∫ SJ Maths Chemistry
← UP PGT Chemistry
Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Law of Mass Action द्रव्यनुपाती क्रिया का नियम (Law of Mass Action)

The law of mass action states that the rate of a chemical reaction is directly proportional to the active masses of the reactants raised to the power of their stoichiometric coefficients. Formulated by Cato Maximilian Guldberg and Peter Waage, it establishes the quantitative foundation for chemical equilibrium. द्रव्यनुपाती क्रिया का नियम यह बताता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर अभिकारकों के सक्रिय द्रव्यमान (active masses) के सीधे समानुपाती होती है, जिसे उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों (stoichiometric coefficients) की घात के रूप में व्यक्त किया जाता है। कैटो मैक्सिमिलियन गुल्डबर्ग और पीटर वागे द्वारा प्रतिपादित यह नियम रासायनिक साम्यावस्था (chemical equilibrium) के लिए मात्रात्मक आधार स्थापित करता है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Formulation and Active Mass प्रतिपादन और सक्रिय द्रव्यमान

  • Active mass is expressed as molar concentration in dilute solutions or partial pressure in gaseous systems.
  • For non-ideal systems, activities replace concentrations to account for interionic and intermolecular forces.
  • सक्रिय द्रव्यमान को तनु विलयनों में मोलर सांद्रता (molar concentration) या गैसीय निकायों में आंशिक दाब (partial pressure) के रूप में व्यक्त किया जाता है।
  • अनादर्श निकायों (non-ideal systems) के लिए, अंतर-आयनिक और अंतर-आणविक बलों को ध्यान में रखने हेतु सांद्रता के स्थान पर सक्रियता (activities) का उपयोग किया जाता है।

Equilibrium Constant Characteristics साम्य स्थिरांक की विशेषताएँ

  • The equilibrium constant (K) is independent of initial concentrations, catalysts, and presence of inert gases at constant volume.
  • K varies strictly with temperature according to the van't Hoff equation.
  • साम्य स्थिरांक (K) प्रारंभिक सांद्रता, उत्प्रेरक और स्थिर आयतन पर अक्रिय गैसों की उपस्थिति से स्वतंत्र होता है।
  • K का मान वैन हॉफ समीकरण (van't Hoff equation) के अनुसार तापमान के साथ सख्ती से बदलता है।

Reaction Quotient and Direction अभिक्रिया भागफल और दिशा

  • The reaction quotient (Q) uses non-equilibrium concentrations to predict the direction of net reaction.
  • When Q , the reaction proceeds in the forward direction; when Q > K, it proceeds backward.
  • अभिक्रिया भागफल (Q) का उपयोग गैर-साम्यावस्था सांद्रता का उपयोग करके शुद्ध अभिक्रिया की दिशा की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।
  • जब Q < K, अभिक्रिया अग्र दिशा में आगे बढ़ती है; जब Q > K, तो यह पश्च दिशा में आगे बढ़ती है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Equilibrium Constant Expression (Concentration) साम्य स्थिरांक व्यंजक (सांद्रता) (Equilibrium Constant Expression (Concentration))
Kc = ([C]c[D]d) / ([A]a[B]b)
Conditions: Reversible reaction at equilibrium in solution or gas phase
शर्तें: विलयन या गैसीय अवस्था में साम्यावस्था पर उत्क्रमणीय अभिक्रिया
इकाइयाँ: इकाई (mol L-1)^Δng पर निर्भर करती है
Equilibrium Constant Expression (Pressure) साम्य स्थिरांक व्यंजक (दाब) (Equilibrium Constant Expression (Pressure))
Kp = (PCc PDd) / (PAa PBb)
Conditions: Gaseous homogeneous equilibria
शर्तें: गैसीय समांगी साम्यावस्था
इकाइयाँ: इकाई (atm या bar)^Δng पर निर्भर करती है
Relation between Kp and Kc Kp और Kc के बीच संबंध (Relation between Kp and Kc)
Kp = Kc(RT)Δng
Conditions: Ideal gas behavior assumed
शर्तें: आदर्श गैस व्यवहार माना गया है
इकाइयाँ: इकाई रहित (यदि Δng = 0)
Rate Law Expression दर नियम व्यंजक (Rate Law Expression)
r = k[A]a[B]b
Conditions: Elementary reaction at constant temperature
शर्तें: स्थिर तापमान पर प्राथमिक अभिक्रिया
इकाइयाँ: अभिक्रिया की कोटि पर निर्भर
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Active mass of pure solids and pure liquids is included in the equilibrium expression.शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों का सक्रिय द्रव्यमान साम्य व्यंजक में शामिल किया जाता है।

Observation: Pure solids and pure liquids are assigned an activity of unity (1) and omitted from K expressions. — Their concentration or density remains constant throughout the reaction course at constant temperature. प्रेक्षण: शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों की सक्रियता इकाई (1) मानी जाती है और उन्हें K व्यंजकों से हटा दिया जाता है। स्थिर तापमान पर अभिक्रिया के दौरान उनकी सांद्रता या घनत्व स्थिर रहता है।

