रासायनिक गतिकी

शून्य कोटि अभिक्रिया में, अभिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता से स्वतंत्र होती है। इसका अर्थ यह है कि, यद्यपि आप अभिकारक की सांद्रता बदल देते हैं, फिर भी प्रतिक्रिया की दर स्थिर रहती है। शून्य क्रम अभिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन पेरोक्साइड का जल और ऑक्सीजन गैस में अपघटन है। यह प्रतिक्रिया कैटेलेज नामक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। कैटेलेज़ कई जीवित जीवों में देखा जाता है।

दर समीकरण सरल है और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है। शून्य कोटि अभिक्रिया के लिए दर k के बराबर होती है। k दर स्थिरांक है। k केवल प्रतिक्रिया की स्थितियों जैसे तापमान और दबाव पर निर्भर करता है। प्रतिक्रिया की दर पूरी तरह से कैटेलेज एंजाइम की सांद्रता द्वारा निर्धारित होती है। इसका अर्थ यह है कि हाइड्रोजन परॉक्साइड की प्रारंभिक सांद्रता चाहे जो भी हो, जब तक पर्याप्त मात्रा में कैटेलेज मौजूद है, तब तक प्रतिक्रिया समान दर से आगे बढ़ेगी।

जब हम शून्य कोटि की अभिक्रिया की दर और सांद्रता के बीच ग्राफ बनाते हैं, तो हमें x अक्ष के समानांतर एक सीधी रेखा प्राप्त होती है। यह रेखा दर्शाती है कि यद्यपि सांद्रता बढ़ती है, परन्तु प्रतिक्रिया की दर स्थिर रहती है। इससे पता चलता है कि शून्य कोटि की अभिक्रिया की दर अभिकारक की सांद्रता से स्वतंत्र होती है।

प्रथम क्रम अभिक्रिया में, अभिक्रिया की दर अभिकारक की सांद्रता के सीधे समानुपाती होती है। जैसे-जैसे अभिकारक की सांद्रता घटती है, प्रतिक्रिया की दर भी आनुपातिक रूप से घटती जाती है। इसी प्रकार, यदि हम अभिकारक की सांद्रता बढ़ाते हैं, तो प्रतिक्रिया की दर भी बढ़ जाती है। अभिकारक A के संबंध में प्रथम क्रम प्रतिक्रिया के लिए वेग समीकरण यहाँ चित्रित किया गया है।

जब हम प्रथम क्रम प्रतिक्रिया की दर और सांद्रता के बीच ग्राफ बनाते हैं, तो हमें एक सीधी रेखा प्राप्त होती है जो मूल बिंदु से निकलती है। जैसा कि हम देख सकते हैं कि जैसे-जैसे हम सांद्रता बढ़ाते हैं, प्रतिक्रिया की दर भी बढ़ती जाती है। इससे पता चलता है कि प्रथम क्रम प्रतिक्रिया की दर अभिकारक की सांद्रता के सीधे आनुपातिक होती है।

आइए हम प्रथम क्रम अभिक्रिया के वेग स्थिरांक की इकाइयाँ निकालें। हम प्रथम क्रम अभिक्रिया के लिए वेग समीकरण से शुरुआत करेंगे। दर की इकाई है molL⁻¹s⁻¹। अभिकारक A की सांद्रता की इकाइयाँ हैं molL⁻¹। अब दर और सांद्रता की इकाइयों को दर समीकरण में प्रतिस्थापित करें।

मान प्रतिस्थापित करने के बाद, हम समीकरण के दोनों पक्षों को सांद्रता की इकाइयों से विभाजित करके 'k' को अलग कर लेंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि हम समीकरण के एक तरफ k और दूसरी तरफ इकाइयाँ लेना चाहते हैं। अंत में इकाइयों को रद्द करके सरल करें molL⁻¹। अब प्रथम क्रम प्रतिक्रिया के लिए दर स्थिरांक की इकाई पारस्परिक-सेकेंड है।

दो भिन्न अभिकारकों की द्वितीय क्रम अभिक्रिया में, अभिक्रिया की दर सांद्रताओं के गुणनफल के समानुपाती होती है। किसी एकल अभिकारक की द्वितीय क्रम अभिक्रिया में, अभिक्रिया की दर सांद्रता के वर्ग के समानुपाती होती है। एकल अभिकारक और दोहरे अभिकारकों वाली द्वितीय क्रम अभिक्रियाओं के लिए दर समीकरण यहां दर्शाए गए हैं। यदि दो अभिकारकों वाली द्वितीय क्रम अभिक्रिया में दोनों अभिकारकों 'A' और 'B' की सांद्रता दोगुनी कर दी जाए, तो अभिक्रिया की दर चार गुना बढ़ जाएगी। वैकल्पिक रूप से, एकल-अभिकारक द्वितीय क्रम अभिक्रिया में, यदि 'A' की सांद्रता दोगुनी कर दी जाए, तो दर चार गुना बढ़ जाएगी।

