रसायन विज्ञान के पाठ

248 पाठ

• अंतराअणुक बल – अंतराअणुक बल अणुओं के बीच के कमज़ोर आकर्षण हैं। समान आकार के अणुओं में कमज़ोर से मज़बूत: लंदन परिक्षेपण < द्विध्रुव–द्विध्रुव < हाइड्रोजन आबंध। बल जितना मज़बूत, गलनांक और क्वथनांक, श्यानता और पृष्ठ तनाव उतने ज़्यादा; यही तय करते हैं कि क्या किसमें घुलेगा।
• अंतरिक्ष तकनीक में नए पदार्थ और ऊर्जा – रॉकेट को भारी गर्मी सहनी होती है, उसे बहुत हल्का पर मज़बूत होना होता है, उसमें अधिक ऊर्जा वाला ईंधन चाहिए और उपग्रह को धूप से बिजली बनानी होती है। इसलिए इंजीनियर ऊष्मा-कवच के लिए ऊँचे गलनांक वाले पदार्थ (टाइटेनियम मिश्रधातु, सिरेमिक), ढाँचे के लिए कम घनत्व और अधिक मज़बूती वाले पदार्थ (ऐल्युमिनियम मिश्रधातु, कार्बन-रेशा मिश्रित पदार्थ) और प्रति किलोग्राम अधिक ऊर्जा वाले ईंधन चुनते हैं, जैसे द्रव हाइड्रोजन (लगभग 120 MJ/kg) के साथ द्रव ऑक्सीजन, जो जलकर केवल भाप देता है। उपग्रह सौर पैनल लेते हैं, जिनकी शक्ति लगभग धूप की तीव्रता × क्षेत्रफल × दक्षता × झुकाव कोण का cos होती है। इस प्रोजेक्ट में तुम एक पदार्थ या ऊर्जा स्रोत पर शोध करते हो, तालिका में तथ्य मिलाते हो, साफ़ ज़रूरत के हिसाब से परखते हो और स्रोतों के साथ अपनी बात रखते हो।
• अंतर्विषयी प्रोजेक्ट: सूक्ष्म वायु-गुणवत्ता स्टेशन – सूक्ष्म वायु-गुणवत्ता स्टेशन एक छोटा डिब्बा है जो हवा नापता है। धूल सेंसर प्रकाश-किरण के बिखरने से बारीक कण (PM2.5) गिनता है। गैस और तापमान सेंसर दूसरी चीज़ें नापते हैं। एक छोटा कंप्यूटर (माइक्रोकंट्रोलर) हर सेंसर को पढ़ता है, संकेत को संख्या में बदलता है, रंग-पट्टी के साथ स्क्रीन पर दिखाता है और सीमा पार होने पर अलार्म बजाता है। अच्छे स्टेशन सही जगह लगते हैं, कैलिब्रेट होते हैं और समय के औसत से पढ़े जाते हैं।
• अकार्बनिक यौगिकों के नाम और सूत्र लिखना – हर यौगिक का एक सूत्र और एक नाम होता है, जो तय नियमों से बनते हैं। आयनों पर आवेश होता है: धातुएँ धनायन और अधातुएँ ऋणायन बनाती हैं। यौगिक का कुल आवेश शून्य होना चाहिए, इसलिए आयनों की संख्या ऐसी लेते हैं कि आवेश कट जाए (क्रॉस नियम: आवेश की संख्याएँ आपस में बदल दीजिए)। नाम में पहले धातु, फिर अधातु जिसके अंत में -ाइड लगता है (सोडियम क्लोराइड)। सल्फ़ेट, नाइट्रेट, हाइड्रॉक्साइड जैसे समूहों के अपने नाम होते हैं और एक से ज़्यादा हों तो कोष्ठक लगता है। आयरन(III) जैसे नामों में रोमन अंक आवेश बताता है, और CO₂ जैसे अणुओं में उपसर्ग (मोनो, डाइ, ट्राइ) लगते हैं।
• अक्रिस्टलीय पदार्थ: ऑक्साइड काँच और काँच-सिरेमिक – अक्रिस्टलीय ठोस में दोहराता पैटर्न नहीं होता। ऑक्साइड काँच कोने साझा करते SiO₄ खंडों का बेतरतीब जाल है (जाल-निर्माता)। सोडा (Na₂O) और चूना (CaO) संशोधक हैं: वे कड़ियाँ तोड़ते हैं और नरम होने का तापमान घटाते हैं। काँच का तीखा गलनांक नहीं होता; वह काँच संक्रमण में धीरे-धीरे नरम होता है। काँच-सिरेमिक वह काँच है जिसे नियंत्रित ढंग से गर्म करके उसके भीतर लाखों छोटे क्रिस्टल उगाए जाते हैं, जिससे मज़बूती और कम ऊष्मीय प्रसार मिलता है।
• अणुसंख्य गुणधर्म: कणों की गिनती, उनकी किस्म नहीं – अणुसंख्य गुणधर्म सिर्फ़ इस पर निर्भर हैं कि विलयन में विलेय के कितने कण हैं, वे कौन-से हैं इस पर नहीं। चार हैं: वाष्प दाब का आपेक्षिक अवनमन (Δp/p° = x₂), क्वथनांक उन्नयन (ΔTb = Kb·m), हिमांक अवनमन (ΔTf = Kf·m) और परासरण दाब (π = CRT)। इनसे मोलर द्रव्यमान निकालते हैं। जो लवण आयनों में टूटते हैं (NaCl) या जो अणु जोड़े बनाते हैं (बेंज़ीन में एसिटिक अम्ल), वे असामान्य मोलर द्रव्यमान देते हैं, जिसे वान्ट हॉफ़ गुणक i से ठीक करते हैं।
• अधातुएँ और उनकी अभिक्रियाएँ – अधातुएँ हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, सल्फर, क्लोरीन जैसे तत्व हैं। ये प्रायः फीकी, भंगुर और कुचालक होती हैं। आपस में ये इलेक्ट्रॉन साझा करती हैं (सहसंयोजक बंध), इसलिए हाइड्रोजन से HCl, H₂O, NH₃, CH₄, H₂S बनते हैं। धातुओं के साथ क्लोरीन और सल्फर इलेक्ट्रॉन लेकर आयनिक लवण (NaCl, MgCl₂, Na₂S, FeS) बनाते हैं।
• अनुप्रयुक्त रसायन: रसायनज्ञ कैसे जाँचते और उपयोग करते हैं – अनुप्रयुक्त रसायन असली कामों में रसायन का उपयोग है: नमूने में क्या है यह पता करना, गुणवत्ता जाँचना, काम के पदार्थ बनाना और जीवित कोशिकाओं से सफ़ाई या इलाज करना। रसायनज्ञ एक छोटा, निष्पक्ष नमूना लेते हैं, उसे ठीक-ठीक नापते हैं (अनुमापन, क्रोमैटोग्राफी) और नतीजे से तय करते हैं कि चीज़ अच्छी और सुरक्षित है या नहीं।
• अनुमापन (Titration): अनजान सांद्रता कैसे पता करें – अनुमापन से किसी विलयन की अनजान सांद्रता निकाली जाती है। ज्ञात सांद्रता वाला विलयन (अनुमापक, titrant) ब्यूरेट से धीरे-धीरे अनजान विलयन (analyte) में डाला जाता है, जब तक अभिक्रिया ठीक पूरी न हो जाए। सूचक या मीटर यह पल दिखाता है। तुल्यता बिंदु पर मोल समीकरण के अनुपात में होते हैं; 1 : 1 अभिक्रिया के लिए C₁V₁ = C₂V₂।
• अपचयोपचय अभिक्रियाएँ और इलेक्ट्रोड प्रक्रम – अगर ऑक्सीकरण वाला आधा और अपचयन वाला आधा अलग-अलग बीकर में रखें और तार व लवण सेतु से जोड़ें, तो इलेक्ट्रॉन तार से होकर जाते हैं। यही सेल है। अपने आयनों के घोल में रखी हर धातु एक इलेक्ट्रोड है जिसका अपना विभव है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को 0.00 V माना जाता है। मानक विभव के क्रम में लगाने पर विद्युत-रासायनिक श्रेणी बनती है, और E°सेल = E°(कैथोड) − E°(ऐनोड)।
• अपचयोपचय अभिक्रियाएँ: ऑक्सीजन से इलेक्ट्रॉन तक – पहले ऑक्सीकरण का मतलब था ऑक्सीजन जुड़ना या हाइड्रोजन हटना। अपचयन इसका उल्टा था। आज हम बड़ा विचार लेते हैं: इलेक्ट्रॉन खोना ऑक्सीकरण है और इलेक्ट्रॉन पाना अपचयन। दोनों हमेशा साथ होते हैं, इसलिए इन्हें अपचयोपचय (रेडॉक्स) अभिक्रिया कहते हैं। ज़्यादा सक्रिय धातु कम सक्रिय धातु के आयन को इलेक्ट्रॉन देती है।
• अभिक्रिया की दर – अभिक्रिया की दर बताती है कि अभिकारक कितनी जल्दी ख़र्च होते हैं या उत्पाद कितनी जल्दी बनते हैं। दर = मात्रा में परिवर्तन ÷ समय। कण तभी अभिक्रिया करते हैं जब वे कम से कम सक्रियण ऊर्जा से टकराएँ। ज़्यादा बार और ज़्यादा ऊर्जा वाली टक्करें = तेज़ दर। सांद्रता (या गैस का दाब), ताप, पृष्ठ क्षेत्रफल बढ़ाने या उत्प्रेरक डालने से अभिक्रिया तेज़ होती है। उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा वाला रास्ता देता है और ख़ुद ख़र्च नहीं होता।
• अम्ल और क्षारक: गुण, सूचक और अभिक्रियाएँ – अम्ल पानी में H⁺ आयन देता है और क्षारक OH⁻ आयन। सूचक रंग या गंध बदलकर बताता है कि कौन मौजूद है। H⁺ और OH⁻ मिलकर पानी बनाते हैं और पीछे लवण बच जाता है।
• अम्ल, क्षारक, लवण और अनुमापन – ज़्यादातर अकार्बनिक यौगिक चार वर्गों में आते हैं: ऑक्साइड, अम्ल, क्षारक और लवण। ये आपस में जुड़े हैं: धातु से क्षारीय ऑक्साइड, ऑक्साइड से क्षारक, और क्षारक + अम्ल से लवण और पानी। अनुमापन (titration) इसी उदासीनीकरण से अज्ञात सांद्रता नापता है: ब्यूरेट से ज्ञात सांद्रता का क्षारक तब तक डालते हैं जब तक सारा अम्ल खत्म न हो जाए (तुल्यता बिंदु)। 1 : 1 अभिक्रिया के लिए C₁V₁ = C₂V₂।
• अवस्था परिवर्तन: गुप्त ऊष्मा, वाष्प दाब और प्रावस्था आरेख – अवस्था परिवर्तन में पदार्थ ठोस, द्रव और गैस के बीच बदलता है। बदलते समय तापमान वही रहता है; लगी ऊष्मा गुप्त ऊष्मा है (Q = m × L)। द्रव तब उबलता है जब उसका वाष्प दाब बाहर के दाब के बराबर हो जाए, इसलिए कम दाब पर क्वथनांक घटता है। प्रावस्था आरेख हर तापमान और दाब पर अवस्था दिखाता है; इसकी रेखाएँ त्रिक बिंदु पर मिलती हैं और द्रव-गैस रेखा क्रांतिक बिंदु पर ख़त्म होती है।
• आग-रोधी पदार्थ (रिफ्रैक्टरी) – रिफ्रैक्टरी गर्मी-रोधी सेरामिक पदार्थ हैं जो बहुत ऊँचे तापमान पर भी अपना आकार और मज़बूती बनाए रखते हैं। ये इस्पात, सीमेंट, काँच और सेरामिक की भट्ठियों के अस्तर में लगते हैं। मुख्य प्रकार: आग-मिट्टी, उच्च-एल्युमिना, सिलिका और मैग्नीशिया ईंटें, और बिना आकार वाले कास्टेबल। ईंट गर्मी और धातुमल (स्लैग) देखकर चुनो।
• आणविक मॉडलिंग: अणुओं को 3D में देखना – आणविक मॉडल अणु की एक छोटी नकल है जिसे हम देख और घुमा सकते हैं। बॉल-स्टिक मॉडल आबंध और कोण दिखाता है, स्पेस-फ़िलिंग मॉडल आकार दिखाता है, और कंप्यूटर मॉडल यह भी दिखा सकते हैं कि अभिक्रिया कदम-दर-कदम कैसे होती है। मॉडल से हम अणु का आकार और अभिक्रिया की क्रियाविधि समझ सकते हैं।
• आण्विक कक्षक सिद्धांत – आण्विक कक्षक (MO) सिद्धांत में जुड़ने वाले परमाणुओं के परमाणु कक्षक मिलकर आण्विक कक्षक बनाते हैं, जो पूरे अणु के होते हैं। LCAO से दो परमाणु कक्षक जोड़ने पर कम ऊर्जा वाला आबंधी MO और घटाने पर ज़्यादा ऊर्जा वाला प्रतिआबंधी MO बनता है। इलेक्ट्रॉन आउफ़बाऊ, पाउली और हुंड नियम से भरते हैं। आबंध कोटि = ½ (Nb − Na)। धनात्मक आबंध कोटि = अणु का अस्तित्व; अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = अनुचुंबकीय। यह सिद्धांत बताता है कि He₂ क्यों नहीं बनता और O₂ अनुचुंबकीय क्यों है।
• आदर्श गैस समीकरण: PV = nRT – बॉयल (P ∝ 1/V), चार्ल्स (V ∝ T) और आवोगाद्रो (V ∝ n) मिलकर एक नियम बनाते हैं: PV = nRT, जहाँ R = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹। ताप हमेशा केल्विन में। इससे मोलर द्रव्यमान M = dRT/P भी निकलता है। कम दाब और ऊँचे ताप पर वास्तविक गैसें इस नियम को मानती हैं; ऊँचे दाब या कम ताप पर विचलन होता है, जिसे Z = PV/nRT से नापते हैं।
• आबंध प्राचल, अनुनाद और ध्रुवता – सहसंयोजी आबंध को चार संख्याएँ बताती हैं: आबंध लंबाई (नाभिकों के बीच दूरी), आबंध कोण (किसी परमाणु पर दो आबंधों के बीच कोण), आबंध एन्थैल्पी (1 मोल आबंध तोड़ने की ऊर्जा) और आबंध कोटि (साझा युग्मों की संख्या)। ज़्यादा आबंध कोटि = छोटा और मज़बूत आबंध। जब एक लुईस संरचना काफ़ी न हो, तो असली अणु कई संरचनाओं का अनुनाद संकर होता है। असमान बँटवारा आबंध को ध्रुवीय बनाता है; द्विध्रुव आघूर्ण μ = q × d इसे मापता है, और अणु की आकृति तय करती है कि द्विध्रुव कटेंगे या जुड़ेंगे।
• आयनिक यौगिक: धातु और अधातु कैसे अभिक्रिया करते हैं – धातु का परमाणु अपने बाहरी इलेक्ट्रॉन अधातु के परमाणु को दे देता है ताकि दोनों का बाहरी कोश पूरा (अष्टक) हो जाए। धातु धनायन बनती है, अधातु ऋणायन, और दोनों के बीच का प्रबल आकर्षण आयनिक (वैद्युत संयोजी) बंध है। आयनिक यौगिक कठोर क्रिस्टलीय ठोस होते हैं, उच्च गलनांक वाले, पानी में घुलनशील, और केवल पिघली या घुली अवस्था में विद्युत चालक।
• आयनिक समीकरण और आयन-विनिमय अभिक्रियाएँ – लवण, प्रबल अम्ल और क्षार पानी में आयनों में टूट जाते हैं: ये विद्युत अपघट्य हैं। दो ऐसे विलयन मिलाने पर अभिक्रिया तभी होती है जब कुछ आयन अवक्षेप, गैस या जल बनकर विलयन से निकल जाएँ। पूर्ण आयनिक समीकरण हर आयन दिखाता है; न बदलने वाले (दर्शक) आयन काटने पर नेट आयनिक समीकरण मिलता है, जैसे Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓। दोनों ओर परमाणु और आवेश बराबर होने चाहिए।
• आयनिक साम्य: अम्ल, क्षारक, आयनन और pH – अम्ल और क्षारक की तीन परिभाषाएँ हैं: आरेनियस (पानी में H⁺ या OH⁻ देना), ब्रॉन्स्टेड–लोरी (प्रोटॉन दाता या ग्राही) और लुइस (इलेक्ट्रॉन-युग्म ग्राही या दाता)। प्रबल अम्ल-क्षारक पूरे आयनित होते हैं; दुर्बल थोड़े, और उनका साम्य Ka या Kb से लिखा जाता है। पानी भी थोड़ा आयनित होता है: 25 °C पर Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴। pH = −log[H⁺], pH + pOH = 14। दुर्बल वैद्युत-अपघट्य के लिए α ≈ √(K/C), यानी तनु करने पर α बढ़ता है (ओस्टवाल्ड तनुता नियम)। संयुग्मी युग्म के लिए Ka × Kb = Kw। दुर्बल अम्ल या क्षारक से बने लवण पानी से क्रिया करते हैं (जल-अपघटन)।
• आयनों की पहचान: ज्वाला परीक्षण, हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप, ऋणायन जाँच और ज्वाला उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी – आयनिक यौगिक में एक धनायन (धातु आयन) और एक ऋणायन होता है। दोनों की अलग जाँच होती है। ज्वाला परीक्षण में रंग से धातु पहचानते हैं: लिथियम गहरा लाल, सोडियम पीला, पोटैशियम हल्का बैंगनी, कैल्शियम नारंगी-लाल, कॉपर हरा। सोडियम हाइड्रॉक्साइड से रंगीन अवक्षेप: Cu²⁺ नीला, Fe²⁺ हरा, Fe³⁺ भूरा, Al³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ सफ़ेद (सिर्फ़ Al(OH)₃ अधिक NaOH में घुलता है)। कार्बोनेट अम्ल से बुलबुले देता है और गैस चूने के पानी को दूधिया करती है। हैलाइड + अम्लीय सिल्वर नाइट्रेट: क्लोराइड सफ़ेद, ब्रोमाइड क्रीम, आयोडाइड पीला। सल्फेट + अम्लीय बेरियम क्लोराइड: सफ़ेद अवक्षेप। मशीनें (ज्वाला उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी) तेज़, संवेदनशील हैं और मात्रा भी बताती हैं।
• आवर्त 3 के तत्व और उनके ऑक्साइड – आवर्त 3 (Na, Mg, Al, Si, P, S) के तत्व ऑक्सीजन में जलकर ऑक्साइड बनाते हैं। बाएँ से दाएँ ऑक्साइड आयनिक (Na₂O, MgO, Al₂O₃) से विशाल सहसंयोजी (SiO₂) और फिर छोटे अणु (P₄O₁₀, SO₂, SO₃) बन जाते हैं। यही संरचना उनका गलनांक और पानी, अम्ल व क्षार से व्यवहार तय करती है: बाएँ क्षारीय, बीच में उभयधर्मी Al₂O₃, दाएँ अम्लीय।
• आवर्त सारणी: वर्ग, आवर्त और प्रवृत्तियाँ – आवर्त सारणी में तत्व परमाणु क्रमांक (प्रोटॉन की संख्या) के क्रम में रखे जाते हैं। पंक्तियाँ आवर्त हैं; स्तंभ वर्ग (समूह) हैं। एक वर्ग के तत्वों में बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉन बराबर होते हैं, इसलिए वे मिलती-जुलती अभिक्रिया करते हैं। मेंडलीफ़ ने शुरुआती सारणी बनाई, अज्ञात तत्वों के लिए खाली जगह छोड़ी और उनके गुण बताए। धातुएँ बाईं ओर और नीचे, अधातुएँ दाईं ओर और ऊपर। वर्ग 0 की उत्कृष्ट गैसों का बाहरी कोश भरा होता है, इसलिए वे अक्रियाशील हैं। वर्ग 1 की क्षार धातुएँ नीचे जाने पर ज़्यादा क्रियाशील होती हैं। वर्ग 7 (कई देशों में वर्ग 17) के हैलोजन नीचे जाने पर कम क्रियाशील होते हैं।
• आवोगाद्रो का नियम: बराबर आयतन, बराबर अणु – आवोगाद्रो का नियम: एक ही ताप और दाब पर, सभी गैसों के बराबर आयतन में अणुओं की संख्या बराबर होती है। इसलिए आयतन मोलों की संख्या के समानुपाती है: V ∝ n, यानी V₁/n₁ = V₂/n₂। STP (0 °C, 101.3 kPa) पर किसी भी गैस का 1 मोल 22.4 L लेता है (मोलर आयतन Vm)। काम के सूत्र: n = V ÷ Vm, N = n × 6.02 × 10²³, m = n × M। बराबर आयतन का द्रव्यमान अलग होता है, इसलिए सापेक्ष घनत्व D = M₁ ÷ M₂ (हाइड्रोजन के सापेक्ष M ÷ 2, हवा के सापेक्ष M ÷ 29)। गैस अभिक्रियाओं में आयतन समीकरण के गुणांकों के अनुपात में होते हैं (2H₂ + O₂ → 2H₂O: 2 : 1 : 2)।
• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और s, p, d, f ब्लॉक – आवर्त सारणी असल में इलेक्ट्रॉन-भरने का नक्शा है। आवर्त संख्या = विन्यास में सबसे बड़ा n। ब्लॉक = वह उपकोश जिसमें आख़िरी इलेक्ट्रॉन गया: s-ब्लॉक (वर्ग 1–2, ns¹⁻²), p-ब्लॉक (वर्ग 13–18, ns² np¹⁻⁶), d-ब्लॉक (वर्ग 3–12, (n−1)d¹⁻¹⁰ ns⁰⁻²), f-ब्लॉक (लैन्थेनॉयड, ऐक्टिनॉयड, (n−2)f¹⁻¹⁴ (n−1)d⁰⁻¹ ns²)। वर्ग: s-ब्लॉक = ns इलेक्ट्रॉन; p-ब्लॉक = 10 + ns + np; d-ब्लॉक = ns + (n−1)d।
• ईंधन और स्नेहक (चिकनाई तेल) – जहाज़ के इंजन ईंधन तेल जलाते हैं: गाढ़ा और सस्ता भारी ईंधन तेल (HFO), जिसे गर्म और साफ़ करना पड़ता है, या पतले आसुत ईंधन जैसे समुद्री डीज़ल (MDO) और गैस तेल (MGO)। ईंधन के मुख्य गुण हैं: ऊष्मीय मान, श्यानता (गाढ़ापन), फ़्लैश पॉइंट और सल्फ़र। चिकनाई तेल चलते धातु के भागों के बीच पतली परत बनाता है। यह परत घर्षण और घिसाई घटाती है, गर्मी ले जाती है, सफ़ाई करती है, सील करती है और जंग से बचाती है। तेल गर्म होकर पतला और ठंडा होकर गाढ़ा हो जाता है, इसलिए ईंधन और चिकनाई तेल दोनों में तापमान मायने रखता है।
• ईंधन, भट्ठी, पकाना और पिघलाना – ईंधन ऑक्सीजन के साथ जलकर गर्मी देता है। भट्ठी (किल्न) उस गर्मी को रोकती है ताकि सामान 1000 से 1400 °C पर पक सके, जहाँ कण जुड़ते हैं (सिंटरिंग) और टुकड़ा कड़ा हो जाता है। काँच का मिश्रण पिघलने के लिए लगभग 1500 °C चाहिए। ईंधन तय करता है कि कितना तापमान मिल सकता है।
• ईथर – ईथर में एक ऑक्सीजन दो कार्बन समूहों को जोड़ता है: R–O–R′। नाम: ऐल्कॉक्सीऐल्केन (छोटा समूह ऐल्कॉक्सी बनता है)। बनाने के तरीके: प्राथमिक ऐल्कोहॉल का सांद्र H₂SO₄ के साथ 413 K पर निर्जलीकरण (सममित ईथर), या विलियमसन संश्लेषण: सोडियम ऐल्कॉक्साइड + प्राथमिक ऐल्किल हैलाइड (SN2)। ईथर आपस में H-बंध नहीं बनाते, इसलिए क्वथनांक कम (ऐल्केन जैसा), पर पानी से H-बंध बनाकर छोटे ईथर थोड़ा घुलते हैं। HI, C–O बंध तोड़ता है: छोटा समूह ऐल्किल आयोडाइड बनता है (SN2), तृतीयक समूह SN1 से; ऐनिसोल से फ़ीनॉल + CH₃I। ऐनिसोल का –OCH₃ वलय पर ऑर्थो-पैरा प्रतिस्थापन कराता है।
• उच्च-ताप अभिक्रियाएँ – गर्मी से परमाणु ज़्यादा काँपते हैं, इसलिए कुछ नई जगह कूद जाते हैं। यह चलना (विसरण) दो ठोसों को उनके संपर्क पर अभिक्रिया करने देता है, और उत्पाद की परत धीरे-धीरे मोटी होती है। गलनांक पर ठोस द्रव बनता है; ठंडा होने पर क्रिस्टल के केंद्रक बनते हैं और बढ़ते हैं। भट्ठी में ऑक्सीजन जुड़ सकती है (ऑक्सीकरण) या कार्बन या हाइड्रोजन से हट सकती है (अपचयन), और इससे उत्पाद बदलता है।
