Equilibrium chemistry
संतुलन रसायन विज्ञान रासायनिक संतुलन में प्रणालियों से संबंधित है। एकीकरण सिद्धांत यह है कि संतुलन में एक प्रणाली की मुक्त ऊर्जा न्यूनतम संभव है, ताकि प्रतिक्रिया निर्देशांक के संबंध में मुक्त ऊर्जा का ढलान शून्य हो। यह सिद्धांत, संतुलन में मिश्रणों पर लागू किया जाता है, एक संतुलन स्थिरांक की परिभाषा प्रदान करता है। अनुप्रयोगों में एसिड-बेस, होस्ट-गेस्ट, मेटल-कॉम्प्लेक्स, घुलनशीलता, विभाजन, क्रोमैटोग्राफी और रेडॉक्स इक्विलिब्रिया शामिल हैं। ऊष्मागतिकीय संतुलन एक रासायनिक प्रणाली को संतुलन में कहा जाता है जब इसमें शामिल रासायनिक संस्थाओं की मात्रा बाहरी प्रभाव के अनुप्रयोग के बिना समय में नहीं बदलती है और न ही बदल सकती है। इस अर्थ में रासायनिक संतुलन में एक प्रणाली स्थिर अवस्था में होती है। रासायनिक संतुलन में प्रणाली एक स्थिर तापमान, दबाव या आयतन और एक संरचना पर होगी। यह परिवेश के साथ गर्मी के आदान-प्रदान से अछूता होगा, यानी यह एक बंद प्रणाली है। तापमान, दबाव (या आयतन) में परिवर्तन एक बाहरी प्रभाव का गठन करता है और इस तरह के परिवर्तन के परिणामस्वरूप संतुलन की मात्रा बदल जाएगी। यदि ऐसी संभावना है कि संरचना बदल सकती है, लेकिन परिवर्तन की दर नगण्य रूप से धीमी है, तो प्रणाली को मेटास्टेबल स्थिति में कहा जाता है। रासायनिक संतुलन के समीकरण को प्रतीकात्मक रूप से अभिकारक (ओं) उत्पाद (ओं) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। यह परिभाषा मैक्रोस्कोपिक गुणों को संदर्भित करती है। परिवर्तन परमाणुओं और अणुओं के सूक्ष्म स्तर पर होते हैं, लेकिन इस हद तक कि वे मापने योग्य और संतुलित तरीके से नहीं होते हैं ताकि मैक्रोस्कोपिक मात्राएं न बदलें। रासायनिक संतुलन एक गतिशील अवस्था है जिसमें आगे और पीछे की प्रतिक्रियाएं इस दर से आगे बढ़ती हैं कि मिश्रण की मैक्रोस्कोपिक संरचना स्थिर होती है। इस प्रकार, संतुलन संकेत इस तथ्य का प्रतीक है कि प्रतिक्रियाएँ आगे और पीछे दोनों दिशाओं में होती हैं। दूसरी ओर, एक स्थिर अवस्था आवश्यक रूप से रासायनिक अर्थ में एक संतुलन अवस्था नहीं है। उदाहरण के लिए, एक रेडियोधर्मी क्षय श्रृंखला में मध्यवर्ती समस्थानिकों की सांद्रता स्थिर होती है क्योंकि उत्पादन की दर क्षय की दर के बराबर होती है। यह एक रासायनिक संतुलन नहीं है क्योंकि क्षय प्रक्रिया केवल एक दिशा में होती है। ऊष्मागतिकीय संतुलन की विशेषता पूरी (बंद) प्रणाली के लिए न्यूनतम मुक्त ऊर्जा है। स्थिर आयतन वाली प्रणालियों के लिए हेल्महोल्ट्ज मुक्त ऊर्जा न्यूनतम है और स्थिर दबाव वाली प्रणालियों के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा न्यूनतम है। इस प्रकार एक मेटास्टेबल अवस्था वह है जिसके लिए अभिकारकों और उत्पादों के बीच मुक्त ऊर्जा परिवर्तन न्यूनतम नहीं है, भले ही संरचना समय के साथ नहीं बदलती है। इस न्यूनतम का अस्तित्व अभिकारकों और उत्पादों के मिश्रण की मुक्त ऊर्जा के हमेशा नकारात्मक होने के कारण है। आदर्श समाधानों के लिए मिश्रण की एन्थैल्पी शून्य होती है, इसलिए न्यूनतम मौजूद होती है क्योंकि मिश्रण की एन्ट्रापी हमेशा सकारात्मक होती है। प्रतिक्रिया मुक्त ऊर्जा का ढलान, प्रतिक्रिया निर्देशांक के संबंध में δGr, शून्य होता है जब मुक्त ऊर्जा अपने न्यूनतम मूल्य पर होती है। संतुलन स्थिर रासायनिक क्षमता आंशिक मोलर मुक्त ऊर्जा है। रासायनिक प्रतिक्रिया में ith प्रजाति का विभव, μi, उस प्रजाति के मोल की संख्या के संबंध में मुक्त ऊर्जा का आंशिक व्युत्पन्न है, Ni: एक सामान्य रासायनिक संतुलन को इस रूप में लिखा जा सकता है कि nj संतुलन समीकरण में अभिकारकों के स्टोइकिओमेट्रिक गुणांक हैं, और mj उत्पादों के गुणांक हैं। इन प्रतिक्रियाओं के लिए δGr का मान सभी प्रजातियों की रासायनिक क्षमता का एक कार्य है। ई. टी. एच. प्रजाति की रासायनिक क्षमता, एम. यू. आई., की गणना इसकी