન્ટરફેસ સપાટી દીઠ.
સરેરાશ પ્રતિક્રિયા ઝડપ v સરેરાશ. થી સમય અંતરાલમાં ટી 1થી ટી 2સંબંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
જ્યાં સી 1અને સી 2- સમય બિંદુઓ પર કોઈપણ પ્રતિક્રિયા સહભાગીની દાઢ સાંદ્રતા ટી 1અને ટી 2અનુક્રમે
અપૂર્ણાંક પહેલાનું “–” ચિહ્ન પ્રારંભિક પદાર્થોની સાંદ્રતાને દર્શાવે છે, Δ સાથે < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, Δસાથે > 0.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને પ્રભાવિત કરતા મુખ્ય પરિબળો: પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ, તેમની સાંદ્રતા, દબાણ (જો વાયુઓ પ્રતિક્રિયામાં સામેલ હોય તો), તાપમાન, ઉત્પ્રેરક, વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે ઇન્ટરફેસ વિસ્તાર.
મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અનેક તબક્કામાં થતી જટિલ પ્રક્રિયાઓ છે, એટલે કે. અનેક પ્રાથમિક પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ કરે છે. પ્રાથમિક અથવા સરળ પ્રતિક્રિયાઓ એ પ્રતિક્રિયાઓ છે જે એક પગલામાં થાય છે.
પ્રાથમિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે, એકાગ્રતા પર પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબન સામૂહિક ક્રિયાના કાયદા દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.
સતત તાપમાને, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણાંકની સમાન શક્તિઓમાં લેવામાં આવતા પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોની સાંદ્રતાના ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
માં પ્રતિક્રિયા માટે સામાન્ય દૃશ્ય
a A + b B… → c C,
સામૂહિક કાર્યવાહીના કાયદા અનુસાર વિગુણોત્તર દ્વારા વ્યક્ત
v = К∙с(А) а ∙ с(В) b,
જ્યાં c(A)અને s(B)- રિએક્ટન્ટ્સ A અને B ની દાઢ સાંદ્રતા;
TO- આ પ્રતિક્રિયાના સ્થિરતાને રેટ કરો, બરાબર વિ, જો c(A)a=1 અને c(B)b=1, અને રિએક્ટન્ટની પ્રકૃતિ, તાપમાન, ઉત્પ્રેરક અને વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે ઇન્ટરફેસ વિસ્તારના આધારે.
એકાગ્રતાના કાર્ય તરીકે પ્રતિક્રિયા દરની અભિવ્યક્તિને ગતિ સમીકરણ કહેવામાં આવે છે.
જટિલ પ્રતિક્રિયાઓના કિસ્સામાં, સામૂહિક ક્રિયાનો કાયદો દરેક વ્યક્તિગત તબક્કાને લાગુ પડે છે.
વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે, ગતિ સમીકરણમાં માત્ર વાયુ અને ઓગળેલા પદાર્થોની સાંદ્રતાનો સમાવેશ થાય છે; હા, કોલસો બાળવા માટે
C (k) + O 2 (g) → CO 2 (g)
વેગ સમીકરણનું સ્વરૂપ છે
v = K∙s(O 2)
પ્રતિક્રિયાના પરમાણુ અને ગતિ ક્રમ વિશે થોડાક શબ્દો.
ખ્યાલ "પ્રતિક્રિયાની પરમાણુતા"માત્ર સરળ પ્રતિક્રિયાઓ પર લાગુ કરો. પ્રતિક્રિયાની પરમાણુતા એ પ્રાથમિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા કણોની સંખ્યા દર્શાવે છે.
