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उत्प्रेरक: बिना ख़र्च हुए अभिक्रिया तेज़ करना

उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो रासायनिक अभिक्रिया को तेज़ करता है पर ख़ुद ख़र्च नहीं होता; अंत में उसका द्रव्यमान और रासायनिक स्वभाव वही रहता है। यह अभिक्रिया को कम सक्रियण ऊर्जा वाला दूसरा रास्ता देता है। मैंगनीज़ डाइऑक्साइड हाइड्रोजन परॉक्साइड को पानी और ऑक्सीजन में तेज़ी से तोड़ता है। एंज़ाइम जीवों के उत्प्रेरक हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. हाइड्रोजन परॉक्साइड अपने आप बहुत धीरे टूटता है: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂। बस कुछ बुलबुले।
  2. चुटकी भर काला मैंगनीज़ डाइऑक्साइड (MnO₂) डालो। ऑक्सीजन के बुलबुले तेज़ी से निकलते हैं।
  3. अभिक्रिया के बाद चूर्ण छानकर तौलो: अब भी 1.0 g। उत्प्रेरक ख़र्च नहीं हुआ।
  4. क्यों? उत्प्रेरक नीची ऊर्जा पहाड़ी (सक्रियण ऊर्जा) वाला नया रास्ता खोलता है, इसलिए ज़्यादा कण पार हो जाते हैं।
  5. सतह पर अणु चिपकते हैं, उनके बंधन बदलते हैं, और उत्पाद निकल जाता है। सतह फिर खाली।
  6. अब तुम्हारी बारी: उत्प्रेरक चालू/बंद करो और ताप बदलो। बुलबुले और पहाड़ी देखो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

उत्प्रेरक ख़र्च नहीं होता, तो क्या वह कुछ करता भी है?

हाँ। वह बीच के चरणों में भाग लेता है पर अंत में वापस मिल जाता है, इसलिए द्रव्यमान वही रहता है।

क्या उत्प्रेरक ज़्यादा ऑक्सीजन बनाता है?

नहीं। उतनी ही बनती है, बस जल्दी।

उत्प्रेरक और गर्म करने में क्या अंतर है?

गर्म करना कणों को ज़्यादा ऊर्जा देता है; उत्प्रेरक चढ़ने वाली पहाड़ी नीची करता है।

चूर्ण डले से तेज़ क्यों है?

अभिक्रिया सतह पर होती है, और चूर्ण की सतह कहीं ज़्यादा है।

क्या वही MnO₂ फिर इस्तेमाल हो सकता है?

हाँ। छानो, धोओ, सुखाओ, और यह फिर काम करता है।

उत्प्रेरक के साथ ताप बढ़ाने पर क्या होगा?

दोनों असर जुड़ जाते हैं: अभिक्रिया और भी तेज़। फ्री प्ले में करके देखो।

उत्प्रेरक क्या है?

उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो रासायनिक अभिक्रिया की चाल बदल देता है (प्रायः तेज़ करता है) पर ख़ुद ख़र्च नहीं होता।

उत्प्रेरक से अभिक्रिया तेज़ करने को उत्प्रेरण (catalysis) कहते हैं।

प्रयोगशाला में ऑक्सीजन बनाना

अपघटन अभिक्रिया में एक पदार्थ टूटकर दो या ज़्यादा सरल पदार्थ बनाता है।

हाइड्रोजन परॉक्साइड से

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ (उत्प्रेरक: MnO₂)

MnO₂ के बिना बुलबुले बहुत धीरे बनते हैं। चुटकी भर MnO₂ से कमरे के ताप पर ही ऑक्सीजन तेज़ी से निकलती है। गर्म करने की ज़रूरत नहीं।

पोटैशियम परमैंगनेट से

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (गर्म करना पड़ता है)

यहाँ ऊष्मा ठोस को तोड़ती है। नली के मुँह पर रुई का फाहा रखते हैं ताकि चूर्ण निकास नली में न जाए।

गैस इकट्ठा करना

ऑक्सीजन की पहचान: सुलगती तीली इसमें फिर से जल उठती है।

उत्प्रेरक कैसे काम करता है?

अभिक्रिया के लिए कणों को काफ़ी ऊर्जा से टकराना पड़ता है। इस न्यूनतम ऊर्जा को सक्रियण ऊर्जा कहते हैं, जैसे चढ़ने के लिए एक पहाड़ी।

उत्प्रेरक अभिक्रिया को नीची पहाड़ी वाला दूसरा रास्ता देता है। उसी ताप पर अब कहीं ज़्यादा टक्करों में पर्याप्त ऊर्जा होती है, इसलिए अभिक्रिया तेज़ होती है।

उत्प्रेरक बनाम गर्म करना

गर्म करने से भी अभिक्रिया तेज़ होती है, पर दूसरे ढंग से: कणों को ज़्यादा ऊर्जा मिलती है और ज़्यादा कण उसी पहाड़ी पर चढ़ पाते हैं। उत्प्रेरक पहाड़ी ही नीची कर देता है। दोनों साथ हों तो सबसे तेज़।