गतिविधि, ए. आई. के संदर्भ में की जा सकती है। प्रजाति की मानक रासायनिक क्षमता है, आर गैस स्थिरांक है और टी तापमान है। अभिकारकों जे के लिए योग को उत्पादों के योग के बराबर निर्धारित करना, k, ताकि δGr (Eq) = 0: शब्दों को फिर से व्यवस्थित करना, यह मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन से संबंधित है, एक संतुलन स्थिरांक के लिए, K, संतुलन में गतिविधि मूल्यों का प्रतिक्रिया भागफल। यह इस प्रकार है कि इस प्रकार के किसी भी संतुलन को या तो मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन या संतुलन स्थिरांक द्वारा चिह्नित किया जा सकता है। व्यवहार में गतिविधियों की तुलना में एकाग्रता अधिक उपयोगी होती है। यदि गतिविधि गुणांक ज्ञात हो तो गतिविधियों की गणना सांद्रता से की जा सकती है, लेकिन ऐसा शायद ही कभी होता है। कभी-कभी गतिविधि गुणांक की गणना, उदाहरण के लिए, पिट्ज़र समीकरण या विशिष्ट आयन अंतःक्रिया सिद्धांत का उपयोग करके की जा सकती है। अन्यथा स्थितियों को समायोजित किया जाना चाहिए ताकि गतिविधि गुणांक बहुत भिन्न न हों। आयनिक समाधानों के लिए यह संतुलन में प्रजातियों की सांद्रता के सापेक्ष उच्च सांद्रता पर पृष्ठभूमि आयनिक माध्यम का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। यदि गतिविधि गुणांक अज्ञात हैं तो उन्हें संतुलन स्थिरांक में समाहित किया जा सकता है, जो एक सांद्रता भागफल बन जाता है। प्रत्येक गतिविधि एआई को एक एकाग्रता, [एआई], और एक गतिविधि गुणांक, γi का उत्पाद माना जाता हैः गतिविधि के लिए इस अभिव्यक्ति को संतुलन स्थिरांक को परिभाषित करने वाली अभिव्यक्ति में रखा जाता है। गतिविधि गुणांक के भागफल को एक के बराबर निर्धारित करके, संतुलन स्थिरांक को सांद्रता के भागफल के रूप में परिभाषित किया जाता है। अधिक परिचित संकेतन में, एक सामान्य संतुलन के लिए αA + βB. σS + τT। यह परिभाषा बहुत अधिक व्यावहारिक है, लेकिन सांद्रता के संदर्भ में परिभाषित एक संतुलन स्थिरांक स्थितियों पर निर्भर करता है। विशेष रूप से, जलीय विलयन में प्रजातियों के लिए संतुलन स्थिरांक आयनिक शक्ति पर निर्भर करते हैं, क्योंकि गतिविधि गुणांक का भागफल विलयन की आयनिक शक्ति के साथ भिन्न होता है। मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन और संतुलन स्थिरांक के मान तापमान पर निर्भर हैं। पहले अनुमान के लिए, वैन 'टी हॉफ समीकरण का उपयोग किया जा सकता है। इससे पता चलता है कि जब प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है (ΔHo, मानक एन्थैल्पी परिवर्तन, नकारात्मक होता है), तो ले शैटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, बढ़ते तापमान के साथ K कम हो जाता है। इसमें शामिल सन्निकटन यह है कि मानक एन्थैल्पी परिवर्तन, ΔHo, तापमान से स्वतंत्र है, जो केवल एक छोटी तापमान सीमा पर एक अच्छा सन्निकटन है। ऊष्मागतिकीय तर्कों का उपयोग यह दिखाने के लिए किया जा सकता है कि जहाँ Cp स्थिर दबाव पर ऊष्मा क्षमता है। गैसों से संबंधित संतुलन गैसों के साथ व्यवहार करते समय, फुगासिटी, एफ, का उपयोग गतिविधि के बजाय किया जाता है। हालाँकि, जबकि गतिविधि आयामहीन है, भगोड़ेपन में दबाव का आयाम होता है। एक परिणाम यह है कि रासायनिक क्षमता को एक मानक दबाव के संदर्भ में परिभाषित किया जाना चाहिए, पॉः परंपरा के अनुसार पॉ को आमतौर पर 1 बार माना जाता है। फुगासिटी को आंशिक दबाव, पी, और एक फुगासिटी गुणांक के उत्पाद के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, φ: फुगासिटी गुणांक आयामहीन होते हैं और आदर्श गैस व्यवहार से विचलन के माप से विशिष्ट तापमान और दबाव पर प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त किए जा सकते हैं। संतुलन स्थिरांक को फुगासिटी के संदर्भ में परिभाषित किया जाता है। यदि गैसें पर्याप्त रूप से कम दबाव पर हैं कि वे आदर्श गैसों के रूप में व्यवहार करती हैं, तो संतुलन