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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।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. पानी में एक धातु आयन है। छह पानी के अणु ऑक्सीजन के एकाकी युग्म से उससे जुड़ते हैं। ये अष्टफलक बनाते हैं: [Cu(H₂O)₆]²⁺। विलयन नीला है।
  2. अब 3+ आयन: [Fe(H₂O)₆]³⁺। इसका तेज़ खिंचाव एक O–H बंध को कमज़ोर करता है। एक H⁺ निकलकर पानी से H₃O⁺ बनाता है। इसीलिए 3+ विलयन अम्लीय होते हैं (pH लगभग 2–3)।
  3. थोड़ा सोडियम हाइड्रॉक्साइड डालो। OH⁻ तब तक H⁺ हटाता है जब तक संकुल पर कोई आवेश न रहे: [Cu(H₂O)₄(OH)₂]। उदासीन संकुल घुलता नहीं। हल्का नीला अवक्षेप गिरता है।
  4. एल्युमिनियम अलग है। उसका सफ़ेद अवक्षेप [Al(H₂O)₃(OH)₃] अधिक OH⁻ में घुलकर [Al(OH)₄(H₂O)₂]⁻ बनाता है। अम्ल और क्षार दोनों से अभिक्रिया: उभयधर्मी।
  5. अधिक अमोनिया भी लिगैंड है। कॉपर के साथ चार NH₃ चार पानी की जगह लेते हैं: [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺, गहरा नीला विलयन। सोडियम कार्बोनेट के साथ 3+ आयन हाइड्रॉक्साइड और CO₂ के बुलबुले देता है।
  6. अब तुम्हारी बारी। धातु आयन और अभिकर्मक चुनो। रंग और सूत्र का अनुमान लगाओ, फिर जाँचो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

आकृति अष्टफलकीय क्यों है?

छह पानी लिगैंड धातु के चारों ओर जितना हो सके दूर फैलते हैं: ऊपर, नीचे, बाएँ, दाएँ, आगे, पीछे। पहला चरण छहों स्थान दिखाता है।

बिना अम्ल डाले लवण का विलयन अम्लीय कैसे?

धातु आयन पानी के लिगैंड को इतना खींचता है कि H⁺ निकलकर H₃O⁺ बनाता है। दूसरे चरण में H⁺ को दूर जाते देखो।

अवक्षेप तभी क्यों बनता है जब संकुल उदासीन हो?

आवेशित आयन को पानी के अणु घेरकर घोल देते हैं। उदासीन संकुल पानी को नहीं खींचता, इसलिए ठोस बनकर निकल आता है। तीसरा चरण।

अधिक NaOH में केवल Al(OH)₃ क्यों घुलता है?

Al(OH)₃ एक और H⁺ खोकर घुलनशील [Al(OH)₄(H₂O)₂]⁻ बना सकता है; आयरन और कॉपर के हाइड्रॉक्साइड नहीं। चौथा चरण।

यहाँ अमोनिया क्षार है या लिगैंड?

दोनों। थोड़ा NH₃ क्षार (अवक्षेप)। अधिक NH₃ कॉपर पर लिगैंड बनकर बैठता है। पाँचवाँ चरण।

2+ और 3+ आयन कार्बोनेट से अलग व्यवहार क्यों करते हैं?

3+ आयन इतने अम्लीय हैं कि कार्बोनेट से CO₂ बनाते हैं; 2+ नहीं, इसलिए वे MCO₃ बनाते हैं। खुले खेल में दोनों आज़माओ।

धातु-जलीय आयन और उनकी अम्लता

जब CuSO₄ या FeCl₃ जैसा लवण घुलता है, तो हर धातु आयन को छह पानी के अणु घेर लेते हैं। हर पानी O से एक एकाकी युग्म धातु को देता है: यह उपसहसंयोजी (दाता) बंध है। इससे अष्टफलकीय धातु-जलीय आयन [M(H₂O)₆]ⁿ⁺ बनता है।

धनावेशित धातु आयन पानी के O–H बंधों से इलेक्ट्रॉन खींचता है। इससे वे कमज़ोर होते हैं और H⁺ निकल सकता है (जल-अपघटन):

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + H₂O ⇌ [Fe(H₂O)₅(OH)]²⁺ + H₃O⁺

3+ आयन का आवेश घनत्व (अधिक आवेश, छोटा आकार) 2+ से अधिक है, इसलिए ज़्यादा H⁺ निकलता है। 3+ विलयनों का pH लगभग 2–3, 2+ विलयनों का लगभग 5–6 होता है।

हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप और उभयधर्मी व्यवहार

क्षार पानी के लिगैंडों से एक-एक कर H⁺ हटाता है। जब संकुल उदासीन हो जाता है, तो वह धातु हाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित होता है:

उभयधर्मी: एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड अम्ल और अधिक क्षार दोनों से अभिक्रिया करता है:

अमोनिया और कार्बोनेट से अभिक्रिया

अमोनिया दुर्बल क्षार भी है और लिगैंड भी। थोड़ा NH₃ क्षार की तरह वही हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप देता है। अधिक NH₃ पानी के लिगैंड की जगह ले सकता है (लिगैंड प्रतिस्थापन):

कार्बोनेट आयन:

सारांश तालिका और करके देखो

करके देखो: खुले खेल में हर आयन के साथ "अधिक NH₃" और फिर "Na₂CO₃" चुनो। पहले ज़ोर से अनुमान बोलो। फिर कॉपी में 4 × 4 तालिका याद से भरो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. [Fe(H₂O)₆]³⁺ का विलयन [Fe(H₂O)₆]²⁺ से अधिक अम्लीय क्यों है?

