विद्युत अपघट्य और आयनन
विद्युत अपघट्य (electrolyte) वह पदार्थ है जो पिघलने या पानी में घुलने पर बिजली चलाता है, क्योंकि उसमें आज़ाद आयन (आवेशित कण) बनते हैं। पानी में आयनों में टूटना वियोजन या आयनन कहलाता है।
- प्रबल विद्युत अपघट्य लगभग पूरे टूटते हैं: घुलनशील लवण (NaCl), प्रबल अम्ल (HCl, HNO₃, H₂SO₄), प्रबल क्षार (NaOH, KOH)। NaCl → Na⁺ + Cl⁻।
- दुर्बल विद्युत अपघट्य थोड़े ही टूटते हैं: सिरका (CH₃COOH) जैसे दुर्बल अम्ल, अमोनिया विलयन। इन्हें अणु के रूप में लिखते हैं।
- अविद्युत अपघट्य आयन नहीं बनाते: चीनी, ऐल्कोहॉल।
अम्ल पानी में H⁺ देते हैं; क्षार OH⁻ देते हैं; लवण धातु आयन और अम्ल-मूलक आयन देते हैं।
पूर्ण और नेट आयनिक समीकरण
सिल्वर नाइट्रेट + सोडियम क्लोराइड लो।
1. आणविक समीकरण: AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)
2. पूर्ण आयनिक समीकरण: हर घुले हुए प्रबल विद्युत अपघट्य को आयनों में तोड़ो। ठोस, गैस, पानी और दुर्बल विद्युत अपघट्य पूरे लिखो।
Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl(s) + Na⁺ + NO₃⁻
3. दर्शक आयन काटो (दोनों ओर एक जैसे): Na⁺ और NO₃⁻।
4. नेट (संक्षिप्त) आयनिक समीकरण: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
5. जाँचो: परमाणु बराबर हों और कुल आवेश दोनों ओर समान हो (यहाँ 0 = 0)।
नेट समीकरण असली बदलाव दिखाता है। कोई भी घुलनशील सिल्वर लवण + कोई भी घुलनशील क्लोराइड यही नेट समीकरण देंगे।
आयन-विनिमय अभिक्रिया कब होती है?
आयन-विनिमय अभिक्रिया तभी पूरी होती है जब आयन विलयन से इनमें से किसी रूप में निकलें:
- अवक्षेप (अघुलनशील ठोस): Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (सफ़ेद); Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (नीला)
- गैस: CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑; NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O (गर्म करने पर)
- पानी (या कोई दुर्बल विद्युत अपघट्य): H⁺ + OH⁻ → H₂O। हर प्रबल अम्ल + प्रबल क्षार उदासीनीकरण का यही नेट समीकरण है।
अगर इनमें से कुछ न बने, जैसे KCl + NaNO₃, तो सभी आयन दर्शक हैं और कोई अभिक्रिया नहीं।
आयनों का साथ रहना
आयन एक विलयन में साथ तभी रह सकते हैं जब वे अवक्षेप, गैस या पानी न बनाएँ। Ba²⁺ और SO₄²⁻ साथ नहीं रह सकते; H⁺ और OH⁻ नहीं; H⁺ और CO₃²⁻ नहीं। Na⁺, K⁺, NO₃⁻ और Cl⁻ लगभग किसी के भी साथ रह सकते हैं। विलेयता सारणी से जाँचो।
आम आयनों के परीक्षण (गुणात्मक अभिक्रियाएँ)
- क्लोराइड Cl⁻: तनु नाइट्रिक अम्ल, फिर सिल्वर नाइट्रेट → सफ़ेद अवक्षेप। Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
- सल्फ़ेट SO₄²⁻: तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, फिर बेरियम क्लोराइड → सफ़ेद अवक्षेप। Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓
- कार्बोनेट CO₃²⁻: तनु अम्ल → बुदबुदाहट; गैस चूने के पानी को दूधिया करती है। CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑
- अमोनियम NH₄⁺: सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ गर्म करो → गैस जो गीले लाल लिटमस को नीला करती है। NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O
- NaOH से धातु आयन: Cu²⁺ नीला अवक्षेप, Fe²⁺ हरा, Fe³⁺ लाल-भूरा। Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓
जल-अपघटन, उभयधर्मी यौगिक और जल शोधन
जल-अपघटन (परिचय)
कुछ लवणों के आयन पानी से थोड़ी अभिक्रिया करते हैं। सोडियम कार्बोनेट विलयन क्षारीय है क्योंकि CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻। अमोनियम क्लोराइड विलयन हल्का अम्लीय है क्योंकि NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺। प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार का लवण (NaCl) उदासीन विलयन देता है।
