রসায়নে, পরমাণু বা অণুগুলিকে এমন অবস্থায় সক্রিয় করার জন্য ন্যূনতম পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন যেখানে রাসায়নিক রূপান্তর বা ভৌত পরিবহন তৈরি করা যেতে পারে তাকে সক্রিয়করণ শক্তি , Ea বলে। ট্রানজিশন স্টেট থিওরিতে, অ্যাক্টিভেশন এনার্জি হল অ্যাক্টিভ বা ট্রানজিশন স্টেট কনফিগারেশনে পরমাণু বা অণু এবং প্রাথমিক কনফিগারেশনে পরমাণু বা অণুর মধ্যে শক্তি উপাদানের পার্থক্য। প্রায় সবসময়, প্রতিক্রিয়ার অবস্থা প্রতিক্রিয়াশীল পণ্যগুলির (রিঅ্যাক্ট্যান্ট) তুলনায় উচ্চ শক্তি স্তরে ঘটে। অতএব, সক্রিয়করণ শক্তির সর্বদা একটি ইতিবাচক মান থাকে। প্রতিক্রিয়া শক্তি শোষণ করে কিনা তা নির্বিশেষে এই ইতিবাচক মান ঘটে ( এন্ডারগনিক বাএন্ডোথার্মিক ) বা এটি তৈরি করে ( এক্সেরগনিক বা এক্সোথার্মিক )।
সক্রিয়করণ শক্তি Ea এর সংক্ষিপ্ত বিবরণ। Ea ইউনিটের সবচেয়ে সাধারণ একক হল প্রতি মোল কিলোজুল (kJ/mol) এবং কিলোক্যালরি প্রতি মোল (kcal/mol)।
আরহেনিয়াস ইএ সমীকরণ
Svante Arrhenius ছিলেন একজন সুইডিশ বিজ্ঞানী যিনি 1889 সালে সক্রিয়করণ শক্তির অস্তিত্ব প্রদর্শন করেছিলেন, তার নাম বহনকারী সমীকরণটি বিকাশ করেছিলেন। আরহেনিয়াস সমীকরণ তাপমাত্রা এবং প্রতিক্রিয়া হারের মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক বর্ণনা করে। এই সম্পর্কটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতি এবং সর্বোপরি, এই প্রতিক্রিয়াগুলি ঘটার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ গণনা করার জন্য অপরিহার্য।
আরহেনিয়াস সমীকরণে, K হল বিক্রিয়ার হার সহগ (প্রতিক্রিয়া হার), A হল কত ঘন ঘন অণু সংঘর্ষ হয় তার ফ্যাক্টর এবং e হল একটি ধ্রুবক (প্রায় 2.718 এর সমান)। অন্যদিকে, Ea হল অ্যাক্টিভেশন শক্তি এবং R হল সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক (প্রতি মোল তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য শক্তি একক)। অবশেষে, টি পরম তাপমাত্রার প্রতিনিধিত্ব করে, কেলভিন ডিগ্রিতে পরিমাপ করা হয়।
এইভাবে, আরহেনিয়াস সমীকরণটি k= Ae^(-Ea/RT) হিসাবে উপস্থাপিত হয়। যাইহোক, অনেক সমীকরণের মত, এটি বিভিন্ন মান গণনা করার জন্য পুনর্বিন্যাস করা যেতে পারে। যাইহোক, সক্রিয়করণ শক্তি (Ea) গণনা করার জন্য A-এর মান জানার প্রয়োজন নেই, কারণ এটি তাপমাত্রার ফাংশন হিসাবে প্রতিক্রিয়া হার সহগগুলির তারতম্য থেকে নির্ধারণ করা যেতে পারে।
ইএর রাসায়নিক তাৎপর্য