आइए हम एकल अभिकारक वाली द्वितीय कोटि की अभिक्रिया के लिए एक ग्राफ बनाएं। सांद्रता x अक्ष पर ली जाती है। दर को y अक्ष पर अंकित किया गया है। हम देख सकते हैं कि द्वितीय क्रम अभिक्रिया का ग्राफ एक वक्र रेखा दर्शाता है। यह वक्र रेखा दर्शाती है कि प्रतिक्रिया की दर अभिकारक की सांद्रता के वर्ग के समानुपाती होती है। उदाहरण के लिए, यदि हम अभिकारकों की सांद्रता को दो गुना बढ़ा दें, तो प्रतिक्रिया की दर चार गुना बढ़ जाएगी।

अब हम द्वितीय क्रम अभिक्रिया के लिए वेग स्थिरांक की इकाइयाँ व्युत्पन्न करेंगे। हम दर और सांद्रता की इकाइयों को द्वितीय क्रम दर समीकरण में प्रतिस्थापित करेंगे। इसके बाद समीकरण के दोनों पक्षों को सांद्रता की इकाइयों के वर्ग से विभाजित करके 'k' को अलग करें। अब हम सामान्य इकाइयों को रद्द करके समीकरण को सरल करेंगे जैसे molL⁻¹। अब द्वितीय क्रम अभिक्रिया के लिए दर स्थिरांक की इकाई है L mol⁻¹s⁻¹।

प्रतिक्रिया का समग्र क्रम प्रत्येक अभिकारक के संबंध में व्यक्तिगत प्रतिक्रिया क्रमों को जोड़कर निर्धारित किया जाता है। आइए हम एक ऐसी अभिक्रिया का उदाहरण लें जिसमें अभिकारक A शून्य कोटि का अभिकारक है। इसका अर्थ है कि अभिकारक A का क्रम शून्य है। अभिकारक B प्रथम क्रम अभिकारक है। अभिकारक B का क्रम एक है। अतः दोनों मानों को जोड़ने पर हमें 1 मान प्राप्त होता है। इससे पता चलता है कि यह प्रथम क्रम की प्रतिक्रिया है। यदि अभिकारकों की कोटि का योग 2 है, तो यह द्वितीय कोटि की अभिक्रिया है।

किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की तात्कालिक दर से तात्पर्य प्रतिक्रिया के दौरान किसी विशिष्ट समय पर अभिकारकों या उत्पादों में परिवर्तन की दर से है। तात्कालिक दर को किसी भी प्रतिक्रिया की प्रगति के दौरान किसी भी समय मापा जा सकता है। तात्कालिक दर हमें समय के विभिन्न बिंदुओं पर प्रतिक्रिया के व्यवहार को समझने की अनुमति देती है।

किसी रासायनिक अभिक्रिया की प्रारंभिक दर से तात्पर्य उस दर से है जिस पर अभिक्रिया के प्रारंभ में उत्पाद बनते हैं या अभिकारक खपत होते हैं। किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रारंभिक दर को बहुत ही कम समय अंतराल में अभिकारकों या उत्पादों की सांद्रता में परिवर्तन का निर्धारण करके मापा जाता है। यह माप आमतौर पर प्रतिक्रिया के प्रारंभ में लिया जाता है जब समय लगभग 0 होता है।

किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर किसी निर्दिष्ट समयावधि में प्रतिक्रिया की समग्र दर को संदर्भित करती है। औसत दर की गणना करने के लिए, हम दो अलग-अलग समय पर प्रतिक्रियाओं की सांद्रता को मापते हैं। इसके बाद हम सांद्रता और समय अंतराल में परिवर्तन को मापते हैं। फिर हम सांद्रता में परिवर्तन को समय अंतराल से विभाजित करते हैं। औसत दर इस बात का व्यापक दृष्टिकोण देती है कि समय के साथ प्रतिक्रिया किस प्रकार आगे बढ़ रही है।

किसी रासायनिक अभिक्रिया की अर्धायु वह समय है जो आधे अभिकारकों को उत्पाद में परिवर्तित होने में लगता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी अभिक्रिया की अर्धायु दस सेकंड है, तो इसका अर्थ है कि अभिकारक की सांद्रता को उसके प्रारंभिक मान से आधी होने में दस सेकंड का समय लगेगा। किसी अभिक्रिया का अर्धायुकाल निम्न द्वारा दर्शाया जाता है t(1/2)।