મોનો-, બાય- અને ટ્રાઇમોલેક્યુલર પ્રતિક્રિયાઓ છે, જેમાં અનુક્રમે એક, બે અને ત્રણ કણો ભાગ લે છે. એક સાથે ત્રણ કણો અથડાવાની સંભાવના ઓછી છે. ત્રણ કરતાં વધુ કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રાથમિક પ્રક્રિયા અજ્ઞાત છે. પ્રાથમિક પ્રતિક્રિયાઓના ઉદાહરણો:
N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (મોનોમોલેક્યુલર)
H 2 + I 2 → 2HI (બાયમોલેક્યુલર)
2NO + Cl 2 → 2NOCl (ટ્રિમોલેક્યુલર)
સરળ પ્રતિક્રિયાઓની પરમાણુતા પ્રતિક્રિયાના સામાન્ય ગતિ ક્રમ સાથે એકરુપ છે. પ્રતિક્રિયાનો ક્રમ એકાગ્રતા પર દરની અવલંબનની પ્રકૃતિ નક્કી કરે છે.
પ્રતિક્રિયાનો સામાન્ય (કુલ) ગતિ ક્રમ એ પ્રાયોગિક ધોરણે નિર્ધારિત, પ્રતિક્રિયા દર સમીકરણમાં પ્રતિક્રિયાકર્તાઓની સાંદ્રતા પર ઘાતાંકનો સરવાળો છે.
જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર વધે છે. તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબન લગભગ વેન હોફ નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
તાપમાનમાં દર 10-ડિગ્રી વધારા માટે, મોટાભાગની પ્રતિક્રિયાઓનો દર 2-4 ગણો વધે છે.
તાપમાન પર અનુક્રમે પ્રતિક્રિયા દર ક્યાં અને છે ટી 2અને ટી 1 (t 2 > t 1);
γ એ પ્રતિક્રિયા દરનું તાપમાન ગુણાંક છે, આ એક સંખ્યા છે જે દર્શાવે છે કે જ્યારે તાપમાન 10 0 વધે છે ત્યારે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર કેટલી વખત વધે છે.
વેન્ટ હોફના નિયમનો ઉપયોગ કરીને, પ્રતિક્રિયા દર પર તાપમાનની અસરનો અંદાજે અંદાજ લગાવવો જ શક્ય છે. તાપમાન પ્રતિક્રિયા દરની અવલંબનનું વધુ સચોટ વર્ણન એરેનિયસ સક્રિયકરણ સિદ્ધાંતના માળખામાં શક્ય છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને વેગ આપવાની પદ્ધતિઓમાંની એક ઉત્પ્રેરક છે, જે પદાર્થો (ઉત્પ્રેરક) નો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે.
ઉત્પ્રેરક- આ એવા પદાર્થો છે જે મધ્યવર્તીમાં વારંવાર ભાગ લેવાને કારણે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરમાં ફેરફાર કરે છે રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાપ્રતિક્રિયા રીએજન્ટ્સ સાથે, પરંતુ મધ્યવર્તી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દરેક ચક્ર પછી તેઓ તેમની રાસાયણિક રચના પુનઃસ્થાપિત કરે છે.
ઉત્પ્રેરકની ક્રિયાની પદ્ધતિ પ્રતિક્રિયાના સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો થાય છે, એટલે કે. સક્રિય પરમાણુઓની સરેરાશ ઊર્જા (સક્રિય સંકુલ) અને પ્રારંભિક પદાર્થોના અણુઓની સરેરાશ ઊર્જા વચ્ચેનો તફાવત ઘટાડવો. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર વધે છે.
પ્રતિક્રિયા ઝડપએક રિએક્ટન્ટની દાઢ સાંદ્રતામાં ફેરફાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
V = ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) = ± (DC / Dt)
જ્યાં C 1 અને C 2 એ અનુક્રમે t 1 અને t 2 સમયે પદાર્થોની દાઢ સાંદ્રતા છે (ચિહ્ન (+) - જો દર પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, તો સંકેત (-) - પ્રારંભિક પદાર્થ દ્વારા).
પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે જ્યારે પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોના પરમાણુઓ અથડાય છે. તેની ઝડપ અથડામણની સંખ્યા અને તે પરિવર્તન તરફ દોરી જશે તેવી સંભાવના દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. અથડામણની સંખ્યા પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોની સાંદ્રતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને પ્રતિક્રિયાની સંભાવના અથડાતા પરમાણુઓની ઊર્જા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના દરને અસર કરતા પરિબળો.
1. પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની પ્રકૃતિ. રાસાયણિક બોન્ડની પ્રકૃતિ અને રીએજન્ટ પરમાણુઓની રચના મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. પ્રતિક્રિયાઓ ઓછા મજબૂત બોન્ડના વિનાશ અને મજબૂત બોન્ડ સાથે પદાર્થોની રચનાની દિશામાં આગળ વધે છે. આમ, H2 અને N2 પરમાણુઓમાં બોન્ડ તોડવા માટે, તમારે જરૂર છે ઉચ્ચ ઊર્જા; આવા પરમાણુઓ સહેજ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે. અત્યંત ધ્રુવીય અણુઓ (HCl, H 2 O) માં બોન્ડ તોડવા માટે ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે, અને પ્રતિક્રિયા દર ઘણો વધારે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં આયનો વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાઓ લગભગ તરત જ થાય છે.
ઉદાહરણો
ફ્લોરિન હાઇડ્રોજન સાથે વિસ્ફોટક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે ઓરડાના તાપમાને, બ્રોમિન ધીમે ધીમે અને જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે હાઇડ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.
કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ પાણી સાથે જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, ગરમી મુક્ત કરે છે; કોપર ઓક્સાઇડ - પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.
2. એકાગ્રતા. વધતી સાંદ્રતા સાથે (એકમ વોલ્યુમ દીઠ કણોની સંખ્યા), પ્રતિક્રિયા કરતા પદાર્થોના પરમાણુઓની અથડામણ વધુ વખત થાય છે - પ્રતિક્રિયા દર વધે છે.
સામૂહિક કાર્યવાહીનો કાયદો (કે. ગુલ્ડબર્ગ, પી. વેજ, 1867)
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર એ રિએક્ટન્ટ્સની સાંદ્રતાના ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણસર છે.
AA + bB + . . . ® . .
- [A] a [B] b. . .
પ્રતિક્રિયા દર સ્થિર k એ રિએક્ટન્ટની પ્રકૃતિ, તાપમાન અને ઉત્પ્રેરક પર આધાર રાખે છે, પરંતુ તે રિએક્ટન્ટની સાંદ્રતા પર આધારિત નથી.
રેટ કોન્સ્ટન્ટનો ભૌતિક અર્થ એ છે કે તે રિએક્ટન્ટ્સની એકમ સાંદ્રતા પર પ્રતિક્રિયા દરની બરાબર છે.
વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ માટે, ઘન તબક્કાની સાંદ્રતા પ્રતિક્રિયા દરની અભિવ્યક્તિમાં શામેલ નથી.
3. તાપમાન. તાપમાનમાં દર 10 ° સે વધારા માટે, પ્રતિક્રિયા દર 2-4 ગણો વધે છે (વેન હોફનો નિયમ). જેમ જેમ તાપમાન t 1 થી t 2 વધે છે, પ્રતિક્રિયા દરમાં ફેરફારની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:
| |
|
(t 2 - t 1) / 10 |
| Vt 2 / Vt 1 | = જી | |
(જ્યાં Vt 2 અને Vt 1 એ અનુક્રમે t 2 અને t 1 તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા દર છે; g આ પ્રતિક્રિયાનો તાપમાન ગુણાંક છે).
વેન્ટ હોફનો નિયમ માત્ર સાંકડી તાપમાન શ્રેણીમાં જ લાગુ પડે છે. આર્હેનિયસ સમીકરણ વધુ સચોટ છે:
- e -Ea/RT
જ્યાં
A એ એક અચલ છે જે રિએક્ટન્ટની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે;
આર એ સાર્વત્રિક ગેસ સ્થિરાંક છે;
Ea એ સક્રિયકરણ ઊર્જા છે, એટલે કે. અથડામણને રાસાયણિક પરિવર્તન તરફ દોરી જવા માટે અથડાતા પરમાણુઓ પાસે ઊર્જા હોવી આવશ્યક છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ઊર્જા રેખાકૃતિ.
| એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા | એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા |
એ - રીએજન્ટ્સ, બી - સક્રિય સંકુલ (સંક્રમણ સ્થિતિ), સી - ઉત્પાદનો.
