एक अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया क्या है। प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं

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भाषण: प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रियाएं। रासायनिक संतुलन। विभिन्न कारकों के प्रभाव में रासायनिक संतुलन का विस्थापन

पिछले पाठ में आपने सीखा कि रासायनिक अभिक्रिया की दर क्या होती है और इसे कौन से कारक प्रभावित करते हैं। इस पाठ में हम विचार करेंगे कि ये प्रतिक्रियाएँ कैसे आगे बढ़ती हैं। यह प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले प्रारंभिक पदार्थों के व्यवहार पर निर्भर करता है - अभिकर्मक। यदि वे पूरी तरह से अंतिम पदार्थों - उत्पादों में परिवर्तित हो जाते हैं, तो प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय होती है। अच्छा, और अगर अंत उत्पादोंवापस मूल पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं, तो प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती होती है। इसे ध्यान में रखते हुए, हम परिभाषाएँ बनाते हैं:

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया- यह एक निश्चित प्रतिक्रिया है जो समान परिस्थितियों में आगे और पीछे की दिशाओं में आगे बढ़ती है।

याद रखें, रसायन शास्त्र के पाठों में आपको दिखाया गया था निदर्शी उदाहरणकार्बोनिक एसिड प्राप्त करने की प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया:

सीओ 2 + एच 2 ओ<->एच 2 सीओ 3

नहीं प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया एक विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया है जो सभी तरह से एक विशिष्ट दिशा में जाती है।

एक उदाहरण फास्फोरस के दहन की प्रतिक्रिया है: 4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

प्रतिक्रिया की अपरिवर्तनीयता के प्रमाणों में से एक अवक्षेप का अवक्षेपण या गैस का विकास है।

जब आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की गति समान होती है, रासायनिक संतुलन.

अर्थात् उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं में अभिकर्मकों और उत्पादों के संतुलन मिश्रण बनते हैं। आइए एक उदाहरण के साथ देखें कि रासायनिक संतुलन कैसे बनता है। आइए हाइड्रोजन आयोडाइड गठन की प्रतिक्रिया लें:

एच 2 (जी) + आई 2 (जी)<->2HI (जी)

हम गैसीय हाइड्रोजन और आयोडीन या तैयार आयोडाइड के मिश्रण को गर्म कर सकते हैं, दोनों मामलों में परिणाम समान होगा: तीन पदार्थों H 2, I 2, HI के संतुलन मिश्रण का निर्माण।

प्रतिक्रिया की शुरुआत में, हाइड्रोजन आयोडाइड के गठन से पहले, दर के साथ सीधी प्रतिक्रिया होती है ( वीआदि )। हम इसे गतिज समीकरण द्वारा व्यक्त करते हैं वीपीआर = के 1, जहां के 1 प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर स्थिर है। उत्पाद HI धीरे-धीरे बनता है, जो समान परिस्थितियों में, H 2 और I 2 में विघटित होना शुरू होता है। इस प्रक्रिया के लिए समीकरण इस प्रकार है: वीएआर = के 2 2, जहां वीओब्र रिवर्स रिएक्शन की दर है, के 2 रिवर्स रिएक्शन की दर स्थिर है। जिस क्षण HI संरेखित करने के लिए पर्याप्त है वीपर वीगिरफ्तारी, रासायनिक संतुलन होता है। संतुलन में पदार्थों की मात्रा, हमारे मामले में यह एच 2, आई 2 और एचआई है, समय के साथ नहीं बदलता है, लेकिन केवल तभी जब कोई बाहरी प्रभाव न हो। ऊपर से यह इस प्रकार है कि रासायनिक संतुलन गतिशील है। हमारी प्रतिक्रिया में, हाइड्रोजन आयोडाइड या तो बनता है या खपत होता है।

याद रखें, प्रतिक्रिया की स्थिति बदलने से संतुलन सही दिशा में जाता है। यदि हम आयोडीन या हाइड्रोजन की सांद्रता बढ़ा दें, तो वीजनसंपर्क, दाईं ओर एक बदलाव होगा, अधिक हाइड्रोजन आयोडाइड बनेगा। यदि हम हाइड्रोजन आयोडाइड की सांद्रता बढ़ाते हैं, तो वी arr, और शिफ्ट बाईं ओर होगी। हम अधिक / कम अभिकर्मक और उत्पाद प्राप्त कर सकते हैं।

