রাসায়নিক গতিবিদ্যা

যে বিক্রিয়ার হার একটি মাত্র বিক্রিয়কের ঘনমাত্রার প্রথম ঘাতের সমানুপাতিক হয় তাকে প্রথম ক্রম বিক্রিয়া বলে

প্রথম ক্রম বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য :

১. প্রথম ক্রম বিক্রিয়া কখনো শেষ হয় না

২. এ বিক্রিয়ার একটি নির্দিষ্ট ভগ্নাংশ সম্পূর্ণ হওয়ার সময় বিক্রিয়কের প্রারম্ভিক ঘনমাত্রার উপর নির্ভর করে না

৩. ঘনমাত্রার এককের উপর এই জাতীয় বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক নির্ভরশীল নয়

 

যে বিক্রিয়ার হার একটি মাত্র বিক্রিয়কের ঘনমাত্রার বর্গের বা দ্বিতীয় ঘাতের সমানুপাতিক হয় তাকে দ্বিতীয় ক্রম বিক্রিয়া বলে

দ্বিতীয় ক্রম বিক্রিয়া

১. নাইট্রোজেন পার-অক্সাইডের তাপীয় বিয়োজন : 2NO₂ → 2NO+O₂

২. নাইট্রাস অক্সাইডের তাপীয় বিয়োজন : 2N₂O → 2NO+N₂

৩. হাইড্রোজেন আয়োডাইডের তাপীয় বিয়োজন : 2HI → H₂+I₂

৪. ওজোনের বিয়োজন : 2O₃ → 3O₂

৫. বেনজেলডিহাইডের বেনজয়িকে রূপান্তর : 2C₆H₅CHO → C₆H₅CH(OH)COC₆H₅

৬. হাইড্রোজেন ও ইথিলিনের মিলন :H₂+C₂H₄ → C₂H₆

 

তৃতীয় ক্রমের সমসত্ত্ব গ্যাসীয় বিক্রিয়া

১. 2NO+O₂ → 2NO₂

২. 2NO+Cl₂ → 2NOCl

৩. 2NO+Br₂ → 2NOBr

৪. 2NO+H₂ → N₂+H₂O₂

 

কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বিক্রিয়কের অণুর সংখ্যা এক হলে তাকে এক আণবিক বিক্রিয়া বলে

• যেমন- PCl₅ → PCl₃+Cl₂

কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বিক্রিয়কের অণুর সংখ্যা দুই হলে তাকে দ্বি-আণবিক বিক্রিয়া বলে

• যেমন- H₂+I₂ → 2HI

কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বিক্রিয়কের অণুর সংখ্যা তিন হলে তাকে ত্রি-আণবিক বিক্রিয়া বলে

• যেমন- 2NO+O₂ → 2NO₂

 

ছদ্ম এক আণবিক বিক্রিয়া (Pseudo-unimolcular reaction) : যে বিক্রিয়ায় একাধিক বিক্রিয়ক অণু অংশগ্রহণ সত্ত্বেও দ্রাবকের পরিমাণ অত্যধিক থাকায় প্রথম ক্রমের হয়, তাদেরকে ছদ্ম এক আণবিক বিক্রিয়া বলে।

যেমন- C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O → C₆H₁₂O₆+C₆H₁₂O₆ আপাতদৃষ্টিতে বিক্রিয়াটি দ্বি-আণবিক হলে ও তা প্রথম ক্রম বিক্রিয়ায় সমীকরণ ‍অণুসরণ করে। এক লঘু HCl হতে সৃষ্ট প্রোটন (H^-) ইক্ষু চিনির উৎক্রমে প্রভাবক হিসেবে কাজ করে। এ ক্ষেত্রে ইনভার্টস নামক এনজাইমকে ও প্রভাবক হিসেবে ব্যবহার করা হয়।

 

সংঘর্ষ তত্ত্বের দুইটি অপরিহার্য বিষয় 

১. ন্যূনতম শক্তিতে বিক্রিয়ার মধ্যে সংঘর্ষ

২. সুবিধাজনক দিকে সংঘর্ষ

 