• उत्प्रेरक: बिना ख़र्च हुए अभिक्रिया तेज़ करना – उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो रासायनिक अभिक्रिया को तेज़ करता है पर ख़ुद ख़र्च नहीं होता; अंत में उसका द्रव्यमान और रासायनिक स्वभाव वही रहता है। यह अभिक्रिया को कम सक्रियण ऊर्जा वाला दूसरा रास्ता देता है। मैंगनीज़ डाइऑक्साइड हाइड्रोजन परॉक्साइड को पानी और ऑक्सीजन में तेज़ी से तोड़ता है। एंज़ाइम जीवों के उत्प्रेरक हैं।
• उद्योग, पर्यावरण और शरीर में कार्बनिक उत्पाद – कार्बनिक यौगिकों से प्लास्टिक, रेशे, ईंधन, दवाएँ और विलायक बनते हैं। फ्रीऑन (CFC) जैसे कुछ हैलोजन उत्पाद समताप मंडल पहुँचकर ओज़ोन नष्ट करते हैं, क्योंकि एक क्लोरीन परमाणु हज़ारों ओज़ोन अणु तोड़ सकता है। शरीर में जल-अपघटन बड़े भोजन-अणुओं को काटता है और ग्लूकोज़ का ऑक्सीकरण ऊर्जा देता है। प्रोटीन प्राथमिक, द्वितीयक और तृतीयक संरचना में मुड़ते हैं, और यही आकार एंज़ाइमों को अभिक्रिया तेज़ करने और हॉर्मोनों को संदेश ले जाने देता है।
• उन्नत रसायन: संरचना, गुण, ऊर्जा और साम्य – उन्नत रसायन चार बड़े विचार जोड़ता है। संरचना: परमाणु तय आकार में जुड़ते हैं। गुण: आकार और आवेश का बँटवारा गलनांक, घुलनशीलता आदि तय करते हैं। ऊर्जा: अभिक्रिया को धक्का (सक्रियण ऊर्जा) चाहिए और वह ऊष्मा छोड़ती या लेती है। साम्य: उत्क्रमणीय अभिक्रिया वहाँ ठहरती है जहाँ आगे और पीछे की दर बराबर हो।
• उप-परमाणुक कण और परमाणु के शुरुआती मॉडल – परमाणु तीन मुख्य कणों से बना है। इलेक्ट्रॉन (आवेश −1, बहुत हल्का) कैथोड किरण नली से मिला। प्रोटॉन (आवेश +1, इलेक्ट्रॉन से लगभग 1836 गुना भारी) कैनाल किरणों से मिला। न्यूट्रॉन (कोई आवेश नहीं, द्रव्यमान लगभग प्रोटॉन जितना) 1932 में चैडविक ने खोजा। टॉमसन ने परमाणु को धन आवेश का गोला माना जिसमें इलेक्ट्रॉन धँसे हैं। रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी पर अल्फा कण मारकर बीच में छोटा, भारी, धनावेशित नाभिक खोजा। परमाणु क्रमांक Z = प्रोटॉन की संख्या; द्रव्यमान संख्या A = प्रोटॉन + न्यूट्रॉन। रदरफोर्ड मॉडल परमाणु का स्थायित्व और रेखा स्पेक्ट्रम नहीं समझा पाया, इसलिए बोर मॉडल आया।
• उपचयन और अपचयन: संक्षारण और विकृतगंधिता – ऑक्सीजन पाना (या हाइड्रोजन खोना) उपचयन है; ऑक्सीजन खोना (या हाइड्रोजन पाना) अपचयन है। दोनों साथ-साथ होते हैं, इसलिए इन्हें रेडॉक्स अभिक्रिया कहते हैं। ऑक्सीजन देने वाला उपचायक, लेने वाला अपचायक। रोज़मर्रा में उपचयन से संक्षारण (जैसे लोहे पर जंग) और विकृतगंधिता (तेल-घी वाले खाने का बासी होना) होते हैं।
• उपसहसंयोजन यौगिक: वर्नर का सिद्धांत, मुख्य पद और IUPAC नाम – उपसहसंयोजन यौगिक में बीच में एक धातु परमाणु या आयन होता है, जिससे कुछ तय संख्या में आयन या अणु जुड़े रहते हैं। इन्हें लिगैंड कहते हैं। हर लिगैंड धातु को एक इलेक्ट्रॉन-युग्म देता है। धातु और उसके लिगैंड मिलकर बड़े कोष्ठक [ ] में रहते हैं — यही उपसहसंयोजन क्षेत्र है। धातु से सीधे जुड़े दाता परमाणुओं की गिनती उपसहसंयोजन संख्या है। वर्नर ने बताया कि धातु की दो संयोजकताएँ होती हैं: प्राथमिक (आयनित होने वाली, कोष्ठक के बाहर) और द्वितीयक (स्थिर, कोष्ठक के अंदर)।
• उपसहसंयोजन यौगिकों में आबंधन: VBT, क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत और धातु कार्बोनिल – संयोजकता आबंध सिद्धांत (VBT) कहता है कि धातु अपने खाली कक्षकों को मिलाकर संकर कक्षक (जैसे d²sp³ या sp³d²) बनाती है, जो लिगैंड के इलेक्ट्रॉन-युग्म लेते हैं; इससे आकार और चुंबकत्व पता चलता है। क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत (CFT) लिगैंड को ऋण आवेश मानता है जो कुछ d कक्षकों को ज़्यादा ऊपर धकेलते हैं: अष्टफलक में 5 d कक्षक t₂g (नीचे) और e_g (ऊपर) में Δo के अंतर से बँटते हैं। प्रबल लिगैंड Δo बड़ा करते हैं और इलेक्ट्रॉन जोड़े बनाते हैं (निम्न चक्रण)। प्रकाश सोखकर इलेक्ट्रॉन Δo पार करे तो रंग दिखता है। धातु कार्बोनिल में CO σ युग्म देता है और π इलेक्ट्रॉन वापस लेता है (सहक्रियाशील आबंधन)।
• उपसहसंयोजन यौगिकों में समावयवता – समावयवी (isomers) का सूत्र एक होता है पर परमाणुओं की व्यवस्था अलग। संरचनात्मक समावयवियों में बंध ही अलग होते हैं: आयनन, बंधनी, उपसहसंयोजन और विलायकयोजन। त्रिविम समावयवियों में बंध वही रहते हैं, बस अंतरिक्ष में जगह बदलती है: ज्यामितीय (सिस-ट्रांस, fac-mer) और ध्रुवण (ऐसे दर्पण प्रतिबिंब जो एक-दूसरे पर नहीं बैठते)।
• उर्वरक, मिट्टी की अम्लता और पोषक तत्व – पौधे मिट्टी से नाइट्रोजन (N), फ़ॉस्फ़ोरस (P) और पोटैशियम (K) लेते हैं। उर्वरक इन्हें वापस जोड़ते हैं: N पत्तियों के लिए, P जड़ों और फूलों के लिए, K मज़बूत तने और फल के लिए। अम्लीय मिट्टी में पोषक तत्व बँध जाते हैं, इसलिए चूना pH बढ़ाता है। सबसे कम तत्व वृद्धि को रोकता है और ज़्यादा उर्वरक पौधे को जलाता व पानी को प्रदूषित करता है। अकार्बनिक वर्ग जुड़े हैं: धातु से क्षारकीय ऑक्साइड, क्षार, लवण; अधातु से अम्लीय ऑक्साइड, अम्ल, लवण।
• ऊर्जा और उद्योग: स्रोत, CO2 और जीवन-चक्र – कारख़ानों को ऊर्जा चाहिए। यह जीवाश्म ईंधन, परमाणु, पन-बिजली, पवन और सौर से आती है। किसी स्रोत को परखने के लिए प्रति kWh CO2, भरोसा, लागत और दूसरे असर की तुलना करते हैं। जीवन-चक्र किसी उत्पाद को कच्चे माल से बनाने, उपयोग, फेंकने और पुनर्चक्रण तक देखता है, क्योंकि हर पड़ाव पर ऊर्जा लगती है और कचरा बनता है।
• ऊष्माक्षेपी और ऊष्माशोषी अभिक्रियाएँ – हर अभिक्रिया में ऊर्जा संरक्षित रहती है; वह सिर्फ़ रसायनों और परिवेश के बीच आती-जाती है। ऊष्माक्षेपी (exothermic) अभिक्रिया परिवेश को ऊर्जा देती है, तापमान बढ़ता है (जलना, उदासीनीकरण, श्वसन, हैंड वॉर्मर)। ऊष्माशोषी (endothermic) अभिक्रिया ऊर्जा लेती है, तापमान गिरता है (ऊष्मीय वियोजन, सिट्रिक अम्ल + सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट, प्रकाश-संश्लेषण, कोल्ड पैक)। अभिक्रिया प्रोफ़ाइल अभिकारक, उत्पाद और सक्रियण ऊर्जा दिखाती है। बंध तोड़ने में ऊर्जा लगती है, बनाने में निकलती है। ΔH = तोड़ने की ऊर्जा − बनाने में निकली ऊर्जा; ऋणात्मक हो तो ऊष्माक्षेपी।
• ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम: निकाय, ऊष्मा, कार्य और ΔU – ऊष्मागतिकी ऊर्जा का हिसाब रखती है। जिस भाग को हम पढ़ते हैं वह निकाय है, बाकी सब परिवेश, और दोनों के बीच की दीवार परिसीमा। निकाय खुला, बंद या विलगित हो सकता है। आंतरिक ऊर्जा U निकाय में भरी कुल ऊर्जा है। यह केवल दो तरह से बदलती है: ऊष्मा q से या कार्य w से। प्रथम नियम: ΔU = q + w (IUPAC नियम: निकाय में आने वाली ऊर्जा धनात्मक)। U अवस्था फलन है; q और w पथ फलन हैं। स्थिर बाहरी दाब पर प्रसार में w = −p_ext ΔV; आदर्श गैस के उत्क्रमणीय समतापी प्रसार में w = −2.303 nRT log(V₂/V₁)।
• एन्थैल्पी, कैलोरीमिति और हेस का नियम – एन्थैल्पी H = U + pV। स्थिर दाब पर ली या दी गई ऊष्मा ΔH के बराबर होती है; स्थिर आयतन पर ΔU के बराबर। ΔU को बंद बम कैलोरीमीटर में और ΔH को खुले कप कैलोरीमीटर में मापते हैं: q = CΔT या q = mcΔT। गैसों के लिए ΔH = ΔU + Δn_g RT। ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया में ΔrH ऋणात्मक, ऊष्माशोषी में धनात्मक; ΔrH° = ΣΔfH°(उत्पाद) − ΣΔfH°(अभिकारक)। हेस का नियम: अभिक्रिया एक चरण में हो या कई में, कुल एन्थैल्पी परिवर्तन एक ही रहता है, इसलिए ऊष्मारासायनिक समीकरणों को बीजगणित की तरह जोड़ सकते हैं।
• एल्युमिनियम और उसका उभयधर्मी ऑक्साइड व हाइड्रॉक्साइड – एल्युमिनियम (Al, परमाणु क्रमांक 13) हल्की, चाँदी जैसी धातु है। इसके 3 बाहरी इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए यह Al³⁺ बनाती है। हवा में इस पर Al₂O₃ की पतली मज़बूत परत जम जाती है जो इसे बचाती है। Al₂O₃ और Al(OH)₃ दोनों उभयधर्मी हैं: अम्ल के साथ एल्युमिनियम लवण और प्रबल क्षार के साथ एल्युमिनेट लवण बनाते हैं। धातु भी तनु अम्ल और गर्म क्षार दोनों से हाइड्रोजन देती है।
• एस्टर: अम्ल और ऐल्कोहॉल से बने खुशबूदार यौगिक – जब कार्बोक्सिलिक अम्ल ऐल्कोहॉल से अभिक्रिया करता है तो एस्टर बनता है: अम्ल + ऐल्कोहॉल ⇌ एस्टर + पानी। अम्ल –OH देता है, ऐल्कोहॉल H देता है और एस्टर बंध –COO– दोनों भागों को जोड़ता है। सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल उत्प्रेरक है और पानी भी सोखता है। एस्टर फल जैसी गंध वाले होते हैं और खुशबू, स्वाद व विलायक में काम आते हैं। पानी एस्टर को वापस तोड़ता है (जल-अपघटन); क्षार के साथ इसे साबुनीकरण कहते हैं। वसा और तेल ग्लिसरॉल और तीन वसा अम्लों के एस्टर हैं; NaOH के साथ उबालने पर साबुन और ग्लिसरॉल बनते हैं।
• ऐमीन: संरचना, नामकरण, बनाना, क्षारकता और अभिक्रियाएँ – ऐमीन यानी अमोनिया, जिसके एक, दो या तीन H की जगह कार्बन समूह लग गए। N पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म बचा रहता है, इसलिए ऐमीन क्षार हैं। N पर लगे C गिनो: 1, 2 या 3 → प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक। बनाने के तरीके: नाइट्रो, नाइट्राइल या एमाइड का अपचयन, ऐल्किल हैलाइड + NH₃, गैब्रिएल (केवल 1°), हॉफमान ब्रोमेमाइड (एक C कम)। ऐल्किल समूह क्षारकता बढ़ाते हैं; ऐनिलीन का वलय घटाता है। मुख्य अभिक्रियाएँ: अम्ल से लवण, ऐसीटिलन, कार्बिलऐमीन परीक्षण, हिन्सबर्ग परीक्षण, नाइट्रस अम्ल और ऐनिलीन के वलय पर प्रतिस्थापन।
• ऐल्काइन – ऐल्काइन में C≡C त्रि-आबंध होता है; सूत्र CₙH₂ₙ₋₂। त्रि-आबंध के दोनों कार्बन sp संकरित हैं, इसलिए अणु सीधी रेखा है। त्रि-आबंध वाले कार्बन पर लगा H हल्का अम्लीय है, क्योंकि sp कार्बन इलेक्ट्रॉनों को कसकर पकड़ता है: NaNH₂ जैसे प्रबल क्षारक उसे हटा देते हैं। त्रि-आबंध दो बार खुल सकता है, इसलिए ऐल्काइन H₂, X₂ या HX के दो अणु जोड़ते हैं। पानी (Hg²⁺ उत्प्रेरक) से ऐल्डिहाइड या कीटोन बनते हैं, और तीन एथाइन जुड़कर बेंज़ीन बनाते हैं।
• ऐल्कीन – ऐल्कीन वे हाइड्रोकार्बन हैं जिनमें एक C=C द्वि-आबंध होता है; सूत्र CₙH₂ₙ। द्वि-आबंध = एक σ + एक π आबंध, इसलिए उसके आसपास अणु चपटा है और घूम नहीं सकता। इसी से समपक्ष (cis) और विपक्ष (trans) समावयवी बनते हैं। ऐल्कीन छोटे अणु (H₂O, HX, X₂) हटाकर या ऐल्काइन में आंशिक H₂ जोड़कर बनते हैं। ये मुख्य रूप से योगज अभिक्रियाएँ करते हैं: H₂, X₂, HX (मारकोनीकॉफ़ नियम, या परॉक्साइड के साथ उल्टा), पानी, ओज़ोन, KMnO₄ और बहुलकीकरण।
• ऐल्केन – ऐल्केन ऐसे हाइड्रोकार्बन हैं जिनमें केवल एकल C–C आबंध होते हैं। इनका सामान्य सूत्र CnH2n+2 है। इन्हें ऐल्कीन में हाइड्रोजन जोड़कर, वुर्ट्ज़ अभिक्रिया से, ऐल्किल हैलाइड के अपचयन से और विकार्बोक्सिलन से बनाते हैं। ये अध्रुवीय होते हैं, जलने पर बहुत ऊष्मा देते हैं और प्रकाश में H की जगह Cl ले लेते हैं। C–C आबंध के चारों ओर घूमने से सांतरित और ग्रहणित आकार बनते हैं, जिन्हें संरूपण कहते हैं।
• ऐल्कोहॉल – ऐल्कोहॉल वह कार्बनिक यौगिक है जिसमें –OH समूह एक sp³ कार्बन पर लगा हो (R–OH)। –OH वाले कार्बन पर जुड़े कार्बन गिनकर इसे प्राथमिक (1°), द्वितीयक (2°) या तृतीयक (3°) कहते हैं। नाम: ऐल्केन का 'e' हटाकर 'ऑल' (ol), –OH को सबसे छोटा नंबर। बनाने के तरीके: ऐल्कीन का जलयोजन या हाइड्रोबोरॉनन–ऑक्सीकरण, ऐल्डिहाइड/कीटोन/अम्ल का अपचयन, ग्रीन्यार अभिकर्मक। हाइड्रोजन बंध के कारण क्वथनांक ऊँचा और पानी में घुलनशील। अभिक्रियाओं में या तो O–H टूटता है (Na, एस्टरीकरण) या C–O (HX, निर्जलीकरण); 1° और 2° का ऑक्सीकरण होता है। मेथेनॉल और एथेनॉल मुख्य व्यापारिक ऐल्कोहॉल हैं।
• ऐल्डिहाइड और कीटोन: संरचना, बनाना और अभिक्रियाएँ – ऐल्डिहाइड और कीटोन दोनों में कार्बोनिल समूह C=O होता है। ऐल्डिहाइड में C=O वाले कार्बन पर कम से कम एक H होता है (−CHO)। कीटोन में उस कार्बन पर दो कार्बन समूह होते हैं (−CO−)। C=O बंध ध्रुवीय है: C थोड़ा धनात्मक, O थोड़ा ऋणात्मक। इसलिए इलेक्ट्रॉन से भरे कण (नाभिकस्नेही) कार्बन पर हमला करते हैं। यही एक बात ज़्यादातर अभिक्रियाएँ समझा देती है: HCN, NaHSO₃, ऐल्कोहॉल और अमोनिया व्युत्पन्नों का योग। ऐल्डिहाइड आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं (टॉलेन्स, फेलिंग परीक्षण), कीटोन नहीं। C=O के बगल वाले कार्बन का H (α-H) थोड़ा अम्लीय होता है, इसी से ऐल्डोल संघनन होता है। जिन ऐल्डिहाइड में α-H नहीं, वे कैनिज़ारो अभिक्रिया देते हैं।
• ऑक्साइड: अम्लीय, क्षारकीय, उभयधर्मी और उदासीन – ऑक्साइड वह यौगिक है जिसमें ऑक्सीजन और एक और तत्व होता है। धातु के ऑक्साइड प्रायः क्षारकीय, अधातु के ऑक्साइड प्रायः अम्लीय होते हैं। कुछ (Al₂O₃, ZnO) उभयधर्मी और कुछ (CO, N₂O, पानी) उदासीन होते हैं। पहचान का आसान तरीका: ऑक्साइड को पानी, अम्ल और क्षारक में डालकर देखें।
• ऑक्सीकरण संख्या: नियम, गणना और रेडॉक्स के प्रकार – ऑक्सीकरण संख्या एक मान लिया गया आवेश है। हम मानते हैं कि साझा इलेक्ट्रॉन पूरे उस परमाणु को मिलते हैं जो ज़्यादा ज़ोर से खींचता है। कुछ आसान नियमों से किसी भी परमाणु की संख्या निकलती है, और सबका जोड़ उस कण के आवेश के बराबर होता है। संख्या बढ़े तो ऑक्सीकरण, घटे तो अपचयन। इसी से रेडॉक्स को संयोजन, वियोजन, विस्थापन और असमानुपातन में बाँटते हैं।
• ऑक्सीजन – ऑक्सीजन (O, परमाणु क्रमांक 8) रंगहीन, गंधहीन गैस है जो आयतन के हिसाब से हवा का लगभग 21% है। यह O₂ अणुओं के रूप में रहती है। प्रयोगशाला में इसे मैंगनीज़ डाइऑक्साइड उत्प्रेरक की मदद से हाइड्रोजन पेरॉक्साइड को तोड़कर (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂) या पोटैशियम परमैंगनेट गरम करके बनाते हैं; उद्योग में द्रव वायु के प्रभाजी आसवन से। यह सुलगती तीली को फिर जला देती है। ऑक्सीजन दहन और श्वसन में मदद करती है और ज़्यादातर तत्वों से ऑक्साइड बनाती है: धातु ऑक्साइड क्षारीय, अधातु ऑक्साइड ज़्यादातर अम्लीय। इसका दूसरा रूप ओज़ोन (O₃) पृथ्वी को UV किरणों से बचाता है।
• औद्योगिक रसायन: रासायनिक संयंत्र कैसे काम करता है – रासायनिक संयंत्र सस्ते कच्चे माल को उपयोगी उत्पाद में बदलता है। पहले कच्चा माल तैयार होता है, फिर चुनी हुई परिस्थितियों में रिएक्टर में अभिक्रिया होती है, उत्पाद अलग किया जाता है और बचा पदार्थ वापस भेजा जाता है (पुनःचक्रण)। इंजीनियर गति, लब्धि, ख़र्च, सुरक्षा और पर्यावरण में संतुलन बनाते हैं।
• औद्योगिक सामग्रियों के विकास का इतिहास – पूरे युगों के नाम उनकी मुख्य सामग्री पर रखे गए: पत्थर, काँसा, लोहा। हर कदम के लिए नया हुनर चाहिए था, ज़्यादातर गर्मी और रसायन पर बेहतर काबू। इस्पात 1800 के दशक में सस्ते बड़े उत्पादन से आया, प्लास्टिक और सिलिकॉन 1900 के दशक में, और अब कंपोजिट और नैनो-सामग्री परमाणु-स्तर पर डिज़ाइन होती हैं।
• औद्योगिक सुरक्षा: रासायनिक उत्पादन में जोखिम और सुरक्षा – ख़तरा (hazard) वह है जो नुकसान कर सकता है। जोखिम (risk) बताता है कि नुकसान कितना संभव है और कितना गंभीर होगा। रासायनिक कारख़ाने अपने जोखिम (आग, ज़हर, दाब, गर्मी) पहचानते हैं, चिह्न लगाते हैं और कई परतों में सुरक्षा रखते हैं: अच्छा डिज़ाइन, अलार्म, राहत वाल्व और प्रशिक्षण। जोखिम = संभावना × असर; परतें जोड़कर इसे कम रखा जाता है।
• औषधि डिज़ाइन: अणु से दवा तक – दवा एक अणु है जो शरीर में अपने लक्ष्य में ऐसे बैठता है जैसे ताले में चाबी। कई दवाएँ पहले पौधों से मिलीं (प्राकृतिक)। फिर रसायनज्ञों ने प्रयोगशाला में उन्हें बदला ताकि वे बेहतर बैठें और कम दुष्प्रभाव करें (कृत्रिम)। नैनो दवा छोटे कैप्सूल हैं जो दवा को सही जगह ले जाते हैं।
• काँच और इनैमल – साधारण काँच रेत (सिलिका), सोडा-ऐश और चूना पत्थर को लगभग 1500 °C पर पिघलाकर, नरम रहते आकार देकर और फिर धीरे ठंडा (एनीलिंग) करके बनता है। काँच बिना क्रिस्टल-क्रम वाला ठोस है। इनैमल धातु पर लगभग 800 °C पर जमाई गई काँच की पतली परत है जो जंग रोकती है और चमकदार, साफ़ करने में आसान सतह देती है।
• कार्बन और उसके यौगिक: आबंधन, हाइड्रोकार्बन और नामकरण – कार्बन के बाहरी कोश में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वह इलेक्ट्रॉन लेने-देने के बजाय साझा करता है (सहसंयोजक आबंध)। वह अपने जैसे कार्बन से जुड़ता है (श्रृंखलन) और हमेशा 4 आबंध बनाता है (चतुःसंयोजकता), इसलिए लाखों यौगिक बनते हैं: सीधी श्रृंखला, शाखा और वलय, संतृप्त या असंतृप्त। एक ही क्रियात्मक समूह वाले यौगिक समजातीय श्रेणी बनाते हैं, जिनमें हर सदस्य –CH₂– से अलग होता है।
• कार्बन के अपररूप: हीरा, ग्रेफ़ाइट, ग्रेफ़ीन और फ़ुलरीन – अपररूप (allotropes) एक ही तत्व के अलग-अलग रूप हैं, एक ही अवस्था में। कार्बन के कई अपररूप हैं। हीरे में हर परमाणु 4 मज़बूत सहसंयोजक बंध बनाता है, एक विशाल 3D जाल में; इसलिए यह बहुत कठोर है, गलनांक बहुत ऊँचा है और बिजली नहीं चलाता। ग्रेफ़ाइट में हर परमाणु 3 से जुड़ता है, षट्भुजों की चपटी परतों में; परतें फिसलती हैं (नरम) और हर परमाणु का एक बचा इलेक्ट्रॉन घूम सकता है, इसलिए यह बिजली चलाता है। ग्रेफ़ीन ग्रेफ़ाइट की एक परत है। फ़ुलरीन जैसे C₆₀ खोखली गेंदें हैं; नैनोट्यूब लिपटी नलियाँ हैं। सभी ऑक्सीजन में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड बनाते हैं।
