പ്രതികരണ നിരക്കിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു ചർച്ചാ ചോദ്യത്തിന്റെ ഉദാഹരണം

പ്രതികരണ നിരക്ക് ചർച്ച ചെയ്യുന്ന ചോദ്യങ്ങളുടെ ഉദാഹരണം.

വ്യാവസായികമായും ദൈനംദിനമായും വിവിധ പ്രക്രിയകളിൽ നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്ന രസതന്ത്രത്തിലെ ഒരു അടിസ്ഥാന ആശയമാണ് പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക്. ഈ ലേഖനത്തിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് എന്ന ആശയം ഞങ്ങൾ ആഴത്തിൽ വിശദീകരിക്കും, വായനക്കാർക്ക് അത് നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ ഉദാഹരണങ്ങളും വിശദമായ ചർച്ചകളും നൽകും.

പ്രതികരണ നിരക്ക് മനസ്സിലാക്കൽ

ഒരു യൂണിറ്റ് സമയത്തിൽ ഒരു റിയാക്ടന്റിന്റെയോ ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെയോ സാന്ദ്രതയിലെ മാറ്റമാണ് പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. ലളിതമായ ഒരു സമവാക്യത്തിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് ഇങ്ങനെ എഴുതാം:
\[ \ടെക്സ്റ്റ്{റിയാക്ഷൻ റേറ്റ്} = \frac{\ഡെൽറ്റ \ടെക്സ്റ്റ്{[സാന്ദ്രീകരണം]}}{\ഡെൽറ്റ t} \]

സാന്ദ്രത സാധാരണയായി ലിറ്ററിന് മോളിലാണ് (M) അളക്കുന്നത്, സമയം സാധാരണയായി സെക്കൻഡുകളിൽ (സെക്കൻഡുകളിൽ) അളക്കുന്നു. അതിനാൽ, പ്രതികരണ നിരക്കിന്റെ യൂണിറ്റുകൾ പലപ്പോഴും M/s ആണ്.

പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്കിനെ ബാധിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ

പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്കിനെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ചില ഘടകങ്ങൾ ഇതാ:
1. റിയാക്ടന്റുകളുടെ സാന്ദ്രത: റിയാക്ടന്റുകളുടെ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് സാധാരണയായി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
2. താപനില: താപനിലയിലെ വർദ്ധനവ് സാധാരണയായി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് വേഗത്തിലാക്കുന്നു.
3. ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം: കൂടുതൽ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം ലഭ്യമാണെങ്കിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് വേഗത്തിലാകും.
4. ഉൽപ്രേരകം: സ്ഥിരമായ മാറ്റങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകാതെ ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു.
5. മർദ്ദം: വാതകങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ, മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നത് സാധാരണയായി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

സാമ്പിൾ ചോദ്യങ്ങളും ചർച്ചയും

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 1
സോഡിയം തയോസൾഫേറ്റും (Na2S2O3) ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡും (HCl) തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം ഇപ്രകാരമാണ്:
\[ \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + 2 \text{HCl} \rightarrow 2 \text{NaCl} + \text{S} + \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} \]

ഒരു പരീക്ഷണത്തിൽ, സോഡിയം തയോസൾഫേറ്റിന്റെ സാന്ദ്രത 30 സെക്കൻഡിനുള്ളിൽ 0,10 M ൽ നിന്ന് 0,05 M ആയി മാറുന്നു. ശരാശരി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് കണക്കാക്കുക!

ചർച്ച
ശരാശരി പ്രതികരണ നിരക്ക് ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
\[ \ടെക്സ്റ്റ്{പ്രതികരണ നിരക്ക്} = -\frac{\ഡെൽറ്റ \ടെക്സ്റ്റ്{[Na}_2\ടെക്സ്റ്റ്{S}_2\ടെക്സ്റ്റ്{O}_3\ടെക്സ്റ്റ്{]}}{\ഡെൽറ്റ t} \]

നൽകിയിരിക്കുന്ന മൂല്യങ്ങൾ ഫോർമുലയിലേക്ക് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക:
\[ \ഡെൽറ്റ \ടെക്സ്റ്റ്{[Na}_2\ടെക്സ്റ്റ്{S}_2\ടെക്സ്റ്റ്{O}_3\ടെക്സ്റ്റ്{]} = 0,05 \ടെക്സ്റ്റ്{ M} – 0,10 \ടെക്സ്റ്റ്{ M} = -0,05 \ടെക്സ്റ്റ്{ M} \]
\[ \ഡെൽറ്റ t = 30 \ടെക്സ്റ്റ്{ s} \]

അതിനാൽ,
\[ \text{പ്രതികരണ നിരക്ക്} = -\left(\frac{-0,05 \text{ M}}{30 \text{ s}}\right) = \frac{0,05 \text{ M}}{30 \text{ s}} = 0,00167 \text{ M/s} \]

അപ്പോൾ, ശരാശരി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് 0,00167 M/s ആണ്.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 2
ഒരു പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് നിരക്ക് സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് നൽകിയിരിക്കുന്നു:
\[ \ടെക്സ്റ്റ്{റേറ്റ്} = k [A]^m [B]^n \]

പരീക്ഷണത്തിൽ നിന്ന്, ഇനിപ്പറയുന്ന ഡാറ്റ ലഭിച്ചു:

| പരീക്ഷണം | [എ] (എം) | [ബി] (എം) | പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് (എം/സെ) |
|————–|—————|——————-|
| 1 | 0.10 | 0.10 | 2.0 × 10^-3 |
| 2 | 0.20 | 0.10 | 8.0 × 10^-3 |
| 3 | 0.10 | 0.20 | 2.0 × 10^-3 |

പ്രതിപ്രവർത്തന ഓർഡറുകൾ m, n എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുക, നിരക്ക് സ്ഥിരാങ്കത്തിന്റെ മൂല്യം, k കണക്കാക്കുക.