इस प्रकार, रासायनिक संतुलन बाहरी प्रभावों का विरोध करता है। एच 2 या आई 2 के जुड़ने से अंततः उनकी खपत में वृद्धि होती है और HI में वृद्धि होती है। और इसके विपरीत। विज्ञान में इस प्रक्रिया को कहा जाता है ले चेटेलियर सिद्धांत... यह पढ़ता है:

यदि कोई प्रणाली, जो स्थिर संतुलन में है, बाहर से (बदलते तापमान, या दबाव, या एकाग्रता) से प्रभावित होती है, तो उस प्रक्रिया की दिशा में बदलाव होगा जो इस प्रभाव को कमजोर करती है।

याद रखें, उत्प्रेरक संतुलन को स्थानांतरित करने में सक्षम नहीं है। वह केवल अपनी उन्नति में तेजी ला सकता है।

एकाग्रता में परिवर्तन ... ऊपर, हमने जांच की कि यह कारक संतुलन को आगे की दिशा में या विपरीत दिशा में कैसे स्थानांतरित करता है। यदि अभिकारकों की सांद्रता बढ़ा दी जाती है, तो संतुलन उस तरफ शिफ्ट हो जाता है जहां इस पदार्थ का सेवन किया जाता है। यदि आप एकाग्रता को कम करते हैं, तो यह उस तरफ स्थानांतरित हो जाता है जहां यह पदार्थ बनता है। याद रखें, प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, और अभिकारक पदार्थ हो सकते हैं जैसे दाईं ओर, और बाईं ओर, इस पर निर्भर करता है कि हम किस प्रतिक्रिया पर विचार कर रहे हैं (प्रत्यक्ष या विपरीत)।

प्रभावटी ... इसकी वृद्धि एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया (- क्यू) की ओर संतुलन में बदलाव और एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया (+ क्यू) की ओर कमी को उकसाती है। प्रतिक्रिया समीकरण प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव को इंगित करते हैं। विपरीत प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव इसके विपरीत होता है। यह नियम केवल ऊष्मीय प्रभाव वाली प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त है। यदि यह नहीं है, तो t संतुलन को स्थानांतरित करने में सक्षम नहीं है, लेकिन इसकी वृद्धि से संतुलन के उद्भव की प्रक्रिया में तेजी आएगी।

दबाव का प्रभाव ... इस कारक का उपयोग गैसीय पदार्थों से संबंधित प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है। यदि गैस के मोल शून्य के बराबर हैं, तो कोई परिवर्तन नहीं होगा। जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, संतुलन छोटे आयतन की ओर शिफ्ट होता है। जैसे-जैसे दबाव कम होता है, संतुलन अधिक मात्रा में स्थानांतरित हो जाएगा। आयतन - हम अभिक्रिया समीकरण में गैसीय पदार्थों के सामने गुणांकों को देखते हैं।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय।

अचलवे अभिक्रियाएँ कहलाती हैं जो केवल एक ही दिशा में आगे बढ़ती हैं, अर्थात इन अभिक्रियाओं के उत्पाद एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं, जिससे प्रारंभिक पदार्थ बनते हैं।

एक अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया तब समाप्त होती है जब कम से कम एक प्रारंभिक सामग्री पूरी तरह से खपत हो जाती है। दहन प्रतिक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं; जटिल पदार्थों के थर्मल अपघटन की कई प्रतिक्रियाएं; अधिकांश अभिक्रियाएँ जिसके परिणामस्वरूप अवक्षेपण या गैसीय पदार्थों का विमोचन होता है, उदाहरण के लिए:

सी २ एच ५ ओएच + ३ओ २ → २सीओ २ + ३एच २ ओ

2केएमएनओ 4 = के 2 एमएनओ 4 + एमएनओ 2 + ओ 2

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

प्रतिवर्तीवे अभिक्रियाएँ कहलाती हैं जो एक साथ आगे और विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती हैं:

उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं के समीकरणों में उत्क्रमणीयता चिन्ह का प्रयोग किया जाता है।

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन आयोडाइड का संश्लेषण है और:

गैस मिश्रण में रासायनिक प्रतिक्रिया की शुरुआत के कुछ समय बाद, कोई न केवल प्रतिक्रिया HI का अंतिम उत्पाद पा सकता है, बल्कि प्रारंभिक सामग्री -H 2 और I 2 भी पा सकता है। प्रतिक्रिया कितनी भी लंबी हो, 350 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया मिश्रण में हमेशा लगभग 80% HI, 10% H 2 और 10% I 2 होगा। यदि हम HI को प्रारंभिक पदार्थ के रूप में लें और इसे उसी तापमान पर गर्म करें, तो हम पा सकते हैं कि थोड़ी देर बाद तीनों पदार्थों की मात्रा के बीच का अनुपात समान होगा। इस प्रकार, हाइड्रोजन और आयोडीन से हाइड्रोजन आयोडाइड के निर्माण के दौरान, प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाएं एक साथ होती हैं।

