শিল্প জ্ঞান
কিভাবে একটি অনুঘটক একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার হার প্রভাবিত করে?
একটি অনুঘটক হল এমন একটি পদার্থ যা গ্রহণ না করে বা প্রক্রিয়ায় স্থায়ীভাবে পরিবর্তন না করে রাসায়নিক বিক্রিয়ার হার বৃদ্ধি করে। এটি একটি কম সক্রিয়করণ শক্তি সহ একটি বিকল্প প্রতিক্রিয়া পথ প্রদান করে এটি অর্জন করে, যার ফলে বিক্রিয়কদের পণ্যে রূপান্তর করা সহজ হয়। রাসায়নিক বিক্রিয়ার হারের উপর একটি অনুঘটকের প্রভাব বিভিন্ন মূল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে।
প্রথমত, একটি অনুঘটক একটি সক্রিয় সাইট বা পৃষ্ঠ প্রদান করে যেখানে বিক্রিয়ক অণুগুলি শোষণ করতে এবং যোগাযোগ করতে পারে। এই মিথস্ক্রিয়া বিক্রিয়ক অণুগুলির মধ্যে বন্ধনগুলিকে দুর্বল করে, তাদের পছন্দসই পণ্যগুলি গঠনের জন্য ভাঙ্গা এবং পুনর্বিন্যাস করার জন্য আরও সংবেদনশীল করে তোলে। মধ্যবর্তী প্রজাতি গঠনের সুবিধা দিয়ে, অনুঘটক শক্তির বাধা (অ্যাক্টিভেশন এনার্জি) কমিয়ে দেয় যা বিক্রিয়াক অণুগুলিকে প্রতিক্রিয়া এগিয়ে যাওয়ার জন্য অতিক্রম করতে হবে।
দ্বিতীয়ত, অনুঘটক প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া পরিবর্তন করতে পারে, প্রতিক্রিয়াটিকে আরও অনুকূল পথ অনুসরণ করতে সক্ষম করে। তারা অস্থায়ী বন্ধন গঠন করে বা বিকল্প প্রতিক্রিয়া রুট প্রদান করে উচ্চ-শক্তি ট্রানজিশন স্টেট বা মধ্যবর্তী প্রজাতিকে স্থিতিশীল করতে পারে। এটি একটি নিম্ন শক্তি পথের মাধ্যমে প্রতিক্রিয়া ঘটতে দেয়, যার ফলে প্রতিক্রিয়া হার বৃদ্ধি পায়।
উপরন্তু, অনুঘটক সক্রিয় সাইটগুলিতে বিক্রিয়ক অণুগুলির ঘনত্বকে শোষণ করে এবং তাদের কাছাকাছি ধরে রাখতে পারে। এটি বিক্রিয়ক অণুগুলির মধ্যে কার্যকর সংঘর্ষের সম্ভাবনা বাড়ায়, যার ফলে সফল প্রতিক্রিয়াগুলির একটি বৃদ্ধি ফ্রিকোয়েন্সি হয়। অনুঘটক পৃষ্ঠের কাছাকাছি বিক্রিয়কগুলির বর্ধিত ঘনত্ব প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলির গঠনকে উত্সাহ দেয়, প্রতিক্রিয়া হারকে আরও বাড়িয়ে তোলে।
তদ্ব্যতীত, অনুঘটকগুলি বিক্রিয়কগুলির চারপাশে বৈদ্যুতিন পরিবেশকে সংশোধন করতে পারে, তাদের প্রতিক্রিয়াকে প্রভাবিত করে। তারা ইলেকট্রন দান বা গ্রহণ করতে পারে, যার ফলে অনুঘটক এবং বিক্রিয়কদের মধ্যে চার্জ স্থানান্তর ঘটে এবং প্রতিক্রিয়াশীল প্রজাতির গঠনের প্রচার করে। এই বৈদ্যুতিন পরিবর্তনটি বিক্রিয়ক অণুগুলির মধ্যে নির্দিষ্ট বন্ধনের সক্রিয়করণকে উন্নত করতে পারে, তাদের পণ্যগুলিতে রূপান্তরকে সহজতর করে।
এটি লক্ষ্য করা গুরুত্বপূর্ণ যে অনুঘটক প্রতিক্রিয়ার তাপগতিবিদ্যা পরিবর্তন করে না। তারা সামগ্রিক শক্তি পরিবর্তন (এনথালপি) বা প্রতিক্রিয়ার ভারসাম্য অবস্থানকে প্রভাবিত করে না। পরিবর্তে, তারা অগ্রগতি এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়া উভয়ের হারকে ত্বরান্বিত করে ভারসাম্য অর্জনের সুবিধা দেয়। অন্য কথায়, অনুঘটকগুলি আরও দ্রুত ভারসাম্যের অবস্থায় পৌঁছাতে সাহায্য করে কিন্তু ভারসাম্যের অবস্থান পরিবর্তন করে না।
