મુખ્ય વિષયવસ્તુ

રસાયણવિજ્ઞાન લાઈબ્રેરી

Course: રસાયણવિજ્ઞાન લાઈબ્રેરી > Unit 17

Lesson 3: આર્હેનિયસ સમીકરણ અને પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ

પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ અને વેગનો નિયમ

મુખ્ય બાબતો

પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ પ્રાથમિક તબક્કાઓની શ્રેણી છે જેના વડે રાસાયણિક પ્રક્રિયા થાય છે.
જે પ્રક્રિયા બે અથવા વધુ પ્રાથમિક તબક્કાઓમાં થાય તેને મલ્ટીસ્ટેપ અથવા જટિલ પ્રક્રિયા કહે છે.
પ્રક્રિયા મધ્યવર્તી રાસાયણિક ઘટક છે જે એક પ્રાથમિક તબક્કામાં બને છે અને પછીના તબક્કામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધીમાં સૌથી ધીમો તબક્કો વેગ-નિર્ણાયક તબક્કા તરીકે ઓળખાય છે.
વેગ-નિર્ણાયક તબક્કો એકંદર વેગને નિયંત્રિત કરે છે અને તેથી એકંદર પ્રક્રિયા માટે વેગનો નિયમ નક્કી કરે છે.

પરિચય: એક કરતા વધુ તબક્કાની પ્રક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગતિકીની એક સૌથી મહત્વની એક ઉપયોગીતા પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ અથવા તબક્કાઓની શ્રેણીનો અભ્યાસ છે જેના વડે રાસાયણિક પ્રક્રિયા થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન મોનોક્સાઈડ સાથે નાઈટ્રોજન ડાયોક્સાઈડની પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લો:

\ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \rightarrow \ce{NO}(g) + \ce{CO}_2(g)

સંતુલિત પ્રક્રિયાના આધારે, આપણે અભિધારણા કરી શકીએ કે આ પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઈડના અણુ અને કાર્બન મોનોક્સાઇડના અણુ વચ્ચેની એક જ અથડામણ પરથી થાય છે. બીજા શબ્દોમાં, આપણે આ પ્રાથમિક પ્રક્રિયા ની અભિધારણા કરીએ.

[પ્રાથમિક પ્રક્રિયાઓ શું છે?]

જો આવું હોય, તો વેગનો નિયમ સમતોલિત રાસાયણિક સમીકરણમાં પ્રક્રિયક સહગુણકો પર આધાર રાખશે:

\text{વેગ} = k[\ce{NO2}][\text{CO}]

તેમછતાં, જ્યારે આ સમીકરણનો પ્રાયોગિક અભ્યાસ કરીએ, ત્યારે વેગનો નિયમ

\text{વેગ} = k[\ce{NO2}]^2

પ્રાયોગિક વેગ નિયમ પ્રાથમિક તબક્કાઓની ધારણા કરીને એક તારવેલા સાથે બંધબેસતો નથી, તેથી આપણે તરત જ જાણીએ છીએ કે પ્રક્રિયામાં એક કરતા વધુ તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે. પ્રક્રિયાઓ જેમાં બે અથવા વધુ પ્રાથમિક તબક્કાઓનો સમાવેશ થતો હોય તેને મલ્ટીસ્ટેપ અથવા જટિલ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે. આપણે પછીના વિભાગમાં જોઈશું કે, આપણે ક્રિયાવિધિમાં સમાયેલા દરેક તબક્કા વિશે વધારાની માહિતી મેળવવા પ્રાયોગિક વેગના નિયમનો ઉપયોગ કરી શકીએ.

ઘણા બધા તબક્કાઓની પ્રક્રિયાની ક્રિયાવિધિ

એકવાર પ્રક્રિયા માટે પ્રાયોગિક વેગ નિયમ જાણી લઈએ, પછી રસાયણવિજ્ઞાની શક્ય પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિનું અવલોકન કરી શકીએ. ઓછામાં ઓછું, શક્ય પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ નીચેની બે શરતોનું પાલન કરતી હોવી જોઈએ:

ક્રિયાવિધીમાં પ્રાથમિક તબક્કાઓ માટે સમીકરણોનો સરવાળો પ્રક્રિયા માટેના એકંદર સમીકરણ જેટલો થવો જોઈએ.
ક્રિયાવિધિ પ્રાયોગિક વેગ નિયમ સાથે સુસંગત હોવી જ જોઈએ.

