रासायनिक परिवर्तन क्या है?
रासायनिक परिवर्तन में नया पदार्थ बनता है। पुराना पदार्थ आसानी से वापस नहीं मिलता। पहचान: नया रंग, गैस के बुलबुले, ठोस बनना, या गर्मी और रोशनी।
अंदर परमाणु गायब नहीं होते। वे बस साथी बदलते हैं। पहले और बाद में परमाणु वही रहते हैं। इसीलिए हम समीकरण संतुलित करते हैं।
अम्ल और क्षार
अम्ल पानी में हाइड्रोजन आयन (H⁺) देता है। क्षार हाइड्रॉक्साइड आयन (OH⁻) देता है। pH पैमाना बताता है कि कितना अम्लीय है: 7 से कम अम्ल, 7 उदासीन, 7 से ज़्यादा क्षार।
उदासीनीकरण: H⁺ + OH⁻ → H₂O। अम्ल + क्षार से लवण + पानी बनता है। एंटासिड की गोली पेट का अम्ल ऐसे ही शांत करती है, और कारखानों में कई लवण ऐसे बनते हैं।
उपचयन और अपचयन (रेडॉक्स)
उपचयन यानी इलेक्ट्रॉन खोना। अपचयन यानी इलेक्ट्रॉन पाना। दोनों हमेशा साथ होते हैं, इसलिए इसे रेडॉक्स कहते हैं। याद रखो OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain।
ज़ंग लगना, जलना और बैटरी रेडॉक्स हैं। बैटरी में इलेक्ट्रॉन तार से गुज़रते हैं, और वही बहाव बिजली है।
रासायनिक अभिक्रिया और ऊष्मा
बंध तोड़ने में ऊर्जा लगती है। बंध बनाने में ऊर्जा वापस मिलती है। दोनों का अंतर अभिक्रिया की ऊष्मा है।
- ऊष्माक्षेपी: लगी से ज़्यादा ऊर्जा निकलती है। गर्म लगता है। ईंधन जलना, उदासीनीकरण।
- ऊष्माशोषी: ज़्यादा ऊर्जा सोखी जाती है। ठंडा लगता है। कोल्ड पैक, प्रकाश संश्लेषण।
ऊष्मा के बदलाव को ΔH लिखते हैं। ऊष्माक्षेपी में यह ऋणात्मक और ऊष्माशोषी में धनात्मक होता है। मात्रक: kJ प्रति मोल।
अभिक्रिया की दर और रासायनिक साम्य
दर बताती है कि अभिकारक कितनी तेज़ी से उत्पाद बनते हैं। यह बढ़ती है ऊँचे ताप, ज़्यादा सांद्रता, छोटे टुकड़ों (ज़्यादा सतह) और उत्प्रेरक से।
बंद बर्तन में कई अभिक्रियाएँ उत्क्रमणीय (⇄) होती हैं। साम्य पर आगे और पीछे के बदलाव बराबर गति से चलते हैं, इसलिए मात्राएँ बदलना बंद कर देती हैं, पर अभिक्रिया रुकी नहीं होती। कारखाने इसका इस्तेमाल करते हैं: वे ऐसी परिस्थितियाँ चुनते हैं जो संतुलन को उत्पाद की ओर धकेलें (ल-शातेलिए का सिद्धांत)।
नाभिकीय ऊर्जा
रासायनिक बदलाव में सिर्फ़ बाहरी इलेक्ट्रॉन नई जगह बैठते हैं। नाभिकीय बदलाव में नाभिक खुद बदलता है।
विखंडन: बड़ा नाभिक (जैसे यूरेनियम-235) टूटता है और बहुत ऊर्जा तथा और न्यूट्रॉन निकलते हैं, जो और नाभिक तोड़ सकते हैं (शृंखला अभिक्रिया)। संलयन: छोटे नाभिक जुड़ते हैं, जैसे सूरज में। प्रति किलोग्राम नाभिकीय बदलाव जलने से लगभग दस लाख गुना ऊर्जा देता है। सुरक्षित संभाल और कचरे का भंडारण बहुत ज़रूरी है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- अम्ल + क्षार → लवण + पानी; H⁺ + OH⁻ → H₂O
- उपचयन = इलेक्ट्रॉन खोना; अपचयन = इलेक्ट्रॉन पाना (OIL RIG)
- ΔH < 0 ऊष्माक्षेपी; ΔH > 0 ऊष्माशोषी
- दर = मात्रा में बदलाव ÷ समय
- साम्य पर: आगे की दर = पीछे की दर
- नाभिकीय (आइंस्टाइन): E = m c²
हल किए गए उदाहरण
1. 20 mL अम्ल को उतनी ही तीव्रता के 20 mL क्षार ने पूरी तरह उदासीन कर दिया। बीकर में क्या बचा?
सिर्फ़ लवण और पानी। हर H⁺ को एक OH⁻ मिला और पानी बन गया, इसलिए मिश्रण उदासीन है (pH लगभग 7)।
2. जिंक दो इलेक्ट्रॉन कॉपर आयनों को देता है: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ और Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu। किसका उपचयन हुआ और किसका अपचयन?
जिंक ने इलेक्ट्रॉन खोए, इसलिए जिंक का उपचयन हुआ। कॉपर आयनों ने इलेक्ट्रॉन पाए, इसलिए उनका अपचयन हुआ। मिलकर यह रेडॉक्स अभिक्रिया है।
3. एक अभिक्रिया से परखनली 25 °C से 40 °C हो गई। यह ऊष्माक्षेपी है या ऊष्माशोषी? ΔH का चिह्न क्या है?
आसपास गर्म हुआ, यानी गर्मी बाहर गई। यह ऊष्माक्षेपी है और ΔH ऋणात्मक है।
4. 20 °C पर एक गैस थैला भरने में 60 s लेती है। 40 °C पर 20 s। दर कितने गुना बदली?
दर = 1 ÷ समय। समय 60 s से 20 s हुआ, तो दर 60 ÷ 20 = 3 गुना हो गई।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि उपचयन में हमेशा ऑक्सीजन चाहिए। इसका मतलब इलेक्ट्रॉन खोना है; ऑक्सीजन सिर्फ़ एक उदाहरण है।
- यह सोचना कि साम्य पर अभिक्रिया रुक गई। दोनों दिशाएँ चलती रहती हैं, बराबर गति से।
- ΔH का चिह्न उलझाना: ऊष्माक्षेपी में रसायन ऊर्जा खोते हैं, इसलिए ऋणात्मक।
- नाभिकीय बदलाव को बड़ी रासायनिक अभिक्रिया समझना। यहाँ नाभिक खुद बदलता है।