स्थिरांक को आंशिक दबाव के भागफल के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। गैस-चरण संतुलन का एक उदाहरण अमोनिया संश्लेषण की हैबर-बॉश प्रक्रिया द्वारा प्रदान किया जाता है। N2 + 3 H2 2 NH3; यह प्रतिक्रिया दृढ़ता से ऊष्माक्षेपी है, इसलिए तापमान के साथ संतुलन स्थिरांक कम हो जाता है। हालांकि, वर्तमान में उपलब्ध उत्प्रेरक के साथ प्रतिक्रिया की उचित दर प्राप्त करने के लिए लगभग 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान की आवश्यकता होती है। अमोनिया का निर्माण उच्च दबाव से भी अनुकूल होता है, क्योंकि प्रतिक्रिया होने पर आयतन कम हो जाता है। यही प्रतिक्रिया, नाइट्रोजन स्थिरीकरण, प्रकृति में परिवेश के तापमान पर होती है, जब उत्प्रेरक नाइट्रोजन जैसे एंजाइम होते हैं। नाइट्रोजन-नाइट्रोजन ट्रिपल बॉन्ड को तोड़ने के लिए शुरू में बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, भले ही समग्र प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी हो। गैस-चरण संतुलन दहन के दौरान होता है और 1943 की शुरुआत में वी2 रॉकेट इंजन के विकास के संबंध में अध्ययन किया गया था। स्थिर दबाव पर एक गैसीय संतुलन के लिए संरचना की गणना अक्सर संतुलन स्थिरांक के बजाय αG मानों का उपयोग करके की जाती है। एकाधिक संतुलन एक ही समय में दो या दो से अधिक संतुलन हो सकते हैं। जब ऐसा होता है, तो संतुलन स्थिरांक को व्यक्तिगत संतुलन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, लेकिन वे हमेशा अद्वितीय नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एक डाइबेसिक एसिड, H2A के लिए तीन संतुलन स्थिरांकों को परिभाषित किया जा सकता है। ए2 − + एच + एचए −; एचए − + एच + एच2ए; ए2 − + 2 एच + एच2ए; ये तीनों स्थिरांक एक दूसरे से स्वतंत्र नहीं हैं और इसे देखना आसान है। स्थिरांक K1 और K2 क्रमिक स्थिरांक हैं और β समग्र स्थिरांक का एक उदाहरण है। विशिष्टता संतुलन में प्रजातियों की सांद्रता की गणना आमतौर पर इस धारणा के तहत की जाती है कि गतिविधि गुणांक या तो ज्ञात हैं या उन्हें अनदेखा किया जा सकता है। इस मामले में, एकाधिक संतुलन के एक समूह में एक परिसर के गठन के लिए प्रत्येक संतुलन स्थिरांक को निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है αA + βB. AαBβ. अभिकर्मक A युक्त प्रजातियों की सांद्रता द्रव्यमान-संतुलन की स्थिति से बाधित होती है, यानी कुल (या विश्लेषणात्मक) सांद्रता, जो सभी प्रजातियों की सांद्रता का योग है, स्थिर होनी चाहिए। इस प्रकार के प्रत्येक अभिकर्मक के लिए एक द्रव्यमान-संतुलन समीकरण है। जितने अभिकर्मक हैं उतने ही द्रव्यमान-संतुलन समीकरण हैं, ए, बी, इसलिए यदि संतुलन स्थिर मान ज्ञात हैं, तो एन अज्ञात, [ए], [बी], तथाकथित मुक्त अभिकर्मक सांद्रता में द्रव्यमान-संतुलन समीकरण हैं। इन समीकरणों का समाधान सभी प्रजातियों की सांद्रता की गणना करने के लिए आवश्यक सभी जानकारी देता है। इस प्रकार, संतुलन स्थिरांकों का महत्व इस तथ्य में निहित है कि, एक बार जब उनके मूल्य प्रयोग द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, तो उनका उपयोग उन मिश्रणों की सांद्रता की गणना करने के लिए किया जा सकता है, जिन्हें विशिष्टता के रूप में जाना जाता है, जिसमें प्रासंगिक प्रजातियां होती हैं। निर्धारण पाँच मुख्य प्रकार के प्रयोगात्मक डेटा हैं जिनका उपयोग समाधान संतुलन स्थिरांक के निर्धारण के लिए किया जाता है। कांच के इलेक्ट्रोड से प्राप्त पोटेन्शियोमेट्रिक डेटा का जलीय घोल के साथ सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अन्य स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक, फ्लोरोसेंस (लुमिनेसेंस) माप और एन. एम. आर. रासायनिक बदलाव माप हैं; जैविक प्रणालियों में 1:1 एडक्ट के लिए के और δH का एक साथ माप नियमित रूप से आइसोथर्मल टाइट्रेशन कैलोरीमेट्री का उपयोग करके किया जाता