17 स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया उदाहरण: विस्तृत स्पष्टीकरण

एक प्रतिक्रिया जिसमें किसी दिए गए परिस्थितियों के सेट के तहत अपने आप होने की स्वाभाविक इच्छा होती है (यदि आवश्यक हो तो इसका अनुकरण किया गया है) और एक गैर-संतुलन राज्य से एक संतुलन राज्य में स्थानांतरित हो जाती है, एक सहज प्रतिक्रिया कहलाती है।

• कॉपर सल्फेट के साथ जिंक की प्रतिक्रिया
• पानी में सोडियम धातु मिलाना
• बर्फ का पिघलना
• पानी का वाष्पीकरण
• एक रेडियोधर्मी परमाणु का विभाजन
• शुष्क अमोनियम क्लोराइड के साथ बेरियम हाइड्रॉक्साइड ऑक्टाहाइड्रेट की प्रतिक्रिया
• कोयले की दहन प्रतिक्रिया
• बेकिंग सोडा के साथ सिरका की प्रतिक्रिया
• जंग गठन
• हीरे का ग्रेफाइट में परिवर्तन
• कम दबाव वाले क्षेत्र में गैस का विस्तार
• ठंडी वस्तु में ऊष्मा का संचालन
• प्रबल क्षार द्वारा प्रबल अम्ल का उदासीनीकरण
• सांद्र से तनु विलयन में विलेय का विसरण
• थियोनिल क्लोराइड के साथ कोबाल्ट (II) क्लोराइड
• एसिड के साथ सिरका
• कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण
• एसिटिक एसिड और इथेनॉल की प्रतिक्रिया

कॉपर सल्फेट के साथ जिंक की प्रतिक्रिया

जस्ता जो तांबे की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील है, स्वतःस्फूर्त होता है उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया जिसमें कॉपर को जिंक से बदल कर जिंक सल्फेट बनाता है।

Zn + CuSO₄ -> ZnSO₄ + सीयू

प्रतिक्रियाशीलता के अनुसार, श्रृंखला जस्ता तांबे की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील है, इसलिए जब जिंक को कॉपर सल्फेट के घोल में मिलाया जाता है, तो तांबे को जस्ता से बदल दिया जाता है और ZnSo बनता है₄. नीले रंग का घोल रंगहीन हो जाता है।

गिब्स की ऊर्जा और सहजता

If ∆G (एक बंद प्रणाली द्वारा किए गए अधिकतम कार्य की गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली थर्मोडायनामिक क्षमता) नकारात्मक है, प्रतिक्रिया सहज होगी

ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रतिक्रिया उस दिशा में आगे बढ़ती है जिसमें सिस्टम द्वारा उपयोगी कार्य किया जाता है, जिससे गिब्स ऊर्जा में कमी आती है.

एक प्रक्रिया के लिए गिब्स ऊर्जा परिवर्तन समीकरण द्वारा दिया जाता है

                                            जी = एच - टी ∆एस

यह स्पष्ट है कि किसी प्रक्रिया की सहजता इस प्रक्रिया के ∆H, S और T पर निर्भर करती है।

नोट करने के लिए कुछ बिंदु;

1) यदि ∆H ऋणात्मक है और ∆S धनात्मक है तो ∆G ऋणात्मक होगा और प्रतिक्रिया निश्चित रूप से स्वतःस्फूर्त होगी

2) यदि ∆H और ∆S दोनों ऋणात्मक हैं तो ∆G ऋणात्मक होगा और यह प्रक्रिया केवल पर्याप्त रूप से कम तापमान पर ही स्वतःस्फूर्त होगी जैसे कि H > T ∆S संख्यात्मक रूप से

3) यदि ∆H और ∆S दोनों धनात्मक हैं, तो यह ऋणात्मक होगा और प्रक्रिया केवल पर्याप्त रूप से उच्च तापमान पर ही स्वतःस्फूर्त होगी जैसे कि H <T ∆S संख्यात्मक रूप से

4) यदि ∆H धनात्मक है और ∆S ऋणात्मक है तो ∆G धनात्मक होगा और सभी तापमानों पर प्रतिक्रिया निश्चित रूप से गैर-सहज होगी

उपरोक्त प्रतिक्रिया के लिए ∆G घाटी 212K पर लगभग -298 है जो नकारात्मक है और इसलिए एक सहज प्रतिक्रिया है।

