కెమికల్ కైనెటిక్స్

కెమికల్ కైనెటిక్స్ (Chemical kinetics), దీనినే రియాక్షన్ కైనెటిక్స్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది రసాయన చర్యల రేట్లను అర్థం చేసుకోవడానికి సంబంధించిన భౌతిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క ఒక విభాగం. ఇది రసాయన ఉష్ణగతిక శాస్త్రం నుండి భిన్నమైనది; ఉష్ణగతిక శాస్త్రం ఒక చర్య ఏ దిశలో జరుగుతుందో చెబుతుంది కానీ దాని రేటు గురించి ఏమీ చెప్పదు. కెమికల్ కైనెటిక్స్‌లో ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులు ఒక రసాయన చర్య వేగాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో పరిశోధించడం, చర్య యొక్క విధానం మరియు transition stateల గురించి సమాచారాన్ని సేకరించడం, అలాగే రసాయన చర్య యొక్క లక్షణాలను వివరించగల గణిత నమూనాల నిర్మాణం వంటివి ఉంటాయి.

చరిత్ర

కెమికల్ కైనెటిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక పనిని 1850లో జర్మన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త Ludwig Wilhelmy చేశారు. ఆయన సుక్రోజ్ విలోమం రేటును ప్రయోగాత్మకంగా అధ్యయనం చేశారు మరియు ఈ చర్య యొక్క కైనెటిక్స్‌ను నిర్ణయించడానికి ఇంటిగ్రేటెడ్ రేట్ లాను ఉపయోగించారు. ఆయన పనిని 34 సంవత్సరాల తర్వాత Wilhelm Ostwald గుర్తించారు. 1864లో, Peter Waage మరియు Cato Guldberg ద్రవ్యరాశి చర్య నియమాన్ని ప్రచురించారు, ఇది రసాయన చర్య యొక్క వేగం ప్రతిచర్యలో పాల్గొనే పదార్థాల పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని పేర్కొంటుంది.

వాన్ 'ట్ హాఫ్ రసాయన గతిశీలతను అధ్యయనం చేసి, 1884లో తన ప్రసిద్ధ "Études de dynamique chimique"ని ప్రచురించారు. 1901లో, "రసాయన గతిశీలత మరియు ద్రావణాలలో ద్రవాభిసరణ పీడనం యొక్క నియమాలను కనుగొనడం ద్వారా ఆయన అందించిన అసాధారణ సేవలకు గుర్తింపుగా" ఆయనకు మొదటి రసాయన శాస్త్ర నోబెల్ బహుమతి లభించింది. వాన్ 'ట్ హాఫ్ తర్వాత, కెమికల్ కైనెటిక్స్ చర్య రేట్ల ప్రయోగాత్మక నిర్ణయంపై దృష్టి సారించింది, దీని నుండి రేట్ నియమాలు మరియు రేట్ స్థిరాంకాలు ఉద్భవించాయి. శూన్య క్రమ చర్యలు (వీటిలో చర్య రేట్లు గాఢతపై ఆధారపడవు), ప్రథమ క్రమ చర్యలు, మరియు ద్వితీయ క్రమ చర్యల కోసం సాపేక్షంగా సరళమైన రేట్ నియమాలు ఉన్నాయి, మరియు ఇతర చర్యల కోసం కూడా వీటిని ఉత్పాదించవచ్చు. ప్రాథమిక చర్యలు ద్రవ్యరాశి చర్య నియమాన్ని అనుసరిస్తాయి, కానీ దశలవారీ చర్యల రేట్ నియమాన్ని వివిధ ప్రాథమిక దశల రేట్ నియమాలను కలపడం ద్వారా ఉత్పాదించాల్సి ఉంటుంది, ఇది చాలా క్లిష్టంగా మారవచ్చు. వరుస చర్యలలో, రేటును నిర్ణయించే దశ తరచుగా కైనెటిక్స్‌ను నిర్ణయిస్తుంది. వరుస ప్రథమ క్రమ చర్యలలో, స్థిర స్థితి ఉజ్జాయింపు రేట్ నియమాన్ని సరళీకృతం చేయగలదు. ఒక చర్య కోసం సక్రియ శక్తిని అర్హీనియస్ సమీకరణం మరియు ఐరింగ్ సమీకరణం ద్వారా ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ణయిస్తారు. చర్య రేటును ప్రభావితం చేసే ప్రధాన కారకాలు: ప్రతిచర్యకారుల భౌతిక స్థితి, ప్రతిచర్యకారుల గాఢతలు, చర్య జరిగే ఉష్ణోగ్రత, మరియు చర్యలో ఏవైనా ఉత్ప్రేరకాలు ఉన్నాయా లేదా అనేది.

