प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया

उत्क्रमणीय प्रतिक्रिया वह प्रतिक्रिया है जिसमें अभिकारकों का उत्पादों में रूपांतरण और उत्पादों का अभिकारकों में रूपांतरण एक साथ होता है।

${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D}}$

ए और बी सी और डी बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकते हैं या, विपरीत प्रतिक्रिया में, सी और डी ए और बी बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकते हैं। यह ऊष्मप्रवैगिकी में एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) से अलग है।

कमजोर अम्ल और क्षार (रसायन विज्ञान) प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बोनिक एसिड:

एच₂सीओ_{3 (l)} + एच₂O_(l) ⇌ एचसीओ₃⁻_(aq) + एच₃O⁺_(aq).

एक संतुलन मिश्रण में अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता अभिकर्मकों (ए और बी या सी और डी) की विश्लेषणात्मक सांद्रता और संतुलन स्थिरांक, के द्वारा निर्धारित की जाती है। संतुलन स्थिरांक का परिमाण गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन पर निर्भर करता है प्रतिक्रिया। इसलिए, जब मुक्त ऊर्जा परिवर्तन बड़ा होता है (लगभग 30 kJ mol से अधिक)।⁻¹), संतुलन स्थिरांक बड़ा है (लॉग K > 3) और संतुलन पर अभिकारकों की सांद्रता बहुत छोटी है। ऐसी प्रतिक्रिया को कभी-कभी एक अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया माना जाता है, हालांकि प्रतिक्रियाशील प्रणाली में अभी भी थोड़ी मात्रा में अभिकारकों के मौजूद होने की उम्मीद की जाती है। वास्तव में अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रिया आमतौर पर तब प्राप्त होती है जब उत्पादों में से एक प्रतिक्रियाशील प्रणाली से बाहर निकलता है, उदाहरण के लिए, जैसे प्रतिक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड (अस्थिर) होता है

सीएसीओ₃ + 2HCl → CaCl₂ + एच₂ओ + सीओ₂↑

इतिहास

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया की अवधारणा 1803 में क्लाउड लुई बर्थोलेट द्वारा पेश की गई थी, जब उन्होंने एक नमक झील के किनारे पर सोडियम कार्बोनेट क्रिस्टल के गठन को देखा था। (चूना पत्थर में मिस्र की नैट्रॉन झीलों में से एक):

2NaCl + CaCO₃ → बस इतना ही₂सीओ₃ + CaCl₂

उन्होंने इसे परिचित प्रतिक्रिया के विपरीत माना

ना₂सीओ₃ + CaCl₂→ 2NaCl + CaCO₃

उस समय तक, यह सोचा जाता था कि रासायनिक प्रतिक्रियाएँ हमेशा एक ही दिशा में आगे बढ़ती हैं। बर्थोलेट ने तर्क दिया कि झील में नमक की अधिकता ने सोडियम कार्बोनेट के निर्माण की ओर विपरीत प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने में मदद की। 1864 में, पीटर वेज और काटो मैक्सिमिलियन गुल्डबर्ग ने सामूहिक कार्रवाई का अपना कानून तैयार किया, जिसने बर्थोलेट के अवलोकन को निर्धारित किया। 1884 और 1888 के बीच, हेनरी लुई ले चेटेलियर और कार्ल फर्डिनेंड ब्रौन ने ले चेटेलियर के सिद्धांत को तैयार किया, जिसने संतुलन की स्थिति पर एकाग्रता के अलावा अन्य कारकों के प्रभावों पर एक ही विचार को और अधिक सामान्य कथन तक विस्तारित किया।

प्रतिक्रिया गतिकी

प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया A⇌B के लिए, आगे के चरण A→B की दर स्थिर होती है $k_{1}$ और पीछे के चरण B→A की दर स्थिरांक है $k_{-1}$. A की सांद्रता निम्नलिखित अंतर समीकरण का पालन करती है:

${\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]$.

(1)

यदि हम मानते हैं कि किसी भी समय उत्पाद बी की सांद्रता समय पर अभिकारकों की सांद्रता शून्य से शून्य के बराबर होती है $t$, हम निम्नलिखित समीकरण स्थापित कर सकते हैं:

$[B]=[A]_{\text{0}}-[A]$.

(2)

का मेल 1 और 2, हम लिख सकते हैं

${\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])$.

प्रारंभिक मान का उपयोग करके चरों का पृथक्करण संभव है $[A](t=0)=[A]_{0}$, हमने प्राप्त:

$C={\frac {{-\ln }(-k_{\text{1}}[A]_{\text{0}})}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}$

और कुछ बीजगणित के बाद हम अंतिम गतिज अभिव्यक्ति पर पहुंचते हैं:

$[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}$.

अनंत समय पर A और B की सांद्रता का व्यवहार इस प्रकार होता है:

$[A]_{\infty }={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}$

$[B]_{\infty }=[A]_{\text{0}}-[A]_{\infty }=[A]_{\text{0}}-{\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}$

${\frac {[B]_{\infty }}{[A]_{\infty }}}={\frac {k_{\text{1}}}{k_{\text{-1}}}}=K_{\text{eq}}$

$[A]=[A]_{\infty }+([A]_{\text{0}}-[A]_{\infty })\exp(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}})t$

इस प्रकार, निर्धारित करने के लिए सूत्र को रैखिक बनाया जा सकता है $k_{1}+k_{-1}$:

$\ln([A]-[A]_{\infty })=\ln([A]_{\text{0}}-[A]_{\infty })-(k_{\text{1}}+k_{\text{-1}})t$

व्यक्तिगत स्थिरांक ज्ञात करना $k_{1}$ और $k_{-1}$, निम्नलिखित सूत्र आवश्यक है:

$K_{\text{eq}}={\frac {k_{\text{1}}}{k_{\text{-1}}}}={\frac {[B]_{\infty }}{[A]_{\infty }}}$

यह भी देखें

• गतिशील संतुलन
• रासायनिक संतुलन
• अपरिवर्तनीयता
• सूक्ष्म उत्क्रमणीयता
• स्थिर संतुलन