সমস্ত অণুতে অল্প পরিমাণে শক্তি থাকে, যা গতিশক্তি বা সম্ভাব্য শক্তির আকারে হতে পারে। যখন অণুগুলির সংঘর্ষ হয়, তখন তাদের গতিশক্তি ব্যাহত করতে পারে এবং এমনকি বন্ধনগুলিকেও ধ্বংস করতে পারে, যা রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটলে তা ঘটে।
যদি অণুগুলি ধীরে ধীরে চলে যায়, অর্থাৎ, সামান্য গতিশক্তির সাথে, হয় তারা অন্য অণুর সাথে সংঘর্ষ করে না বা প্রভাবগুলি দুর্বল হওয়ার কারণে কোনও প্রতিক্রিয়া তৈরি করে না। একই ঘটবে যদি অণুগুলি ভুল বা অনুপযুক্ত অভিযোজনের সাথে সংঘর্ষ হয়। যাইহোক, যদি অণুগুলি যথেষ্ট দ্রুত এবং সঠিক অভিযোজনে চলে, একটি সফল সংঘর্ষ ঘটবে। সুতরাং, সংঘর্ষের সময় গতিশক্তি ন্যূনতম শক্তির চেয়ে বেশি হবে এবং সেই সংঘর্ষের পরে একটি প্রতিক্রিয়া ঘটবে। এমনকি এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়া শুরু করার জন্য একটি ন্যূনতম পরিমাণ শক্তি প্রয়োজন। যে ন্যূনতম শক্তি প্রয়োজন, যেমন আমরা আগে ব্যাখ্যা করেছি, সক্রিয়করণ শক্তি বলা হয়।
পদার্থের সক্রিয়করণ শক্তি সম্পর্কে ডেটার জ্ঞান আমাদের পরিবেশের যত্ন নেওয়ার সম্ভাবনাকে বোঝায়। অন্য কথায়, যদি আমরা সচেতন থাকি যে, অণুর বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে, একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া তৈরি হতে পারে, তাহলে আমরা এমন কাজ করতে পারি না যা, উদাহরণস্বরূপ, আগুনের কারণ হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি বইয়ের উপরে একটি মোমবাতি রাখলে আগুন ধরতে পারে তা জেনে (যার শিখা সক্রিয়করণ শক্তি সরবরাহ করবে), আমরা সতর্ক থাকব যাতে মোমবাতির শিখা বইয়ের কাগজে ছড়িয়ে না পড়ে।
অনুঘটক এবং সক্রিয়করণ শক্তি
একটি অনুঘটক একই উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত অন্যান্য পদ্ধতির তুলনায় সামান্য ভিন্ন উপায়ে প্রতিক্রিয়ার হার বাড়ায়। একটি অনুঘটকের কাজ হল সক্রিয়করণ শক্তিকে কম করা , যাতে কণার একটি বৃহত্তর অনুপাতের প্রতিক্রিয়া করার জন্য যথেষ্ট শক্তি থাকে। অনুঘটক দুটি উপায়ে সক্রিয়করণ শক্তি কমাতে পারে:
- প্রতিক্রিয়াশীল কণাগুলোকে অভিমুখী করে যাতে সংঘর্ষের সম্ভাবনা বেশি থাকে, অথবা তাদের গতিবিধি পরিবর্তন করে।
- বিক্রিয়কদের সাথে বিক্রিয়া করে একটি মধ্যবর্তী পদার্থ তৈরি করে যার জন্য পণ্য তৈরি করতে কম শক্তির প্রয়োজন হয়।
