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शृंखला प्रतिक्रियाएँ और बहुलकीकरण
रासायनिक काइनेटिक्स का लक्ष्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति और उनके चरणों को समझना होता है। यह ज्ञान हमें मालूम करने में सहायता करता है कि अणु कैसे संपर्क करते हैं, परिवर्तन करते हैं, और उत्पाद बनाते हैं। रासायनिक काइनेटिक्स में अक्सर चर्चा किए जाने वाले दो महत्वपूर्ण प्रक्रियाएँ हैं शृंखला प्रतिक्रियाएँ और बहुलकीकरण। दोनों में जटिल प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, हालांकि ये विभिन्न संदर्भों और अनुप्रयोगों में होती हैं।
शृंखला प्रतिक्रियाएँ: एक विस्तृत अवलोकन
शृंखला प्रतिक्रियाएँ ऐसे प्रतिक्रियाओं की शृंखला होती हैं जहाँ एक प्रतिक्रियात्मक मध्यवर्ती, जो अक्सर एक मुक्त कण होता है, प्रतिक्रिया को उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए संयोजन चरणों के माध्यम से सहायता करता है। ये प्रतिक्रियाएँ बहुत तेज़ी से चल सकती हैं और कभी-कभी विस्फोटक परिणाम उत्पन्न कर सकती हैं।
प्रारंभिक चरण
एक शृंखला प्रतिक्रिया का पहला चरण आरंभन चरण होता है। इस चरण के दौरान, प्रतिक्रियात्मक मध्यवर्ती उत्पन्न होते हैं, आमतौर पर थर्मल विघटन, प्रकाश-रासायनिक क्रियाओं, या अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से।
क्लोरीन और हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया पर विचार करें:
Cl 2 → 2 Cl•यहाँ, क्लोरीन गैस ऊर्जा (जैसे कि UV प्रकाश) को अवशोषित करती है और दो क्लोरीन मुक्त कण (Cl•) बनाती है।
प्रसार चरण
प्रसार चरणों में, मध्यवर्ती पदार्थ स्थिर अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और नए मध्यवर्ती पदार्थ और उत्पाद बनाते हैं। प्रसार आमतौर पर प्रारंभिक अभिकारक को अंतिम उत्पाद में परिवर्तित करता है।
क्लोरीन और हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया को जारी रखते हुए, शृंखला प्रसार में दो मुख्य चरण शामिल होते हैं:
1. Cl• + H 2 → HCl + H• 2. H• + Cl 2 → HCl + Cl•ये चरण प्रतिक्रियात्मक मध्यवर्ती H• और Cl• को पुनः प्रदीप्त करते हुए प्रतिक्रिया को जारी रखते हैं।
समापन चरण
शृंखला प्रतिक्रियाएँ अनिश्चितकाल तक नहीं चलती हैं। समाप्ति तब होती है जब प्रतिक्रियात्मक मध्यवर्ती स्थिर अणुओं में संयोजित हो जाते हैं, जिससे मध्यवर्ती की कमी हो जाती है।
समापन इस प्रकार हो सकता है:
Cl• + Cl• → Cl 2 H• + H• → H 2ये प्रतिक्रियाएँ प्रणाली से मुक्त कणों को हटा देती हैं, जिससे आगे की प्रतिक्रियाएँ अवरुद्ध हो जाती हैं।
दृश्य प्रस्तुति
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| आरंभन |
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1. Cl 2 → 2 Cl•
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| प्रसार |
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2. Cl• + H 2 → HCl + H•
3. H• + Cl 2 → HCl + Cl•
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| समापन |
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4. Cl• + Cl• → Cl 2
5. H• + H• → H 2बहुलकीकरण प्रतिक्रियाएँ
बहुलकीकरण एकल इकाईयों को लम्बी, दोहरावदार चेन में जोड़ने की प्रक्रिया है, जिन्हें बहुलक कहा जाता है। ये प्रतिक्रियाएँ विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के उत्पादन में महत्वपूर्ण होती हैं, जैसे कि प्लास्टिक से लेकर संश्लेषित रेशों तक।
संयोजक बहुलकीकरण
संयोजन या शृंखला-वृद्धि बहुलकीकरण आम तौर पर असंतृप्त इकाईयों (जैसे अलकेन) के साथ होता है जो आरंभन, प्रसार, और समापन चरणों के माध्यम से बहुलक बनाते हैं।
बहुलकीकरण का आरंभ
