रासायनिक गतिशीलता हमें यह समझने में मदद करती है कि रासायनिक अभिक्रियाएँ कैसे होती हैं।

रसायन विज्ञान की अपनी प्रकृति में परिवर्तन के साथ संबंधित है। अलग-अलग गुणों वाली पदार्थों को रासायनिक अभिक्रिया द्वारा अलग-अलग गुणों वाले अन्य पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है। किसी भी रासायनिक अभिक्रिया के लिए, रासायनिकाओं को यह पता करने की कोशिश करनी होती है

(a) किसी रासायनिक अभिक्रिया की संभाव्यता जो उर्जाविज्ञान द्वारा भविष्यवाणी की जा सकती है (जैसा कि आप जानते हैं कि एक अभिक्रिया जो DG < 0 के साथ स्थिर तापमान और दबाव पर होती है, संभव है);

(b) किसी अभिक्रिया के चलन की प्रस्तुति का निर्धारण रासायनिक संतुलन से किया जा सकता है;

(c) अभिक्रिया की गति यानी अभिक्रिया को संतुलन तक पहुँचने में लगने वाला समय।

संभाव्यता और चलन के साथ-साथ, इसके पूर्ण समझ के लिए एक रासायनिक अभिक्रिया की गति और उसके नियंत्रण करने वाले कारकों के बारे में समान रूप से जानना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, भोजन कितनी तेजी से खरपतवार हो जाता है? डेंटल फिलिंग के लिए एक तेजी से सेट होने वाला सामग्री कैसे डिज़ाइन की जाए? या ऑटो इंजन में ईंधन कितनी तेजी से जलता है? इन सभी प्रश्नों का उत्तर उस रासायनिक अभिक्रिया के अध्ययन की शाखा द्वारा दिया जा सकता है, जो अभिक्रिया दरों और उनके तंत्रों का अध्ययन करती है, जिसे रासायनिक गतिशीलता कहते हैं। शब्द गतिशीलता ग्रीक शब्द ‘kinesis’ से लिया गया है जिसका अर्थ है गति। उर्जाविज्ञान केवल किसी अभिक्रिया की संभाव्यता के बारे में बताता है जबकि रासायनिक गतिशीलता अभिक्रिया की गति के बारे में बताती है। उदाहरण के लिए, उर्जाविज्ञान के डेटा इंगित करते हैं कि चूना पत्थर कांच में परिवर्तित होगा लेकिन वास्तव में परिवर्तन दर इतनी धीमी है कि परिवर्तन का पता थोड़ा भी नहीं चलता। इसलिए, अधिकांश लोग सोचते हैं कि चूना पत्थर हमेशा रहेगा। गतिशीलता के अध्ययन हमें किसी रासायनिक अभिक्रिया की गति या दर को निर्धारित करने में मदद करते हैं और उन शर्तों का वर्णन करते हैं जिनके द्वारा अभिक्रिया दरों को बदला जा सकता है। ऐसे कई कारक जैसे घनत्व, तापमान, दबाव और उत्पादक अभिक्रिया की दर पर प्रभाव डालते हैं। मैक्रोस्कोपिक स्तर पर, हम उन रासायनिक अभिक्रियाओं के बारे में रुचि रखते हैं जिनके घनत्व में कमी या उत्पाद के घनत्व में वृद्धि होती है और उनकी उपजाऊता या उत्पादन की दर। आणविक स्तर पर, अभिक्रिया तंत्र जिनमें अभिक्रिया कर रहे आणविक गुणों के दृष्टिकोण और ऊर्जा के संघटित होने के बारे में चर्चा की जाती है।

इस यूनिट में, हम एवरेज और तत्कालीन अभिक्रिया की दर और उन्हें प्रभावित करने वाले कारकों पर सवाल उठाएँगे। अभिक्रिया दरों के संघटित सिद्धांत के बारे में कुछ आधारभूत बातें भी दी जाएँगी। हालाँकि, इन सभी को समझने के लिए, आइए पहले अभिक्रिया दर के बारे में सीखते हैं।