सतह वाले उत्प्रेरक

बहुत से ठोस उत्प्रेरक अपनी सतह पर तीन चरणों में काम करते हैं: (1) अभिकारक अणु सतह पर चिपकते हैं (अधिशोषण), (2) उनके बंधन ढीले होकर नए बंधन बनते हैं, (3) उत्पाद सतह छोड़ देते हैं, और सतह अगले अणुओं के लिए खाली हो जाती है। इसीलिए चूर्ण डले से बेहतर है: ज़्यादा सतह।

जब उत्प्रेरक अभिकारकों से अलग अवस्था में हो (ठोस उत्प्रेरक, गैस या द्रव अभिकारक) तो इसे विषमांगी उत्प्रेरण कहते हैं। एक ही अवस्था में हो (सब घुले हुए) तो समांगी।

कुछ पदार्थ अभिक्रिया धीमी करते हैं; इन्हें निरोधक (ऋणात्मक उत्प्रेरक) कहते हैं, जैसे भोजन के परिरक्षक।

जीवों और उद्योग में उत्प्रेरक

उत्प्रेरक ऊर्जा और पैसा बचाते हैं क्योंकि अभिक्रियाएँ कम ताप पर ही तेज़ चलती हैं।

करके देखो: कैटालेज़ का सुरक्षित प्रयोग

किसी बड़े के साथ, कच्चे आलू का टुकड़ा थोड़े से 3% हाइड्रोजन परॉक्साइड (हल्का एंटीसेप्टिक) में डालो। बुलबुले देखो। अब उबले आलू का टुकड़ा डालो। कम बुलबुले? उबालने से एंज़ाइम कैटालेज़ नष्ट हो जाता है। फिर 3D का आख़िरी चरण खोलकर "उत्प्रेरक हाँ" और "नहीं" की तुलना करो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. हाइड्रोजन परॉक्साइड में 0.5 g MnO₂ डाला गया। अभिक्रिया के बाद छानकर, धोकर, सुखाया गया। कितना MnO₂ मिलेगा और क्यों?

0.5 g। उत्प्रेरक अभिक्रिया में ख़र्च नहीं होता।

2. उतने ही द्रव्यमान के डले से चूर्ण वाला उत्प्रेरक बेहतर क्यों है?

चूर्ण की सतह कहीं ज़्यादा होती है। अभिक्रिया सतह पर होती है, इसलिए एक साथ ज़्यादा अणु चिपककर अभिक्रिया कर पाते हैं।

3. क्या MnO₂ डालने से 50 mL हाइड्रोजन परॉक्साइड से ज़्यादा ऑक्सीजन मिलेगी?

नहीं। कुल ऑक्सीजन उतनी ही बनेगी, बस जल्दी। उत्प्रेरक उत्पाद की मात्रा नहीं बदलता।

4. एक अभिक्रिया 25 °C पर प्रति मिनट 10 mL गैस देती है। अंगूठा-नियम से बिना उत्प्रेरक 45 °C पर दर का अनुमान लगाओ।

45 − 25 = 20 °C, यानी 10 °C के दो कदम। दर दो बार दोगुनी: 10 × 2 × 2 = 40 mL प्रति मिनट।

5. ऑक्सीजन को पानी के ऊपर क्यों इकट्ठा कर सकते हैं?

ऑक्सीजन पानी में बहुत कम घुलती है, इसलिए जार से पानी बाहर धकेलकर गैस के रूप में जमा हो जाती है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. उत्प्रेरक:
2. हाइड्रोजन परॉक्साइड से ऑक्सीजन बनाने का उत्प्रेरक है:
3. उत्प्रेरक काम करता है:
4. जैविक उत्प्रेरक कहलाते हैं:
5. ऑक्सीजन में फिर से जल उठती है:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

उत्प्रेरक किसे कहते हैं?

वह सहायक पदार्थ जो अभिक्रिया को तेज़ करता है और अंत में बिना बदले वहीं रहता है।

क्या उत्प्रेरक अभिकारक है?

नहीं। इसे तीर के ऊपर लिखते हैं, अभिकारकों के साथ नहीं, क्योंकि यह ख़र्च नहीं होता।

उत्प्रेरक के उदाहरण बताओ।

मैंगनीज़ डाइऑक्साइड (हाइड्रोजन परॉक्साइड से ऑक्सीजन), लोहा (अमोनिया), प्लैटिनम (कन्वर्टर), निकेल (वनस्पति घी) और एमाइलेज़ जैसे एंज़ाइम।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

दक्षिण कोरिया고등학교 2학년Reaction rates
दक्षिण कोरिया고등학교 3학년Reaction rates and catalysts
चीन九年级(初三)U2 Air and oxygen

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