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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।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. सफ़ेद फॉस्फोरस चार P परमाणुओं का छोटा पिरामिड है: 4 परमाणु और 6 आबंध गिनिए। आबंध 60° पर मुड़े हैं, इसलिए अणु तनाव में है और अभिक्रिया के लिए बहुत उतावला है।
  2. सफ़ेद फॉस्फोरस को हवा के बिना गरम कीजिए तो पिरामिड खुल जाते हैं और लंबी श्रृंखला में जुड़ते हैं। यही लाल फॉस्फोरस है। तनाव नहीं, इसलिए शांत है और खुले में रखना सुरक्षित है।
  3. इसे कम हवा में जलाइए। हर दो P परमाणुओं के बीच एक ऑक्सीजन परमाणु (लाल) बैठ जाता है, सभी 6 किनारों पर। यह P₄O₆ है।
  4. ख़ूब हवा में 4 और ऑक्सीजन परमाणु जुड़ते हैं, हर P पर एक, द्वि-आबंध से। यह P₄O₁₀ है, सफ़ेद धुआँ।
  5. Ca₃P₂ जैसे धातु फॉस्फाइड पानी से मिलते हैं तो फॉस्फीन PH₃ निकलती है: P के साथ 3 H और एक एकाकी युग्म। यह सड़ी मछली जैसी गंध वाली ज़हरीली गैस है।
  6. P₄O₁₀ और पानी से फॉस्फोरिक अम्ल H₃PO₄ बनता है। इसके लवण, फॉस्फेट, उर्वरक बनकर पौधों को पोषण देते हैं। कोई भी अणु चुनिए और उसके परमाणु गिनिए।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

P₄ इतनी आसानी से क्यों जल उठता है?

P–P–P कोण सिर्फ़ 60° है, जो P को पसंद नहीं। तनाव ऊर्जा जमा करता है और आबंध आसानी से टूटते हैं।

लाल फॉस्फोरस सुरक्षित क्यों है?

पिरामिड खुलकर श्रृंखला बन गए। तनावग्रस्त कोण नहीं, इसलिए आबंध मज़बूत हैं और जलने के लिए लगभग 260 °C चाहिए।

कभी P₄O₆ और कभी P₄O₁₀ क्यों मिलता है?

यह हवा पर निर्भर है। कम ऑक्सीजन में सिर्फ़ 6 किनारों पर O लगता है। ख़ूब हो तो हर P एक और O ले लेता है।

P₄O₁₀ में P=O क्या है?

P से सिरे वाले O परमाणु तक द्वि-आबंध। 4 सिरे वाले O और 6 पुल वाले O मिलकर 10 O बनते हैं।

फॉस्फीन इतना दुर्बल क्षार क्यों है, और उसमें गंध क्यों होती है?

P बड़ा है, इसलिए उसका एकाकी युग्म फैला हुआ है और H⁺ को अच्छी तरह नहीं पकड़ता। सड़ी मछली की गंध संबंधित अशुद्ध यौगिकों के अंश से आती है, और गैस ख़ुद कम मात्रा में भी ख़तरनाक है।

फॉस्फोरिक अम्ल का उर्वरकों से क्या संबंध है?

इसके लवण फॉस्फेट हैं। H₃PO₄ को अमोनिया या फॉस्फेट चट्टान से मिलाने पर घुलनशील उर्वरक बनते हैं जो पौधों को P देते हैं।

फॉस्फोरस और उसके अपरूप

फॉस्फोरस (प्रतीक P, परमाणु क्रमांक 15) समूह 15 का अधातु है, नाइट्रोजन के ही परिवार में। यह प्रकृति में मुक्त नहीं मिलता; फॉस्फेट के रूप में मिलता है, जैसे फॉस्फेट चट्टान, Ca₃(PO₄)₂।

अपरूप एक ही तत्व के अलग-अलग रूप हैं:

बनाना: फॉस्फेट चट्टान को रेत और कोक के साथ विद्युत भट्ठी में गरम कीजिए: 2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C → 6CaSiO₃ + 10CO + P₄। P₄ की भाप पानी के नीचे ठंडी की जाती है।

फॉस्फोरस नाइट्रोजन (N₂) से इतना ज़्यादा अभिक्रियाशील क्यों है? N≡N का त्रि-आबंध बहुत मज़बूत है; तनावग्रस्त P₄ के P–P एकल आबंध कमज़ोर हैं।