4.1 रासायनिक अभिक्रिया की दर

कुछ अभिक्रियाएँ जैसे आयनिक अभिक्रियाएँ बहुत तेजी से होती हैं, उदाहरण के लिए, चुंबकीय नाइट्रेट और नींबू की जल विलयन के मिश्रण द्वारा चांदी क्लोराइड की स्थिरता होती है। दूसरी ओर, कुछ अभिक्रियाएँ बहुत धीमी होती हैं, उदाहरण के लिए, हवा और नमी के साथ लोहे की जमीन होना। इसके अतिरिक्त, जैसे कि नारियल चीनी के उल्टे और तामाशा के हाइड्रोलिसिस, जो एक मध्यम गति से चलती हैं। क्या आप प्रत्येक श्रेणी से और अधिक उदाहरण सोच सकते हैं?

आप जोर देना चाहते हैं कि कार की गति को उसके एक निश्चित समय अवधि में उसकी स्थिति या दूरी के बदलाव के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसी तरह, एक अभिक्रिया की गति या अभिक्रिया की दर को किसी एक समय इकाई में किसी एक प्रतिक्रियापद या उत्पाद के घनत्व में बदलाव के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। अधिक विशिष्ट रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

(i) किसी एक प्रतिक्रियापद के किसी भी एक घनत्व में घटने की दर, या

(ii) किसी एक उत्पाद के किसी भी एक घनत्व में बढ़ने की दर। किसी काल्पनिक अभिक्रिया पर विचार करें, जो कि प्रणाली का आयतन स्थिर रहता है के संबंध में है।

$ \mathrm{R} \rightarrow \mathrm{P} $ एक मोल प्रतिक्रियापद $R$ एक मोल उत्पाद $P$ उत्पन्न करता है। $\left[R\right]_1$ और $\left[P\right]_1$ क्रमशः $R$ और $P$ के $t_1$ और $[\mathrm{R}]_2$ समय पर घनत्व हैं और $[\mathrm{P}]_2$ $\mathrm{t_2}$ समय पर उनके घनत्व हैं, तो,

$$ \begin{aligned} \Delta t & =t_{2}-t_1 \\ \Delta[\mathrm{R}] & =[\mathrm{R}]_2-[\mathrm{R}]_1 \\ \Delta[\mathrm{P}] & =[\mathrm{P}]_2-[\mathrm{P}]_1 \end{aligned} $$

उपरोक्त व्यंजनों में वर्ग कोषों का उपयोग आणविक घनत्व व्यक्त करने के लिए किया जाता है।

$\mathrm{R}$ की गिरावट की दर

$$ \begin{equation*} =\frac{\text { Decrease in concentration of } \mathrm{R}}{\text { Time taken }}=-\frac{\Delta[\mathrm{R}]}{\Delta t} \tag{4.1} \end{equation*} $$

$\mathrm{P}$ की उपस्थिति की दर

$$ \begin{equation*} =\frac{\text { Increase in concentration of } \mathrm{P}}{\text { Time taken }}=+\frac{\Delta[\mathrm{P}]}{\Delta t} \tag{4.2} \end{equation*} $$

$\Delta[R]$ एक नकारात्मक राशि है (क्योंकि प्रतिक्रियापदों का घनत्व घट रहा है), इसलिए इसे -1 से गुणा करके अभिक्रिया की दर को धनात्मक राशि बनाने के लिए किया जाता है।

ऊपर दिए गए समीकरण (4.1) और (4.2) एक अभिक्रिया की एवरेज दर, $r_{\mathrm{av}}$ का प्रतिनिधित्व करते हैं।

एवरेज दर प्रतिक्रियापदों या उत्पादों के घनत्व में बदलाव और उस बदलाव के होने में लगने वाले समय पर निर्भर करती है (चित्र 4.1)।

