law of chemical equilibrium 2023 Great

law of chemical equilibrium 2023 Great.किसी भी रासायनिक अभिक्रिया में वह बिन्दु जहाँ अग्र अभिक्रिया (Forward Reaction) की गति प्रतीप अभिक्रिया (Backward Reaction) की गति के तुल्य हो जाती है, साम्य कहलाता है।

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रासायनिक साम्य (CHEMICAL EQUILIBRIUM)

आधारभूत तथ्य (FUNDAMENTALS)

रासायनिक अभिक्रियाओं को दो वर्गों में बाँटा जा सकता है- उत्क्रमणीय अभिक्रियायें (Reversible Reactions) तथा अनुत्क्रमणीय अभिक्रियायें (Irreversible Reactions) । वे रासायनिक अभिक्रियायें जो दोनों दिशाओं में चलती हैं,उत्क्रमणीय अभिक्रियायें कहलाती है।

इन अभिक्रियाओं में क्रियाकारक पदार्थ(Reactants) क्रियाफल पदार्थों (Products) में परिवर्तित हो जाते हैं और उसी समय क्रियाफल पदार्थ पुनः क्रिया करके मूल पदार्थों (Original Reactants) में परिवर्तित हो जाते हैं। इस प्रकार की अभिक्रियाओं को (⇌) चिन्ह द्वारा प्रदर्शित किया जाता हैं| उदाहरणार्थ-

(a) N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

(b) PCl₅ ⇌ PC1₃ + Cl₂

(c) N₂ + O₂ ⇌ 2NO

(d) 2sSO₂ + O₂ ⇌ 2S0₃

(e) H₂ + 1₂ ⇌ 2HI

(f) N₂0₄ ⇌ 2NO₂

(g) CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

उत्क्रमणीय अभिक्रिया (Reversible Reaction) में जो अभिक्रिया बायें से दायें बढ़ती है, अग्र अभिक्रिया (Forward Reaction) कहलाती है और जो अभिक्रिया दायें से बायें बढ़ती है, प्रतीप अभिक्रिया (Backward Reaction) कहलाती है। क्रियाफल पदार्थों को क्षय होने से बचाने के लिये उत्क्रमणीय क्रियायें (Reversible Reactions) किसी वन्द पात्र में की जाती हैं।

ऐसी अनेक रासायनिक अभिक्रियायें हैं जिनमें प्रारम्भिक पदार्थ (Initial Substances) क्रियाफल पदार्थों (Products) में पूर्व रूप से परिवर्तित हो जाते हैं। उदाहरणार्थ- जब NaCl का जलीय विलयन (Aqueous Solution) AgNO3 के जलीय विलयन (Aqueous Solution) में मिलाया जाता है तो वह तुरन्त क्रिया करके AgCI का अवक्षेप (Precipitate) बनाता है—

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3

उपरोक्त अभिक्रिया एक ही दिशा में हो रही है। ऐसी रासायनिक अभिक्रियायें जो एक ही दिशा में बढ़ती हैं और जिनमें क्रियाफल पदार्थ (Products) पुनः क्रियाकारक पदार्थों (Reactants) में परिवर्तित नहीं होते हैं, अनुत्क्रमणीय अभिक्रियायें (Irreversible Reactions) कहलाती हैं। अनुक्रमणीय अभिक्रिया के अन्य उदाहरण निम्न हैं-

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(a) Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

(b) Sn + 2HCl → SnCl₂ + H₂

(c) 2KClO3 → 2KCl + 302

(d) 2H₂O→2H₂ + O2

Note:- उच्च साम्य स्थिरांक (High Equilibrium Constants) वाली अभिक्रियायें लगभग पूर्ण रूप से दायीं ओर विस्थापित हो जाती हैं । ऐसी अभिक्रियायें वास्तविक अनुत्क्रमणीय (Practically Irreversible) कहलाती हैं।

ये ऐसी अवस्थायें हैं जब क्रियाफल पदार्थ या तो अघुलनशील (Insoluble) होते हैं जैसे अवक्षेप और गैसें या आंशिक वियोजन यौगिक (Slightly Dissociating Compounds) होते हैं।

