රසායනික චාලක සාකච්ඡා ප්රශ්න සඳහා උදාහරණ
රසායනික චාලක විද්යාව යනු රසායනික ප්රතික්රියා වල වේගය සහ ඒවාට බලපාන සාධක අධ්යයනය කරන රසායන විද්යාවේ ශාඛාවකි. කාර්යක්ෂම කාර්මික ක්රියාවලීන් වර්ධනය කිරීමට සහ ජීවී ජීවීන් තුළ සිදුවන විවිධ ජෛව රසායනික ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීමට රසායනික චාලක විද්යාව පිළිබඳ ගැඹුරු අවබෝධයක් රසායනික විද්යාඥයින්ට සහ ඉංජිනේරුවන්ට අත්යවශ්ය වේ. මෙම මාතෘකාව පිළිබඳ ගැඹුරු අවබෝධයක් ලබා දීම සඳහා රසායනික චාලක විද්යාවට අදාළ උදාහරණ ගැටළු කිහිපයක් සහ ඒවායේ විසඳුම් මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කෙරේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල තීරණය කිරීම
ප්රශ්නය:
ප්රතික්රියාවකට පහත පොදු ශීඝ්රතා සමීකරණය ඇත:
\[ ආර් = k[A]^m[B]^n \]
මා:
– \( R \) යනු ප්රතික්රියා අනුපාතයයි,
– \( k \) යනු අනුපාත නියතයයි,
– \([A] \) සහ \([B]\) යනු ප්රතික්රියාකාරක A සහ B වල සාන්ද්රණයන් වේ,
– \( m \) සහ \( n \) යනු A සහ B ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා නියෝග වේ.
පහත සඳහන් සාන්ද්රණ වෙනස්කම් සමඟ අත්හදා බැලීම සිදු කළ බව දන්නා කරුණකි:
| අත්හදා බැලීම | \([A]\) (mol/L) | \([B]\) (mol/L) | ප්රතික්රියා අනුපාතය (mol/(Ls)) |
|————–|——————-|——————–|————————|
| 1 | 0,10 | 0,20 | 0,030 |
| 2 | 0,10 | 0,40 | 0,060 |
| 3 | 0,20 | 0,20 | 0,120 |
A සහ B ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල සහ අනුපාත නියතයේ අගය \( k \) තීරණය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
A සහ B සම්බන්ධයෙන් ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල තීරණය කිරීම සඳහා, අපි විවිධ සාන්ද්රණ විචලනයන් සමඟ ප්රතික්රියා අනුපාත සංසන්දනය කළ යුතුය.
පළමුව, අපි අත්හදා බැලීම් 1 සහ 2 සංසන්දනය කිරීමෙන් B ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල තීරණය කරමු:
\[ \frac{\පෙළ{R2}}{\පෙළ{R1}} = \frac{k[A]^m [B_2]^n}{k[A]^m [B_1]^n} \]
\[ \frac{0,060}{0,030} = \frac{[0,10]^m [0,40]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 2 = \වම(\frac{0,40}{0,20}\දකුණ)^n \]
\[ 2 = 2^n \]
\[ n = 1 \]
B ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල 1 වේ.
ඊළඟට, අපි අත්හදා බැලීම් 1 සහ 3 සංසන්දනය කිරීමෙන් A ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල තීරණය කරමු:
\[ \frac{\පෙළ{R3}}{\පෙළ{R1}} = \frac{k[A_3]^m [B]^n}{k[A_1]^m [B]^n} \]
\[ \frac{0,120}{0,030} = \frac{[0,20]^m [0,20]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 4 = \වම(\frac{0,20}{0,10}\දකුණ)^m \]
\[ 4 = 2^මී \]
\[ මීටර් = 2 \]
A ට සාපේක්ෂව ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල 2 වේ.
මේ අනුව, ප්රතික්රියා ශීඝ්රතා සමීකරණය:
\[ ආර් = k[A]^2[B] \]
දැන් අපි අනුපාත නියතයේ අගය සොයා ගනිමු \( k \). අත්හදා බැලීම 1 හි දත්ත භාවිතා කරන්න:
\[ 0,030 = k[0,10]^2[0,20] \]
\[ 0,030 = k \times 0,01 \times 0,20 \]
\[ 0,030 = k \ගුණයක් 0,002 \]
\[ k = \frac{0,030}{0,002} \]
\[ k = 15 \ \text{L}^2/(\text{mol}^2 \cdot \text{s}) \]
ඉතින්, අනුපාත නියතය \( k \) 15 L²/(mol²·s) වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2: දෙවන පෙළ ප්රතික්රියාවක අර්ධ ආයු කාලය
ප්රශ්නය:
අනුපාත සමීකරණය සමඟ දෙවන පෙළ ප්රතික්රියාවක් ලබා දී ඇත:
\[ ආර් = කේ[ඒ]^2 \]
ප්රතික්රියාවේ අනුපාත නියතය (\( k \)) 0,5 L/(mol·s) වේ. ප්රතික්රියාකාරකයේ ආරම්භක සාන්ද්රණය \( [A]_0 \) 1 mol/L නම්, ප්රතික්රියාවේ අර්ධ ආයු කාලය සොයන්න.