चित्र 4.1: एक अभिक्रिया की तत्कालीन और एवरेज दर

अभिक्रिया की दर की इकाइयाँ

समीकरण (3.1) और (3.2) से स्पष्ट है कि दर की इकाइयाँ घनत्व समय ${ }^{-1}$ हैं। उदाहरण के लिए, अगर घनत्व $\mathrm{mol} \mathrm{L}^{-1}$ में है और समय सेकंड में है तो इकाइयाँ $\mathrm{mol} \mathrm{L}^{-1} \mathrm{~s}^{-1}$ होंगी। हालाँकि, गैसीय अभिक्रियाओं में, जब गैसों का घनत्व उनके आंशिक दबाव के रूप में व्यक्त किया जाता है, तो दर समीकरण की इकाइयाँ atm $\mathrm{s}^{-1}$ होंगी।

उदाहरण 4.1 नीचे दिए गए $\mathrm{C_4} \mathrm{H_9} \mathrm{Cl}$ (बटल क्लोराइड) के $\Delta[R]$ के $\Delta t$ के अलग-अलग समयों पर घनत्व से, अभिक्रिया की एवरेज दर की गणना करें:

$$ \mathrm{C_4} \mathrm{H_9} \mathrm{Cl}+\mathrm{H_2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{C_4} \mathrm{H_9} \mathrm{OH}+\mathrm{HCl} $$

अलग-अलग समय अवधियों के दौरान।

$ \begin{array}{cccccccccc} t / \mathrm{s} & 0 & 50 & 100 & 150 & 200 & 300 & 400 & 700 & 800 \\ {\left[\mathrm{C} _4 \mathrm{H} _9 \mathrm{Cl}\right] / \mathrm{mol} \mathrm{L}^{-1}} & 0.100 & 0.0905 & 0.0820 & 0.0741 & 0.0671 & 0.0549 & 0.0439 & 0.0210 & 0.017 \end{array} $

समाधान हम $\left[\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{9} \mathrm{CI}\right] _{t _{1}} /$ के $\quad \mathrm{mol} \mathrm{L}^{-1}$ के अलग-अलग समय अवधियों के बीच घनत्व में अंतर को निर्धारित कर सकते हैं और इसलिए $\left[\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{9} \mathrm{CI}\right] _{t _{2}}$ को $\mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}$ से विभाजित करके $t _{1} / s$ दर की गणना कर सकते हैं (तालिका 4.1)।

तालिका 4.1: बटल क्लोराइड के हाइड्रोलिसिस की एवरेज दर

(तालिका 4.1) में देखा जा सकता है कि एवरेज दर $\Delta t \rightarrow 0$ से $\left(\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} {9} \mathrm{Cl}\right)$ तक घट गई। हालाँकि, एवरेज दर का उपयोग किसी विशेष समय पर अभिक्रिया की दर की भविष्यवाणी करने के लिए नहीं किया जा सकता है क्योंकि यह उस समय अवधि के लिए स्थिर रहता है जिसके लिए यह गणना की जाती है। इसलिए, किसी विशेष समय बिंदु पर दर व्यक्त करने के लिए हम तत्कालीन दर निर्धारित करते हैं। यह तब प्राप्त होता है जब हम $t$ के लिए $\mathrm{R}$ के छोटे से समय अवधि में $\mathrm{P}$ पर विचार करते हैं (अर्थात् $\mathrm{t}$ शून्य के पास पहुँचता है)। इसलिए, अनंत छोटे $r{\text {inst }}$ के लिए गणितीय रूप से $t=600 \mathrm{~s}$ के लिए तत्कालीन दर दी गई है

$$ \begin{equation*} r_{\mathrm{av}}=\frac{-\Delta[\mathrm{R}]}{\Delta t}=\frac{\Delta[\mathrm{P}]}{\Delta t} \tag{4.3} \end{equation*} $$

