Photochemical Reactions MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Photochemical Reactions - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें
Last updated on Jun 27, 2025
Latest Photochemical Reactions MCQ Objective Questions
Photochemical Reactions Question 1:
एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि निर्धारित करने के एक प्रयोग में, अवशोषक पदार्थ को 100 W स्रोत से 500 nm प्रकाश के साथ 3000 s के लिए उजागर किया गया था, जिसमें आपतित प्रकाश का 80% अवशोषित हुआ था। यदि 0.40 mol अवशोषक पदार्थ का अपघटन हुआ, तो प्राथमिक क्वांटम लब्धि है
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 1 Detailed Solution
संकल्पना :
क्वांटम लब्धि और इसकी गणना
- क्वांटम लब्धि (Φ) एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की दक्षता का माप है। इसे प्रति अवशोषित फोटॉन में विघटित (या अभिकृत) अणुओं की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है।
- इसकी गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
Φ = (पदार्थ के मोलों का अपघटन) / (अवशोषित फोटॉनों के मोल)
- इस संदर्भ में, अवशोषित फोटॉनों की संख्या प्रकाश स्रोत से अवशोषित ऊर्जा से निर्धारित की जा सकती है।
व्याख्या:
प्रकाश स्रोत से कुल ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती है:
ऊर्जा = शक्ति x समय
दिया गया है:
- शक्ति = 100 W,
- समय = 3000 s,
- λ = 500 nm
- n = 0.40
प्रकाश स्रोत से कुल ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती है:
ऊर्जा = शक्ति x समय
इसलिए कुल ऊर्जा 100 x 3000 = 300000 J है।
80% अवशोषित होता है, इसलिए,
= 300000 * 80/100
= 240000
अगला, प्रति फोटॉन ऊर्जा की गणना इस सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
प्रति फोटॉन ऊर्जा (E) = (प्लांक स्थिरांक x प्रकाश की गति) / तरंगदैर्ध्य
[मान लीजिये, यह E1 है]
अवशोषित फोटॉनों की कुल संख्या है:
अवशोषित फोटॉनों की संख्या = (अवशोषित ऊर्जा) / (प्रति फोटॉन ऊर्जा)
अवशोषित फोटॉनों की संख्या = 240000/E1
अवशोषित फोटॉनों की संख्या mol
क्वांटम लब्धि की गणना तब इस प्रकार की जाती है:
Φ = 0.40 mol/1 mol
Φ ≈ 0.40
इसलिए, प्राथमिक क्वांटम लब्धि 0.40 है।
Photochemical Reactions Question 2:
अभिक्रिया का उत्पाद क्या है?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 2 Detailed Solution
अवधारणा:
- डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन: डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया है जहाँ दो π-प्रणालियों (अक्सर द्विआबंध) वाले एक अणु, जो एक संतृप्त कार्बन (मीथिलीन ब्रिज) द्वारा अलग किए जाते हैं, प्रकाश के संपर्क में आने पर पुनर्व्यवस्थापन से गुजरते हैं।
- मूलक युग्म निर्माण: प्रकाश अपघटन पर, अणु एक 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती बनाता है। यह डाइरेडिकल π-प्रणालियों पर प्रतिस्थापकों द्वारा स्थिर किया जाता है, जिससे अणु पुनर्व्यवस्थित हो सकता है।
- डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन में 1,2-ऐल्किल शिफ्ट: मध्यवर्ती डाइरेडिकल में, एक ऐल्किल शिफ्ट (1,2-शिफ्ट) होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक नया कार्बन कंकाल और एक उत्पाद होता है जिसमें अक्सर एक साइक्लोप्रोपेन वलय या विस्तारित संयुग्मित प्रणाली होती है।
व्याख्या:
- अभिक्रिया प्रकाश के संपर्क में आने से शुरू होती है, जिससे अणु का उत्तेजना होता है। यह उत्तेजना C2 और C3 के बीच समदैशिक विदलन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती का निर्माण होता है, जो आसपास के प्रतिस्थापकों, विशेष रूप से फेनिल (Ph) समूहों द्वारा स्थिर होता है।
- इस 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती में, संरचना पुनर्व्यवस्थापन के लिए तैयार है। अधिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए, डाइरेडिकल एक 1,2-ऐल्किल शिफ्ट से गुजरता है जहाँ एथिल और मिथाइल-प्रतिस्थापित कार्बन स्थानांतरित होता है, जिससे एक नए द्विआबंध का निर्माण होता है।