గోర్బన్ మరియు యాబ్లోన్స్కీ రసాయన గతిశీలత చరిత్రను మూడు యుగాలుగా విభజించవచ్చని సూచించారు. మొదటిది వాన్ 'ట్ హాఫ్ తరంగం, ఇది రసాయన చర్యల యొక్క సాధారణ నియమాలను వెతకడం మరియు కైనెటిక్స్‌ను థర్మోడైనమిక్స్‌తో అనుసంధానించడం. రెండవది సెమెనోవ్-హిన్షెల్‌వుడ్ తరంగం, ఇది చర్య విధానాలపై, ముఖ్యంగా చైన్ రియాక్షన్లపై దృష్టి పెడుతుంది. మూడవది అరిస్ మరియు రసాయన చర్య నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క వివరణాత్మక గణిత వివరణతో సంబంధం కలిగి ఉంది.

చర్య రేటును ప్రభావితం చేసే కారకాలు

ప్రతిచర్యకారుల స్వభావం

ఏ పదార్థాలు చర్యలో పాల్గొంటున్నాయనే దానిపై ఆధారపడి చర్య రేటు మారుతుంది. ఆమ్ల/క్షార చర్యలు, లవణాల ఏర్పాటు, మరియు అయాన్ మార్పిడి సాధారణంగా వేగవంతమైన చర్యలు. అణువుల మధ్య సమయోజనీయ బంధం ఏర్పడినప్పుడు మరియు పెద్ద అణువులు ఏర్పడినప్పుడు, చర్యలు నెమ్మదిగా ఉంటాయి.

ప్రతిచర్యకారుల అణువులలోని బంధాల స్వభావం మరియు బలం ఉత్పత్తులుగా మారే రేటును బాగా ప్రభావితం చేస్తాయి.

భౌతిక స్థితి

ప్రతిచర్యకారుని యొక్క భౌతిక స్థితి (ఘన, ద్రవ, లేదా వాయు) కూడా మార్పు రేటుకు ఒక ముఖ్యమైన కారకం. ప్రతిచర్యకారులు ఒకే దశలో ఉన్నప్పుడు, జల ద్రావణంలో వలె, ఉష్ణ చలనం వాటిని సంపర్కంలోకి తెస్తుంది. అయితే, అవి వేర్వేరు దశల్లో ఉన్నప్పుడు, చర్య ప్రతిచర్యకారుల మధ్య ఉన్న అంతర్ముఖానికి పరిమితం అవుతుంది. చర్య వాటి సంపర్క ప్రాంతంలో మాత్రమే జరగగలదు; ద్రవం మరియు వాయువు విషయంలో, ద్రవం యొక్క ఉపరితలంపై. చర్యను పూర్తి చేయడానికి బలమైన కదలిక మరియు కలపడం అవసరం కావచ్చు. అంటే ఘన లేదా ద్రవ ప్రతిచర్యకారుని ఎంత సూక్ష్మంగా విభజిస్తే, ప్రతి యూనిట్ పరిమాణానికి దాని ఉపరితల వైశాల్యం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఇతర ప్రతిచర్యకారునితో అంత ఎక్కువ సంపర్కం ఉంటుంది, తద్వారా చర్య వేగంగా జరుగుతుంది. ఉదాహరణకు, మంటను ప్రారంభించేటప్పుడు, మనం చెక్క ముక్కలు మరియు చిన్న కొమ్మలను ఉపయోగిస్తాము — మనం పెద్ద దుంగలతో ప్రారంభించము. ఆర్గానిక్ కెమిస్ట్రీలో, నీటిపై చర్యలు సజాతీయ చర్యలు విజాతీయ చర్యల కంటే వేగంగా జరుగుతాయనే నియమానికి మినహాయింపు.

