If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

જો તમે વેબ ફિલ્ટરની પાછળ હોવ, તો કૃપા કરીને ખાતરી કરો કે ડોમેન્સ *.kastatic.org અને *.kasandbox.org અનબ્લોક થયા છે.

મુખ્ય વિષયવસ્તુ

સંતુલન અચળાંક K

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓ, સંતુલન, અને સંતુલન અચળાંક K. K ની ગણતરી કઈ રીતે થાય, અને સંતુલન આગળ પ્રક્રિયા પ્રક્રિયકો કે નીપજોની તરફેણ કરે તે નક્કી કરવા K નો ઉપયોગ કઈ રીતે થાય. 

મુખ્ય બાબતો

  • પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા પુરોગામી અને પ્રતિગામી બંને દિશામાં આગળ જઈ શકે.
  • જ્યારે પુરોગામી પ્રક્રિયાનો વેગ બરાબર પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો વેગ થાય ત્યારે સંતુલન થાય. સંતુલન આગળ બધા પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતા અચળ હોય છે.
  • aA+bBcC+dD પ્રક્રિયા આપેલી છે, સંતુલન અચળાંક Kc, K અથવા Keq પણ કહેવાય, નીચે મુજબ પણ વ્યાખ્યાયિત થાય છે:
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
  • પ્રક્રિયાઓ જે સંતુલનમાં નથી તેના માટે, આપણે પ્રક્રિયા ભાગફળ Q નામની સમાન પદાવલિ લખી શકીએ, જેના બરાબર સંતુલન આગળ Kc થાય.
  • પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે કે નહિ તે નક્કી કરવા, સંતુલન આગળ સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા, અને સંતુલન આગળ પ્રક્રિયા પ્રક્રિયક અથવા નીપજની તરફેણ કરશે તેનો અંદાજ લગાવવા Kc અને Q નો ઉપયોગ થાય છે.