-
-
- परिणामी उत्पाद एक स्थिर ऐल्कीन है जिसमें प्रतिस्थापक (फेनिल और ऐल्किल समूह) द्विआबंध के चारों ओर एक थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल व्यवस्था में स्थित होते हैं। यह अंतिम संरचना एकमात्र उत्पाद का प्रतिनिधित्व करती है, जैसा कि विकल्प 1 में दिखाया गया है।
निष्कर्ष:
सही उत्तर विकल्प 1 है, जो डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन के बाद बनने वाले उत्पाद का सही ढंग से प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें स्थिरता प्राप्त करने के लिए 1,2-ऐल्किल शिफ्ट शामिल है।
Photochemical Reactions Question 3:
अणु X का प्रतिदीप्ति अणु Y के 20 mM की उपस्थिति में 15% तक कम हो जाता है। यदि Y की अनुपस्थिति में X का प्रतिदीप्ति जीवनकाल 7 ns है, तो Y और प्रकाश-उत्तेजित X के बीच अन्योन्यक्रिया के लिए दर स्थिरांक (M-1S-1 में) है:
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 3 Detailed Solution
अवधारणा:
शमन और स्टर्न-वॉलमर समीकरण
- प्रतिदीप्ति शमन: प्रतिदीप्ति शमन किसी अन्य अणु के साथ अन्योन्यक्रिया के कारण किसी अणु की प्रतिदीप्ति तीव्रता में कमी को संदर्भित करता है। इसे आमतौर पर स्टर्न-वॉलमर समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है।
- स्टर्न-वॉलमर समीकरण दिया गया है:
- \(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}}[Q]\)
- I0 शमनकर्ता (Y) की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है।
- I शमनकर्ता (Y) की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है।
- KSV स्टर्न-वॉलमर स्थिरांक (शमन स्थिरांक) है।
- [Q] शमनकर्ता (Y) की सांद्रता है।
- शमन के लिए दर स्थिरांक (kq): शमन के लिए दर स्थिरांक को स्टर्न-वॉलमर स्थिरांक से संबंधित किया जा सकता है:
- \(K_{\text{SV}} = k_{\text{q}} \tau_0\)
- τ0 Y की अनुपस्थिति में X का प्रतिदीप्ति लाइफटाइम है।
परिकलन:
- चरण 1: KSV की गणना करने के लिए स्टर्न-वॉलमर समीकरण का उपयोग करें।
- हमें दिया गया है कि Y के 20 mM की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति **15%** तक कम हो जाता है। इसका मतलब है:
- I/I0 = 0.85 (क्योंकि प्रतिदीप्ति 15% कम हो जाता है, या 85% रहता है)।
- स्टर्न-वॉलमर समीकरण का उपयोग करके:
- \(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}}[Q]\)
- \(\frac{I_0}{I} = 1/0.85 = 1.176\)
- अब, KSV के लिए हल करें:
- \(1.176 = 1 + K_{\text{SV}} \times 20 \text{ mM}\)
- \(K_{\text{SV}} = \frac{1.176 - 1}{20 \times 10^{-3}} = \frac{0.176}{0.02} = 8.8 \text{ M}^{-1}\)
- हमें दिया गया है कि Y के 20 mM की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति **15%** तक कम हो जाता है। इसका मतलब है:
- चरण 2: दर स्थिरांक (kq) की गणना करें।
- हमें दिया गया है कि X का प्रतिदीप्ति जीवनकाल (τ0) 7 ns है, या 7 × 10-9 s
- KSV और kq के बीच संबंध का उपयोग करके:
- \(K_{\text{SV}} = k_{\text{q}} \tau_0\)
- kq के लिए हल करें:
- \(k_{\text{q}} = \frac{K_{\text{SV}}}{\tau_0} = \frac{8.8 \text{ M}^{-1}}{7 \times 10^{-9} \text{ s}} = 1.26 \times 10^9 \text{ M}^{-1} \text{ s}^{-1}\)
निष्कर्ष:
- अन्योन्यक्रिया के लिए दर स्थिरांक विकल्प 1) 1.26 × 109 M-1 s-1 के सबसे करीब है।
Photochemical Reactions Question 4:
एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की क्वांटम दक्षता को मापने के एक प्रयोग में, अवशोषक पदार्थ को 28.0 मिनट के लिए 87.5 W स्रोत से 320 nm विकिरण के संपर्क में लाया गया। संचरित प्रकाश की तीव्रता आपतित प्रकाश की 0.257 गुना थी। विकिरण के परिणामस्वरूप, अवशोषक पदार्थ के 0.324 मोल विघटित हो गए। क्वांटम दक्षता क्या है?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 4 Detailed Solution
अवधारणा:
क्वांटम दक्षता (Φ) को अवशोषित फोटॉनों की संख्या से विघटित अणुओं की संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। यह एक माप है कि अवशोषित प्रकाश कितनी कुशलता से एक रासायनिक परिवर्तन उत्पन्न करता है।
क्वांटम दक्षता का सूत्र इस प्रकार दिया गया है:
\(\Phi = \frac{n_A h c N_A}{(1 - f_{trans}) \lambda P t} \)
जहां:
- Φ: क्वांटम दक्षता
- nA: विघटित अवशोषक पदार्थ के मोलों की संख्या (मोल में)।
- h: प्लैंक स्थिरांक \((6.626 \times 10^{-34} \, J\cdot s)\)
- c: प्रकाश की गति \((2.998 \times 10^8 \, m/s)\)
- NA: अवोगाद्रो संख्या (\(6.022 \times 10^{23} \, mol^{-1})\)
- ftrans: संचरित प्रकाश का अंश।
- λ: आपतित विकिरण की तरंग दैर्ध्य (मीटर में)
- P: प्रकाश स्रोत की शक्ति (वाट में)
- t: एक्सपोजर का समय (सेकंड में)
व्याख्या:
दिए गए मानों का उपयोग करके:
\(\Phi = \frac{(0.324 \, mol) \times (6.626 \times 10^{-34} \, J\cdot s) \times (2.998 \times 10^8 \, m/s) \times (6.022 \times 10^{23} \, mol^{-1})}{(1 - 0.257) \times (320 \times 10^{-9} \, m) \times (87.5 \, W) \times (1680 \, s)} \)
आगे सरलीकरण:
\(\Phi = \frac{(0.324 \, mol) \times (6.626 \times 10^{-34}) \times (2.998 \times 10^8) \times (6.022 \times 10^{23})}{0.743 \times 320 \times 10^{-9} \times 87.5 \times 1680} \)
\( \Phi = 1.11\)
निष्कर्ष:
अभिक्रिया की क्वांटम दक्षता 1.11 है।
Photochemical Reactions Question 5:
जलीय विलयन में 348 nm पर उत्सर्जन जीवनकाल को मापकर विलेय O2 गैस द्वारा ट्रिप्टोफैन प्रतिदीप्ति के शमन की निगरानी की गई। \(\frac{1}{τ}\) बनाम [O2] के बीच आरेख बनाए। [O2] = 2.3x 10-2mol dm−3(τ = 1.5x 10-9s) पर शमन दर स्थिरांक का मान क्या है (\(\tau_o\) = 2.6x 10-9s)?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 5 Detailed Solution
अवधारणा:
विलेय ऑक्सीजन (O2) द्वारा ट्रिप्टोफैन प्रतिदीप्ति का शमन स्टर्न-वोलमर समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है। यह समीकरण प्रतिदीप्ति जीवनकाल और शामक सांद्रता के बीच संबंध का वर्णन करता है, जहाँ शामक, O2, ट्रिप्टोफैन के उत्तेजित अवस्था जीवनकाल को कम करता है।
-
प्रतिदीप्ति जीवनकाल: प्रतिदीप्ति का जीवनकाल उस औसत समय को संदर्भित करता है जब एक फ्लोरोफोर अपनी उत्तेजित अवस्था में रहता है, और फिर अक्सर प्रकाश उत्सर्जन के साथ मूल अवस्था में लौट आता है।
-
शमन: शमन तब होता है जब एक अणु (शामक) उत्तेजित फ्लोरोफोर के साथ अंत:क्रिया करता है, जिससे इसकी प्रतिदीप्ति तीव्रता और जीवनकाल कम हो जाता है।
-
स्टर्न वोलमर समीकरण: \(\frac{1}{\tau} = \frac{1}{\tau_0} + k_Q [Q]\)
- जहाँ:
- τ शामक के साथ तिका प्रेक्षित जीवनकाल है।
- τ0 शामक की अनुपस्थिति में जीवनकाल है।
- kQ शमन स्थिरांक (दर स्थिरांक) है।
- [Q] शामक की सांद्रता है।
- जहाँ:
व्याख्या:
स्टर्न वोलमर समीकरण और डेटा का उपयोग करके:
- τ = 1.5 x 10-9 s
- [Q] = 2.3 x 10-2 mol dm-3
- \(\tau_o\) = 2.6x 10-9s
- \(\frac{1}{\tau_o}\) = 3.85 x 108 s-1
-
स्टर्न-वोलमर समीकरण में प्रतिस्थापित करें:
-
\(\frac{1}{1.5 \times 10^{-9}} = 3.85 \times 10^8 + k_Q (2.3 \times 10^{-2})\)
-
-
kQ के लिए हल करना:
-
kQ = 1.2 x 1010 dm3 mol-1 s-1
-
निष्कर्ष:
गणना किया गया शमन स्थिरांक 1.2 x 1010 dm3 mol-1 s-1 है।
Top Photochemical Reactions MCQ Objective Questions
B के 10 mM की उपस्थिति में A की प्रतिदीप्ति का शमन 10% होता है। B की अनुपस्थिति में यदि A का प्रतिदीप्ति जीवनकाल 5 ns है, तो B तथा प्रकाश उत्तेजित A के मध्य अन्योंन्यक्रिया के लिए दर नियतांक (M-1 s-1 में) है
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 6 Detailed Solution
Download Solution PDFअवधारणा:
समस्या प्रतिदीप्ति शमन का वर्णन करती है, जो तब होती है जब एक शामक (B) एक फ्लोरोफोर (A) की प्रतिदीप्ति तीव्रता को कम करता है। इस घटना का वर्णन करने के लिए स्टर्न-वोल्मर समीकरण का उपयोग किया जाता है:
स्टर्न-वोल्मर समीकरण:
\(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}} [B] \)
जहां:
- I0 शामक (B) की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है
- I शामक (B) की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है
- KSV स्टर्न-वोल्मर शमन स्थिरांक है
- B क्वेंचर B की सांद्रता है
- kq द्विआण्विक शमन स्थिरांक है, जो समीकरण द्वारा KSV से संबंधित है:
- \(K_{\text{SV}} = k_q \tau_0\) , जहां \(\tau_0 \) शामक की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति जीवनकाल है।
व्याख्या:
-
प्रतिदीप्ति 10% तक कम हो जाती है, इसलिए:
-
\( \frac{I_0}{I} = \frac{100}{90} = 1.11\)
-
-
B की सांद्रता 10 mM = \(10 \times 10^{-3}\) M = ( 0.01 ) M है।
-
स्टर्न-वोल्मर समीकरण का उपयोग करके:
-
\(1.11 = 1 + K_{\text{SV}} \times 0.01\)
-
\( K_{\text{SV}} = \frac{1.11 - 1}{0.01} = \frac{0.11}{0.01} = 11 \, \text{M}^{-1}\)
-
-
शामक की अनुपस्थिति में A का प्रतिदीप्ति जीवनकाल है:
-
\( \tau_0 = 5 \, \text{ns} = 5 \times 10^{-9} \, \text{s}\)
-
-
अब, संबंध का उपयोग करके, \(K_{\text{SV}} = k_q \tau_0\)
-
\(11 = k_q \times 5 \times 10^{-9}\)
-
\(k_q = \frac{11}{5 \times 10^{-9}} = 2.2 \times 10^9 \, \text{M}^{-1} \, \text{s}^{-1}\)
-
निष्कर्ष:
B और फोटो-उत्तेजित A के बीच की अंतःक्रिया के लिए दर स्थिरांक 2.2 x 109 M-1 s-1 है, जो विकल्प 2 से मेल खाता है।
अभिक्रिया K + Br2 → KBr + Br, जो हारपून क्रियाविधि का अनुसरण करती है, के लिए अभिक्रियाशील अनुप्रस्थ परिच्छेद जिसके निकटतम है, वह है
(प्रयोग कीजिए \(\rm\frac{e^2}{4 \pi \varepsilon_0}\) = 2.3 × 10−28 J m, K की आयनन ऊर्जा = 422.5 kJ mol−1, Br2 की इलेक्ट्रान बंधुता = 250 kJ mol−1 तथा NA = 6 × 1023 mol−1)
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 7 Detailed Solution
Download Solution PDF600 nm पर 100 W के प्रकाश स्त्रोत से पदार्थ 'A' को 6626 s तक अनावरित करने पर, आपतित प्रकाश का 50% अवशोषित हो जाता है। 'A' का अपघटन अभिक्रिया A → 2B के अनुसार होता है। परिणाम स्वरूप B के 0.2 mol उत्पन्न होते हैं। अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि जिसके निकटतम है, वह है
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 8 Detailed Solution
Download Solution PDFसंकल्पना:
स्टार्क-आइंस्टाइन नियम कहता है कि एक एकल अणु एक एकल फोटॉन को अवशोषित करने में सक्षम होता है जिससे एक एकल M* उत्पन्न होता है, जो अंततः उत्पादों की ओर ले जाता है। यह नियम केवल एकल प्रकाश रासायनिक चरण पर लागू होता है।
क्वांटम लब्धि \(\left( \phi \right)\) एक भौतिक प्राचल है जो प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं से इस प्रकार संबंधित है:
\({\rm{क्वांटम\;लब्धि}}\left( \phi \right){\rm{ = }}{{{\rm{अभिकारक\;अणुओं की\;संख्या}}} \over {{\rm{अवशोषित\;फोटॉनों की\;संख्या}}}}\)
- प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया के लिए उपयोग किए गए फोटॉन के मोलों की संख्या इस प्रकार दी जाती है,
\({\rm{फोटॉनों के\;मोलों की\;संख्या = }}{{{\rm{अवशोषित\;ऊर्जा}}} \over {{\rm{1\;मोल\;फोटॉन की\;ऊर्जा}}}}\)
व्याख्या:
- जब 600 nm प्रकाश का उपयोग किया जाता है, तो 1 मोल फोटॉन की ऊर्जा होती है,
\(E = {{hc} \over \lambda }\)
\({\rm{ = }}{{{\rm{6}}{\rm{.626 \times 1}}{{\rm{0}}^{{\rm{ - 34}}}}{\rm{J}}{\rm{.s \times 3 \times 1}}{{\rm{0}}^{\rm{8}}}{\rm{m}}{\rm{.}}{{\rm{s}}^{{\rm{ - 1}}}}{\rm{ \times 6}}{\rm{.023}} \times {\rm{1}}{{\rm{0}}^{{\rm{23}}}}{\rm{mo}}{{\rm{l}}^{{\rm{ - 1}}}}} \over {{\rm{600 \times 1}}{{\rm{0}}^{{\rm{ - 9}}}}{\rm{m}}}}\)
\( = {\rm{2 \times 1}}{{\rm{0}}^{\rm{5}}}{\rm{J}}{\rm{.mo}}{{\rm{l}}^{{\rm{ - 1}}}}\)
- जब 100 W प्रकाश स्रोत का उपयोग 6626 s के लिए किया जाता है, तो अवशोषित ऊर्जा होगी,
\(E = P \times t\)
\( = 100W \times 6626s\)
\( = 662600\;J\)