ఘన స్థితి యొక్క ఉపరితల వైశాల్యం

ఘనపదార్థంలో, ఉపరితలంపై ఉన్న కణాలు మాత్రమే చర్యలో పాల్గొనగలవు. ఘనపదార్థాన్ని చిన్న భాగాలుగా చూర్ణం చేయడం అంటే ఉపరితలంపై ఎక్కువ కణాలు ఉండటం, మరియు వీటి మధ్య మరియు ప్రతిచర్యకారుల కణాల మధ్య ఘర్షణల పౌనఃపున్యం పెరుగుతుంది, తద్వారా చర్య మరింత వేగంగా జరుగుతుంది. ఉదాహరణకు, షెర్బెట్ అనేది మాలిక్ ఆమ్లం (ఒక బలహీనమైన ఆర్గానిక్ ఆమ్లం) మరియు సోడియం హైడ్రోజన్ కార్బోనేట్ యొక్క చాలా చక్కని పొడి మిశ్రమం. నోటిలోని లాలాజలంతో సంపర్కంలోకి వచ్చినప్పుడు, ఈ రసాయనాలు త్వరగా కరిగి చర్య జరుపుతాయి, కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను విడుదల చేస్తాయి మరియు ఫిజ్జీ అనుభూతిని కలిగిస్తాయి. అలాగే, బాణసంచా తయారీదారులు బాణసంచాలోని ఇంధనాలు ఆక్సీకరణం చెందే రేటును నియంత్రించడానికి ఘన ప్రతిచర్యకారుల ఉపరితల వైశాల్యాన్ని మారుస్తారు, దీనిని ఉపయోగించి విభిన్న ప్రభావాలను సృష్టిస్తారు. ఉదాహరణకు, ఒక షెల్‌లో బంధించబడిన సూక్ష్మంగా విభజించబడిన అల్యూమినియం హింసాత్మకంగా పేలుతుంది. పెద్ద అల్యూమినియం ముక్కలను ఉపయోగిస్తే, చర్య నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు కాలుతున్న లోహపు ముక్కలు బయటకు రావడంతో నిప్పురవ్వలు కనిపిస్తాయి.

గాఢత

ప్రధాన వ్యాసం: Rate equation

చర్యలు ప్రతిచర్యకారుల జాతుల ఘర్షణల వల్ల జరుగుతాయి. అణువులు లేదా అయాన్లు ఘర్షణ చెందే పౌనఃపున్యం వాటి గాఢతలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అణువులు ఎంత రద్దీగా ఉంటే, అవి ఒకదానికొకటి ఢీకొనడానికి మరియు చర్య జరపడానికి అంత అవకాశం ఉంటుంది. అందువల్ల, ప్రతిచర్యకారుల గాఢత పెంచడం సాధారణంగా చర్య రేటులో సంబంధిత పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది, అయితే గాఢత తగ్గించడం సాధారణంగా వ్యతిరేక ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉదాహరణకు, గాలి (21% ఆక్సిజన్) కంటే స్వచ్ఛమైన ఆక్సిజన్‌లో దహనం వేగంగా జరుగుతుంది.

రేట్ సమీకరణం ప్రతిచర్యకారుల మరియు ఇతర జాతుల గాఢతలపై చర్య రేటు యొక్క వివరణాత్మక ఆధారపడటాన్ని చూపుతుంది. గణిత రూపాలు చర్య విధానంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఒక నిర్దిష్ట చర్య కోసం అసలు రేట్ సమీకరణం ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు చర్య విధానం గురించి సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. రేట్ సమీకరణం యొక్క గణిత వ్యక్తీకరణ తరచుగా ఇలా ఇవ్వబడుతుంది:

$v=\frac{\mathrm{d}c}{\mathrm{d}t}=k\prod _i{c}_i^{m_i}$

ఇక్కడ $k$ అనేది చర్య రేటు స్థిరాంకం, $c_i$ అనేది ప్రతిచర్యకారుని i యొక్క మోలార్ గాఢత మరియు $m_i$ అనేది ఈ ప్రతిచర్యకారుని కోసం చర్య యొక్క పాక్షిక క్రమం. ప్రతిచర్యకారుని కోసం పాక్షిక క్రమాన్ని ప్రయోగాత్మకంగా మాత్రమే నిర్ణయించవచ్చు మరియు ఇది తరచుగా దాని స్టోయికియోమెట్రిక్ గుణకం ద్వారా సూచించబడదు.