সক্রিয়ন শক্তি : পারস্পরিক সংঘর্ষ বা অন্য কোনো উপায়ে বিক্রিয়কের একটি অংশ বিক্রিয়কের গড় শক্তি অপেক্ষা যে পরিমাণ বেশি শক্তি লাভ করে বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণের উপযুক্ততা অর্জন করে তাকে সক্রিয়ন শক্তি বলে এবং বিক্রিয়কের যে অণুসমূহ উক্ত অতিরিক্ত শক্তি লাভ করে তাদেরকে বলা হয় সক্রিয়ন অণু।

 

অবস্থান্তর অবস্থা : বিক্রিয়ক অণুগুলো পরস্পর সংঘর্ষ করে যখন পুরোনো বন্ধন ভাঙতে শুরু করে এবং নতুন বন্ধন সৃষ্টি হতে শুরু করে সে অবস্থাকে অবস্থান্তর অবস্থা (Transitions state) বলে। বিক্রিয়ার এ অবস্থান্তর অবস্থাকে সক্রিয়নকৃত জটিল অবস্থাও (Activated complex) বলে।

 

স্থানিক বাঁধা বা স্টেরিক বাঁধা : কোনো বিক্রিয়ায় বড় গ্রুপের স্থানিক বিন্যাসের কারণে আক্রমণকারী বিক্রিয়ক যে বাঁধা পায় একে বড় গ্রুপ কর্তৃক স্থানিক বাঁধা বা স্টেরিক বাঁধা (Steric hindrance) বলে।

 

• বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বস্তুর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করলে বিক্রিয়ার হার বৃদ্ধি পায়
• যেকোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ার হার নির্দিষ্ট নয় বরং সময়ের উপর নির্ভরশীল
• সাধারণত তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে বিক্রিয়ার হারও বৃদ্ধি পায়
• কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটনে যতটি বিক্রিয়ক অণু, পরমাণু বা আয়ন অংশ নেয় তার সংখ্যাকে উক্ত বিক্রিয়ার আণবিকত্ব বলে
• ১৮৩৫ সালে বিজ্ঞানী বার্জেলিয়াস ‘Catalyst’ নামকরণ করেন
• প্রভাবক এমন একটি রাসায়নিক পদার্থ যার উপস্থিতি বিক্রিয়ার সক্রিয়ন শক্তি হ্রাস করে এবং একে সরলতর বিক্রিয়া পথ প্রদান করে
• কোনো তেজস্ক্রিয় মৌলের বিভাজন প্রক্রিয়া প্রথম ক্রমের রেডিয়ামের র‌্যাডনে পরিণত হওয়ার প্রক্রিয়া-

          Ra → Rn+α কণা

• SO₂ হতে SO₃ উৎপাদনের সময় As₂O₃ প্রভাবক বিষ হিসেবে কাজ করে
• মানুষের শরীরে প্রায় 30,000 বিভিন্ন ধরনের এনজাইম থাকে

 

অনুঘটক এবং বিক্রিয়কের ভৌত অবস্থা ভিন্ন হলে অনুঘটককে অসমসত্ত্ব অনুঘটক বলে

 

অনুঘটকের শ্রেণিবিভাগ : অনুঘটক ও অনুঘটন প্রধানত ৪ প্রকার-

১. ধনাত্মক অনুঘটক ও অনুঘটন : যে অনুঘটকের উপস্থিতিতে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতি বৃদ্ধি পায় তাকে ধনাত্মক অনুঘটক এবং প্রক্রিয়াকে ধনাত্মক অনুঘটন বলে। যেমন, পটাশিয়াম ক্লোরেট হতে অক্সিজেন তৈরির সময় ম্যাঙ্গানিজ-ডাই অক্সাইড ধনাত্মক অনুঘটকরূপে কাজ করে।

 

২. ঋণাত্মক অনুঘটক ও অনুঘটন : যে অনুঘটন রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতি হ্রাস করে তাকে ঋণাত্মক অনুঘটক বলে। প্রক্রিয়াটিকে বলা হয় ঋণাত্মক অনুঘটক। যেমন- সোডিয়াম সালফাইড দ্রবণ বায়ুর অক্সিজেন দ্বারা জারিত হয়ে সোডিয়াম সালফেট উৎপন্ন হওয়ার ক্ষেত্রে গ্লিসারিন ঋণাত্মক অনুঘটক হিসেবে কাজ করে

