BPSC 69वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 29 / 144

सही उत्तर — (d) उपर्युक्त में से कोई नहीं। तीनों नामित पदार्थ अभिक्रिया को एक ही दिशा में धकेलते हैं, और वह दिशा इस प्रश्न के लिए उल्टी है: इनमें से हर एक अभिक्रिया को तेज़ करता है। उत्प्रेरक की परिभाषा ही यह है कि वह ऐसा पदार्थ है जो किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर बढ़ा देता है और अंत में स्वयं द्रव्यमान तथा संघटन में रासायनिक रूप से अपरिवर्तित रह जाता है। वह यह काम अभिकारकों को कम सक्रियण-ऊर्जा वाली बाधा पार करने का वैकल्पिक मार्ग देकर करता है, जिससे उसी ताप पर टक्करों का कहीं बड़ा अंश अभिक्रिया करने लायक ऊर्जा रखता है। आरेनियस समीकरण, k = A e^(−Ea/RT), दिखाता है कि यह कितना प्रभावी है: चूँकि सक्रियण ऊर्जा घातांक में बैठी है, इसलिए Ea में थोड़ी-सी कमी भी दर स्थिरांक को कई गुना कर देती है। यह भी ध्यान दीजिए कि उत्प्रेरक क्या नहीं करता — वह बाधा को दोनों दिशाओं में समान मात्रा में घटाता है, इसलिए अग्र और प्रतीप दोनों अभिक्रियाओं को बराबर तेज़ करता है, साम्य तक जल्दी पहुँचा देता है, और साम्य स्थिरांक तथा अंतिम उपज को ठीक वहीं छोड़ देता है जहाँ वे थे। 'समांगी' और 'विषमांगी' शब्द केवल यह बताते हैं कि उत्प्रेरक कहाँ है, यह नहीं कि वह करता क्या है। समांगी उत्प्रेरक अभिकारकों की ही प्रावस्था में होता है, जैसे गंधकाम्ल के सीस कक्ष प्रक्रम में नाइट्रिक ऑक्साइड गैस, या सुक्रोस के जल-अपघटन में सल्फ्यूरिक अम्ल। विषमांगी उत्प्रेरक भिन्न प्रावस्था में होता है और अभिकारकों को अपनी सतह पर अधिशोषित करके काम करता है — हैबर प्रक्रम में सूक्ष्म विभाजित लोहा, संस्पर्श प्रक्रम में वैनेडियम पेंटॉक्साइड, वनस्पति तेल को वनस्पति घी में कठोर करने में सूक्ष्म विभाजित निकल। कोई भी उपसर्ग प्रभाव का चिह्न उलट नहीं सकता। तीसरा विकल्प तो और भी जल्दी निपट जाता है: उत्प्रेरक वर्धक उत्प्रेरक होता ही नहीं। वह ऐसा पदार्थ है जिसकी अपनी उत्प्रेरक सक्रियता नाममात्र या शून्य होती है, पर थोड़ी मात्रा में मिला देने पर वह उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ा देता है, जैसे हैबर प्रक्रम में लोहे के लिए मॉलिब्डेनम — अर्थात् वह त्वरण को और त्वरित करता है। जिस श्रेणी की ओर प्रश्न वास्तव में इशारा कर रहा है वह सूची से गायब है। अभिक्रिया को धीमा करने वाले पदार्थ संदमक या ऋणात्मक उत्प्रेरक कहलाते हैं, और उद्योग में जो पदार्थ उत्प्रेरक की सक्रियता नष्ट कर देता है वह उत्प्रेरक विष कहलाता है।