पानी में सोडियम धातु मिलाना

सोडियम धातु जब पानी में मिलाया जाता है तो पानी के साथ अनायास प्रतिक्रिया करता है जो एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया से गुजरता है और बड़ी मात्रा में गर्मी पैदा करता है।

सोडियम आवर्त सारणी में समूह 1 के तत्वों से संबंधित है और इसमें 1 वैलेंस इलेक्ट्रॉन हैं, इसलिए वे इस इलेक्ट्रॉन को खोने के लिए तैयार हैं ताकि उत्कृष्ट गैस इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन प्राप्त किया जा सके जो अत्यधिक स्थिर है।

इसलिए, जब सोडियम को पानी में मिलाया जाता है तो वे तुरंत प्रतिक्रिया करते हैं और NaOH और H . देते हैं₂ बड़ी मात्रा में गर्मी के साथ गैस।

2Na(s) + 2H₂ओ -> 2NaOH (एक्यू) + एच₂ (गैस)

बर्फ का पिघलना

बर्फ का पानी में पिघलना एक स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया है जिसमें बर्फ आसपास की गर्मी को अवशोषित करती है और एंडोथर्मिक स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया से पिघलती है।

ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार किसी अभिक्रिया की एन्ट्रापी में वृद्धि उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं के लिए स्थिर रहती है जबकि यह अपरिवर्तनीय अभिक्रिया (सहज प्रतिक्रिया) के लिए बढ़ जाती है।

बर्फ का पिघलना भी एक स्वतःस्फूर्त है प्रतिक्रिया उदाहरण.

H₂हे (बर्फ) -> एच₂हे (तरल)

बर्फ की द्रव अवस्था में पिघलने की प्रवृत्ति इसलिए होती है क्योंकि एक तरल में विकार एक ठोस की तुलना में अधिक होता है और इसलिए तरल की एन्ट्रापी बर्फ की तुलना में अधिक होगी इस प्रकार सहज प्रतिक्रिया होती है।

पानी का वाष्पीकरण

पानी का गैस में वाष्पीकरण यादृच्छिकता को बढ़ाता है क्योंकि और इस प्रकार एन्ट्रापी और प्रतिक्रिया को सहज बनाता है.

H₂हे (तरल) -> एच₂हे (गैस)

बर्फ में पानी का वाष्पीकरण एक एंडोथर्मिक स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया है जिसमें पानी पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित करता है और तापमान में इस वृद्धि के कारण पानी को गैस में वाष्पीकृत कर देगा जिससे गैस के अणुओं में विकार बढ़ जाएगा और एन्ट्रापी भी।

एक रेडियोधर्मी परमाणु का विभाजन

स्वतःस्फूर्त विखंडन एक सहज प्रतिक्रिया उदाहरण है जिसमें एक अस्थिर नाभिक बड़ी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ टुकड़ों में विभाजित हो जाता है।

स्वतःस्फूर्त विखंडन एक प्रकार का रेडियोधर्मी क्षय है जिसमें a अस्थिर नाभिक के साथ आइसोटोप विभाजित और अधिक स्थिर में परिवर्तित हो जाता है विकिरण उत्सर्जित करके नाभिक। विभिन्न समस्थानिकों के लिए नाभिक के क्षय की दर भिन्न होती है। यह एक अच्छा सहज प्रतिक्रिया उदाहरण है।

cf²⁵² -> Xe¹⁴⁰ +रु¹⁰⁸ + 4n + ऊर्जा

शुष्क अमोनियम क्लोराइड के साथ बेरियम हाइड्रॉक्साइड ऑक्टाहाइड्रेट की प्रतिक्रिया

शुष्क अमोनियम क्लोराइड के साथ बेरियम हाइड्रॉक्साइड ऑक्टाहाइड्रेट की प्रतिक्रिया नकारात्मक ∆G मान के साथ एक सहज प्रतिक्रिया है।

बा (OH)₂ .8H₂ओ (एस) + 2NH₄सीएल(एस) -> 2BaCl₂.2H₂ओ (एक्यू) + 8 एच₂ओ(एल) + 2एनएच₃(छ)

∆एच = 63.5 केजे/मोल

टी = 298K

∆S = 0.368J/K mol

 ∆जी =∆एच-टी एस

      = 63.5 -298 (.368) = -46.1 केजे

गिब्स ऊर्जा नकारात्मक प्रतिक्रिया को सहज बनाती है।

RSI कोयले की दहन प्रतिक्रिया

कोयले की दहन प्रतिक्रिया एक सहज प्रतिक्रिया उदाहरण है और अनियंत्रित वातावरण में कोयले की आग का कारण है.