પરિચય: પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓ અને સંતુલન

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓ પુરોગામી અને પ્રતિગામી બંને દિશામાં થઇ શકે. મોટા ભાગની પ્રક્રિયાઓ બંધ પ્રણાલીમાં સૈદ્ધાંતિક રીતે પ્રતિવર્તી હોય છે, તેમછતાં કેટલીક પ્રક્રિયાઓને અપ્રતિવર્તી લેવામાં આવે છે જો તે પ્રક્રિયક અથવા નીપજના નિર્માણની ખુબ વધુ તરફેણ કરતી હોય તો. પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા સમીકરણ લખતી વખતે આપણે બે અડધા-તીરની નિશાનીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, , જે યાદ અપાવે છે કે પ્રક્રિયા નીપજ બનાવવા પુરોગામી દિશામાં, અથવા પ્રક્રિયક બનાવવા પ્રતિગામી દિશામાં જઈ શકે. પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાનું એક ઉદાહરણ ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ, N2O4, પરથી નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ, NO2, નું નિર્માણ છે:
N2O4(g)2NO2(g)
ધારો કે આપણે ઓરડાના તાપમાને ખાલી કાચના કન્ટેનરમાં કેટલોક રંગવિહીન N2O4(g) ઉમેર્યો છે. જો આપણે કેટલોક સમય શીશી પર નજર રાખીએ, તો આપણે જોઈ શકીશું કે તેમાં રહેલા વાયુનો રંગ પીળાશ પડતા નારંગીમાં ફેરવાય છે અને રંગ અચળ ન બને ત્યાં સુધી તે ધીમે ધીમે ઘેરો થતો જાય છે. તમે નીચે જોઈ શકો તે મુજબ, આપણે આ પ્રક્રિયા માટે સમયગાળા દરમિયાન NO2 અને N2O4 ની સાંદ્રતાનો આલેખ દોરી શકીએ.
y અક્ષ પર સાંદ્રતા અને x અક્ષ પર સમય સાથેનો આલેખ. નાઇટ્રોજન ડાયોકસાઇડની સાંદ્રતા શૂન્યથી શરૂ થાય છે અને તે સંતુલન સાંદ્રતા આગળ અચળ ન થાય ત્યાં સુધી વધે છે. ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઈડની સાંદ્રતા યાદ્દચ્છિક પ્રારંભિક સાંદ્રતાથી શરૂ થાય છે, પછી જ્યાં સુધી સંતુલન સાંદ્રતા આગળ ન પહોંચે ત્યાં સુધી ઘટે છે. સંતુલન આગળ, ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઈડ અને નાઇટ્રોજન ડાયોકસાઇડ બંનેની સાંદ્રતા સમય સાથે બદલાતી નથી.
ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડનું નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડમાં પ્રતિવર્તી રૂપાંતરણ માટે સાંદ્રતા વિરુદ્ધ સમયનો આલેખ। ત્રુટક રેખા વડે દર્શાવેલા સમય આગળ બંનેની સાંદ્રતા અચળ છે, અને પ્રક્રિયા સંતુલન આગળ છે. Image credit: Graph modified from OpenStax Chemistry, CC BY 4.0
પ્રારંભમાં, શીશીમાં ફક્ત N2O4 છે, અને NO2 ની સાંદ્રતા 0 M છે. જેમ N2O4 નું રૂપાંતરણ NO2 માં થાય, તેમ NO2 ની સાંદ્રતા ચોક્કસ બિંદુ સુધી વધતી જાય છે, આલેખમાં ત્રુટક રેખા વડે ડાબી બાજુ બતાવ્યું છે, અને પછી અચળ રહે છે. સમાન રીતે, N2O4 ની સાંદ્રતા જ્યાં સુધી સંતુલન સાંદ્રતા પર ન પહોંચે ત્યાં સુધી પ્રારંભિક સાંદ્રતાથી ઘટે છે. જ્યારે NO2 અને N2O4 ની સાંદ્રતાઓ અચળ રહે, ત્યારે પ્રક્રિયા સંતુલન પર પહોંચે છે.
બધી જ પ્રક્રિયાઓ રાસાયણિક સંતુલનની અવસ્થા તરફ જાય છે, બિંદુ જ્યાં પુરોગામી પ્રક્રિયાઓ અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાઓ બંને સમાન વેગે થાય છે. પુરોગામી અને પ્રતિગામી વેગ સમાન છે, તેથી પ્રક્રિયકો અને નિપજની સાંદ્રતા સંતુલન આગળ અચળ હોય છે. એ યાદ રાખવું જરૂરી છે કે સંતુલન આગળ સાંદ્રતા અચળ છે તેમછતાં, પ્રક્રિયા હજુ પણ થઇ રહી છે! તેથી જ આ અવસ્થાને કેટલીક વાર ગતિશીલ સંતુલન પણ કહેવમાં આવે છે.
સંતુલન આગળ જુદી જુદી પ્રક્રિયાઓની સાંદ્રતાઓના આધારે, આપણે સંતુલન અચળાંક Kc નામની રાશિને વ્યાખ્યાયિત કરી શકીએ, જેને ઘણી વારા Keq અથવા K પણ લખી શકાય. સબસ્ક્રીપટમાં c સાંદ્રતા માટે વપરાય છે કારણકે સંતુલન અચળાંક ચોક્કસ તાપમાન માટે સંતુલન આગળ મોલર સાંદ્રતા, molL, બતાવે છે. પ્રક્રિયા પાસે સંતુલન આગળ નીપજની સાંદ્રતા વધારે છે કે પ્રક્રિયકની તે નક્કી કરવામાં સંતુલન અચળાંક આપણને મદદ કરી શકે. પ્રક્રિયા પહેલેથી જ સંતુલનમાં છે કે નહિ તે નક્કી કરવા પણ આપણે Kc નો ઉપયોગ કરી શકીએ.

Kc ની ગણતરી કઈ રીતે કરી શકીએ?

