வினைவேக மாற்றம்

ஒரு சேர்மம் எத்தகைய வினைவேகமாற்றத்திற்கும் உட்படாமல் ஒரு வேதி வினையின் வேகத்தை மாற்றினால் அதற்கு வினைவேகமாற்றி என்று பெயர். இச்செயல்முறை வினைவேக மாற்றம் எனப்படும். அல்லது வினைவேகமாற்றியின் முன்னிலையில் ஒரு வேதி வினையின் வேகம் மாறுபடுவதே வினைவேக மாற்றம் (catalysis) எனப்படும். வினையில் பங்குபெறும் மற்ற கரணிகளைப் போல வினைவேகமாற்றியானது செயல்படாது. ஆனால் அது பங்குபெறும் வினையின் வேகத்தை மட்டுமே மாற்றும். ஒரு வினைவேக மாற்றி வினையின் வேகத்தை அதிகரித்தால் அது ஊக்க வினைவேகமாற்றி என்றழைக்கப்படும். மாறாக அது வினையின் வேகத்தைக் குறைத்தால் அது தளர்வு வினைவேகமாற்றி அல்லது குறைப்பான் எனப்படும். வினைவேக மாற்றியின் செயற்றிறனை அதிகரிக்கும் பொருட்கள் உயர்த்திகள் என்றும் அதன் செயல்திறனைக் குறைக்கும் பொருட்கள் வினைவேகமாற்றி நச்சுகள் என்று அழைக்கப்படும்.

குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் ஒரு வினையானது வினைவேகமாற்றியைப் பயன்படுத்தாமல் நடப்பதைக் காட்டிலும் வினைவேகமாற்றியின் முன்னிலையில் நடக்கும் போது குறைவான கிளர்வுறு ஆற்றலையே எடுத்துக் கொள்கிறது. எப்படியிருப்பினும் வினைவேக மாற்றத்தை வினை வழிமுறையைப் பயன்படுத்தி விளக்குவது கடினமான ஒன்றாகும். வினைவேக மாற்றிகள் வினையைச் சூழலுக்குத் தகுந்தாற்போல மாற்றலாம் அல்லது கரணிகளைப் பிணைத்து முனைவுப் பிணைப்புகளை ஏற்படுத்தலாம். எ.கா: கார்பனைல் சேர்மங்களில் அமில வினைவேக மாற்றிகள் இயற்கையாக உற்பத்தி செய்ய முடியாத இடைநிலைச் சேர்மங்களைத் தருகின்றன.

வினைவேக விதிகளின் படி கூற வேண்டுமாயின், வினைவேக மாற்ற வினைகளும் ஒரு வகையான வேதி வினைகளே, அதாவது வினைப்படியானது அது நிர்ணயிக்கப்படும் படியில் உள்ள வினைபடு பொருட்களின் அதிர்வெண் காரணியைச் சார்ந்தது. வழக்கமாக வினைவேகமாற்றியானது இந்த மெதுவான படியில் தான் பங்கேற்கிறது. மேலும் வினைப்படியானது வினைவேகமாற்றியின் அளவினாலும் செயல்திறனாலும் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. பலபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தில் கரணிகள் வினைவேக மாற்றிகளின் பரப்பில் விரவுவதும் வினைவிளை பொருள்கள் பரப்பிலிருந்து விரவுவதும் வினைப்படியை நிர்ணயிக்கக்கூடியவை. அடிமூலக்கூறு பிணைப்புடன் தொடர்புடைய ஒத்த நிகழ்வுகளும் வினைவிளை பொருள் பிரிதலும் ஒருபடித்தான வினைவேக மாற்றத்திற்கு ஏற்புடையவை.

வினைவேகமாற்றியானது வினையில் பங்கு கொள்ளவில்லை என்ற போதிலும் அது சில இரண்டாம் நிலை செயற்பாடுகளால் அடக்கப்படலாம், செயலிழக்கச் செய்யப்படலாம் அல்லது அழிக்கப்படக்கூடும். பலபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தில் கற்கரியாக்கல் போன்ற இரண்டாம் நிலை செயல்பாடுகளால் வினைவேகமாற்றியானது பலபடி போன்ற துணைப் பொருட்களால் சூழப்படுகிறது.