- चूँकि आपतित प्रकाश का 50% अवशोषित हो रहा है, इस प्रकार अवशोषित ऊर्जा होगी,
\({\rm{अवशोषित\;ऊर्जा = 662600\;J \times }}{{{\rm{50}}} \over {{\rm{100}}}}\)
\( = 331300\;J\)
- अब, उपयोग किए गए फोटॉन के मोल,
\({\rm{फोटॉन\;के\;मोलों की\;संख्या = }}{{{\rm{331300\;J}}} \over {{\rm{2 \times 1}}{{\rm{0}}^{\rm{5}}}{\rm{J}}{\rm{.mo}}{{\rm{l}}^{{\rm{ - 1}}}}}}\)
\( = 1.6565\;{\rm{mol}}\)
- इस प्रकार, 0.1 मोल अभिकारक के लिए क्वांटम लब्धि \(\left( \phi \right)\) होगी,
\({\rm{क्वांटम\;लब्धि}}\left( \phi \right){\rm{ = }}{{{\rm{0.1}}} \over 1.6565}\)
\({\rm{ = 6}} \times {\rm{1}}{{\rm{0}}^{{\rm{ - 2}}}}\)
निष्कर्ष:
इसलिए, अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि 6 x 10-2 है।
Photochemical Reactions Question 9:
जलीय विलयन में 348 nm पर उत्सर्जन जीवनकाल को मापकर विलेय O2 गैस द्वारा ट्रिप्टोफैन प्रतिदीप्ति के शमन की निगरानी की गई। \(\frac{1}{τ}\) बनाम [O2] के बीच आरेख बनाए। [O2] = 2.3x 10-2mol dm−3(τ = 1.5x 10-9s) पर शमन दर स्थिरांक का मान क्या है (\(\tau_o\) = 2.6x 10-9s)?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 9 Detailed Solution
अवधारणा:
विलेय ऑक्सीजन (O2) द्वारा ट्रिप्टोफैन प्रतिदीप्ति का शमन स्टर्न-वोलमर समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है। यह समीकरण प्रतिदीप्ति जीवनकाल और शामक सांद्रता के बीच संबंध का वर्णन करता है, जहाँ शामक, O2, ट्रिप्टोफैन के उत्तेजित अवस्था जीवनकाल को कम करता है।
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प्रतिदीप्ति जीवनकाल: प्रतिदीप्ति का जीवनकाल उस औसत समय को संदर्भित करता है जब एक फ्लोरोफोर अपनी उत्तेजित अवस्था में रहता है, और फिर अक्सर प्रकाश उत्सर्जन के साथ मूल अवस्था में लौट आता है।
-
शमन: शमन तब होता है जब एक अणु (शामक) उत्तेजित फ्लोरोफोर के साथ अंत:क्रिया करता है, जिससे इसकी प्रतिदीप्ति तीव्रता और जीवनकाल कम हो जाता है।
-
स्टर्न वोलमर समीकरण: \(\frac{1}{\tau} = \frac{1}{\tau_0} + k_Q [Q]\)
- जहाँ:
- τ शामक के साथ तिका प्रेक्षित जीवनकाल है।
- τ0 शामक की अनुपस्थिति में जीवनकाल है।
- kQ शमन स्थिरांक (दर स्थिरांक) है।
- [Q] शामक की सांद्रता है।
- जहाँ:
व्याख्या:
स्टर्न वोलमर समीकरण और डेटा का उपयोग करके:
- τ = 1.5 x 10-9 s
- [Q] = 2.3 x 10-2 mol dm-3
- \(\tau_o\) = 2.6x 10-9s
- \(\frac{1}{\tau_o}\) = 3.85 x 108 s-1
-
स्टर्न-वोलमर समीकरण में प्रतिस्थापित करें:
-
\(\frac{1}{1.5 \times 10^{-9}} = 3.85 \times 10^8 + k_Q (2.3 \times 10^{-2})\)
-
-
kQ के लिए हल करना:
-
kQ = 1.2 x 1010 dm3 mol-1 s-1
-
निष्कर्ष:
गणना किया गया शमन स्थिरांक 1.2 x 1010 dm3 mol-1 s-1 है।
Photochemical Reactions Question 10:
क्वांटम लब्धि दो वाली प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया का चयन करें।
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 10 Detailed Solution
सही उत्तर 2HBr−→− hv H2+Br2 है।
अवधारणा:
- क्वांटम लब्धि (ϕ): क्वांटम लब्धि को उन अणुओं की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है जो अवशोषित विकिरण की प्रति क्वांटम पर अभिक्रिया करते हैं। यह प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की दक्षता का एक माप है।
व्याख्या:
दी गई प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएं:
- H2 + Cl2 −→− hv 2HCl: इस अभिक्रिया में उच्च क्वांटम लब्धि है, लेकिन विशेष रूप से 2 नहीं।
- H2 + Br2 −→− hv 2HBr: इस अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि 2 नहीं है।
- 2HBr −→− hv H2 + Br2: इस अभिक्रिया के लिए, क्वांटम लब्धि (ϕ) 2 के रूप में दी जाती है, जिसका अर्थ है कि HBr के दो अणु अवशोषित विकिरण की प्रति क्वांटम पर अभिक्रिया करते हैं।
- SO2 + Cl2 −→− hv SO2Cl2: इस अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि 2 नहीं है।
क्वांटम लब्धि (ϕ)