है। प्रयोगात्मक डेटा में डेटा बिंदुओं का एक समूह शामिल होगा। i 'th डेटा बिंदु पर, अभिकारकों की विश्लेषणात्मक सांद्रता, टी. ए. (i), टी. बी. (i) आदि। प्रयोगात्मक रूप से ज्ञात मात्राएँ होंगी और एक या अधिक मापी गई मात्राएँ होंगी, जो किसी तरह से विश्लेषणात्मक सांद्रता और संतुलन स्थिरांक पर निर्भर करती हैं। एक सामान्य कम्प्यूटेशनल प्रक्रिया के तीन मुख्य घटक होते हैं। संतुलन के रासायनिक मॉडल की परिभाषा। मॉडल में अभिकर्मकों, ए, बी, आदि की एक सूची होती है। और उनसे बने परिसर, स्टोइकिओमेट्रीज़ एपीबीक्यू के साथ। सभी परिसरों के निर्माण के लिए संतुलन स्थिरांक के ज्ञात या अनुमानित मूल्यों की आपूर्ति की जानी चाहिए। प्रत्येक विलयन में सभी रासायनिक प्रजातियों की सांद्रता की गणना। मुक्त सांद्रता की गणना द्रव्यमान-संतुलन के समीकरणों को हल करके की जाती है, और परिसरों की सांद्रता की गणना संतुलन स्थिर परिभाषाओं का उपयोग करके की जाती है। फिर देखी गई मात्रा के अनुरूप मात्रा की गणना भौतिक सिद्धांतों जैसे कि नेर्नस्ट क्षमता या बीयर-लैम्बर्ट नियम का उपयोग करके की जा सकती है जो गणना की गई मात्रा को प्रजातियों की सांद्रता से संबंधित करते हैं। संतुलन स्थिरांक का परिष्करण। आम तौर पर एक गैर-रैखिक न्यूनतम वर्ग प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। वर्गों का भारित योग, यू, न्यूनतम किया जाता है। भार, वाई और मात्रा वाई वैक्टर हो सकते हैं। एक पुनरावृत्ति प्रक्रिया में संतुलन स्थिरांक के मूल्यों को परिष्कृत किया जाता है। एसिड-बेस संतुलन ब्रॉन्स्टेड और लॉरी ने एक एसिड-बेस संतुलन को एक प्रोटॉन विनिमय प्रतिक्रिया के रूप में वर्णित कियाः एसिड + बेस संयुग्म आधार + संयुग्म एसिड। एक एसिड एक प्रोटॉन दाता है; प्रोटॉन को आधार में स्थानांतरित किया जाता है, एक प्रोटॉन स्वीकारक, एक संयुग्म एसिड बनाता है। अम्ल एच. ए. के जलीय विलयनों के लिए, आधार जल है; संयुग्म आधार ए-है और संयुग्म अम्ल घुलनशील हाइड्रोजन आयन है। विलयन रसायन विज्ञान में, विलायक की परवाह किए बिना, विलयित हाइड्रोजन आयन के संक्षिप्त नाम के रूप में H + का उपयोग करना सामान्य है। जलीय विलयन में H + एक विलयित हाइड्रोनियम आयन को दर्शाता है। ब्रॉन्स्टेड-लॉरी परिभाषा अन्य विलायकों पर लागू होती है, जैसे कि डाइमिथाइल सल्फॉक्साइडः विलायक एस एक आधार के रूप में कार्य करता है, एक प्रोटॉन को स्वीकार करता है और संयुग्म एसिड एसएच + बनाता है। अम्ल पृथक्करण की एक व्यापक परिभाषा में हाइड्रोलिसिस शामिल है, जिसमें पानी के अणुओं के विभाजन से प्रोटॉन का उत्पादन होता है। उदाहरण के लिए, बोरिक एसिड, एक कमजोर एसिड के रूप में कार्य करता है, भले ही यह एक प्रोटॉन दाता नहीं है, हाइड्रोलिसिस संतुलन + + H + के कारण। इसी तरह, धातु आयन हाइड्रोलिसिस आयनों का कारण बनता है जैसे कि कमजोर एसिडः + के रूप में व्यवहार करना। एसिड-बेस संतुलन एसिड-बेस होमियोस्टेसिस, महासागर अम्लीकरण, औषध विज्ञान और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान जैसे अनुप्रयोगों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला में महत्वपूर्ण हैं। मेजबान-अतिथि संतुलन एक मेजबान-अतिथि परिसर, जिसे दाता-ग्रहणकर्ता परिसर के रूप में भी जाना जाता है, एक लुईस बेस, बी और एक लुईस एसिड, ए से बनाया जा सकता है। मेजबान या तो दाता या स्वीकारकर्ता हो सकता है। जैव रसायन में मेजबान-अतिथि परिसरों को रिसेप्टर-लिगैंड परिसरों के रूप में जाना जाता है; वे मुख्य रूप से गैर-सहसंयोजक बंधन द्वारा बनाए जाते हैं। कई मेजबान-अतिथि परिसरों में 1:1 स्टोइकिओमेट्री होती है, लेकिन कई अन्य में अधिक जटिल संरचनाएं होती हैं। सामान्य संतुलन को पी ए + क्यू बी ए पी बी क्यू के रूप में लिखा जा सकता है इन परिसरों का अध्ययन अतिआण्विक रसायन विज्ञान और आणविक पहचान के लिए महत्वपूर्ण है। इन अध्ययनों का उद्देश्य अक्सर एक विशेष