ചർച്ച
പ്രതിപ്രവർത്തന ക്രമം നിർണ്ണയിക്കുന്നു \( m \) ഉം \( n \):

1. പരീക്ഷണങ്ങൾ 1 ഉം 2 ഉം മുതൽ:
\[ \frac{\text{റേറ്റ്}_2}{\text{റേറ്റ്}_1} = \frac{k [A]_2^m [B]_2^n}{k [A]_1^m [B]_1^n} \]
\[ \frac{8.0 \times 10^{-3}}{2.0 \times 10^{-3}} = \frac{(0.20)^m (0.10)^n}{(0.10)^m (0.10)^n} \]
\[ 4 = (2)^m \]
അപ്പോൾ, \( m = 2 \).

2. പരീക്ഷണങ്ങൾ 1 ഉം 3 ഉം മുതൽ:
\[ \frac{\text{റേറ്റ്}_3}{\text{റേറ്റ്}_1} = \frac{k [A]_3^m [B]_3^n}{k [A]_1^m [B]_1^n} \]
\[ \frac{2.0 \times 10^{-3}}{2.0 \times 10^{-3}} = \frac{(0.10)^m (0.20)^n}{(0.10)^m (0.10)^n} \]
\[ 1 = (2)^n \]
അങ്ങനെ, \( n = 0 \).

അപ്പോൾ, A യുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് പ്രതിപ്രവർത്തന ക്രമം 2 ഉം B യുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് 0 ഉം ആണ്.

നിരക്ക് സ്ഥിരാങ്ക മൂല്യം കണക്കാക്കുന്നു \( k \):
പരീക്ഷണം 1-ൽ നിന്നുള്ള ഡാറ്റ ഉപയോഗിക്കുന്നു:
\[ \ടെക്സ്റ്റ്{റേറ്റ്} = k [A]^m [B]^n \]
\[ 2.0 \times 10^{-3} = k (0.10)^2 (0.10)^0 \]
\[ 2.0 \times 10^{-3} = k (0.01) \]
\[ k = \frac{2.0 \times 10^{-3}}{0.01} \]
\[ കെ = 0.20 \]

അപ്പോൾ, നിരക്ക് സ്ഥിരാങ്കം \( k \) 0.20 M^{-1} s^{-1} ആണ്.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 3
ഒരു രാസപ്രവർത്തനം ഇനിപ്പറയുന്ന സംവിധാനം പിന്തുടരുന്നു:

\[ \text{പ്രതികരണം 1: } \text{A} \rightarrow \text{B} \quad (k_1 = 1.0 \, \text{s}^{-1}) \]
\[ \text{പ്രതികരണം 2: } \text{B} \rightarrow \text{C} \quad (k_2 = 0.1 \, \text{s}^{-1}) \]

തുടക്കത്തിൽ A യുടെ സാന്ദ്രത 1 M ഉം B 0 ഉം ആണെങ്കിൽ, 5 സെക്കൻഡിനുശേഷം A യുടെയും B യുടെയും സാന്ദ്രത നിർണ്ണയിക്കുക.

ചർച്ച
പ്രതികരണ നിരക്കിന്റെ നിയമം ഉപയോഗിച്ച്, നമുക്ക് ലഭിക്കുന്നത്:

പ്രതിപ്രവർത്തനം 1: എ മുതൽ ബി വരെ
\[ [എ] = [എ]_0 e^{-k_1 ടി} \]
\[ [A] = 1 \text{ M} \times e^{-1.0 \text{ s}^{-1} \times 5 \text{ s}} \]
\[ [A] = e^{-5} \text{ M} \]

പ്രതിപ്രവർത്തനം 2: ബി മുതൽ സി വരെ
\[ \frac{d[B]}{dt} = k_1 [A] – k_2 [B] \]
\[ \frac{d[B]}{dt} = 1.0 \text{ s}^{-1} \times [A] – 0.1 \text{ s}^{-1} \times [B] \]
ഈ ഡിഫറൻഷ്യൽ സമവാക്യത്തിന്റെ (സാധാരണയായി യൂളർ അല്ലെങ്കിൽ റൂഞ്ച്-കുട്ട രീതി) വിശകലനപരമോ സംഖ്യാപരമോ ആയ പരിഹാരം ഉപയോഗിക്കുന്നു:
\[ [B] \ഏകദേശം 0.316 \ടെക്സ്റ്റ്{ M} \]

അപ്പോൾ, 5 സെക്കൻഡുകൾക്ക് ശേഷം, A യുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം \( e^{-5} \text{ M} \) ഉം B യുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 0.316 M ഉം ആണ്.

ഉപസംഹാരം

രസതന്ത്രത്തിലെ ഒരു പ്രധാന വിഷയമാണ് പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക്, പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത ഉൽപ്പന്നങ്ങളായി മാറുന്ന നിരക്കിനെ ഇത് പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു. മുകളിലുള്ള ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളിൽ, ശരാശരി പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് എങ്ങനെ കണക്കാക്കാം, പ്രതിപ്രവർത്തന ക്രമം നിർണ്ണയിക്കാം, പ്രതിപ്രവർത്തന നിരക്ക് സ്ഥിരാങ്കം എങ്ങനെ കണക്കാക്കാം എന്നിവയെക്കുറിച്ച് നമ്മൾ ചർച്ച ചെയ്തു. ഈ ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് ലബോറട്ടറിയിലും വ്യാവസായിക പ്രക്രിയകളിലും വിവിധ പ്രായോഗിക സാഹചര്യങ്ങളിൽ അവ പ്രയോഗിക്കാൻ നമ്മെ അനുവദിക്കുന്നു.