কিছু ধাতু, যেমন প্ল্যাটিনাম, তামা এবং লোহা, নির্দিষ্ট বিক্রিয়ায় অনুঘটক হিসেবে কাজ করতে পারে। আমাদের নিজের শরীরে এমন এনজাইম রয়েছে যা জৈবিক অনুঘটক (বায়োক্যাটালিস্ট) যা জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়াকে গতিশীল করতে সাহায্য করে। অনুঘটক সাধারনত এক বা একাধিক বিক্রিয়াকের সাথে বিক্রিয়া করে একটি মধ্যবর্তী গঠন করে, যা পরে চূড়ান্ত পণ্যে পরিণত হয়। এই ধরনের একটি মধ্যবর্তী পদার্থকে প্রায়ই “অ্যাক্টিভেটেড কমপ্লেক্স” বলা হয় ।
একটি অনুঘটক জড়িত একটি প্রতিক্রিয়া উদাহরণ
অনুঘটক জড়িত একটি প্রতিক্রিয়া কিভাবে এগিয়ে যেতে পারে তার একটি তাত্ত্বিক উদাহরণ নিচে দেওয়া হল। A এবং B বিক্রিয়ক, C হল অনুঘটক এবং D হল A এবং B এর মধ্যে বিক্রিয়ার গুণফল।
প্রথম ধাপ (প্রতিক্রিয়া 1): A+C → AC
দ্বিতীয় ধাপ (প্রতিক্রিয়া 2): B+AC → ACB
তৃতীয় ধাপ (প্রতিক্রিয়া 3): ACB → C+D
ACB মানে কেমিক্যাল ইন্টারমিডিয়েট। যদিও অনুঘটক (C) বিক্রিয়া 1 এ গ্রাস করা হয়, এটি পরে বিক্রিয়া 3 এ আবার প্রকাশ করা হয়, তাই একটি অনুঘটকের সাথে সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া হল: A+B+C → D+C
এটি থেকে এটি অনুসরণ করে যে অনুঘটকটি প্রতিক্রিয়ার শেষে মুক্তি পায়, সম্পূর্ণ অপরিবর্তিত। অনুঘটককে বিবেচনায় না নিয়ে, সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া লেখা হবে: A+B → D
এই উদাহরণে, অনুঘটক প্রতিক্রিয়া পদক্ষেপগুলির একটি সেট প্রদান করেছে যেটিকে আমরা “বিকল্প প্রতিক্রিয়া পথ” বলতে পারি। এই পথটি যেখানে অনুঘটক হস্তক্ষেপ করে তার জন্য কম সক্রিয়করণ শক্তির প্রয়োজন হয় এবং তাই দ্রুত এবং আরও দক্ষ।
আরহেনিয়াস সমীকরণ এবং আইরিং সমীকরণ
তাপমাত্রার সাথে বিক্রিয়ার হার কীভাবে বৃদ্ধি পায় তা বর্ণনা করতে দুটি সমীকরণ ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রথমত, আরহেনিয়াস সমীকরণ তাপমাত্রার উপর প্রতিক্রিয়া হারের নির্ভরতা বর্ণনা করে। অন্যদিকে, আইরিং সমীকরণ রয়েছে, যা 1935 সালে গবেষক দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল; তার সমীকরণ ট্রানজিশন স্টেট তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে এবং প্রতিক্রিয়া হার এবং তাপমাত্রার মধ্যে সম্পর্ক বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। সমীকরণটি হল:
k= ( kB T /h) exp(-ΔG ‡ /RT)।
যাইহোক, যখন আরহেনিয়াস সমীকরণটি তাপমাত্রা এবং প্রতিক্রিয়া হারের মধ্যে নির্ভরতাকে ঘটনাগতভাবে ব্যাখ্যা করে, তখন আইরিং সমীকরণটি প্রতিক্রিয়ার স্বতন্ত্র প্রাথমিক ধাপগুলি সম্পর্কে অবহিত করে।