उभयधर्मी यौगिक (विचार)
कुछ हाइड्रॉक्साइड, जैसे Zn(OH)₂ और Al(OH)₃, अम्ल और क्षार दोनों से अभिक्रिया करते हैं। Zn(OH)₂ + 2H⁺ → Zn²⁺ + 2H₂O, और ज़्यादा OH⁻ में यह फिर घुल जाता है।
पानी के लिए आयन विनिमय
कठोर पानी में Ca²⁺ और Mg²⁺ होते हैं। आयन-विनिमय रेज़िन Na⁺ आयन रखता है और बदल देता है: Ca²⁺ रेज़िन पर, Na⁺ पानी में। मिश्रित रेज़िन सभी आयनों को H⁺ और OH⁻ से बदलकर बहुत शुद्ध (विआयनित) पानी देते हैं।
घर पर करके देखो
गिलास में एक चम्मच बेकिंग सोडा डालो और सिरका मिलाओ। बुदबुदाहट CO₂ गैस है जो विलयन छोड़ रही है: HCO₃⁻ + CH₃COOH → CH₃COO⁻ + H₂O + CO₂↑ (सिरका दुर्बल अम्ल है, इसलिए अणु रूप में लिखा)। फिर 3D में "कार्बोनेट + अम्ल" चुनो और बुलबुले बीकर से निकलते देखो।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ (white)
- Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (white)
- Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (blue)
- Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ (red-brown)
- H⁺ + OH⁻ → H₂O
- CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑
- NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O
- नियम: सिर्फ़ घुले हुए प्रबल विद्युत अपघट्य तोड़ो; (s), (g), H₂O और दुर्बल विद्युत अपघट्य पूरे रखो
हल किए गए उदाहरण
1. बेरियम क्लोराइड + सोडियम सल्फ़ेट के पूर्ण और नेट आयनिक समीकरण लिखो।
आणविक: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl। पूर्ण: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻। दर्शक: Na⁺, Cl⁻। नेट: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓।
2. हाइड्रोक्लोरिक अम्ल + सोडियम हाइड्रॉक्साइड का नेट आयनिक समीकरण लिखो।
पूर्ण: H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O। दर्शक Na⁺, Cl⁻। नेट: H⁺ + OH⁻ → H₂O।
3. कॉपर(II) सल्फ़ेट विलयन में सोडियम हाइड्रॉक्साइड मिलाया। नेट समीकरण और प्रेक्षण?
Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓। नीला जेली जैसा अवक्षेप बनता है। Na⁺ और SO₄²⁻ दर्शक हैं।
4. सोडियम कार्बोनेट + हाइड्रोक्लोरिक अम्ल का नेट आयनिक समीकरण?
पूर्ण: 2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + H₂O + CO₂↑। नेट: CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑। आवेश: बाएँ (−2) + (+2) = 0, दाएँ 0।
5. पोटैशियम नाइट्रेट और सोडियम क्लोराइड विलयन मिलाने पर क्या अभिक्रिया होगी?
आयन: K⁺, NO₃⁻, Na⁺, Cl⁻। नए जोड़े KCl और NaNO₃ दोनों घुलनशील; न गैस, न पानी। सभी दर्शक: कोई अभिक्रिया नहीं।
6. नेट समीकरण Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ से मेल खाता आणविक समीकरण लिखो।
घुलनशील आयरन(III) लवण और घुलनशील हाइड्रॉक्साइड चुनो: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl। पूर्ण: Fe³⁺ + 3Cl⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl⁻।
7. कौन-सा जोड़ा एक विलयन में साथ नहीं रह सकता: (a) K⁺ और SO₄²⁻, (b) Ag⁺ और Cl⁻, (c) Na⁺ और NO₃⁻?
(b) Ag⁺ और Cl⁻, क्योंकि ये अघुलनशील AgCl बनाते हैं। बाकी घुलनशील लवण बनाते हैं।
आम गलतियाँ
- अवक्षेप, गैस या पानी को आयनों में तोड़ना। AgCl(s), CO₂(g) और H₂O पूरे लिखो।
- CH₃COOH जैसे दुर्बल अम्ल को आयनों में तोड़ना। दुर्बल विद्युत अपघट्य अणु रूप में रहते हैं।
- आवेश संतुलन भूलना: Cu²⁺ को 2OH⁻ चाहिए, एक नहीं।
- ऐसे आयन काटना जो दोनों ओर बिल्कुल एक जैसे न हों (जैसे Cl⁻ काटना जबकि वह अवक्षेप में चला गया)।