जैसे दुर्बल विद्युत अपघट्य (Weak Electrolytes), संकर (Complex) और आयनिक यौगिकों (Compound Ions) के अणु ।

समांग तथा विषमांग साम्य (HOMOGENEOUS AND HETEROGENEOUS EQUILIBRUIUM)

किसी तन्त्र (System) में समांग साम्य (Homogeneous Equilibrium) तब स्थापित होता है जब उस तन्त्र (System) एक ही अवस्था (Phase) हो जैसे—गैसें, द्रव या ठोस अवस्था । उदाहरणार्थ—

2SO2(gas) + 02(gas)⇌2S03(gas)

N2(gas) + 3H2(gas) ⇌2NH3(gas)

किसी तन्त्र (System) में विषमांग साम्य (Heterogeneous Equilibrium) तब स्थापित होता है जब उस तन्त्र में विभिन्न प्रकार की अवस्थायें हो। उदाहरणार्थ-

MgCO3(Solid) ⇌ MgO(Solid) + CO2(gas)

3Fe(Solid) + 4H2O(liquid Steam) ⇌ Fe3O4(Solid) + 4H2(gas)

जब कोई उत्क्रमणीय अभिक्रिया (Reversible Reaction) किसी बन्द पात्र में स्थिर ताप पर होती है, तो क्रियाकारक पदार्थों (Reactants) की सान्द्रता प्रारम्भ में अधिकतम होती है।
जैसे-जैसे अभिक्रिया बढ़ती है, क्रियाकारक पदार्थ (Reactants) क्रियाफल पदार्थों (Products) में परिवर्तित हो जाते हैं जिसके कारण क्रियाकारक पदार्थों की सान्द्रता घट जाती है और क्रियाफल पदार्थों की (Backovard Reaction) सान्द्रता बढ़ जाती है।

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कुछ समय पश्चात् क्रियाफल पदार्थ, क्रियाकारक पदार्थों में परिवर्तित होना प्रारम्भ कर देते हैं अर्थात प्रतीप अभिक्रिया आरंभ हो जाती हैं।क अवस्था में क्रियाकारक पदार्थों (Reactants) द्वारा क्रियाफल पदार्थ (Products) बनाने की गति, क्रियाफल पदार्थों की क्रियाकारक पदार्थ बनाने की गति के तुल्य हो जाती है।

इस प्रकार से क्रियाकारक तथा क्रियाफल पदार्थों की मात्रा स्थिर रहती है और समय या उत्प्रेरक प्रभाव (Catalytic Effect) के प्रभाव से मुक्त रहती है। इस प्रकार से अग्र और प्रतीप अभिक्रिया के मध्य रासायनिक साम्य (Chemical Equilibrium) स्थापित हो जाता है।

जब उत्क्रमणीय अभिक्रिया (Reversible Reaction) में साम्य स्थापित हो जाता है तो अग्र तथा प्रतीप अभिक्रिया एक ही गति से आगे बढ़ती है। दूसरे शब्दों में (अर्थ और प्रतीप अभिक्रिया इस प्रकार से एक साथ होती हैं कि क्रियाकारक पदार्थों (Reactants) की मात्रा क्रियाफल पदार्थों (Products) में परिवर्तित होकर अनुत्क्रमणीय अभिक्रिया द्वारा पुनः प्राप्त हो जाती है।

एक बार साम्य अवस्था स्थापित होने पर तन्त्र (System) अप्रभावित रहता है। अतः हम रासायनिक साम्य (Chemical Equilibrium) को इस प्रकार से परिभाषित कर सकते हैं-उत्क्रमणीय अभिक्रिया की वह अवस्था जहाँ पर स्थिर ताप व दाब पर तन्त्र में समयानुसार कोई परिवर्तन नहीं होता रासायनिक साम्य कहलाता है।

साम्य की पहचान (RECOGNITION OF ATTAINMENT OF EQUILIBRIUM)