चरण 1: Fe³⁺ पर अधिक आवेश और छोटा आकार: अधिक आवेश घनत्व। चरण 2: यह पानी के O–H बंधों से अधिक इलेक्ट्रॉन खींचता है, बंध कमज़ोर होते हैं। चरण 3: H⁺ आसानी से निकलता है: [Fe(H₂O)₆]³⁺ + H₂O ⇌ [Fe(H₂O)₅(OH)]²⁺ + H₃O⁺। उत्तर: अधिक H₃O⁺, कम pH।

2. [Cu(H₂O)₆]²⁺ और थोड़े NaOH का समीकरण और प्रेक्षण लिखो।

चरण 1: दो OH⁻ दो H⁺ हटाकर उदासीन संकुल बनाते हैं। चरण 2: [Cu(H₂O)₆]²⁺ + 2OH⁻ → [Cu(H₂O)₄(OH)₂] + 2H₂O। उत्तर: नीले विलयन से हल्का नीला अवक्षेप।

3. एक रंगहीन विलयन NaOH से सफ़ेद अवक्षेप देता है जो अधिकता में घुल जाता है। आयन पहचानो और घुलने का समीकरण लिखो।

चरण 1: रंगहीन + सफ़ेद अवक्षेप = Al³⁺ की संभावना। चरण 2: अधिक OH⁻ में घुलना उभयधर्मी Al(OH)₃ दिखाता है। चरण 3: [Al(H₂O)₃(OH)₃] + OH⁻ → [Al(H₂O)₂(OH)₄]⁻ + H₂O। उत्तर: Al³⁺।

4. [Cu(H₂O)₆]²⁺ में अधिक अमोनिया डालने पर क्या दिखता है? समीकरण लिखो।

चरण 1: पहले हल्का नीला [Cu(H₂O)₄(OH)₂] अवक्षेप बनता है। चरण 2: अधिकता में NH₃ पानी की जगह लेता है: [Cu(H₂O)₄(OH)₂] + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 2H₂O + 2OH⁻। उत्तर: अवक्षेप घुलकर गहरा नीला विलयन।

5. Fe²⁺ और Fe³⁺ विलयनों में अलग-अलग सोडियम कार्बोनेट डाला गया। परिणाम अलग क्यों हैं?

चरण 1: Fe²⁺ कम अम्लीय है, इसलिए हरा FeCO₃ अवक्षेप बनता है, गैस नहीं। चरण 2: Fe³⁺ इतना अम्लीय है कि CO₃²⁻ को H⁺ देकर CO₂ बनाता है। चरण 3: 2[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 3CO₃²⁻ → 2[Fe(H₂O)₃(OH)₃] + 3CO₂ + 3H₂O। उत्तर: Fe²⁺: हरा FeCO₃; Fe³⁺: भूरा अवक्षेप और बुलबुले।

6. 0.020 mol [Al(H₂O)₆]³⁺ कार्बोनेट से पूरी अभिक्रिया करे तो कितने मोल CO₂ बनेगी?

चरण 1: 2[Al(H₂O)₆]³⁺ + 3CO₃²⁻ → 2[Al(H₂O)₃(OH)₃] + 3CO₂ + 3H₂O। चरण 2: Al : CO₂ = 2 : 3। चरण 3: 0.020 × 3/2 = 0.030 mol। उत्तर: 0.030 mol CO₂।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. [Fe(H₂O)₆]³⁺ की आकृति है:
2. किस आयन का जलीय विलयन सबसे अधिक अम्लीय है?
3. Fe³⁺(aq) और NaOH से अवक्षेप का रंग:
4. अधिक NaOH में कौन-सा हाइड्रॉक्साइड घुलता है?
5. Cu²⁺(aq) और अधिक अमोनिया देते हैं:

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

धातु-जलीय आयन क्या है?

पानी के अणुओं से उपसहसंयोजी बंध द्वारा जुड़ा धातु आयन, प्रायः छह अणु अष्टफलक में, जैसे [Fe(H₂O)₆]³⁺।

Fe³⁺ विलयन बैंगनी की जगह पीला-भूरा क्यों दिखता है?

शुद्ध [Fe(H₂O)₆]³⁺ हल्का बैंगनी है, पर जल-अपघटन से [Fe(H₂O)₅(OH)]²⁺ जैसे आयन बनते हैं जो विलयन को पीला-भूरा कर देते हैं।

कॉपर(II) आयन की पहचान कैसे करें?

अमोनिया विलयन डालो: हल्का नीला अवक्षेप बनता है, जो अधिकता में घुलकर गहरा नीला विलयन देता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 133.2 Inorganic chemistry

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