• कार्बन के ऑक्साइड: कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड – कार्बन के दो सामान्य ऑक्साइड हैं। CO₂ भारी है, जलती नहीं, पानी में थोड़ी घुलती है और हवा में ऊष्मा रोकती है। CO अपूर्ण दहन से बनी ज़हरीली गैस है; वह हीमोग्लोबिन से चिपकती है और अपचायक के रूप में धातु ऑक्साइड से ऑक्सीजन छीन लेती है।
• कार्बन परिवार (समूह 14) – कार्बन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, टिन और सीसा एक समूह में हैं और सबके बाहरी कोश में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं। नीचे जाने पर परमाणु बड़े और ज़्यादा धात्विक होते हैं: कार्बन अधातु, सिलिकॉन व जर्मेनियम उपधातु, टिन व सीसा धातु। इनके ऑक्साइड अलग हैं: CO2 छोटे अणुओं की गैस है, SiO2 कठोर विशाल जाल। कार्बन कार्बोनेट बनाता है; सिलिकॉन सिलिकेट, काँच, सीमेंट और सिरेमिक।
• कार्बन यौगिकों के रासायनिक गुण, एथेनॉल और एथेनॉइक अम्ल – कार्बन यौगिक ऑक्सीजन में जलकर CO₂, पानी, ऊष्मा और प्रकाश देते हैं (दहन); ऑक्सीकारक ऐल्कोहॉल को अम्ल बना देते हैं (ऑक्सीकरण); असंतृप्त यौगिक निकेल की उपस्थिति में हाइड्रोजन जोड़ते हैं (संकलन); संतृप्त यौगिक धूप में H की जगह Cl लेते हैं (प्रतिस्थापन)। एथेनॉल सोडियम से हाइड्रोजन देता है; एथेनॉइक अम्ल दुर्बल अम्ल है जो ऐल्कोहॉल से एस्टर और कार्बोनेट से CO₂ देता है।
• कार्बनिक अभिक्रिया क्रियाविधि की मूल बातें – अभिक्रिया क्रियाविधि एक-एक चरण की कहानी है: कौन-से आबंध टूटते हैं, कौन-से बनते हैं और इलेक्ट्रॉन कहाँ जाते हैं। सहसंयोजी आबंध दो तरह से टूटता है। समांश विखंडन में हर परमाणु एक इलेक्ट्रॉन लेता है और मुक्त मूलक बनते हैं। विषमांश विखंडन में एक परमाणु दोनों इलेक्ट्रॉन ले लेता है, जिससे कार्बधनायन (C पर + आवेश) और कार्बऋणायन या ऋणायन बनते हैं। इलेक्ट्रॉन की कमी वाले, इलेक्ट्रॉन ढूँढने वाले कण इलेक्ट्रॉनस्नेही हैं; इलेक्ट्रॉन देने वाले कण नाभिकस्नेही हैं। अणु के अंदर इलेक्ट्रॉनों की चाल चार प्रभाव तय करते हैं: प्रेरणिक प्रभाव (σ आबंधों पर खिंचाव), अनुनाद प्रभाव (π इलेक्ट्रॉनों का फैलना), इलेक्ट्रोमेरी प्रभाव (अभिकर्मक के हमले पर अस्थायी पूरा खिसकना) और अतिसंयुग्मन (C–H के σ इलेक्ट्रॉनों का पास के खाली p कक्षक या π आबंध में फैलना)।
• कार्बनिक अभिक्रियाओं के प्रकार और उनकी क्रियाविधि – कार्बनिक अभिक्रियाओं को इस आधार पर बाँटते हैं कि अणु के साथ क्या होता है: प्रतिस्थापन (एक परमाणु की जगह दूसरा), योगात्मक (द्वि-बंध पर परमाणु जुड़ते हैं), विलोपन (छोटा अणु निकलता और द्वि-बंध बनता है), संघनन (दो अणु जुड़ते और पानी निकलता है) और जल-अपघटन (पानी अणु को तोड़ता है)। क्रियाविधि बताती है कि इलेक्ट्रॉन कैसे चलते हैं: बंध समांश (मुक्त मूलक) या विषमांश (आयन) टूटते हैं, और नाभिकस्नेही (इलेक्ट्रॉन-धनी) इलेक्ट्रॉनस्नेही (इलेक्ट्रॉन-कमी) पर हमला करते हैं। एस्टर अम्ल और ऐल्कोहॉल से उत्क्रमणीय, अम्ल-उत्प्रेरित संघनन में बनते और जल-अपघटन से टूटते हैं।
• कार्बनिक यौगिक: संरचना, सूत्र और वर्गीकरण – कार्बनिक रसायन कार्बन के यौगिकों का रसायन है। कार्बन के बाहरी कोश में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वह हमेशा 4 आबंध बनाता है। इसे चतुःसंयोजकता कहते हैं। चार एकल आबंध हों तो कार्बन sp³ होता है और आकृति चतुष्फलकीय (109.5°) होती है। एक द्विआबंध हो तो sp², समतल (120°)। त्रिआबंध हो तो sp, सीधी रेखा (180°)। एक ही अणु को पूर्ण, संघनित, आबंध-रेखा और 3D वेज-डैश सूत्र से लिख सकते हैं। फिर हम यौगिकों को खुली शृंखला और वलय वाले यौगिकों में, और क्रियात्मक समूह के आधार पर परिवारों में बाँटते हैं। एक परिवार के सदस्य सजातीय श्रेणी बनाते हैं, जिनमें हर अगला सदस्य एक CH₂ से अलग होता है।
• कार्बनिक यौगिकों का शोधन और विश्लेषण – प्रयोगशाला में बना या पौधे से निकाला यौगिक शुरू में शुद्ध नहीं होता। हम किसी गुण के अंतर से उसे शुद्ध करते हैं: विलेयता (क्रिस्टलन), क्वथनांक (आसवन और उसके प्रकार), ऊर्ध्वपातन, दो द्रवों में विलेयता (विभेदी निष्कर्षण) या किसी सतह पर चिपकने की ताकत (वर्णलेखन)। शुद्ध ठोस का गलनांक तीक्ष्ण होता है। फिर हम पता करते हैं कौन-से तत्व हैं (गुणात्मक विश्लेषण): कॉपर(II) ऑक्साइड से C और H, और लैसें सोडियम संगलन परीक्षण से N, S, हैलोजन और P। अंत में हम हर तत्व की मात्रा निकालते हैं (मात्रात्मक विश्लेषण): C और H के लिए लीबिग विधि, N के लिए ड्यूमा और कैल्डाल विधि, हैलोजन और S के लिए कैरिअस विधि, और ऑक्सीजन अंतर से। प्रतिशतों से मूलानुपाती सूत्र मिलता है।
• कार्बनिक यौगिकों की IUPAC नामपद्धति और समावयवता – कार्बनिक यौगिक लाखों हैं, इसलिए हर एक का साफ़ और अलग नाम चाहिए। IUPAC पद्धति में नाम के तीन भाग हैं: मूल शब्द (मुख्य शृंखला में कार्बनों की संख्या), अनुलग्न (आबंध का प्रकार और मुख्य क्रियात्मक समूह) और पूर्वलग्न (शाखाएँ)। मुख्य समूह वाली सबसे लंबी शृंखला चुनो, ऐसे अंक दो कि मुख्य समूह और शाखाओं को सबसे छोटे अंक मिलें, और शाखाओं को वर्णक्रम में लिखो। समावयवी वे यौगिक हैं जिनका अणुसूत्र एक है पर बनावट अलग। संरचनात्मक समावयवियों में परमाणु अलग ढंग से जुड़े होते हैं (शृंखला, स्थिति, क्रियात्मक समूह, मध्यावयवता)। त्रिविम समावयवियों में जुड़ाव एक जैसा पर 3D व्यवस्था अलग होती है (ज्यामितीय सिस/ट्रांस और प्रकाशिक)।
• कार्बनिक विश्लेषण: कार्बनिक यौगिकों की पहचान – किसी अज्ञात कार्बनिक यौगिक को रसायनज्ञ दो तरह से पहचानते हैं। परखनली की छोटी अभिक्रियाएँ बताती हैं कि कौन-सा क्रियात्मक समूह है: ऐल्कीन ब्रोमीन जल का रंग उड़ा देती है, प्राथमिक/द्वितीयक ऐल्कोहॉल और ऐल्डिहाइड अम्लीय डाइक्रोमेट को हरा कर देते हैं, ऐल्डिहाइड टॉलेन अभिकर्मक से चाँदी का दर्पण बनाता है और कार्बोक्सिलिक अम्ल सोडियम कार्बोनेट से बुलबुले देता है। फिर मशीनें पक्का करती हैं: द्रव्यमान स्पेक्ट्रम का आणविक आयन शिखर (M⁺) आपेक्षिक आणविक द्रव्यमान बताता है और अवरक्त (IR) स्पेक्ट्रम बताता है कि कौन-से बंध हैं।
• कार्बनिक संश्लेषण – कार्बनिक संश्लेषण का मतलब है सरल प्रारंभिक पदार्थों से योजनाबद्ध अभिक्रियाओं की शृंखला द्वारा लक्ष्य अणु बनाना। हर चरण एक क्रियात्मक समूह बदलता है और उसके लिए सही अभिकर्मक और परिस्थितियाँ (ताप, उत्प्रेरक, विलायक, रिफ्लक्स या आसवन) चाहिए। यौगिकों के परिवार आपस में जुड़े हैं (ऐल्केन ↔ ऐल्कीन → हैलोऐल्केन → ऐल्कोहॉल → ऐल्डिहाइड/कीटोन → कार्बोक्सिलिक अम्ल → एस्टर; हैलोऐल्केन → ऐमीन या नाइट्राइल), इसलिए हम नक्शे के स्टेशनों की तरह इनके बीच चल सकते हैं। रसायनज्ञ लक्ष्य से उल्टा योजना बनाते हैं (रेट्रोसंश्लेषण), कम चरण, अधिक लब्धि और परमाणु दक्षता वाले मार्ग चुनते हैं, फिर अभिक्रिया करके उत्पाद को अलग, शुद्ध और जाँचते हैं।
• कार्बोक्सिलिक अम्ल: कार्बोक्सिल समूह, अम्लता और अभिक्रियाएँ – कार्बोक्सिलिक अम्ल में कार्बोक्सिल समूह −COOH होता है: एक ही कार्बन पर C=O और O−H। यह H⁺ दे सकता है, और बचा हुआ आयन (कार्बोक्सिलेट, −COO⁻) स्थिर होता है क्योंकि उसका ऋण आवेश दोनों ऑक्सीजन में बराबर बँटा होता है। इसी कारण ये फ़ीनॉल और ऐल्कोहॉल से ज़्यादा अम्लीय हैं (पर HCl जैसे खनिज अम्लों से कमज़ोर)। इलेक्ट्रॉन खींचने वाले समूह (Cl, F, NO₂) अम्ल को प्रबल बनाते हैं, इलेक्ट्रॉन धकेलने वाले (ऐल्किल) दुर्बल। इन्हें ऐल्कोहॉल, ऐल्डिहाइड या ऐल्किलबेंज़ीन के ऑक्सीकरण से, नाइट्राइल, एस्टर और ऐमाइड के जल-अपघटन से, या ग्रिन्यार अभिकर्मक और CO₂ से बनाते हैं। मुख्य अभिक्रियाएँ: NaHCO₃ से लवण (CO₂ के बुलबुले), एस्टरीकरण, ऐसिल क्लोराइड और ऐनहाइड्राइड बनना, ऐल्कोहॉल में अपचयन, विकार्बोक्सिलन और HVZ अभिक्रिया।
• कार्बोहाइड्रेट: वर्गीकरण, ग्लूकोज़, डाइसैकेराइड और पॉलीसैकेराइड – कार्बोहाइड्रेट यानी शर्कराएँ और शर्करा से बने बड़े अणु। रसायन की भाषा में ये पॉलीहाइड्रॉक्सी ऐल्डिहाइड या कीटोन हैं (बहुत सारे –OH और एक C=O), या वे पदार्थ जो जल-अपघटन पर ऐसे अणु देते हैं। इकाइयों की गिनती से इन्हें बाँटते हैं: एक (मोनोसैकेराइड), दो से दस (ऑलिगोसैकेराइड), बहुत सारी (पॉलीसैकेराइड)। ग्लूकोज़ छह कार्बन वाला ऐल्डोज़ है, फ्रक्टोज़ कीटोज़। दो इकाइयाँ –O– पुल (ग्लाइकोसाइडी बंध) से जुड़कर सुक्रोज़, माल्टोज़, लैक्टोज़ बनाती हैं; सैकड़ों जुड़कर स्टार्च, सेलुलोज़, ग्लाइकोजन।
• कृत्रिम पदार्थ: प्लास्टिक और दवाइयाँ – कृत्रिम (संश्लेषित) पदार्थ प्रयोगशाला या कारखाने में रासायनिक अभिक्रिया से बनते हैं। प्लास्टिक छोटी इकाइयों (एकलक) से बनी लंबी श्रृंखला (बहुलक) है। दवा का अणु शरीर के निशाने में ताले-चाबी की तरह फिट होता है।
• कॉसेल-लुईस उपागम और आयनिक आबंध – परमाणु आपस में इसलिए जुड़ते हैं ताकि हर एक के बाहरी कोश में 8 इलेक्ट्रॉन (अष्टक) हो जाएँ, बिल्कुल उत्कृष्ट गैस जैसे। कॉसेल ने बताया कि परमाणु इलेक्ट्रॉन देकर या लेकर आयन बनाते हैं (आयनिक आबंध)। लुईस ने बताया कि परमाणु इलेक्ट्रॉन-युग्म बाँट भी सकते हैं (सहसंयोजी आबंध)। लुईस संरचना इन इलेक्ट्रॉनों को बिंदु और रेखा से दिखाती है। फ़ॉर्मल आवेश (V − L − B/2) सबसे अच्छी संरचना चुनने में मदद करता है। आयन जुड़कर क्रिस्टल बनाते हैं; इसमें निकली ऊर्जा का संबंध जालक एन्थैल्पी से है।
• कोलॉइड और परिक्षिप्त तंत्र – परिक्षिप्त तंत्र (dispersed system) में एक पदार्थ छोटे-छोटे कणों के रूप में (परिक्षिप्त प्रावस्था) दूसरे पदार्थ (परिक्षेपण माध्यम) में फैला होता है। कणों के आकार से यह वास्तविक विलयन (लगभग 1 nm से छोटे), कोलॉइड (लगभग 1–100 nm) या निलंबन (100 nm से बड़े) होता है। कोलॉइड के कण दिखते नहीं और बैठते नहीं, पर रोशनी बिखेरने लायक बड़े होते हैं, इसलिए उनमें से गुज़रती किरण का रास्ता दिखता है – टिंडल प्रभाव। दोनों प्रावस्थाओं की अवस्था से कोलॉइड के प्रकार बनते हैं (कोहरा, धुआँ, दूध, झाग, जेल)। कोलॉइड कणों पर अक्सर एक जैसा आवेश होता है; विद्युत अपघट्य (नमक) डालने से आवेश ख़त्म होता है और कण जुड़कर बैठ जाते हैं – स्कंदन (coagulation)।
• क्रियात्मक समूह: हैलोजन, हाइड्रॉक्सिल और एमीन यौगिक – क्रियात्मक समूह वह परमाणु या परमाणुओं का छोटा समूह है जो कार्बन श्रृंखला के एक हाइड्रोजन की जगह लेता है और यौगिक का व्यवहार तय करता है। हैलोजन यौगिकों (R–X) में C–X बंध ध्रुवीय होता है। हाइड्रॉक्सिल यौगिक (R–OH) हाइड्रोजन बंध बनाते हैं, इसलिए ऊँचे ताप पर उबलते हैं; फ़ीनॉल दुर्बल अम्लीय है। एमीन (R–NH2) में नाइट्रोजन पर एकाकी युग्म होता है, इसलिए ये क्षार हैं।
• क्रिस्टलीय सिरेमिक पदार्थ – क्रिस्टलीय सिरेमिक में आयन या परमाणु दोहराते पैटर्न में होते हैं। सिलिका (SiO₂) कोने साझा करते SiO₄ चतुष्फलकों का जाल है। ऐलुमिना (Al₂O₃) में ऑक्सीजन की परतों के बीच के खाली स्थानों में ऐलुमिनियम होता है और वह बहुत कठोर है। काओलिनाइट जैसे मिट्टी के खनिज सिलिका और ऐलुमिना की परतों के ढेर हैं, जिनके बीच पानी जाकर गीली मिट्टी को फिसलने और ढलने देता है। ऑक्साइड (MgO, ZrO₂) और अ-ऑक्साइड (SiC, Si₃N₄) सिरेमिक ऊँचे ताप और घिसाई के काम आते हैं।
• क्रोमैटोग्राफी: चिपकने के आधार पर मिश्रण को अलग करना – क्रोमैटोग्राफी से मिश्रण के भाग अलग किए जाते हैं। इसमें हमेशा दो प्रावस्थाएँ होती हैं। स्थिर प्रावस्था (stationary phase) अपनी जगह रहती है, जैसे कागज़, सिलिका की परत या भरा हुआ कॉलम। गतिशील प्रावस्था (mobile phase) उसके ऊपर से चलती है, जैसे कोई विलायक या गैस। मिश्रण का हर पदार्थ स्थिर प्रावस्था से अलग-अलग मात्रा में चिपकता है। जो कम चिपकता है, वह तेज़ चलता है और आगे निकल जाता है। कागज़ और TLC में हम Rf मान निकालते हैं: धब्बे की दूरी ÷ विलायक अग्र की दूरी। कॉलम में सबसे कम चिपकने वाला पदार्थ सबसे पहले नीचे से निकलता है। गैस क्रोमैटोग्राफी (GC) में हर पदार्थ अपने अवधारण समय (retention time) पर निकलता है और चोटी (peak) का क्षेत्रफल उसकी मात्रा बताता है। इससे शुद्धता जाँचते हैं, पदार्थ पहचानते हैं और अलग करते हैं।
• क्वांटम यांत्रिक मॉडल: क्वांटम संख्याएँ, कक्षक और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास – चलते इलेक्ट्रॉन तरंग जैसे भी हैं: λ = h/mv (दे ब्रॉग्ली)। इसलिए स्थिति और संवेग एक साथ ठीक-ठीक नहीं जान सकते: Δx·Δp ≥ h/4π (हाइज़ेनबर्ग)। इसलिए पक्की कक्षाएँ छोड़कर कक्षक (orbital) लेते हैं: वह जगह जहाँ इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना ज़्यादा है (श्रोडिंगर समीकरण, ψ² = संभावना)। चार क्वांटम संख्याएँ हर इलेक्ट्रॉन बताती हैं: n (कोश, आकार, ऊर्जा), l (उपकोश, आकृति: 0 से n−1), mₗ (दिशा: −l से +l) और mₛ (चक्रण: +½ या −½)। s गोल, p डम्बल, d ज़्यादातर चार पत्ती जैसा। इलेक्ट्रॉन आउफबाऊ (n + l), पाउली (अधिकतम 2, उल्टे चक्रण) और हुंड (पहले अकेले) नियम से भरते हैं। आधे और पूरे भरे उपकोश ज़्यादा स्थायी, इसलिए Cr = 3d⁵4s¹ और Cu = 3d¹⁰4s¹।
• क्षार धातुएँ और सोडियम के यौगिक – क्षार धातुएँ (लीथियम, सोडियम, पोटैशियम, रूबिडियम, सीज़ियम) आवर्त सारणी का समूह 1 हैं। हर परमाणु के बाहरी कोश में एक इलेक्ट्रॉन होता है, जिसे वह आसानी से खोकर M⁺ आयन बनाता है। ये नरम, हल्की और बहुत क्रियाशील हैं: पानी से हाइड्रोजन और क्षार बनाती हैं और हवा में जलती हैं। नीचे जाने पर क्रियाशीलता बढ़ती है। सोडियम से Na₂O, Na₂O₂, Na₂CO₃ (धावन सोडा) और NaHCO₃ (बेकिंग सोडा) बनते हैं, और हर धातु लौ को अपना रंग देती है।
• खनिजों के प्रावस्था आरेख – एक ही रासायनिक सूत्र वाला खनिज अलग-अलग क्रिस्टल बनावट में मिल सकता है। कौन-सी बनावट टिकेगी, यह ताप और दाब पर निर्भर करता है। प्रावस्था आरेख एक नक्शा है: आड़े में ताप, खड़े में दाब (यानी गहराई)। हर क्षेत्र में एक रूप स्थायी होता है। रेखा पर दो रूप साथ रहते हैं और त्रिक बिंदु पर तीन। Al₂SiO₅ के तीन रूप इसे अच्छी तरह दिखाते हैं: कम दाब पर एंडालुसाइट, ज़्यादा दाब पर कायनाइट, ज़्यादा ताप पर सिलिमेनाइट। हालात बदलें तो खनिज भी धीरे-धीरे बदलता है।
• खाद्य घटक विश्लेषण – खाद्य विश्लेषण से पता चलता है कि भोजन में हर घटक कितना है। सुखाने से पानी, जलाने से राख (खनिज), सॉल्वेंट से वसा, नाइट्रोजन × 6.25 से प्रोटीन और बाकी बचा हिस्सा कार्बोहाइड्रेट निकलता है। विटामिन और कुछ खनिज बहुत कम होते हैं, इसलिए उनकी खास जाँच होती है।
• खाद्य नियंत्रण प्रयोग – खाद्य प्रयोगशाला में सुरक्षित आदतें अपनाते हैं, ध्यान से नापते हैं और हर पाठ्यांक लिखते हैं। अनुमापन जैसी रासायनिक जाँच से खाने में अम्ल की मात्रा पता चलती है। सूक्ष्मजीव जाँच में नमूने को पतला करके प्लेट पर कॉलोनियाँ गिनते हैं और CFU प्रति ग्राम निकालते हैं।
• खाद्य प्रसंस्करण के सिद्धांत और कच्चा माल – अनाज, दूध, फल और माँस जैसे कच्चे खाने में पानी, स्टार्च, प्रोटीन, वसा और जीवित कीटाणु होते हैं। खाद्य प्रसंस्करण कुछ सरल विचारों से उन्हें सुरक्षित, स्वादिष्ट और टिकाऊ बनाता है: आकार बदलना (काटना, पीसना), ताप देना (कीटाणु मारना, पकाना), पानी निकालना (सुखाना), ठंडा करना और मिलाना। हर कच्चा माल अलग व्यवहार करता है, इसलिए तरीका उसके हिसाब से चुनते हैं।
• खाद्य रसायन का अभ्यास – असली काम में पहले योजना बनती है, फिर सही नमूना तैयार होता है, हर जाँच दो बार होती है, गणना करके देखा जाता है कि हिस्सों का जोड़ ठीक है, और फिर साफ़ रिपोर्ट लिखी जाती है। स्वच्छता जाँच में सुरक्षा देखी जाती है: pH और अम्लता, सूक्ष्मजीवों की गिनती (प्लेट काउंट से CFU प्रति ग्राम), सूचक जीवाणु और मिलावट की आसान जाँच।
• खाद्य विज्ञान: हमारे भोजन का रसायन – खाद्य विज्ञान पढ़ता है कि भोजन किससे बना है और खेत से थाली तक कैसे बदलता है। भोजन में कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, वसा, पानी, विटामिन और खनिज होते हैं। पकाने से ये बदलते हैं: गर्मी प्रोटीन को खोलती है (विकृतीकरण), स्टार्च पानी में फूलता है (जिलेटिनीकरण), और सूखी गर्मी मेयार्ड अभिक्रिया व कैरामेलीकरण से भोजन भूरा करती है। सूक्ष्मजीव किण्वन से ब्रेड, दही और अचार बनाते हैं, पर भोजन ख़राब भी कर सकते हैं। प्रसंस्करण, परिरक्षण और सही तापमान भोजन को सुरक्षित और पौष्टिक रखते हैं।
• खाना पकाने की विधियाँ: नम ताप, सूखा ताप, सूप, सलाद और अंडे – पकाने की विधियाँ इस पर बँटती हैं कि गर्मी किससे पहुँचती है। नम ताप (पोच, धीमी आँच, उबालना, भाप, प्रेशर कुकर) में पानी या भाप होती है, तो खाना लगभग 100 °C या उससे कम पर रहता है और भूरा नहीं होता। सूखा ताप (बेक, रोस्ट, ग्रिल) और तलना गरम हवा, धातु या तेल से 150–250 °C पर होता है, तो खाना भूरा होता है। सूप स्टॉक से शुरू होकर स्वच्छ या गाढ़ा बनता है। सलाद में आधार, मुख्य भाग, सजावट और ड्रेसिंग होती है। गरम होने पर अंडे का प्रोटीन जमता है: सफ़ेदी लगभग 63 °C, ज़र्दी लगभग 70 °C पर।
• खाना पकाने के कौशल और तरीक़े – अच्छा खाना सुरक्षित, कुशल और समझदारी से बनता है। खाने को ख़तरे के क्षेत्र (5–63 °C) से बाहर रखो, टुकड़े एक जैसे काटो, जानो कि ऊष्मा खाने तक कैसे पहुँचती है (चालन, संवहन, विकिरण), नम या सूखी विधि चुनो, मौसमी सामग्री लो, और किसी भी संख्या के लोगों के लिए रेसिपी और लागत निकालो।