रासायनिक साम्य की सबसे महत्वपूर्ण स्थिति वह है जब अग्र अभिक्रिया की गति, प्रतीप अभिक्रिया की गति के तुल्य होती है। किसी अभिक्रिया की गति दोनों ही दिशाओं में कुछ प्रेक्षित (Observable) तथा उपयुक्त कारकों की स्थिरता द्वारा नियंत्रित होती है जैसे—दाब, ताप और सान्द्रता।

क्रियाकारक तथा क्रियाफल पदार्थों के कुछ प्रेक्षित कारकों (Observable Properties) को साम्य अवस्था की सान्द्रता दर्शाने के लिये प्रयोग किया जाता है। ये कारक रंग, आंशिक दाब, घनत्व आदि हो सकते हैं। उदाहरणार्थ-

NO2(Brown) + CO ⇌ NO( Colourless) + CO2

उपर्युक्त अभिक्रिया में साम्य अवस्था की पहचान NO2 के रंग से की जाती है। कुछ समय के पश्चात अभिक्रिया में NO2 का भूरा रंग रंगहीन NO बनने के कारण हल्का हो जाता है तथा धीरे-धीरे रंग की तीव्रता कम हो जाती है तथा रंग में फिर कोई परिवर्तन नहीं होता । इन परिस्थितियों में साम्य अवस्था स्थापित हो जाती है। इसी प्रकार से निम्न वियोजन में—

CaCO3⇌ CaO + CO2

साम्य अवस्था की पहचान CO2 के स्थिर आंशिक दाब (Constant Partial Pressure) को देखकर (मैनोमीटर द्वारा) की जा सकती है ।

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रासायनिक साम्य की विशेषताएं (CHARACTERISTICS OF CHEMICAL EQUILIBRIUM)

(अ) अभिक्रिया की किसी भी दिशा में रासायनिक साम्य स्थापित हो सकता है-निम्न अभिक्रिया में –

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

यदि हम किसी बन्द पात्र में शुद्ध नाइट्रोजन तथा शुद्ध हाइड्रोजन को 1 : 3 के अनुपात में 200°C ताप तथा 30 वायुदाब (Atmospheric Pressure) पर रखे तो ये गैसे अमोनिया (NH3) का निम्न मिश्रण बनाएँगी।

NH3=67.6%, N2 = 32.4 %, H2 = 32.4%

अब यदि क्रियाफल अमोनिया का विघटन (Decomposition) उपर्युक्त ताप तथा दाब (200°C. तथा 30 वायुदाब) पर किया जाये तब उन्हीं मात्राओं में शुद्ध नाइट्रोजन तथा शुद्ध हाइड्रोजन प्राप्त होंगी। इस प्रकार हम देखते हैं कि दोनों ही दिशाओं में रासायनिक साम्य स्थापित हो जाता है।

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(ब) रासायनिक साम्य गतिक होता है । (Chemical Equilibriumis is Dynamic in Nature ) —

रासायनिक साम्य (Chemical Equilibrium) दो तुल्य एवं विपरीत (Equal and Opposite) अभिक्रियाओं का परिणाम होता है । इनमें से एक अभिक्रिया क्रियाकारक पदार्थों (Reactants) से आरम्भ हो कर क्रियाफल पदार्थों (Products) तक जाती है—

(अग्र अभिक्रिया) तथा दूसरी अभिक्रिया क्रियाफल पदार्थों से आरम्भ होकर क्रियाकारक पदार्थों तक जाती है— (प्रतीप अभिक्रिया)।

क्योंकि दोनों अग्र और प्रतीप अभिक्रियाऐं साम्य अवस्था पर अग्रसर रहती हैं इसलिये ये अवस्था गतिक साम्य (Dynamic Equilibrium) कहलाती हैं।

इस प्रकार से अग्र और प्रतीप अभिक्रिया एक साथ बिना रुके एक ही गति से आगे बढती हैं। क्योंकि क्रियाफल पदार्थ (Product) बनने की गति, क्रियाकारक पदार्थ (Reactants) बनने की गति के तुल्य होती है इसलिये साम्य अवस्था (Equilibrium State) में क्रियाकारक और क्रियाफल पदार्थों की सान्द्रता में कोई परिवर्तन नहीं होता ।

