रासायनिक गतिकी

प्रतिक्रिया तंत्र एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान आणविक स्तर पर होने वाली घटनाओं के अनुक्रम को समझने की प्रक्रिया है। इसमें इस बात का अध्ययन शामिल है कि किस प्रकार व्यक्तिगत परमाणु, आयन या अणु एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करके उत्पाद बनाते हैं। इस अवधारणा को बेहतर ढंग से समझने के लिए, इसे विभिन्न सामग्रियों से एक जटिल व्यंजन पकाने के समान समझें। प्रतिक्रिया तंत्र एक चरणबद्ध विधि की तरह है जो अंतिम व्यंजन बनाने के लिए सामग्री को संयोजित करने का मार्गदर्शन करता है।

प्रतिक्रिया तंत्र को समझने के लिए, आइए पहले प्रारंभिक प्रतिक्रियाओं को समझें। एक प्राथमिक अभिक्रिया में विशिष्ट उत्पाद बनाने के लिए व्यक्तिगत अणुओं, परमाणुओं या आयनों की सीधी टक्कर और रूपांतरण शामिल होता है। प्राथमिक अभिक्रिया में मध्यवर्ती का निर्माण नहीं होता है। प्राथमिक अभिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन गैस और क्लोरीन गैस के बीच की अभिक्रिया है। इस प्राथमिक अभिक्रिया में हाइड्रोजन गैस का एक अणु क्लोरीन गैस के एक अणु से टकराता है। इस टक्कर से हाइड्रोजन क्लोराइड के दो अणु उत्पन्न होते हैं।

जटिल अभिक्रियाएँ वे रासायनिक अभिक्रियाएँ हैं जिनमें अनेक चरण या प्राथमिक अभिक्रियाएँ सम्मिलित होती हैं। प्राथमिक प्रतिक्रियाएं जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं के निर्माण-खंडों की तरह होती हैं। एक केक की सरल परत बनाने की विधि की कल्पना कीजिए। अवयवों को जोड़ने और उन्हें मिश्रित करने का प्रत्येक चरण एक प्राथमिक प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है। अब, एक जटिल प्रतिक्रिया कई परतों और सजावट के साथ एक फैंसी केक बनाने के लिए आवश्यक चरणों की एक श्रृंखला की तरह है। श्रृंखला में प्रत्येक प्राथमिक प्रतिक्रिया फैंसी केक बनाने की समग्र प्रक्रिया में योगदान देती है।

आइये हम आंतरिक दहन इंजन में होने वाली प्रतिक्रिया का एक उदाहरण लें। इस अभिक्रिया में आइसोऑक्टेन ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड और जल बनाता है। पहली नज़र में ऐसा लग सकता है कि यह प्रतिक्रिया एक ही चरण में होती है। इस एकल चरण में, पच्चीस डाइऑक्सीजन अणु और दो आइसोऑक्टेन अणु एक साथ टकराकर उत्पाद के चौंतीस अणु बनाते हैं। हालाँकि, यह सब एक साथ घटित होने की संभावना बहुत कम है।

यह मानना ​​अधिक उचित है कि प्रतिक्रिया व्यक्तिगत चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से होती है। इन अलग-अलग चरणों को प्राथमिक अभिक्रियाएँ कहा जाता है। आइये इसे एक सरल उदाहरण से समझते हैं। अभिकारक A के दो अणु अभिकारक B के एक अणु के साथ अभिक्रिया करते हैं। इससे उत्पाद C बनता है। अब ऐसा लग सकता है कि यह प्रतिक्रिया एकल चरणीय प्रतिक्रिया है। हालाँकि, यह एकल चरणीय प्रतिक्रिया नहीं है। यह प्रतिक्रिया वास्तव में दो चरणों में होती है।

पहले चरण में, अभिकारक A के दो अणु एक दूसरे के साथ अभिक्रिया करके X बनाते हैं। दूसरे चरण में, X एक अभिकारक के रूप में कार्य करता है। X, अभिकारक B के साथ अभिक्रिया करके उत्पाद C बनाता है। चरण एक और चरण दो प्रतिक्रियाओं को प्राथमिक प्रतिक्रियाएं कहा जाता है। ये प्रारंभिक अभिक्रियाएँ जटिल अभिक्रिया के चरण हैं।

आणविकता से तात्पर्य उन अणुओं या परमाणुओं की संख्या से है जो किसी प्राथमिक अभिक्रिया में अभिकारक के रूप में भाग लेते हैं। एक प्रारंभिक अभिक्रिया में, अभिकारक सीधे टकराते हैं और उत्पाद में परिवर्तित हो जाते हैं। अणुकता यह निर्धारित करती है कि इस टकराव प्रक्रिया में कितने अणु या परमाणु शामिल हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन अणु ब्रोमीन अणु के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन ब्रोमाइड बनाता है। यह एक प्राथमिक प्रतिक्रिया है। इसमें दो अणु शामिल हैं। ये अणु हाइड्रोजन अणु और ब्रोमीन अणु हैं।