कोयला + ओ₂ -> सीओ + सीओ₂ +H₂ओ + हीट

कोयले में अपने यौगिकों के स्वतः ऑक्सीकरण के कारण स्वतः गर्म होने की प्रवृत्ति होती है, जिससे स्वतःस्फूर्त दहन अनियंत्रित जलने का सबसे आम कारण बन जाता है। दुनिया भर में कई कोयले की आग होती है जो हजारों सालों से जल रही है

RSI बेकिंग सोडा के साथ सिरका की प्रतिक्रिया

बेकिंग सोडा (NaHCO .) की अभिक्रिया₃) सिरका के साथ (CH₃COOH) एक ऊष्माक्षेपी स्वतःस्फूर्त अभिक्रिया है जिसमें उत्पाद निर्माण की एन्थैल्पी अभिकारक की एन्थैल्पी से कम होती है।

NaHCO₃ +सीएच₃कूह -> सीओ₂ + एच₂ओ + सीएच₃COONa

जंग गठन

जंग बनना एक स्वतःस्फूर्त ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है जिसमें लोहे की ऑक्सीजन में जंग नमी की उपस्थिति में होती है

जब एक लोहे या उसके मिश्र धातु को नम की उपस्थिति में ऑक्सीजन के संपर्क में लाया जाता है, तो ऑक्सीजन और लोहे के बीच एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है।

जैसे; लोहे का क्षरण। इस अभिक्रिया में आयरन ऑक्साइड की एक लाल परत बनती है

प्रतिक्रिया

फे (एस) + 2 एच⁺ +1/2 ओ₂ -> फे²⁺ + एच₂O

उपरोक्त प्रतिक्रिया के लिए ∆G मान नकारात्मक पाया गया है और इसलिए यह एक सहज प्रतिक्रिया है

हीरे का ग्रेफाइट में परिवर्तन

हीरे का ग्रेफाइट में रूपांतरण एक सहज प्रक्रिया है क्योंकि ग्रेफाइट अधिक स्थिर होता है कार्बन का आवंटन हीरे की तुलना में

सहज प्रतिक्रिया न्यूनतम ऊर्जा की स्थिति प्राप्त करने की प्रवृत्ति को दर्शाती है

हीरा बहुत उच्च दाब पर स्थिर अपरूप है और सामान्य परिस्थितियों में हीरे के कणों की गतिज ऊर्जा लगभग न के बराबर होती है।

लेकिन वे थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर होते हैं इसलिए वे हीरे की तुलना में कम ऊर्जा वाले अधिक स्थिर ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाते हैं लेकिन कम गतिज ऊर्जा के कारण प्रतिक्रिया बहुत धीमी होती है

इस प्रक्रिया को लागू किए गए बाहरी कारक के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है।

निम्न दाब क्षेत्र में गैस का विस्तार

एक गैस स्वतः ही निम्न दाब के क्षेत्र में फैल जाती है। रिवर्स प्रक्रिया अपने आप में कभी नहीं होती है।

कम दबाव वाले क्षेत्र में गैस का विस्तार एक अच्छा सहज प्रतिक्रिया है उदाहरण उच्च से निम्न दबाव क्षेत्र में गैस का प्रवाह एक प्राकृतिक प्रक्रिया है और यह तब तक फैलता रहता है जब तक कि एक समान दबाव की स्थिति प्राप्त नहीं हो जाती।

ठंडी वस्तु में ऊष्मा का संचालन

किसी वस्तु के साथ गर्म से ठंडे सिरे तक गर्मी अनायास ही संचालित होती है जब तक कि वस्तु के साथ तापमान एक समान न हो जाए

यदि धातु की छड़ एक छोर पर गर्म है और दूसरे छोर पर ठंडी है तो गर्मी को गर्म छोर से ठंडे छोर तक ले जाया जाता है और विपरीत दिशा में गर्मी का प्रवाह नहीं होगा। इसलिए, गर्म वस्तु के संपर्क में एक ठंडी वस्तु कभी ठंडी नहीं होती है, यह गर्म हो जाती है।

ऊष्मा ऊर्जा इसी सिद्धांत पर कार्य करती है और ऊष्मा या तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है।