සාකච්ඡාව:
දෙවන පෙළ ප්රතික්රියා සඳහා, අර්ධ ආයු කාලය (\( t_{1/2} \)) සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{k[A]_0} \]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5 \times 1} \]
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5} \]
\[ t_{1/2} = 2 \\පෙළ{s} \]
මේ අනුව, 0,5 L/(mol·s) අනුපාත නියතයක් සහ 1 mol/L ආරම්භක ප්රතික්රියාකාරක සාන්ද්රණයක් සහිත දෙවන පෙළ ප්රතික්රියාවක අර්ධ ආයු කාලය තත්පර 2 කි.
උදාහරණ ප්රශ්නය 3: ආර්හීනියස් සමීකරණය හරහා සක්රියන ශක්තිය
ප්රශ්නය:
ප්රතික්රියාවකට වෙනස් උෂ්ණත්ව දෙකක දී වෙනස් අනුපාත නියතයන් දෙකක් ඇත:
– 300 K දී, අනුපාත නියතය (\( k_1 \)) 0,2 L/(mol·s) වේ.
– 350 K දී, අනුපාත නියතය (\( k_2 \)) 0,4 L/(mol·s) වේ.
Arrhenius සමීකරණය භාවිතයෙන් ප්රතික්රියාවේ සක්රියන ශක්තිය (\( E_a \)) තීරණය කරන්න:
\[ k = A e^{-E_a/(RT)} \]
සාකච්ඡාව:
ආර්හීනියස් සමීකරණය පහත පරිදි ලඝුගණක ආකාරයෙන් ලිවිය හැක:
\[ \ln k = \ln A – \frac{E_a}{RT} \]
අපට වෙනස් උෂ්ණත්ව දෙකක දී අනුපාත නියත දත්ත දෙකක් භාවිතා කර \( E_a \): තීරණය කළ හැකිය.
මෙම කොන්දේසි දෙක සඳහා සමීකරණ දෙකක් ලියමු:
\[ \ln k_1 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1} \]
\[ \ln k_2 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2} \]
මෙම සමීකරණ දෙක අඩු කිරීමෙන්:
\[ \ln k_2 – \ln k_1 = \වම(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2}\දකුණ) – \වම(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1}\දකුණ) \]
\[ \ln \වම(\frac{k_2}{k_1}\දකුණ) = -\frac{E_a}{R} \වම(\frac{1}{T_2} – \frac{1}{T_1}\දකුණ) \]
\( k_1 \), \( k_2 \), \( T_1 \), සහ \( T_2 \) හි අගයන් ප්රතිස්ථාපනය කරන්න:
\[ \ln \වම(\frac{0,4}{0,2}\දකුණ) = -\frac{E_a}{8,314} \වම(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\දකුණ) \]
\[ \ln (2) = -\frac{E_a}{8,314} \වම(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\දකුණ) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \වම(\frac{300 – 350}{350 \cdot 300}\දකුණ) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \වම(\frac{-50}{105000}\දකුණ) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8,314} \වම(\frac{1}{2100}\දකුණ) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{17462850/2100} \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8314} \]
\[ E_a = 0,693 \times 8314 \]
\[ E_a = 5761,842 \ \පෙළ{J/mol} \]
මේ අනුව, ප්රතික්රියාව සඳහා සක්රියන ශක්තිය (\( E_a \)) 5761,842 J/mol හෝ 5,76 kJ/mol පමණ වේ.
-
රසායනික චාලක විද්යාව පිළිබඳ දැනුම සහ මෙවැනි ගැටළු සාකච්ඡා කිරීම පිළිබඳ අවබෝධය විවිධ ක්ෂේත්රවල, විශේෂයෙන් රසායනික කර්මාන්තයේ සහ විද්යාත්මක පර්යේෂණවල ඉතා වැදගත් වේ. ඉහත උදාහරණ ගැටලුව මඟින් තාක්ෂණික සංවර්ධනය සඳහා තීරණාත්මක වන ප්රතික්රියා අනුපිළිවෙල, අර්ධ ආයු කාලය සහ සක්රියන ශක්තිය තීරණය කිරීමේ ක්රම පිළිබඳ අවබෝධයක් සහ රසායනික ප්රතික්රියා යාන්ත්රණයන් පිළිබඳ ගැඹුරු අවබෝධයක් ලබා දේ.
