મુખ્ય વિષયવસ્તુ

Course: રસાયણવિજ્ઞાન લાઈબ્રેરી > Unit 17

Lesson 3: આર્હેનિયસ સમીકરણ અને પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ

ઉદ્દીપકના પ્રકાર

Google વર્ગખંડ

ઉદ્દીપક શું છે? ઉત્સેચક, ઍસિડ-બેઈઝ ઉદ્દીપક, અને વિષમાંગ (અથવા સપાટીય) ઉદ્દીપનના ઉદાહરણનો સમાવેશ.

મુખ્ય બાબતો

ઉદ્દીપક એવો પદાર્થ છે જે પ્રક્રિયામાં ભાગ લીધા વિના પ્રક્રિયાનો વેગ વધારવા ઉમેરવામાં આવે છે.
ઉદ્દીપક સામાન્ય રીતે સક્રિયકરણ ઊર્જા ઘટાડીને અથવા પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ બદલીને પ્રક્રિયાની ઝડપ વધારે છે.
ઉત્સેચકો પ્રોટીન છે જે જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં ઉદ્દીપક તરીકે કામ કરે છે.
ઉદ્દીપકના સામાન્ય પ્રકારમાં ઉત્સેચકો, ઍસિડ-બેઈઝ ઉદ્દીપક, અને વિષમાંગ (અથવા પૃષ્ઠ) ઉદ્દીપકનો સમાવેશ થાય છે.

પરિચય: પ્રયોગ વડે રાસાયણિક ગતિકી

તમારું મગજ ગ્લુકોઝના ઓક્સિડેશન વડે ચાલે છે. ગ્લુકોઝનું ઓક્સિડેશન નીચેની સંતુલિત રાસાયણિક પ્રક્રિયા વડે દર્શાવી શકાય:

C_{6} H_{12} O_{6} (s) + 6 O_{2} (g) \to 6 C O_{2} (g) + 6 H_{2} O (l) + ઉષ્મા Δ G^{\circ} આગળ 25^{\circ} C = - 2885 \frac{kJ}{મોલ}

આ પ્રક્રિયા વગર, રસાયણવિજ્ઞાનનો અભ્યાસ ઘણો અઘરો છે. સદનસીબે, ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા

25^{\circ} C

આગળ ઉષ્મીય રીતે થાય છે કારણકે

Δ G^{\circ} < 0

આપણે શા માટે પ્રયત્ન ન કરીએ? કોઈ ખોરાક શોધો જે સારો અને ગળ્યો હોય. કેટલોક ઓક્સિજન વાયુ ઉમેરો (દા.ત. તેને હવામાં ખુલ્લો રાખો). શું થાય છે?

શું તમે મુક્ત થતી ઉષ્મા ઊર્જા નોંધી? પાણીનું નિર્માણ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાયુના વિસ્ફોટ?

સંભાવનાઓ છે, સૂકી દરાખ થોડું વધારે સુકાવા કરતા બીજું કાંઈ કરતી નથી. તેમછતાં, ગ્લુકોઝનું ઓક્સિડેશન એ તરફેણ કરતી પ્રક્રિયા છે, એવું કહી શકાય કે પ્રક્રિયાનો વેગ ઘણો જ ધીમો છે.

પ્રક્રિયાનો વેગ નીચેના પરિબળ પર આધાર રાખે છે:

સક્રિયકરણ ઊર્જા
તાપમાન: જો તમે સૂકી દરાખને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરો, તો તે કદાચ આગ પકડશે અને ઓક્સિડેશન પામે

આ બંને પરિબળ નજીકથી સંબંધ ધરાવે છે: પ્રક્રિયાનું તાપમાન વધારતા પ્રક્રિયક અણુઓની ગતિઊર્જા વધે છે. આ એ સંભાવના વધારે છે કે તેઓ પાસે સક્રિયકરણ અવરોધને દૂર કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા હશે.