નીચેની સંતુલિત પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લો:
aA+bBcC+dD
જો આપણે દરેક પ્રક્રિયા માટે મોલર સાંદ્રતા જાણતા હોઈએ, તો આપણે આ સંબંધનો ઉપયોગ કરીને Kc માટે કિંમત શોધી શકીએ
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
જ્યાં [C] અને [D] સંતુલન નીપજ સાંદ્રતાઓ છે; [A] અને [B] સંતુલન પ્રક્રિયક સાંદ્રતાઓ છે; તેમજ a, b, c, અને d સંતુલિત પ્રક્રિયા પરથી તત્વયોગમિતિય સહગુણકો છે. સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે મોલારીટીમાં દર્શાવાય છે, જેનો એકમ molL છે.
પાંચ સીલ કરેલી કાચની શીશીઓ. બરફથી ઢંકાયેલી અને રંગવિહીન સાથે સૌથી ડાબી બાજુની શીશી, સાથે રંગ બદલાય છે તેમજ ડાબી બાજુથી બીજી શીશીમાં ધેરો પીળા રંગનો વાયુ અને પ્રવાહી છે. ડાબી બાજુથી ત્રીજી, ચોથી, અને પાંચમી શીશીની અંદર પ્રવાહી અને વાયુ રંગમાં ઘેરો નારંગી-કથ્થાઈ બનતા જાય છે.
ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ, રંગવિહીન પ્રવાહી અને વાયુ, નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ, નારંગી-કથ્થાઈ વાયુ સાથે સંતુલનમાં છે. બંનેનો સંતુલન અચળાંક અને સંતુલન સાંદ્રતાઓ તાપમાન પર આધાર રાખે છે! ડાબીથી જમણી તરફ સીલ કરેલી શીશીનું તાપમાન: -196 C, 0 C, 23 C, 35 C, અને 50 C. Image credit: Eframgoldberg on Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Kc ની ગણતરી કરતી વખતે યાદ રાખવા જેવી કેટલીક મહત્વની બાબતો:
  • ચોક્કસ તાપમાન આગળ ચોક્કસ પ્રક્રિયા માટે Kc અચળ હોય છે. જો તમે પ્રક્રિયાનું તાપમાન બદલો, તો Kc પણ બદલાય છે.
  • શુદ્ધ ઘન અને શુદ્ધ પ્રવાહી, દ્રાવક સહીત, નો સમાવેશ સંતુલન પદાવલિમાં થતો નથી.
  • પુસ્તકના આધારે, Kc ને કેટલીક વાર એકમ વિના લખવામાં આવે છે.
  • Kc માટે યોગ્ય કિંમત મેળવવા શક્ય એટલા ન્યુનતમ પૂર્ણાંક કિંમત તરીકે લખાયેલા સહગુણકો સાથે પ્રક્રિયા સંતુલિત હોવી જોઈએ.
નોંધ: જો પ્રક્રિયકો અથવા નીપજોમાંથી કોઈ પણ વાયુ હોય, તો આપણે વાયુઓના આંશિક દબાણના સંદર્ભમાં પણ સંતુલન અચળાંક લખી શકીએ. મોલારીટી, Kc માં સાંદ્રતાના ઉપયોગથી મળતા સંતુલન અચળાંકથી તે જુદું છે તે બતાવવા આપણે તેને Kp વડે દર્શાવીએ છીએ, આપણે આ આર્ટીકલમાં, આપણે Kc પર જ ધ્યાન આપીશું.

સંતુલન આગળ Kc નું મૂલ્ય આપણને પ્રક્રિયા વિશે શું જણાવે છે?

Kc નું મૂલ્ય સંતુલન આગળ પ્રક્રિયક અને નીપજની સાંદ્રતા વિશે કેટલીક માહિતી આપી શકે.
  • જો Kc ખુબ વધારે હોય, ~1000 અથવા વધુ, તો આપણી પાસે સંતુલન આગળ મોટે ભાગે નીપજ જ હાજર હશે.
  • જો Kc ખુબ ઓછું હોય, ~0.001 અથવા ઓછું, તો આપણી પાસે સંતુલન આગળ મોટે ભાગે પ્રક્રિયક જ હાજર હશે.
  • જો Kc નું મૂલ્ય 0.001 અને 1000 ની વચ્ચે હોય, તો આપણી પાસે સંતુલન આગળ પ્રક્રિયક અને નીપજ બંનેની અસરકારક સાંદ્રતા હાજર હશે.
આ બાબતોનો ઉપયોગ કરીને, આપણે ઝડપથી અનુમાન લગાવી શકીશું કે પ્રક્રિયા વધુ નીપજ બનાવવા માટે પ્રબળતાથી પુરોગામી દિશાની તરફેણ કરે છે—ખુબ વધારે Kc—અથવા પ્રક્રિયક બનાવવા માટે પ્રબળતાથી પ્રતિગામી દિશાની તરફેણ કરે છે—ખુબ ઓછું Kc—અથવા બંનેની વચ્ચે ક્યાંક છે.

