வேதியியலில், அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளை ஒரு இரசாயன மாற்றம் அல்லது பௌதிகப் போக்குவரத்தை உருவாக்கக்கூடிய நிலைக்குத் தேவையான குறைந்தபட்ச ஆற்றலை செயல்படுத்தும் ஆற்றல் , Ea என்று அழைக்கப்படுகிறது. நிலைமாற்று நிலைக் கோட்பாட்டில், செயல்படுத்தும் ஆற்றல் என்பது செயலில் உள்ள அல்லது நிலைமாற்ற நிலையில் உள்ள அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் மற்றும் ஆரம்ப கட்டமைப்பில் உள்ள அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள ஆற்றல் உள்ளடக்கத்தில் உள்ள வேறுபாடு ஆகும். ஏறக்குறைய எப்போதும், எதிர்வினையின் நிலை வினைபுரியும் தயாரிப்புகளை (வினையாக்கிகள்) விட அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் நிகழ்கிறது. எனவே, செயல்படுத்தும் ஆற்றல் எப்போதும் நேர்மறையான மதிப்பைக் கொண்டுள்ளது. எதிர்வினை ஆற்றலை உறிஞ்சுகிறதா என்பதைப் பொருட்படுத்தாமல் இந்த நேர்மறை மதிப்பு ஏற்படுகிறது ( எண்டர்கோனிக் அல்லதுஎண்டோதெர்மிக் ) அல்லது அதை உற்பத்தி செய்கிறது ( எக்ஸர்கோனிக் அல்லது எக்ஸோதெர்மிக் ).
செயல்படுத்தும் ஆற்றல் Ea என்பதன் சுருக்கெழுத்து. Ea அலகுகளின் பொதுவான அலகுகள் ஒரு மோலுக்கு கிலோஜூல்கள் (kJ/mol) மற்றும் ஒரு மோலுக்கு கிலோகலோரிகள் (kcal/mol) ஆகும்.
அர்ஹீனியஸ் ஈ சமன்பாடு
Svante Arrhenius ஒரு ஸ்வீடிஷ் விஞ்ஞானி ஆவார், அவர் 1889 இல் செயல்படுத்தும் ஆற்றல் இருப்பதை நிரூபித்தார், அவரது பெயரைக் கொண்ட சமன்பாட்டை உருவாக்கினார். அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு வெப்பநிலை மற்றும் எதிர்வினை வீதத்திற்கு இடையே உள்ள தொடர்பை விவரிக்கிறது. வேதியியல் எதிர்வினைகளின் வேகத்தையும், எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, இந்த எதிர்வினைகள் நடைபெறுவதற்குத் தேவையான ஆற்றலின் அளவையும் கணக்கிடுவதற்கு இந்த உறவு அவசியம்.
அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டில், K என்பது எதிர்வினை வீதக் குணகம் (வினை விகிதம்), A என்பது மூலக்கூறுகள் எவ்வளவு அடிக்கடி மோதுகின்றன என்பதற்கான காரணியாகும், e என்பது மாறிலி (தோராயமாக 2.718 க்கு சமம்). மறுபுறம், Ea என்பது செயல்படுத்தும் ஆற்றல் மற்றும் R என்பது உலகளாவிய வாயு மாறிலி (ஒரு மோலுக்கு வெப்பநிலை அதிகரிப்புக்கு ஆற்றல் அலகுகள்). இறுதியாக, டி கெல்வின் டிகிரிகளில் அளவிடப்படும் முழுமையான வெப்பநிலையைக் குறிக்கிறது.
எனவே, அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு k= Ae^(-Ea/RT) என குறிப்பிடப்படுகிறது. இருப்பினும், பல சமன்பாடுகளைப் போலவே, வெவ்வேறு மதிப்புகளைக் கணக்கிடுவதற்கு இது மறுசீரமைக்கப்படலாம். இருப்பினும், செயல்படுத்தும் ஆற்றலை (Ea) கணக்கிடுவதற்கு A இன் மதிப்பை அறிய வேண்டிய அவசியமில்லை, ஏனெனில் இது வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக எதிர்வினை வீத குணகங்களின் மாறுபாட்டிலிருந்து தீர்மானிக்கப்படலாம்.