તમારું શરીર ગ્લુકોઝના ઓક્સિડેશન માટે આ પ્રશ્ન કઈ રીતે ઉકેલે છે? તમારા શરીરનું તાપમાન

25^{\circ} C

કરતા વધુ હોતું નથી, તેથી આ પ્રક્રિયા તમારા શરીરમાં સતત કઈ રીતે થાય છે?

જૈવિક તંત્ર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાનો વેગ વધારવા માટે ઉદ્દીપક નો ઉપયોગ કરે છે જેથી તે નીચા તાપમાને ઝડપી વેગથી થઈ શકે. આ આર્ટિકલમાં, આપણે ઉદ્દીપક શું છે, અને જુદા જુદા પ્રકારના ઉદ્દીપક વિશે વાત કરીશું.

ઉદ્દીપક શું છે?

ઉદ્દીપક એવો પદાર્થ છે જે પ્રક્રિયામાં ભાગ લીધા વિના પ્રક્રિયાનો વેગ વધારવા ઉમેરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે તે નીચેના વડે કામ કરે છે

સંક્રાંતિ અવસ્થાની ઊર્જા ઘટાડે છે, આમ સક્રિયકરણ ઊર્જા ઘટાડે છે, અને/અથવા
પ્રક્રિયાની ક્રિયાવિધિ બદલે છે. આ સંક્રાંતિ અવસ્થાની પ્રકૃતિ (અને ઊર્જા) પણ બદલે છે.

ઉદ્દીપક બધી જ જગ્યાએ છે! ઘણી જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, જેવી કે ગ્લુકોઝનું ઓક્સિડેશન, ઉત્સેચકો પર ઘણું આધાર રાખે છે, જે ઉદ્દીપક તરીકે વર્તતા પ્રોટીન છે.

ઉદ્દીપકના સામાન્ય પ્રકારમાં ઍસિડ-બેઈઝ ઉદ્દીપક, અને વિષમાંગ (અથવા પૃષ્ઠ) ઉદ્દીપકનો સમાવેશ થાય છે.

ઉદાહરણ: કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ

ઉત્સેચક કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ કાર્બોનિક ઍસિડ બનાવવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ

({CO}_{2})

અને પાણી

(H_{2} O)

ની પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરે છે. જ્યારે શરીરમાં

{CO}_{2}

ની સાંદ્રતા ઘણી વધારે હોય, ત્યારે કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ નીચેની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરે છે:

{CO}_{2} + H_{2} O \to H_{2} {CO}_{3}

રુધિર અને પેશીઓમાં કાર્બોનિક ઍસિડની સાંદ્રતાનું નિયમન કરીને, ઉત્સેચક શરીરમાં

pH

ને સંતુલિત રાખવામાં મદદ કરે છે.

માનવ કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ II ની આકૃતિ. શું રસાયણવિજ્ઞાન સુંદર નથી? પ્રોટીનના કેન્દ્રમાં રાખોડી ગોળો ઝિંક આયન છે. Image from Wikimedia Commons, public domain

કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ ખુબ જ ઝડપી ઉત્સેચક તરીકે જાણીતું છે, જેનો પ્રક્રિયા વેગ

10^{4}

અને

10^{6}

પ્રક્રિયા પ્રતિ સેકન્ડની વચ્ચે છે. આ ઉદ્દીપ્ત ન કરાયેલી પ્રક્રિયાની સરખામણીમાં વધુ સુંદર છે, જેની પાસે વેગ ~

0.2

પ્રક્રિયા પ્રતિ સેકન્ડ છે. આ વેગમાં ~

10^{5} - 10^{7}

નો વધારો છે.

નીચેની આકૃતિ કાર્બોનિક ઍસિડ બનાવવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણી વચ્ચેની પ્રક્રિયા માટે ઉર્જા આકૃતિ બતાવે છે. ઉદ્દીપક સાથેની પ્રક્રિયા ભૂરી રેખા વડે બતાવી છે, ઉદ્દીપ્ત ન થયેલી પ્રક્રિયા લાલ રેખા વડે દર્શાવેલી છે.