• गुणधर्मों में आवर्ती प्रवृत्तियाँ – लगभग हर प्रवृत्ति दो बातों से तय होती है: नाभिक का खिंचाव (प्रभावी नाभिकीय आवेश) और बाहरी कोश की दूरी। आवर्त में बाएँ से दाएँ खिंचाव बढ़ता है पर कोश वही रहता है, इसलिए परमाणु छोटे होते हैं, आयनन एन्थैल्पी बढ़ती है, इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी अधिक ऋणात्मक होती है और विद्युतऋणात्मकता बढ़ती है। वर्ग में नीचे नया कोश जुड़ता है, इसलिए परमाणु बड़े और ये मान कम होते हैं। धनायन छोटा, ऋणायन बड़ा। संयोजकता बाहरी इलेक्ट्रॉनों से आती है; धातु-क्रियाशीलता नीचे-बाएँ और अधातु-क्रियाशीलता ऊपर-दाएँ सबसे ज़्यादा।
• गैल्वेनी सेल और नेर्न्स्ट समीकरण – गैल्वेनी सेल अपने-आप होने वाली रेडॉक्स अभिक्रिया की ऊर्जा को बिजली में बदलता है। ऐनोड (−) पर ऑक्सीकरण और कैथोड (+) पर अपचयन होता है। हर इलेक्ट्रोड का विभव मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (0 V) से नापा जाता है। E°सेल = E°कैथोड − E°ऐनोड। नेर्न्स्ट समीकरण E = E° − (0.059/n) log Q (298 K पर) किसी भी सांद्रता पर वोल्टेज बताता है, और ΔG = −nFE वोल्टेज को ऊर्जा से जोड़ता है।
• गैस के नियम: दाब, आयतन और ताप का आपसी रिश्ता – गैस का दाब कणों के दीवार से टकराने से बनता है। गैस की तय मात्रा के लिए: बॉयल का नियम P₁V₁ = P₂V₂ (ताप स्थिर); चार्ल्स का नियम V₁/T₁ = V₂/T₂ (दाब स्थिर); दाब (गे-लुसाक) नियम P₁/T₁ = P₂/T₂ (आयतन स्थिर)। ताप हमेशा केल्विन में। संयुक्त नियम: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂। डाल्टन: मिश्रण का कुल दाब = आंशिक दाबों का योग; आंशिक दाब = मोल अंश × कुल दाब।
• गैसों की पहचान: हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, क्लोरीन और अमोनिया का परीक्षण – ज़्यादातर गैसें रंगहीन होती हैं, इसलिए उन्हें देखकर नहीं पहचान सकते। हर गैस की एक आसान जाँच है जो साफ़ निशान देती है। हाइड्रोजन: जलती तीली से "पॉप"। ऑक्सीजन: सुलगती तीली फिर जल उठती है। कार्बन डाइऑक्साइड: चूने का पानी दूधिया। क्लोरीन: गीला नीला लिटमस लाल, फिर सफ़ेद (विरंजित)। अमोनिया: गीला लाल लिटमस नीला। जलवाष्प: सफ़ेद निर्जल कॉपर सल्फेट नीला। सल्फर डाइऑक्साइड: अम्लीय पोटैशियम परमैंगनेट बैंगनी से रंगहीन।
• घरेलू ईंधन: समय के साथ बदलाव और सुरक्षित उपयोग – घरों में ईंधन उपलों और लकड़ी से बदलकर कोयला, केरोसिन, LPG, पाइप प्राकृतिक गैस और बिजली या सौर चूल्हे तक आया। साफ़ ईंधन कम धुआँ देते हैं और बर्तन तक ज़्यादा गर्मी पहुँचाते हैं। हर ईंधन के लिए सुरक्षा ज़रूरी है: हवादार जगह, गैस रिसाव की जाँच, और बंद कमरे में ईंधन कभी न जलाना, क्योंकि ज़हरीली कार्बन मोनोऑक्साइड जमा होती है।
• घरेलू रसायन: हमारे घर के रसायन – हर घर में रसायन होते हैं: सिरका, साबुन, खाने का सोडा, ब्लीच और ड्रेन क्लीनर। हर उत्पाद का pH बताता है कि वह अम्ल है या क्षार। कुछ चीज़ें पानी में घुलती हैं (नमक), कुछ नहीं (तेल), क्योंकि समान, समान को घोलता है। तेज़ उत्पाद को पानी से तनु (पतला) करते हैं: C1V1 = C2V2। सोडा + सिरका सुरक्षित है, पर ब्लीच + अमोनिया या अम्ल से ज़हरीली गैस बनती है। बचे रसायन नाली में नहीं, खतरनाक कचरा केंद्र पर दें।
• घिसाई के पदार्थों और औज़ारों से सिरेमिक की मशीनिंग – पका सिरेमिक बहुत कठोर और भंगुर होता है। स्टील के औज़ार नरम पड़ते हैं, इसलिए उसे ज़्यादा कठोर घिसाई वाले पदार्थों से काटते हैं: एल्युमिना, सिलिकॉन कार्बाइड और हीरा। ग्राइंडिंग तेज़ी से पदार्थ हटाती है, बारीक ग्रिट से लैपिंग और पॉलिश सतह चिकनी करती है। बहुत दबाव से पुर्ज़ा टूट जाता है।
• जल की गुणवत्ता: सुरक्षित पेयजल, प्रदूषण और मिट्टी – सुरक्षित पेयजल में हानिकारक कीटाणु नहीं होते, वह साफ़ होता है, उसमें बुरा स्वाद या गंध नहीं होती, pH लगभग 6.5 से 8.5 होता है और घुले रसायन (नाइट्रेट, आर्सेनिक, सीसा, लवण) तय सीमा से नीचे रहते हैं। पानी को खेत (उर्वरक, कीटनाशक), कारख़ाने (धातुएँ, रसायन) और शहर (मल-जल) प्रदूषित करते हैं। मिट्टी मदद करती है: उसकी मृत्तिका और ह्यूमस धनायन पकड़ते हैं और कण व कीटाणु छानते हैं, पर नाइट्रेट निकल जाता है और मिट्टी भर भी जाती है।
• जल शोधन: गंदे पानी से पीने योग्य पानी तक – पीने योग्य (potable) पानी वह है जो पीने के लिए सुरक्षित हो। यह पूरी तरह शुद्ध नहीं होता: इसमें थोड़े घुले लवण रहते हैं, पर हानिकारक कीटाणु नहीं। इसे बनाने के लिए अच्छा स्रोत चुनते हैं, ठोस कणों को बैठने देते हैं, छानते हैं और क्लोरीन, ओज़ोन या UV से कीटाणु मारते हैं। जहाँ मीठा पानी कम हो, वहाँ समुद्री पानी से आसवन या रिवर्स ऑस्मोसिस द्वारा नमक हटाते हैं। घरों और खेतों का गंदा पानी नदी में छोड़ने से पहले साफ़ किया जाता है। कठोर जल में कैल्शियम और मैग्नीशियम के लवण घुले होते हैं; उबालकर या आयन-विनिमय से इसे मृदु बनाया जाता है।
• जीवन-चक्र आकलन और पुनर्चक्रण – जीवन-चक्र आकलन (LCA) किसी वस्तु के पूरे जीवन में पर्यावरण पर होने वाले असर को जोड़ता है: कच्चा माल निकालना, वस्तु बनाना, उसका उपयोग और अंत में निपटान। इससे दो वस्तुओं की सही तुलना होती है। धातु, काँच और प्लास्टिक को दोबारा उपयोग और पुनर्चक्रण करने से कच्चा माल, ऊर्जा और कचरा तीनों घटते हैं।
• जैव-रसायन: जीवन का रसायन – पौधे प्रकाश संश्लेषण से ग्लूकोज़ बनाते हैं: 6 CO2 + 6 H2O + प्रकाश से C6H12O6 + 6 O2। बड़े अणुओं के चार परिवार (कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, वसा, न्यूक्लिक अम्ल) छोटी इकाइयों से बनते हैं। कोशिकाएँ पोषक तत्वों को तोड़कर ऊर्जा लेती हैं और हर चरण में एंज़ाइम मदद करते हैं। प्रोटीन DNA पढ़कर, mRNA बनाकर और राइबोसोम पर अमीनो अम्ल जोड़कर बनता है।
• जैविक रूप से सक्रिय यौगिक – हमारा शरीर और हमारी दवाएँ कार्बनिक यौगिकों से बने हैं जो जीवित प्राणियों पर असर करते हैं। शर्कराएँ (ग्लूकोज़, सुक्रोज़, स्टार्च, सेल्युलोज़) ऊर्जा या ढाँचा देती हैं, वसा ऊर्जा जमा करती है, प्रोटीन शरीर बनाते और चलाते हैं, दवाएँ ग्राही में बैठकर रोग का इलाज करती हैं, और थोड़ी मात्रा में विटामिन कमी के रोग रोकते हैं।
• ठोस अवस्था (Solid State) – ठोस में कण पास-पास होते हैं और अपनी जगह पर सिर्फ़ कंपन करते हैं, इसलिए ठोस का आकार तय रहता है। क्रिस्टलीय ठोस में कण एक नियमित पैटर्न में दोहराते हैं; अक्रिस्टलीय ठोस (जैसे काँच) में नहीं। सबसे छोटा दोहराने वाला डिब्बा एकक कोष्ठिका है। सरल घन में 1, अंतःकेंद्रित घन में 2 और फलक-केंद्रित घन में 4 कण होते हैं। बंधन के आधार पर क्रिस्टल आयनिक, सहसंयोजक जालक, आण्विक या धात्विक होते हैं।
• डाइईन: दो द्विबंध, एक श्रृंखला – डाइईन (ऐल्कैडाइईन, सामान्य सूत्र CnH2n−2) में दो C=C द्विबंध होते हैं। द्विबंध संचित, संयुग्मित या विलगित हो सकते हैं। ब्यूटा-1,3-डाइईन जैसे संयुग्मित डाइईन में पाई इलेक्ट्रॉन चार कार्बन पर फैल जाते हैं, इसलिए अभिकर्मक 1,2 या 1,4 स्थान पर जुड़ता है। डाइईन जुड़कर बहुलक यानी रबर बनाते हैं।
• डाइऐज़ोनियम लवण: बनाना, गुण और ऐरोमैटिक यौगिक बनाने में उपयोग – डाइऐज़ोनियम लवण Ar–N₂⁺X⁻ होते हैं, जैसे बेंज़ीनडाइऐज़ोनियम क्लोराइड C₆H₅N₂⁺Cl⁻। बनाने का तरीका (डाइऐज़ोटीकरण): ऐनिलीन + NaNO₂ + HCl, 273–278 K पर। यह केवल ठंडे में टिकता है, इसलिए तुरंत इस्तेमाल होता है। गरम करने पर N₂ गैस निकल जाती है। दो तरह की अभिक्रियाएँ: (1) N₂ जाता है और उसकी जगह Cl, Br, CN (सैंडमेयर/गाटरमान), I (KI), F (HBF₄), H (H₃PO₂) या OH (गरम पानी) आता है; (2) N₂ रहता है और फ़ीनॉल या ऐनिलीन से युग्मन होकर रंगीन ऐज़ो रंजक बनते हैं।
• तत्व और उनके संकेत – तत्व वह शुद्ध पदार्थ है जिसमें सिर्फ़ एक ही तरह के परमाणु होते हैं। हर तत्व का छोटा संकेत (symbol) होता है: एक बड़ा अक्षर, या बड़ा + छोटा अक्षर (O, Cl)। कुछ संकेत पुराने लैटिन नाम से आते हैं (Na, Fe, Cu)। तत्वों को धातु, अधातु और उत्कृष्ट गैस में बाँटते हैं और परमाणु क्रमांक के हिसाब से आवर्त सारणी में रखते हैं।
• तत्वों का आवर्त वर्गीकरण – वैज्ञानिकों ने मिलते-जुलते तत्वों को एक साथ रखने की कोशिश की। डॉबेराइनर ने त्रिक बनाए, न्यूलैंड्स ने देखा कि हर 8वाँ तत्व पहले जैसा है (अष्टक), मेंडेलीफ़ ने परमाणु द्रव्यमान के क्रम में तत्व रखे और अनजान तत्वों के लिए खाली जगह छोड़ी। मोसले ने बताया कि असली आधार परमाणु संख्या है। आधुनिक आवर्त नियम: तत्वों के गुण उनकी परमाणु संख्या के आवर्ती फलन हैं। आधुनिक सारणी में 7 आवर्त और 18 वर्ग हैं। Z > 100 वाले तत्वों के अस्थायी IUPAC नाम अंकों के मूल (nil, un, bi, tri, quad, pent, hex, sept, oct, enn) + ium से बनते हैं।
• ताप, सक्रियण ऊर्जा, उत्प्रेरक और संघट्ट सिद्धांत – उत्पाद बनने के लिए अभिकारक अणुओं को एक ऊर्जा पहाड़ी चढ़नी होती है, जिसे सक्रियण ऊर्जा Ea कहते हैं। आरेनियस समीकरण k = A e^(−Ea/RT) बताता है कि ताप थोड़ा बढ़ने पर बहुत ज़्यादा अणु पहाड़ी पार करते हैं, इसलिए k तेज़ी से बढ़ता है। उत्प्रेरक नीची पहाड़ी देता है, ΔH नहीं बदलता। संघट्ट सिद्धांत: अणु तभी अभिक्रिया करते हैं जब पर्याप्त ऊर्जा और सही दिशा से टकराएँ।
• त्रिविम रसायन: किरलता, R/S और Z/E – त्रिविम रसायन में हम देखते हैं कि अणु के परमाणु 3D में कैसे सजे हैं। चार अलग समूहों वाला कार्बन किरल होता है और उसका दर्पण-प्रतिबिंब उस पर नहीं बैठता (एनैन्टियोमर)। CIP नियम परमाणु-संख्या से समूहों को क्रम देते हैं; सबसे कम वाला दूर हो तो 1→2→3 घड़ी की दिशा में R, उलटी दिशा में S। द्विबंध पर ऊँची प्राथमिकता वाले समूह एक तरफ़ हों तो Z, विपरीत तरफ़ हों तो E।
• दर्द-निवारक: ऐस्पिरिन कैसे बनती है और कैसे जाँची जाती है – दवा के अणु क्रियात्मक समूहों (functional groups) से बनते हैं, जैसे -OH, -COOH, एस्टर और ऐमाइड। रेट्रोसिंथेसिस लक्ष्य अणु से पीछे की ओर सोचना है। ऐस्पिरिन सैलिसिलिक अम्ल के -OH पर ऐसीटिक ऐनहाइड्राइड से ऐसीटिल समूह लगाकर बनती है (योग फिर निष्कासन से एस्टर बनता है, अम्ल उत्प्रेरक के साथ)। शुद्धता गलनांक, फेरिक क्लोराइड परीक्षण और पतली परत क्रोमैटोग्राफी (TLC) से जाँची जाती है, जहाँ Rf = धब्बे की दूरी ÷ विलायक अग्र की दूरी।
• दहन (जलना) – दहन यानी जलना: एक रासायनिक बदलाव जिसमें ईंधन ऑक्सीजन से तेज़ी से क्रिया करता है और गर्मी व रोशनी देता है। इसके लिए तीन चीज़ें चाहिए: ईंधन, ऑक्सीजन और गर्मी (ज्वलन ताप तक)। कोई एक हटाओ, आग बुझ जाती है। पूरी हवा में कार्बन-हाइड्रोजन वाले ईंधन पूरी तरह जलकर CO₂ और पानी बनाते हैं (नीली लौ)। कम हवा में अपूर्ण दहन होता है: कालिख और ज़हरीली कार्बन मोनोऑक्साइड (पीली, धुएँ वाली लौ)। CO₂ चूने के पानी को दूधिया करती है। 1 ग्राम ईंधन जलने पर निकली ऊर्जा उसका ऊष्मीय मान है।
• दैनिक जीवन में रसायन: दवाएँ, भोजन, सफ़ाई और मिट्टी – रसायन हर दिन आपके घर में काम करता है। प्रतिअम्ल (एंटासिड) दुर्बल क्षार हैं जो पेट का ज़्यादा अम्ल शांत करते हैं। दवाओं को उनके काम से बाँटते हैं: पीड़ाहारी, प्रतिजैविक, रोगाणुरोधक, प्रतिहिस्टैमिन, प्रशांतक। खाद्य रसायन भोजन को सुरक्षित और स्वादिष्ट रखते हैं: परिरक्षक, प्रतिऑक्सीकारक और मधुरक। साबुन इसलिए साफ़ करता है क्योंकि उसके अणु का एक सिरा पानी-प्रेमी और दूसरा तेल-प्रेमी है। किसान अम्लीय मिट्टी में चूना और फ़सल के पोषण के लिए उर्वरक डालते हैं। कुछ धातु आयन शरीर को चाहिए, कुछ विषैले हैं, इसलिए भी हम पुनर्चक्रण करते हैं।
• द्रव्य और उसका मापन – द्रव्य वह सब कुछ है जिसमें द्रव्यमान हो और जो जगह घेरे। यह ठोस, द्रव या गैस हो सकता है, और तत्व, यौगिक या मिश्रण हो सकता है। रसायनज्ञ SI मात्रकों में मापते हैं। हर माप में थोड़ा संदेह होता है, इसलिए हम उसे सही सार्थक अंकों के साथ लिखते हैं, बहुत बड़ी-छोटी संख्या वैज्ञानिक संकेतन में लिखते हैं और इकाई को इकाई-गुणक से बदलते हैं।
• द्रव्यमान संरक्षण का नियम – रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान न बनता है, न नष्ट होता है। अभिक्रिया से पहले पदार्थों का कुल द्रव्यमान, बाद के पदार्थों के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है। कारण: परमाणु सिर्फ़ नए ढंग से जुड़ते हैं; वही परमाणु, उतनी ही संख्या में, पहले भी होते हैं और बाद में भी। अगर कोई गैस बाहर निकल जाए या हवा से आकर जुड़ जाए, तो तराज़ू का पाठ बदलता दिखता है, पर हर पदार्थ गिनें तो कुल द्रव्यमान वही रहता है। इससे जुड़ा नियम, स्थिर अनुपात का नियम, कहता है कि शुद्ध यौगिक में तत्व हमेशा एक ही द्रव्यमान अनुपात में होते हैं (पानी में हमेशा 1 g हाइड्रोजन : 8 g ऑक्सीजन)।
• धातु और अधातु: गुण और सक्रियता श्रेणी – धातुएँ आम तौर पर चमकदार, कठोर, आघातवर्ध्य, तन्य और ऊष्मा-विद्युत की सुचालक होती हैं; अधातुएँ मंद, भंगुर और कुचालक। धातुएँ क्षारकीय ऑक्साइड बनाती हैं, जल और तनु अम्ल से हाइड्रोजन देती हैं, और अधिक सक्रिय धातु कम सक्रिय धातु को उसके लवण के विलयन से बाहर निकाल देती है। सक्रियता के क्रम में लिखी सूची सक्रियता श्रेणी कहलाती है।
• धातु-जलीय आयन: जलीय विलयन में अभिक्रियाएँ – पानी में धातु आयन को छह पानी के लिगैंड घेरते हैं: [M(H₂O)₆]²⁺ या [M(H₂O)₆]³⁺। 3+ आयन O–H बंध को ज़ोर से खींचता है, इसलिए H⁺ निकलता है और विलयन अधिक अम्लीय होता है। OH⁻, NH₃ या CO₃²⁻ डालने पर H⁺ एक-एक कर हटते हैं, और उदासीन हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपित होता है। Al(OH)₃ अधिक OH⁻ में फिर घुल जाता है (उभयधर्मी); Cu(OH)₂ अधिक अमोनिया में लिगैंड प्रतिस्थापन से घुलता है। 2+ आयन कार्बोनेट से MCO₃ देते हैं, 3+ आयन हाइड्रॉक्साइड और CO₂ गैस।
• धातुओं की प्राप्ति और निष्कर्षण – धातुएँ ज़्यादातर भू-पर्पटी में यौगिकों (खनिजों) के रूप में मिलती हैं; जिस खनिज से धातु लाभ के साथ निकाली जा सके वह अयस्क है। निष्कर्षण के तीन चरण: सांद्रण (गैंग हटाना), कच्ची धातु पाना (भर्जन या निस्तापन, फिर अपचयन या विद्युत अपघटन, जो सक्रियता श्रेणी से तय होता है), और परिष्करण (आम तौर पर विद्युत अपघटनी)।
• धातुकर्म: धात्विक बंध से अयस्क से धातु निकालने तक – धातुएँ मुक्त इलेक्ट्रॉनों के समुद्र में बँधे धनायनों से बनी हैं। यही धात्विक बंध बताता है कि वे क्यों चमकती, चालन करती और मुड़ती हैं। ज़्यादातर धातुएँ चट्टानों में यौगिकों के रूप में मिलती हैं, जिन्हें अयस्क कहते हैं। धातुकर्म अयस्क से शुद्ध धातु निकालने का विज्ञान है: पहले अयस्क का सांद्रण, फिर यौगिक को गर्मी (उत्ताप धातुकर्म), विलयन (जल धातुकर्म) या बिजली (विद्युत धातुकर्म) से धातु में बदलना, फिर शोधन। धातु जितनी ज़्यादा सक्रिय, उसे निकालना उतना कठिन और उसका संक्षारण उतना तेज़।
• नाइट्रोजन और उसके यौगिक – हवा का 78% नाइट्रोजन गैस (N₂) है। इसका त्रिबंध इसे बहुत निष्क्रिय बनाता है, इसलिए पौधे इसे सीधे इस्तेमाल नहीं कर पाते। स्थिरीकरण N₂ को यौगिकों में बदलता है: बिजली और जीवाणु प्राकृतिक रूप से, और हैबर प्रक्रम उद्योग में अमोनिया (NH₃) बनाता है। अमोनिया क्षारीय गैस है जो अमोनियम लवण बनाती है। ऊँचे ताप पर N₂ और O₂ से NO बनता है, जो भूरी NO₂ बन जाती है; बारिश में NO₂ नाइट्रिक अम्ल और अम्ल वर्षा बनाती है।
• नाइट्रोजन: तत्व, उसके यौगिक और नाइट्रोजन चक्र – हवा का 78% हिस्सा नाइट्रोजन (N₂) है, पर इसका तिहरा बंधन इतना मज़बूत है कि ज़्यादातर जीव इसे सीधे इस्तेमाल नहीं कर पाते। जड़ की गाँठों के जीवाणु, बिजली और हेबर प्रक्रम इसे अमोनिया में बदलते हैं (स्थिरीकरण)। अमोनिया से नाइट्रिक अम्ल और उर्वरक बनते हैं। प्रकृति में नाइट्रोजन एक चक्र में घूमती है: स्थिरीकरण → नाइट्रीकरण → पौधे → जानवर → अपघटन (अमोनीकरण) → विनाइट्रीकरण से वापस हवा में।
• निर्माण और खेती में रसायन – निर्माण में चूना-पत्थर से चूना, सीमेंट, कंक्रीट और काँच बनते हैं, और जहाँ कंक्रीट कमज़ोर है वहाँ स्टील लगता है। खेती में पौधों को नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस और पोटैशियम मिलते हैं। दोनों जगह सही मात्रा ज़रूरी है।
• नैनो कण: बहुत छोटे कण अलग व्यवहार क्यों करते हैं – नैनो कण 1 से 100 नैनोमीटर (nm) चौड़े होते हैं; 1 nm = 1 × 10⁻⁹ m। ये बस कुछ सौ परमाणु चौड़े होते हैं, इसलिए इनके बहुत सारे परमाणु सतह पर होते हैं। बहुत ऊँचे पृष्ठ क्षेत्रफल : आयतन अनुपात के कारण ये उसी पदार्थ के बड़े टुकड़े से अलग तरह से अभिक्रिया करते हैं, प्रकाश रोकते हैं और कीटाणु मारते हैं।
• पदार्थ और ऊर्जा संतुलन – संतुलन यानी प्रक्रिया का हिसाब-किताब। द्रव्यमान अंदर = बाहर + जमा। ऊर्जा अंदर = बाहर + जमा। गिनती से पहले सभी संख्याएँ एक ही इकाई में (SI) लिखिए।
• पदार्थ की संरचना और गुण – पदार्थ क्या करता है (उसका गुण), यह इस पर निर्भर है कि उसके अंदर क्या है (उसकी संरचना)। धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वे बिजली चलाती हैं। ठोस नमक के आयन जमे होते हैं, इसलिए वह नहीं चलाता, पर पिघला या घुला नमक चलाता है क्योंकि आयन चल सकते हैं। चीनी घुलती है पर उसके अणु उदासीन हैं, इसलिए वह नहीं चलाती। प्लास्टिक की लंबी लड़ियाँ मज़बूत होती हैं; कमज़ोर जोड़ वाली लड़ी को बैक्टीरिया काट देते हैं, यानी वह जैव-अपघटनीय है। OH समूह वाली लड़ियाँ पानी खींचती हैं और जेल की तरह फूलती हैं। गुण का अनुमान लगाने के लिए पूछो: कण कौन-से हैं, क्या उन पर आवेश है, क्या वे चल सकते हैं, और वे आपस में या पानी से कितना खिंचते हैं?