ચાલો

\ce{NO2}

અને

\ce{CO}

વચ્ચેની પ્રક્રિયા માટે સૂચવેલી ક્રિયાવિધિને ઉકેલવા આ શરતોનો ઉપયોગ કરીએ. એવું માનવામાં આવે છે કે આ પ્રક્રિયા બે પ્રાથમિક તબક્કાઓમાં થવી જોઈએ:

\begin{aligned}\text{તબક્કો 1:}&\quad \ce{NO2}(g) + \ce{NO2}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{NO3}(g) \\\\[-0.50em] \text{તબક્કો 2:}&\kern1.5em \ce{NO3}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO2}(g) + \ce{CO2}(g)\end{aligned}

સૌપ્રથમ, ચાલો ચકાસીએ કે આ બે તબક્કાઓ માટેના સમીકરણોનો સરવાળો એકંદર પ્રક્રિયા સમીકરણ જેટલો જ થવો જોઈએ:

\begin{aligned} \text{તબક્કો 1:}&\quad \ce{NO2}(g) + \blueD{\cancel{\ce{NO2}(g)}} \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \maroonD{\cancel{\ce{NO3}(g)}} \\\\[-0.50em] \text{તબક્કો 2:}&\kern1.5em \maroonD{\cancel{\ce{NO3}(g)}} + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \blueD{\cancel{\ce{NO2}(g)}} + \ce{CO2}(g) \\\\[-0.75em] &\kern1.4em \overline{\phantom{\ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{CO2}(g)}} \\\\[-2em] \text{એકંદર:}&\kern1.5em \ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{CO2}(g) \end{aligned}

ચકાસો! નોંધો કે એક અણુ,

\ce{NO3}

, ક્રિયાવિધિના બંને તબક્કામાં દેખાય છે પણ એકંદર સમીકરણમાં દેખાતો નથી. આ ઉદાહરણમાં,

\ce{NO3}

પ્રક્રિયા મધ્યવર્તી છે, ઘટક જે એક તબક્કામાં બને છે અને પછીના તબક્કામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

પછી, ચાલો નક્કી કરીએ કે પ્રાયોગિક વેગ નિયમ સાથે બે-તબક્કા ક્રિયાવિધિ સાથે સુસંગત છે. આ કરવા માટે, આપણે જાણવાની જરૂર છે કે બેમાંથી કયો તબક્કો વેગ-નિર્ણાયક તબક્કો છે, અથવા ક્રિયાવિધિમાં કયો તબક્કો સૌથી ધીમો છે. પ્રક્રિયા તેના સૌથી ધીમા તબક્કા કરતા ઝડપી થઈ શકે નહિ, તેથી વેગ-નિર્ણાયક તબક્કો પ્રક્રિયાના એકંદર વેગને અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરે છે. ટ્રાફિક જામ કઈ રીતે એકંદર વેગને નિયંત્રિત કરે છે જે દરથી કાર હાઈવે પર ગતિ કરી શકે, હાઈવેના બીજા ભાગ ચોખ્ખા હોય તો પણ.

આપણી સૂચવેલી ક્રિયાવિધીમાં, વેગ-નિર્ણાયક તબક્કો પ્રથમ તબક્કો છે:

\begin{aligned} \text{તબક્કો 1:}&\quad \ce{NO2}(g) + \ce{NO2}(g) \xrightarrow{slow} \ce{NO}(g) + \ce{NO3}(g) \\\\[-0.50em] \text{તબક્કો 2:}&\kern1.5em \ce{NO3}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{fast} \ce{NO2}(g) + \ce{CO2}(g) \end{aligned}

તબક્કો 1 પ્રક્રિયાના એકંદર વેગનું નિયમન કરે છે, આ તબક્કા માટે વેગનો નિયમ એકંદર વેગના નિયમને સમાન જ હશે. તેથી એકંદર પ્રક્રિયા માટે વેગનો નિયમ

\text{વેગ} = k[\ce{NO2}]^2

આ વેગનો નિયમ આપણે અગાઉ જોયેલા પ્રાયોગિક-વેગના નિયમ સાથે સંમત થાય છે, તેથી ક્રિયાવિધિ પણ બીજી શરતનું પાલન કરે છે (ચકાસ્યું) ! પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ બંને શરતોનું પાલન કરે છે, તેથી આપણે કહી શકીએ કે તે પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય ક્રિયાવિધિ છે.

સારાંશ

પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ પ્રાથમિક તબક્કાઓની શ્રેણી છે જેના વડે રાસાયણિક પ્રક્રિયા થાય છે.
જે પ્રક્રિયા બે અથવા વધુ પ્રાથમિક તબક્કાઓમાં થાય તેને મલ્ટીસ્ટેપ અથવા જટિલ પ્રક્રિયા કહે છે.
પ્રક્રિયા મધ્યવર્તી રાસાયણિક ઘટક છે જે એક પ્રાથમિક તબક્કામાં બને છે અને પછીના તબક્કામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધીમાં સૌથી ધીમો તબક્કો વેગ-નિર્ણાયક તબક્કા તરીકે ઓળખાય છે.
વેગ-નિર્ણાયક તબક્કો એકંદર વેગને નિયંત્રિત કરે છે અને તેથી એકંદર પ્રક્રિયા માટે વેગનો નિયમ નક્કી કરે છે.

વાર્તાલાપમાં જોડાવા માંગો છો?

લોગ ઇન

વડે ગોઠવવું:

No posts yet.

શું તમે અંગ્રેજી સમજો છો? ખાનએકેડેમીની અંગ્રેજીની સાઇટ પર વધુ ચર્ચા થતી જોવા માટે અહીં ક્લિક કરો.