કાર્બોનિક ઍસિડ બનાવવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણી વચ્ચે થતી પ્રક્રિયા માટે ઊર્જાની આકૃતિ ઉદ્દીપકનો ઉમેરો (ભૂરી રેખા) સંક્રાંતિ અવસ્થાની ઊર્જાને ઓછી કરે છે, પણ ઉદ્દીપ્ત ન થયેલી પ્રક્રિયા (લીલી રેખા) ની સરખામણીમાં $Δ H_{rxn}$ ‍ બદલાતું નથી. Image from Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

ઉદ્દીપક પ્રક્રિયા માટે સંક્રાંતિ અવસ્થાની ઊર્જા ઘટાડે છે. સંક્રાંતિ અવસ્થા ઊર્જા અને પ્રક્રિયક ઊર્જા વચ્ચેનો તફાવત સક્રિયકરણ ઊર્જા છે, તેથી સંક્રાંતિ અવસ્થા ઊર્જા ઘટાડતા સક્રિયકરણ ઊર્જા ઓછી થાય છે.

સારો સવાલ! આર્હેનિયસ સમીકરણ વેગ અચળાંક

k

અને સક્રિયકરણ ઊર્જા,

E_{a}

વચ્ચે સંબંધ બતાવે છે:

k = A e^{- E_{a} / RT}

જ્યાં

A

પૂર્વ-ઘતાંકીય અવયવ છે,

R

વાયુ અચળાંક છે, અને

T

કેલ્વિનમાં તાપમાન છે.

સમીકરણના જુદા જુદા ભાગ અને તેનો ઉપયોગ કઈ રીતે થાય એના વિશે વધુ શીખો, આર્હેનિયસ સમીકરણ વિડીયો ચકાસો.

નોંધો કે પ્રક્રિયક અને નિપજની ઊર્જાઓ ઉદ્દીપ્ત અને ઉદ્દીપ્ત ન થયેલી પ્રક્રિયાઓ માટે સમાન છે. તેથી, પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થતી એકંદર ઊર્જા,

Δ H_{rxn}

, જયારે તમે ઉત્સેચક્ને ઉમેરો ત્યારે બદલાતી નથી. આ ખુબ જ મહત્વની બાબત દર્શાવે છે: પ્રક્રિયાની રાસાયણિક ગતિકી, દા.ત, પ્રક્રિયાનો વેગ, પ્રક્રિયાના ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર સાથે સીધા સંબંધિત નથી.

ઍસિડ-બેઇઝ ઉદ્દીપક

ઍસિડ ઉદ્દીપનમાં, ઉદ્દીપક સામાન્ય રીતે

H^{+}

આયન છે. બેઈઝ ઉદ્દીપનમાં, ઉદ્દીપક સામાન્ય રીતે

{OH}^{-}

આયન છે.

પ્રક્રિયાનું ઉદાહરણ જે ઍસિડ વડે ઉદ્દીપ્ત થાય છે એ સુક્રોઝનું જળવિભાજન છે, જેને ખાંડ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. સુક્રોઝ એ બે સરળ શર્કરા (અથવા મોનોસેક્કેરાઇડ્સ), ગ્લુકોઝ અને ફ્રૂકટોઝનું સંયોજન છે. ઍસિડ અથવા સુક્રેઝ જેવા ઉત્સેચકના ઉમેરા સાથે, સુક્રોઝનું નીચેની પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી વડે ગ્લુકોઝ અને ફ્રૂકટોઝમાં વિભાજન કરી શકાય.