फॉस्फोरस का जलना: ऑक्साइड और फॉस्फोरिक अम्ल

फॉस्फोरस ऑक्सीजन में जलता है। उत्पाद हवा की मात्रा पर निर्भर है।

P₄O₁₀ पानी का बहुत प्यासा है, इसलिए शुष्कक के रूप में प्रयोग होता है। पानी से यह फॉस्फोरिक अम्ल देता है:

P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄

H₃PO₄ में तीन –OH समूह हैं जो H⁺ दे सकते हैं, इसलिए यह त्रिक्षारकीय है। NaOH के साथ तीन तरह के लवण बनते हैं: NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ और Na₃PO₄ (फॉस्फेट)। यह कोल्ड ड्रिंक, जंग हटाने वाले घोल और उर्वरकों में काम आता है।

फॉस्फाइड और फॉस्फीन

फॉस्फाइड फॉस्फोरस का किसी धातु के साथ यौगिक है, जैसे कैल्शियम फॉस्फाइड Ca₃P₂ या ऐल्युमिनियम फॉस्फाइड AlP। (यहाँ P, P³⁻ है।)

फॉस्फाइड पानी या अम्ल से अभिक्रिया करके फॉस्फीन PH₃ देते हैं:

इसे सफ़ेद फॉस्फोरस को NaOH विलयन के साथ उबालकर भी बना सकते हैं: P₄ + 3 NaOH + 3 H₂O → PH₃ + 3 NaH₂PO₂।

फॉस्फीन, PH₃: रंगहीन, बहुत ज़हरीली गैस, गंध सड़ी मछली या लहसुन जैसी। अणु पिरामिड है (ऊपर P, नीचे तीन H, एक एकाकी युग्म), आबंध कोण लगभग 93.5°, जो अमोनिया (107°) से छोटा है। यह बहुत दुर्बल क्षार है: PH₃ + HI → PH₄I (फॉस्फोनियम आयोडाइड)। यह जलती है: 2 PH₃ + 4 O₂ → P₂O₅ + 3 H₂O। अशुद्ध फॉस्फीन अपने आप जल सकती है, जिससे शायद दलदल पर दिखने वाली "भूतिया रोशनी" समझाई जाती है।

फॉस्फेट और उर्वरक

पौधों को N, P और K (नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, पोटैशियम) चाहिए। फॉस्फोरस DNA में, ATP (कोशिका का ऊर्जा-पैकेट) में और हड्डियों में होता है। पौधे इसे घुलनशील फॉस्फेट आयनों के रूप में लेते हैं।

समस्या: फॉस्फेट चट्टान Ca₃(PO₄)₂ पानी में अघुलनशील है, इसलिए जड़ें इसे नहीं ले सकतीं। उपाय: इसे घुलनशील लवण बनाइए।

सावधानी: बहुत ज़्यादा फॉस्फेट बहकर तालाबों और झीलों में पहुँचता है और शैवाल को खिलाता है। शैवाल पानी ढक लेते हैं और बाद में सड़ते हैं, ऑक्सीजन ख़त्म हो जाती है और मछलियाँ मर जाती हैं। इसे सुपोषण (यूट्रोफिकेशन) कहते हैं।

करके देखिए: पहले अनुमान, फिर जाँच

3D बोर्ड पर P₄O₆ चुनिए और कैप्शन पढ़ने से पहले लाल O परमाणु गिनिए (उत्तर 6)। फिर P₄O₁₀ चुनिए और फिर गिनिए (10)। घर का सुरक्षित काम: माचिस की डिब्बी के किनारे की पट्टी देखिए। वह लाल फॉस्फोरस है। तीली जलाइए और सिर जलता देखिए: यह फॉस्फोरस यौगिकों की ऑक्सीजन से अभिक्रिया है। सफ़ेद फॉस्फोरस को कभी न छुएँ। खाद की बोरी का लेबल देखिए और N-P-K की तीन संख्याएँ ढूँढिए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. संतुलित कीजिए: P₄ + O₂ → P₄O₁₀।

दाएँ पक्ष में 10 O परमाणु हैं, इसलिए बाएँ में 5 O₂ चाहिए। P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀। P: 4 = 4, O: 10 = 10।

2. ख़ूब हवा में 6.2 g फॉस्फोरस जलने पर कितना P₄O₁₀ बनेगा? (P = 31, O = 16)