સક્રિયકરણ ઊર્જા Ea જેટલી વધારે છે, વધતા તાપમાન સાથે પ્રતિક્રિયા દર વધે છે.
4. પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોની સંપર્ક સપાટી. વિજાતીય પ્રણાલીઓ માટે (જ્યારે પદાર્થો એકત્રીકરણની જુદી જુદી સ્થિતિમાં હોય છે), સંપર્ક સપાટી જેટલી મોટી હોય છે, તેટલી ઝડપથી પ્રતિક્રિયા થાય છે. ઘન પદાર્થોનો સપાટી વિસ્તાર તેમને ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા વધારી શકાય છે, અને દ્રાવ્ય પદાર્થો માટે તેને ઓગાળીને વધારી શકાય છે.
5. ઉત્પ્રેરક. પદાર્થો કે જે પ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે અને તેની ગતિમાં વધારો કરે છે, પ્રતિક્રિયાના અંતે યથાવત રહે છે, તેને ઉત્પ્રેરક કહેવામાં આવે છે. ઉત્પ્રેરકની ક્રિયાની પદ્ધતિ મધ્યવર્તી સંયોજનોની રચનાને કારણે પ્રતિક્રિયાની સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો સાથે સંકળાયેલ છે. મુ સજાતીય ઉત્પ્રેરકરીએજન્ટ્સ અને ઉત્પ્રેરક એક તબક્કાની રચના કરે છે (એકત્રીકરણની સમાન સ્થિતિમાં છે), સાથે વિજાતીય ઉત્પ્રેરક - વિવિધ તબક્કાઓ(એકત્રીકરણના વિવિધ રાજ્યોમાં છે). નાટકીય રીતે અનિચ્છનીય પ્રગતિ ધીમી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓકેટલાક કિસ્સાઓમાં, પ્રતિક્રિયાના માધ્યમમાં અવરોધકો ઉમેરવાનું શક્ય છે (ઘટના " નકારાત્મક ઉત્પ્રેરક").
વ્યાખ્યા
રાસાયણિક ગતિશાસ્ત્ર- રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના દર અને પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ.
પ્રતિક્રિયા દરોનો અભ્યાસ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને પ્રભાવિત કરતા પરિબળો પરનો ડેટા મેળવવો, તેમજ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ પ્રાયોગિક રીતે હાથ ધરવામાં આવે છે.
વ્યાખ્યા
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દર- સિસ્ટમના સતત વોલ્યુમ સાથે એકમ સમય દીઠ પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થો અથવા પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોમાંથી એકની સાંદ્રતામાં ફેરફાર.
સજાતીય અને વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓના દરો અલગ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરના માપની વ્યાખ્યા ગાણિતિક સ્વરૂપમાં લખી શકાય છે. સજાતીય પ્રણાલીમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર ગણીએ, n B એ પ્રતિક્રિયાના પરિણામે આવતા કોઈપણ પદાર્થોના મોલ્સની સંખ્યા હોઈ શકે, V સિસ્ટમનું પ્રમાણ અને સમય હોઈ શકે. પછી મર્યાદામાં:
આ સમીકરણને સરળ બનાવી શકાય છે - પદાર્થની માત્રા અને વોલ્યુમનો ગુણોત્તર એ પદાર્થની દાઢ સાંદ્રતા n B / V = c B છે, જ્યાંથી dn B / V = dc B અને છેલ્લે:
વ્યવહારમાં, એક અથવા વધુ પદાર્થોની સાંદ્રતા ચોક્કસ અંતરાલોસમય પ્રારંભિક પદાર્થોની સાંદ્રતા સમય જતાં ઘટે છે, અને ઉત્પાદનોની સાંદ્રતા વધે છે (ફિગ. 1).
ચોખા. 1. સમય સાથે પ્રારંભિક પદાર્થ (a) અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન (b) ની સાંદ્રતામાં ફેરફાર
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને અસર કરતા પરિબળો
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને પ્રભાવિત કરતા પરિબળો છે: પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ, તેમની સાંદ્રતા, તાપમાન, સિસ્ટમમાં ઉત્પ્રેરકની હાજરી, દબાણ અને વોલ્યુમ (ગેસ તબક્કામાં).