यदि सांद्रता में हाइड्रोजन और आयोडीन को प्रारंभिक पदार्थ के रूप में लिया जाता है, तो समय के प्रारंभिक क्षण में प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर बराबर थी: v pr = k pr । समय के प्रारंभिक क्षण में रिवर्स रिएक्शन v arr = k arr 2 की दर शून्य के बराबर है, क्योंकि प्रतिक्रिया मिश्रण (= 0) में हाइड्रोजन आयोडाइड अनुपस्थित है। धीरे-धीरे, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है, क्योंकि हाइड्रोजन और आयोडीन प्रतिक्रिया करते हैं और उनकी सांद्रता कम हो जाती है। इस मामले में, रिवर्स प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है, क्योंकि परिणामस्वरूप हाइड्रोजन आयोडाइड की एकाग्रता धीरे-धीरे बढ़ जाती है। जब आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें समान हो जाती हैं, तो रासायनिक संतुलन स्थापित हो जाता है। एक निश्चित अवधि के लिए संतुलन की स्थिति में, HI अणुओं की उतनी ही संख्या बनती है जितनी वे H 2 और I 2 में विघटित होती हैं।

उत्क्रमणीय अभिक्रिया की वह अवस्था जिसमें अग्र अभिक्रिया की दर प्रतिवर्ती अभिक्रिया की दर के बराबर होती है, कहलाती है रासायनिक संतुलन.

रासायनिक संतुलन गतिशील संतुलन है। एक संतुलन अवस्था में, प्रत्यक्ष और विपरीत दोनों प्रतिक्रियाएँ चलती रहती हैं, लेकिन चूँकि उनकी दरें समान होती हैं, इसलिए प्रतिक्रिया प्रणाली में सभी पदार्थों की सांद्रता नहीं बदलती है। इन सांद्रणों को साम्यावस्था सांद्रता कहते हैं।

रासायनिक संतुलन बदलाव

ले चेटेलियर का सिद्धांत

रासायनिक संतुलन मोबाइल है। जब बाहरी स्थितियां बदलती हैं, तो आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें असमान हो सकती हैं, जिससे संतुलन में बदलाव (शिफ्ट) होता है।

यदि बाह्य प्रभाव के परिणामस्वरूप अग्र अभिक्रिया की गति विपरीत प्रतिक्रिया की गति से अधिक हो जाती है, तो संतुलन में बदलाव की बात की जाती है। दांई ओर(प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की ओर)। यदि विपरीत प्रतिक्रिया की दर आगे की प्रतिक्रिया की दर से अधिक हो जाती है, तो कोई संतुलन में बदलाव की बात करता है बांई ओर(विपरीत प्रतिक्रिया की ओर)। संतुलन के विस्थापन का परिणाम प्रणाली का एक नए संतुलन राज्य में संक्रमण है जिसमें प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता का एक अलग अनुपात होता है।

संतुलन परिवर्तन की दिशा उस सिद्धांत द्वारा निर्धारित की जाती है जिसे फ्रांसीसी वैज्ञानिक ले चेटेलियर (1884) द्वारा तैयार किया गया था:

यदि एक संतुलन प्रणाली पर एक बाहरी प्रभाव डाला जाता है, तो संतुलन प्रतिक्रिया (प्रत्यक्ष या विपरीत) की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जो इस प्रभाव का प्रतिकार करता है।

सबसे महत्वपूर्ण बाहरी कारक जो रासायनिक संतुलन में बदलाव ला सकते हैं वे हैं:

क) अभिकारकों की सांद्रता;

बी) तापमान;

ग) दबाव।

अभिकारकों की सांद्रता का प्रभाव

यदि प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले किसी भी पदार्थ को संतुलन प्रणाली में पेश किया जाता है, तो संतुलन प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाता है, जिसके दौरान इस पदार्थ का सेवन किया जाता है। यदि कोई पदार्थ संतुलन प्रणाली से हटा दिया जाता है, तो संतुलन प्रतिक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जिसके दौरान यह पदार्थ बनता है।