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उदाहरणार्थ—जब हम जल की कुछ मात्रा को सामान्य ताप पर व्योम (Vacuum) पात्र में रखते हैं तो उसमें वाष्प बननी आरम्भ हो जाती है । वाष्प बनने के कारण पात्र में दाब उत्पन्न हो जाता है । किन्तु प्रक्रम (Process) चलता रहता है।
धीरे-2 दाब बढ़ता रहता है तथा कुछ समय पश्चात् वह स्थिर हो जाता है और तन्त्र में स्थिर ताप पर स्थिर ही रहता है।

जल अब भी पर्याप्त मात्रा में होता है तथा वाष्प में परिवर्तित नहीं होता। इसी अवस्था में साम्य स्थापित हो जाता है जिस में जल के वाष्पीकरण की गति जल के संघनन (Condensation) की गति के तुल्य हो जाती है।

H2O(Liquid) ⇌ H2O (Vapour)

इस प्रकार के साम्य को गतिक साम्य (Dynamic Equilibrium) कहते हैं। इसी प्रकार से निम्न अभिक्रिया में स्थापित साम्य, गतिक साम्य कहलायेगा ।

CaCO3 (S) ⇌ CaO(s) + CO2 (g)

उपर्युक्त अभिक्रिया में CaCO3 के विघटन (Decomposition) की गति, CaCO3 के निर्माण की गति के तुल्य है।

(स) बदलती परिस्थतियों के साथ साम्य भी परः संमाजित (Readjust) हो जाता है और इसी प्रकार से उन के प्रभाव से मुक्त होने पर अपनी प्रारम्भिक स्थिति ग्रहण कर लेता है।

उदाहरणार्थ—सामान्य ताप पर भूरे रंग की NO2 तथा रंगहीन N2O साम्य अवस्था में हैं।

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2NO2 (g)(Reddish brown) ⇌ N2O4 (g) (Colourless)

अगर मिश्रण को ठण्डा कर दिया जाये तो साम्य दायीं ओर विस्थापित हो जाता है और रंग हल्का हो जाता है। यदि निश्राम की कर दिया जाये तो साम्य बांयीं ओर विस्थापित हो जाता है और NO2 अधिक मात्रा में प्राप्त होती है, जिसके कारण रंग तीव्र हो जाता हैं।

दूसरे शब्दों में ताप की अधिकता NO2 बनने की प्रक्रिया को बढ़ा देती है तथा ताप में कमी N2O4 बनने की प्रक्रिया को बढ़ा देती है। इस प्रकार से बन्द (Scaled) तथा उष्मारोधी (Thermally Insulated) पात्र में उपस्थित Cl2 गैस को हम साम्य अवस्था (Equilibrium State) में मान सकते हैं। ऐसा साम्य स्थायी साम्य (Stable Equilibrium) कहलाता है।

एक बार साम्य स्थापित होने पर वह तब तक स्थिर रहता है जब तक की दाब तथा ताप में कोई परिवर्तन न किया जाए। यह परिवर्तन गर्म करने से ,ठण्डा करने से या उत्प्रेरक द्वारा किया जा सकता है।

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(ङ) कुछ प्रेक्षित कारकों (Observable Properties) जैसे-दाब, सान्द्रता, घनत्व या रंग द्वारा हम स्थिर ताप पर रासायि साम्य को दर्शा सकते हैं।

(इ) समय के साथ गुणों में कोई आभासी परिवर्तन नहीं होता।

(फ) क्रियाफल को निष्कासित होने से बचाने के लिये साम्य केवल बन्द पत्रों में ही स्थापित किया जाता है।

(घ) अभिक्रिया में रासायनिक साम्य स्थापित रहता है जब तक की वह बाह्य कारकों जैसे-ताप, दाब आदि द्वारा परिवर्तित न हो।

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