रिएक्शन और इक्विलिब्रियम

Overview

इस लेक्चर में केमिकल इक्विलिब्रियम, रिवर्सिबल व इर्रिवर्सिबल रिएक्शन, इक्विलिब्रियम स्टेट, इक्विलिब्रियम कॉन्स्टेंट (KC) और इसके एप्लीकेशन्स समझाए गए हैं।

रिवर्सिबल व इर्रिवर्सिबल रिएक्शन का अंतर

• रिवर्सिबल रिएक्शन दोनों दिशा (फॉरवर्ड व रिवर्स) में चलते हैं; इर्रिवर्सिबल सिर्फ एक दिशा में।
• रिवर्सिबल रिएक्शन कम्पलीट नहीं होते; इर्रिवर्सिबल लगभग पूरी तरह प्रोडक्ट में बदल जाते हैं।
• रिवर्सिबल रिएक्शन क्लोज्ड कंटेनर में होते हैं; इर्रिवर्सिबल ओपन या क्लोज्ड दोनों में हो सकते हैं।

इक्विलिब्रियम स्टेट

• रिवर्सिबल रिएक्शन में एक स्थिति आती है जब फॉरवर्ड व रिवर्स रिएक्शन की दर (rate) बराबर होती है, इसे इक्विलिब्रियम स्टेट कहते हैं।
• इक्विलिब्रियम स्टेट पर रिएक्टेंट व प्रोडक्ट की सांद्रता (concentration) स्थिर हो जाती है, लेकिन बराबर होना जरूरी नहीं।
• यह एक डायनेमिक स्टेट है; बदलाव सतत चलते रहते हैं।
• इक्विलिब्रियम किसी भी दिशा से (reactant या product) प्राप्त की जा सकती है।
• ताप, दाब, वॉल्यूम या सांद्रता बदलने से इक्विलिब्रियम डिस्टर्ब होता है; कैटेलिस्ट इक्विलिब्रियम तक पहुँचने की गति बढ़ाता है लेकिन स्थित बदलता नहीं।

इक्विलिब्रियम कॉन्स्टेंट (KC) व यूनिट्स

• KC = [Product]^(coefficient)/[Reactant]^(coefficient) (concentration at equilibrium)
• यूनिट्स: NP = NR (प्रोडक्ट व रिएक्टेंट के moles बराबर) तो यूनिट नहीं; NP ≠ NR तो यूनिट होती है।
• KC का यूनिट reaction में reactant व product के moles पर निर्भर करता है।

KC के गुण (Characteristics)

• KC सिर्फ तापमान पर निर्भर करता है; सांद्रता, दाब या वॉल्यूम बदलने से नहीं।
• KC equilibrium concentrations पर निर्भर करता है, initial concentration पर नहीं।
• रिएक्शन को उल्टा करने पर KC बदल जाता है।
• कैटेलिस्ट KC को प्रभावित नहीं करते।

KC और KP का रिश्ता

• Δn = 0 हो तो KC = KP; Δn > 0 हो तो KP > KC; Δn < 0 हो तो KC > KP।
• Relation: KP = KC(RT)^Δn

KC की एप्लीकेशन

• KC की value रिएक्शन के product बनने की हद (extent) बताती है।
• KC बहुत ज्यादा है, तो product stable व ज्यादा बनते हैं (equilibrium right); बहुत कम है तो reactant ज्यादा रहते हैं (equilibrium left)।
• KC न ज्यादा, न कम है तो reactant व product दोनों moderate मात्रा में रहते हैं।
• QC (reaction quotient) और KC की तुलना से पता चलता है कि रिएक्शन फॉरवर्ड या रिवर्स दिशा में जाएगा।

Key Terms & Definitions

• रिवर्सिबल रिएक्शन — जो दोनों दिशाओं में चलती है।
• इर्रिवर्सिबल रिएक्शन — जो सिर्फ एक दिशा में जाती है।
• इक्विलिब्रियम स्टेट — वह अवस्था जहाँ फॉरवर्ड व रिवर्स रिएक्शन की दर बराबर हो जाती है।
• KC (इक्विलिब्रियम कॉन्स्टेंट) — equilibrium पर product व reactant की सांद्रता का अनुपात।
• QC (रिएक्शन कोटिएंट) — non-equilibrium स्थिति में product/ reactant का अनुपात।
• KP — gaseous reaction के लिए equilibrium constant, partial pressure के आधार पर।
• Δn — product व reactant के moles का अंतर।

Action Items / Next Steps

• निम्न रिएक्शन के लिए KC के यूनिट्स निकालें:
  1. 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃
  2. PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂
  3. 2NO₂ ⇌ 2NO + O₂
• Law of mass action व KC expression की प्रैक्टिस करें।
• अगला टॉपिक: KC, KP, Kx, KN के संबंध।