आणविकता के आधार पर हम प्रतिक्रियाओं को तीन प्रकारों में वर्गीकृत कर सकते हैं। ये हैं एक-आणविक अभिक्रियाएँ, द्वि-आणविक अभिक्रियाएँ और अन्तर-आणविक अभिक्रियाएँ। एक-आणविक अभिक्रिया में, उत्पाद बनाने के लिए केवल एक अणु ही रूपान्तरण से गुजरता है। इन प्रतिक्रियाओं में अक्सर एकल अणु का अपघटन या आइसोमेराइजेशन शामिल होता है। उदाहरण के लिए, अभिकारक A का उत्पाद P में रूपांतरण एक-आणविक अभिक्रिया का एक उदाहरण है। एक-आणविक अभिक्रिया की आणविकता एक होती है.

द्वि-आणविक अभिक्रिया में दो अणु आपस में टकराते हैं और अभिक्रिया करके उत्पाद बनाते हैं। उदाहरण के लिए, अभिकारक A, अभिकारक B से टकराकर उत्पाद P बनाता है। यह अभिक्रिया एक द्विआण्विक अभिक्रिया है। इसमें दो अभिकारक अणुओं की टक्कर शामिल है। द्विआण्विक अभिक्रिया की आणविकता दो होती है।

थर्मोलेक्यूलर अभिक्रिया में उत्पाद उत्पन्न करने के लिए तीन अणुओं की एक साथ टक्कर होती है। उदाहरण के लिए, अभिकारक A, अभिकारक B और अभिकारक C एक साथ टकराकर उत्पाद P बनाते हैं। टर्मोमॉलिक्यूलर प्रतिक्रिया की आणविकता तीन है। तापआण्विक अभिक्रियाएं अपेक्षाकृत दुर्लभ हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि तीन अणुओं के एक साथ टकराने की संभावना काफी कम है।

किसी प्राथमिक अभिक्रिया का क्रम उसकी आणविकता से निर्धारित किया जा सकता है। एक अणुकणिक अभिक्रिया प्रथम क्रम अभिक्रिया होती है। द्विआण्विक अभिक्रिया द्वितीय क्रम अभिक्रिया है। एक अर्द्धआणविक अभिक्रिया तीसरे क्रम की अभिक्रिया है।

हम जानते हैं कि एक जटिल अभिक्रिया में अनेक प्राथमिक अभिक्रियाएं शामिल होती हैं। एक जटिल अभिक्रिया में, एक प्राथमिक अभिक्रिया की अणुकता अन्य से भिन्न हो सकती है। हम ऐसी जटिल प्रतिक्रिया का क्रम कैसे निर्धारित कर सकते हैं?। इस प्रश्न का उत्तर दर निर्धारण चरण में निहित है।

एक जटिल अभिक्रिया में विभिन्न प्राथमिक अभिक्रियाओं की गति भिन्न-भिन्न होती है। कुछ लोग तेज़ गति से आगे बढ़ते हैं। कुछ लोग धीमी गति से आगे बढ़ते हैं। किसी जटिल अभिक्रिया में सबसे धीमी प्राथमिक अभिक्रिया, अभिक्रिया की दर निर्धारित करती है। इस सबसे धीमी प्राथमिक अभिक्रिया को दर निर्धारण चरण कहा जाता है।

दर निर्धारण चरण को समझने के लिए आइए एक जटिल प्रतिक्रिया का उदाहरण लें। तृतीयक एल्काइल हैलाइड का न्यूक्लियोफाइल द्वारा प्रतिस्थापन एक जटिल अभिक्रिया का उदाहरण है। इस अभिक्रिया में दो चरण होते हैं। पहले चरण में, एल्काइल हैलाइड का अवशिष्ट समूह निकल जाता है। इसके परिणामस्वरूप कार्बोकेशन का निर्माण होता है। दूसरे चरण में न्यूक्लियोफाइल कार्बोकेशन पर हमला करता है। इस हमले के परिणामस्वरूप उत्पाद का निर्माण होता है।

इन दो चरणों को प्रारंभिक चरण भी कहा जाता है। इस अभिक्रिया में पहला प्राथमिक चरण सबसे धीमा होता है। पहला चरण प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करता है। प्रथम प्राथमिक अभिक्रिया की अणुकता एक है। यह एक एकाणुक अभिक्रिया है। इससे पता चलता है कि यह प्रथम क्रम की प्रतिक्रिया है।