एक मूलक आरंभक बहुलकीकरण को शुरू करता है, जो एक यूनिट के साथ प्रतिक्रिया करता है और एक मूलक बनाता है जो प्रतिक्रिया को आगे बढ़ा सकता है।
एथिलीन से पॉलीएथिलीन का बहुलकीकरण पर विचार करें:
Initiator → Initiator•
Initiator• + CH 2 =CH 2 → Initiator-CH 2 -CH 2 •आरंभक मूलक एथिलीन के डबल बॉन्ड पर हमला करता है, और एक नया मूलक उत्पन्न करता है।
बहुलकीकरण में प्रसरण
प्रसार के दौरान, सक्रिय चेन का अंत अधिक इकाईयों को जोड़ता है, जिससे बहुलक चेन बढ़ती है।
यह श्रृंखला इस प्रकार प्रगति करती है:
Initiator-CH 2 -CH 2 • + CH 2 =CH 2 → Initiator-(CH 2 -CH 2 ) 2 •यह प्रक्रिया अधिक एथिलीन अणुओं का उपभोग करती है और बहुलक चेन को विस्तारित करती है।
बहुलकीकरण का समापन
संयोजन बहुलकीकरण में समापन साम्यावस्था या अनुपातहीनता घटनाओं के परिणामस्वरूप हो सकता है।
समापन के दो संभावित परिदृश्य:
1. संयोजन: Initiator-(CH 2 -CH 2 ) n • + Initiator-(CH 2 -CH 2 ) m • → Initiator-(CH 2 -CH 2 ) n+m -Initiator
2. अनुपातहीनता: Initiator-(CH 2 -CH 2 ) n • + Initiator-(CH 2 -CH 2 ) m • → समाप्त बहुलकयह बहुलकीकरण प्रक्रिया को रोकता है।
चरण-वृद्धि बहुलकीकरण
संयोजन बहुलकीकरण के विपरीत, चरण-वृद्धि बहुलकीकरण द्विकर्मणीय या बहुक्रियाशील इकाईयों के यादृच्छिक प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है।
हेक्सामिथलिनेडियामाइन और अडिपिक एसिड के बहुकंडेंसन के माध्यम से नायलॉन उत्पादन:
NH 2 -(CH 2 ) 6 -NH 2 + HOOC-(CH 2 ) 4 -COOH → [-NH-(CH 2 ) 6 -NH-CO-(CH 2 ) 4 -COO-] n + (2n - 1) H 2 Oयह बहुलकीकरण विभिन्न आणविक आकारों के निर्माण और विस्तार के माध्यम से होता है जब तक कि वे एक बहुलक नहीं बन जाते।
दृश्य प्रस्तुति
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| आरंभन चरण |
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Initiator → Initiator•
Initiator• + Monomer → Initiator-Monomer•
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| प्रसार चरण |
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Initiator-Monomer• + Monomer → Initiator-(Monomer) n •
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| समापन चरण |
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संयोजन या अनुपातहीनताशृंखला प्रतिक्रियाओं और बहुलकीकरण का महत्व
शृंखला प्रतिक्रियाओं और बहुलकीकरण को समझना विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण होता है। शृंखला प्रतिक्रियाएँ दहन प्रक्रियाओं में मौलिक होती हैं, जहाँ नियंत्रण सुरक्षितता और दक्षता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक होता है। बहुलकों के क्षेत्र में, बहुलकीकरण तकनीकों का कुशलता से उपयोग करने से प्लास्टिक और रेजिन के गुणों को विशिष्ट उपयोगों के लिए अनुकूलित करने में मदद मिलती है, रोजमर्रा की सामग्रियों से लेकर उन्नत तकनीकी अनुप्रयोगों तक।
पाठ्य उदाहरण
ऑटोमोटिव उद्योग पर विचार करें, जो बहुलकीकरण पर बड़े पैमाने पर निर्भर करता है। टायर, प्लास्टिक के हिस्से, और कोटिंग्स ठोस रूप से डिज़ाइन किए गए बहुलकीकरण प्रतिक्रियाओं के परिणाम हैं। शृंखला प्रतिक्रियाएँ आंतरिक दहन इंजनों में भी महत्वपूर्ण होती हैं, जहाँ हाइड्रोकार्बन के नियंत्रित विस्फोटक प्रतिक्रियाएँ वाहनों को ऊर्जा प्रदान करती हैं।
निष्कर्ष
आरंभन, प्रसार, और समापन चरणों का सावधानीपूर्वक संतुलन दोनों शृंखला प्रतिक्रियाओं और बहुलकीकरण में ऊर्जा के कुशल और नियंत्रित रिलीज़ या सामग्री के गठन को सुनिश्चित करता है। इस क्षेत्र में प्रगति बहुलक विज्ञान और सतत रसायन विज्ञान में नवाचारों को गति प्रदान करती है।
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