रासायनिक साम्य

साम्य का अर्थ अभिक्रिया का रुक जाना नहीं है। अग्र और प्रतिगामी प्रक्रियाएँ चलती रहती हैं, पर साम्य पर उनकी दरें बराबर होती हैं और स्थूल संरचना समय के साथ स्थिर रहती है।

साम्य नियतांक K

सामान्य अभिक्रिया aA + bB ⇌ cC + dD के लिए ऊष्मागतिक रूप में K गतिविधियों के अनुपात से परिभाषित होता है। तनु विलयनों में सांद्रता और कम दाब वाली गैसों में आंशिक दाब गतिविधि का उपयोगी सन्निकटन देते हैं। शुद्ध ठोस और शुद्ध द्रव की गतिविधि लगभग 1 होती है, इसलिए वे साधारण K अभिव्यक्ति में स्पष्ट रूप से नहीं आते।

K तापमान पर निर्भर करता है। उत्प्रेरक K नहीं बदलता; वह आगे और पीछे दोनों मार्गों को तेज करके साम्य तक पहुँचने का समय कम करता है।

अभिक्रिया भागफल Q

Q का बीजगणित K जैसा है, पर उसमें वर्तमान संरचना रखी जाती है। यदि Q < K है तो कुल परिवर्तन उत्पादों की ओर होगा; Q > K पर अभिकारकों की ओर; Q = K पर तंत्र साम्य पर है। यह दिशा जानने का सबसे सीधा तरीका है।

ले-शातेलिए सिद्धांत का सही उपयोग

अभिकारक जोड़ने या उत्पाद हटाने से अक्सर Q घटता है और अग्र अभिक्रिया बढ़ती है। गैसीय मिश्रण को संपीडित करने पर सभी आंशिक दाब बदलते हैं; दिशा इस बात पर निर्भर करती है कि Q में वे किस घात से आते हैं।

तापमान अलग है क्योंकि T बदलने से K स्वयं बदलता है। उष्माक्षेपी अभिक्रिया में कम तापमान अक्सर उत्पादों को ऊष्मागतिक रूप से लाभ देता है, पर अत्यधिक कम तापमान दर धीमी कर सकता है।

ICE सारणी और गणना

Initial–Change–Equilibrium सारणी में परिवर्तन संतुलित समीकरण के गुणांकों का पालन करते हैं। यदि बहुपद हल से कई मूल मिलें तो वही स्वीकार्य है जो सभी सांद्रताओं को शून्य या धनात्मक रखे। यदि x को बहुत छोटा मानकर सन्निकटन किया गया हो तो अंत में उसकी वैधता जाँचनी चाहिए।

K का आकार क्या नहीं बताता

K ≫ 1 उत्पाद-प्रधान और K ≪ 1 अभिकारक-प्रधान साम्य दर्शाता है, लेकिन अभिक्रिया कितनी तेज है यह नहीं बताता। समीकरण उलटने पर नया नियतांक 1/K होता है; सभी गुणांकों को n से गुणा करने पर नया नियतांक Kⁿ हो जाता है।

गतिविधि क्यों महत्वपूर्ण है

कठोर ऊष्मागतिकी में K सांद्रताओं के बजाय मानक अवस्था के सापेक्ष गतिविधियों से लिखा जाता है, इसलिए K स्वयं विमाहीन रहता है। बहुत अधिक आयनिक शक्ति वाले विलयनों या उच्च दाब वाली गैसों में सांद्रता और आंशिक दाब की सरल सन्निकटन टूट सकती है; तब गतिविधि गुणांक या फ्यूगैसिटी जैसी राशियाँ उपयोग की जाती हैं।

इस सूक्ष्मता का अर्थ यह नहीं कि प्रारंभिक Kc या Kp गणनाएँ बेकार हैं। वे उपयुक्त परिस्थितियों में अच्छे मॉडल हैं; महत्वपूर्ण यह है कि छात्र समझे कि मॉडल की मान्यताएँ कहाँ तक हैं।

गतिशील साम्य का प्रयोगात्मक संकेत

यदि साम्य मिश्रण की सांद्रताएँ स्थिर दिखाई दें तो इसका अर्थ अणुओं का स्थिर हो जाना नहीं है। समस्थानिक-लेबलिंग जैसे प्रयोग आगे और पीछे दोनों दिशाओं में निरंतर विनिमय दिखा सकते हैं। समतल सांद्रता–समय ग्राफ शून्य शुद्ध परिवर्तन दिखाता है, शून्य सूक्ष्म प्रतिक्रिया नहीं।

अभ्यास

दिशा पहचानें

Q = 0.05 और K = 20।

हल: Q < K, इसलिए कुल परिवर्तन अग्र दिशा में होगा।

उत्प्रेरक

क्या उत्प्रेरक K बदलता है?

हल: नहीं। वह दोनों दिशाओं की दर बढ़ाता है, साम्य संरचना नहीं बदलता।

उलटी अभिक्रिया

A ⇌ B के लिए K = 50 है। B ⇌ A का K?

हल: 1/50 = 0.020।