उत्क्रमणीय अभिक्रिया

उत्क्रमणीय प्रतिक्रिया एक ऐसी प्रतिक्रिया है जिसमें अभिकारकों का उत्पादों में रूपांतरण और उत्पादों का अभिकारकों में रूपांतरण एक साथ होता है।

A और B, C और D बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकते हैं या, उत्क्रम अभिक्रिया में, C और D, A और B बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकते हैं। यह उष्मागतिकी में उत्क्रमणीय प्रक्रम (ऊष्मप्रवैगिकी) से अलग है।

कमजोर अम्ल और क्षार (रसायन विज्ञान) उत्क्रम अभिक्रिया से गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बोनिक एसिड:


 * H2CO3 (l) + H2O(l) ⇌ HCO3−(aq) + H3O+(aq)

संतुलन मिश्रण में अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता अभिकर्मकों (A और B या C और D) की विश्लेषणात्मक सांद्रता और संतुलन स्थिरांक, के द्वारा निर्धारित की जाती है। संतुलन स्थिरांक का परिमाण प्रतिक्रिया के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन पर निर्भर करता है। इसलिए, जब मुक्त ऊर्जा परिवर्तन बड़ा होता है (लगभग 30 kJ mol-1), संतुलन स्थिरांक बड़ा होता है (log K > 3) और संतुलन पर अभिकारकों की सांद्रता बहुत कम है। इस तरह की प्रतिक्रिया को कभी-कभी अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया माना जाता है, चूंकि प्रतिक्रियाशील प्रणाली में अभी भी थोड़ी मात्रा में अभिकारकों के सम्मिलित होने की उम्मीद है। वास्तव में अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रिया सामान्यतः तब प्राप्त होती है जब उत्पादों में से प्रतिक्रिया प्रणाली से बाहर निकलता है, उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड (वाष्पशील) के रूप में
 * CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑

इतिहास
उत्क्रम अभिक्रिया की अवधारणा 1803 में बर्थोलेट द्वारा पेश की गई थी, जब उन्होंने खारी झील के किनारे पर सोडियम कार्बोनेट क्रिस्टल के गठन को देखा था (मिस्र में नैट्रॉन झीलों में से एक, चूना पत्थर में):


 * 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

उन्होंने इसे परिचित प्रतिक्रिया के विपरीत के रूप में पहचाना
 * Na2CO3 + CaCl2→ 2NaCl + CaCO3

उस समय तक, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को हमेशा एक दिशा में आगे बढ़ने के बारे में सोचा गया था। बर्थोलेट ने तर्क दिया कि झील में नमक की अधिकता ने सोडियम कार्बोनेट के निर्माण की दिशा में विपरीत प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाने में मदद की थी।

1864 में, पीटर वाएज और केटो मैक्सीमिलियन गुलडबर्ग ने बड़े पैमाने पर कार्रवाई का अपना कानून तैयार किया, जिसने बर्थोलेट के अवलोकन को प्रमाणित किया था। 1884 और 1888 के बीच, हेनरी लुइस ले चेटेलियर और कार्ल फर्डिनेंड ब्रौन ने ले चेटेलियर के सिद्धांत को तैयार किया, जिसने समान विचार को संतुलन की स्थिति पर एकाग्रता के अतिरिक्त अन्य कारकों के प्रभाव पर अधिक सामान्य कथन तक बढ़ाया था।

अभिक्रिया वेगिकी
उत्क्रम अभिक्रिया A⇌B के लिए, अग्र चरण A→B में दर स्थिरांक होता है $$k_1$$ और पीछे की ओर B→A की दर स्थिर है $$k_{-1}$$, A की एकाग्रता निम्नलिखित अंतर समीकरण का पालन करती है:

यदि हम मानते हैं कि किसी भी समय उत्पाद B की सांद्रता समय पर अभिकारकों की सांद्रता के बराबर होती है, तो समय $$t$$ पर अभिकारकों की सांद्रता शून्य होती है, हम निम्नलिखित समीकरण स्थापित कर सकते हैं:

$$ और $$ का मेल, हम लिख सकते हैं


 * $$\frac{d[A]}{dt}=-k_\text{1}[A]+k_\text{-1}([A]_\text{0}-[A])$$.

प्रारंभिक मूल्य का उपयोग करके चर का पृथक्करण संभव है $$[A](t=0) = [A]_0$$, हमने प्राप्त:


 * $$C=\frac{{-\ln}(-k_\text{1}[A]_\text{0})}{k_\text{1}+k_\text{-1}}$$

और कुछ बीजगणित के बाद हम अंतिम गतिज व्यंजक पर पहुँचते हैं:


 * $$[A]=\frac{k_\text{-1}[A]_\text{0}}{k_\text{1}+k_\text{-1}}+\frac{k_\text{1}[A]_\text{0}}{k_\text{1}+k_\text{-1}}\exp{{(-k_\text{1}+k_\text{-1}})t}$$.

अनंत समय पर A और B की एकाग्रता का व्यवहार इस प्रकार है:


 * $$[A]_\infty=\frac{k_\text{-1}[A]_\text{0}}{k_\text{1}+k_\text{-1}}$$
 * $$[B]_\infty=[A]_\text{0}-[A]_\infty=[A]_\text{0}-\frac{k_\text{-1}[A]_\text{0}}{k_\text{1} +k_\text{-1}}$$
 * $$\frac{[B]_\infty}{[A]_\infty}=\frac{k_\text{1}}{k_\text{-1}}=K_\text{eq}$$
 * $$[A]=[A]_\infty+([A]_\text{0}-[A]_\infty)\exp(-k_\text{1}+k_\text{-1})t$$

इस प्रकार, सूत्र को निर्धारित करने के लिए रैखिक किया जा सकता है $$k_1+k_{-1}$$:


 * $$\ln([A]-[A]_\infty)=\ln([A]_\text{0}-[A]_\infty)-(k_\text{1}+k_\text{-1})t$$

व्यक्तिगत स्थिरांक खोजने के लिए $$k_1$$ और $$k_{-1}$$, निम्न सूत्र आवश्यक है:


 * $$K_\text{eq}=\frac{k_\text{1}}{k_\text{-1}}=\frac{[B]_\infty}{[A]_\infty}$$

यह भी देखें

 * गतिशील संतुलन
 * रासायनिक संतुलन
 * अपरिवर्तनीयता
 * सूक्ष्म प्रतिवर्तीता
 * स्थिर संतुलन