• पदार्थ विज्ञान: पदार्थ ऐसा व्यवहार क्यों करते हैं – पदार्थ विज्ञान बताता है कि अंदर की बनावट (परमाणु, बंध, क्रिस्टल, ग्रेन) बाहर के गुण (मज़बूत, लचीला, भंगुर, हल्का) कैसे तय करती है। चार परिवार: धातु, पॉलिमर, सिरेमिक, कंपोज़िट। गुण परीक्षणों से नापे जाते हैं: तनन परीक्षण (प्रतिबल = बल ÷ क्षेत्रफल, विकृति = लंबाई में बदलाव ÷ मूल लंबाई, यंग गुणांक = प्रतिबल ÷ विकृति), कठोरता और आघात परीक्षण। ऊष्मा उपचार और मिश्रधातु बनाना अंदर की बनावट और इसलिए गुण बदलते हैं। नए पदार्थ: कंपोज़िट, नैनो, स्मार्ट और जैव पदार्थ। रसायन कला-सामग्री भी समझाता है: रंजक, बाइंडर, सिरेमिक, काँच, धातु।
• पदार्थों का नवाचार: प्रयोगशाला के विचार से नए उत्पाद तक – रासायनिक नवाचार विचार को चरणों में उत्पाद बनाता है: विचार, प्रयोगशाला जाँच, पायलट, कारख़ाना, बाज़ार। नए पदार्थ (मिश्रधातु, जैव-प्लास्टिक, स्मार्ट पदार्थ) और भोजन की नई प्रक्रियाएँ संरचना से डिज़ाइन होती हैं और प्रदर्शन, लागत और सुरक्षा पर परखी जाती हैं। ग्राम से टन तक स्केल-अप और बाज़ार तय करते हैं कि कौन-सा विचार सफल होगा।
• पदार्थों के बीच आनुवंशिक संबंध – पदार्थ एक परिवार की तरह जुड़े हैं। धातु जलकर क्षारकीय ऑक्साइड बनाती है, उसमें पानी मिले तो क्षारक बनता है। अधातु जलकर अम्लीय ऑक्साइड बनाती है, उसमें पानी मिले तो अम्ल बनता है। क्षारक और अम्ल मिलकर लवण और पानी बनाते हैं। कार्बनिक पदार्थ भी जुड़े हैं: जलने पर CO2 और पानी देते हैं और पौधे CO2 से फिर कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं।
• परमाणु और अणु – रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान न बनता है, न नष्ट होता है (द्रव्यमान संरक्षण), और यौगिक में तत्व हमेशा द्रव्यमान के एक ही अनुपात में होते हैं (स्थिर अनुपात)। डाल्टन ने दोनों को समझाया: पदार्थ छोटे-छोटे परमाणुओं से बना है जो पूरी संख्याओं में जुड़ते हैं। परमाणु जुड़कर अणु बनाते हैं; आवेश वाले परमाणु या समूह आयन हैं। सूत्र संयोजकता को क्रॉस करके लिखते हैं। आण्विक द्रव्यमान (आयनिक यौगिक के लिए सूत्र इकाई द्रव्यमान) सूत्र के सभी परमाणु द्रव्यमानों का योग है, u में।
• परमाणु की संरचना – परमाणु के बीच में एक बहुत छोटा, भारी और धनावेशित नाभिक होता है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन रहते हैं। इलेक्ट्रॉन इसके चारों ओर तय कोशों K, L, M, N में घूमते हैं। प्रोटॉन की संख्या (Z) से तत्व तय होता है; प्रोटॉन + न्यूट्रॉन = द्रव्यमान संख्या (A)। बाहरी इलेक्ट्रॉन संयोजकता तय करते हैं।
• पर्यावरण रसायन – पर्यावरण रसायन हवा, पानी और मिट्टी में मौजूद रसायनों का अध्ययन है: वे कहाँ से आते हैं और क्या असर करते हैं। सूखी हवा में लगभग 78% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, 0.9% आर्गन और 0.04% कार्बन डाइऑक्साइड है। ईंधन जलने से SO₂, NOₓ, CO और कण जैसे प्रदूषक बनते हैं। SO₂ और NO₂ बारिश में अम्ल बनाते हैं (pH 5.6 से कम)। हम अनुमापन जैसी मात्रात्मक जाँच से प्रदूषण नापते हैं, मानकों से तुलना करते हैं और क़ानून व साफ़ तकनीक से नुक़सान घटाते हैं।
• पाक-तकनीकें: स्टॉक, सॉस, आटा और क्रीम – अच्छी रसोई चूल्हे से पहले शुरू होती है: सही उत्पाद चुनिए (गुणवत्ता, लेबल, कितना प्रसंस्कृत), मौसम में ख़रीदिए, रेसिपी कार्ड और प्लेट-माप से चलिए, फिर प्राथमिक तैयारी (धोना, काटना, तौलना) और बेस तैयारी (स्टॉक, सॉस, आटा, क्रीम) कीजिए। अंत में इंद्रियों से जाँचिए: रूप, गंध, स्वाद और बनावट।
• पृथ्वी के वायुमंडल का संघटन और विकास – आज सूखी हवा में लगभग 78% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, करीब 1% आर्गन और बहुत थोड़ी (लगभग 0.04%) कार्बन डाइऑक्साइड है। शुरुआती वायुमंडल ज्वालामुखियों से बना: ज़्यादातर CO2 और जल वाष्प, ऑक्सीजन लगभग नहीं। पृथ्वी ठंडी हुई तो जल वाष्प से महासागर बने और कुछ CO2 उनमें घुल गई। शैवाल और फिर पौधों ने प्रकाश-संश्लेषण से ऑक्सीजन बनाई। कार्बन चूना पत्थर जैसी अवसादी चट्टानों और जीवाश्म ईंधनों में बंद हो गया, इसलिए CO2 घटी।
• पॉलिहैलोजन यौगिक – पॉलिहैलोजन यौगिकों में कार्बन पर एक से ज़्यादा हैलोजन होते हैं। डाइक्लोरोमेथेन विलायक और पेंट हटाने वाला है; क्लोरोफ़ॉर्म विलायक है जो वायु और प्रकाश में विषैली फ़ॉस्जीन बनाता है; आयोडोफ़ॉर्म पीला पूतिरोधी है; CCl₄ विलायक और अग्निशामक था; फ़्रिऑन शीतलक थे जो ओज़ोन नष्ट करते हैं; DDT कीटनाशक है जो खाद्य शृंखला में जमा होता है।
• पोटैशियम डाइक्रोमेट और पोटैशियम परमैंगनेट – K₂Cr₂O₇ (नारंगी, Cr +6) क्रोमाइट अयस्क से बनता है; पानी में अम्ल में डाइक्रोमेट और क्षार में पीला क्रोमेट रहता है। KMnO₄ (बैंगनी, Mn +7) पायरोलुसाइट (MnO₂) से बनता है। दोनों प्रबल ऑक्सीकारक हैं: अम्लीय डाइक्रोमेट 6 इलेक्ट्रॉन लेकर हरा Cr³⁺ बनता है; परमैंगनेट अम्ल में 5 (Mn²⁺), उदासीन में 3 (MnO₂) और प्रबल क्षार में 1 (MnO₄²⁻) इलेक्ट्रॉन लेता है।
• प्रकार्यात्मक (फंक्शनल) सेरामिक – प्रकार्यात्मक सेरामिक सावधानी से बने ऐसे सेरामिक हैं जो कोई खास काम करते हैं। यांत्रिक वाले बहुत सख़्त और घिसने से बचे रहते हैं (औज़ार, बेयरिंग)। विद्युत वाले रोधी होते हैं, आवेश जमा करते हैं या दबाने पर वोल्टेज बनाते हैं (पीज़ो)। प्रकाशीय वाले प्रकाश को आर-पार जाने देते हैं।
• प्रकाशिक समावयवता: किरल केंद्र और प्रतिबिंबी रूप – प्रकाशिक समावयवी ऐसे त्रिविम समावयवी हैं जो एक-दूसरे के दर्पण प्रतिबिंब हैं पर एक-दूसरे पर ठीक नहीं बैठते। ये तब बनते हैं जब किसी कार्बन पर चार अलग समूह हों: किरल केंद्र। दोनों रूप (प्रतिबिंबी रूप या एनैन्टिओमर) के भौतिक और रासायनिक गुण एक जैसे हैं, बस वे समतल ध्रुवित प्रकाश को बराबर कोण से उलटी दिशाओं में घुमाते हैं और शरीर में अलग असर कर सकते हैं। 50 : 50 मिश्रण (रेसेमिक) प्रकाश को कुल मिलाकर नहीं घुमाता।
• प्रतिशत लब्धि और परमाणु अर्थव्यवस्था – प्रतिशत लब्धि बताती है कि जितना उत्पाद मिल सकता था, उसमें से असल में कितना मिला: वास्तविक ÷ सैद्धांतिक × 100। परमाणु अर्थव्यवस्था बताती है कि अभिकारकों के कितने परमाणु चाहे गए उत्पाद में पहुँचे: चाहे गए उत्पाद का Mr ÷ अभिकारकों का कुल Mr × 100। दोनों से रसायन सस्ता और कम बर्बादी वाला बनता है।
• प्रदूषण: वायु, जल, भूमि और ध्वनि – प्रदूषण यानी हवा, पानी या ज़मीन में हानिकारक पदार्थ या ऊर्जा इतनी तेज़ी से डालना कि प्रकृति उसे हटा न सके। मुख्य वायु प्रदूषक हैं कण (PM), कार्बन मोनोऑक्साइड, सल्फ़र डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड और ओज़ोन; इनसे अम्लीय वर्षा और स्मॉग बनते हैं। पोषक तत्व, सीवेज और ज़हरीले रसायन पानी में सुपोषण और जैव आवर्धन करते हैं। स्रोत पर उत्सर्जन घटाकर, कचरा छोड़ने से पहले साफ़ करके और 3R से प्रदूषण घटता है।
• प्रयोग: आवर्त और वर्ग में तत्वों के गुणों का रुझान – प्रयोगशाला में हम आवर्ती रुझान अपनी आँखों से देख सकते हैं। आवर्त 3 में सोडियम से क्लोरीन की ओर धातु सक्रियता घटती है (सोडियम पानी में तेज़ बुलबुले देता है, मैग्नीशियम बहुत कम, एल्युमिनियम बिल्कुल नहीं), अधातु सक्रियता बढ़ती है (क्लोरीन सबसे प्रबल है) और ऑक्साइड प्रबल क्षार से प्रबल अम्ल बन जाते हैं। वर्ग 1 में नीचे जाने पर धातुएँ ज़्यादा सक्रिय होती हैं (Li, Na, K)। वर्ग 17 में नीचे जाने पर हैलोजन कम सक्रिय होते हैं, इसलिए क्लोरीन ब्रोमीन और आयोडीन को उनके लवण से निकाल देता है और ब्रोमीन आयोडीन को।
• प्रयोग: ऑक्सीजन बनाना और जाँचना – प्रयोगशाला में ऑक्सीजन हाइड्रोजन परॉक्साइड को मैंगनीज़ डाइऑक्साइड (उत्प्रेरक) से कमरे के तापमान पर तोड़कर, या पोटैशियम परमैंगनेट को गरम करके बनती है। गैस निकास नली से गुज़रकर गैस जार में पानी के ऊपर या हवा के ऊर्ध्व विस्थापन से इकट्ठी होती है। परीक्षण सुलगती तीली से होता है: तीली फिर जल उठती है। सुरक्षा नियम: उपकरण वायुरोधी हो, पहले स्थिर बुलबुले का इंतज़ार करें, और गरम करना बंद करने से पहले नली पानी से बाहर निकालें।
• प्रयोग: कच्चे नमक की शुद्धि और सल्फ़र यौगिकों का रूपांतरण – कच्चे नमक में Ca²⁺, Mg²⁺ और SO₄²⁻ अशुद्धियाँ होती हैं। हम इन्हें अवक्षेपण से हटाते हैं: BaCl₂ सल्फ़ेट को BaSO₄ बनाकर, NaOH मैग्नीशियम को Mg(OH)₂ बनाकर, और Na₂CO₃ कैल्शियम (और बचे बेरियम) को कार्बोनेट बनाकर निकाल देता है। फिर छानते हैं, बचे OH⁻ और CO₃²⁻ को तनु HCl से उदासीन करते हैं और वाष्पीकरण से शुद्ध NaCl के रवे पाते हैं। दूसरे भाग में हम सल्फ़र को −2 (H₂S), 0 (S), +4 (SO₂) और +6 (H₂SO₄) ऑक्सीकरण संख्याओं के बीच बदलते देखते हैं: ऊपर जाना उपचयन है, नीचे जाना अपचयन।
• प्रयोग: दिए गए द्रव्यमान % का नमक (NaCl) घोल बनाना – तय प्रतिशत का घोल बनाने के लिए पहले हिसाब लगाओ: नमक = कुल द्रव्यमान × प्रतिशत ÷ 100 और पानी = कुल − नमक। नमक को तराज़ू पर तौलो, पानी को मापक जार में मापो (1 g पानी = 1 mL), दोनों बीकर में डालो और दाने घुलने तक हिलाओ।
• प्रयोग: दी गई मोलरता का विलयन बनाना – ज्ञात मोलरता (mol/L) का विलयन बनाने के लिए पहले विलेय का द्रव्यमान निकालते हैं: द्रव्यमान = मोलरता × आयतन (लीटर में) × मोलर द्रव्यमान। उसे तोलते हैं, बीकर में थोड़े पानी में घोलते हैं, कीप से आयतनमितीय फ़्लास्क में डालते हैं, बीकर को तीन बार धोकर फ़्लास्क में डालते हैं, फिर पानी तब तक डालते हैं जब तक मेनिस्कस का निचला भाग वलय चिह्न को छू न ले, आँख चिह्न की ऊँचाई पर रखकर। ढक्कन लगाकर 10 बार उलटने-पलटने से घोल मिल जाता है। त्रुटियाँ चिह्न ग़लत पढ़ने, चिह्न से आगे निकलने, स्थानांतरण में विलेय खोने, गरम घोल इस्तेमाल करने या गंदे फ़्लास्क से आती हैं।
• प्रयोग: लोहे के यौगिकों के गुण (Fe²⁺ और Fe³⁺ की जाँच) – इस प्रयोग में तुम घोल में Fe²⁺ और Fe³⁺ की पहचान करते हो। सोडियम हाइड्रॉक्साइड Fe²⁺ से सफ़ेद-हरा ठोस (जो हवा में भूरा हो जाता है) और Fe³⁺ से लाल-भूरा ठोस देता है। पोटैशियम थायोसायनेट (KSCN) Fe³⁺ को खून जैसा लाल कर देता है, पर Fe²⁺ पर कोई असर नहीं होता। हाइड्रोजन पेरॉक्साइड Fe²⁺ को Fe³⁺ में ऑक्सीकृत करता है (फिर KSCN से लाल रंग आता है), और लोहे का चूर्ण Fe³⁺ को Fe²⁺ में अपचयित करता है (फिर KSCN से लाल रंग नहीं आता)। प्रयोग दिखाता है कि आयरन(II) अपचायक है, आयरन(III) ऑक्सीकारक है, और दोनों एक-दूसरे में बदल सकते हैं।
• प्रयोग: सरल सेल बनाना और दर को प्रभावित करने वाले कारक – भाग क: तनु अम्ल में ज़िंक और ताँबे की पट्टी डालो, वोल्टमीटर से जोड़ो और लगभग 1.0 V पढ़ो। ज़िंक इलेक्ट्रॉन देता है (ऐनोड) और ताँबे पर हाइड्रोजन बनती है (कैथोड)। अलग धातु-जोड़ी अलग वोल्टेज देती है और दो एक जैसी पट्टियाँ 0 V। भाग ख: गैस बनाम समय का ग्राफ़ बनाओ। रेखा की ढलान ही दर है। ज़्यादा सांद्रता, ऊँचा ताप (लगभग हर 10 °C पर दुगुनी), छोटे टुकड़े और उत्प्रेरक, चारों दर बढ़ाते हैं, और निष्पक्ष परीक्षण में एक बार में एक ही कारक बदला जाता है। उत्पाद की कुल मात्रा नहीं बदलती, सिर्फ़ यह बदलता है कि कितनी तेज़ी से बनता है।
• प्रयोगशाला तकनीक: घोल बनाना, छानना, स्लाइड लगाना, ऊतक पढ़ना – घोल बनाने के लिए विलेय को तोलो, घोलो, फिर फ्लास्क के निशान तक विलायक डालो। सांद्रता = विलेय का द्रव्यमान ÷ घोल का आयतन (जैसे 100 mL में 5 g = 50 g/L)। छानने में कीप और छन्ना कागज़ से अघुलनशील ठोस (अवशेष) को द्रव (छनित) से अलग करते हैं। स्लाइड में पतला नमूना काँच पर रखकर कवर-स्लिप को धीरे से उतारते हैं ताकि बुलबुले न फँसें। ऊतक एक जैसी कोशिकाओं का समूह है जो एक काम करता है: उपकला, पेशी, तंत्रिका और संयोजी। अनुसंधान की विधियाँ (अवलोकन, प्रयोग, सर्वेक्षण, मॉडल) अलग-अलग सवालों के लिए हैं।
• प्रयोगशाला में कार्बन डाइऑक्साइड बनाना – प्रयोगशाला में संगमरमर (CaCO₃) पर तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल डालकर CO₂ बनाते हैं: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂। गैस हवा से भारी है, इसलिए जार में ऊपर की ओर वायु हटाकर इकट्ठा करते हैं। जलती तीली बुझ जाती है और चूने का पानी दूधिया हो जाता है।
• प्रयोगशाला में कार्बन डाइऑक्साइड बनाना और जाँचना – संगमरमर (कैल्सियम कार्बोनेट) तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से अभिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड, कैल्सियम क्लोराइड और पानी देता है: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂। CO₂ रंगहीन, गंधहीन और हवा से भारी है, इसलिए ऊर्ध्व विस्थापन से इकट्ठी होती है। यह चूने के पानी को दूधिया करती है, जलती तीली बुझाती है और नम नीली लिटमस को लाल करती है।
• प्रयोगशाला सुरक्षा और सुरक्षित प्रयोग – सुरक्षा पहनावा (गॉगल्स, कोट, बंद जूते, बँधे बाल)। लेबल और ख़तरा चिह्न पढ़ें। परखनली का मुँह दूर रखकर धीरे गरम करें। अम्ल को पानी में डालें, गंध हवा करके लें, कभी न चखें। हर दुर्घटना तुरंत बताएँ। प्रयोग की योजना बनाएँ, पहले जोखिम आँकें और कचरा सही जगह डालें।
• प्रोटीन और एंज़ाइम: ऐमीनो अम्ल, पेप्टाइड बंध, संरचना और विकृतीकरण – प्रोटीन ऐमीनो अम्लों की लंबी शृंखलाएँ हैं। हर ऐमीनो अम्ल के एक कार्बन पर ऐमीनो समूह (–NH₂), अम्ल समूह (–COOH), एक हाइड्रोजन और एक पार्श्व समूह R होता है। एक का –COOH अगले के –NH₂ से पानी निकालकर जुड़ता है: यह पेप्टाइड बंध (–CO–NH–) है। ऐमीनो अम्लों का क्रम प्राथमिक संरचना; कुंडली और परत द्वितीयक; पूरा 3D मोड़ तृतीयक; कई शृंखलाएँ साथ में चतुर्धातुक संरचना। गर्मी, अम्ल या ऐल्कोहॉल मोड़ खोल देते हैं (विकृतीकरण)। एंज़ाइम ज़्यादातर प्रोटीन हैं जो शरीर की अभिक्रियाएँ तेज़ करते हैं।
• फ़ीनॉल – फ़ीनॉल में –OH सीधे बेंज़ीन वलय के कार्बन पर लगा होता है। इसे क्लोरोबेंज़ीन (NaOH, 623 K, 300 atm), बेंज़ीनसल्फ़ोनिक अम्ल, डाइऐज़ोनियम लवण या क्यूमीन से बनाते हैं। फ़ीनॉल, ऐल्कोहॉल और पानी से ज़्यादा अम्लीय है क्योंकि फ़ीनॉक्साइड आयन का ऋण आवेश वलय पर फैल जाता है; –NO₂ जैसे इलेक्ट्रॉन खींचने वाले समूह (ऑर्थो/पैरा पर) अम्लता बढ़ाते हैं, –CH₃ जैसे इलेक्ट्रॉन देने वाले घटाते हैं। –OH वलय की ऑर्थो और पैरा स्थितियों को सक्रिय करता है: ब्रोमीन जल → 2,4,6-ट्राइब्रोमोफ़ीनॉल, तनु HNO₃ → o- और p-नाइट्रोफ़ीनॉल, NaOH + CO₂ → सैलिसिलिक अम्ल (कोल्बे), CHCl₃ + NaOH → सैलिसिलैल्डिहाइड (राइमर–टीमान)।
• फॉस्फोरस और उसके यौगिक: फॉस्फाइड, फॉस्फीन और उर्वरक – फॉस्फोरस समूह 15 का अधातु है, नाइट्रोजन के ठीक नीचे। सफ़ेद फॉस्फोरस P₄ है (तनाव वाला 3D पिरामिड) और हवा में जल उठता है; लाल फॉस्फोरस स्थायी श्रृंखला है। यह जलकर P₄O₆ या P₄O₁₀ बनाता है, और P₄O₁₀ पानी से फॉस्फोरिक अम्ल देता है। Ca₃P₂ जैसे धातु फॉस्फाइड पानी से ज़हरीली फॉस्फीन PH₃ देते हैं। फॉस्फोरिक अम्ल से बने फॉस्फेट मुख्य उर्वरक हैं।
• बफ़र विलयन और विलेयता गुणनफल – बफ़र वह विलयन है जिसमें थोड़ा अम्ल या क्षारक डालने पर भी pH लगभग वही रहता है। अम्लीय बफ़र = दुर्बल अम्ल + उसका लवण (CH₃COOH + CH₃COONa); क्षारीय बफ़र = दुर्बल क्षारक + उसका लवण (NH₄OH + NH₄Cl)। pH हेंडरसन समीकरण से: pH = pKa + log([लवण]/[अम्ल])। अल्प-विलेय लवण अपने संतृप्त घोल में आयनों से साम्य बनाता है; आयन सांद्रताओं का गुणनफल (गुणांक की घात में) विलेयता गुणनफल Ksp है। AB के लिए Ksp = s², AB₂ या A₂B के लिए Ksp = 4s³। आयनिक गुणनफल Q > Ksp हो तो अवक्षेप बनता है। सम-आयन विलेयता घटाता है।
• बहुलक (Polymers) – बहुलक एक विशाल अणु है जो कई छोटे अणुओं (एकलकों) को लंबी श्रृंखला में जोड़कर बनता है। योगात्मक बहुलकीकरण में C=C द्विबंध वाले एकलक खुलकर जुड़ते हैं और कुछ नहीं निकलता (एथीन → पॉलीएथीन)। संघनन बहुलकीकरण में दोनों सिरों पर क्रियाशील समूह वाले दो तरह के एकलक जुड़ते हैं और हर जोड़ पर पानी जैसा छोटा अणु निकलता है (नायलॉन, पॉलिएस्टर)। प्रकृति भी बहुलक बनाती है: स्टार्च, सेलुलोज़, प्रोटीन, DNA, रबर। अलग-अलग श्रृंखलाएँ थर्मोप्लास्टिक बनाती हैं जो पिघलकर पुनः चक्रित होते हैं; अनुप्रस्थ-बंधित श्रृंखलाएँ थर्मोसेट बनाती हैं जो कभी नहीं पिघलते। ज़्यादातर प्लास्टिक सड़ते नहीं, इसलिए कम इस्तेमाल, दोबारा इस्तेमाल और पुनः चक्रण ज़रूरी है।