అత్యంత పలుచని ద్రావణాలలో, మైక్రోమోలార్ స్థాయి కంటే తక్కువ గాఢతలలో, అణు ఘర్షణలు ప్రధానంగా వ్యాపనం ద్వారా నియంత్రించబడతాయి. ఈ పరిస్థితులలో, స్పష్టమైన చర్య క్రమం స్టోయికియోమెట్రిక్ అంచనా నుండి విచలిస్తుంది ఎందుకంటే ప్రతిచర్యకారుల అణువులు ఒకదానికొకటి ఎదురుపడటానికి ముందు ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించడానికి అదనపు సమయం అవసరమవుతుంది. ఈ ప్రవర్తనను ఫిక్ వ్యాపన నియమాల ద్వారా వివరించవచ్చు మరియు ఇది ఫ్రాక్టల్ రియాక్షన్ కైనెటిక్స్‌తో స్థిరంగా ఉంటుంది, ఇది భిన్న చర్య క్రమాలను ఇస్తుంది.

ఉష్ణోగ్రత

ప్రధాన వ్యాసం: Arrhenius equation

ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా రసాయన చర్య రేటుపై ప్రధాన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న అణువులు ఎక్కువ ఉష్ణ శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఘర్షణ పౌనఃపున్యం ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, ఇది చర్య రేటు పెరుగుదలలో చాలా తక్కువ భాగాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది. చర్య జరపడానికి తగినంత శక్తి (సక్రియ శక్తి కంటే ఎక్కువ శక్తి: E > E_a) ఉన్న ప్రతిచర్యకారుల అణువుల నిష్పత్తి గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉండటం చాలా ముఖ్యమైనది మరియు ఇది అణు శక్తుల యొక్క మాక్స్‌వెల్-బోల్ట్జ్‌మాన్ పంపిణీ ద్వారా వివరంగా వివరించబడింది.

చర్య రేటు స్థిరాంకంపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం సాధారణంగా అర్హీనియస్ సమీకరణం $k=A{e}^{-E_{\mathrm{a}}/(RT)}$ని అనుసరిస్తుంది, ఇక్కడ A అనేది ప్రీ-ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ ఫ్యాక్టర్ లేదా A-ఫ్యాక్టర్, E_a అనేది సక్రియ శక్తి, R అనేది మోలార్ వాయు స్థిరాంకం మరియు T అనేది పరమ ఉష్ణోగ్రత.

ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద, చర్య యొక్క రసాయన రేటు A-ఫ్యాక్టర్ విలువ, సక్రియ శక్తి యొక్క పరిమాణం మరియు ప్రతిచర్యకారుల గాఢతలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సాధారణంగా, వేగవంతమైన చర్యలకు తక్కువ సక్రియ శక్తులు అవసరమవుతాయి.

ప్రతి 10 °C ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలకు రసాయన చర్యల రేటు రెట్టింపు అవుతుందనే 'బొటనవేలు నియమం' (rule of thumb) ఒక సాధారణ అపోహ. ఇది జీవ వ్యవస్థల యొక్క ప్రత్యేక సందర్భం నుండి సాధారణీకరించబడి ఉండవచ్చు, ఇక్కడ α (ఉష్ణోగ్రత గుణకం) తరచుగా 1.5 మరియు 2.5 మధ్య ఉంటుంది.

వేగవంతమైన చర్యల కైనెటిక్స్‌ను టెంపరేచర్ జంప్ పద్ధతితో అధ్యయనం చేయవచ్చు. ఇందులో ఉష్ణోగ్రతలో పదునైన పెరుగుదలను ఉపయోగించడం మరియు సమతుల్యతకు తిరిగి రావడానికి పట్టే రిలాక్సేషన్ సమయాన్ని గమనించడం ఉంటుంది. టెంపరేచర్ జంప్ పరికరంలో ఒక ప్రత్యేకమైన ఉపయోగకరమైన రూపం షాక్ ట్యూబ్, ఇది వాయువు ఉష్ణోగ్రతను 1000 డిగ్రీల కంటే ఎక్కువ వేగంగా పెంచగలదు.