સુક્રોઝ પરથી ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝ બનાવવા માટે ઍસિડ-ઉદ્દીપ્ત પ્રક્રિયા, જેને ખાંડ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે

પ્રથમ તબક્કામાં, સુક્રોઝ પ્રોટોન ધરાવતો સુક્રોઝ બનાવવા માટે

H^{+}

સાથે (લાલમાં) પ્રક્રિયા કરે છે. પ્રોટોન ધરાવતો સુક્રોઝ

H^{+}

આપવા માટે પાણી (ભૂરામાં) સાથે પ્રક્રિયા કરે છે, ગ્લુકોઝનો એક અણુ અને ફ્રુક્ટોઝનો એક અણુ એકંદર પ્રક્રિયાને નીચે મુજબ લખી શકાય:

સુક્રોઝ + H_{2} O \overset{ઍસિડ ઉદ્દીપક}{\to} ગ્લુકોઝ + ફ્રુક્ટોઝ

H^{+}

પ્રક્રિયક અને નીપજ બંને બાજુએ એકસમાન જથ્થામાં દેખાય છે, તેથી તેનો ઉપયોગ પ્રક્રિયા દરમિયાન થતો નથી. તેથી, ઉદ્દીપક એકંદર પ્રક્રિયાની પ્રક્રિયક અને નીપજ બાજુએ દેખાતો નથી.

વિષમાંગ અને પૃષ્ઠ ઉદ્દીપક

વિષમાંગ ઉદ્દીપક એવા ઉદ્દીપક છે જે પ્રક્રિયક કરતા જુદી અવસ્થામાં હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉદ્દીપક ઘન અવસ્થામાં હોઈ શકે જ્યારે પ્રક્રિયક પ્રવાહી અથવા વાયુ અવસ્થામાં હોઈ શકે.

ઉદ્દીપક જે પ્રક્રિયકની જેમ જ સમાન અવસ્થામાં હોય છે તેને સમાંગ ઉદ્દીપક કહેવામાં આવે છે. વિષમાંગ ઉદ્દીપક મહત્વના છે! ઉત્સેચકો સમાંગ ઉદ્દીપકોનું ઉદાહરણ છે, અને ઍસિડ વિષમાંગ ઉદ્દીપક પણ હોઈ શકે.

વિષમાંગ ઉદ્દીપકનું એક ઉદાહરણ ગેસોલીન અથવા ડીઝલ-કારમાં ઉદ્દીપક કન્વર્ટર છે. ઉદ્દીપક કન્વર્ટરમાં સંક્રાંતિ ધાતુ ઉદ્દીપકને ઘન અવસ્થાના આધાર પર મૂકવામાં આવે છે. ઘન-અવસ્થાનો ઉદ્દીપક કારમાંથી નીકળતા વાયુ સાથે સંપર્કમાં આવે છે, બહાર નીકળતા ધુમાડામાં પ્રદૂષકોમાંથી ઓછી ઝેરી નીપજ બનાવવા માટે પ્રક્રિયાનો વેગ વધારે છે જેમ કે કાર્બન મોનોક્સાઈડ અને ન બળેલું બળતણ.

ઉદ્દીપક કન્વર્ટરની અંદર ધન અવસ્થાના ઉદ્દીપક ઝેરી વાયુ, ન બળેલા બળતણ, અને ચોક્કસ દ્રવ્યોના ઉત્સર્જનને ઓછું કરે છે. ઘન આધાર પાસે સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધુ હોય છે જેથી નીકળતી વરાળ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવા ઉપલબ્ધ ઉદ્દીપકની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધારી શકાય. Image from Oak Ridge National Laboratory on flickr, CC BY-NC-ND 2.0

ઉદ્દીપક કન્વર્ટર એ પૃષ્ઠ ઉદ્દીપક નું પણ ઉદાહરણ છે, જ્યાં પ્રક્રિયક અણુઓ નીપજ બનાવવા ઉદ્દીપક સાથે પ્રક્રિયા કરે એ પહેલા તેનું પૃષ્ઠ ઘનમાં શોષણ થાય છે. પૃષ્ઠ-ઉદ્દીપ્ત પ્રક્રિયાનો વેગ પ્રક્રિયકો સાથે સંપર્કમાં રહેલા ઉદ્દીપકના સપાટીના ક્ષેત્રફળ સાથે વધે છે. તેથી, ઉદ્દીપક કન્વર્ટરની અંદર ઘન આધાર પાસે સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધુ હોય છે, તેથી તે છિદ્રાળુ મધપૂડા જેવું દેખાય છે.