• बेंज़ीन और ऐरोमैटिकता – बेंज़ीन (C₆H₆) छह sp² कार्बनों का चपटा वलय है। इसके छह π इलेक्ट्रॉन पूरे वलय में फैले हैं, इसलिए सभी C–C आबंध बराबर हैं और वलय बहुत स्थायी है। ऐसा वलय ऐरोमैटिक कहलाता है जब वह चक्रीय, समतलीय, पूर्ण संयुग्मित हो और उसमें 4n + 2 π इलेक्ट्रॉन हों (हकेल नियम)। बेंज़ीन योग की जगह इलेक्ट्रॉनस्नेही प्रतिस्थापन (नाइट्रीकरण, हैलोजनीकरण, सल्फ़ोनीकरण, फ़्रीडेल–क्राफ़्ट्स) पसंद करती है, क्योंकि इससे स्थायी वलय बचा रहता है। वलय पर पहले से लगा समूह तय करता है कि अगला समूह ऑर्थो/पैरा जाएगा या मेटा। बेंज़ीन और संगलित-वलय हाइड्रोकार्बन विषैले हैं और कैंसर कर सकते हैं।
• बेकिंग और फ़ास्ट फ़ूड: ब्रेड और केक कैसे फूलते हैं – फ़ास्ट फ़ूड वह खाना है जो तय रेसिपी, तय मात्रा और तय चरणों से जल्दी बनता और परोसा जाता है, जैसे बर्गर, पिज़्ज़ा, रैप। बेकिंग ओवन की सूखी गर्मी से पकाना है। मैदा ग्लूटेन से ढाँचा देता है, तरल जोड़ता है, फुलाने वाले पदार्थ (ख़मीर, बेकिंग पाउडर, सोडा, भाप, हवा) गैस बनाते हैं, चीनी मिठास और रंग देती है, नमक ख़मीर को काबू में रखता है और वसा नरम बनाती है। ओवन में गैस फैलती है, स्टार्च और प्रोटीन जमते हैं और सतह भूरी होती है।
• बोर मॉडल की ओर: प्रकाश, फोटॉन, स्पेक्ट्रम और बोर का परमाणु – प्रकाश एक विद्युत-चुंबकीय तरंग है: c = νλ और तरंग संख्या ν̄ = 1/λ। पर कुछ बातों के लिए कण चाहिए: प्लांक ने कहा ऊर्जा पैकेट (क्वांटम) में आती है, E = hν। आइंस्टीन ने फोटॉन से प्रकाश-विद्युत प्रभाव समझाया: इलेक्ट्रॉन तभी निकलता है जब hν, कार्य फलन W₀ = hν₀ से ज़्यादा हो; उसकी गतिज ऊर्जा hν − hν₀। परमाणु रेखा स्पेक्ट्रम देते हैं, यानी इलेक्ट्रॉन की ऊर्जाएँ तय हैं। बोर ने इलेक्ट्रॉन को तय कक्षाओं में रखा जहाँ कोणीय संवेग nh/2π; ऊर्जा Eₙ = −2.18 × 10⁻¹⁸ Z²/n² J, त्रिज्या rₙ = 52.9 n²/Z pm। कक्षा बदलने पर फोटॉन निकलता है, 1/λ = R_H(1/n₁² − 1/n₂²) से लाइमन, बामर, पाशन, ब्रैकेट, फुंड श्रेणियाँ मिलती हैं। बोर मॉडल सिर्फ़ एक-इलेक्ट्रॉन वाले कणों पर चलता है।
• भारतीय पाक कला: क्षेत्र, नाश्ते, ग्रेवी, मिठाई और परोसना – भारत में खाना क्षेत्र के हिसाब से बदलता है, क्योंकि मौसम, फ़सल और संस्कृति अलग हैं: उत्तर में गेहूँ और दूध, दक्षिण में चावल और नारियल, पूर्व में चावल और मछली, पश्चिम में बाजरा और मूँगफली। आम आधार हैं: मसाले, तड़का, कुछ मूल ग्रेवी (प्याज़-टमाटर, सफ़ेद, पीली, हरी), तले और भाप वाले नाश्ते, और खोया, छेना व चाशनी से बनी मिठाइयाँ। भोजन अक्सर थाली में परोसा जाता है जिसमें सब खाद्य समूह और छह स्वाद हों।
• भौतिक और रासायनिक परिवर्तन – भौतिक परिवर्तन में पदार्थ का आकार, माप या अवस्था बदलती है, पर कोई नया पदार्थ नहीं बनता; कण वही रहते हैं। रासायनिक परिवर्तन में परमाणु नए ढंग से जुड़कर एक या ज़्यादा नए पदार्थ बनाते हैं। संकेत: गैस, रंग बदलना, ऊष्मा या प्रकाश, अवक्षेप और नई गंध। दोनों में कुल द्रव्यमान वही रहता है।
• महासागरीय अम्लीकरण और प्रवाल विरंजन (कोरल ब्लीचिंग) – समुद्र हमारे छोड़े गए CO₂ का लगभग चौथाई हिस्सा सोख लेता है। पानी में CO₂ अम्ल बनाता है, जिससे pH घटता है और खोल व प्रवाल के कंकाल के लिए ज़रूरी कार्बोनेट कम हो जाता है। अलग से, गर्म पानी प्रवाल का रंग उड़ा देता है (विरंजन)। दोनों रीफ़ पारितंत्र के लिए ख़तरा हैं।
• मिट्टी की अम्लता और पौधों की बढ़त: एक प्रोजेक्ट – मिट्टी का pH बताता है कि मिट्टी अम्लीय (7 से कम), उदासीन (लगभग 7) या क्षारीय (7 से अधिक) है। पौधे मिट्टी के पानी से भोजन लेते हैं और pH तय करता है कि कौन-से पोषक तत्व घुलते हैं। ज़्यादातर फ़सलें pH 6 से 7.5 के बीच अच्छी बढ़ती हैं, चाय को pH 5 के आसपास अम्लीय मिट्टी पसंद है, और बहुत अम्लीय या बहुत क्षारीय मिट्टी में कई पौधे ख़राब उगते हैं। pH नापने के लिए मिट्टी को आसुत जल में मिलाकर बैठने देते हैं और साफ़ पानी को सूचक कागज़, सूचक घोल या pH मीटर से जाँचते हैं। अम्लीय मिट्टी में चूना (क्षार) और क्षारीय मिट्टी में गंधक, खाद या अम्लीय उर्वरक डालते हैं। प्रोजेक्ट में हम जाँच करते हैं, निष्पक्ष परीक्षण से पौधों की तुलना करते हैं और तय करते हैं कि मिट्टी का उपचार कैसे हो।
• मिश्रण और उनका पृथक्करण – मिश्रण में दो या ज़्यादा पदार्थ किसी भी अनुपात में मिले होते हैं और हर पदार्थ अपने गुण बनाए रखता है। समांगी मिश्रण (विलयन) हर जगह एक जैसा दिखता है, विषमांगी नहीं। कण के आकार से: विलयन (< 1 nm), कोलॉइड (1–1000 nm), निलंबन (> 1000 nm)। कोलॉइड प्रकाश फैलाता है (टिंडल प्रभाव)। सांद्रता बताती है कि विलयन में कितना विलेय है। मिश्रण को उसके हिस्सों के अंतर से अलग करते हैं: वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण, आसवन, क्रोमैटोग्राफी, ऊर्ध्वपातन, अपकेंद्रण और स्कंदन।
• मुख्य समूह और संक्रमण तत्व – अकार्बनिक रसायन में तत्वों और उनके यौगिकों का अध्ययन होता है (कार्बन की लंबी शृंखलाओं को छोड़कर)। मुख्य समूह के तत्व समूह 1, 2 और 13 से 18 में हैं। संक्रमण तत्व समूह 3 से 12 में हैं। एक समूह के तत्वों का व्यवहार मिलता-जुलता होता है। संक्रमण तत्व कठोर धातुएँ हैं जिनके आयन रंगीन होते हैं, कई आवेश ले सकते हैं और उत्प्रेरक बनते हैं।
• मोल संकल्पना, मोलर द्रव्यमान और रासायनिक सूत्र – परमाणु इतने छोटे हैं कि एक-एक गिनना नामुमकिन है, इसलिए रसायनज्ञ उन्हें तौलकर गिनते हैं। परमाणु द्रव्यमान u में होता है; 1 u = कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान का 1/12। एक मोल = 6.022 × 10²³ कण, और उसका ग्राम में द्रव्यमान u वाले सूत्र द्रव्यमान के बराबर। मोल से हम यौगिक में हर तत्व का प्रतिशत निकालते हैं, और प्रतिशत से उल्टा चलकर मूलानुपाती और आण्विक सूत्र।
• मोल: तौलकर कणों की गिनती – मोल कणों की एक तय संख्या है: 6.02 × 10²³ (आवोगाद्रो स्थिरांक)। किसी पदार्थ के एक मोल का द्रव्यमान ग्राम में उसके सापेक्ष सूत्र द्रव्यमान (Mr) के बराबर होता है। इसलिए मोल = द्रव्यमान ÷ Mr। संतुलित समीकरण बताता है कि मोल किस अनुपात में अभिक्रिया करते हैं, और जो अभिकारक पहले ख़त्म हो, वह सीमांत अभिकर्मक है।
• रंग और रंजक – कोई पदार्थ इसलिए रंगीन दिखता है क्योंकि उसके अणु सफ़ेद रोशनी के कुछ रंग सोख लेते हैं और बाकी आँख तक पहुँचते हैं। सोखा गया प्रकाश इलेक्ट्रॉन को HOMO-LUMO अंतराल के पार ऊपर उठाता है। एकांतर दोहरे बंधों की शृंखला जितनी लंबी, अंतराल उतना छोटा और सोखी गई तरंगदैर्घ्य उतनी लंबी। हमें पूरक रंग दिखता है। रंजक घुलता है, वर्णक ठोस कणों के रूप में रहता है।
• रंजक, पेंट, स्वाद और इत्र – रंजक (डाई) रंगीन पदार्थ हैं जो रेशे पर चिपकते हैं या पानी में घुलते हैं। वर्णक (पिगमेंट) रंगीन चूर्ण हैं जो पेंट में काम आते हैं। पेंट = वर्णक + बाइंडर + विलायक। खाने के रंग सुरक्षित होने चाहिए। सुगंध, सार और इत्र हल्के, जल्दी उड़ने वाले कार्बनिक यौगिक हैं जिन्हें नाक पहचानती है।
• रससमीकरणमिति, सीमांत अभिकर्मक और सांद्रता के पद – रससमीकरणमिति का मतलब है अभिक्रिया में पदार्थों की मात्रा मापना। संतुलित समीकरण एक नुस्खे जैसा है: उसकी संख्याएँ अभिकारकों और उत्पादों का मोल अनुपात बताती हैं। इससे किसी भी द्रव्यमान को मोल में बदलकर, अनुपात लगाकर, किसी दूसरे पदार्थ का द्रव्यमान निकाल सकते हैं। जो अभिकारक पहले खत्म हो वह सीमांत अभिकर्मक है; वही तय करता है कितना उत्पाद बनेगा। विलयन की सांद्रता द्रव्यमान %, मोल अंश, मोलरता या मोललता से बताते हैं।
• रसायन और समाज – रसायन विज्ञान यह पढ़ता है कि परमाणु कैसे जुड़ते और बदलते हैं। कौन से परमाणु कैसे जोड़ें, यह चुनकर रसायनज्ञ नए पदार्थ, दवाएँ, खाद और ईंधन बनाते हैं। अभिक्रिया में परमाणु नष्ट नहीं होते, इसलिए हर उत्पाद का एक मूल्य और कचरा भी होता है।
• रसायन कौशल: रसायनज्ञ कैसे सोचते हैं – रसायनज्ञ एक बदलाव को तीन स्तरों पर देखते हैं: मैक्रो (जो दिखता है), मेसो (कणों के समूह) और माइक्रो (परमाणु और आयन)। वे प्रक्रिया को अंदर-प्रक्रिया-बाहर वाले तंत्र की तरह बनाते हैं, गणना से पहले अनुमान लगाते हैं, भौतिकी और जीवविज्ञान से जोड़ते हैं और नए हल की स्थिरता जाँचते हैं। रसायन का ज्ञान मॉडल को परखने और सुधारने से बढ़ता है।
• रसायन दोहराव: आवर्त नियम से विद्युत-अपघटन तक – यह दोहराव पाँच बड़े विचार जोड़ता है। आवर्त नियम: परमाणु क्रमांक के साथ गुण दोहराते हैं। संरचना: परमाणु इलेक्ट्रॉन देकर या साझा करके जुड़ते हैं। गति और ऊर्जा: तेज़, ज़्यादा ऊर्जा वाले कण जल्दी अभिक्रिया करते हैं, और अभिक्रिया ऊष्मा देती या लेती है। विलयन: पदार्थ विलायक में फैल जाता है। विद्युत-अपघटन: विद्युत धारा रासायनिक बदलाव कराती है और आयन इलेक्ट्रोडों पर जाते हैं।
• रसायन प्रयोग: बनाना, अलग करना, जाँचना और मापना – हर रसायन प्रयोगशाला में चार कौशल चलते हैं: पदार्थ बनाना, उसे मिश्रण से अलग करना, पहचान के लिए जाँचना, और सटीक मात्राएँ मापना (जैसे अनुमापन में)। यही विचार फ़ैक्टरी के पुनर्चक्रण वाले मॉडल और पानी के pH व नाइट्रेट की जाँच में काम आते हैं।
• रसायन विज्ञान की नई दिशाएँ: उत्प्रेरक, नए पदार्थ और रासायनिक संयंत्र – आज का रसायन भौतिकी, जीव विज्ञान, इंजीनियरिंग और कंप्यूटर के साथ मिलकर काम करता है। यह नए अणु (अक्सर उत्प्रेरक से) बनाता है, नए पदार्थ और बैटरी बनाता है, और बड़े संयंत्रों में बचे हुए माल को दोबारा काम में लाता है।
• रसायन विज्ञान क्या है? छोटा इतिहास और रसायनज्ञ कैसे काम करते हैं – रसायन विज्ञान पदार्थों का विज्ञान है: वे किससे बने हैं, कैसे बदलते हैं और नए पदार्थ कैसे बनाए जाएँ। यह प्राचीन शिल्पों (धातु, काँच, रंग) और कीमियागरी से होता हुआ सावधानी से तौलने (लवाज़्ये) और परमाणुओं (डाल्टन) तक पहुँचा। रसायनज्ञ अवलोकन, प्रयोग और मापन करते हैं, संकेत और सूत्र लिखते हैं और भरोसेमंद स्रोतों से तथ्य जाँचते हैं।
• राउल्ट का नियम: वाष्प दाब, आदर्श और अनादर्श विलयन – बंद बर्तन में द्रव के कुछ अणु भाप बनकर ऊपर जाते हैं और दीवारों पर दबाव डालते हैं: यही वाष्प दाब है। राउल्ट का नियम: विलयन के हर वाष्पशील घटक का आंशिक वाष्प दाब = उसका मोल अंश × शुद्ध अवस्था का वाष्प दाब, pA = xA·pA°। जो विलयन हर अनुपात पर यह माने वह आदर्श (Δमिश्रणH = 0, Δमिश्रणV = 0)। बाकी में विचलन: धनात्मक (A–B खिंचाव कमज़ोर, ज़्यादा भाप, न्यूनतम क्वथनांक वाला स्थिरक्वाथी) या ऋणात्मक (A–B खिंचाव मज़बूत, कम भाप, अधिकतम क्वथनांक वाला स्थिरक्वाथी)।
• रासायनिक अभिक्रिया का वेग – अभिक्रिया वेग बताता है कि प्रति इकाई समय में अभिकारक कितना ख़र्च होता है या उत्पाद कितना बनता है। वेग = −Δ[R]/Δt = +Δ[P]/Δt (इकाई mol L⁻¹ s⁻¹)। वेग नियम, वेग = k[A]^x[B]^y, प्रयोग से मिलता है; x + y कोटि है। आण्विकता = एक प्राथमिक चरण में टकराने वाले कणों की संख्या।
• रासायनिक अभिक्रियाएँ और समीकरण संतुलन – रासायनिक अभिक्रिया में परमाणु न बनते हैं, न नष्ट होते हैं; वे सिर्फ़ अपने साथी बदलते हैं। इसलिए समीकरण के दोनों ओर हर तत्व के परमाणु बराबर होने चाहिए। हम सूत्र के आगे की संख्या बदलकर संतुलन करते हैं, सूत्र को कभी नहीं बदलते।
• रासायनिक अभिक्रियाएँ: समीकरण, प्रकार, अनुमान और युग्मित अभिक्रियाएँ – रासायनिक अभिक्रिया में परमाणु नए ढंग से जुड़कर नए पदार्थ बनाते हैं; परमाणु और द्रव्यमान संरक्षित रहते हैं, इसलिए समीकरण संतुलित होना चाहिए। एक ही अभिक्रिया को शब्द समीकरण, अवस्था-चिह्नों वाले संतुलित सूत्र समीकरण, पूर्ण आयनिक समीकरण और नेट आयनिक समीकरण (दर्शक आयनों के बिना) में लिख सकते हैं। प्रकार: संयोजन, वियोजन, एकल विस्थापन, द्विविस्थापन (अवक्षेपण, उदासीनीकरण, गैस बनना), दहन; और क्या स्थानांतरित होता है: इलेक्ट्रॉन (रेडॉक्स) या प्रोटॉन (अम्ल–क्षार)। बाहरी (संयोजकता) इलेक्ट्रॉन से उत्पाद का अनुमान लगता है: धातु इलेक्ट्रॉन खोती है, अधातु लेती है, और दोनों संख्याएँ बराबर होनी चाहिए। जो अभिक्रिया अकेले नहीं चलती (ΔG > 0), उसे किसी बहुत अनुकूल अभिक्रिया से जोड़कर चलाया जा सकता है, बशर्ते कुल ΔG ऋणात्मक हो।
• रासायनिक अभिक्रियाओं के प्रकार – ज़्यादातर अभिक्रियाएँ कुछ ढाँचों में आती हैं। संयोजन: A + B → AB। वियोजन: AB → A + B। विस्थापन: A + BC → AC + B, जहाँ ज़्यादा क्रियाशील A, B को बाहर कर देता है। द्विविस्थापन: AB + CD → AD + CB, साथी बदल जाते हैं; अघुलनशील ठोस बने तो अवक्षेपण अभिक्रिया। ऊष्मा दे तो ऊष्माक्षेपी, ऊष्मा ले तो ऊष्माशोषी।
• रासायनिक आबंधन: आयनिक, सहसंयोजक और धात्विक बंध – परमाणु आपस में जुड़कर (बंध बनाकर) ज़्यादा स्थिर होते हैं। इसमें सिर्फ़ बाहरी इलेक्ट्रॉन काम आते हैं। ज़्यादातर परमाणु बाहरी कोश में 8 इलेक्ट्रॉन होने पर सबसे स्थिर होते हैं: यही अष्टक नियम है। इसके तीन मुख्य रास्ते हैं। आयनिक बंध में धातु अधातु को इलेक्ट्रॉन दे देती है; विपरीत आवेश वाले आयन बनते हैं और एक-दूसरे को खींचते हैं। सहसंयोजक बंध में दो अधातुएँ इलेक्ट्रॉन जोड़े बाँटती हैं और अणु बनते हैं। धात्विक बंध में धातु परमाणु अपने बाहरी इलेक्ट्रॉन एक साझा 'सागर' में छोड़ देते हैं जो धनायनों को जोड़े रखता है। विद्युत-ऋणात्मकता का अंतर बताता है कि कौन-सा बंध बनेगा। बंध का प्रकार ही गलनांक, बिजली चलाने और पानी में घुलने जैसे गुण तय करता है।
• रासायनिक ऊर्जा: गर्मी, बंध ऊर्जा और सेल – रासायनिक अभिक्रिया में पुराने बंध टूटते हैं (ऊर्जा अंदर) और नए बंध बनते हैं (ऊर्जा बाहर)। अगर बाहर ज़्यादा जाए तो अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है और गर्मी निकलती है (ΔH ऋणात्मक)। अगर अंदर ज़्यादा जाए तो ऊष्माशोषी है (ΔH धनात्मक)। बंध ऊर्जाओं से: ΔH = बंध तोड़ने की ऊर्जा − बंध बनने पर निकली ऊर्जा। अगर रेडॉक्स अभिक्रिया के इलेक्ट्रॉन सीधे कूदने की जगह तार से गुज़रें, तो ऊर्जा बिजली बनकर निकलती है: यही गैल्वेनिक सेल है, जैसे Zn–Cu का 1.1 V। सेलों को श्रेणी में जोड़ने से बैटरी बनती है। प्राथमिक सेल एक बार चलते हैं, द्वितीयक सेल रीचार्ज होते हैं और ईंधन सेल में बाहर से ईंधन दिया जाता है।
• रासायनिक परिवर्तन और ऊर्जा – रासायनिक परिवर्तन में परमाणु साथी बदलते हैं और नए पदार्थ बनते हैं। पाँच विचार लगभग सब समझा देते हैं: अम्ल और क्षार (H⁺ और OH⁻ मिलकर पानी बनाते हैं), उपचयन और अपचयन (इलेक्ट्रॉन चलते हैं), ऊष्मा (ऊष्माक्षेपी में गर्मी बाहर, ऊष्माशोषी में अंदर), दर और साम्य (कितनी तेज़ी से, और कहाँ टिकती है), और नाभिकीय ऊर्जा (नाभिक बदलता है और बहुत ज़्यादा ऊर्जा निकलती है)।
• रासायनिक प्रौद्योगिकी: प्रयोगशाला के फ्लास्क से फैक्टरी तक – छोटे फ्लास्क की अभिक्रिया बड़े रिएक्टर में अलग व्यवहार करती है। आकार L गुना बढ़े तो आयतन (और बनी गर्मी) L³ गुना बढ़ता है पर सतह (जहाँ से गर्मी निकलती है) केवल L² गुना। इसलिए बड़े रिएक्टर ठंडक और सावधानी से डालने के बिना गर्म हो जाते हैं। अभिक्रियाशीलता सतह क्षेत्रफल, तापमान, सांद्रता और उत्प्रेरक पर निर्भर है। इंजीनियर कदम-कदम पर बढ़ते हैं: प्रयोगशाला, पायलट प्लांट, फैक्टरी।
• रासायनिक संयोजन के नियम और डाल्टन का परमाणु सिद्धांत – पाँच नियम बताते हैं कि तत्व कैसे जुड़ते हैं। अभिक्रिया में द्रव्यमान बना रहता है। एक यौगिक में तत्व हमेशा एक ही द्रव्यमान अनुपात में होते हैं। दो तत्व एक से ज़्यादा यौगिक बनाएँ तो एक तत्व के स्थिर द्रव्यमान से जुड़ने वाले दूसरे के द्रव्यमान छोटी पूर्ण संख्याओं के अनुपात में होते हैं। गैसें सरल पूर्ण-संख्या आयतन अनुपात में जुड़ती हैं, और बराबर आयतन में बराबर अणु होते हैं। डाल्टन का सिद्धांत इन सबको परमाणुओं से समझाता है।
• रासायनिक साम्य: Kc, Kp, Q और गिब्स ऊर्जा – बंद बर्तन में उत्क्रमणीय अभिक्रिया दोनों ओर चलती है। कुछ देर बाद अग्र और पश्च अभिक्रिया का वेग बराबर हो जाता है। मात्राएँ बदलना बंद हो जाती हैं, पर अभिक्रिया रुकती नहीं। इसे गतिक साम्य कहते हैं। साम्य पर उत्पादों और अभिकारकों का अनुपात (हर एक अपने गुणांक की घात में) एक निश्चित संख्या होता है, जिसे साम्य स्थिरांक K कहते हैं। Kc सांद्रता से, Kp आंशिक दाब से, और Kp = Kc(RT)^Δn। शुद्ध ठोस और द्रव K में नहीं लिखे जाते। Q < K हो तो अभिक्रिया आगे, Q > K हो तो पीछे जाती है। ΔG° = −RT ln K।