অন্যদিকে, আরহেনিয়াস সমীকরণটি কেবলমাত্র গ্যাস পর্যায়ে গতিশক্তিতে প্রয়োগ করা যেতে পারে, যখন আয়রিং সমীকরণটি গ্যাস পর্যায়ে এবং ঘনীভূত এবং মিশ্র পর্যায় উভয় প্রতিক্রিয়ার অধ্যয়নের জন্য উপযোগী। গ্যাস পর্যায়ে) সংঘর্ষের মডেল)। একইভাবে, আরহেনিয়াস সমীকরণটি অভিজ্ঞতামূলক পর্যবেক্ষণের উপর ভিত্তি করে যে প্রতিক্রিয়ার হার তাপমাত্রার সাথে বৃদ্ধি পায়। পরিবর্তে আইরিং সমীকরণ হল ট্রানজিশন স্টেট মডেলের উপর ভিত্তি করে একটি তাত্ত্বিক নির্মাণ।
ট্রানজিশন স্টেট তত্ত্বের মূলনীতি:
- শক্তি বাধার শীর্ষে ট্রানজিশন স্টেট এবং রিঅ্যাক্ট্যান্টের অবস্থার মধ্যে একটি থার্মোডাইনামিক ভারসাম্য রয়েছে।
- রাসায়নিক বিক্রিয়ার হার উচ্চ শক্তি ট্রানজিশন অবস্থায় কণার ঘনত্বের সমানুপাতিক।
সক্রিয়করণ শক্তি এবং গিবস শক্তির মধ্যে সম্পর্ক
যদিও প্রতিক্রিয়ার হারও আইরিং সমীকরণে বর্ণনা করা হয়েছে, সক্রিয়করণ শক্তি ব্যবহার করার পরিবর্তে এই সমীকরণের সাথে, ট্রানজিশন স্টেটের গিবস শক্তি (ΔG ‡ ) অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে।
যেহেতু সংঘর্ষকারী অণুর গতিশক্তি (অর্থাৎ পর্যাপ্ত শক্তি এবং সঠিক অভিযোজন সহ) সম্ভাব্য শক্তিতে রূপান্তরিত হয়, তাই সক্রিয় কমপ্লেক্সের শক্তিশালী অবস্থা একটি ইতিবাচক মোলার গিবস শক্তি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। গিবস শক্তি, যাকে মূলত “উপলভ্য শক্তি” বলা হয়, 1870 সালে জোসিয়া উইলার্ড গিবস আবিষ্কার করেছিলেন। এই শক্তিকে সক্রিয়করণের স্ট্যান্ডার্ড মুক্ত শক্তিও বলা হয় ।
যেকোন মুহুর্তে একটি সিস্টেমের গিবস মুক্ত শক্তিকে সিস্টেমের এনথালপি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় তাপমাত্রার গুণফল সিস্টেমের এনট্রপির বিয়োগ:
G=H-TS।
H হল এনথালপি, T হল তাপমাত্রা এবং S হল এনট্রপি। এই সমীকরণ যা একটি সিস্টেমের মুক্ত শক্তিকে সংজ্ঞায়িত করে একটি নির্দিষ্ট প্রতিক্রিয়ার চালিকা শক্তি হিসাবে এনথালপি এবং এনট্রপির আপেক্ষিক গুরুত্ব নির্ধারণ করতে সক্ষম। এখন, বিক্রিয়ার মুক্ত শক্তিতে এনথালপি এবং এনট্রপি পদগুলির অবদানের মধ্যে ভারসাম্য নির্ভর করে প্রতিক্রিয়াটি যে তাপমাত্রায় ঘটে তার উপর। মুক্ত শক্তিকে সংজ্ঞায়িত করতে ব্যবহৃত সমীকরণটি পরামর্শ দেয় যে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এনট্রপি শব্দটি আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠবে : ΔG° = ΔH° – TΔS°।
সূত্র
- Brainard, J. (2014)। অ্যাক্টিভেশন শক্তি. https://www.ck12.org/ এ
- আরহেনিয়ান আইন। (2020)। সক্রিয়করণ শক্তি।
- Mitchell, N. (2018)। অ্যাসিটোনিট্রিল কোসলভেন্ট সিস্টেমে অ্যাসিটিক অ্যানহাইড্রাইড হাইড্রোলাইসিসের আইরিং অ্যাক্টিভেশন এনার্জি অ্যানালাইসিস।