ఉత్ప్రేరకాలు

ప్రధాన వ్యాసం: Catalysis

ఉత్ప్రేరకం అనేది రసాయన చర్య రేటును మార్చే పదార్థం, కానీ అది తర్వాత రసాయనికంగా మారకుండా ఉంటుంది. ఉత్ప్రేరకం తక్కువ సక్రియ శక్తితో కొత్త చర్య విధానాన్ని అందించడం ద్వారా చర్య రేటును పెంచుతుంది. ఆటోక్యాటలిసిస్‌లో ఒక చర్య ఉత్పత్తి స్వయంగా ఆ చర్యకు ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది, ఇది పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్‌కు దారితీస్తుంది. జీవరసాయన చర్యలలో ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేసే ప్రోటీన్లను ఎంజైమ్‌లు అంటారు. మైకేలిస్-మెంటెన్ కైనెటిక్స్ ఎంజైమ్ మధ్యవర్తిత్వ చర్యల రేటును వివరిస్తాయి. ఉత్ప్రేరకం సమతుల్యత స్థానాన్ని ప్రభావితం చేయదు, ఎందుకంటే ఉత్ప్రేరకం వెనుక మరియు ముందు చర్యలను సమానంగా వేగవంతం చేస్తుంది.

కొన్ని ఆర్గానిక్ అణువులలో, నిర్దిష్ట ప్రతిక్షేపకాలు పక్కనే ఉన్న సమూహ భాగస్వామ్యంలో చర్య రేటుపై ప్రభావాన్ని చూపవచ్చు.

పీడనం

వాయు చర్యలో పీడనాన్ని పెంచడం వల్ల ప్రతిచర్యకారుల మధ్య ఘర్షణల సంఖ్య పెరుగుతుంది, తద్వారా చర్య రేటు పెరుగుతుంది. ఎందుకంటే వాయువు యొక్క యాక్టివిటీ వాయువు యొక్క పాక్షిక పీడనానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఇది ద్రావణం యొక్క గాఢతను పెంచే ప్రభావం వలె ఉంటుంది.

ఈ సరళమైన ద్రవ్యరాశి-చర్య ప్రభావంతో పాటు, పీడనం కారణంగా రేటు గుణకాలు కూడా మారవచ్చు. ఒక జడ వాయువును మిశ్రమానికి జోడిస్తే అనేక అధిక-ఉష్ణోగ్రత వాయు-దశ చర్యల రేటు గుణకాలు మరియు ఉత్పత్తులు మారుతాయి; ఈ ప్రభావంపై వైవిధ్యాలను ఫాల్-ఆఫ్ మరియు కెమికల్ యాక్టివేషన్ అని పిలుస్తారు. ఈ దృగ్విషయాలు ఉష్ణ బదిలీ కంటే వేగంగా జరిగే ఉష్ణమోచక లేదా ఉష్ణగ్రాహక చర్యల వల్ల సంభవిస్తాయి, దీనివల్ల ప్రతిచర్యకారుల అణువులు నాన్-థర్మల్ శక్తి పంపిణీలను (నాన్-బోల్ట్జ్‌మాన్ పంపిణీ) కలిగి ఉంటాయి. పీడనాన్ని పెంచడం వల్ల ప్రతిచర్యకారుల అణువులకు మరియు వ్యవస్థలోని మిగిలిన భాగాలకు మధ్య ఉష్ణ బదిలీ రేటు పెరుగుతుంది, ఈ ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది.

కండెన్స్‌డ్-ఫేజ్ రేటు గుణకాలు కూడా పీడనం ద్వారా ప్రభావితం కావచ్చు, అయినప్పటికీ కొలవదగిన ప్రభావం కోసం చాలా ఎక్కువ పీడనం అవసరమవుతుంది ఎందుకంటే అయాన్లు మరియు అణువులు అంతగా కుదించబడవు. ఈ ప్రభావాన్ని తరచుగా డైమండ్ అన్విల్స్ ఉపయోగించి అధ్యయనం చేస్తారు.

ఒక చర్య యొక్క కైనెటిక్స్‌ను ప్రెజర్ జంప్ విధానంతో కూడా అధ్యయనం చేయవచ్చు. ఇందులో పీడనంలో వేగవంతమైన మార్పులు చేయడం మరియు సమతుల్యతకు తిరిగి రావడానికి పట్టే రిలాక్సేషన్ సమయాన్ని గమనించడం ఉంటుంది.

కాంతి శోషణ

ఒక ప్రతిచర్యకారుని అణువు తగిన తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన కాంతిని గ్రహించి ఉత్తేజిత స్థితికి చేరుకున్నప్పుడు రసాయన చర్య కోసం సక్రియ శక్తిని అందించవచ్చు. కాంతి ద్వారా ప్రారంభించబడిన చర్యల అధ్యయనం ఫోటోకెమిస్ట్రీ, దీనికి ఒక ప్రముఖ ఉదాహరణ కిరణజన్య సంయోగక్రియ.

