रासायनिक संतुलन स्थिति पर रीएक्टिवेंट जोड़ने या हटाने का प्रभाव

रासायनिक संतुलन

रासायनिक संतुलन एक गतिशील स्थिति है जिसमें आगे और रिवर्स प्रतिक्रियाओं को समान दर पर, समय के साथ लगातार प्रतिक्रियावादी और उत्पादों की निरंतर सांद्रता के कारण होता है। यह संतुलन स्थिर नहीं है - अणु लगातार परिवर्तित होते हैं, लेकिन शुद्ध सांद्रता अपरिवर्तित रहती है। संतुलन राज्य को गणितीय रूप से संतुलन स्थिर (K) द्वारा वर्णित किया गया है, जो उत्पाद सांद्रता (उनके स्टोइकाइमेट्रिक गुणांकों के लिए) का अनुपात है जो प्रतिक्रियाशील सांद्रता (उनके गुणांकों के लिए भी उठाया गया) एक दिए गए तापमान पर है। एक सामान्य प्रतिक्रिया के लिए lib]aAA + BB CI + dD अभिव्यक्ति है:

K = [C]^c]^]D / [A]^]]A]][B]^b]^]]]]]]]]]]

यह निरंतर प्रतिक्रिया की सीमा का एक मात्रात्मक उपाय प्रदान करता है। एक बड़ा कश्मीर उत्पादों का पक्ष लेता है, जबकि एक छोटा कश्मीर रिएक्टरों का पक्ष लेता है। यह समझना कि इस संतुलन को कैसे प्रभावित करता है, यह दोनों अनुसंधान और उद्योग में रासायनिक प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए केंद्रीय है।

Le Châtelier's Principle

ले चेटेलियर के सिद्धांत, फ्रांसीसी रसायनज्ञ हेनरी लुइस ले चेटेलियर द्वारा 1884 में तैयार किया गया था, बताता है कि जब संतुलन पर एक प्रणाली एकाग्रता, तापमान या दबाव (गैस के लिए) में बदलाव के अधीन होती है, तो यह प्रणाली परिवर्तन का आंशिक रूप से मुकाबला करने और संतुलन को फिर से स्थापित करने के लिए अपनी स्थिति को बदल देगी। सिद्धांत एक गुणात्मक उपकरण है जो बदलाव की दिशा की भविष्यवाणी करता है। प्रतिक्रियावादी एकाग्रता में परिवर्तन के लिए, यह सिद्धांत स्पष्ट मार्गदर्शन प्रदान करता है:

• एक रिएक्टर जोड़ना: प्रणाली अतिरिक्त प्रतिक्रियावादी का उपभोग करने के लिए स्थानांतरित हो जाएगी, आगे की प्रतिक्रिया का पक्ष लेती है और अधिक उत्पादों का उत्पादन करती है।
• ]Removing a reactiveant: प्रणाली को हटाए गए प्रतिक्रियावादी को बदलने के लिए स्थानांतरित कर देगा, रिवर्स प्रतिक्रिया का पक्ष लेगा और उत्पादों से अधिक प्रतिक्रियाकारों का उत्पादन करेगा।

मुख्य विचार यह है कि संतुलन परिवर्तन द्वारा लगाए गए तनाव को दूर करने के लिए संतुलन "विचार" है। यह व्यवहार पूर्वानुमानित और पुन: प्रयोज्य है, जिससे यह रासायनिक प्रक्रिया डिजाइन का एक आधारशिला बन गया है। आगे पढ़ने के लिए, देखें Le Châtelier's सिद्धांत LibreText].

Adding Reactants का प्रभाव

जब एक या अधिक रिएक्टरों की अतिरिक्त राशि एक संतुलन मिश्रण में पेश की जाती है, तो प्रतिक्रिया कोषाध्यक्ष (Q) अस्थायी रूप से कम हो जाता है (यदि जोड़ा गया पदार्थ एक प्रतिक्रियाशील है) या बढ़ जाता है (यदि कोई उत्पाद जोड़ा जाता है - लेकिन यहां हम रिएक्टरों पर ध्यान केंद्रित करते हैं)। संतुलन पर प्रतिक्रिया के लिए, Q = K. एक प्रतिक्रियावादी जोड़ना Q < K बनाता है, क्योंकि Q अभिव्यक्ति में डिनोमिनेटर बढ़ जाता है। सिस्टम तब उत्पादों में कुछ अतिरिक्त प्रतिक्रियाकार को बदलने के लिए (forward दिशा) को स्थानांतरित करता है, जिससे Q को वापस K. The net effect उच्च उत्पाद पैदावार है।

उदाहरण: अमोनिया सिंथेसिस (हर्बर प्रक्रिया)

अमोनिया के औद्योगिक संश्लेषण पर विचार करें: N_]2(g)+3H_{]2(G]](FLT:5]]]](g)}]]](FLT:8]]][FLT:]][FLT]][FLT][FLT]][FLT][FLT]][FLT][FLT][FLT]][FLT][FLT]]]]][FLT[FLT][FLT][FLT]][FLT][FLT[FLT][FLT][FLT]]]][FLT]][FLT][FLT][FLT][FLT[FLT][FLT[F[FLT]]]]]]][FLT[FLT]]]]]]]][FLT[FLT[FLT[FLT]]]]