• रासायनिक सेल और ईंधन सेल – रासायनिक सेल रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है। इसमें विद्युत-अपघट्य में दो अलग धातुएँ (इलेक्ट्रोड) होती हैं। ज़्यादा क्रियाशील धातु इलेक्ट्रॉन छोड़ती है, जो तार से कम क्रियाशील धातु तक जाते हैं। क्रियाशीलता का अंतर जितना बड़ा, वोल्टेज उतना ज़्यादा; विद्युत-अपघट्य भी असर डालता है। बैटरी = श्रेणी में जुड़े दो या अधिक सेल, जिनके वोल्टेज जुड़ते हैं। साधारण सेल अभिकारक ख़त्म होने पर रुक जाते हैं; रिचार्जेबल सेल बाहरी धारा से पलटे जा सकते हैं। हाइड्रोजन ईंधन सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी और बिजली बनाता है, जब तक ईंधन मिलता रहे।
• रेडॉक्स अभिक्रियाओं का संतुलन: ऑक्सीकरण संख्या और अर्ध-अभिक्रिया विधि – संतुलित रेडॉक्स समीकरण में तीन चीज़ें बराबर होनी चाहिए: परमाणु, आवेश और इलेक्ट्रॉन। अपचायक के खोए इलेक्ट्रॉन = ऑक्सीकारक के पाए इलेक्ट्रॉन। ऑक्सीकरण संख्या विधि पहले संख्याओं का बदलाव बराबर करती है; अर्ध-अभिक्रिया विधि अभिक्रिया को दो हिस्सों में तोड़कर जोड़ती है। O को H₂O से और H को अम्ल में H⁺ से या क्षार में OH⁻ से संतुलित करते हैं।
• रेशे बनाना और रंगाई की तकनीक – लोग पहले प्राकृतिक रेशों को हाथ से कातते थे और पौधों से रंगते थे। फिर मशीनें आईं, 1856 में पहला कृत्रिम रंग बना और 1930 के दशक में कृत्रिम रेशे। कृत्रिम रेशा बनाने के लिए पिघला या घुला पॉलिमर स्पिनरेट के छोटे छेदों से दबाया जाता है। कपड़ा रंग के टब में रंगा जाता है, और तीन मूल रंग (सायन, मैजेंटा, पीला) मिलाकर लगभग हर रंग बनता है।
• रेशों और रंगाई का रसायन – रेशा लंबी पॉलिमर शृंखलाओं का गुच्छा है, जो बहुत से छोटे मोनोमरों के जुड़ने से बनती हैं। सूती सेल्युलोज़ है, ऊन और रेशम प्रोटीन हैं, पॉलिएस्टर और नायलॉन संश्लेषित पॉलिमर हैं। हर रेशे के बंधन-स्थल अलग हैं, इसलिए हर रेशे को मेल खाता रंजक चाहिए: सूती के लिए रिएक्टिव, ऊन-रेशम-नायलॉन के लिए अम्लीय, पॉलिएस्टर के लिए डिस्पर्स, ऐक्रिलिक के लिए क्षारीय (बेसिक)। गर्मी, pH, नमक और सहायक रसायन तय करते हैं कि कितना रंग अंदर जाए और कितना पक्का टिके।
• लवण और साधारण नमक से बनने वाले रसायन – अम्ल और क्षारक की उदासीनीकरण अभिक्रिया से लवण बनता है। लवण उदासीन, अम्लीय या क्षारीय हो सकते हैं। साधारण नमक से सोडियम हाइड्रॉक्साइड, विरंजक चूर्ण, खाने का सोडा और धोने का सोडा बनते हैं, और कुछ लवणों के क्रिस्टलों में पानी छिपा रहता है।
• ला-शातेलिए सिद्धांत: साम्य को प्रभावित करने वाले कारक – ला-शातेलिए सिद्धांत कहता है: साम्य पर किसी निकाय को छेड़ो, तो वह उस दिशा में खिसकता है जिससे वह छेड़छाड़ कम हो। अभिकारक डालो या उत्पाद निकालो → आगे। दाब बढ़ाओ (आयतन घटाओ) → कम गैस मोल वाली ओर। ताप बढ़ाओ → ऊष्माशोषी दिशा में, और K बदलता है। उत्प्रेरक सिर्फ़ जल्दी साम्य लाता है, उसे खिसकाता नहीं। स्थिर आयतन पर अक्रिय गैस से कुछ नहीं बदलता; स्थिर दाब पर यह दाब घटाने जैसा है। K सिर्फ़ ताप से बदलता है।
• लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड (f-ब्लॉक) – f-ब्लॉक की दो पंक्तियाँ आवर्त सारणी के नीचे रखी जाती हैं: लैंथेनॉयड (Ce से Lu, 4f भरता है) और ऐक्टिनॉयड (Th से Lr, 5f भरता है)। लैंथेनॉयड मुख्यतः +3 दिखाते हैं; ऐक्टिनॉयड +7 तक कई अवस्थाएँ दिखाते हैं और सब रेडियोधर्मी हैं। f-इलेक्ट्रॉनों के कमज़ोर परिरक्षण से पंक्ति में आकार लगातार घटता है: लैंथेनॉयड संकुचन। इसी से Zr और Hf लगभग एक आकार के हैं।
• लोहा और इस्पात का निष्कर्षण (स्मेल्टिंग) – ब्लास्ट फर्नेस में कोक से बनी कार्बन मोनोक्साइड गैस लौह अयस्क का अपचयन करके पिघला पिग आयरन बनाती है। इसमें लगभग 4% कार्बन होता है, इसलिए यह भंगुर है। कन्वर्टर में ऑक्सीजन फूँकने से अधिकतर कार्बन जल जाता है और इस्पात (स्टील) बनता है। फिर इसे सतत ढलाई से पट्टियों में ढाला जाता है।
• लोहा और उसके यौगिक – लोहा (Fe, परमाणु क्रमांक 26) एक धूसर, चुंबकीय संक्रमण धातु है। इसका परमाणु 2 या 3 इलेक्ट्रॉन खो सकता है, इसलिए इसके यौगिकों के दो परिवार हैं: आयरन(II) जिसमें Fe²⁺ होता है और आयरन(III) जिसमें Fe³⁺ होता है। लोहा तनु अम्ल से Fe²⁺ और हाइड्रोजन देता है, क्लोरीन से FeCl₃, भाप से Fe₃O₄ और नम हवा में जंग बनाता है। तीन ऑक्साइड हैं: FeO (काला, Fe²⁺), Fe₂O₃ (लाल-भूरा, Fe³⁺) और Fe₃O₄ (काला, चुंबकीय, दोनों आयन)। दो हाइड्रॉक्साइड, Fe(OH)₂ (सफ़ेद-हरा) और Fe(OH)₃ (लाल-भूरा), पानी में नहीं घुलते; हवा में Fe(OH)₂ बदलकर Fe(OH)₃ बन जाता है। ऑक्सीकारक Fe²⁺ को Fe³⁺ में और अपचायक Fe³⁺ को वापस Fe²⁺ में बदलता है।
• वस्त्र उत्पादों की प्रोसेसिंग: रंगाई और फ़िनिशिंग – करघे से उतरा कपड़ा (ग्रे कपड़ा) कई चरणों में तैयार होता है: तैयारी (धुलाई, ब्लीच), रंगाई या छपाई, मशीनों से फ़िनिश (कैलेंडरिंग, रेज़िंग, शियरिंग, हीट सेटिंग, सैनफ़ोराइज़िंग) और सतह का उपचार (मर्सराइज़िंग, जल-रोधी, ज्वाला-रोधी, सिलवट-रोधी)। हर चरण कपड़े का रंग, स्पर्श, आकार या सुरक्षा बदलता है। रंग रेशे, धागे, कपड़े या तैयार वस्त्र पर चढ़ाया जा सकता है।
• वायु का संघटन – हवा कई गैसों का मिश्रण है। आयतन के हिसाब से सूखी हवा में लगभग 78% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, 0.93% आर्गन और 0.04% कार्बन डाइऑक्साइड होती है, साथ में दूसरी उत्कृष्ट गैसें बहुत थोड़ी। जलवाष्प 0 से लगभग 4% तक बदलती रहती है। बंद नली में लोहे को जंग लगने देकर (या फ़ॉस्फ़ोरस जलाकर) हम ऑक्सीजन नाप सकते हैं: पानी लगभग 1/5 ऊपर चढ़ता है। धुआँ, सल्फ़र डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे प्रदूषक हवा को हानिकारक बनाते हैं, और हम इन्हें कम कर सकते हैं।
• विटामिन, न्यूक्लिक अम्ल और हॉर्मोन: प्रकार, कार्य, DNA और RNA – विटामिन छोटे कार्बनिक यौगिक हैं जो भोजन से बहुत थोड़ी मात्रा में चाहिए; A, D, E, K वसा में और B, C पानी में घुलते हैं, और हर एक की कमी से एक खास रोग होता है। न्यूक्लिक अम्ल (DNA और RNA) न्यूक्लियोटाइड की लंबी शृंखलाएँ हैं। हर न्यूक्लियोटाइड = पेंटोज़ शर्करा + फॉस्फेट + नाइट्रोजनी क्षार। DNA में डीऑक्सीराइबोज़, क्षार A, G, C, T और द्विकुंडली में दो लड़ियाँ, जहाँ A–T और G–C जोड़े बनते हैं। RNA में राइबोज़, T की जगह U, और प्रायः एक लड़ी। हॉर्मोन ग्रंथियों के बनाए रासायनिक संदेशवाहक हैं: स्टेरॉयड, प्रोटीन/पेप्टाइड या ऐमीनो अम्ल व्युत्पन्न।
• विद्युत अपघट्य और वैद्युत अपघटनी वियोजन – विद्युत अपघट्य (electrolyte) वह पदार्थ है जो पानी में घुलने (या पिघलने) पर आज़ाद घूमने वाले आयनों में टूट जाता है, इसलिए उसका विलयन बिजली बहाता है। चीनी जैसे अनपघट्य (non-electrolyte) बिना आवेश वाले अणु ही रहते हैं और बिजली नहीं बहाते। प्रबल अपघट्य लगभग पूरे टूटते हैं, दुर्बल थोड़े ही। वियोजन की मात्रा α = टूटी इकाइयाँ ÷ कुल इकाइयाँ।
• विद्युत-अपघटन: बिजली से यौगिक को तोड़ना – विद्युत-अपघटन में दिष्ट धारा (DC) से किसी पिघले या घुले आयनिक यौगिक (विद्युत-अपघट्य) को तोड़ा जाता है। धनायन कैथोड (−) पर जाकर इलेक्ट्रॉन लेते हैं (अपचयन)। ऋणायन ऐनोड (+) पर जाकर इलेक्ट्रॉन देते हैं (ऑक्सीकरण)। पिघले यौगिक से धातु और अधातु मिलती है। विलयन में पानी के H⁺ और OH⁻ भी होते हैं: कैथोड पर हाइड्रोजन बनती है जब तक धातु हाइड्रोजन से कम क्रियाशील न हो, और ऐनोड पर ऑक्सीजन बनती है जब तक हैलाइड न हो। ऐलुमिनियम जैसी क्रियाशील धातुएँ विद्युत-अपघटन से निकाली जाती हैं।
• विद्युत-अपघटनी विलयनों का चालकत्व – विलयन में धारा आयन ले जाते हैं। प्रतिरोध R सेल के आकार पर निर्भर है, जिसे सेल स्थिरांक G* = l/A से हटाते हैं: चालकता κ = G*/R। मोलर चालकता Λm = κ × 1000/c बताती है कि एक मोल विलेय कितना चालन करता है। तनु करने पर κ घटती है पर Λm बढ़ती है: प्रबल में थोड़ा (Λm = Λ°m − A√c), दुर्बल में बहुत। कोलराउश नियम: Λ°m = आयनों के मानों का योग, जिससे दुर्बल विद्युत-अपघट्य का Λ°m और वियोजन की मात्रा निकलती है।
• विभिन्न प्रकार की अभिक्रियाओं की एन्थैल्पी – हर तरह के बदलाव की अपनी नाम वाली एन्थैल्पी है, हमेशा 1 mol के लिए। अवस्था परिवर्तन: संगलन (पिघलना), वाष्पन (उबलना), ऊर्ध्वपातन (ΔsubH = ΔfusH + ΔvapH); तीनों ऊष्माशोषी। दहन: 1 mol पदार्थ का ऑक्सीजन में पूरा जलना; हमेशा ऊष्माक्षेपी। परमाणुकरण: 1 mol पदार्थ का पूरी तरह गैसीय परमाणुओं में टूटना। बंध वियोजन एन्थैल्पी: गैस अवस्था में किसी बंध के 1 mol तोड़ना; बहुपरमाणुक अणुओं में औसत बंध एन्थैल्पी। ΔrH ≈ Σ(तोड़े गए बंध) − Σ(बने बंध)। जालक एन्थैल्पी: 1 mol आयनिक ठोस का गैसीय आयनों में टूटना (बॉर्न–हेबर चक्र से)। विलयन एन्थैल्पी = जालक एन्थैल्पी + जलयोजन एन्थैल्पी।
• विलयन: चीज़ें कैसे घुलती हैं और कितनी घुल सकती हैं – विलयन विलायक में घुले विलेय का समांगी मिश्रण है। पानी में (जलीय विलयन) विलेय इतने छोटे कणों में टूटता है कि दिखता नहीं, नीचे नहीं बैठता और फ़िल्टर पेपर से निकल जाता है। सांद्रता बताती है कितना विलेय है (द्रव्यमान % = विलेय ÷ विलयन × 100)। विलेयता किसी ताप पर 100 g विलायक में घुल सकने वाली अधिकतम मात्रा है; उसके बाद विलयन संतृप्त है। वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण और आसवन से विलयन अलग होता है।
• विलयन: प्रकार, सांद्रता और हेनरी का नियम – विलयन दो या ज़्यादा पदार्थों का एकसमान मिश्रण है। जो ज़्यादा मात्रा में हो वह विलायक, जो कम हो वह विलेय। विलयन कितना 'गाढ़ा' है, यह सांद्रता के पदों से बताते हैं: द्रव्यमान %, आयतन %, ppm, मोल अंश, मोलरता (1 लीटर विलयन में) और मोललता (1 kg विलायक में)। ठोस अक्सर गर्म करने पर ज़्यादा घुलते हैं। गैस दाब बढ़ाने पर ज़्यादा घुलती है (हेनरी का नियम, p = KH·x) और गर्म करने पर कम।
• विषमचक्रीय यौगिक (Heterocyclic Compounds) – विषमचक्रीय यौगिक की वलय में कार्बन के अलावा कम से कम एक और परमाणु होता है, जैसे नाइट्रोजन, ऑक्सीजन या सल्फर। पिरिडीन बेंज़ीन जैसा है जिसमें एक C–H की जगह N है; फ्यूरान, पिरोल और थायोफ़ीन 5 सदस्यीय वलय हैं। कई विटामिन, दवाएँ, रंग, DNA के क्षारक और खून व पौधों के रंजक विषमचक्रीय होते हैं।
• वीएसईपीआर सिद्धांत: अणुओं की आकृतियाँ – VSEPR का अर्थ है संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण। केंद्रीय परमाणु के चारों ओर के इलेक्ट्रॉन युग्म एक-दूसरे को धकेलते हैं और जितना हो सके दूर चले जाते हैं। युग्मों की संख्या मूल व्यवस्था तय करती है: 2 रैखिक, 3 त्रिकोणीय समतलीय, 4 चतुष्फलकीय, 5 त्रिकोणीय द्विपिरामिडी, 6 अष्टफलकीय। एकाकी युग्म आबंध युग्म से ज़्यादा जगह घेरते हैं (lp–lp > lp–bp > bp–bp), इसलिए आबंध कोण घटाते और दिखने वाली आकृति बदलते हैं, जैसे NH₃ (पिरामिडी, 107°) और H₂O (बंकित, 104.5°)।
• वैद्युत अपघटन, बैटरी, ईंधन सेल और संक्षारण – वैद्युत-अपघटनी सेल में बाहर का बिजली स्रोत ऐसी अभिक्रिया करवाता है जो अपने-आप नहीं होती: धनायन कैथोड (−) पर अपचयित और ऋणायन ऐनोड (+) पर ऑक्सीकृत होते हैं। फैराडे के नियम द्रव्यमान को आवेश से जोड़ते हैं: m = (M/nF) × I × t। कौन-सा उत्पाद बनेगा यह इलेक्ट्रोड विभव और अधिविभव पर निर्भर है। बैटरियाँ गैल्वेनी सेल हैं: प्राथमिक (शुष्क सेल, मर्करी सेल) दोबारा चार्ज नहीं होतीं; द्वितीयक (लेड संचायक, Ni–Cd) होती हैं। ईंधन सेल H₂ और O₂ से सीधे बिजली बनाता है। संक्षारण (जंग) धातु की सतह पर बना एक अनचाहा गैल्वेनी सेल है।
• शैली के अनुसार मेन्यू और पकाना: जापानी, पश्चिमी, चीनी और अन्य – हर भोजन शैली का परोसने और पकाने का अपना तरीका है। जापानी: चावल, सूप और तीन व्यंजन का सेट, हल्का स्वाद, दाशी और सोया। पश्चिमी: क्रम से कोर्स (स्टार्टर, सूप, मुख्य, मीठा), रोस्ट, बेक और सॉस। चीनी: चावल और सूप के साथ साझा व्यंजन, कड़ाही (वोक) में तेज़ भूनना। भारतीय थाली या इतालवी जैसे अन्य भोजन स्थानीय अनाज और मसाले इस्तेमाल करते हैं।
• संक्रमण तत्व (d-ब्लॉक) – संक्रमण तत्व समूह 3 से 12 की d-ब्लॉक धातुएँ हैं। इनका आखिरी इलेक्ट्रॉन अंदर के (n−1)d कक्षक में जाता है। d-कक्षक आधे-अधूरे भरे होने से ये कई ऑक्सीकरण अवस्थाएँ, रंगीन आयन, चुंबकत्व (μ = √(n(n+2)) BM), अच्छा उत्प्रेरण और आसानी से मिश्रधातु बनाते हैं।
• संक्रमण धातुएँ: मूल गुण – संक्रमण धातुएँ आवर्त सारणी के बीच वाले भाग (d-ब्लॉक) के तत्व हैं, जैसे लोहा, ताँबा, निकेल, क्रोमियम, मैंगनीज़, कोबाल्ट, टाइटेनियम, चाँदी और सोना। सोडियम जैसी समूह 1 की धातुओं की तुलना में इनका गलनांक बहुत ऊँचा, घनत्व ज़्यादा होता है, और ये कठोर व मज़बूत होती हैं; पानी और ऑक्सीजन से बहुत धीरे क्रिया करती हैं। ये अलग-अलग आवेश वाले आयन बनाती हैं (Fe²⁺ और Fe³⁺, Cu⁺ और Cu²⁺), रंगीन यौगिक बनाती हैं और अच्छे उत्प्रेरक हैं। इनके परमाणु अंदर का d उपकोश भरते हैं; क्रोमियम और ताँबा 4s से एक इलेक्ट्रॉन 3d में ले लेते हैं ताकि 3d आधा भरा या पूरा भरा हो। इनके कई आयन पानी या अमोनिया के साथ संकुल आयन भी बनाते हैं।
• संक्षारण, उसका बचाव और मिश्रातु – संक्षारण धातु का हवा, नमी या रसायनों से धीरे-धीरे खराब होना है। लोहे पर जंग तभी लगती है जब हवा (ऑक्सीजन) और पानी दोनों हों; जंग जलयुक्त आयरन ऑक्साइड है। इसे पेंट, तेल, यशदलेपन, क्रोमियम लेपन, ऐनोडीकरण या मिश्रातु बनाकर रोका जाता है। मिश्रातु किसी धातु का दूसरी धातुओं या अधातु के साथ समांगी मिश्रण है; यह शुद्ध धातु से प्रायः अधिक कठोर, मज़बूत और संक्षारण-रोधी होता है।
• संयोजकता (Valency) – संयोजकता बताती है कि एक परमाणु कितने बंध बना सकता है। वर्ग 1, 2 और 13 में यह वर्ग के अंक (1, 2, 3) के बराबर होती है। वर्ग 14 से 17 में ऑक्सीजन के साथ संयोजकता वर्ग का अंक (4 से 7) और हाइड्रोजन के साथ 8 घटाकर मिलती है। ऑक्साइड का सूत्र हुक मिलाने से बनता है।
• संयोजकता आबंध सिद्धांत और संकरण – संयोजकता आबंध सिद्धांत कहता है कि सहसंयोजी आबंध तब बनता है जब दो परमाणुओं के अर्धपूरित कक्षक अतिव्यापन करते हैं और दोनों इलेक्ट्रॉन उलटे चक्रण के साथ युग्म बनाते हैं। आमने-सामने अतिव्यापन से मज़बूत σ (सिग्मा) आबंध बनता है; p कक्षकों के बगल से अतिव्यापन से कमज़ोर π (पाई) आबंध। असली आकृतियाँ समझाने के लिए परमाणु पहले अपने कक्षक मिलाकर बराबर संकर कक्षक बनाता है: sp (रैखिक, 180°), sp² (त्रिकोणीय समतलीय, 120°), sp³ (चतुष्फलकीय, 109.5°), sp³d (त्रिकोणीय द्विपिरामिडी) और sp³d² (अष्टफलकीय)।
• संरचना से पदार्थ के गुण कैसे तय होते हैं – कण आपस में कैसे जुड़े हैं, यही तय करता है कि पदार्थ कैसा व्यवहार करेगा। आयनिक और विशाल सहसंयोजी पदार्थों में पूरे ढाँचे में मज़बूत बंध होते हैं, इसलिए वे बहुत ऊँचे ताप पर पिघलते हैं। छोटे अणुओं के बीच बल कमज़ोर होता है, इसलिए वे जल्दी पिघलते और उबलते हैं। धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वे बिजली चलाती हैं।
• सतह उपचार और फ़िनिश – फ़िनिश किसी पदार्थ की सतह पर लगाई गई परत या किया गया उपचार है। फ़िनिश दो काम करती है: रक्षा (जंग, सड़न, पानी, धूप की UV किरणें, घिसाव, दाग़, आग से) और रूप या स्पर्श सुधारना (रंग, चमक, बनावट)। लकड़ी पर पेंट, वार्निश, तेल, मोम, स्टेन या परिरक्षक लगते हैं। धातुओं पर प्राइमर के ऊपर पेंट, पाउडर कोटिंग, ज़िंक से गैल्वनीकरण, विद्युत लेपन, और एल्युमिनियम पर एनोडाइज़िंग। कई पॉलिमर साँचे से ही स्वयं-फ़िनिश होते हैं, पर पॉलिश या छपाई हो सकती है। कागज़ और बोर्ड पर लैमिनेशन या वार्निश। कपड़ों पर जल-विकर्षक, अग्नि-मंदक, सिलवट-रोधी या ब्रश जैसी फ़िनिश, और लैमिनेटेड झिल्ली वाले कपड़े बारिश रोकते पर पसीने की भाप बाहर जाने देते हैं। फ़िनिश चुनते समय पदार्थ, उपयोग की जगह, लागत, लगाने का तरीका और पर्यावरण पर असर देखते हैं।
• समाकलित वेग समीकरण: शून्य और प्रथम कोटि – समाकलित वेग समीकरण सांद्रता को समय से जोड़ते हैं। शून्य कोटि: [R] = [R]₀ − kt (सीधी रेखा), t½ = [R]₀/2k। प्रथम कोटि: k = (2.303/t) log([R]₀/[R]); ln[R] बनाम t सीधी रेखा, ढलान −k; t½ = 0.693/k, जो शुरुआती मात्रा पर निर्भर नहीं।