ప్రయోగాత్మక పద్ధతులు

చర్య రేట్ల ప్రయోగాత్మక నిర్ణయంలో ప్రతిచర్యకారులు లేదా ఉత్పత్తుల గాఢతలు కాలక్రమేణా ఎలా మారుతాయో కొలవడం ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, వ్యవస్థలోని ఇతర ప్రతిచర్యకారులు లేదా ఉత్పత్తులు కాంతిని గ్రహించని తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద స్పెక్ట్రోఫోటోమెట్రీ ద్వారా ప్రతిచర్యకారుని గాఢతను కొలవవచ్చు.

కనీసం కొన్ని నిమిషాలు పట్టే చర్యల కోసం, ఆసక్తి ఉన్న ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రతిచర్యకారులను కలిపిన తర్వాత పరిశీలనలను ప్రారంభించడం సాధ్యమవుతుంది.

వేగవంతమైన చర్యలు

వేగవంతమైన చర్యల కోసం, ప్రతిచర్యకారులను కలపడానికి మరియు వాటిని నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రతకు తీసుకురావడానికి పట్టే సమయం చర్య యొక్క అర్థ-జీవిత కాలంతో సమానంగా లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఉండవచ్చు. నెమ్మదిగా కలిపే దశ లేకుండా వేగవంతమైన చర్యలను ప్రారంభించడానికి ప్రత్యేక పద్ధతులు:

• స్టాప్డ్ ఫ్లో పద్ధతులు, ఇవి కలపడానికి పట్టే సమయాన్ని మిల్లీసెకను స్థాయికి తగ్గించగలవు స్టాప్డ్ ఫ్లో పద్ధతులకు పరిమితులు ఉన్నాయి, ఉదాహరణకు, వాయువులు లేదా ద్రావణాలను కలపడానికి పట్టే సమయాన్ని మనం పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి మరియు అర్థ-జీవిత కాలం సెకనులో వందవ వంతు కంటే తక్కువ ఉంటే అవి సరిపోవు.
• కెమికల్ రిలాక్సేషన్ పద్ధతులు, ఉదాహరణకు టెంపరేచర్ జంప్ మరియు ప్రెజర్ జంప్, ఇందులో ప్రారంభంలో సమతుల్యతలో ఉన్న ప్రీ-మిక్స్‌డ్ వ్యవస్థను వేగవంతమైన వేడి లేదా పీడనం తగ్గించడం ద్వారా కలతపెడతారు, తద్వారా అది సమతుల్యతలో ఉండదు, మరియు సమతుల్యతకు తిరిగి రావడాన్ని గమనిస్తారు. ఉదాహరణకు, ఈ పద్ధతిని సాధారణ పరిస్థితులలో 1 μs లేదా అంతకంటే తక్కువ అర్థ-జీవిత కాలంతో H₃O⁺ + OH⁻ తటస్థీకరణను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించారు.
• ఫ్లాష్ ఫోటోలిసిస్, ఇందులో లేజర్ పల్స్ ఫ్రీ రాడికల్స్ వంటి అత్యంత ఉత్తేజిత జాతులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, వాటి చర్యలను తర్వాత అధ్యయనం చేస్తారు.

సమతుల్యత

కెమికల్ కైనెటిక్స్ రసాయన చర్య యొక్క రేటుకు సంబంధించినది అయితే, థర్మోడైనమిక్స్ చర్యలు ఏ మేరకు జరుగుతాయో నిర్ణయిస్తుంది. ఉత్క్రమణీయ చర్యలో, ముందు మరియు వెనుక చర్యల రేట్లు సమానంగా ఉన్నప్పుడు ( గతిశీల సమతుల్యత సూత్రం) మరియు ప్రతిచర్యకారులు మరియు ఉత్పత్తుల గాఢతలు మారనప్పుడు రసాయన సమతుల్యత చేరుకుంటుంది. దీనిని, ఉదాహరణకు, అమ్మోనియాను ఉత్పత్తి చేయడానికి నైట్రోజన్ మరియు హైడ్రోజన్‌లను కలిపే హేబర్-బాష్ ప్రక్రియ ద్వారా ప్రదర్శించవచ్చు. కెమికల్ క్లాక్ చర్యలు, ఉదాహరణకు బెలోసోవ్-జబోటిన్స్కీ చర్య, చివరికి సమతుల్యతను సాధించే ముందు భాగాల గాఢతలు ఎక్కువ కాలం పాటు డోలనం చెందుతాయని నిరూపిస్తాయి.

