Expressing Reaction Rates अभिक्रिया दरों को व्यक्त करना
- Reactants show a negative sign in the rate expression to denote consumption and decreasing concentration over time.
- Products show a positive sign in the rate expression to denote formation and increasing concentration over time.
- Stoichiometric coefficients are used as reciprocal divisors to equate rates of disappearance of reactants to rates of appearance of products.
- अभिकारकों को दर व्यंजक में ऋणात्मक चिह्न के साथ दर्शाया जाता है, जो समय के साथ उनकी खपत और घटती सांद्रता को प्रदर्शित करता है।
- उत्पादों को दर व्यंजक में धनात्मक चिह्न के साथ दर्शाया जाता है, जो समय के साथ उनके निर्माण और बढ़ती सांद्रता को प्रदर्शित करता है।
- रससमीकरणमितीय गुणांकों का उपयोग व्युत्क्रम भाजक (reciprocal divisors) के रूप में किया जाता है ताकि अभिकारकों के लुप्त होने की दर को उत्पादों के बनने की दर के बराबर किया जा सके।
Factors Affecting Reaction Rate अभिक्रिया दर को प्रभावित करने वाले कारक
- According to the collision theory, increasing reactant concentration increases the frequency of effective binary collisions per unit volume.
- Raising the temperature increases the fraction of molecules possessing kinetic energy equal to or greater than the activation energy (Ea).
- A catalyst alters the reaction pathway, providing an alternative mechanism with a lower activation energy without changing overall enthalpy (ΔH°).
- संघट्ट सिद्धांत (collision theory) के अनुसार, अभिकारक की सांद्रता बढ़ाने से प्रति इकाई आयतन में प्रभावी द्विआधारी संघट्टों (effective binary collisions) की आवृत्ति बढ़ जाती है।
- तापमान बढ़ाने से उन अणुओं का अंश बढ़ जाता है जिनके पास सक्रियण ऊर्जा (Ea) के बराबर या उससे अधिक गतिज ऊर्जा होती है।
- उत्प्रेरक (catalyst) अभिक्रिया पथ को बदल देता है, जिससे कुल एन्थैल्पी (ΔH°) को बदले बिना कम सक्रियण ऊर्जा वाला एक वैकल्पिक तंत्र (mechanism) प्राप्त होता है।
Differential and Integrated Rate Laws अवकलित और समाकलित दर नियम
- The rate law expresses the experimental rate as a direct proportionality to the product of molar concentrations of reactants raised to their respective partial orders.
- Molecularity is a theoretical, integer-only property of an elementary step, whereas order of reaction is an experimental value that can be zero, fractional, or negative.
- The half-life (t1/2) of a zero-order reaction is directly proportional to initial concentration, while for a first-order reaction, it is entirely independent of initial concentration.
- दर नियम (rate law) प्रयोगात्मक दर को अभिकारकों की मोलर सांद्रता के गुणनफल के सीधे समानुपाती के रूप में व्यक्त करता है, जिनकी घात उनके संबंधित आंशिक कोटि (partial orders) के बराबर होती है।
- आणविकता (molecularity) एक प्राथमिक पद का सैद्धांतिक, केवल पूर्णांक गुण है, जबकि अभिक्रिया की कोटि (order of reaction) एक प्रयोगात्मक मान है जो शून्य, भिन्नात्मक या ऋणात्मक हो सकता है।
- शून्य कोटि अभिक्रिया की अर्ध-आयु (t1/2) प्रारंभिक सांद्रता के सीधे समानुपाती होती है, जबकि प्रथम कोटि अभिक्रिया के लिए, यह प्रारंभिक सांद्रता से पूरी तरह स्वतंत्र होती है।
Observation: Zero-order reactions — The rate is completely independent of the concentration of reactants and depends solely on external factors like light intensity or surface adsorption. प्रेक्षण: शून्य कोटि अभिक्रियाएँ — दर अभिकारकों की सांद्रता से पूरी तरह स्वतंत्र होती है और केवल प्रकाश की तीव्रता या सतह अधिशोषण जैसे बाहरी कारकों पर निर्भर करती है।
Observation: Complex reactions involving chain mechanisms or intermediates — The overall stoichiometric order is determined by the slowest elementary step (rate-determining step) and may differ completely from the molecularity of the overall equation. प्रेक्षण: जटिल अभिक्रियाएँ जिनमें श्रृंखला तंत्र या मध्यवर्ती शामिल होते हैं — कुल रससमीकरणमितीय कोटि सबसे धीमी प्राथमिक पद (दर-निर्धारक पद) द्वारा निर्धारित होती है और यह कुल समीकरण की आणविकता से पूरी तरह भिन्न हो सकती है।
Observation: Exomolecular explosive reactions and certain enzyme-catalyzed reactions at high temperature — Thermal denaturation of protein-based enzymes or complex chain termination mechanisms can cause a sudden decline in rate at elevated temperatures. प्रेक्षण: उच्च तापमान पर एक्सोमोलिकुलर विस्फोटक अभिक्रियाएँ और कुछ एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रियाएँ — प्रोटीन-आधारित एंजाइमों का तापीय विकृतीकरण (thermal denaturation) या जटिल श्रृंखला समापन तंत्र उच्च तापमान पर दर में अचानक गिरावट का कारण बन सकते हैं।
