रसायन दोहराव: आवर्त नियम से विद्युत-अपघटन तक

आवर्त नियम और आवर्त सारणी

आवर्त नियम: जब तत्वों को परमाणु क्रमांक (प्रोटॉन की संख्या) के क्रम में रखा जाता है तो उनके गुण एक पैटर्न में दोहराते हैं। मेंडलीव ने यह पैटर्न परमाणु द्रव्यमान से खोजा; मोसले ने बाद में दिखाया कि सही क्रम परमाणु क्रमांक का है।

• आवर्त (period) एक पंक्ति है। बाएँ से दाएँ परमाणु छोटे होते हैं (ज़्यादा प्रोटॉन उसी कोश को पास खींचते हैं), धातु से अधातु की ओर बदलाव होता है, और इलेक्ट्रॉन लेने की प्रवृत्ति बढ़ती है।
• समूह (group) एक स्तंभ है। एक समूह के तत्वों में बाहरी इलेक्ट्रॉन बराबर होते हैं, इसलिए उनका व्यवहार मिलता-जुलता होता है। नीचे जाने पर परमाणु बड़े होते हैं और धातुएँ ज़्यादा अभिक्रियाशील।
• समूह 1 (Li, Na, K) नरम, अभिक्रियाशील धातुएँ। समूह 17 (F, Cl, Br) अभिक्रियाशील अधातुएँ। समूह 18 (He, Ne, Ar) लगभग अभिक्रिया नहीं करतीं।

संरचना: परमाणु, आयन और आबंध

परमाणु में नाभिक (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन) और कोशों में इलेक्ट्रॉन होते हैं। रसायन में बाहरी इलेक्ट्रॉन मायने रखते हैं।

• आयनिक आबंध: धातु इलेक्ट्रॉन देती है, अधातु लेती है। उलटे आवेश वाले आयन आकर्षित होते हैं (Na⁺ और Cl⁻)। नतीजा: कठोर, भंगुर क्रिस्टल, ऊँचा गलनांक, पिघलने या घुलने पर बिजली चलाते हैं।
• सहसंयोजी आबंध: दो अधातु परमाणु इलेक्ट्रॉन साझा करते हैं (H₂, H₂O, CO₂)। नतीजा: अणु, अक्सर कम गलनांक, आमतौर पर बिजली नहीं चलाते।
• धात्विक आबंध: धातु परमाणु मुक्त इलेक्ट्रॉनों का समुद्र साझा करते हैं। नतीजा: चमकीली, मुड़ने वाली, अच्छी चालक।

आबंध का प्रकार गुण समझाता है। तत्व देखो: धातु + अधातु = आयनिक; अधातु + अधातु = सहसंयोजी।

अभिक्रिया की गति और ऊर्जा

बलगतिकी (kinetics) पूछती है "कितनी तेज़?"। अभिक्रिया तब होती है जब कण काफ़ी ऊर्जा से टकराते हैं। गति बढ़ती है जब:

• तापमान ऊँचा हो (कण तेज़ चलते हैं, ज़्यादा ज़ोरदार टक्करें),
• सांद्रता ज़्यादा हो (पास-पास ज़्यादा कण),
• ठोस छोटे टुकड़ों में हो (टकराने की ज़्यादा सतह),
• उत्प्रेरक (catalyst) हो (आसान रास्ता देता है और खत्म नहीं होता)।

ऊष्मागतिकी (thermodynamics) पूछती है "कितनी ऊष्मा?"। ऊष्माक्षेपी (exothermic) अभिक्रिया ऊष्मा देती है (जलना, जंग, उदासीनीकरण)। ऊष्माशोषी (endothermic) अभिक्रिया ऊष्मा लेती है (अमोनियम नाइट्रेट का पानी में घुलना, प्रकाश-संश्लेषण)। अभिक्रिया शुरू करने की ऊर्जा सक्रियण ऊर्जा कहलाती है। अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी होकर भी शुरू करने के लिए चिंगारी माँग सकती है।

कई अभिक्रियाएँ उत्क्रमणीय होती हैं: उत्पाद वापस भी बन सकते हैं। साम्य (equilibrium) पर आगे और पीछे की दरें बराबर हो जाती हैं और मात्राएँ बदलना बंद हो जाती हैं।