• (a)उत्प्रेरक वर्धक — सबसे संभावित गलत चुनाव, क्योंकि तीनों पदों में 'वर्धक' सबसे कम परिचित है और अपरिचित शब्द अनुमान को न्योता देता है। इसका अर्थ ठीक वही उल्टा है जो प्रश्न चाहता है। वर्धक की अपनी उत्प्रेरक क्षमता नाममात्र या शून्य होती है, पर थोड़ी मात्रा में मिलाने पर वह उत्प्रेरक की दक्षता बढ़ा देता है — अमोनिया के हैबर प्रक्रम में सूक्ष्म विभाजित लोहे के साथ मिलाया गया मॉलिब्डेनम मानक उदाहरण है, जिसके साथ ऐलुमिना और पोटैशियम ऑक्साइड संरचनात्मक तथा इलेक्ट्रॉनिक वर्धक के रूप में काम करते हैं। जो पदार्थ इसका उल्टा करता है, अर्थात् उत्प्रेरक की सक्रियता घटा देता है, उसका नाम उत्प्रेरक विष है: आर्सेनिक संस्पर्श प्रक्रम के प्लैटिनम उत्प्रेरक को नष्ट कर देता है और कार्बन मोनोऑक्साइड लोहे को विषाक्त कर देती है।
• (b)समांगी उत्प्रेरक — वर्णन ठीक है, पर दिशा उल्टी। 'समांगी' केवल इतना कहता है कि उत्प्रेरक अभिकारकों की ही प्रावस्था में है — पूरा मिश्रण एक ही समरूप प्रावस्था है — और इस बारे में कुछ नहीं कहता कि दर बढ़ती है या घटती है। इसके सारे शास्त्रीय उदाहरण दर बढ़ाते ही हैं: सीस कक्ष प्रक्रम में सल्फर डाइऑक्साइड के सल्फर ट्राइऑक्साइड में ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करती नाइट्रिक ऑक्साइड गैस, एस्टर या सुक्रोस के जल-अपघटन को उत्प्रेरित करते खनिज अम्ल के हाइड्रोजन आयन, और कोशिका के भीतर जैविक उत्प्रेरक की तरह काम करते विलयन में उपस्थित एंज़ाइम। उपसर्ग प्रावस्था के बारे में कथन है, दिशा के बारे में नहीं।
• (c)विषमांगी उत्प्रेरक — यह भी वास्तविक है और यह भी त्वरक ही है। यहाँ उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न प्रावस्था में होता है, लगभग सदा कोई ठोस जो गैसों या द्रवों पर काम करता है, और अभिक्रिया उसकी सतह पर तब चलती है जब अभिकारक वहाँ अधिशोषित हो जाते हैं — इसीलिए ऐसे उत्प्रेरक सूक्ष्म विभाजित रूप में या किसी सरंध्र आधार पर फैलाकर प्रयुक्त होते हैं, ताकि पृष्ठ क्षेत्रफल अधिकतम हो। भारी रासायनिक उद्योग का अधिकांश भाग इसी पर टिका है: हैबर प्रक्रम में लोहा, संस्पर्श प्रक्रम में वैनेडियम पेंटॉक्साइड, नाइट्रिक अम्ल के ओस्टवाल्ड प्रक्रम में प्लैटिनम–रोडियम की जाली, और तेलों के हाइड्रोजनीकरण में निकल। इनमें से हर एक इसीलिए है कि वह किसी अन्यथा सुस्त अभिक्रिया को व्यापारिक दृष्टि से तेज़ बना देता है।

रासायनिक बलगतिकी यह पढ़ती है कि अभिक्रियाएँ कितनी तेज़ चलती हैं और उसे बदलने के लिए क्या किया जा सकता है। अणुओं के उत्पादों में पुनर्व्यवस्थित होने से पहले उन्हें एक ऊर्जा-पहाड़ी चढ़नी पड़ती है, और उस पहाड़ी की ऊँचाई ही सक्रियण ऊर्जा है; केवल वही टक्करें उसे पार करती हैं जो पर्याप्त ऊर्जावान भी हों और ठीक अभिविन्यास में भी। जो कुछ भी सफल टक्करों का अंश बढ़ाता है वह दर बढ़ाता है — ताप बढ़ाना, सांद्रता या दाब बढ़ाना, ठोस को महीन पीसकर अधिक सतह खोलना, या उत्प्रेरक मिलाना। इनमें उत्प्रेरक सबसे सूक्ष्म है, क्योंकि वह अणुओं को ज़ोर से धकेलता नहीं; वह पहाड़ी में नीचा दर्रा खोद देता है, कम सक्रियण ऊर्जा वाली वैकल्पिक क्रियाविधि देता है, और अंत में स्वयं अपरिवर्तित निकल आता है। इसके बाद आने वाला वर्गीकरण दो भागों में है। दिशा के अनुसार: धनात्मक उत्प्रेरक अभिक्रिया तेज़ करता है, जबकि ऋणात्मक उत्प्रेरक, जिसे प्रायः संदमक कहा जाता है, क्रियाविधि में बाधा डालकर उसे धीमा करता है — सामान्यतः उन मुक्त मूलकों को समेटकर जो शृंखला अभिक्रिया को आगे ले जाते हैं। प्रावस्था के अनुसार: समांगी उत्प्रेरक अभिकारकों की प्रावस्था साझा करता है, जबकि विषमांगी नहीं करता और अपनी ही सतह पर अधिशोषण से काम करता है। दो और पद शब्दावली पूरी करते हैं — वर्धक उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ाता है, और विष उसे नष्ट कर देता है।