लक्ष्य अणु या आयन, अतिथि या लिगैंड के लिए एक मेजबान (रिसेप्टर) की उच्च बाध्यकारी चयनात्मकता वाली प्रणालियों को खोजना होता है। एक अनुप्रयोग रासायनिक संवेदक का विकास है। एक ऐसी दवा खोजना जो या तो एक रिसेप्टर को अवरुद्ध करती है, एक विरोधी जो एक मजबूत जटिल रिसेप्टर बनाता है, या इसे सक्रिय करता है, एक एगोनिस्ट, दवा की खोज के लिए एक महत्वपूर्ण मार्ग है। धातुओं के परिसर एक धातु आयन, एम, और एक लिगैंड, एल, के बीच एक परिसर का गठन वास्तव में आमतौर पर एक प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया है। उदाहरण के लिए, जलीय विलयनों में, धातु के आयन जलीय आयनों के रूप में मौजूद होंगे, इसलिए पहले परिसर के गठन के लिए प्रतिक्रिया को [M (H2O) n] + L [M (H2O) n−1L] + H2O के रूप में लिखा जा सकता है। अक्सर, धातु और लिगेंड प्रोटॉन के लिए प्रतिस्पर्धा में होते हैं। संतुलन p M + q L + r H MpLqHr के लिए एक स्थिरता स्थिरांक को निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता हैः परिभाषा को आसानी से किसी भी संख्या में अभिकर्मकों को शामिल करने के लिए बढ़ाया जा सकता है। इसमें हाइड्रॉक्साइड परिसर शामिल हैं क्योंकि हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता जल के स्व-आयनीकरण द्वारा हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता से संबंधित है, इस तरह से परिभाषित स्थिरता स्थिरांक, संघ स्थिरांक हैं। इससे कुछ भ्रम पैदा हो सकता है क्योंकि पी. के. ए. मान पृथक्करण स्थिरांक होते हैं। सामान्य प्रयोजन कंप्यूटर कार्यक्रमों में सभी स्थिरांकों को संघ स्थिरांक के रूप में परिभाषित करने की प्रथा है। दो प्रकार के स्थिरांक के बीच संबंध संयोजन और पृथक्करण स्थिरांक में दिया गया है। जैव रसायन में, एक ऑक्सीजन अणु हीमोग्लोबिन में एक हेम प्रोस्थेटिक समूह में एक लौह (II) परमाणु से जुड़ सकता है। संतुलन को आमतौर पर एच. बी. द्वारा हीमोग्लोबिन को दर्शाते हुए एच. बी. + ओ. 2 एच. बी. ओ. 2 के रूप में लिखा जाता है, लेकिन यह प्रतिनिधित्व अधूरा है क्योंकि बोहर प्रभाव से पता चलता है कि संतुलन सांद्रता पी. एच.-निर्भर है। एक बेहतर प्रतिनिधित्व [HbH] + + O2 HbO2 + H + होगा क्योंकि इससे पता चलता है कि जब हाइड्रोजन आयन की सांद्रता बढ़ती है तो संतुलन ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है। हाइड्रोजन आयन सांद्रता को कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति से बढ़ाया जा सकता है, जो एक कमजोर एसिड के रूप में व्यवहार करता है। H2O + CO2 + H + लौह परमाणु कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे अन्य अणुओं से भी जुड़ सकता है। सिगरेट के धुएँ में कुछ कार्बन मोनोऑक्साइड होता है इसलिए सिगरेट पीने वालों के रक्त में संतुलन HbO2 + CO + O2 स्थापित होता है। चिलेशन थेरेपी मानव शरीर से उस धातु को हटाने के लिए एक विशेष धातु के लिए उच्च बाध्यकारी चयनात्मकता के साथ चिलेटिंग लिगेंड का उपयोग करने के सिद्धांत पर आधारित है। पॉलीएमिनो कार्बोक्जिलिक एसिड वाले कॉम्प्लेक्सों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला पाई जाती है। विशेष रूप से ईडीटीए का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। रेडॉक्स संतुलन एक कमी-ऑक्सीकरण (रेडॉक्स) संतुलन को ठीक उसी तरह से नियंत्रित किया जा सकता है जैसे किसी अन्य रासायनिक संतुलन को किया जाता है। उदाहरण के लिए, फे2 + + सीई4 + फे3 + + सीई3 +; हालाँकि, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के मामले में समग्र प्रतिक्रिया को दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं में विभाजित करना सुविधाजनक है। इस उदाहरण में मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन, जो संतुलन स्थिरांक से संबंधित है, को दो घटकों में विभाजित किया जा सकता है, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता प्रभावी रूप से शून्य है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को सीधे अपवर्तक से ऑक्सीडेंट में स्थानांतरित किया जाता है। मानक इलेक्ट्रोड क्षमता, प्रत्येक अर्ध-प्रतिक्रिया के लिए E0 मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन से संबंधित है जहाँ n स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है और F फैराडे स्थिरांक है। अब, एक वास्तविक प्रतिक्रिया के लिए मुक्त ऊर्जा इस प्रकार दी जाती है जहाँ R गैस स्थिरांक है और Q एक प्रतिक्रिया भागफल है। कड़ाई से बोलना क्यू गतिविधियों का एक भाग है, लेकिन गतिविधियों के बजाय सांद्रता का उपयोग करना आम बात है। इसलिएः किसी भी अर्ध-प्रतिक्रिया के लिए, एक वास्तविक मिश्रण की रेडॉक्स क्षमता सामान्यीकृत अभिव्यक्ति द्वारा दी जाती है यह नर्नस्ट समीकरण का एक उदाहरण है। क्षमता को कमी क्षमता के रूप में जाना जाता है। मानों की एक तालिका में मानक इलेक्ट्रोड क्षमता उपलब्ध हैं। इन मूल्यों का उपयोग करके, एक रेडॉक्स जोड़े के लिए वास्तविक इलेक्ट्रोड क्षमता की गणना सांद्रता के अनुपात के एक कार्य के रूप में की जा सकती है। एक सामान्य रेडॉक्स अर्ध-प्रतिक्रिया के लिए संतुलन क्षमता (प्रतीकों की व्याख्या के लिए ऊपर #Equilibrium स्थिरांक देखें) α A + β B. + n e − σ S + τ T. इस अभिव्यक्ति का उपयोग रेडॉक्स प्रतिक्रिया में शामिल नहीं होने वाली प्रजाति के प्रभाव की अनुमति देता है, जैसे कि + 8 H + + 5 e − Mn2 + + 4 H2O जैसी अर्ध-प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन आयन को ध्यान में रखा जाना चाहिए। पूर्ण रेडॉक्स प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक घटक अर्ध-प्रतिक्रियाओं की मानक रेडॉक्स क्षमताओं से प्राप्त किया जा सकता है। संतुलन में दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं के लिए विभव एक दूसरे के बराबर होना चाहिए और निश्चित रूप से, दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं में आदान-प्रदान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होनी चाहिए। रेडॉक्स संतुलन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। श्रृंखला में विभिन्न साइटोक्रोम में अलग-अलग मानक रेडॉक्स क्षमता होती है, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट रेडॉक्स प्रतिक्रिया के लिए अनुकूलित होता है। उदाहरण के लिए, यह प्रकाश संश्लेषण में वायुमंडलीय ऑक्सीजन को कम करने की अनुमति देता है। साइटोक्रोम का एक अलग परिवार, साइटोक्रोम पी450 ऑक्सीडेस, स्टेरॉयडोजेनेसिस और डिटॉक्सिफिकेशन में शामिल हैं। घुलनशीलता जब कोई विलायक किसी विलायक में संतृप्त विलयन बनाता है, तो किसी दिए गए तापमान पर विलायक की सांद्रता उस तापमान पर संतुलन स्थिरांक द्वारा निर्धारित की जाती है। ठोस अवस्था में एक शुद्ध पदार्थ की गतिविधि एक है, परिभाषा के अनुसार, इसलिए अभिव्यक्ति सरल हो जाती है यदि विलेय अलग नहीं होता है तो योग को एक ही शब्द द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, लेकिन यदि पृथक्करण होता है, जैसा कि आयनिक पदार्थों के साथ होता है उदाहरण के लिए, Na2SO4 के साथ, और इसलिए घुलनशीलता उत्पाद को सांद्रता के रूप में लिखा जाता है, जो [.] द्वारा इंगित किया जाता है, आमतौर पर गतिविधियों के स्थान पर उपयोग किया जाता है, लेकिन गतिविधि को दूसरे नमक की उपस्थिति को ध्यान में रखा जाना चाहिए जिसमें कोई आयन नहीं होते हैं, तथाकथित नमक प्रभाव। जब एक और नमक मौजूद होता है जिसमें एक आयन समान होता है, तो सामान्य-आयन प्रभाव खेल में आता है, जिससे प्राथमिक विलेय की घुलनशीलता कम हो जाती है। विभाजन जब एक विलायक में किसी पदार्थ के विलयन को दूसरे विलायक के साथ संतुलन में लाया जाता है जो पहले विलायक के साथ अमिश्रणीय होता है, तो विघटित पदार्थ को दो विलायकों के बीच विभाजित किया जा सकता है। दो विलायकों में सांद्रता