ઉદાહરણ

ભાગ 1: સંતુલન સાંદ્રતાઓ પરથી Kc ની ગણતરી કરવી

સંતુલન પ્રક્રિયાને જોઈએ જે સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ અને ઓક્સિજન વચ્ચે સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઈડ બનાવવા માટે થાય છે:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
કોઈક તાપમાન, T, આગળ પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે, અને નીચેની સંતુલન સાંદ્રતાઓ માપવામાં આવી છે:
[SO2]=0.90M[O2]=0.35M[SO3]=1.1M
આપણે નીચેની પદાવલિઓ ઉકેલીને તાપમાન T આગળ પ્રક્રિયા માટે Kc ની ગણતરી કરી શકીએ:
Kc=[SO3]2[SO2]2[O2]
જો આપણે ઉપરના સમીકરણમાં જ્ઞાત સંતુલન સાંદ્રતાની કિંમત મૂકીએ, તો મેળવીએ:
Kc=[SO3]2[SO2]2[O2]=[1.1]2[0.90]2[0.35]=4.3
નોંધો કે ગણતરી કરેલા Kc નું મૂલ્ય 0.001 અને 1000 ની વચ્ચે છે, તેથી આપણે અપેક્ષા રાખી શકીએ કે સંતુલન આગળ આ પ્રક્રિયા પાસે મોટે ભાગે પ્રક્રિયક અથવા મોટે ભાગે નીપજ હોવા કરતા, પ્રક્રિયક અને નીપજ બંનેની અસરકારક સાંદ્રતા છે.

ભાગ 2: પ્રક્રિયા સંતુલન આગળ છે કે તે ચકાસવા પ્રક્રિયા ભાગફળ Q નો ઉપયોગ કરવો

હવે આપણે આ તાપમાન માટે સંતુલન અચળાંક જાણીએ છીએ: Kc=4.3. ધારો કે આપણી પાસે સમાન તાપમાન T આગળ સમાન પ્રક્રિયા છે, પણ આ સમયે આપણે નીચેની સાંદ્રતાઓને જુદા પ્રક્રિયા પાત્રમાં માપીએ છીએ:
[SO2]=3.6M[O2]=0.087M[SO3]=2.2M
આ પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે કે નહિ તે આપણે જાણવા માંગીએ છીએ, પણ આપણે તે કઈ રીતે શોધી શકીએ? જ્યારે પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે કે નહિ તેની આપણને ખાતરી ન હોય, ત્યારે આપણે પ્રક્રિયા ભાગફળ, Q ની ગણતરી કરી શકીએ:
Q=[SO3]2[SO2]2[O2]
આ સમયે, તમે કદાચ વિચારતા હશો કે આ પ્રશ્ન તદ્દન પરિચિત કેમ લાગે છે અને QKc કરતા જુદો કઈ રીતે છે. મુખ્ય તફાવત એ છે કે પ્રક્રિયા સંતુલનમાં હોય કે ન હોય તેમ છતાં કોઈ પણ તાપમાને આપણે Q માટે ગણતરી કરી શકીએ, પણ આપણે Kc ની ગણતરી ફક્ત સંતુલન આગળ જ કરી શકીએ. Q ની સરખામણી Kc ની ગણતરી સાથે કરીને, આપણે કહી શકીએ કે પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે કે નહિ કારણકે સંતુલન આગળ Q=Kc થાય.
જો આપણે ઉપરની સાંદ્રતાઓનો ઉપયોગ કરીને Q ની ગણતરી કરીએ, તો આપણને મળે:
Q=[SO3]2[SO2]2[O2]=[2.2]2[3.6]2[0.087]=4.3
કારણકે Q માટેની આપણી કિંમત બરાબર Kc છે, તેથી આપણે જાણીએ છીએ કે નવી પ્રક્રિયા પણ સંતુલનમાં છે, વાહ!