Application: Use this factor to quickly estimate how much a reaction rate multiplies when the absolute temperature is raised by 10 Kelvin. अनुप्रयोग: इस कारक का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए करें कि जब तापमान 10 केल्विन बढ़ाया जाता है तो अभिक्रिया दर कितने गुना बढ़ जाती है।
Application: Quickly determine the dependence of any fractional life (e.g., 75% completion) on initial concentration for nth order kinetics. अनुप्रयोग: nth कोटि गतिकी के लिए प्रारंभिक सांद्रता पर किसी भी भिन्नात्मक आयु (जैसे 75% पूर्णता) की निर्भरता को जल्दी निर्धारित करें।
Application: Substitute the reaction order n directly into the formula to find or verify the units of the rate constant without derivation. अनुप्रयोग: व्युत्पन्न किए बिना दर स्थिरांक की इकाइयों को खोजने या सत्यापित करने के लिए अभिक्रिया कोटि n को सीधे सूत्र में प्रतिस्थापित करें।
| Parameterपैरामीटर | Molecularityआणविकता | Order of Reactionअभिक्रिया की कोटि |
|---|---|---|
| Definitionपरिभाषा | Number of reacting species colliding simultaneously in an elementary stepप्राथमिक पद में एक साथ टकराने वाली अभिक्रियाशील प्रजातियों की संख्या | Sum of powers of concentration terms in the experimental rate law expressionप्रायोगिक दर नियम व्यंजक में सांद्रता पदों की घातों का योग |
| Natureप्रकृति | Theoretical concept applicable only to elementary stepsकेवल प्राथमिक पदों पर लागू होने वाली सैद्धांतिक अवधारणा | Experimental quantity applicable to overall or elementary reactionsकुल या प्राथमिक अभिक्रियाओं पर लागू होने वाली प्रयोगात्मक मात्रा |
| Valuesमान | Always a positive integer (1, 2, or 3)हमेशा एक धनात्मक पूर्णांक (1, 2, या 3) | Can be zero, fractional, positive, or negativeशून्य, भिन्नात्मक, धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है |
| Mechanism Dependenceतंत्र पर निर्भरता | Cannot be zero or fractional; changes per step in complex reactionsशून्य या भिन्नात्मक नहीं हो सकती; जटिल अभिक्रियाओं में प्रत्येक पद के साथ बदलती है | Determined by the rate-determining step and remains constant for overall reactionदर-निर्धारक पद द्वारा निर्धारित और कुल अभिक्रिया के लिए स्थिर रहती है |
- Rate of a reaction has units of mol L-1 time-1, whereas zero-order rate constant has the same unit.
- First-order rate constant has units of s-1 or min-1, independent of concentration units.
- The slope of the Arrhenius plot of ln k versus 1/T yields -Ea / R.
- Photochemical reactions like H2 + Cl2 → 2HCl are generally zero-order with respect to reactants.
- Hydrolysis of an ester in the presence of an excess of water is an example of a pseudo first-order reaction.
- A negative activation energy is observed in certain radical recombination gas-phase reactions where no potential energy barrier exists.
- अभिक्रिया की दर की इकाई mol L-1 time-1 होती है, जबकि शून्य कोटि दर स्थिरांक की इकाई भी यही होती है।
- प्रथम कोटि दर स्थिरांक की इकाइयाँ s-1 या min-1 होती हैं, जो सांद्रता इकाइयों से स्वतंत्र हैं।
- ln k बनाम 1/T के आरेनियस आरेख की ढाल (slope) -Ea / R प्रदान करती है।
- H2 + Cl2 → 2HCl जैसी प्रकाश-रासायनिक अभिक्रियाएँ अभिकारकों के सापेक्ष सामान्यतः शून्य कोटि की होती हैं।
- पानी की अधिकता में एस्टर का जल-अपघटन छद्म प्रथम कोटि (pseudo first-order) अभिक्रिया का एक उदाहरण है।
- कुछ रेडिकल पुनर्संयोजन गैस-चरण अभिक्रियाओं में ऋणात्मक सक्रियण ऊर्जा देखी जाती है जहाँ कोई संभावित ऊर्जा अवरोध मौजूद नहीं होता है।
- Confusing molecularity with order of reaction; remember molecularity is strictly theoretical, order is experimental.
- Omitting stoichiometric coefficients in denominator when expressing overall rate for reactions with unbalanced or non-unity coefficients.
- Using natural log (ln) instead of common log (log 10) in the integrated Arrhenius equation without accounting for the 2.303 multiplier.
- Assuming reaction rate remains constant throughout a run; rate continuously decreases as reactants are consumed (except for zero-order).
- आणविकता को अभिक्रिया की कोटि के साथ भ्रमित करना; याद रखें आणविकता पूरी तरह सैद्धांतिक है, कोटि प्रयोगात्मक है।
- असंतुलित या गैर-इकाई गुणांक वाली अभिक्रियाओं के लिए कुल दर व्यक्त करते समय हर (denominator) में रससमीकरणमितीय गुणांकों को छोड़ना।
- 2.303 गुणक का हिसाब किए बिना समाकलित आरेनियस समीकरण में सामान्य लॉग (log 10) के बजाय प्राकृतिक लॉग (ln) का उपयोग करना।
- यह मान लेना कि अभिक्रिया दर पूरी प्रक्रिया के दौरान स्थिर रहती है; अभिकारकों के उपभोग के साथ दर लगातार घटती जाती है (शून्य कोटि को छोड़कर)।