के अनुपात को विभाजन गुणांक या वितरण गुणांक के रूप में जाना जाता है। विभाजन गुणांक को दो चरणों में विलेय की विश्लेषणात्मक सांद्रता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। परंपरा के अनुसार मान को लघुगणक के रूप में बताया जाता है। विभाजन गुणांक को एक निर्दिष्ट तापमान पर परिभाषित किया जाता है और, यदि लागू हो, तो जलीय चरण का pH। फार्माकोलॉजी में विभाजन गुणांक बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे यह निर्धारित करते हैं कि कोई पदार्थ रक्त (एक जलीय घोल) से कोशिका भित्ति के माध्यम से किस हद तक जा सकता है जो एक कार्बनिक विलायक की तरह है। इन्हें आमतौर पर दो सॉल्वैंट्स के रूप में पानी और ऑक्टेनॉल का उपयोग करके मापा जाता है, जिससे तथाकथित ऑक्टेनॉल-जल विभाजन गुणांक प्राप्त होता है। कई औषधीय यौगिक कमजोर अम्ल या कमजोर क्षार होते हैं। ऐसा यौगिक पी. एच. और अम्ल पृथक्करण स्थिरांक के आधार पर प्रोटोनेशन की एक अलग सीमा के साथ मौजूद हो सकता है। क्योंकि कार्बनिक चरण में कम परावैद्युत स्थिरांक होता है, बिना विद्युत आवेश वाली प्रजातियों के जलीय चरण से कार्बनिक चरण में जाने की सबसे अधिक संभावना होती है। यहां तक कि पी. एच. 7-7.2 पर, जैविक पी. एच. मानों की सीमा, जलीय चरण एक से अधिक प्रोटोनेटेड रूप के बीच संतुलन का समर्थन कर सकता है। लॉग पी का निर्धारण जलीय चरण में पदार्थ की विश्लेषणात्मक सांद्रता से किया जाता है, यानी संतुलन में विभिन्न प्रजातियों की सांद्रता का योग। विलायक निष्कर्षण का उपयोग पृथक्करण और शुद्धिकरण प्रक्रियाओं में बड़े पैमाने पर किया जाता है। इसके सबसे सरल रूप में एक कार्बनिक विलायक में एक प्रतिक्रिया की जाती है और अवांछित उप-उत्पादों को एक विशेष पी. एच. पर पानी में निकालकर हटा दिया जाता है। एक धातु आयन को एक जलीय चरण से एक कार्बनिक चरण में निकाला जा सकता है जिसमें नमक घुलनशील नहीं होता है, एक लिगैंड जोड़कर। लिगेंड, ला-, धातु आयन, एम. बी. +, [एम. एल. एक्स.] (बी-एक्स.) + के साथ एक परिसर बनाता है जिसमें एक मजबूत हाइड्रोफोबिक बाहरी सतह होती है। यदि परिसर में कोई विद्युत आवेश नहीं है तो इसे अपेक्षाकृत आसानी से कार्बनिक चरण में निकाला जाएगा। यदि कॉम्प्लेक्स को चार्ज किया जाता है, तो इसे आयन जोड़ी के रूप में निकाला जाता है। अतिरिक्त लिगेंड की हमेशा आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, यूरेनिल नाइट्रेट, यू. ओ. 2 (एन. ओ. 3) 2, डाइथाइल ईथर में घुलनशील है क्योंकि विलायक स्वयं एक लिगैंड के रूप में कार्य करता है। इस गुण का उपयोग अतीत में यूरेनियम को अन्य धातुओं से अलग करने के लिए किया जाता था जिनके लवण ईथर में घुलनशील नहीं होते हैं। वर्तमान में ट्राइ-एन-ब्यूटाइल फॉस्फेट, टीबीपी जैसे लिगैंड का उपयोग करके मिट्टी के तेल में निष्कर्षण को प्राथमिकता दी जाती है। प्यूरेक्स प्रक्रिया में, जिसका उपयोग आमतौर पर परमाणु पुनर्संसाधन में किया जाता है, यूरेनियम (VI) को मजबूत नाइट्रिक एसिड से विद्युत तटस्थ परिसर [यूओ2 (टीबीपी) 2 (एनओ3) 2] के रूप में निकाला जाता है। मजबूत नाइट्रिक एसिड नाइट्रेट आयनों की उच्च सांद्रता प्रदान करता है जो संतुलन को कमजोर नाइट्रेटो कॉम्प्लेक्स के पक्ष में धकेलता है। यूरेनियम को कमजोर नाइट्रिक एसिड में बैक-एक्सट्रैक्शन (स्ट्रिपिंग) द्वारा पुनर्प्राप्त किया जाता है। प्लूटोनियम (IV) एक समान परिसर बनाता है, [पुओ2 (टीबीपी) 2 (एनओ3) 2] और इस परिसर में प्लूटोनियम को यूरेनियम से अलग करने के लिए कम किया जा सकता है। विलायक निष्कर्षण का एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग लैंथेनोइड्स के पृथक्करण में है। यह प्रक्रिया टी. बी. पी. का भी उपयोग करती है और परिसरों को मिट्टी के तेल में निकाला जाता है। पृथक्करण प्राप्त किया जाता है क्योंकि टी. बी. पी. परिसर के गठन के लिए स्थिरता स्थिरांक बढ़ जाता है क्योंकि लैंथेनोइड