Ea இன் வேதியியல் முக்கியத்துவம்
அனைத்து மூலக்கூறுகளும் ஒரு சிறிய அளவிலான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, அவை இயக்க ஆற்றல் அல்லது சாத்தியமான ஆற்றல் வடிவத்தில் இருக்கலாம். மூலக்கூறுகள் மோதும்போது, அவற்றின் இயக்க ஆற்றல் பிணைப்புகளை சீர்குலைத்து அழிக்கக்கூடும், இதுவே இரசாயன எதிர்வினைகள் நிகழும்போது நடக்கும்.
மூலக்கூறுகள் மெதுவாக நகர்ந்தால், அதாவது சிறிய இயக்க ஆற்றலுடன், அவை மற்ற மூலக்கூறுகளுடன் மோதுவதில்லை அல்லது தாக்கங்கள் பலவீனமாக இருப்பதால் எந்த எதிர்வினையையும் உருவாக்காது. மூலக்கூறுகள் தவறான அல்லது முறையற்ற நோக்குநிலையுடன் மோதினால் அதுவே நடக்கும். இருப்பினும், மூலக்கூறுகள் போதுமான அளவு வேகமாகவும் சரியான நோக்குநிலையிலும் நகர்ந்தால், வெற்றிகரமான மோதல் ஏற்படும். எனவே, மோதும்போது இயக்க ஆற்றல் குறைந்தபட்ச ஆற்றலை விட அதிகமாக இருக்கும், மேலும் மோதலுக்குப் பிறகு ஒரு எதிர்வினை ஏற்படும். எக்ஸோதெர்மிக் எதிர்வினைகள் கூட தொடங்குவதற்கு குறைந்தபட்ச ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. அந்த குறைந்தபட்ச ஆற்றல் தேவை, நாம் முன்பு விளக்கியது போல், செயல்படுத்தும் ஆற்றல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
பொருட்களின் செயல்படுத்தும் ஆற்றல் பற்றிய தரவுகளின் அறிவு நமது சுற்றுச்சூழலை கவனித்துக்கொள்வதற்கான சாத்தியத்தை குறிக்கிறது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், மூலக்கூறுகளின் குணாதிசயங்களைப் பொறுத்து, ஒரு இரசாயன எதிர்வினை உருவாக்கப்படலாம் என்பதை நாம் அறிந்திருந்தால், எடுத்துக்காட்டாக, தீயை ஏற்படுத்தக்கூடிய செயல்களை நாம் செய்ய முடியாது. உதாரணமாக, ஒரு புத்தகத்தின் மேல் ஒரு மெழுகுவர்த்தியை வைத்தால் அது தீப்பிடித்துவிடும் என்பதை அறிந்தால் (அதன் சுடர் செயல்படுத்தும் ஆற்றலை வழங்கும்), மெழுகுவர்த்தி சுடர் புத்தகத்தின் காகிதத்தில் பரவாமல் கவனமாக இருப்போம்.
வினையூக்கிகள் மற்றும் செயல்படுத்தும் ஆற்றல்
ஒரு வினையூக்கி அதே நோக்கத்திற்காகப் பயன்படுத்தப்படும் மற்ற முறைகளை விட சற்று வித்தியாசமான முறையில் எதிர்வினை விகிதத்தை அதிகரிக்கிறது. ஒரு வினையூக்கியின் செயல்பாடு செயல்படுத்தும் ஆற்றலைக் குறைப்பதாகும் , இதனால் துகள்களின் பெரும்பகுதி வினைபுரிய போதுமான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. வினையூக்கிகள் செயல்படுத்தும் ஆற்றலை இரண்டு வழிகளில் குறைக்கலாம்:
- வினைபுரியும் துகள்களை நோக்குநிலையாக்குவதன் மூலம் மோதல்கள் ஏற்பட வாய்ப்புகள் அதிகம் அல்லது அவற்றின் இயக்கங்களின் வேகத்தை மாற்றுவதன் மூலம்.
- எதிர்வினைகளுடன் வினைபுரிந்து ஒரு இடைநிலைப் பொருளை உருவாக்குகிறது, இது தயாரிப்பை உருவாக்க குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.