பின்னணி
தொழிலகம் சார்ந்த வேதிப் பொருள் உற்பத்தியில் வினைவேக மாற்றம் முதன்மைப் பங்கு வகிக்கிறது. அதேபோல அதிக உயிர்வேதி முக்கியத்துவம் வாய்ந்த பல வினைகளும் வினைவேக மாற்ற வினைகளேயாகும். வினைவேக மாற்றம் பயன்பாட்டு அறிவியலில் முதன்மையான ஒரு பிரிவாகும். மேலும் கரிம உலோகவியலிலும் பொருள் அறிவியலிலும் இது குறிப்பிடத்தக்க ஒரு பிரிவாகும். சூழல் அறிவியலில் பல நிகழ்வுகளுக்கு வினைவேக மாற்றம் காரணமானதாகும். எ.கா. தானுந்துகளில் உள்ள வினைவேகமாற்ற மாற்றி (Catalytic converter), ஓசோன் ஓட்டையின் இயக்கவியல். மிகக் குறைந்த அளவு கழிவு உற்பத்தியாவதால் பல நேரங்களில் வினைவேக மாற்ற வினைகள் சூழல் பாதுகாப்பானதாகவும் உள்ளன. ஒத்த வடிவமைப்புச் சேர்மங்களில் நடைபெறும் வினைகள் அனைத்திலும் முழு வினைபடு பொருள்களும் எடுத்துக் கொள்ளப்பட்டு அதிக அளவிலான துணை விளைபொருட்கள் உருவாகின்றன. மிகவும் பொதுவான ஒரு வினைவேகமாற்றி நேர்மின்னி (Proton, H+) ஆகும். பல இடைநிலை தனிமங்களும் அவற்றின் சேர்மங்களும் வினைவேகமாற்றிகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நொதிகள் (Enzymes) என்றழைக்கப்படும் வினைவேகமாற்றிகள் உயிரியல் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை.

ஒரு வினைவேகமாற்றியானது வினைவிளை பொருள் உருவாதலுக்கு ஒரு மாற்று வினைப்பாதையை உண்டாக்குகிறது. இந்த மாற்று வினைப்பாதை குறைந்த கிளர்வுறு ஆற்றலைக் கொண்டிருப்பதால், வினைவேகமாற்றியால் வழிப்படுத்தப்படாத வினையைக் காட்டிலும் இவ்வினையின் வினைப்படி அதிகரிக்கிறது. ஐட்ரசன் பெராக்சைடின் சரிவிகிதமின்மையால் நீரையும் ஆக்சிசனையும் கீழ்க்காணும் வினையானது முற்றிலும் வினைவேக மாற்றத்தால் நடப்பதேயாகும்.

2 H2O2  → 2 H2O + O2

இவ்வினையில் உருவாகும் வினைவிளை பொருள்கள் வினைபடு பொருள்களை விட அதிக நிலைப்புத் தன்மையுடையவை. எவ்வாறாயினும் வினைவேகமாற்றியில்லா வினையானது மெதுவானதேயாகும். விற்பனைக்குக் கிடைக்கும் ஐட்ரசன் பெராக்சைடு கரைசல்களில் நடைபெறும் சிதைவு வினைகள் மிகவும் மெதுவானவையேயாகும். மேற்கண்ட வினையில் சிறிதளவு மாங்கனீசு டை ஆக்சைடு சேர்ப்பதன் மூலம் ஐட்ரசன் பெராக்சைடு விரைவாக வினையுறுகிறது. இவ்விளைவானது ஆக்சிசனின் நுரைத்துப் பொங்கலின் மூலம் அறியப்படுகிறது. மாங்கனீசு டை ஆக்சைடானது எவ்வித மாற்றமுமடையாமல் திரும்பக் கிடைத்து விடுகிறது மேலும் அதனை மீண்டும் மீண்டும் மறுபயன்பாட்டுக்கும் பயன்படுத்தலாம். ஏனெனில் அது இவ்வினையில் சிறிதளவு கூட எடுத்துக் கொள்ளப்படவில்லை.

வினைவேக மாற்றத்தின் பொதுவான கொள்கைகள்

மாதிரி வினைவழிமுறை
வினைவேகமாற்றிகள் பொதுவாக ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட வினைபடு பொருள்களுடன் வினைபுரிந்து இடைநிலை அணைவுகளைத் (சேர்மங்களை) தருகின்றன. அவை உடனடியாக சிதைவுற்று இறுதி விளைபொருள்களைத் தருகின்றன. இச்செயலில் பயன்படுத்தப்பட்ட வினைவேகமாற்றியானது திரும்பக் கிடைத்து விடுகிறது. பின்வரும் மாதிரி வினைவழிமுறையக் காண்க. இதில் C என்பது வினைவேகமாற்றியைக் குறிக்கிறது. X, Y என்பன வெவ்வேறு வினைபடு பொருள்களைக் குறிக்கின்றன. Z என்பது X-உம் Y-யும் வினைபுரிந்து கிடைக்கும் வினைவிளை பொருளாகும்.