विलयन और विलेयता

विलयन साफ़ मिश्रण है: विलेय (जो घुलता है) और विलायक (जिसमें घुलता है, अक्सर पानी)। पानी अच्छा विलायक है क्योंकि उसके अणु क्रिस्टल से आयनों और ध्रुवीय अणुओं को खींच लेते हैं।

• सांद्रता = विलयन की दी हुई मात्रा में विलेय की मात्रा। द्रव्यमान प्रतिशत = (विलेय का द्रव्यमान ÷ विलयन का द्रव्यमान) × 100।
• विलेयता = एक तापमान पर 100 g पानी में घुलने वाला अधिकतम विलेय। जो विलयन और नहीं घोल सकता वह संतृप्त है।
• ज़्यादातर ठोसों की विलेयता तापमान के साथ बढ़ती है। गैसों की घटती है (गर्म सोडा फीका पड़ जाता है)।
• हिलाने और पीसने से कितना घुलेगा वह नहीं बदलता, केवल कितनी जल्दी घुलेगा।

विद्युत-अपघटन

विद्युत-अपघटन (electrolysis) में पिघले या घुले आयनिक यौगिक से विद्युत धारा गुज़ारकर रासायनिक बदलाव कराया जाता है। धारा चलाने वाला द्रव विद्युत-अपघट्य है; दो पट्टियाँ इलेक्ट्रोड हैं।

• कैथोड (−): धनायन इलेक्ट्रॉन लेते हैं। धातु यहाँ जमती है (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)।
• ऐनोड (+): ऋणायन इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं। क्लोराइड से क्लोरीन गैस बनती है (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻)।

याद रखने की युक्ति: कैथोड धनायन (cation) खींचता है; ऐनोड ऋणायन (anion) खींचता है। उपयोग: तांबे का शोधन, वस्तुओं पर परत चढ़ाना, क्लोरीन और सोडियम हाइड्रॉक्साइड बनाना, ऐलुमिनियम निकालना।

बैटरी से तुलना: बैटरी अभिक्रिया से धारा बनाती है; विद्युत-अपघटन धारा से अभिक्रिया करवाता है।

सब जोड़कर देखो

कॉपर क्लोराइड को पाँचों विचारों से गुज़ारो: Cu (धातु) और Cl (समूह 17 अधातु) → आबंध आयनिक → पानी में Cu²⁺ और Cl⁻ बनकर घुलता है (गर्म पानी में जल्दी) → आयन विलयन को चालक बनाते हैं → विद्युत-अपघटन में कैथोड पर तांबा जमता है और ऐनोड पर क्लोरीन के बुलबुले उठते हैं।

खुद करो: रसोई की जाँच

दो गिलासों में बराबर पानी लो, एक ठंडा और एक गुनगुना (गर्म नहीं)। दोनों में एक चम्मच चीनी बिना हिलाए डालो। पहले अनुमान लगाओ कि कौन पहले घुलेगी, फिर समय देखो। 3D में विलयन वाले स्टेशन पर ऊर्जा स्लाइडर चलाकर वही देखो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

• परमाणु क्रमांक Z = प्रोटॉन की संख्या = इलेक्ट्रॉन की संख्या (उदासीन परमाणु)
• द्रव्यमान प्रतिशत = (विलेय का द्रव्यमान ÷ विलयन का द्रव्यमान) × 100
• गति: ऊँचा ताप, ज़्यादा सांद्रता, ज़्यादा सतह या उत्प्रेरक → तेज़
• ऊष्माक्षेपी: ऊष्मा बाहर (ΔH < 0)। ऊष्माशोषी: ऊष्मा अंदर (ΔH > 0)
• कैथोड: Mⁿ⁺ + ne⁻ → M। ऐनोड: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

हल किए गए उदाहरण

आम गलतियाँ

• यह कहना कि आवर्त में आगे बढ़ने पर परमाणु बड़े होते हैं। वे छोटे होते हैं।
• यह भूलना कि कैथोड ऋणात्मक है और धनायनों को खींचता है।
• उत्प्रेरक को खर्च होने वाला मानना। वह वैसा का वैसा वापस मिलता है।
• यह मानना कि हर पदार्थ गर्म पानी में ज़्यादा घुलता है। ज़्यादातर ठोसों के लिए सही है, गैसों के लिए नहीं।