प्रबल क्षार द्वारा प्रबल अम्ल का उदासीनीकरण

जब प्रबल अम्ल को प्रबल क्षार द्वारा उदासीन किया जाता है तो उसकी उदासीनीकरण एन्थैल्पी सदैव स्थिर रहती है और यह इस बात पर निर्भर नहीं करती कि किस अम्ल या क्षार का उपयोग किया जाता है।

उदासीनीकरण मान की एन्थैल्पी हमेशा -57.32KJ/mol होगी। प्रबल क्षार द्वारा प्रबल अम्ल का उदासीनीकरण एक स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया उदाहरण है

HCl (मजबूत अम्ल) द्वारा NaOH (मजबूत आधार) के उदासीनीकरण पर विचार करें। ये पूरी तरह से विलयन अवस्था में आयनित होते हैं और इसलिए प्रतिक्रिया की एन्ट्रॉपी अधिक होगी।

H⁺Cl^- + ना⁺OH^- –> ना⁺Cl^- +H₂O

जी उपरोक्त प्रतिक्रिया का मान ऋणात्मक है और इसलिए यह एक स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया है।

सांद्र से तनु विलयन में विलेय का विसरण

किसी विलेय का अधिक सांद्र विलयन से उसके संपर्क में आने वाले कम सांद्र विलयन में स्वतः विसरण और तब तक जारी रहता है जब तक कि एकसमान सांद्रण की अवस्था प्राप्त न हो जाए।

जब विलेय के सांद्र विलयन को उसके तनु विलयन के संपर्क में लाया जाता है, तो विलेय का पूर्व से उत्तरार्द्ध में शुद्ध विसरण होता है न कि दूसरी दिशा में।

थियोनिल क्लोराइड के साथ कोबाल्ट (II) क्लोराइड

कोबाल्ट (II) क्लोराइड की के साथ अभिक्रिया थियोनिल क्लोराइड की एन्ट्रापी के रूप में एक सहज प्रतिक्रिया उदाहरण है प्रतिक्रिया बहुत अधिक है.

CoCl₂.6H₂ओ (एस) + 6SOCl₂(एल) -> सीओसीएल₂(एस) + 12 एचसीएल (जी) + 6SO₂(छ)

उत्पाद में एचसीएल गैस के 12 मोल और SO के 6 मोल बनते हैं₂ गैस बनती है और एन्ट्रापी के कारण जो विकार का एक उपाय है वह बढ़ जाएगा और प्रतिक्रिया को व्यवहार्य यानी सहज बना देगा।

एसिड के साथ सिरका

एसिड के साथ सिरका की प्रतिक्रिया एक सहज प्रतिक्रिया है क्योंकि इसके लिए ∆G मान नकारात्मक है।

NaHCO₃(S) + HCL(aq) -> NaCl(aq) + H₂ओ (एल) + सीओ₂

बनने वाले उत्पाद तरल और गैसीय अवस्था में होते हैं इसलिए अभिकारक की तुलना में विकार अधिक होगा और इसलिए एन्ट्रापी भी गिब्स ऊर्जा को नकारात्मक बनाने में वृद्धि करेगी।

कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण

कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन से कार्बन डाइऑक्साइड का बनना मानक स्थिति में एक सहज एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया है।

सीओ(जी) + 1/2O₂(जी)->सीओ₂(छ)

S = S _{एस्ट्रो मॉल}  - एस _{अभिकारक}

              =213.65- [197.65 + ½ (205.0)]

-86.55 जे / के मोल

G = H - टी ∆S

       = 282800 J/mol - 298 k (-86.5 J/K mol)

       =-257023 जे/मोल

जी नकारात्मक है

RSI इथेनॉल के साथ एसिटिक एसिड की प्रतिक्रिया

एथेनॉल के साथ एसिटिक अम्ल की अभिक्रिया एक स्वतःस्फूर्त अभिक्रिया है परन्तु इसकी अभिक्रिया एन्थैल्पी शून्य होती है।

एसिटिक एसिड और इथेनॉल एक साथ जुड़ते हैं और एथिल एसीटेट बनाने वाले पानी के अणु को छोड़ते हैं।

निष्कर्ष -

उपरोक्त उदाहरणों से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया एक प्राकृतिक प्रक्रिया है और इसे अपने आप उलट नहीं किया जा सकता है और एक प्रतिक्रिया केवल तभी सहज हो सकती है जब एन्ट्रापी प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी से अधिक हो और ∆G नकारात्मक हो।