उदाहरण: हाइड्रोजन आयोडाइड गठन

एक अन्य क्लासिक उदाहरण: H_]2 (g) + I₂(g) 中文(g)]]. अगर अतिरिक्त H_]]2]] को एक संतुलन मिश्रण में जोड़ा जाता है, तो यह प्रणाली कुछ H_]2]]]]] और I_{]2 [FLT: ]]]]][FLT:]]]]]][FLT [FLT]]]]]]][FLT [F[FLT]]][FLT]]]]]]][F[F[FLT][F[Falt [FLT]][Falt [F:W[FLT]]]]]]][F:]]][FLT]]]]]]]]]]]]]][FLT][FLT][FLT][}

प्रतिक्रिया के लिए प्रासंगिक और संतुलन बदलाव के अधिक मात्रात्मक उपचार के लिए, प्रतिक्रिया कोटिएंट ] पर खन अकादमी के ट्यूटोरियल को संदर्भित करें ।

रिएक्टिवेंट्स को हटाने का प्रभाव

इसके विपरीत, यदि एक प्रतिक्रियाशील को एक प्रणाली से संतुलन में हटा दिया जाता है, तो उस प्रजाति की एकाग्रता कम हो जाती है। इससे प्रतिक्रिया कोषाध्यक्ष Q > K (के बाद से विभाजक छोटा हो जाता है) बनाता है। संतुलन बहाल करने के लिए, सिस्टम बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है, रिवर्स प्रतिक्रिया का पक्ष लेता है: लापता प्रतिक्रियाशील को फिर से उत्पन्न करने के लिए उत्पादों का सेवन किया जाएगा। परिणाम उत्पाद एकाग्रता में शुद्ध कमी और शेष रिएक्टरों की एकाग्रता में वृद्धि है।

उदाहरण: अमोनिया संश्लेषण में हाइड्रोजन को अलग करना

हेबर प्रक्रिया में लौटते समय: यदि हाइड्रोजन गैस (H_]2]) को चुनिंदा रूप से रिएक्टर से हटा दिया जाता है (जैसे, झिल्ली के माध्यम से या क्योंकि यह किसी अन्य पक्ष की प्रतिक्रिया में खपत होती है), संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है। अमोनिया (NH_]3]]]]]]]]]] _]]2 ]] और H_]2 ]] को बढ़ाने के लिए एच _{2 [FLT की निरंतर आपूर्ति [[FLT]]]]]] की ओर प्रतिक्रियात्मक प्रक्रिया है।}

उदाहरण: Haber प्रक्रिया Reactant अनुपात

अभ्यास में, हैबर प्रक्रिया एन _]2 के अतिरिक्त का उपयोग करती है, जो स्टोइकाइमेट्रिक 1:3 अनुपात के सापेक्ष है। यदि कोई जानबूझकर N_{]] को कम करता है, तो यह प्रणाली एन ]2 का उत्पादन करने के लिए बदल जाएगी, तो एनएच 3 ] से, शुद्ध अमोनिया उत्पादन को कम करता है। यह बताता है कि कैसे प्रतिक्रिया के अलावा और हटाने के लिए दिशा को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है-एक प्रतिक्रियात्मक को फिर से चलाया जा सकता है।}

मात्रात्मक विचार: प्रतिक्रिया मात्रात्मक

जब प्रतिक्रियाकारों को जोड़ा जाता है या हटाया जाता है तो शिफ्ट की दिशा और सीमा को प्रतिक्रिया कोटिंट (Q) का उपयोग करके भविष्यवाणी की जा सकती है। किसी भी समय, Q = [उत्पाद] ^{]co Efficients}] / [reactants] ^{]]co Efficients}]]]]]]]]. K साथ Q की तुलना हमें बताती है:

• यदि Q
• यदि Q > K: रिवर्स रिएक्शन को पक्षपात (सिस्टम शिफ्ट बायीं तरफ) कहते हैं।
• यदि Q = K: प्रणाली संतुलन पर है।

जब हम एक प्रतिक्रियावादी जोड़ते हैं, तो इसकी एकाग्रता बढ़ जाती है, क्यू में विभाजक को बड़ा (क्योंकि यह उस प्रतिक्रियाशील के लिए क्यू अभिव्यक्ति के विभाजक में दिखाई देता है)। इस प्रकार क्यू कश्मीर से छोटा हो जाता है, एक सही बदलाव को ट्रिगर करता है। जब हम एक प्रतिक्रियावादी को हटा देते हैं, तो निमोनिया कम हो जाता है, क्यू कश्मीर से बड़ा हो जाता है, और सिस्टम बाएं हो जाता है। यह मात्रात्मक ढांचा एक परिवर्तन के बाद नए संतुलन सांद्रता की गणना करने की अनुमति देता है, संतुलन स्थिर और प्रारंभिक परिस्थितियों का उपयोग करता है। इन गणनाओं पर अधिक विवरण के लिए, देखें कैलक्यूलेटर में संतुलन का उपयोग करना [FLT]