प्रश्न को हर विकल्प से एक ही सवाल पूछकर हल कीजिए: यह वस्तु दर बढ़ाती है या घटाती है? उत्प्रेरक परिभाषा से ही दर बढ़ाता है, इसलिए विकल्प (b) और (c) प्रावस्था वाले उपसर्ग पढ़े जाने से पहले ही निपट जाते हैं — समांगी और विषमांगी बताते हैं कि उत्प्रेरक कहाँ बैठा है, यह कभी नहीं कि वह किस दिशा में काम करता है, और स्थान का कोई विशेषण किसी परिभाषा को उलट नहीं सकता। वर्धक उत्प्रेरक को बेहतर बनाता है, इसलिए विकल्प (a) भी दर बढ़ाता है, और दोहरे रूप से बढ़ाता है। जब गिनाए गए सारे विकल्प एक ही दिशा में इशारा कर रहे हों और प्रश्न उल्टी दिशा माँग रहा हो, तब 'उपर्युक्त में से कोई नहीं' बचाव का रास्ता नहीं रह जाता, उत्तर बन जाता है। जिस वर्ग को प्रश्न चुपचाप छोड़ देता है उसका नाम ले लेना उचित है, क्योंकि अच्छी तैयारी वाला अभ्यर्थी उसी को टटोल रहा होता है: संदमक, अर्थात् ऋणात्मक उत्प्रेरक। ग्लिसरॉल हाइड्रोजन परॉक्साइड के अपघटन को धीमा करता है; क्लोरोफ़ॉर्म में थोड़ा-सा इथेनॉल मिला देने से उसका वायु द्वारा धीमा ऑक्सीकरण रुक जाता है, जो अन्यथा विषैली गैस फ़ॉस्जीन बना देता; टेट्राएथिल लेड उस पूर्व-ज्वाला मूलक शृंखला को दबा देता है जिससे पेट्रोल इंजन में नॉक होती है; और प्रतिऑक्सीकारक BHA तथा BHT उस स्वतः-ऑक्सीकरण को मंद करते हैं जो वसा को बासी कर देता है। एक ईमानदार चेतावनी: कुछ उच्चस्तरीय ग्रंथ उत्प्रेरक को ऐसा पदार्थ परिभाषित करते हैं जो दर बदल देता है, चाहे धनात्मक रूप से या ऋणात्मक, और उस परिभाषा पर ऋणात्मक उत्प्रेरक समांगी भी हो सकता है और विषमांगी भी। पर उस पाठ से (b) और (c) दोनों समान रूप से बचाव-योग्य हो जाते और प्रश्न दोषपूर्ण हो जाता, जबकि भारतीय पाठ्यपुस्तकों में प्रचलित विद्यालयी परिभाषा — उत्प्रेरक दर बढ़ाता है — ठीक एक ही काम का उत्तर छोड़ती है, और वह (d) है।

• उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा वाला वैकल्पिक मार्ग देकर अभिक्रिया की दर बढ़ाता है, और आरेनियस समीकरण k = A e^(−Ea/RT) के अनुसार कम Ea दर स्थिरांक को चरघातांकी रूप से बढ़ा देता है। वह अग्र और प्रतीप दोनों बाधाएँ समान रूप से घटाता है, इसलिए साम्य तक पहुँचने में लगने वाला समय घटा देता है पर साम्य स्थिरांक या अंतिम उपज नहीं बदलता।
• समांगी उत्प्रेरण में उत्प्रेरक अभिकारकों की ही प्रावस्था में होता है: गंधकाम्ल के सीस कक्ष प्रक्रम में नाइट्रिक ऑक्साइड गैस, और एस्टरों तथा सुक्रोस के जल-अपघटन में खनिज अम्ल से मिला H⁺।
• विषमांगी या संस्पर्श उत्प्रेरण में उत्प्रेरक भिन्न प्रावस्था में होता है और अपनी सतह पर अधिशोषण से काम करता है: अमोनिया के हैबर प्रक्रम में सूक्ष्म विभाजित लोहा, सल्फर ट्राइऑक्साइड के संस्पर्श प्रक्रम में वैनेडियम पेंटॉक्साइड, नाइट्रिक अम्ल के ओस्टवाल्ड प्रक्रम में प्लैटिनम–रोडियम की जाली, और वनस्पति तेल के वनस्पति घी में हाइड्रोजनीकरण में सूक्ष्म विभाजित निकल।
• वर्धक की अपनी उत्प्रेरक सक्रियता नाममात्र होती है पर वह उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ा देता है — हैबर प्रक्रम में लोहे के साथ मॉलिब्डेनम। इसका उल्टा उत्प्रेरक विष है, जो सक्रियता नष्ट कर देता है: आर्सेनिक संस्पर्श प्रक्रम के प्लैटिनम को विषाक्त कर देता है, और कार्बन मोनोऑक्साइड लोहे के उत्प्रेरकों को।
• जो पदार्थ वास्तव में अभिक्रियाएँ धीमी करते हैं वे संदमक या ऋणात्मक उत्प्रेरक हैं। ग्लिसरॉल हाइड्रोजन परॉक्साइड का अपघटन मंद करता है; क्लोरोफ़ॉर्म में मिलाया गया इथेनॉल उसके वायु-ऑक्सीकरण को फ़ॉस्जीन बनने से रोक देता है; टेट्राएथिल लेड पूर्व-ज्वाला शृंखला के परॉक्साइड मूलकों को समेट लेता है और इस तरह इंजन नॉक रोकता है; और प्रतिऑक्सीकारक BHA तथा BHT वसाओं और तेलों का स्वतः-ऑक्सीकरण धीमा करते हैं।