• समुद्री पानी से नमक और सागर के संसाधन – समुद्री पानी में लगभग 3.5% नमक घुला होता है। नमक की क्यारियों में धूप और हवा सिर्फ़ पानी को उड़ाती है। घोल गाढ़ा होता जाता है और जब नमक घुला नहीं रह पाता तो क्रिस्टल बनते हैं। कच्चे नमक को घोलकर, छानकर और वाष्पित करके साफ़ करते हैं। सागर से भोजन, खनिज, ऊर्जा और मीठा पानी भी मिलता है, जिनका सोच-समझकर उपयोग करना चाहिए।
• समूह 2, क्षारीय मृदा धातुएँ: प्रवृत्तियाँ, अभिक्रियाएँ और उपयोग – समूह 2 की धातुओं (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) के बाहरी कोश में दो s इलेक्ट्रॉन होते हैं और ये M²⁺ आयन बनाती हैं। समूह में नीचे परमाणु त्रिज्या बढ़ती है, प्रथम आयनन ऊर्जा घटती है और गलनांक सामान्यतः घटता है (Mg अपवाद)। पानी से अभिक्रिया तेज़ होती जाती है: M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂; Mg भाप से MgO + H₂ देता है। हाइड्रॉक्साइड नीचे ज़्यादा घुलनशील, सल्फ़ेट कम; BaSO₄ अघुलनशील। उपयोग: Mg(OH)₂ एंटासिड, Ca(OH)₂ अम्लीय मिट्टी, CaO/CaCO₃ से SO₂ हटाना, BaSO₄ एक्स-रे, BaCl₂ सल्फ़ेट जाँच, Mg से टाइटेनियम।
• सरल ऑक्सीजन सप्लायर बनाना – सरल ऑक्सीजन सप्लायर 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ अभिक्रिया लेता है और MnO₂ उत्प्रेरक है। गरम करने की ज़रूरत नहीं। गैस पानी की बोतल से गुज़रती है, जो उसे ठंडा करती है और बुलबुले गिनने देती है, फिर निकास नली से बाहर आती है। दहकती तीली दोबारा जल उठे तो गैस ऑक्सीजन है। यह विज्ञान का मॉडल है, चिकित्सा उपकरण नहीं।
• सल्फर (गंधक) और उसके यौगिक – सल्फर (S, परमाणु संख्या 16, इलेक्ट्रॉन 2, 8, 6) एक पीली अधातु है जो ऑक्सीजन के साथ समूह 16 में है। ठोस सल्फर S₈ छल्लों से बना है और इसके विषमलंबाक्ष तथा एकनताक्ष अपररूप हैं। यह जलकर सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) बनाता है, जो विरंजन करती है और अम्ल वर्षा का कारण है। संपर्क विधि में SO₂ को V₂O₅ उत्प्रेरक पर SO₃ बनाया जाता है और फिर सल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₄)। यह प्रबल अम्ल है, निर्जलीकारक और ऑक्सीकारक भी। H₂S की गंध सड़े अंडे जैसी होती है। सल्फेट आयन की पहचान: BaCl₂ डालने पर सफ़ेद BaSO₄ अवक्षेप, जो तनु HCl में नहीं घुलता।
• साबुन और अपमार्जक: मिसेल तेल वाली गंदगी कैसे हटाता है – साबुन अणु लंबी श्रृंखला वाले वसीय अम्ल का सोडियम या पोटैशियम लवण है। इसका आयनिक सिर पानी पसंद करता है और लंबी हाइड्रोकार्बन पूँछ तेल। पानी में साबुन के अणु अपनी पूँछें तेल में घुसा देते हैं और सिर बाहर रखते हैं, जिससे मिसेल बनता है और धुल जाता है। कठोर जल में Ca²⁺ और Mg²⁺ साबुन को अघुलनशील स्कम बना देते हैं; अपमार्जक स्कम नहीं बनाते, इसलिए कठोर जल में भी काम करते हैं।
• सामान्य रसायन: परमाणु, आबंध, नामकरण और कार्बन – सब कुछ परमाणुओं से बना है। बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉन तय करते हैं कि परमाणु कैसे जुड़ेंगे: देकर-लेकर (आयनिक आबंध) या बाँटकर (सहसंयोजक आबंध)। आवर्त सारणी परमाणुओं को परमाणु क्रमांक से सजाती है, सरल नियमों से यौगिकों के नाम बनते हैं, और 4 बंधन वाला कार्बन कार्बनिक अणुओं का विशाल परिवार बनाता है।
• सिरेमिक उद्योग में सुरक्षा, कचरा उपचार और रीसाइक्लिंग – सिरेमिक कारखाना धूल, धुआँ और गंदा पानी बनाता है, और बचा हुआ सामान भी। मास्क, हवा निकासी और फ़िल्टर मज़दूरों और हवा को बचाते हैं। बैठने वाले टैंक पानी साफ़ करते हैं ताकि उसे दोबारा काम में लें। टूटा सामान पीसकर ग्रोग बनता है और नई मिट्टी में मिल जाता है, जिससे कच्चा माल बचता है और कचरा घटता है।
• सिरेमिक कच्चे माल का प्रसंस्करण – सिरेमिक की शुरुआत प्राकृतिक खनिजों से होती है: आकार के लिए मिट्टी, मज़बूती के लिए क्वार्ट्ज़ और जोड़ने के लिए फेल्डस्पार (फ्लक्स)। इन्हें तोड़ा, पीसा, छाना, लोहा हटाया और प्रतिशत के हिसाब से तौलकर बैच बनाया जाता है।
• सिरेमिक की संरचना और गुण – सिरेमिक आयनों से बने होते हैं जो मज़बूत बंधों से जुड़े होते हैं। धनायन और ऋणायन के आकार का अनुपात तय करता है कि हर आयन के कितने पड़ोसी होंगे (समन्वय संख्या): 0.225 से 0.414 पर 4, 0.414 से 0.732 पर 6, और 0.732 से ऊपर 8। आयन दोहराते पैटर्न में हों तो क्रिस्टल, बेतरतीब हों तो काँच। मज़बूत बंध सिरेमिक को कठोर और ताप-सह बनाते हैं; टिके हुए आयन उसे भंगुर।
• सिरेमिक को आकार देना और सुखाना – मिट्टी या पाउडर को पहले आकार दिया जाता है: हाथ या चाक से (प्लास्टिक विधि), साँचे में पाउडर दबाकर, या प्लास्टर के साँचे में स्लिप डालकर। फिर गीले टुकड़े को धीरे सुखाते हैं। पानी निकलता है और टुकड़ा थोड़ा सिकुड़ता है। तेज़ सुखाने से दरार पड़ती है।
• सिलिका, काँच, चूना-पत्थर, जिप्सम और उर्वरक – सिलिका (SiO₂) रेत और क्वार्ट्ज़ है और काँच का कच्चा माल है। चूना-पत्थर, संगमरमर और चॉक सब कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) हैं; अम्ल डालने पर झाग उठता है। उबालने से अस्थायी कठोरता CaCO₃ की परत बनकर निकल जाती है। जिप्सम (CaSO₄·2H₂O) पानी छोड़कर प्लास्टर ऑफ पेरिस बनता है, जो पानी मिलाने पर जम जाता है। उर्वरक पौधों को नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस और पोटैशियम देते हैं।
• सिलिकेट खनिज: एक छोटी ईंट से बनी पृथ्वी की पपड़ी – सिलिकेट खनिज सिलिकॉन और ऑक्सीजन से बने खनिज हैं। इनकी मूल ईंट SiO₄ चतुष्फलक है: बीच में 1 सिलिकॉन और चारों ओर 4 ऑक्सीजन। ये ईंटें अकेली रह सकती हैं या ऑक्सीजन साझा करके चेन, परत या 3D ढाँचा बना सकती हैं। जुड़ने का तरीका खनिज का आकार, विदलन (क्लीवेज) और कठोरता तय करता है। पृथ्वी की पपड़ी का 90% से ज़्यादा हिस्सा सिलिकेट है।
• सीमेंट: कैसे बनता है और क्यों जमता है – सीमेंट एक स्लेटी पाउडर है। चूना-पत्थर और मिट्टी को लगभग 1450 °C पर पकाकर क्लिंकर बनता है, फिर उसे थोड़े जिप्सम के साथ पीसा जाता है। पानी मिलाने पर यह जमकर सख़्त हो जाता है। रेत और गिट्टी के साथ यह कंक्रीट बनाता है।
• सेरामिक (मिट्टी के बर्तन): अर्थनवेयर और पोर्सिलेन – बर्तन मिट्टी में सिलिका और फेल्सपार मिलाकर बनते हैं। मिट्टी को आकार देकर सुखाते, पकाते और अक्सर ग्लेज़ करते हैं। मिट्टी का बर्तन (अर्थनवेयर) लगभग 1000 °C पर पकता है: छिद्रदार, नारंगी या भूरा। चीनी मिट्टी (पोर्सिलेन) लगभग 1300 °C पर पकती है: सफ़ेद, घनी, खनकदार, पानी नहीं सोखती।
• सेरामिक उद्योग का परिचय – सेरामिक उद्योग धरती के पदार्थों से सख़्त, गर्मी सहने वाले, बिना धातु के उत्पाद बनाता है। चरण हैं: कच्चा माल तैयार करना, मिलाना, आकार देना, सुखाना और भट्ठी में पकाना। चार बड़े परिवार हैं: बर्तन, काँच, आग-रोधी ईंटें और सीमेंट।
• सौंदर्य प्रसाधनों (कॉस्मेटिक्स) का रसायन – कॉस्मेटिक वह उत्पाद है जो त्वचा, बाल, नाख़ून या दाँत पर साफ़ करने, बचाने या रूप बदलने के लिए लगाया जाता है। ज़्यादातर क्रीम इमल्शन हैं: पानी में तेल की बारीक बूँदें (या तेल में पानी), जिन्हें इमल्सीफायर मिलाए रखता है। सनस्क्रीन UV रोशनी को सोखते या लौटाते हैं: UVB ऊपर जलाती है, UVA गहराई में जाकर त्वचा बूढ़ी करती है; SPF बताता है कितनी UVB रुकी। एंटीऑक्सीडेंट फ्री रेडिकल को शांत करते हैं। ज़िम्मेदारी से इस्तेमाल यानी अपनी त्वचा का प्रकार जानना, लेबल पढ़ना, पैच टेस्ट, और क़ीमत व पर्यावरण का ध्यान।
• स्पेक्ट्रोस्कोपी और बियर-लैम्बर्ट नियम – स्पेक्ट्रोस्कोपी यह अध्ययन है कि पदार्थ प्रकाश को कैसे सोखता या छोड़ता है। प्रकाश फ़ोटॉनों से बना है, जिनकी ऊर्जा E = hf = hc/λ है। परमाणु रेखा स्पेक्ट्रम देते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन तय ऊर्जा स्तरों के बीच कूदते हैं। रंगीन घोल अपना पूरक रंग सोखता है। स्पेक्ट्रोफ़ोटोमीटर पारगम्यता T = I/I₀ और अवशोषकता A = log₁₀(I₀/I) मापता है। बियर-लैम्बर्ट नियम A = εlc है, इसलिए A बनाम c की अंशांकन रेखा से अज्ञात सांद्रता मिलती है।
• स्मार्ट और आधुनिक पदार्थ – स्मार्ट पदार्थ वह है जो आसपास कुछ बदलने पर (जैसे ताप, प्रकाश, बल या वोल्टेज) अपना कोई गुण बदल लेता है, जैसे आकार, रंग, पारदर्शिता या बिजली देना। यह बदलाव उत्क्रमणीय होता है, यानी उद्दीपक हटाने पर पदार्थ वापस पहले जैसा हो जाता है। मुख्य उदाहरण: निटिनॉल जैसी आकार-स्मृति मिश्रधातु गर्म होने पर याद रखा आकार ले लेती है; थर्मोक्रोमिक रंग ताप से बदलते हैं; फ़ोटोक्रोमिक पदार्थ UV में काले होते हैं; पीज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल दबाने पर वोल्टेज देते हैं। आधुनिक पदार्थ, जो ज़रूरी नहीं कि स्मार्ट हों, उनमें कार्बन-फ़ाइबर और काँच-फ़ाइबर कंपोज़िट, ग्राफ़ीन जैसे नैनो पदार्थ, तकनीकी और स्मार्ट वस्त्र, द्रव क्रिस्टल और पौधों से बने प्लास्टिक आते हैं। इंजीनियर गुण, कीमत और पर्यावरण पर असर देखकर पदार्थ चुनते हैं।
• स्वतः प्रवर्तिता, एन्ट्रॉपी और गिब्स ऊर्जा – स्वतः प्रक्रम बिना बाहरी मदद के अपने-आप होता है (तेज़ या धीमा)। केवल ΔH से इसका पता नहीं चलता: बर्फ़ ऊष्मा लेकर भी अपने-आप पिघलती है। एन्ट्रॉपी S बताती है कि ऊर्जा और पदार्थ कितने बिखरे हैं; ΔS = q_rev/T। द्वितीय नियम: हर स्वतः परिवर्तन में ΔS_कुल = ΔS_निकाय + ΔS_परिवेश > 0; साम्य पर शून्य। तृतीय नियम: 0 K पर पूर्ण क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य। गिब्स ऊर्जा G = H − TS दोनों को जोड़ती है: स्थिर T और p पर ΔG = ΔH − TΔS; ΔG < 0 तो स्वतः, ΔG = 0 तो साम्य। साम्य स्थिरांक से संबंध: ΔG° = −RT ln K = −2.303 RT log K।
• स्वास्थ्य, पदार्थ, उद्योग और समाज में रसायन – रसायन बताता है कि भोजन में ऊर्जा कैसे है, दवा की मात्रा क्यों मायने रखती है, हम इस्पात, प्लास्टिक, काँच या चीनी मिट्टी क्यों चुनते हैं, और फ़ैक्टरियाँ कच्चे माल से खाद कैसे बनाती हैं। हर काम की चीज़ की कुछ क़ीमत भी होती है, इसलिए हम लाभ और हानि तौलते हैं और जोखिम सँभालते हैं।
• हरित रसायन (Green Chemistry) – हरित रसायन का अर्थ है ऐसे रासायनिक उत्पाद और प्रक्रियाएँ बनाना जो कम अपशिष्ट दें, सुरक्षित पदार्थ लें, ऊर्जा बचाएँ और नवीकरणीय कच्चा माल इस्तेमाल करें। मुख्य उपाय: ऊँची परमाणु अर्थव्यवस्था, उत्प्रेरक, पानी जैसे सुरक्षित विलायक, नवीकरणीय कच्चा माल, और सुरक्षित रूप से टूटने वाले उत्पाद। जीवन-चक्र मूल्यांकन कच्चे माल से निपटान तक उत्पाद का असर जाँचता है।
• हाइड्रोकार्बन: कहाँ से आते हैं, क्या काम आते हैं और छल्ले – हाइड्रोकार्बन केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने यौगिक हैं। ये कच्चे तेल और प्राकृतिक गैस से मिलते हैं, जिन्हें गर्म करके अलग किया जाता है (प्रभाजी आसवन)। लंबी शृंखला को तोड़कर काम की छोटी शृंखला बनाना क्रैकिंग है। इनसे ईंधन और प्लास्टिक मिलते हैं, पर जलाने से CO2 बनती है। शृंखला का छल्ला बन जाए तो साइक्लोऐल्केन CnH2n मिलता है, जिसमें 2 H कम होते हैं।
• हाइड्रोजन आबंधन – हाइड्रोजन आबंध एक कमज़ोर आकर्षण है, जो किसी छोटे और बहुत विद्युतऋणी परमाणु (F, O या N) से जुड़े H और दूसरे ऐसे परमाणु के एकाकी युग्म के बीच होता है। इसे बिंदुदार रेखा से दिखाते हैं: X–H···Y। यह सहसंयोजी आबंध से बहुत कमज़ोर (लगभग 10–40 kJ mol⁻¹) है, पर इतना मज़बूत कि क्वथनांक बढ़ा दे, बर्फ़ को तैरा दे और DNA को जोड़े रखे। अंतरअणुक H-आबंध अलग अणुओं को जोड़ता है; अंतराअणुक एक ही अणु के अंदर बनता है।
• हाइड्रोजन: सबसे हल्का तत्व – हाइड्रोजन (H) तत्व संख्या 1 है: एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन। यह H₂ अणुओं के रूप में रहता है, एक रंगहीन, गंधहीन गैस जो सभी गैसों में सबसे कम घनत्व वाली है और पानी में लगभग नहीं घुलती। प्रयोगशाला में इसे सक्रिय धातु और तनु अम्ल से बनाते हैं (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂) और पानी के ऊपर इकट्ठा करते हैं। यह पॉप की आवाज़ के साथ जलकर सिर्फ़ पानी बनाती है। अधातुओं से मिलकर यह HCl, NH₃ और H₂S जैसे हाइड्राइड बनाती है और कुछ धातु ऑक्साइडों का अपचयन करती है। इसके तीन समस्थानिक हैं: प्रोटियम, ड्यूटीरियम और ट्रिटियम। उपयोग: अमोनिया और उर्वरक, वनस्पति घी, रॉकेट ईंधन और ईंधन सेल।
• हेयरस्टाइलिंग और सौंदर्य: सैलून का विज्ञान, कला और व्यवसाय – हेयरस्टाइलिंग और सौंदर्य (aesthetics) बाल, त्वचा और नाखूनों की देखभाल और सजावट है। इसमें विज्ञान (बाल की बनावट, pH, रसायन और एलर्जी), कला (डिज़ाइन के सिद्धांत, रंग सिद्धांत, फ़ैशन और मेकअप) और लोगों से जुड़े कौशल (परामर्श, रिकॉर्ड, टीमवर्क, विज्ञापन और सही माप) चाहिए।
• हैबर प्रक्रम और NPK उर्वरक – हैबर प्रक्रम हवा की नाइट्रोजन और (ज़्यादातर प्राकृतिक गैस से बनी) हाइड्रोजन से अमोनिया बनाता है: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃। अग्र अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी और उत्क्रमणीय है। लगभग 200 atm दाब, लगभग 450 °C और लोहे का उत्प्रेरक, यह समझौता अच्छी दर पर ठीक-ठाक उपज देता है। अमोनिया को ठंडा करके द्रव बनाया और अलग किया जाता है; बची गैसें वापस भेजी जाती हैं। अमोनिया से अमोनियम नाइट्रेट जैसे नाइट्रोजन उर्वरक बनते हैं। NPK उर्वरक फ़सलों को नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस और पोटैशियम देते हैं।
• हैलोऐरीन – हैलोऐरीन में हैलोजन सीधे बेंज़ीन वलय से जुड़ा होता है (Ar–X), जैसे क्लोरोबेंज़ीन C₆H₅Cl। अनुनाद के कारण C–X आबंध में आंशिक द्वि-आबंध गुण आता है, इसलिए नाभिकस्नेही प्रतिस्थापन कठिन है, जब तक ऑर्थो/पैरा पर –NO₂ न हो। इलेक्ट्रॉनस्नेही अभिक्रियाओं में हैलोजन वलय को थोड़ा धीमा करता है पर नए समूह को ऑर्थो और पैरा पर भेजता है।
• हैलोऐल्केन – हैलोऐल्केन वह ऐल्केन है जिसमें एक हाइड्रोजन की जगह हैलोजन (X) लगा हो (R–X)। C–X आबंध ध्रुवीय है: कार्बन पर हल्का धन आवेश होता है, इसलिए नाभिकस्नेही उस पर हमला करते हैं। अभिक्रियाएँ तीन तरह की: SN2 (एक चरण, पीछे से हमला, प्रतीपन; 1° के लिए अच्छी), SN1 (दो चरण, चपटा कार्बोधनायन, रेसेमिक उत्पाद; 3° के लिए अच्छी) और विलोपन (ऐल्कोहॉली KOH से ऐल्कीन)।
• हैलोजन: समूह 17 के तत्व – फ़्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन और एस्टेटीन आवर्त सारणी के समूह 17 में हैं, इन्हें हैलोजन कहते हैं। हर परमाणु के बाहरी कोश में 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए यह 1 इलेक्ट्रॉन लेकर हैलाइड आयन (X⁻) बनाता है। समूह में नीचे जाने पर परमाणु बड़े होते हैं, रंग गहरा होता है, गलनांक-क्वथनांक बढ़ते हैं और अभिक्रियाशीलता घटती है। अधिक अभिक्रियाशील हैलोजन कम अभिक्रियाशील हैलोजन को उसके लवण से हटा देता है।
• NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी: कार्बन-13 और प्रोटॉन NMR – नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद (NMR) एक तेज़ चुंबक और रेडियो तरंगों से अणु में ¹H या ¹³C परमाणुओं के अलग-अलग परिवेश दिखाता है। हर परिवेश अपने रासायनिक विस्थापन δ (ppm) पर शिखर देता है, जो TMS (δ = 0) से नापा जाता है। ¹³C NMR में शिखरों की संख्या = कार्बन परिवेशों की संख्या। ¹H NMR में शिखर का क्षेत्रफल (समाकलन) H का अनुपात बताता है, और n + 1 नियम बताता है कि पड़ोसी कार्बन पर कितने H हैं।
• pH स्केल: अम्ल या क्षारक कितना प्रबल है? – pH 0 से 14 तक की एक संख्या है जो बताती है कि घोल कितना अम्लीय या क्षारीय है। 7 उदासीन, 7 से कम अम्लीय और 7 से ज़्यादा क्षारीय। pH में 1 कम होने का अर्थ है 10 गुना ज़्यादा H⁺।
• s और p ब्लॉक तत्व: विन्यास और प्रवृत्तियाँ – s-ब्लॉक = समूह 1 और 2 (बाहरी विन्यास ns¹ या ns²); p-ब्लॉक = समूह 13 से 18 (ns² np¹⁻⁶)। समूह में नीचे परमाणु बड़े होते हैं और आयनन एन्थैल्पी घटती है; आवर्त में आगे परमाणु छोटे और आयनन एन्थैल्पी (कुल मिलाकर) बढ़ती है। छोटे आयनों की जलयोजन एन्थैल्पी बड़ी होती है। हर समूह का पहला तत्व अलग व्यवहार करता है (छोटा आकार, ऊँचा आवेश घनत्व, d कक्षक नहीं) और अक्सर अपने तिरछे नीचे वाले तत्व जैसा होता है।