आवर्त 3 के तत्वों की ऑक्सीजन और पानी से अभिक्रिया
ये छहों तत्व ऑक्सीजन में गरम करने पर जलते हैं:
- 4Na + O₂ → 2Na₂O (पीली लौ)
- 2Mg + O₂ → 2MgO (तेज़ सफ़ेद लौ)
- 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ (सफ़ेद चमक; पतली ऑक्साइड परत एल्युमिनियम को बचाती है)
- Si + O₂ → SiO₂ (तेज़ गरम करना पड़ता है)
- P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀ (सफ़ेद लौ, सफ़ेद धुआँ)
- S + O₂ → SO₂ (नीली लौ)। SO₃ केवल उत्प्रेरक से बनता है: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃।
पानी के साथ: सोडियम ठंडे पानी से तेज़ी से अभिक्रिया करता है: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ (pH लगभग 13–14)। मैग्नीशियम ठंडे पानी से बहुत धीरे अभिक्रिया करके हल्का क्षारीय Mg(OH)₂ देता है (pH लगभग 10)। गरम मैग्नीशियम भाप से जल्दी अभिक्रिया करता है: Mg + H₂O → MgO + H₂।
ऑक्साइड की संरचना और गलनांक
ऑक्सीजन बहुत विद्युतऋणी है। बाईं ओर विद्युतऋणता का अंतर बड़ा है, इसलिए ऑक्साइड आयनिक जालक हैं। दाईं ओर अंतर घटता है और बंध सहसंयोजी हो जाते हैं।
- Na₂O, MgO, Al₂O₃: विशाल आयनिक जालक, ऊँचे गलनांक। MgO का गलनांक Na₂O से ज़्यादा है क्योंकि Mg²⁺ पर आवेश ज़्यादा है और आकार छोटा। Al³⁺ बहुत छोटा है, वह O²⁻ को विकृत (ध्रुवित) करता है, इसलिए Al₂O₃ में कुछ सहसंयोजी गुण है।
- SiO₂: विशाल सहसंयोजी। हर Si चार O से जुड़ा है; पिघलाने के लिए बहुत से मज़बूत बंध तोड़ने पड़ते हैं।
- P₄O₁₀, SO₂, SO₃: सरल अणु। अणुओं के बीच केवल कमज़ोर वान्डर वाल्स बल हैं, इसलिए गलनांक कम है।
आवर्त 3 के ऑक्साइड का अम्ल-क्षार स्वभाव
आयनिक ऑक्साइड क्षारीय हैं: O²⁻ आयन पानी से H⁺ लेकर OH⁻ बनाता है।
- Na₂O + H₂O → 2NaOH (pH लगभग 14)
- MgO + H₂O → Mg(OH)₂ (थोड़ा घुलनशील, pH लगभग 9)
- ये अम्ल को उदासीन करते हैं: MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O
सहसंयोजी ऑक्साइड अम्लीय हैं:
- P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄ (pH लगभग 0)
- SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (pH लगभग 2–3); SO₃ + H₂O → H₂SO₄
- SiO₂ पानी में नहीं घुलता, फिर भी अम्लीय है: SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O (गरम सांद्र NaOH)
- क्षार को उदासीन करना: P₄O₁₀ + 12NaOH → 4Na₃PO₄ + 6H₂O
उभयधर्मी एल्युमिनियम ऑक्साइड
Al₂O₃ पानी में नहीं घुलता, पर अम्ल और क्षार दोनों से अभिक्रिया करता है। इसे उभयधर्मी (amphoteric) कहते हैं।
- क्षार की तरह: Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
- अम्ल की तरह: Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2NaAl(OH)₄
करके देखो: 3D में पाँचवाँ चरण देखो, फिर खुले खेल में हर ऑक्साइड चुनकर पहले बोलो "अम्ल, क्षार या दोनों?", फिर उत्तर पढ़ो।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- आवर्त 3 में प्रवृत्ति: आयनिक → विशाल सहसंयोजी → सरल आणविक
- Na₂O + H₂O → 2NaOH | MgO + H₂O → Mg(OH)₂
- P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄ | SO₃ + H₂O → H₂SO₄ | SO₂ + H₂O → H₂SO₃
- Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O | Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2NaAl(OH)₄
- SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O
हल किए गए उदाहरण
1. MgO का गलनांक Na₂O से अधिक क्यों है?
चरण 1: दोनों विशाल आयनिक जालक हैं। चरण 2: Mg²⁺ पर 2+ आवेश है, Na⁺ पर केवल 1+, और Mg²⁺ छोटा है। चरण 3: इसलिए Mg²⁺ और O²⁻ का आकर्षण ज़्यादा है, आयन अलग करने में ज़्यादा ऊर्जा लगती है। उत्तर: MgO ऊँचे ताप पर पिघलता है (लगभग 2850 °C बनाम 1130 °C)।
2. SiO₂ का गलनांक बहुत ऊँचा है पर SO₂ कमरे के ताप पर गैस है। क्यों?
चरण 1: SiO₂ विशाल सहसंयोजी जाल है। चरण 2: पिघलाने के लिए बहुत से सहसंयोजी बंध टूटने चाहिए। चरण 3: SO₂ छोटे अलग अणु हैं; केवल अणुओं के बीच के कमज़ोर बल टूटते हैं। उत्तर: SiO₂ में मज़बूत बंध, SO₂ में कमज़ोर अंतराअणुक बल।
3. समीकरण लिखकर दिखाओ कि एल्युमिनियम ऑक्साइड उभयधर्मी है।
चरण 1: उभयधर्मी = अम्ल और क्षार दोनों से अभिक्रिया। चरण 2: अम्ल से: Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O। चरण 3: क्षार से: Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2NaAl(OH)₄। उत्तर: दोनों अभिक्रियाएँ होती हैं।
4. सोडियम ऑक्साइड और फ़ॉस्फ़ोरस(V) ऑक्साइड को अलग-अलग पानी में डालने पर pH क्या होगा?
चरण 1: Na₂O + H₂O → 2NaOH, तेज़ क्षार, pH ≈ 14। चरण 2: P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄, pH ≈ 0–1। उत्तर: Na₂O pH ≈ 14; P₄O₁₀ pH ≈ 0।
5. SiO₂ की सोडियम हाइड्रॉक्साइड से अभिक्रिया लिखो। इससे क्या पता चलता है?
चरण 1: SiO₂ पानी में नहीं घुलता, इसलिए pH 7 दिखता है। चरण 2: गरम सांद्र NaOH से: SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O। उत्तर: यह क्षार से लवण और पानी बनाता है, इसलिए अम्लीय ऑक्साइड है।
6. 0.010 mol P₄O₁₀ को पूरा उदासीन करने के लिए कितने मोल NaOH चाहिए?
चरण 1: P₄O₁₀ + 12NaOH → 4Na₃PO₄ + 6H₂O। चरण 2: अनुपात 1 : 12। चरण 3: 0.010 × 12 = 0.12 mol। उत्तर: 0.12 mol NaOH।
आम गलतियाँ
- यह कहना कि Al₂O₃ और SiO₂ pH 7 देते हैं इसलिए उदासीन हैं। वे अघुलनशील हैं; Al₂O₃ उभयधर्मी और SiO₂ अम्लीय है।
- यह कहना कि SiO₂ का गलनांक मज़बूत अंतराअणुक बलों से ऊँचा है। इसमें अलग अणु हैं ही नहीं: सहसंयोजी बंध टूटते हैं।
- सल्फ़र जलाने का उत्पाद SO₃ लिखना। जलने से SO₂ बनता है; SO₃ के लिए उत्प्रेरक चाहिए।
- भूल जाना कि MgO थोड़ा ही घुलता है, इसलिए उसका विलयन हल्का क्षारीय (pH लगभग 9) है, pH 14 नहीं।