आयन का आकार कम हो जाता है। आयन-युग्म निष्कर्षण का एक उदाहरण एक कार्बनिक विलायक में पोटेशियम परमैंगनेट, के. एम. एन. ओ. 4 द्वारा ऑक्सीकरण को सक्षम करने के लिए एक लिगैंड के उपयोग में है। के. एम. एन. ओ. 4 कार्बनिक विलायकों में घुलनशील नहीं है। जब एक लिगैंड, जैसे कि क्राउन ईथर को के. एम. एन. ओ. 4 के जलीय घोल में मिलाया जाता है, तो यह पोटेशियम कैटायन के साथ एक हाइड्रोफोबिक कॉम्प्लेक्स बनाता है जो बिना आवेशित आयन जोड़ी [के. एल.] + [एम. एन. ओ. 4]-को कार्बनिक विलायक में निकालने की अनुमति देता है। यह भी देखें-चरण-हस्तांतरण उत्प्रेरण। अधिक जटिल विभाजन समस्याएं (अर्थात। 3 या अधिक चरण मौजूद हैं) को कभी-कभी भगोड़ा क्षमता दृष्टिकोण के साथ संभाला जा सकता है। क्रोमाटोग्राफी क्रोमाटोग्राफी में पदार्थों को एक स्थिर चरण और एक गतिशील चरण के बीच विभाजन द्वारा अलग किया जाता है। एनालाइट गतिशील चरण में भंग हो जाता है, और स्थिर चरण से गुजरता है। पृथक्करण स्थिर चरण के लिए विश्लेषकों की अलग-अलग समानताओं के कारण होता है। एक वितरण स्थिरांक, के. डी. को परिभाषित किया जा सकता है जहां क्रमशः स्थिर और गतिशील चरणों में संतुलन गतिविधियाँ हैं। यह दिखाया जा सकता है कि प्रवास की दर,, f द्वारा वितरण स्थिरांक से संबंधित है जो एक कारक है जो दो चरणों के आयतन पर निर्भर करता है। इस प्रकार, स्थिर चरण के लिए विलेय की आत्मीयता जितनी अधिक होगी, प्रवास दर उतनी ही धीमी होगी। स्थिर और गतिशील चरणों की प्रकृति के आधार पर क्रोमैटोग्राफिक तकनीकों की एक विस्तृत विविधता है। जब स्थिर चरण ठोस होता है, तो विश्लेषक इसके साथ एक संकुल बना सकता है। एक जल शमनक एक सल्फोनेट आयन विनिमय राल के साथ चयनात्मक जटिलता द्वारा कार्य करता है। सोडियम आयन राल के साथ अपेक्षाकृत कमजोर संकुल बनाते हैं। जब कठोर पानी राल के माध्यम से पारित किया जाता है, तो मैग्नीशियम और कैल्शियम के द्वैत आयन सोडियम आयनों को विस्थापित करते हैं और राल पर बने रहते हैं, आर. आर. एन. ए + एम2 + आर. एम. + + एन. ए + स्तंभ से निकलने वाला पानी सोडियम आयनों में अपेक्षाकृत समृद्ध होता है और कैल्शियम और मैग्नीशियम में खराब होता है जो स्तंभ पर बने रहते हैं। स्तंभ के माध्यम से सोडियम क्लोराइड का एक मजबूत घोल पारित करके पुनः उत्पन्न किया जाता है, ताकि स्तंभ पर राल-सोडियम परिसर फिर से बन जाए। आयन-विनिमय क्रोमैटोग्राफी एक राल का उपयोग करता है जैसे कि चेलेक्स 100 जिसमें एक बहुलक रीढ़ से जुड़े इमिनोडायसेटेट अवशेष, विभिन्न धातु आयनों के साथ अलग-अलग ताकत के चिलेट परिसर बनाते हैं, जिससे क्यू 2 + और नी 2 + जैसे आयनों को क्रोमैटोग्राफिक रूप से अलग किया जा सकता है। जटिल गठन का एक अन्य उदाहरण कायरल क्रोमैटोग्राफी में है जिसमें एक दूसरे से इनेन्शियोमर्स को अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है। स्थिर चरण स्वयं कायरल होता है और इनेन्शियोमर्स के साथ चुनिंदा रूप से कॉम्प्लेक्स बनाता है। एक ठोस स्थिर चरण के साथ अन्य प्रकार की क्रोमैटोग्राफी में, जैसे कि पतली परत वाली क्रोमैटोग्राफी में विश्लेषक को चुनिंदा रूप से ठोस पर अवशोषित किया जाता है। गैस-तरल क्रोमैटोग्राफी (जी. एल. सी.) में स्थिर चरण एक तरल है जैसे पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन, जो एक कांच की नली पर लेपित होता है। पृथक्करण प्राप्त किया जाता है क्योंकि गैस के विभिन्न घटकों में स्थिर चरण में अलग-अलग घुलनशीलता होती है। जी. एल. सी. का उपयोग गैस मिश्रण में सैकड़ों घटकों को अलग करने के लिए किया जा सकता है जैसे कि सिगरेट का धुआं या आवश्यक तेल, जैसे कि लैवेंडर तेल। शुद्ध पदार्थों के लिए ऊष्मागतिकीय डेटाबेस भी देखें नोट्स बाहरी लिंक रासायनिक संतुलन डाउनलोड करने योग्य पुस्तक संदर्भ एक क्लासिक पुस्तक, जो आखिरी बार 1997 में पुनर्मुद्रित हुई थी। बाहरी लिंक भौतिक रसायन विज्ञान वीडियो क्लिप वाले लेख