$\mathrm{HI}$

$$ \text { and } \mathrm{r} _{\mathrm{inst}}=\frac{-\mathrm{d}[\mathrm{R}]}{\mathrm{d} t}=\frac{\mathrm{d}[\mathrm{P}]}{\mathrm{d} t} $$

चित्र 4.2 बटल क्लोराइड के हाइड्रोलिसिस की तत्कालीन दर $\mathrm{H_2}$

<img src=“https://temp-public-img-folder.s3.ap-south-1.amazonaws.com/sathee.prutor.images/images/ncertbook/che/c12/chemical_kinetics/ncert_c12_ch03_Instantaneous_rate_of_hydrolysis.png"">

इसे आंकड़े के रूप में निर्धारित किया जा सकता है $\mathrm{I_2}$ के बीच एक स्पर्श रेखा खींचकर $\mathrm{HI}$ के घनत्व के $\mathrm{H_2}$ या $\mathrm{I_2}$ के घनत्व के $\Delta[\mathrm{HI}]$ के बिंदु पर या $=-\frac{1}{2} \frac{\Delta[\mathrm{HI}]}{\Delta t}=\frac{\Delta\left[\mathrm{H_2}\right]}{\Delta t}=\frac{\Delta\left[\mathrm{I_2}\right]}{\Delta t}$ के बिंदु पर और उसकी झुकाव की गणना करके (चित्र 4.1)। इस स्पर्श रेखा की झुकाव $\mathrm{N_2} \mathrm{O_5}$ की तत्कालीन दर देती है। $$ \begin{aligned} & \text { So, } r_{\text {inst }} \text { at } 600 \mathrm{~s}=-\left(\frac{0.0165-0.037}{(800-400) \mathrm{s}}\right) \mathrm{mol} \mathrm{L}^{-1}\\ & =5.12 \times 10^{-5} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} \mathrm{~s}^{-1} \\ & \text { At } t=250 \mathrm{~s} \quad r_{\text {inst }}=1.22 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} \mathrm{~s}^{-1} \\ & \text { At } t=350 \mathrm{~s} \quad r_{\text {inst }}=1.0 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} \mathrm{~s}^{-1} \\ & \text { At } t=450 \mathrm{~s} \quad r_{\text {inst }}=6.4 \times 10^{-5} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} $$

अब एक अभिक्रिया पर विचार करें $ \mathrm{Hg}(\mathrm{l})+\mathrm{Cl_2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{HgCl_2}(\mathrm{~s}) $

जहाँ प्रतिक्रियापद और उत्पादों के स्टोइकियोमेट्रिक गुणांक समान हैं, तो अभिक्रिया की दर इस प्रकार दी जाती है

$ \text { अभिक्रिया की दर }=-\frac{\Delta[\mathrm{Hg}]}{\Delta t}=-\frac{\Delta\left[\mathrm{Cl_2}\right]}{\Delta t}=\frac{\Delta\left[\mathrm{HgCl_2}\right]}{\Delta t} $

अर्थात्, किसी भी प्रतिक्रियापद की गिरावट की दर उत्पादों की उपस्थिति की दर के समान है। लेकिन इस अभिक्रिया के लिए, $\mathrm{CCl_4}$ के दो मोल $318 \mathrm{~K}$ और $\mathrm{N_2} \mathrm{O_5}$ के एक मोल प्रत्येक उत्पन्न करते हैं,

$$ 2 \mathrm{HI}(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{I_2}(\mathrm{~g}) $$

जहाँ प्रतिक्रियापद या उत्पादों के स्टोइकियोमेट्रिक गुणांक एक से अलग नहीं हैं, किसी भी प्रतिक्रियापद की गिरावट की दर या उत्पादों की उपस्थिति की दर को उनके संबंधित स्टोइकियोमेट्रिक गुणांकों से विभाजित किया जाता है। $\mathrm{N_2} \mathrm{O_5}$ की खपत की