Exceptionअपवाद Equilibrium constant is independent of initial concentrations and catalysts.साम्य स्थिरांक प्रारंभिक सांद्रता और उत्प्रेरकों से स्वतंत्र होता है।

Observation: Catalysts alter the rate of forward and backward reactions equally without changing K. — Catalysts provide an alternative pathway with a lower activation energy, leaving initial and final state thermodynamics unchanged. प्रेक्षण: उत्प्रेरक K को बदले बिना अग्र और पश्च अभिक्रियाओं की दर को समान रूप से परिवर्तित करते हैं। उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा के साथ एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करते हैं, जिससे प्रारंभिक और अंतिम अवस्था की ऊष्मागतिकी अपरिवर्तित रहती है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Delta n G Sign ShortcutDelta n G चिह्न शॉर्टकट
Δng = (Moles of gaseous products) - (Moles of gaseous reactants)

Application: Quickly determine whether Kp is greater than, less than, or equal to Kc. अनुप्रयोग: जल्दी से निर्धारित करें कि Kp, Kc से बड़ा, छोटा या उसके बराबर है।

Reversed Reaction Inversionउत्क्रमणीय अभिक्रिया व्युत्क्रमण
Kreverse = 1 / Kforward

Application: Immediately find the equilibrium constant when a chemical equation is written in the reverse direction. अनुप्रयोग: जब रासायनिक समीकरण को उल्टी दिशा में लिखा जाता है तो तुरंत साम्य स्थिरांक ज्ञात करें।

Stoichiometric Coefficient Multiplierस्टोइकोमेट्रिक गुणांक गुणक
Knew = (Koriginal)n

Application: Multiply K by power n when the entire balanced equation is multiplied by a factor n. अनुप्रयोग: जब पूरे संतुलित समीकरण को n कारक से गुणा किया जाता है, तो K को n घात तक बढ़ाएं।

⚖️ Comparison of Equilibrium Constants Kc and Kp ⚖️ साम्य स्थिरांक Kc और Kp की तुलना
ParameterपैरामीटरConcentration Equilibrium Constant (Kc)सांद्रता साम्य स्थिरांक (Kc)Pressure Equilibrium Constant (Kp)दाब साम्य स्थिरांक (Kp)
Expressed Usingअभिव्यक्तिMolar concentration (mol L-1)मोलर सांद्रता (mol L-1)Partial pressure (atm or bar)आंशिक दाब (atm या bar)
ApplicabilityउपयोगिताSolutions and gas phaseविलयन और गैसीय अवस्थाGaseous systems exclusivelyकेवल गैसीय निकाय
Temperature Dependenceतापमान निर्भरताVaries with temperatureतापमान के साथ बदलता हैVaries with temperatureतापमान के साथ बदलता है
Unit Dependencyइकाई निर्भरताDepends on ΔngΔng पर निर्भरDepends on ΔngΔng पर निर्भर
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The unit of Kc is (mol L-1)Δn where Δn is the change in gaseous moles.
  • For reactions where Δng = 0, Kp equals Kc.
  • The value of the equilibrium constant depends exclusively on temperature and the stoichiometry of the reaction.
  • Addition of an inert gas at constant volume has no effect on the equilibrium position.
  • Addition of an inert gas at constant pressure shifts equilibrium toward the side with more moles of gas.
  • Heterogeneous equilibrium expressions omit terms for pure solids and pure liquids.
  • Kc की इकाई (mol L-1)^Δn है जहाँ Δn गैसीय मोल में परिवर्तन है।
  • उन अभिक्रियाओं के लिए जहाँ Δng = 0 है, Kp, Kc के बराबर होता है।
  • साम्य स्थिरांक का मान केवल तापमान और अभिक्रिया की स्टोइकोमेट्री पर निर्भर करता है।
  • स्थिर आयतन पर अक्रिय गैस मिलाने का साम्य स्थिति पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।
  • स्थिर दाब पर अक्रिय गैस मिलाने से साम्य उस दिशा में स्थानांतरित हो जाता है जहाँ गैस के मोल अधिक होते हैं।
  • विषमांगी साम्य (heterogeneous equilibrium) व्यंजकों में शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों के पद छोड़ दिए जाते हैं।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Including pure solids or liquids in the denominator or numerator of the K expression.
  • Confusing the reaction quotient Q with the equilibrium constant K when calculating non-equilibrium states.
  • Failing to convert units of pressure or concentration to standard SI units before substitution.
  • Assuming catalysts alter the equilibrium yield of a chemical reaction.
  • K व्यंजक के हर या अंश में शुद्ध ठोस या द्रवों को शामिल करना।
  • गैर-साम्यावस्था स्थितियों की गणना करते समय अभिक्रिया भागफल Q को साम्य स्थिरांक K के साथ भ्रमित करना।
  • प्रतिस्थापन से पहले दाब या सांद्रता की इकाइयों को मानक SI इकाइयों में बदलने में विफल रहना।
  • यह मान लेना कि उत्प्रेरक रासायनिक अभिक्रिया की साम्य लब्धि (equilibrium yield) को बदलते हैं।