 

৩. স্ব-প্রভাবক ও স্ব-প্রভাবন : রাসায়নিক বিক্রিয়ার ফলে যে সকল পদার্থ উৎপন্ন হয়, অনেক সময় তাদের যেকোনো একটি প্রভাবকের কাজ করে থাকে। এই অনুঘটক বা প্রভাবককে স্ব-প্রভাবক বলা হয় এবং প্রক্রিয়াটিকে বলা হয় স্ব-প্রভাবন। যেমন- এসিড দ্রবণে পটাশিয়াম পার-ম্যাঙ্গানেট দ্রবণ যোগ করলে প্রথমত পারম্যাঙ্গানেটের বর্ণ ধীরে অন্তর্হিত হয়। কিন্তু কিছুক্ষণ পরেই এই বর্ণ দ্রুত নষ্ট হতে পারে। কারণ বিক্রিয়ায় উৎপন্ন ম্যাঙ্গানিজ আয়ন (Mn⁺) স্ব-প্রভাবকরূপে কাজ করে।

 

৪. আবিষ্ট অনুঘটক ও অনুঘটন : একটি বিক্রিয়ার প্রভাবে অপর একটি বিক্রিয়কের ক্রিয়া প্রভাবিত হলে প্রক্রিয়াটিকে বলা হয় আবিষ্ট অনুঘটন। যেমন- সোডিয়াম সালফাইট দ্রবণ অক্সিজেন কর্তৃক জারিত হয় না। কিন্তু সোডিয়াম আর্সেনাইট দ্রবণ অক্সিজেন কর্তৃক জারিত হয় না। তবে সোডিয়াম সালফাইট ও সোডিয়াম আর্সেনাইট দ্রবণ জারিত হয়। সুতরাং সোডিয়াম সালফাইট আবিষ্ট অনুঘটক। অনুঘটক কঠিন, তরল ও বায়বীয় তিন অবস্থায় পাওয়া যায়। বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বস্তুর ভৌত অবস্থা এবং অনুঘটকের ভৌত অবস্থার উপর নির্ভর করে অনুঘটককে দুইটি শ্রেণিতে ভাগ হয়েছে-

ক) সমসত্ত্ব অনুঘটক

খ) অসমসত্ত্ব অনুঘটক

সমসত্ত্ব ও অসমসত্ত্ব উভয় ক্ষেত্রে বিক্রিয়াটি নির্দিষ্ট পথে না হয়ে অনুঘটকের উপস্থিতিতে একটি বিকল্প পথে সংঘটিত হয়। বিকল্প পথের সক্রিয়ন শক্তি কম থাকে। তাই তুলনামূলকভাবে বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী অধিক সংখ্যক কণা সক্রিয়ন শক্তিকে অতিক্রম করতে পারে বলে বিক্রিয়াটি দ্রুত গতিতে সম্পন্ন হয়।

 

সমসত্ত্ব অনুঘটক : অনুঘটক ও বিক্রিয়কের দশা একই হলে উপস্থিত অনুঘটককে সমসত্ত্ব অনুঘটক বলে। এসব ক্ষেত্রে অনুঘটক বিক্রিয়ার অংশগ্রহণকারী কোনো বিক্রিয়কের সাথে বিক্রিয়া করে একটি মধ্যবর্তী জটিল পদার্থ তৈরি করে। মধ্যবর্তী জটিল পদার্থটি পরে বিযোজিত হয়ে অথবা বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী অপর বিক্রিয়কের সাথে বিক্রিয়া করে উৎপাদ গঠন করে এবং অনুঘটক তার মূল অবস্থায় বিমুক্ত হয়। অনুঘটক সম্পর্কিত এ মতবাদকে অন্তর্বর্তী যৌগ তত্ত্ব বলে।

 

অসমসত্ত্ব অনুঘটক : যে সমস্ত বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী বস্তু এবং অনুঘটকের ভৌত অবস্থা ভিন্ন থাকে  তাদের অসমসত্ত্ব অনুঘটক বলে।