उदाहरण के लिए, विचार करें कि प्रतिवर्ती संश्लेषण प्रतिक्रिया को दाईं ओर स्थानांतरित करने के लिए किन पदार्थों को पेश किया जाना चाहिए और संतुलन प्रणाली से किन पदार्थों को हटाया जाना चाहिए:

संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित करने के लिए (अमोनिया गठन की सीधी प्रतिक्रिया की ओर), हाइड्रोजन को संतुलन मिश्रण (यानी, उनकी एकाग्रता बढ़ाने के लिए) में पेश करना और संतुलन मिश्रण से अमोनिया को निकालना आवश्यक है (यानी, इसकी एकाग्रता को कम करने के लिए) )

तापमान का प्रभाव

प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाओं के विपरीत थर्मल प्रभाव होते हैं: यदि प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, तो रिवर्स प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक (और इसके विपरीत) है। जब सिस्टम गर्म हो जाता है (यानी, इसका तापमान बढ़ जाता है), संतुलन एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाता है; ठंडा करने (तापमान कम करने) पर, संतुलन एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की ओर बदल जाता है।

उदाहरण के लिए, अमोनिया के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है: एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) → 2एनएच 3 (जी) + 92 केजे, और अमोनिया (रिवर्स रिएक्शन) की अपघटन प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है: 2एनएच 3 ( जी) → एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) - 92 केजे। इसलिए, तापमान में वृद्धि, अमोनिया के अपघटन की विपरीत प्रतिक्रिया की ओर संतुलन को बदल देती है।

दबाव का प्रभाव

दबाव प्रतिक्रियाओं के संतुलन को प्रभावित करता है जिसमें गैसीय पदार्थ भाग लेते हैं। यदि बाहरी दबाव बढ़ता है, तो संतुलन प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाता है, जिसके दौरान गैस के अणुओं की संख्या कम हो जाती है। इसके विपरीत, संतुलन बाहरी दबाव में कमी के साथ बड़ी संख्या में गैसीय अणुओं के निर्माण की ओर बढ़ जाता है। यदि प्रतिक्रिया गैसीय पदार्थों के अणुओं की संख्या को बदले बिना आगे बढ़ती है, तो दबाव दिए गए सिस्टम में संतुलन को प्रभावित नहीं करता है।

उदाहरण के लिए, अमोनिया (दाईं ओर शिफ्ट) की उपज बढ़ाने के लिए, प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया प्रणाली में दबाव बढ़ाना आवश्यक है, क्योंकि प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया के दौरान, गैसीय अणुओं की संख्या घट जाती है (नाइट्रोजन के चार अणुओं से) और हाइड्रोजन गैसें, अमोनिया गैस के दो अणु बनते हैं)।

प्रतिक्रियाओं के प्रकार के कई वर्गीकरणों में से, उदाहरण के लिए, जो द्वारा निर्धारित किए जाते हैं थर्मल प्रभाव(एक्सोथर्मिक और एंडोथर्मिक), पदार्थों के ऑक्सीकरण राज्यों (रेडॉक्स) में परिवर्तन के अनुसार, उनमें शामिल घटकों की संख्या (अपघटन, यौगिक) और इसी तरह, प्रतिक्रियाओं को माना जाता है जो दो पारस्परिक दिशाओं में आगे बढ़ते हैं, अन्यथा कहा जाता है प्रतिवर्ती ... प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं का एक विकल्प प्रतिक्रियाएं हैं अपरिवर्तनीय, जिस प्रक्रिया में अंतिम उत्पाद बनता है (तलछट, गैसीय पदार्थ, पानी)। इन प्रतिक्रियाओं में निम्नलिखित शामिल हैं:

नमक के घोल के बीच विनिमय प्रतिक्रियाएं, जिसके दौरान या तो एक अघुलनशील अवक्षेप बनता है - CaCO 3:

सीए (ओएच) 2 + के 2 सीओ 3 → काको 3+ 2KON (1)

या एक गैसीय पदार्थ - CO2 :

3 के 2 सीओ 3 + 2 एच 3 पीओ 4 → 2 के 3 पीओ 4 + 3 सीओ 2+ 3एच 2 ओ (2)

या एक कम-विघटनीय पदार्थ प्राप्त होता है - एच 2 ओ:

2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 एच 2हे(3)

यदि हम एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया पर विचार करते हैं, तो यह न केवल आगे की दिशा में आगे बढ़ती है (प्रतिक्रियाओं में 1,2,3 बाएं से दाएं), बल्कि विपरीत दिशा में भी। ऐसी प्रतिक्रिया का एक उदाहरण गैसीय पदार्थों से अमोनिया का संश्लेषण है - हाइड्रोजन और नाइट्रोजन:

3एच 2 + एन 2 ↔ 2एनएच 3 (4)

इस प्रकार, एक रासायनिक प्रतिक्रिया को उत्क्रमणीय कहा जाता है यदि यह न केवल आगे (→) में आगे बढ़ती है, बल्कि विपरीत दिशा (←) में भी होती है। और प्रतीक (↔) द्वारा निरूपित किया जाता है।

मुख्य विशेषता इस प्रकार केप्रतिक्रिया यह है कि प्रतिक्रिया उत्पाद प्रारंभिक पदार्थों से बनते हैं, लेकिन एक ही समय में समान उत्पादों से, इसके विपरीत, प्रारंभिक अभिकर्मक बनते हैं। यदि हम प्रतिक्रिया (4) पर विचार करते हैं, तो समय की एक सापेक्ष इकाई में, अमोनिया के दो मोल बनने के साथ, उनका अपघटन हाइड्रोजन के तीन मोल और नाइट्रोजन के एक मोल के निर्माण के साथ होगा। आइए हम प्रतीक वी 1 द्वारा प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया (4) की गति को नामित करें, फिर इस गति की अभिव्यक्ति रूप ले लेगी:

वी १ = केˑ [Н २] ३ , (५)

जहां मूल्य "के" को दी गई प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक के रूप में परिभाषित किया गया है, [एच 2] 3 के मान और प्रतिक्रिया समीकरण में गुणांक के अनुरूप शक्ति तक उठाए गए प्रारंभिक सामग्रियों की सांद्रता के अनुरूप हैं। प्रतिवर्तीता के सिद्धांत के अनुसार, प्रतिक्रिया दर अभिव्यक्ति लेगी:

वी २ = केˑ २ (६)

समय के प्रारंभिक क्षण में, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की गति सबसे अधिक मान लेती है। लेकिन धीरे-धीरे प्रारंभिक अभिकर्मकों की सांद्रता कम हो जाती है और प्रतिक्रिया दर धीमी हो जाती है। उसी समय, प्रतिक्रिया की गति बढ़ने लगती है। जब आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की गति समान हो जाती है (V 1 = V 2), संतुलन की स्थिति , जिस पर प्रारंभिक और परिणामी दोनों अभिकर्मकों की सांद्रता में कोई परिवर्तन नहीं होता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कुछ अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाओं को शाब्दिक रूप से नहीं लिया जाना चाहिए। एसिड के साथ धातु की बातचीत की सबसे अधिक बार उद्धृत प्रतिक्रिया का एक उदाहरण यहां दिया गया है, विशेष रूप से, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ जस्ता:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (7)

वास्तव में, एसिड में घुलने वाला जिंक एक नमक बनाता है: जिंक क्लोराइड और हाइड्रोजन गैस, लेकिन कुछ समय बाद सीधी प्रतिक्रिया की दर धीमी हो जाती है क्योंकि घोल में नमक की सांद्रता बढ़ जाती है। जब प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से बंद हो जाती है, तो घोल में जिंक क्लोराइड के साथ एक निश्चित मात्रा मौजूद होगी हाइड्रोक्लोरिक एसिड केइसलिए, प्रतिक्रिया (7) को निम्नलिखित रूप में प्रस्तुत किया जाना चाहिए:

2Zn + 2HCl = 2ZnНCl + H 2 (8)

या Na 2 SO 4 और BaCl 2 के विलयन को मिलाकर प्राप्त अघुलनशील अवक्षेप के निर्माण के मामले में:

ना 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2NaCl (9)

अवक्षेपित नमक BaSO 4, यद्यपि कुछ हद तक, आयनों में अलग हो जाएगा:

बेसो 4 बा 2+ + एसओ 4 2- (10)

इसलिए, अपरिवर्तनीय और अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाओं की अवधारणा सापेक्ष है। लेकिन फिर भी, प्रकृति और लोगों की व्यावहारिक गतिविधि दोनों में, इन प्रतिक्रियाओं का बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन के दहन की प्रक्रिया या अधिक जटिल कार्बनिक पदार्थ, उदाहरण के लिए शराब:

सीएच 4 + ओ 2 = सीओ 2 + एच 2 ओ (11)

2सी 2 एच 5 ओएच + 5ओ 2 = 4सीओ 2 + 6एच 2 ओ (12)