একটি অনুঘটকের কার্যকারিতা নির্ভর করে তার পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, গঠন, রচনা এবং বিক্রিয়ক অণুর সাথে মিথস্ক্রিয়ার মতো বিষয়গুলির উপর। এই কারণগুলি নির্দিষ্ট প্রতিক্রিয়াগুলির প্রতি অনুঘটকের কার্যকলাপ এবং নির্বাচনযোগ্যতা নির্ধারণ করে। অনুঘটকগুলিকে সমজাতীয় (প্রতিক্রিয়াকারীর মতো একই পর্যায়ে) বা ভিন্নধর্মী (একটি ভিন্ন পর্যায়ে) হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। সমজাতীয় অনুঘটকগুলি সাধারণত একটি দ্রাবকের মধ্যে দ্রবীভূত আণবিক প্রজাতি, যখন ভিন্নধর্মী অনুঘটকগুলি সাধারণত একটি বৃহৎ পৃষ্ঠ এলাকা সহ কঠিন পদার্থ হয়।
শিল্প প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত বিভিন্ন ধরনের অনুঘটক কি কি?
শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে, অনুঘটক রাসায়নিক বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করতে এবং প্রক্রিয়ার দক্ষতা উন্নত করতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। তাদের নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশন এবং প্রতিক্রিয়া প্রয়োজনীয়তার উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন শিল্পে বিভিন্ন ধরণের অনুঘটক ব্যবহার করা হয়। এখানে শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহৃত কিছু সাধারণ ধরণের অনুঘটক রয়েছে:
ভিন্নধর্মী অনুঘটক: ভিন্নধর্মী অনুঘটক হল কঠিন অনুঘটক যা বিক্রিয়ক থেকে ভিন্ন পর্যায়ে বিদ্যমান। তারা তাদের স্থিতিশীলতা, বিচ্ছেদ সহজ, এবং পুনর্ব্যবহারযোগ্যতার কারণে শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যাপকভাবে নিযুক্ত হয়। ভিন্নধর্মী অনুঘটকের উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে:
ক ট্রানজিশন মেটাল ক্যাটালিস্ট: ট্রানজিশন ধাতু এবং তাদের যৌগ, যেমন প্ল্যাটিনাম, প্যালাডিয়াম, নিকেল এবং লোহা, সাধারণত শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অনুঘটক হিসাবে ব্যবহৃত হয়। তারা অনন্য অনুঘটক বৈশিষ্ট্য ধারণ করে এবং হাইড্রোজেনেশন, অক্সিডেশন এবং হাইড্রোকার্বন ক্র্যাকিং সহ বিস্তৃত প্রতিক্রিয়াগুলিকে সহজতর করতে পারে।
খ. ধাতব অক্সাইড: ধাতব অক্সাইড, যেমন টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO2), জিঙ্ক অক্সাইড (ZnO), এবং অ্যালুমিনা (Al2O3), রাসায়নিক উত্পাদন, জ্বালানী সংশ্লেষণ এবং নির্গমন নিয়ন্ত্রণের মতো প্রক্রিয়াগুলিতে অনুঘটক হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ধাতব অক্সাইডগুলি তাদের অনুঘটক কার্যকলাপ, উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং রেডক্স প্রতিক্রিয়া সহ্য করার ক্ষমতার জন্য পরিচিত।
গ. জিওলাইটস: জিওলাইট হল ছিদ্রযুক্ত অ্যালুমিনোসিলিকেট খনিজ যা সু-সংজ্ঞায়িত কাঠামো এবং উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্র রয়েছে। এগুলি সাধারণত পেট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহৃত হয়, যেমন ক্র্যাকিং এবং আইসোমারাইজেশন প্রতিক্রিয়া। জিওলাইটগুলি বেছে বেছে নির্দিষ্ট বিক্রিয়াকারী অণুগুলিকে শোষণ এবং অনুঘটক করতে পারে, তাদের অত্যন্ত কার্যকর অনুঘটক করে তোলে।