= \(\frac{\text { No. of Molecule that react }}{\text { No. of quanta of radiation absorbed }}\)
\(2 \mathrm{HBr} \xrightarrow{\text { hv }} \mathrm{H}_2+\mathrm{Br}_2\)
क्वांटम लब्धि (ϕ) = \(\frac{2}{1} \)
क्वांटम लब्धि (ϕ)= 2
क्वांटम लब्धि की परिभाषा और दिए गए विकल्पों पर विचार करते हुए, 2 क्वांटम लब्धि वाली प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया 2HBr−→− hv H2+Br2 है।
Photochemical Reactions Question 11:
एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि निर्धारित करने के एक प्रयोग में, अवशोषक पदार्थ को 100 W स्रोत से 500 nm प्रकाश के साथ 3000 s के लिए उजागर किया गया था, जिसमें आपतित प्रकाश का 80% अवशोषित हुआ था। यदि 0.40 mol अवशोषक पदार्थ का अपघटन हुआ, तो प्राथमिक क्वांटम लब्धि है
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 11 Detailed Solution
संकल्पना :
क्वांटम लब्धि और इसकी गणना
- क्वांटम लब्धि (Φ) एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की दक्षता का माप है। इसे प्रति अवशोषित फोटॉन में विघटित (या अभिकृत) अणुओं की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है।
- इसकी गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
Φ = (पदार्थ के मोलों का अपघटन) / (अवशोषित फोटॉनों के मोल)
- इस संदर्भ में, अवशोषित फोटॉनों की संख्या प्रकाश स्रोत से अवशोषित ऊर्जा से निर्धारित की जा सकती है।
व्याख्या:
प्रकाश स्रोत से कुल ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती है:
ऊर्जा = शक्ति x समय
दिया गया है:
- शक्ति = 100 W,
- समय = 3000 s,
- λ = 500 nm
- n = 0.40
प्रकाश स्रोत से कुल ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती है:
ऊर्जा = शक्ति x समय
इसलिए कुल ऊर्जा 100 x 3000 = 300000 J है।
80% अवशोषित होता है, इसलिए,
= 300000 * 80/100
= 240000
अगला, प्रति फोटॉन ऊर्जा की गणना इस सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
प्रति फोटॉन ऊर्जा (E) = (प्लांक स्थिरांक x प्रकाश की गति) / तरंगदैर्ध्य
[मान लीजिये, यह E1 है]
अवशोषित फोटॉनों की कुल संख्या है:
अवशोषित फोटॉनों की संख्या = (अवशोषित ऊर्जा) / (प्रति फोटॉन ऊर्जा)
अवशोषित फोटॉनों की संख्या = 240000/E1
अवशोषित फोटॉनों की संख्या mol
क्वांटम लब्धि की गणना तब इस प्रकार की जाती है:
Φ = 0.40 mol/1 mol
Φ ≈ 0.40
इसलिए, प्राथमिक क्वांटम लब्धि 0.40 है।
Photochemical Reactions Question 12:
अभिक्रिया का उत्पाद क्या है?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 12 Detailed Solution
अवधारणा:
- डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन: डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया है जहाँ दो π-प्रणालियों (अक्सर द्विआबंध) वाले एक अणु, जो एक संतृप्त कार्बन (मीथिलीन ब्रिज) द्वारा अलग किए जाते हैं, प्रकाश के संपर्क में आने पर पुनर्व्यवस्थापन से गुजरते हैं।
- मूलक युग्म निर्माण: प्रकाश अपघटन पर, अणु एक 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती बनाता है। यह डाइरेडिकल π-प्रणालियों पर प्रतिस्थापकों द्वारा स्थिर किया जाता है, जिससे अणु पुनर्व्यवस्थित हो सकता है।
- डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन में 1,2-ऐल्किल शिफ्ट: मध्यवर्ती डाइरेडिकल में, एक ऐल्किल शिफ्ट (1,2-शिफ्ट) होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक नया कार्बन कंकाल और एक उत्पाद होता है जिसमें अक्सर एक साइक्लोप्रोपेन वलय या विस्तारित संयुग्मित प्रणाली होती है।
व्याख्या:
- अभिक्रिया प्रकाश के संपर्क में आने से शुरू होती है, जिससे अणु का उत्तेजना होता है। यह उत्तेजना C2 और C3 के बीच समदैशिक विदलन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती का निर्माण होता है, जो आसपास के प्रतिस्थापकों, विशेष रूप से फेनिल (Ph) समूहों द्वारा स्थिर होता है।