बिल्कुल अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं हैं। यदि प्रतिक्रियाएं (११) और (१२) प्रतिवर्ती होतीं तो इसे मानवता का एक सुखद सपना माना जाएगा! तब सीओ 2 और एच 2 ओ से फिर से गैस और गैसोलीन और अल्कोहल को संश्लेषित करना संभव होगा! दूसरी ओर, प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं जैसे (4) या सल्फर डाइऑक्साइड का ऑक्सीकरण:

एसओ 2 + ओ 2 ↔ एसओ 3 (13)

अमोनियम लवण, नाइट्रिक एसिड, सल्फ्यूरिक एसिड, आदि के उत्पादन में मुख्य हैं, दोनों अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिक... लेकिन ये प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं! और अंतिम उत्पाद प्राप्त करने के लिए: NH 3 या SO 3, ऐसे तकनीकी तरीकों का उपयोग करना आवश्यक है जैसे: अभिकर्मकों की एकाग्रता में परिवर्तन, दबाव में परिवर्तन, तापमान में वृद्धि या कमी। लेकिन यह पहले से ही अगले विषय का विषय होगा: "रासायनिक संतुलन बदलाव"।

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परिभाषा

रासायनिक प्रतिक्रियापदार्थों का परिवर्तन कहा जाता है जिसमें उनकी संरचना और (या) संरचना में परिवर्तन होता है।

ऊर्जा और एन्ट्रापी कारकों के अनुकूल अनुपात के साथ प्रतिक्रिया संभव है। यदि ये कारक एक दूसरे को संतुलित करते हैं, तो व्यवस्था की स्थिति नहीं बदलती है। ऐसे मामलों में, सिस्टम को संतुलन में कहा जाता है।
एक दिशा में आगे बढ़ने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अपरिवर्तनीय कहा जाता है। बहुमत रसायनिक प्रतिक्रियाप्रतिवर्ती हैं। इसका अर्थ है कि समान परिस्थितियों में, प्रत्यक्ष और विपरीत दोनों प्रतिक्रियाएँ होती हैं (विशेषकर यदि .) वह आता हैबंद सिस्टम पर)।

तंत्र की वह अवस्था जिस पर अग्र अभिक्रिया की दर विपरीत अभिक्रिया की दर के बराबर होती है, रासायनिक संतुलन कहलाती है . इस मामले में, अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है (संतुलन सांद्रता)।

निरंतर संतुलन

अमोनिया के उत्पादन के लिए प्रतिक्रिया पर विचार करें:

एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) ↔ 2 एनएच 3 (जी)

आइए आगे (1) और रिवर्स (2) प्रतिक्रियाओं की दरों की गणना के लिए व्यंजक लिखें:

१ = कश्मीर १ [एच २] ३

2 = कश्मीर 2 2

प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाओं की दरें समान हैं, इसलिए, हम लिख सकते हैं:

के 1 3 = के 2 2

के 1 / के 2 = 2/3

दो स्थिरांक का अनुपात एक स्थिर मान है। संतुलन स्थिरांक आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के दर स्थिरांक का अनुपात है।

के = 2/3

में व्यक्त किया गया है सामान्य रूप से देखें, तो संतुलन स्थिरांक:

एमए + एनबी ↔ पीसी + क्यूडी

К = [सी] पी [डी] क्यू / [ए] एम [बी] एन

संतुलन स्थिरांक उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाए गए प्रतिक्रिया उत्पादों की सांद्रता के उत्पादों का अनुपात है, जो उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाए गए प्रारंभिक सामग्रियों की सांद्रता के उत्पाद के लिए है।

यदि K को संतुलन सांद्रता के रूप में व्यक्त किया जाता है, तो K s को अक्सर निरूपित किया जाता है। गैसों के लिए उनके आंशिक दबावों के माध्यम से K की गणना करना भी संभव है। इस मामले में, K को K p के रूप में नामित किया गया है। K c और K p के बीच एक संबंध है:

के पी = के एस × (आरटी) n,

जहां n अभिकर्मकों से उत्पादों में संक्रमण के दौरान सभी मोल गैसों की संख्या में परिवर्तन है, R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है।

K उत्प्रेरक की सांद्रता, दबाव, आयतन और उपस्थिति पर निर्भर नहीं करता है और तापमान और प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति पर निर्भर करता है। यदि K 1 से बहुत कम है, तो मिश्रण में अधिक प्रारंभिक सामग्री होती है, और 1 से अधिक होने की स्थिति में मिश्रण में अधिक उत्पाद होते हैं।

विषम संतुलन

प्रतिक्रिया पर विचार करें

सीएसीओ 3 (टीवी) सीएओ (टीवी) + सीओ 2 (जी)