స్వేచ్ఛా శక్తి

సాధారణ పరంగా, ఒక చర్య యొక్క స్వేచ్ఛా శక్తి మార్పు (ΔG) రసాయన మార్పు జరుగుతుందో లేదో నిర్ణయిస్తుంది, కానీ కైనెటిక్స్ చర్య ఎంత వేగంగా జరుగుతుందో వివరిస్తుంది. ఒక చర్య చాలా ఉష్ణమోచకంగా ఉండి, చాలా సానుకూల ఎంట్రోపీ మార్పును కలిగి ఉండవచ్చు, కానీ చర్య చాలా నెమ్మదిగా ఉంటే ఆచరణలో జరగదు. ఒక ప్రతిచర్యకారుడు రెండు ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేయగలిగితే, చర్య కైనెటిక్ రియాక్షన్ కంట్రోల్ కింద ఉందని చెప్పబడిన ప్రత్యేక పరిస్థితులలో తప్ప, థర్మోడైనమిక్ పరంగా అత్యంత స్థిరమైనది సాధారణంగా ఏర్పడుతుంది. రెండు ప్రతిచర్యకారులు వేగంగా ఒకదానికొకటి మారుతున్నప్పుడు, ప్రతి ఒక్కటి విభిన్న ఉత్పత్తికి వెళ్తున్నప్పుడు ఉత్పత్తి నిష్పత్తిని నిర్ణయించేటప్పుడు కర్టిన్-హ్యామెట్ సూత్రం వర్తిస్తుంది. స్వేచ్ఛా-శక్తి సంబంధాల నుండి ఒక చర్య కోసం చర్య రేటు స్థిరాంకాల గురించి అంచనాలు వేయడం సాధ్యమే.

కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ప్రభావం అనేది ప్రతిచర్యకారులలో ఒకదానిలోని పరమాణువు దాని ఐసోటోపులలో ఒకదానితో భర్తీ చేయబడినప్పుడు రసాయన చర్య రేటులో ఉండే వ్యత్యాసం.

కెమికల్ కైనెటిక్స్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో రెసిడెన్స్ టైమ్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ మరియు ఉష్ణ బదిలీ గురించి మరియు పాలిమర్ కెమిస్ట్రీలో మోలార్ మాస్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ గురించి సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. ఇది తుప్పు ఇంజనీరింగ్‌లో కూడా సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.

అనువర్తనాలు మరియు నమూనాలు

రసాయన చర్య కైనెటిక్స్‌ను వివరించే గణిత నమూనాలు రసాయన శాస్త్రవేత్తలకు మరియు కెమికల్ ఇంజనీర్లకు ఆహార వియోగం, సూక్ష్మజీవుల పెరుగుదల, స్ట్రాటోస్పిరిక్ ఓజోన్ వియోగం మరియు జీవ వ్యవస్థల రసాయన శాస్త్రం వంటి రసాయన ప్రక్రియలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వివరించడానికి సాధనాలను అందిస్తాయి. ఈ నమూనాలను రసాయన రియాక్టర్ల రూపకల్పనలో లేదా మార్పులో కూడా ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా ఉత్పత్తి దిగుబడిని ఆప్టిమైజ్ చేయడం, ఉత్పత్తులను మరింత సమర్థవంతంగా వేరు చేయడం మరియు పర్యావరణానికి హానికరమైన ఉప-ఉత్పత్తులను తొలగించడం సాధ్యమవుతుంది. ఉదాహరణకు, భారీ హైడ్రోకార్బన్‌లను గ్యాసోలిన్ మరియు తేలికపాటి వాయువుగా ఉత్ప్రేరక క్రాకింగ్ చేస్తున్నప్పుడు, భారీ హైడ్రోకార్బన్‌ల నుండి గ్యాసోలిన్ యొక్క అత్యధిక దిగుబడి ఏ ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద జరుగుతుందో కనుగొనడానికి కైనెటిక్ నమూనాలను ఉపయోగించవచ్చు.

కెమికల్ కైనెటిక్స్ తరచుగా సాధారణ అవకలన సమీకరణం-పరిష్కారం (ODE-solving) మరియు కర్వ్-ఫిట్టింగ్ యొక్క ఫంక్షన్‌గా ప్రత్యేక ప్యాకేజీలలో మోడలింగ్ ద్వారా ధృవీకరించబడుతుంది మరియు అన్వేషించబడుతుంది.