যেমন- অ্যামোনিয়া গ্যাস উৎপাদনে কঠিন আয়রনের ব্যবহার। অসমসত্ত্ব অনুঘটকের উপস্থিতিতে সাধারণত গ্যাস বা তরল পদার্থ কঠিন অনুঘটকের পৃষ্ঠতলে বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। এজন্য অসমসত্ত্ব অনুঘটককে কখনো কখনো সংযোগ বা স্পর্শ অনুঘটক বলে। অসমসত্ত্ব অনুঘটকের উপস্থিতিতে একটি বিক্রিয়া নিম্নলিখিত ৪টি ধাপে অংশগ্রহণ করে।

১. অনুঘটকের পৃষ্ঠতলে বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী একটি বিক্রিয়কের অণুসমূহ রাসায়নিকভাবে অধিশোষিত হয়

২. এত অণুর অধিশোষিত প্রান্তের সাথে অনুঘটক পৃষ্ঠতলের এক ধরনের বন্ধন সৃষ্টি হয় এবং অণুটির অধিশোষিত প্রান্তের সাথে অপর প্রান্তের বন্ধন দুর্বল হয়ে পড়ে

৩. ফলে অপর বিক্রিয়কের অণু এ দুর্বল বন্ধনে আঘাত করে বন্ধনটিকে ভেঙ্গে ফেলে; এতে বিক্রিয়া ত্বরান্বিত হয়

৪. সবশেষে বিক্রিয়ায় উৎপন্ন পদার্থ অনুঘটকের পৃষ্ঠতল থেকে বিমুক্ত হয়

 

অনুঘটক সহায়ক বা বিবর্ধক বা ক্রিয়া বিবর্ধক (Promoters) : যে সব পদার্থ অনুঘটক বা প্রভাবক হিসেবে কাজ করতে পারে না কিন্তু কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অনুঘটকের সাথে উপস্থিত থেকে অনুঘটকের অনুঘটন (প্রভাবক) ক্ষমতা বৃদ্ধি করে তাদেরকে অনুঘটন সহায়ক বলে। যেমন- হেবার প্রণালীতে অ্যামোনিয়া উৎপাদনের সময় আয়রন অনুঘটকের সাথে বিবর্ধক হিসেবে মলিবডেনাম (Mo) বা অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড উপস্থিত থাকে। অনুঘটকের পৃষ্ঠতলের উপর বিক্রিয়ক অণুর অধিশোষিত প্রক্রিয়াকে বিবর্ধক ত্বরান্বিত করে। অনুঘটক পৃষ্ঠতলের অধিশোষণের মাধ্যমে দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বন্ধন গঠনের জন্য বিক্রিয়ক অণুকে সুবিধাজনকভাবে বিন্যস্ত হতে বিবর্ধক সহায়তা করে। এভাবে বিবর্ধক বিক্রিয়ার হারকে ত্বরান্বিত করে।

 

অনুঘটক বিষ (Catalyst Poison) : যে সব পদার্থ অনুঘটকের অনুঘটন ক্ষমতা হ্রাস এমনকি বন্ধ করে দেয় তাদেরকে প্রভাবক বিষ বলে। সাধারণত ধুলাবালি, সালফার চূর্ণ, As₂O₃, প্রভৃতি অনুঘটক বিষ হিসেবে কাজ করে। মেযন- Pt চূর্ণের প্রভাবে বায়ুর অক্সিজেন দ্বারা সালফার ডাই-অক্সাইডের জারণ ক্রিয়া ঘটে-

$2 \mathrm{SO}_{2}+\mathrm{O}_{2} \stackrel{\mathrm{Pt}}{\longrightarrow} 2 \mathrm{SO}_{3}$

কিন্তু এ বিক্রিয়ায় সামান্য পরিমাণ As₂O₃ থাকলে প্লাটিনামের প্রভাবন ক্ষমতা প্রায় বন্ধ হয়ে যায়। সুতরাং এক্ষেত্রে As₂O₃ একটি অনুঘটক বিষ। অনুঘটক বিষ অনুঘটকের পৃষ্ঠতল সক্রিয় স্থানগুলোতে দৃঢ়ভাবে অধিশোষিত হয়, ফলে বিক্রিয়ক অণুগুলো এ পৃষ্ঠতলে আর স্থান পায় না। এতে অনুঘটকের অনুঘটন ক্ষমতা নষ্ট হয়ে যায়।