संतुलन स्थिरांक के व्यंजक में ठोस अवस्था में घटकों की सांद्रता शामिल नहीं होती है, इसलिए

रासायनिक संतुलन प्रणाली के सभी घटकों की उपस्थिति में होता है, लेकिन संतुलन स्थिरांक ठोस चरण में पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है। रासायनिक संतुलन एक गतिशील प्रक्रिया है। K प्रतिक्रिया की प्रगति के बारे में जानकारी देता है, और ΔG - इसकी दिशा के बारे में जानकारी देता है। वे एक दूसरे से रिश्ते से संबंधित हैं:

जी 0 = -आर × टी × एलएनके

जी 0 = -2.303 × आर × टी × लॉगके

रासायनिक संतुलन बदलाव। ले चेटेलियर का सिद्धांत

दृष्टिकोण से तकनीकी प्रक्रियाएंप्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रियाएं लाभदायक नहीं हैं, क्योंकि आपको इस बात का ज्ञान होना चाहिए कि प्रतिक्रिया उत्पाद की उपज कैसे बढ़ाई जाए, अर्थात। यह सीखना आवश्यक है कि रासायनिक संतुलन को प्रतिक्रिया उत्पादों की ओर कैसे स्थानांतरित किया जाए।

एक प्रतिक्रिया पर विचार करें जिसमें अमोनिया की उपज बढ़ाना आवश्यक है:

एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) 2एनएच 3 (जी),< 0

संतुलन को प्रत्यक्ष या विपरीत प्रतिक्रिया की ओर स्थानांतरित करने के लिए, इसका उपयोग करना आवश्यक है ले चेटेलियर सिद्धांत: यदि प्रणाली, जो संतुलन में है, पर बाहर से किसी भी कारक द्वारा कार्य किया जाता है (तापमान, दबाव, आयतन, पदार्थों की एकाग्रता में वृद्धि या कमी), तो सिस्टम इस प्रभाव का प्रतिकार करता है।

उदाहरण के लिए, यदि एक संतुलन प्रणाली में तापमान बढ़ा दिया जाता है, तो 2 संभावित प्रतिक्रियाओं में से, जो एंडोथर्मिक होगी, वह जाएगी; यदि दबाव बढ़ा दिया जाता है, तो संतुलन बड़ी संख्या में पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाएगा; यदि सिस्टम में मात्रा बढ़ जाती है, तो संतुलन के विस्थापन का उद्देश्य दबाव बढ़ाना होगा; यदि शुरुआती पदार्थों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि हुई है, तो 2 संभावित प्रतिक्रियाओं में से, जो उत्पाद की संतुलन एकाग्रता में कमी की ओर ले जाएगी, आगे बढ़ेगी।

तो, माना प्रतिक्रिया के संबंध में, अमोनिया की उपज बढ़ाने के लिए, प्रारंभिक पदार्थों की एकाग्रता में वृद्धि करना आवश्यक है; तापमान कम करें, क्योंकि सीधी प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, दबाव बढ़ाएँ या आयतन घटाएँ।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया क्या है? यह एक रासायनिक प्रक्रिया है जो दो परस्पर विपरीत दिशाओं में होती है। आइए हम ऐसे परिवर्तनों की मुख्य विशेषताओं के साथ-साथ उनके विशिष्ट मापदंडों पर विचार करें।

संतुलन का सार क्या है

प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रियाएं विशिष्ट उत्पादों का उत्पादन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, सल्फर ऑक्साइड (4) के ऑक्सीकरण के साथ-साथ सल्फर ऑक्साइड (6) के उत्पादन के साथ, प्रारंभिक घटक फिर से बनते हैं।

अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं में शामिल हैं पूर्ण परिवर्तनपरस्पर क्रिया करने वाले पदार्थ, एक समान प्रतिक्रिया एक या एक से अधिक प्रतिक्रिया उत्पादों के उत्पादन के साथ होती है।

अपघटन प्रतिक्रियाएं अपरिवर्तनीय बातचीत के उदाहरण हैं। उदाहरण के लिए, जब पोटेशियम परमैंगनेट को गर्म किया जाता है, तो धातु मैंगनेट, मैंगनीज ऑक्साइड (4) बनता है, और ऑक्सीजन गैस भी निकलती है।

एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया का अर्थ वर्षा के गठन, गैसों की रिहाई नहीं है। यह अपरिवर्तनीय बातचीत से इसका मुख्य अंतर है।

