પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા (reversible reactions)

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા (reversible reactions) : પ્રથમ અગ્રગામી (ડાબી તરફથી જમણી તરફ થતી) હોય અને પરિવેશી સંજોગો બદલાતાં પ્રતિગામી (પ્રતીપ) (જમણી તરફથી ડાબી તરફ) થતી હોય તેવી રાસાયણિક પ્રક્રિયા. આને લીધે તાપમાન કે દબાણ જેવા સંજોગો બદલાતાં પ્રથમ પ્રક્રિયાની નીપજો વિઘટન પામીને પાછી મૂળ ઘટકોમાં ફેરવાય છે; દા.ત., નવસાર(NH4Cl)ને ગરમ કરતાં તે એમોનિયા અને હાઇડ્રોક્લૉરિક ઍસિડમાં વિઘટન પામે છે; પણ પ્રક્રિયામિશ્રણ ઠંડું પડતાં બે ઘટકો પુન:સંયોજન પામે છે :

NH₄Cl ↔ NH₃ + HCl

ઘણાં વર્ષોથી એ જાણીતું છે કે ઘણી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ તેમને માટે આપવામાં આવેલાં સમીકરણો મુજબ સંપૂર્ણ રીતે થતી નથી. આવી પ્રક્રિયાનો વ્યવસ્થિત અભ્યાસ 1894માં બોડેન સ્ટીને કર્યો હતો. જો તુલ્ય પ્રમાણમાં લીધેલાં હાઇડ્રોજન અને આયોડીનનું મિશ્રણ બંધ ચંબુ(flask)માં 445° સે. તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે તો આશરે બે કલાકના સમય બાદ ચંબુમાં હાઇડ્રોજન અને આયોડીન ઉપરાંત હાઇડ્રોજન આયોડાઇડની હાજરી પણ જણાય છે. આ ઘટના નીચેની પ્રક્રિયા થતી હોવાનું સૂચવે છે :

H₂ + I₂ → 2HI

જો આવા બીજા બંધ પાત્રમાં શુદ્ધ હાઇડ્રોજન આયોડાઇડને 445° સે. તાપમાને બે કલાક સુધી ગરમ કરવામાં આવે તો ચંબુમાં હાઇડ્રોજન આયોડાઇડની સાથે હાઇડ્રોજન અને આયોડીનનું અસ્તિત્વ પણ જણાય છે. વળી સમાન તાપમાને બંને પ્રયોગોમાં મળતા અંતિમ મિશ્રણનું સંઘટન સરખું માલૂમ પડે છે. આ ઉપરથી જણાય છે કે હાઇડ્રોજન આયોડાઇડ જે ઝડપથી વિઘટન પામે છે તે જ ઝડપથી હાઇડ્રોજન અને આયોડીન સંયોજાય છે.

2HI → H₂ + I₂

આવી સ્થિતિને સમતોલન અવસ્થા કહે છે અને જે પ્રક્રિયાઓ પ્રયોગ વખતના સંજોગો પ્રમાણે બંને દિશામાં થઈ શકે તેમને પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓ કહે છે. આવી પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે દર્શાવાય છે :

H₂ + I₂ ↔ 2HI

જેમાં ઉપરનું તીર અગ્રગામી, જ્યારે નીચેનું પ્રતિગામી પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.

સમતોલન સમયે પ્રક્રિયા થંભી જતી હોય તેમ લાગે છે, પણ ખરેખર તેમ હોતું નથી. હકીકતમાં તો સમગ્ર સમયગાળા દરમિયાન પ્રક્રિયા ચાલતી રહેતી હોય છે, પરંતુ અગ્રગામી પ્રક્રિયા જેટલા વેગથી થતી હોય બરાબર તેટલા જ દરથી પ્રતિગામી પ્રક્રિયા થતી હોય છે. આ સમયે નીપજોની સક્રિયતા (અથવા સાંદ્રતા) અને પ્રક્રિયકોની સક્રિયતા(અથવા સાંદ્રતા)ના ગુણોત્તરને સમતોલન અચળાંક (K) કહે છે. તે નિયત તાપમાને અને દબાણે અચળ હોય છે. આવી પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓમાં પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાપેક્ષ સાંદ્રતા સમય ઉપર આધારિત ન હોય તેવી સ્થિતિ ધારણ કરવાનું વલણ ધરાવે છે. સમતોલન અચળાંકની ગણતરી મુક્ત ઊર્જા, એન્થૅલ્પી, એન્ટ્રોપી વગેરે ઉષ્માગતિજ રાશિઓ ઉપરથી કરી શકાય છે.

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓનાં સમીકરણો સંતુલિત સમીકરણો કહેવાય છે. આવી પ્રક્રિયાઓનું સમતોલન પ્રક્રિયકો અને નીપજોનાં દબાણ, તાપમાન, સાંદ્રતા અથવા ઘનતા ઉપર આધાર રાખે છે. આ પરિબળોમાં ફેરફાર થાય તો સમતોલન બદલાય છે. આ સમતોલન પ્રક્રિયાવેગ અને સમયના નીચેના આલેખ વડે દર્શાવી શકાય છે :

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓમાં સંતુલનની આ સ્થિતિ સક્રિય જથ્થાના નિયમ વડે સમજાવી શકાય : રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો વેગ પ્રકિયામાં ભાગ લેતા પ્રક્રિયકોના સક્રિય જથ્થાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.

પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાનાં બીજા કેટલાંક ઉદાહરણો નીચે પ્રમાણે છે :

3Fe(s) + 4H₂O(s) ↔ Fe₃O₄(s) + 4H_2(g)

25O₂(g) + O₂ (g) ↔ 2 SO_3(g)

N₂O₄ (g) ↔ 2 NO_{2 (g).}

H₂O(g) ↔ H₂(g) +  ½O_2(g)

જેમ યોગ્ય સંજોગો પસંદ કરીને સઘળી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓને પ્રતિવર્તી બનાવી શકાય છે, તેમ પ્રતિગામી પ્રક્રિયાને અટકાવીને અગ્રગામી પ્રક્રિયાને સંપૂર્ણ અથવા લગભગ સંપૂર્ણ થાય તેવી બનાવી શકાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