अभिक्रिया की दर क्या है?
कुछ अभिक्रियाएँ बहुत तेज़ होती हैं (पटाख़ा), कुछ धीमी (लोहे पर जंग)। दर बताती है कि कितनी तेज़।
औसत दर = ख़र्च हुए अभिकारक की मात्रा ÷ समय, या बने उत्पाद की मात्रा ÷ समय।
मात्रक इस पर निर्भर है कि क्या मापा: g/s (द्रव्यमान), cm³/s (गैस का आयतन) या mol/dm³/s (सांद्रता)। SI में 1 dm³ = 1 L = 10⁻³ m³।
दर कैसे मापें
- गैस का आयतन: गैस को गैस सिरिंज या उलटे मापक सिलिंडर में इकट्ठा करें। हर 10 s पर आयतन पढ़ें।
- द्रव्यमान में कमी: फ़्लास्क को तराज़ू पर रखें। गैस निकलती है तो द्रव्यमान घटता है। मुँह पर रुई लगाएँ ताकि द्रव न उछले।
- ग़ायब होता क्रॉस / रंग बदलना: फ़्लास्क के नीचे बना क्रॉस दिखना बंद होने तक का समय नापें (धुँधला ठोस बनता है)। दर ∝ 1 ÷ समय।
बाक़ी सब स्थितियाँ एक जैसी रखें (निष्पक्ष परीक्षण): एक बार में सिर्फ़ एक चीज़ बदलें।
दर के ग्राफ़ पढ़ना
उत्पाद की मात्रा (y) और समय (x) का ग्राफ़ बनाएँ। वक्र शुरू में तीखा (तेज़) होता है, अभिकारक घटने पर कम तीखा, और अभिक्रिया रुकने पर सपाट।
ज़्यादा तीखी रेखा = तेज़ दर। दो समयों के बीच औसत दर = y में बदलाव ÷ x में बदलाव।
किसी एक क्षण की दर = उस बिंदु पर खींची स्पर्श रेखा की ढलान: स्पर्श रेखा पर दो बिंदु लेकर ऊँचाई के बदलाव को समय के बदलाव से भाग दें।
अभिकारक की मात्रा बराबर हो तो तेज़ अभिक्रिया जल्दी सपाट होती है, पर उतनी ही ऊँचाई पर।
संघट्ट सिद्धांत और सक्रियण ऊर्जा
कणों की अभिक्रिया के लिए उनका टकराना (संघट्ट) ज़रूरी है, और टक्कर में कम से कम एक न्यूनतम ऊर्जा होनी चाहिए जिसे सक्रियण ऊर्जा (Eₐ) कहते हैं। कमज़ोर टक्करें बस उछल जाती हैं।
इसलिए दर दो बातों पर निर्भर है:
- कण कितनी बार टकराते हैं (संघट्ट आवृत्ति), और
- कितने हिस्से की टक्करों में पर्याप्त ऊर्जा है।
जो भी इनमें से किसी को बढ़ाए, वह अभिक्रिया तेज़ करता है।
दर बदलने वाले कारक
- सांद्रता (विलयन) या दाब (गैस): उतनी ही जगह में ज़्यादा कण → ज़्यादा बार टक्करें।
- ताप: कण तेज़ चलते हैं → ज़्यादा टक्करें, और कहीं ज़्यादा हिस्से की ऊर्जा ≥ Eₐ। लगभग 10 °C बढ़ाने पर दर अक्सर क़रीब दुगनी।
- ठोस का पृष्ठ क्षेत्रफल: छोटे टुकड़े करने से ज़्यादा कण खुलते हैं → ज़्यादा टक्करें। उतने ही द्रव्यमान का चूर्ण ढेले से तेज़।
- उत्प्रेरक: कम सक्रियण ऊर्जा वाला दूसरा रास्ता देता है → ज़्यादा टक्करें सफल। यह ख़र्च नहीं होता और कुल समीकरण में नहीं लिखा जाता।
- प्रकाश कुछ अभिक्रियाएँ तेज़ करता है (प्रकाश-संश्लेषण, पुरानी फ़ोटो फ़िल्म में सिल्वर हैलाइड)।
उत्प्रेरक और ऊर्जा आरेख
