কোন বিক্রিয়ায় সক্রিয়ণ শক্তি -55KJ/mol হলে কক্ষ তাপমাত্রার চেয়ে 10°C তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে বিক্রিয়ার হার কতগুণ বৃদ্ধি পাবে?

সক্রিয়ণ শক্তি ও বিক্রিয়ার হারের উপর তাপমাত্রার প্রভাব 🌡️
প্রশ্ন:
কোনো বিক্রিয়ায় সক্রিয়ণ শক্তি -55 KJ/mol হলে কক্ষ তাপমাত্রার চেয়ে 10°C তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে বিক্রিয়ার হার কতগুণ বৃদ্ধি পাবে?
সমাধান:
আমরা Arrhenius সমীকরণ ব্যবহার করে এই সমস্যার সমাধান করতে পারি। Arrhenius সমীকরণটি হলো:
\[ k = A e^{-\frac{E_a}{RT}} \]এখানে,
- \(k\) = বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক
- \(A\) = কম্পাঙ্ক গুণক (frequency factor)
- \(E_a\) = সক্রিয়ণ শক্তি (activation energy) = -55 KJ/mol = -55000 J/mol
- \(R\) = গ্যাস ধ্রুবক (gas constant) = 8.314 J/(mol·K)
- \(T\) = তাপমাত্রা (temperature) কেলভিনে
ধরি, কক্ষ তাপমাত্রা \(T_1\) এবং \(T_2 = T_1 + 10\)°C। তাহলে, \(T_2 - T_1 = 10\) K
আমরা জানি, \( \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{E_a}{R} \left( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2} \right) \)
যেখানে,
- \(k_1\) = \(T_1\) তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক
- \(k_2\) = \(T_2\) তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক
\(\frac{k_2}{k_1}\) = বিক্রিয়ার হারের পরিবর্তন।
এখন,
\[ \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{-55000}{8.314} \left( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_1 + 10} \right) \]ধরি, কক্ষ তাপমাত্রা \(T_1 = 25^\circ C = 298 K\)। তাহলে, \(T_2 = 298 + 10 = 308 K\)
সুতরাং,
\[ \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{-55000}{8.314} \left( \frac{1}{298} - \frac{1}{308} \right) \] \[ \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{-55000}{8.314} \left( \frac{308 - 298}{298 \times 308} \right) \] \[ \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{-55000}{8.314} \left( \frac{10}{91784} \right) \] \[ \ln \frac{k_2}{k_1} = -0.719 \]অতএব,
\[ \frac{k_2}{k_1} = e^{-0.719} \approx 0.487 \]যেহেতু সক্রিয়ণ শক্তি ঋণাত্মক, তাপমাত্রা বাড়ালে বিক্রিয়ার হার কমবে। 🤔
তবে যদি পরম মান বিবেচনা করি:
\(\ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{55000}{8.314} \left( \frac{10}{91784} \right)\)
\(\ln \frac{k_2}{k_1} = 0.719\)
\(\frac{k_2}{k_1} = e^{0.719} \approx 2.05\)
সুতরাং, বিক্রিয়ার হার প্রায় 2 গুণ বৃদ্ধি পাবে। 🎉
উত্তর: 2
```