பிளாட்டினம், தாமிரம் மற்றும் இரும்பு போன்ற சில உலோகங்கள் சில எதிர்வினைகளில் வினையூக்கிகளாக செயல்பட முடியும். நம் உடலில் உயிர்வேதியியல் எதிர்வினைகளை விரைவுபடுத்த உதவும் உயிரியல் வினையூக்கிகள் (பயோகேடலிஸ்ட்கள்) என்சைம்கள் உள்ளன. வினையூக்கிகள் பொதுவாக ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட எதிர்வினைகளுடன் வினைபுரிந்து ஒரு இடைநிலையை உருவாக்குகின்றன, பின்னர் அது வினைபுரிந்து இறுதிப் பொருளாகிறது. இத்தகைய இடைநிலை பொருள் பெரும்பாலும் “செயல்படுத்தப்பட்ட வளாகம்” என்று குறிப்பிடப்படுகிறது .
ஒரு வினையூக்கியை உள்ளடக்கிய எதிர்வினையின் எடுத்துக்காட்டு
ஒரு வினையூக்கியை உள்ளடக்கிய ஒரு எதிர்வினை எவ்வாறு தொடரலாம் என்பதற்கான ஒரு கோட்பாட்டு உதாரணம் பின்வருமாறு. A மற்றும் B ஆகியவை எதிர்வினைகள், C என்பது வினையூக்கி மற்றும் D என்பது A மற்றும் B க்கு இடையேயான எதிர்வினையின் விளைவாகும்.
முதல் படி (எதிர்வினை 1): ஏ+சி → ஏசி
இரண்டாவது படி (எதிர்வினை 2): பி+ஏசி → ஏசிபி
மூன்றாவது படி (எதிர்வினை 3): ஏசிபி → சி+டி
ஏசிபி என்பது கெமிக்கல் இன்டர்மீடியட் என்பதைக் குறிக்கிறது. வினையூக்கி (C) எதிர்வினை 1 இல் நுகரப்பட்டாலும், அது பின்னர் எதிர்வினை 3 இல் மீண்டும் வெளியிடப்படுகிறது, எனவே ஒரு வினையூக்கியுடன் ஒட்டுமொத்த எதிர்வினை: A+B+C → D+C
இதிலிருந்து வினையூக்கியானது எதிர்வினையின் முடிவில் முற்றிலும் மாறாமல் வெளியிடப்படுகிறது. வினையூக்கியை கணக்கில் எடுத்துக் கொள்ளாமல், ஒட்டுமொத்த எதிர்வினை எழுதப்படும்: A+B → D
இந்த எடுத்துக்காட்டில், வினையூக்கியானது நாம் “மாற்று எதிர்வினை பாதை” என்று அழைக்கக்கூடிய எதிர்வினை படிகளின் தொகுப்பை வழங்கியுள்ளது. வினையூக்கி தலையிடும் இந்த பாதைக்கு குறைவான செயல்படுத்தும் ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, எனவே வேகமாகவும் திறமையாகவும் இருக்கும்.
அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு மற்றும் ஐரிங் சமன்பாடு
வெப்பநிலையுடன் எதிர்வினைகளின் வீதம் எவ்வாறு அதிகரிக்கிறது என்பதை விவரிக்க இரண்டு சமன்பாடுகள் பயன்படுத்தப்படலாம். முதலில், அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு வெப்பநிலையில் எதிர்வினை விகிதங்களின் சார்புநிலையை விவரிக்கிறது. மறுபுறம், ஐரிங் சமன்பாடு உள்ளது, 1935 இல் கூறிய ஆராய்ச்சியாளர் முன்மொழிந்தார்; அவரது சமன்பாடு நிலைமாற்ற நிலைக் கோட்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது மற்றும் எதிர்வினை வீதத்திற்கும் வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான உறவை விவரிக்கப் பயன்படுகிறது. சமன்பாடு:
k= ( kB T /h) exp(-ΔG ‡ /RT).
எவ்வாறாயினும், அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு வெப்பநிலை மற்றும் எதிர்வினை வீதத்திற்கு இடையே உள்ள சார்புநிலையை விளக்குகிறது, ஐரிங் சமன்பாடு ஒரு எதிர்வினையின் தனிப்பட்ட அடிப்படை படிகளைப் பற்றி தெரிவிக்கிறது.