సంఖ్యా పద్ధతులు

కొన్ని సందర్భాల్లో, సమీకరణాలను విశ్లేషణాత్మకంగా పరిష్కరించలేము, కానీ డేటా విలువలు ఇస్తే సంఖ్యా పద్ధతులను ఉపయోగించి పరిష్కరించవచ్చు. దీనిని చేయడానికి రెండు వేర్వేరు మార్గాలు ఉన్నాయి, సాఫ్ట్‌వేర్ ప్రోగ్రామ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా లేదా ఆయిలర్ పద్ధతి వంటి గణిత పద్ధతులను ఉపయోగించడం ద్వారా. కెమికల్ కైనెటిక్స్ కోసం సాఫ్ట్‌వేర్‌కు ఉదాహరణలు i) టెనువా, ఇది రసాయన చర్యలను సంఖ్యాపరంగా అనుకరించే జావా యాప్ మరియు సిమ్యులేషన్‌ను నిజమైన డేటాతో పోల్చడానికి అనుమతిస్తుంది, ii) లెక్కలు మరియు అంచనాల కోసం పైథాన్ కోడింగ్ మరియు iii) చర్యలను మోడల్ చేయడానికి, రిగ్రెస్ చేయడానికి, ఫిట్ చేయడానికి మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి కింటెకస్ సాఫ్ట్‌వేర్ కంపైలర్.

-సంఖ్యా ఏకీకరణ (Numerical integration): 1వ క్రమ చర్య A → B కోసం

ప్రతిచర్యకారుడు A యొక్క అవకలన సమీకరణం: {d[A]}{dt} = -k[A]

దీనిని ఇలా కూడా వ్యక్తపరచవచ్చు {d[A]}{dt} = f(t,[A]) ఇది $y^{\prime }=f(x,y)$ తో సమానం

ఆయిలర్ మరియు రుంగే-కుట్టా పద్ధతులతో అవకలన సమీకరణాలను పరిష్కరించడానికి మనకు ప్రారంభ విలువలు ఉండాలి. స్టోకాస్టిక్ పద్ధతులు → అవకలన రేటు నియమాలు మరియు కైనెటిక్ స్థిరాంకాల సంభావ్యతలు. నేరుగా మరియు విలోమ రేటు స్థిరాంకాలతో సమతుల్య చర్యలో, B నుండి A కి బదులుగా A నుండి B కి మారడం సులభం.

సంభావ్యత గణనల విషయానికొస్తే, ప్రతి సమయంలో చర్య A నుండి B కి జరుగుతుందో లేదా మరొక వైపు జరుగుతుందో తెలుసుకోవడానికి థ్రెషోల్డ్‌తో పోల్చడానికి ఇది యాదృచ్ఛిక సంఖ్యను ఎంచుకుంటుంది.

See also

• Autocatalytic reactions and order creation
• Corrosion engineering
• Detonation
• Electrochemical kinetics
• Flame speed
• Heterogenous catalysis
• Intrinsic low-dimensional manifold
• MLAB కెమికల్ కైనెటిక్స్ మోడలింగ్ ప్యాకేజీ
• Nonthermal surface reaction
• PottersWheel ప్రయోగాత్మక డేటాకు రసాయన రేటు స్థిరాంకాలను ఫిట్ చేయడానికి మ్యాట్‌ల్యాబ్ టూల్‌బాక్స్
• Reaction progress kinetic analysis

External links

• కెమిస్ట్రీ యాప్లెట్స్ ఆర్కైవ్ చేసిన కాపీ
• వాటర్లూ విశ్వవిద్యాలయం
• గ్యాస్ ఫేజ్ చర్యల కెమికల్ కైనెటిక్స్
• Kinpy: కైనెటిక్ సమీకరణాలను పరిష్కరించడానికి పైథాన్ కోడ్ జనరేటర్
• రియాక్షన్ రేట్ లా మరియు రియాక్షన్ ప్రొఫైల్ - ఉష్ణోగ్రత, గాఢత, ద్రావణి మరియు ఉత్ప్రేరకం యొక్క ప్రశ్న - ఒక చర్య ఎంత వేగంగా జరుగుతుంది (TIB AV-పోర్టల్‌లో SciFox ద్వారా వీడియో)

---

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Chemical kinetics” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_kinetics ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.