વિષમાંગ અને પૃષ્ઠ ઉદ્દીપકનું બીજું ઉદાહરણ પ્લાસ્ટિક (અથવા પોલિમર) બનાવવા માટે થતી પ્રક્રિયા છે જેમ કે પોલીઇથિલિન આ ઉદ્દીપકોને ઝિગ્લર-નાટ્ટા ઉદ્દીપક કહેવામાં આવે છે, અને પ્લાસ્ટિકની થેલીથી દહીંના કપ બધું જ બનાવવા માટે તેમનો ઉપયોગ થાય છે. સંક્રાંતિ ધાતુ ઉદ્દીપક વાયુ અથવા દ્રાવણ અવસ્થામાં શરૂઆતના પદાર્થ (મોનોમર) સાથે પ્રક્રિયા કરે એ પહેલા આધાર પર જોડાય છે.

પોલીઇથિલિનનો ઉપયોગ પણ કૃત્રિમ હાડકાના નિર્માણમાં થાય છે! પોલીઇથિલિન સોકેટમાં કૃત્રિમ નિતંબમાં આ મેટલ બોલ હાડકું બંધબેસે છે, જે x-ray માં સ્પષ્ટ દેખાય છે. Image from Wikimedia Commons, public domain

પ્રક્રિયકો વાયુ અવસ્થામાં છે, તેમછતાં નીપજ પોલિમર ઘન હોઈ શકે. આ પ્રક્રિયાને પોપકોર્ન બનાવવાને સમાન જ જોઈ શકાય: ન ફૂટેલા મકાઈના દાણા ઘન આધાર પર ઉદ્દીપક જેવા છે. વાયુમય મોનોમર ઘન નીપજ પોલિમરનું સ્તર બનાવવા માટે પ્રક્રિયા કરે છે જે ઉદ્દીપકની સપાટી પર બંધાય છે, જે પોલિમર "પોપકોર્ન" બને છે. રસાયણવિજ્ઞાન

-

તે જાદુ જેવું છે!

સારાંશ

ઉદ્દીપક એવો પદાર્થ છે જે પ્રક્રિયામાં ભાગ લીધા વિના પ્રક્રિયાનો વેગ વધારવા ઉમેરવામાં આવે છે.
ઉદ્દીપક સામાન્ય રીતે સક્રિયકરણ ઊર્જા ઘટાડીને અથવા પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ બદલીને પ્રક્રિયાની ઝડપ વધારે છે.
ઉત્સેચકો પ્રોટીન છે જે જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં ઉદ્દીપક તરીકે કામ કરે છે.
ઉદ્દીપકના સામાન્ય પ્રકારમાં ઉત્સેચકો, ઍસિડ-બેઈઝ ઉદ્દીપક, અને વિષમાંગ (અથવા પૃષ્ઠ) ઉદ્દીપકનો સમાવેશ થાય છે.

એટ્રીબ્યુશન

"શરીરમાં ગ્લુકોઝ ઓક્સિડેશનની રાસાયણિક ગતિકી" from MIT OCW, 5.111 Principles of Chemical Science, CC-BY-NC-SA 4.0
“ઉદ્દીપકના પ્રકારનો પરિચય" from UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0.
“સુક્રોઝ" from UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0
"કાર્બનિક એનહાઈડ્રેઝ" on Wikipedia, CC BY-SA 3.0

The modified article is licensed under a CC-BY-NC-SA 4.0 license.

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.