 

শিল্পক্ষেত্রে অনুঘটকের ব্যবহার 

শিল্প	বিক্রিয়া	অনুঘটক
NH3 উৎপাদন	N2+3H2 ⇋ 2NH3	Fe (প্রভাবক), Mo (সহায়ক)
H2SO4 উৎপাদন	2SO2+O2 ⇋ 2SO3	Pt বা V2­O3
HNO3 উৎপাদন	4NH3+5O2 ⇋ 4NO+6H2O	Pt-Ir
মিথানল উৎপাদন	CO+2H2 → CH3OH	ZnO+Cr2O3
ইথানল উৎপাদন	C6H12O6 → 2CH3-CH2-OH+2CO3	জাইমেজ
ভিনেগার উৎপাদন	CH3-CH2-OH+O2 → CH3-COOH+H2O	মাইকোডারমা অ্যাসিটিলিন
তরল জ্বালানি উৎপাদন	CO+H2O → CnH2n+2+H2O	Co-Fe-Ni
ডালডা উৎপাদন	C=C+H2 → CH-CH	Ni

 

 

রাসায়নিক বিক্রিয়ার উপর বিভিন্ন নিয়ামকের প্রভাব 

১. বিক্রিয়কের ঘনমাত্রা :

যেমন- হেবার প্রণালীতে এবং সালফিউরিক এসিড উৎপাদনে স্পর্শ প্রণালীতে উচ্চ চাপ প্রয়োগ করে বিক্রিয়ার হার বৃদ্ধি করা হয়

২. চাপ :

৪. আলো : কিছু বিক্রিয়া আছে যেগুলো আলোর গতির উপর নির্ভরশীল। আলোক ফোটনের (hυ) প্রভাবে বিক্রিয়ক অণুর বন্ধন ভেঙ্গে ক্রিয়াশীল মুক্ত র‌্যাডিকেল উৎপন্ন হয় বলে বিক্রিয়ার হার বৃদ্ধি পায়। যেমন-

i. অন্ধকারে বিক্রিয়া না ঘটালেও আলোর উপস্থিতিতে H₂ এবং Cl₂ গ্যাস দ্রুত গতিতে বিস্ফোরণ সহকারে উৎপন্ন করে

$\mathrm{H}_{2}+\mathrm{Cl}_{2} \stackrel{\text { light }}{\longrightarrow} 2 \mathrm{HCl}$

ii. আলোর ছটায় AgCl বা AgBr এর অধঃক্ষেপ কালো বর্ণ ধারণ করে; এ বিক্রিয়ার উপর নির্ভর করে ফটোফিল্ম তৈরি করা হয়

ii. আলোর সংশ্লেষণ বিক্রিয়া উজ্জ্বল সূর্যালোকে দ্রুত গতিতে সংঘটিত হয়; আলোর সংস্পর্শে যে সমস্ত বিক্রিয়ার গতি পরিবর্তিত হয় সেগুলোকে আলোক-রাসায়নিক বিক্রিয়া বলে

 

প্রথম ও দ্বিতীয় ক্রমের বিক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য

বিষয়	প্রথম ক্রম বিক্রিয়া	দ্বিতীয় ক্রম বিক্রিয়া
আপেক্ষিক বিক্রিয়ার হার	$\mathrm{K}=\frac{2303}{t} \log \frac{a}{a-x}$	$\mathrm{K}=\frac{1}{t} \frac{x}{a(a-x)}$
সময়ের সাথে ঘনমাত্রার পরিবর্তন	$t$ এর সঙ্গে $\frac{a}{a-x}$ সরল রৈখিকভাবে হ্রাস পায়	$t$ এর সঙ্গে $\frac{x}{a(a-x)}$ সরল রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়
সময়ের সাথে ঘনমাত্রার পরিবর্তন	ঘনমাত্রার প্রাথমিক মানের উপর নির্ভর করে না	ঘনমাত্রার প্রাথমিক মানের ব্যস্তানুপাতিক
বেগ ধ্রুবকের একক	সময়-1 (mm-1 বা s-1)	ঘনমাত্রা-1 সময়-1 (L mol-1 mm-1 বা L mol-1 s-1)