- इस 1,3-डाइरेडिकल मध्यवर्ती में, संरचना पुनर्व्यवस्थापन के लिए तैयार है। अधिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए, डाइरेडिकल एक 1,2-ऐल्किल शिफ्ट से गुजरता है जहाँ एथिल और मिथाइल-प्रतिस्थापित कार्बन स्थानांतरित होता है, जिससे एक नए द्विआबंध का निर्माण होता है।
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- परिणामी उत्पाद एक स्थिर ऐल्कीन है जिसमें प्रतिस्थापक (फेनिल और ऐल्किल समूह) द्विआबंध के चारों ओर एक थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल व्यवस्था में स्थित होते हैं। यह अंतिम संरचना एकमात्र उत्पाद का प्रतिनिधित्व करती है, जैसा कि विकल्प 1 में दिखाया गया है।
निष्कर्ष:
सही उत्तर विकल्प 1 है, जो डाई-π-मीथेन पुनर्व्यवस्थापन के बाद बनने वाले उत्पाद का सही ढंग से प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें स्थिरता प्राप्त करने के लिए 1,2-ऐल्किल शिफ्ट शामिल है।
Photochemical Reactions Question 13:
अणु X का प्रतिदीप्ति अणु Y के 20 mM की उपस्थिति में 15% तक कम हो जाता है। यदि Y की अनुपस्थिति में X का प्रतिदीप्ति जीवनकाल 7 ns है, तो Y और प्रकाश-उत्तेजित X के बीच अन्योन्यक्रिया के लिए दर स्थिरांक (M-1S-1 में) है:
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 13 Detailed Solution
अवधारणा:
शमन और स्टर्न-वॉलमर समीकरण
- प्रतिदीप्ति शमन: प्रतिदीप्ति शमन किसी अन्य अणु के साथ अन्योन्यक्रिया के कारण किसी अणु की प्रतिदीप्ति तीव्रता में कमी को संदर्भित करता है। इसे आमतौर पर स्टर्न-वॉलमर समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है।
- स्टर्न-वॉलमर समीकरण दिया गया है:
- \(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}}[Q]\)
- I0 शमनकर्ता (Y) की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है।
- I शमनकर्ता (Y) की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है।
- KSV स्टर्न-वॉलमर स्थिरांक (शमन स्थिरांक) है।
- [Q] शमनकर्ता (Y) की सांद्रता है।
- शमन के लिए दर स्थिरांक (kq): शमन के लिए दर स्थिरांक को स्टर्न-वॉलमर स्थिरांक से संबंधित किया जा सकता है:
- \(K_{\text{SV}} = k_{\text{q}} \tau_0\)
- τ0 Y की अनुपस्थिति में X का प्रतिदीप्ति लाइफटाइम है।
परिकलन:
- चरण 1: KSV की गणना करने के लिए स्टर्न-वॉलमर समीकरण का उपयोग करें।
- हमें दिया गया है कि Y के 20 mM की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति **15%** तक कम हो जाता है। इसका मतलब है:
- I/I0 = 0.85 (क्योंकि प्रतिदीप्ति 15% कम हो जाता है, या 85% रहता है)।
- स्टर्न-वॉलमर समीकरण का उपयोग करके:
- \(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}}[Q]\)
- \(\frac{I_0}{I} = 1/0.85 = 1.176\)
- अब, KSV के लिए हल करें:
- \(1.176 = 1 + K_{\text{SV}} \times 20 \text{ mM}\)
- \(K_{\text{SV}} = \frac{1.176 - 1}{20 \times 10^{-3}} = \frac{0.176}{0.02} = 8.8 \text{ M}^{-1}\)
- हमें दिया गया है कि Y के 20 mM की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति **15%** तक कम हो जाता है। इसका मतलब है:
- चरण 2: दर स्थिरांक (kq) की गणना करें।
- हमें दिया गया है कि X का प्रतिदीप्ति जीवनकाल (τ0) 7 ns है, या 7 × 10-9 s
- KSV और kq के बीच संबंध का उपयोग करके:
- \(K_{\text{SV}} = k_{\text{q}} \tau_0\)
- kq के लिए हल करें:
- \(k_{\text{q}} = \frac{K_{\text{SV}}}{\tau_0} = \frac{8.8 \text{ M}^{-1}}{7 \times 10^{-9} \text{ s}} = 1.26 \times 10^9 \text{ M}^{-1} \text{ s}^{-1}\)
निष्कर्ष:
- अन्योन्यक्रिया के लिए दर स्थिरांक विकल्प 1) 1.26 × 109 M-1 s-1 के सबसे करीब है।
Photochemical Reactions Question 14:
एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की क्वांटम दक्षता को मापने के एक प्रयोग में, अवशोषक पदार्थ को 28.0 मिनट के लिए 87.5 W स्रोत से 320 nm विकिरण के संपर्क में लाया गया। संचरित प्रकाश की तीव्रता आपतित प्रकाश की 0.257 गुना थी। विकिरण के परिणामस्वरूप, अवशोषक पदार्थ के 0.324 मोल विघटित हो गए। क्वांटम दक्षता क्या है?