रासायनिक संतुलन एक अंतःक्रियात्मक प्रणाली की स्थिति है जिसमें एक या एक से अधिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हो सकती हैं, बशर्ते कि प्रक्रियाओं की दरें समान हों।

यदि सिस्टम गतिशील संतुलन में है, तो तापमान, अभिकर्मकों की एकाग्रता, या अन्य मापदंडों में एक निश्चित अवधि में कोई बदलाव नहीं होता है।

संतुलन विस्थापन की स्थिति

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के संतुलन को ले चेटेलियर के नियम का उपयोग करके समझाया जा सकता है। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि जब सिस्टम पर बाहरी प्रभाव डाला जाता है, जो शुरू में गतिशील संतुलन में होता है, तो प्रतिक्रिया में परिवर्तन प्रभाव के विपरीत दिशा में देखा जाता है। तापमान, दबाव, साथ ही अंतःक्रियात्मक पदार्थों की एकाग्रता में परिवर्तन की स्थिति में इस सिद्धांत का उपयोग करके किसी भी प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया को वांछित दिशा में स्थानांतरित किया जा सकता है।

ले चेटेलियर का सिद्धांत केवल गैसीय अभिकर्मकों के लिए "काम करता है", ठोस और तरल पदार्थों को ध्यान में नहीं रखा जाता है। दबाव और आयतन के बीच एक पारस्परिक संबंध है। विपरीत रिश्तेमेंडेलीव - क्लैपेरॉन समीकरण द्वारा परिभाषित। यदि प्रारंभिक गैसीय घटकों का आयतन प्रतिक्रिया उत्पादों से अधिक है, तो संतुलन को दाईं ओर बदलने के लिए, मिश्रण का दबाव बढ़ाना महत्वपूर्ण है।

उदाहरण के लिए, जब कार्बन मोनोऑक्साइड (2) कार्बन डाइऑक्साइड में बदल जाती है, तो कार्बन मोनोऑक्साइड के 2 मोल और ऑक्सीजन का 1 मोल प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है। यह 2 मोल कार्बन मोनोऑक्साइड (4) उत्पन्न करता है।

यदि समस्या की स्थिति के अनुसार इस प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया को दाईं ओर स्थानांतरित किया जाना चाहिए, तो दबाव बढ़ाना आवश्यक है।

अभिकारकों की सांद्रता का भी प्रक्रिया के दौरान महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, प्रारंभिक घटकों की एकाग्रता में वृद्धि के मामले में, प्रक्रिया का संतुलन उनकी बातचीत के उत्पाद की ओर बदल जाता है।

इस मामले में, परिणामी उत्पाद की कमी (प्रतिक्रिया मिश्रण से निकासी) प्रत्यक्ष प्रक्रिया में योगदान करती है।

दबाव, एकाग्रता के अलावा, तापमान में बदलाव का भी विपरीत या प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जब प्रारंभिक मिश्रण को गर्म किया जाता है, तो संतुलन को एंडोथर्मिक प्रक्रिया की ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है।

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं के उदाहरण

आइए हम एक विशिष्ट प्रक्रिया पर प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण की ओर संतुलन को स्थानांतरित करने के तरीकों पर विचार करें।

2CO + O 2 -2CO 2

यह प्रतिक्रिया एक सजातीय प्रक्रिया है, क्योंकि सभी पदार्थ एक ही (गैसीय) अवस्था में होते हैं।

समीकरण के बाईं ओर घटकों के 3 खंड होते हैं, बातचीत के बाद यह संकेतक कम हो जाता है, 2 खंड बनते हैं। प्रत्यक्ष प्रक्रिया के आगे बढ़ने के लिए, प्रतिक्रिया मिश्रण के दबाव को बढ़ाना आवश्यक है।

यह देखते हुए कि प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, प्राप्त करने के लिए कार्बन डाइआक्साइडतापमान कम हो जाता है।

प्रारंभिक पदार्थों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि के साथ प्रक्रिया का संतुलन प्रतिक्रिया उत्पाद के गठन की ओर स्थानांतरित हो जाएगा: ऑक्सीजन या कार्बन मोनोऑक्साइड.

निष्कर्ष

प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं मानव जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। हमारे शरीर में होने वाली चयापचय प्रक्रियाएं रासायनिक संतुलन में एक व्यवस्थित बदलाव से जुड़ी हैं। रासायनिक उत्पादन में, प्रतिक्रिया को सही दिशा में निर्देशित करने के लिए इष्टतम स्थितियों का उपयोग किया जाता है।