મૂળભૂત કાયદો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દર પર એકાગ્રતાના પ્રભાવ સાથે સંકળાયેલ છે રાસાયણિક ગતિશાસ્ત્ર- સામૂહિક ક્રિયાનો કાયદો (LMA): રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર તેમના સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણાંકની શક્તિમાં વધેલા પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોની સાંદ્રતાના ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે. ZDM વિજાતીય પ્રણાલીઓમાં ઘન તબક્કામાં પદાર્થોની સાંદ્રતાને ધ્યાનમાં લેતું નથી.
પ્રતિક્રિયા mA +nB = pC +qD માટે ZDM ની ગાણિતિક અભિવ્યક્તિ લખવામાં આવશે:
K × C A m × C B n
K × [A] m × [B] n,
જ્યાં k એ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર સ્થિર છે, જે 1 mol/l ના રિએક્ટન્ટની સાંદ્રતા પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનો દર છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરથી વિપરીત, k એ રિએક્ટન્ટ્સની સાંદ્રતા પર આધારિત નથી. ઉચ્ચ k, પ્રતિક્રિયા ઝડપથી આગળ વધે છે.
તાપમાન પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરની અવલંબન વેન્ટ હોફ નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. વેન્ટ હોફનો નિયમ: તાપમાનમાં દર દસ ડિગ્રીના વધારા માટે, મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર લગભગ 2 થી 4 ગણો વધે છે. ગાણિતિક અભિવ્યક્તિ:
(T 2) = (T 1) × (T2-T1)/10,
વેન હોફ તાપમાન ગુણાંક ક્યાં છે, જ્યારે તાપમાન 10 o C વધે ત્યારે પ્રતિક્રિયા દર કેટલી વખત વધે છે તે દર્શાવે છે.
મોલેક્યુલારિટી અને પ્રતિક્રિયા ક્રમ
પ્રતિક્રિયાની પરમાણુતા એક સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા (પ્રાથમિક કાર્યમાં ભાગ લેનારા) પરમાણુઓની ન્યૂનતમ સંખ્યા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ત્યાં છે:
- મોનોમોલેક્યુલર પ્રતિક્રિયાઓ (ઉદાહરણ છે વિઘટન પ્રતિક્રિયાઓ)
N 2 O 5 = 2NO 2 + 1/2O 2
K × C, -dC/dt = kC
જો કે, આ સમીકરણનું પાલન કરતી તમામ પ્રતિક્રિયાઓ મોનોમોલેક્યુલર નથી.
- બાયમોલેક્યુલર
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
K × C 1 × C 2 , -dC/dt = k × C 1 × C 2
- ટ્રિમોલેક્યુલર (ખૂબ જ દુર્લભ).
પ્રતિક્રિયાની પરમાણુતા તેની સાચી પદ્ધતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયાના સમીકરણ લખીને તેની પરમાણુતા નક્કી કરવી અશક્ય છે.
પ્રતિક્રિયાનો ક્રમ પ્રતિક્રિયાના ગતિ સમીકરણના સ્વરૂપ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. તે આ સમીકરણમાં સાંદ્રતાની ડિગ્રીના ઘાતાંકના સરવાળા સમાન છે. ઉદાહરણ તરીકે:
CaCO 3 = CaO + CO 2
K × C 1 2 × C 2 – ત્રીજો ક્રમ
પ્રતિક્રિયાનો ક્રમ અપૂર્ણાંક હોઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, તે પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે. જો પ્રતિક્રિયા એક તબક્કામાં આગળ વધે છે, તો પ્રતિક્રિયાનો ક્રમ અને તેની પરમાણુતા એકરૂપ થાય છે, જો ઘણા તબક્કામાં હોય, તો ક્રમ સૌથી ધીમા તબક્કા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને આ પ્રતિક્રિયાની પરમાણુતા સમાન છે.
સમસ્યા હલ કરવાના ઉદાહરણો
ઉદાહરણ 1