ઉદાહરણ 2: સંતુલન સંરચનાઓ શોધવા Kc નો ઉપયોગ

N2, O2 અને NO ના સંતુલન મિશ્રણને ધ્યાનમાં લો.
N2(g)+O2(g)2NO(g)
આપણે સંતુલન અચળાંક પદાવલિ નીચે મુજબ લખી શકીએ:
Kc=[NO]2[N2][O2]
આપણે જાણીએ છીએ કે ચોક્કસ તાપમાન આગળ સંતુલન અચળાંક 3.4×1021 છે, અને આપણે નીચેની સંતુલન સાંદ્રતાઓ પણ જાણીએ છીએ:
[N2]=[O2]=0.1M
સંતુલન આગળ NO(g) ની સાંદ્રતા શું છે?
Kc એ 0.001 કરતા નાનો છે, તેથી આપણે અનુમાન લગાવીએ કે સંતુલન આગળ નીપજ, NO, કરતા પ્રક્રિયકો N2 અને O2 ની સાંદ્રતા વધુ પ્રમાણમાં હાજર હશે. આમ, આપણે પ્રક્રિયકની સાંદ્રતા કરતા ગણતરી કરેલા NO ની સાંદ્રતા ખુબ જ ઓછી ધારીએ છીએ.
જો આપણે જાણીએ કે N2 અને O2 માટે સંતુલન સાંદ્રતા 0.1 M છે, તો આપણે NO ની સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા Kc માટેનું સમીકરણ ફરીથી ગોઠવી શકીએ:
Kc=[NO]2[N2][O2]                NO પદ એક બાજુ મેળવીએ.
[NO]2=K[N2][O2]       [NO] માટે ઉકેલવા બંને બાજુ વર્ગમૂળ લો.
[NO]=K[N2][O2]
જો આપણે સંતુલન સાંદ્રતાઓ અને Kc માટેનું મૂલ્ય મૂકીએ, તો મેળવીએ:
[NO]=K[N2][O2]=K[N2][O2]=(3.4×1021)(0.1)(0.1)=5.8×1012M
અનુમાન કર્યા વગર, NO ની સાંદ્રતા 5.8×1012M, પ્રક્રિયકો [N2] અને [O2] ની સાંદ્રતા કરતા ઘણી ઓછી છે.

સારાંશ

દરિયાકિનારાનું ચિત્ર. પીળાશ પડતી રેતી વ્યક્તિઓના ટુવાલ વડે ઢંકાયેલી છે અને કેટલાક તરવૈયાઓ ભૂરા-લીલા દરિયામાં છે. દરિયાકિનારો નાના શહેરના ઘરો વડે પણ ઘેરાયેલો છે.
પાણીમાં પ્રવેશતા વ્યક્તિઓનો દર બરાબર પાણીમાંથી બહાર નીકળતા વ્યક્તિઓનો દર છે, તો પ્રણાલી સંતુલનમાં છે! વ્યક્તિઓ રેતી અને પાણીની વચ્ચે ગતિ કર્યા કરે છે તેમછતાં દરિયાકિનારે વ્યક્તિઓની કુલ સંખ્યા અને પાણીમાં વ્યક્તિઓની સંખ્યા હંમેશા અચળ રહેશે: penreyes on flickr, CC BY 2.0
  • પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા પુરોગામી અને પ્રતિગામી બંને દિશામાં આગળ જઈ શકે.
  • જ્યારે પુરોગામી પ્રક્રિયાનો વેગ બરાબર પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો વેગ થાય ત્યારે સંતુલન થાય. સંતુલન આગળ બધા પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતા અચળ હોય છે.
  • aA+bBcC+dD સમીકરણ આપેલું છે, સંતુલન અચળાંક Kc, K અથવા Keq પણ કહેવાય, મોલર સાંદ્રતાનો ઉપયોગ કરીને નીચે મુજબ પણ વ્યાખ્યાયિત થાય છે:
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
  • પ્રક્રિયાઓ જે સંતુલનમાં નથી તેના માટે, આપણે પ્રક્રિયા ભાગફળ Q નામની સમાન પદાવલિ લખી શકીએ, જેના બરાબર સંતુલન આગળ Kc થાય.
  • પ્રક્રિયા સંતુલનમાં છે કે નહિ તે નક્કી કરવા, સંતુલન આગળ સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા, અને સંતુલન આગળ પ્રક્રિયા પ્રક્રિયક અથવા નીપજની તરફેણ કરશે તેનો અંદાજ લગાવવા Kc નો ઉપયોગ થાય છે.