रियल-वर्ल्ड एप्लीकेशन

औद्योगिक रासायनिक संश्लेषण

कई रासायनिक प्रक्रियाओं में उपज को अधिकतम करने के लिए नियंत्रण प्रतिक्रियात्मक सांद्रता आवश्यक है। हैबर प्रक्रिया (अमोनिया का उत्पादन) और संपर्क प्रक्रिया (Suric एसिड का उत्पादन) लगातार प्रतिक्रियाशीलों को जोड़ने और वांछित उत्पाद की ओर संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए उत्पादों को हटाने पर निर्भर करता है। अमोनिया के मामले में, N _]2 ]] और H₂ ] को ठीक करने के लिए अमोनिया को हटा दिया जाता है।

पर्यावरण रसायन विज्ञान और संतुलन नियंत्रण

अंडरस्टैंडिंग इक्विरियम शिफ्ट पर्यावरण रसायन में भी महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, सीओ ₂] का विघटन महासागरों में संतुलन शामिल है: CO_]2](aq) + H]2]]O[LT:FLT:5]]_{[FLT]][FLT]]][FLT:FLT]][FLT]][FLT][FLT]][FLT]][Flang][Flang][Flang]][F[Flang][F[Flang][F[F]]][F[Flang][Flang]]][F[Flang]][F[Flang]][F]]]][Flang]]][F[Flang][Flang][Flang][F[Flang]]][Flang]]]]]][F[Flang]]][Flang][Flang][Flang}

जैव रासायनिक प्रणाली

जीवित जीवों में, एंजाइम-कैटलाइज़्ड प्रतिक्रियाएं अक्सर संतुलन के पास काम करती हैं। सब्सट्रेट्स और उत्पादों की एकाग्रता चयापचय पथ के दिशा को चलाने के लिए कसकर विनियमित होती है। उदाहरण के लिए, ग्लाइकोलिटिक मार्ग में, ग्लूकोज-6-फॉस्फेट का रूपांतरण फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट को इन चयापचयों की सापेक्ष सांद्रता द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो ऊर्जा उत्पादन के लिए आवश्यक संतुलन को स्थानांतरित करता है।

प्रयोगशाला में व्यावहारिक प्रभाव

रसायनज्ञ अक्सर प्रतिक्रिया तंत्र को पूरा करने या अध्ययन करने के लिए प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए प्रतिक्रियात्मक सांद्रता में हेरफेर करते हैं। उदाहरण के लिए, एक एस्टरिफिकेशन प्रतिक्रिया (कार्बोक्साइलिक एसिड + अल्कोहल ego + पानी) में, या तो एसिड की अधिकता को जोड़ते हुए या शराब सही में संतुलन को स्थानांतरित कर देता है, एस्टर उपज में वृद्धि करता है। इसके विपरीत, पानी को हटाकर (डीन स्टार्क उपकरण या सुखाने वाला एजेंट) उत्पाद की ओर संतुलन को भी बदल देता है। इस तकनीक को Le Châtelier आधारित उपज वृद्धि [[FLT:lib1]] के रूप में जाना जाता है, कार्बनिक संश्लेषण में मानक है।

मुख्य अवधारणाओं का सारांश

• Adating रिएक्टर उत्पादों की ओर संतुलन स्थानांतरित (forward recessed), उत्पाद एकाग्रता में वृद्धि।
• ]Removing रिएक्टर reactiveant (रिवर्स प्रतिक्रिया पक्ष) की ओर संतुलन स्थानांतरित कर देता है, उत्पाद एकाग्रता को कम करने और शेष प्रतिक्रियात्मक स्तर में वृद्धि।
• बदलाव की दिशा समान रूप से निरंतर (K) के साथ प्रतिक्रिया कोटिंट (Q) की तुलना करके भविष्यवाणी की जाती है।
• ये सिद्धांत औद्योगिक प्रक्रियाओं (हाइबर प्रक्रिया, संपर्क प्रक्रिया, ओस्टवाल्ड प्रक्रिया), पर्यावरण विनियमन, जैव रासायनिक मार्गों और प्रयोगशाला संश्लेषण में लागू होते हैं।
• Le Châtelier's सिद्धांत गुणात्मक गाइड है, जबकि Q/K संबंध नए संतुलन पदों की गणना के लिए एक मात्रात्मक उपकरण प्रदान करता है।

संतुलन स्थिति पर प्रतिक्रियाशील एकाग्रता परिवर्तनों के प्रभाव में माहिर होने से रसायनज्ञों को कुशल प्रतिक्रियाओं को डिजाइन करने, पैदावार को अनुकूलित करने और प्राकृतिक और औद्योगिक रासायनिक प्रणालियों को समझने में सक्षम बनाया जाता है। आगे अन्वेषण के लिए, आधिकारिक संसाधनों जैसे ]] Encyclopædia Britannica के Le Châtelier के सिद्धांत पर प्रवेश परामर्श करें।