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 14 Detailed Solution
अवधारणा:
क्वांटम दक्षता (Φ) को अवशोषित फोटॉनों की संख्या से विघटित अणुओं की संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। यह एक माप है कि अवशोषित प्रकाश कितनी कुशलता से एक रासायनिक परिवर्तन उत्पन्न करता है।
क्वांटम दक्षता का सूत्र इस प्रकार दिया गया है:
\(\Phi = \frac{n_A h c N_A}{(1 - f_{trans}) \lambda P t} \)
जहां:
- Φ: क्वांटम दक्षता
- nA: विघटित अवशोषक पदार्थ के मोलों की संख्या (मोल में)।
- h: प्लैंक स्थिरांक \((6.626 \times 10^{-34} \, J\cdot s)\)
- c: प्रकाश की गति \((2.998 \times 10^8 \, m/s)\)
- NA: अवोगाद्रो संख्या (\(6.022 \times 10^{23} \, mol^{-1})\)
- ftrans: संचरित प्रकाश का अंश।
- λ: आपतित विकिरण की तरंग दैर्ध्य (मीटर में)
- P: प्रकाश स्रोत की शक्ति (वाट में)
- t: एक्सपोजर का समय (सेकंड में)
व्याख्या:
दिए गए मानों का उपयोग करके:
\(\Phi = \frac{(0.324 \, mol) \times (6.626 \times 10^{-34} \, J\cdot s) \times (2.998 \times 10^8 \, m/s) \times (6.022 \times 10^{23} \, mol^{-1})}{(1 - 0.257) \times (320 \times 10^{-9} \, m) \times (87.5 \, W) \times (1680 \, s)} \)
आगे सरलीकरण:
\(\Phi = \frac{(0.324 \, mol) \times (6.626 \times 10^{-34}) \times (2.998 \times 10^8) \times (6.022 \times 10^{23})}{0.743 \times 320 \times 10^{-9} \times 87.5 \times 1680} \)
\( \Phi = 1.11\)
निष्कर्ष:
अभिक्रिया की क्वांटम दक्षता 1.11 है।
Photochemical Reactions Question 15:
B के 10 mM की उपस्थिति में A की प्रतिदीप्ति का शमन 10% होता है। B की अनुपस्थिति में यदि A का प्रतिदीप्ति जीवनकाल 5 ns है, तो B तथा प्रकाश उत्तेजित A के मध्य अन्योंन्यक्रिया के लिए दर नियतांक (M-1 s-1 में) है
Answer (Detailed Solution Below)
Photochemical Reactions Question 15 Detailed Solution
अवधारणा:
समस्या प्रतिदीप्ति शमन का वर्णन करती है, जो तब होती है जब एक शामक (B) एक फ्लोरोफोर (A) की प्रतिदीप्ति तीव्रता को कम करता है। इस घटना का वर्णन करने के लिए स्टर्न-वोल्मर समीकरण का उपयोग किया जाता है:
स्टर्न-वोल्मर समीकरण:
\(\frac{I_0}{I} = 1 + K_{\text{SV}} [B] \)
जहां:
- I0 शामक (B) की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है
- I शामक (B) की उपस्थिति में प्रतिदीप्ति तीव्रता है
- KSV स्टर्न-वोल्मर शमन स्थिरांक है
- B क्वेंचर B की सांद्रता है
- kq द्विआण्विक शमन स्थिरांक है, जो समीकरण द्वारा KSV से संबंधित है:
- \(K_{\text{SV}} = k_q \tau_0\) , जहां \(\tau_0 \) शामक की अनुपस्थिति में प्रतिदीप्ति जीवनकाल है।
व्याख्या:
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प्रतिदीप्ति 10% तक कम हो जाती है, इसलिए:
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\( \frac{I_0}{I} = \frac{100}{90} = 1.11\)
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B की सांद्रता 10 mM = \(10 \times 10^{-3}\) M = ( 0.01 ) M है।
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स्टर्न-वोल्मर समीकरण का उपयोग करके:
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\(1.11 = 1 + K_{\text{SV}} \times 0.01\)
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\( K_{\text{SV}} = \frac{1.11 - 1}{0.01} = \frac{0.11}{0.01} = 11 \, \text{M}^{-1}\)
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शामक की अनुपस्थिति में A का प्रतिदीप्ति जीवनकाल है:
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\( \tau_0 = 5 \, \text{ns} = 5 \times 10^{-9} \, \text{s}\)
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अब, संबंध का उपयोग करके, \(K_{\text{SV}} = k_q \tau_0\)
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\(11 = k_q \times 5 \times 10^{-9}\)
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\(k_q = \frac{11}{5 \times 10^{-9}} = 2.2 \times 10^9 \, \text{M}^{-1} \, \text{s}^{-1}\)
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