P परमाणुओं के मोल = 6.2 ÷ 31 = 0.2। हर P₄O₁₀ में 4 P परमाणु हैं, इसलिए 0.2 ÷ 4 = 0.05 मोल P₄O₁₀। P₄O₁₀ का मोलर द्रव्यमान = 4×31 + 10×16 = 284 g/mol। द्रव्यमान = 0.05 × 284 = 14.2 g।

3. 18.2 g Ca₃P₂ अधिक पानी से अभिक्रिया करता है। बनी PH₃ का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए। (Ca = 40, P = 31, H = 1)

Ca₃P₂ का मोलर द्रव्यमान = 3×40 + 2×31 = 182 g/mol। मोल = 18.2 ÷ 182 = 0.1। समीकरण में प्रति Ca₃P₂ से 2 PH₃ मिलते हैं, इसलिए 0.2 मोल PH₃। PH₃ का मोलर द्रव्यमान = 34। द्रव्यमान = 0.2 × 34 = 6.8 g। (STP पर आयतन 0.2 × 22.4 = 4.48 L।)

4. लाल फॉस्फोरस खुले में रखना सुरक्षित है पर सफ़ेद फॉस्फोरस नहीं, क्यों?

सफ़ेद फॉस्फोरस 60° आबंध कोण वाला P₄ है। तनाव से आबंध कमज़ोर हैं, इसलिए यह लगभग 30 °C पर ऑक्सीजन से अभिक्रिया करके जल उठता है। लाल फॉस्फोरस श्रृंखला है जिसमें ऐसा तनाव नहीं और वह लगभग 260 °C पर ही जलता है।

5. 0.1 मोल H₃PO₄ को पूरा उदासीन करने के लिए कितने मोल NaOH चाहिए?

H₃PO₄ त्रिक्षारकीय है: H₃PO₄ + 3 NaOH → Na₃PO₄ + 3 H₂O। इसलिए 0.1 × 3 = 0.3 मोल NaOH।

6. H₃PO₄ में फॉस्फोरस का द्रव्यमान प्रतिशत ज्ञात कीजिए।

मोलर द्रव्यमान = 3×1 + 31 + 4×16 = 98 g/mol। P का प्रतिशत = 31 ÷ 98 × 100 ≈ 31.6 %।

7. 31 g Ca₃(PO₄)₂ को एकल सुपरफॉस्फेट बनाने के लिए कितना H₂SO₄ चाहिए? (Ca = 40, P = 31, O = 16, S = 32)

Ca₃(PO₄)₂ का मोलर द्रव्यमान = 3×40 + 2×(31 + 64) = 310 g/mol। मोल = 31 ÷ 310 = 0.1। समीकरण: 1 Ca₃(PO₄)₂ को 2 H₂SO₄ चाहिए, इसलिए 0.2 मोल। H₂SO₄ का मोलर द्रव्यमान = 98। द्रव्यमान = 0.2 × 98 = 19.6 g।

8. PH₃ में H–P–H कोण (लगभग 93.5°) NH₃ के H–N–H कोण (107°) से छोटा क्यों है?

फॉस्फोरस बड़ा परमाणु है और उसकी आबंधन कक्षकें लंबी हैं तथा कम मिश्रित होती हैं। एकाकी युग्म ज़्यादा जगह लेता है, इसलिए तीनों P–H आबंध 90° के पास दब जाते हैं।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. सफ़ेद फॉस्फोरस का सूत्र है:
2. सफ़ेद फॉस्फोरस रखा जाता है:
3. Ca₃P₂ + पानी से मिलता है:
4. H₃PO₄ है:
5. सुपरफॉस्फेट इसलिए बनाते हैं कि फॉस्फेट बन जाए:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

फॉस्फोरस पानी के नीचे क्यों रखा जाता है?

सफ़ेद फॉस्फोरस हवा में जल उठता है। पानी ऑक्सीजन को दूर रखता है और फॉस्फोरस उसमें घुलता नहीं।

फॉस्फोरस, फॉस्फाइड और फॉस्फेट में क्या अंतर है?

फॉस्फोरस तत्व P है। फॉस्फाइड में धातु से जुड़ा P³⁻ होता है (जैसे Ca₃P₂)। फॉस्फेट में PO₄³⁻ होता है (जैसे Ca₃(PO₄)₂)।

फॉस्फोरस कहाँ पढ़ाया जाता है?

कई देशों में यह वरिष्ठ स्कूल रसायन के अधातु या समूह 15 वाले भाग में, नाइट्रोजन के साथ आता है।

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