ऊर्जा आरेख (energy profile) में अभिक्रिया आगे बढ़ने के साथ ऊर्जा (y) दिखाई जाती है। उत्पाद तक पहुँचने से पहले अभिकारकों को एक पहाड़ी (Eₐ) चढ़नी पड़ती है। उत्प्रेरक नीची पहाड़ी बनाता है। शुरू और अंत की ऊर्जा वही रहती है।
उदाहरण: अमोनिया बनाने में लोहा, कार के कैटेलिटिक कन्वर्टर में प्लैटिनम और रोडियम, और सजीवों के जैव-उत्प्रेरक एंज़ाइम (जैसे लार में एमाइलेज़)।
उद्योग में उत्प्रेरक ऊर्जा और पैसा बचाते हैं, क्योंकि अभिक्रिया कम ताप पर भी तेज़ चलती है।
करके देखें: पानी में गोली
एक बुलबुले वाली (effervescent) गोली ठंडे पानी में और दूसरी गुनगुने पानी में डालें। हर एक का बुलबुलाना कितनी देर चला, नापें। फिर एक गोली पीसकर उतने ही ताप पर साबुत गोली से तुलना करें। पहले अनुमान, फिर जाँच। 3D खुले खेल में 'ढेला' और चूर्ण की तुलना करके ग्राफ़ की ढलान बदलते देखें।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- औसत दर = ख़र्च हुए अभिकारक की मात्रा ÷ लगा समय
- औसत दर = बने उत्पाद की मात्रा ÷ लगा समय
- किसी क्षण की दर = वक्र पर स्पर्श रेखा की ढलान
- दर ∝ 1 ÷ समय ('पूरा होने का समय' वाले प्रयोगों में)
हल किए गए उदाहरण
1. एक अभिक्रिया 30 s में 60 cm³ गैस देती है। औसत दर ज्ञात करें।
दर = 60 ÷ 30 = 2 cm³/s।
2. CO₂ निकलने से फ़्लास्क का द्रव्यमान 120 s में 200.00 g से 198.80 g हो गया। औसत दर?
घटा द्रव्यमान = 1.20 g। दर = 1.20 ÷ 120 = 0.010 g/s।
3. गैस का आयतन 10 s पर 30 cm³ और 30 s पर 50 cm³ है। इस समय में औसत दर?
बदलाव = 20 s में 20 cm³ → 1 cm³/s।
4. गैस-आयतन वक्र की एक स्पर्श रेखा (0 s, 10 cm³) और (40 s, 50 cm³) से गुज़रती है। उस बिंदु पर दर?
ढलान = (50 − 10) ÷ (40 − 0) = 40 ÷ 40 = 1 cm³/s।
5. ग़ायब-क्रॉस प्रयोग में क्रॉस 50 s बाद ग़ायब हुआ। दर को 1/समय में बताएँ।
दर = 1 ÷ 50 = 0.02 s⁻¹। कम समय यानी तेज़ दर।
6. अम्ल की सांद्रता 40 s में 0.12 mol/dm³ से 0.04 mol/dm³ हो गई। औसत दर?
बदलाव = 0.08 mol/dm³। दर = 0.08 ÷ 40 = 0.002 mol/dm³/s।
7. एक अभिक्रिया 20 °C पर 80 s लेती है। 'हर 10 °C पर लगभग दुगनी' मानकर 40 °C पर समय का अनुमान लगाएँ।
20 °C बढ़ा → दर × 2 × 2 = ×4। समय ≈ 80 ÷ 4 = 20 s।
आम गलतियाँ
- कहना कि ताप बढ़ने से बस टक्करें ज़्यादा होती हैं। बड़ा कारण यह है कि ज़्यादा टक्करों में पर्याप्त ऊर्जा होती है।
- कहना कि उत्प्रेरक कणों को ज़्यादा ऊर्जा देता है। वह ज़रूरी ऊर्जा घटाता है।
- सोचना कि तेज़ अभिक्रिया ज़्यादा उत्पाद बनाती है। उतने ही अभिकारक से उतना ही उत्पाद, बस जल्दी।
- पृष्ठ क्षेत्रफल और आकार में उलझना: छोटे टुकड़ों का कुल पृष्ठ क्षेत्रफल ज़्यादा होता है।