X + C → XC    (படி 1)
Y + XC → XYC   (படி 2)
XYC → CZ   (படி 3)
CZ → C + Z    (படி 4)

(படி 1)-இல் வினைவேகமாற்றியானது எடுத்துக் கொள்ளப்படினும் அது உடனடியாக (படி 4)-இல் திரும்பக் கிடைத்து விடுகிறது. எனவே முழுமையான வினையானது:

X + Y → Z

வினைவேகமாற்றியானது திரும்பப் பெறப்படினும், வினையின் வேகத்தை மாற்ற குறைந்த அளவு வினைவேகமாற்றியே தேவைப்படுகிறது. நடைமுறையில் வினைவேகமாற்றிகள் சிலநேரங்களில் துணை வினைகளில் எடுத்துக் கொள்ளப்படுகின்றன.

இச்செயற்பாட்டை எடுத்துக்காட்டாகக் கொண்டே 2008ஆம் ஆண்டில் டென்மார்க் ஆய்வாளர்கள் டைட்டானியம் டை ஆக்சைடின் (தைத்தானியம் ஈரொட்சைட்டின்) புறப்பரப்பில் ஆக்சிசனும் ஐட்ரசனும் இணைந்து நடத்தும் தொடர் செயல்முறைகளின் விளைவாக நீர் உருவாவதைக் கண்டறிந்தனர். வருடு ஊடுருவு நுண்ணோக்கியின் தொடர் படங்களைக் கொண்டு இச்செயன்முறையில் மூலக்கூறுகள் பரப்புக் கவர்தல், சிதைதல், விரவுதல் ஆகியவற்றில் ஈடுபட்ட பின்னரே வினைபுரிகின்றன என்றும் கண்டறிந்தனர். இவ்வினையில் இடைநிலை பொருள்களாக HO2, H2O2, H3O2 போன்றவையும் இறுதி விளைபொருளாக நீர் மூலக்கூறு இருபடிகளும் கிடைத்தன. இதன் பின்னர் நீர் மூலக்கூறுகள் வினைவேகமாற்றியின் புறப்பரப்பில் இருந்து பரப்பு விடுகை அடைகின்றன.

வினையூக்கி
வேதியியலில் ஒரு வினையை கூடுதலான விரைவோடு நிகழத் துணை செய்யும் ஒரு பொருளுக்கு வினையூக்கி (வினைவேகமாற்றி) (catalyst) என்று பெயர். சுருக்கமாக இதனை ஊக்கி என்றும் அழைப்பர். வினையூக்கியாய்ப் பயன்படும் பொருளானது வேதியியல் வினையில் புணரும் பொருளாகவோ, விளையும் பொருளாகவோ பங்கு கொள்வதில்லை. அதாவது வேதியியல் வினையில் வினையுறும் ஒன்று அல்ல, எனினும் இது உடன் இருப்பதால் வேதியியல் வினையின் விரைவைக் கூட்டுகின்றது. வினை முடிந்தவுடன் எந்த மாறுதலும் இல்லாமல் வினையூக்கி தனித்து அதே நிலையில் நிற்கும். ஆங்கிலத்தில் வினையூக்கியை கேட்டலிஸ்ட் என்பர். இது கிரேக்க மொழிச் சொல்லாகிய κατάλυσις, (கட்டாலிசிஸ்) என்னும் பெயர்ச்சொல்லின் அடியாகிய அவிழ்த்துவிடு, கட்டுவிலக்கு என்னும் பொருள்படும் καταλύειν என்னும் வினைச்சொல் வழி பெற்றதாகும்.

வேதியியல் வினையில், வினியுறும் ஒரு பொருளாக இல்லாவிடினும், வினையூக்கி என்ன செய்கின்றதென்றால் வினை நிகழத் தேவைப்படும் ஆற்றலைக் குறக்கப் பயன்படுகின்றது. இதனால் வேதியியல் வினை நிகழக் குறைவான ஆற்றலே தேவைப்படுவதால், வினை விரைவாக நிகழ்கின்றது. எனவே வினையூக்கியானது வேதியியல் வினை நிகழ ஆற்றல் குறைவான வேறு பாதையை அளிப்பதாக இருக்கின்றது.

வினைவேகமாற்றி ஆனது வினை முடிந்த பின்னும் அதன் தொடக்க இயல்பிலேயே இருக்கும். அதன் வேதிப்பண்புகளில் எவ்வித மாற்றமும் ஏற்படுவதில்லை. ஆனால் இயற்பியல் பண்புகளில் மாற்றங்கள் நிகழலாம்.

பொதுவாக வினைவேகமாற்றியானது நான்கு வகைப்படும். அவையாவன,
 ஊக்க வினைவேகமாற்றி
 தளர்வு வினைவேகமாற்றி
 தன் வினைவேகமாற்றி
 தூண்டப்பட்ட வினைவேகமாற்றி

உசாத்துணை
1. 
2. தமிழ்நாட்டுப் பாடநூல் கழகம் 

மேற்கோள்கள்

பகுப்பு:வேதி வினைகள்

பகுப்பு:வேதி வினைவேகவியல்