மறுபுறம், அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு வாயு கட்டத்தில் உள்ள இயக்க ஆற்றலுக்கு மட்டுமே பயன்படுத்தப்படும், அதே சமயம் ஐரிங் சமன்பாடு வாயு நிலை மற்றும் அமுக்கப்பட்ட மற்றும் கலப்பு நிலைகளில் (தொடர்பு இல்லாத கட்டங்களில்) எதிர்வினைகளை ஆய்வு செய்ய பயனுள்ளதாக இருக்கும். வாயு கட்டத்தில்) மோதல் மாதிரி). அதேபோல், அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு வெப்பநிலையுடன் எதிர்வினைகளின் வீதம் அதிகரிக்கிறது என்ற அனுபவக் கண்காணிப்பின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. மாறாக ஐரிங் சமன்பாடு என்பது நிலைமாற்று நிலை மாதிரியை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு தத்துவார்த்த கட்டுமானமாகும்.
நிலைமாற்ற நிலைக் கோட்பாட்டின் கோட்பாடுகள்:
- ஆற்றல் தடையின் மேற்புறத்தில் உள்ள வினைகளின் நிலை மற்றும் நிலைமாற்ற நிலைக்கு இடையே வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலை உள்ளது.
- இரசாயன எதிர்வினை விகிதம் உயர் ஆற்றல் நிலைமாற்ற நிலையில் உள்ள துகள்களின் செறிவுக்கு விகிதாசாரமாகும்.
செயல்படுத்தும் ஆற்றலுக்கும் கிப்ஸ் ஆற்றலுக்கும் உள்ள தொடர்பு
ஈரிங் சமன்பாட்டில் எதிர்வினை வீதமும் விவரிக்கப்பட்டிருந்தாலும், செயல்படுத்தும் ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதற்குப் பதிலாக இந்த சமன்பாட்டுடன் , மாறுதல் நிலையின் கிப்ஸ் ஆற்றல் (ΔG ‡ ) சேர்க்கப்பட்டுள்ளது.
மோதும் மூலக்கூறுகளின் இயக்க ஆற்றல் (அதாவது போதுமான ஆற்றல் மற்றும் சரியான நோக்குநிலை கொண்டவை) சாத்தியமான ஆற்றலாக மாற்றப்படுவதால், செயல்படுத்தப்பட்ட வளாகத்தின் ஆற்றல் நிலை நேர்மறை மோலார் கிப்ஸ் ஆற்றலால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. கிப்ஸ் ஆற்றல், முதலில் “கிடைக்கும் ஆற்றல்” என்று அழைக்கப்பட்டது, 1870 இல் ஜோசியா வில்லார்ட் கிப்ஸ் என்பவரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. இந்த ஆற்றல் செயல்படுத்தும் நிலையான இலவச ஆற்றல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது .
எந்த நேரத்திலும் ஒரு அமைப்பின் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் அமைப்பின் என்டல்பி என வரையறுக்கப்படுகிறது, இது அமைப்பின் என்ட்ரோபியின் வெப்பநிலை நேரங்களின் உற்பத்தியைக் கழித்தல்:
G=H-TS.
H என்பது என்டல்பி, T என்பது வெப்பநிலை, S என்பது என்ட்ரோபி. ஒரு அமைப்பின் இலவச ஆற்றலை வரையறுக்கும் இந்த சமன்பாடு ஒரு குறிப்பிட்ட எதிர்வினையின் உந்து சக்திகளாக என்டல்பி மற்றும் என்ட்ரோபியின் ஒப்பீட்டு முக்கியத்துவத்தை தீர்மானிக்கும் திறன் கொண்டது. இப்போது, ஒரு எதிர்வினையின் இலவச ஆற்றலுக்கான என்டல்பி மற்றும் என்ட்ரோபி விதிமுறைகளின் பங்களிப்புகளுக்கு இடையேயான சமநிலையானது எதிர்வினை நிகழும் வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது. கட்டற்ற ஆற்றலை வரையறுக்கப் பயன்படுத்தப்படும் சமன்பாடு வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது என்ட்ரோபி சொல் மிகவும் முக்கியமானதாக மாறும் என்று கூறுகிறது : ΔG° = ΔH° – TΔS°.
ஆதாரங்கள்
- பிரைனார்ட், ஜே. (2014). செயல்படுத்தும் ஆற்றல். https://www.ck12.org/ இல்
- அர்ஹெனியன் சட்டம். (2020) செயல்படுத்தும் ஆற்றல்கள்.
- மிட்செல், என். (2018). அசிட்டோனிட்ரைல் கொசல்வென்ட் அமைப்புகளில் அசிட்டிக் அன்ஹைட்ரைடு ஹைட்ரோலிசிஸின் ஐரிங் ஆக்டிவேஷன் எனர்ஜி அனாலிசிஸ்.