d সমর্থিত অনুঘটক: সমর্থিত অনুঘটকগুলি সক্রিয় কার্বন, সিলিকা বা অ্যালুমিনার মতো একটি সমর্থন উপাদানে বিচ্ছুরিত একটি অনুঘটকভাবে সক্রিয় উপাদান নিয়ে গঠিত। এই অনুঘটকগুলি বর্ধিত স্থিতিশীলতা, পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং নিয়ন্ত্রিত প্রতিক্রিয়া প্রদান করে। সমর্থিত অনুঘটকগুলি হাইড্রোজেনেশন, অক্সিডেশন এবং অন্যান্য শিল্প প্রতিক্রিয়াগুলিতে অ্যাপ্লিকেশন খুঁজে পায়।
সমজাতীয় অনুঘটক: সমজাতীয় অনুঘটকগুলি সাধারণত আণবিক প্রজাতি যা বিক্রিয়কগুলির মতো একই পর্যায়ে থাকে, প্রায়শই একটি দ্রাবকে দ্রবীভূত হয়। তারা প্রতিক্রিয়া নির্বাচনের উপর চমৎকার নিয়ন্ত্রণ প্রদান করে এবং উচ্চ অনুঘটক কার্যকলাপ অফার করে। সমজাতীয় অনুঘটকের উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে:
ক ট্রানজিশন মেটাল কমপ্লেক্স: ট্রানজিশন মেটাল কমপ্লেক্স, যেমন প্ল্যাটিনাম, প্যালাডিয়াম বা রুথেনিয়ামের উপর ভিত্তি করে, জৈব সংশ্লেষণ এবং সূক্ষ্ম রাসায়নিক উত্পাদনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। তারা ক্রস-কাপলিং প্রতিক্রিয়া, হাইড্রোজেনেশন এবং অপ্রতিসম অনুঘটক সহ বিভিন্ন প্রতিক্রিয়া সহজতর করতে পারে।
খ. অর্গানোমেটালিক যৌগ: নিকেল, রোডিয়াম বা কোবাল্টের মতো উপাদান ধারণকারী জৈব যৌগগুলি কার্যকর সমজাতীয় অনুঘটক হিসাবে কাজ করে। এগুলি সাধারণত পলিমারাইজেশন প্রতিক্রিয়া, হাইড্রোফর্মাইলেশন এবং কার্বনাইলেশন প্রক্রিয়াগুলিতে নিযুক্ত করা হয়।
গ. এনজাইম: এনজাইম হল প্রাকৃতিক জৈবিক অনুঘটক যা জীবন্ত প্রাণীর রাসায়নিক বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে। শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে, এনজাইমগুলি খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ, জৈব জ্বালানী উত্পাদন এবং ফার্মাসিউটিক্যাল সংশ্লেষণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্যবহৃত হয়। এনজাইমগুলি উচ্চ নির্বাচনীতা, হালকা প্রতিক্রিয়ার অবস্থা এবং জলীয় পরিবেশে কাজ করার ক্ষমতা প্রদান করে।
জৈবক্যাটালিস্টস: জৈবক্যাটালিস্টগুলি জীবন্ত প্রাণী থেকে প্রাপ্ত অনুঘটকগুলির একটি বিস্তৃত পরিসরকে অন্তর্ভুক্ত করে, যার মধ্যে রয়েছে এনজাইম, সম্পূর্ণ কোষ এবং জেনেটিকালি পরিবর্তিত অণুজীব। এগুলি জৈব জ্বালানী উত্পাদন, ওষুধ এবং খাদ্য প্রক্রিয়াকরণের মতো শিল্পগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। জৈবক্যাটালিস্ট পরিবেশ বান্ধব বিকল্প প্রদান করে এবং বিভিন্ন প্রতিক্রিয়ায় উচ্চ নির্দিষ্টতা এবং নির্বাচনীতা প্রদর্শন করে।
অ্যাসিড বা বেস ক্যাটালিস্ট: অ্যাসিড বা বেস অনুঘটকগুলি সাধারণত রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ব্যবহার করা হয় যেগুলিতে অ্যাসিড-বেস রসায়ন জড়িত থাকে, যেমন ইস্টারিফিকেশন, হাইড্রোলাইসিস এবং ট্রান্সেস্টারিফিকেশন। শক্তিশালী অ্যাসিড, যেমন সালফিউরিক অ্যাসিড (H2SO4), এবং শক্তিশালী ঘাঁটি, যেমন সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড (NaOH), প্রোটন প্রদান বা গ্রহণ করে এই প্রতিক্রিয়াগুলিকে অনুঘটক করতে পারে৷