• 'समांगी' या 'विषमांगी' को ऐसे पढ़ना मानो उपसर्ग प्रभाव की दिशा के बारे में कुछ कह रहा हो; दोनों प्रावस्था के बारे में कथन हैं, और उत्प्रेरक जिस भी प्रावस्था में हो, तेज़ ही करता है
• वर्धक को, जो उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ाता है, विष या संदमक से गड्डमड्ड कर देना, जो उसे घटाते हैं — ये दोनों शब्द पाठ्यपुस्तक में एक पंक्ति की दूरी पर बैठे हैं और नियमित रूप से आपस में बदल दिए जाते हैं
• यह मान लेना कि उत्प्रेरक उत्क्रमणीय अभिक्रिया की उपज बढ़ा देता है; वह दोनों बाधाएँ समान रूप से घटाता है, इसलिए वही साम्य केवल जल्दी दिला देता है

BPSC उत्प्रेरण को शब्दावली की तरह पूछता है — एक पंक्ति में तीन तकनीकी पद और ऐसा प्रश्न जो प्रभाव की दिशा उलट देता है, इसलिए यह प्रश्न इससे तय होता है कि हर शब्द का अर्थ क्या है, किसी रसायन से नहीं। यहाँ 'उपर्युक्त में से कोई नहीं' वास्तव में काम कर रहा है, जो असामान्य है और ध्यान देने योग्य, क्योंकि इस प्रश्नपत्र के अधिकांश प्रश्नों में वह भराव भर है। UPSC प्रश्न के विषय के रूप में 'उत्प्रेरक' शब्द लगभग कभी नहीं रखता; वह उत्प्रेरण को किसी व्यावहारिक संदर्भ के भीतर छिपा देता है — सूक्ष्मजीवी ईंधन सेलों में उत्प्रेरक की तरह काम करते जीवित जीव (2011), मुक्त मूलकों को उदासीन करते आहारीय प्रतिऑक्सीकारक (2011), आधुनिक कार की विशेषताओं में गिनाया गया उत्प्रेरक परिवर्तक (2000) — इसलिए BPSC के अभ्यर्थी को परिभाषाएँ चाहिए और UPSC के अभ्यर्थी को उन्हें भेस में पहचानना।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  जो पदार्थ किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर घटा देता है, वह कहलाता है

  • (a)वर्धक
  • (b)ऋणात्मक उत्प्रेरक या संदमक
  • (c)स्वतः-उत्प्रेरक
  • (d)विषमांगी उत्प्रेरक

  उत्तर(b) ऋणात्मक उत्प्रेरक या संदमक — हाइड्रोजन परॉक्साइड में मिलाया गया ग्लिसरॉल और क्लोरोफ़ॉर्म में मिलाया गया इथेनॉल इसके मानक पाठ्यपुस्तकीय उदाहरण हैं। वर्धक उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ाता है, स्वतः-उत्प्रेरक अभिक्रिया का ही वह उत्पाद है जो फिर उसे उत्प्रेरित करने लगता है, और विषमांगी उत्प्रेरक केवल वह है जो अभिकारकों से भिन्न प्रावस्था में हो — तीनों तेज़ ही करते हैं।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  अमोनिया के निर्माण के हैबर प्रक्रम में सूक्ष्म विभाजित लोहे के उत्प्रेरक के साथ मॉलिब्डेनम मिलाया जाता है। यहाँ मॉलिब्डेनम काम करता है

  • (a)उत्प्रेरक विष के रूप में
  • (b)वर्धक के रूप में
  • (c)संदमक के रूप में
  • (d)समांगी उत्प्रेरक के रूप में

  उत्तर(b) वर्धक के रूप में — उसकी अपनी उत्प्रेरक सक्रियता नाममात्र है पर वह लोहे के उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ा देता है, और यही वर्धक की परिभाषा है। विष और संदमक दोनों दर घटाते, और मॉलिब्डेनम गैसीय अभिकारकों पर काम करता ठोस है, इसलिए इस तंत्र में समांगी कुछ भी नहीं है।