पोटैशियम डाइक्रोमेट (K₂Cr₂O₇) बनाने की विधि
यह क्रोमाइट अयस्क FeCr₂O₄ से तीन चरणों में बनता है।
- सोडा के साथ हवा में संगलन: पीला सोडियम क्रोमेट बनता है।
4FeCr₂O₄ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ → 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂ - सल्फ्यूरिक अम्ल डालें: क्रोमेट नारंगी डाइक्रोमेट बनता है।
2Na₂CrO₄ + 2H⁺ → Na₂Cr₂O₇ + 2Na⁺ + H₂O - KCl डालें: पोटैशियम डाइक्रोमेट कम घुलनशील है, इसलिए क्रिस्टल बनकर निकलता है।
Na₂Cr₂O₇ + 2KCl → K₂Cr₂O₇ + 2NaCl
K₂Cr₂O₇ नारंगी-लाल क्रिस्टल है। क्रोमियम +6 अवस्था में है।
pH के साथ क्रोमेट और डाइक्रोमेट का बदलना
पानी में क्रोमेट और डाइक्रोमेट एक-दूसरे में बदलते हैं, pH के अनुसार।
- अम्ल डालें → नारंगी डाइक्रोमेट: 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ → Cr₂O₇²⁻ + H₂O
- क्षार डालें → पीला क्रोमेट: Cr₂O₇²⁻ + 2OH⁻ → 2CrO₄²⁻ + H₂O
दोनों में क्रोमियम +6 ही रहता है, केवल आकार बदलता है। इसलिए यह अपचयोपचय (रेडॉक्स) अभिक्रिया नहीं है।
क्रोमेट और डाइक्रोमेट आयन की संरचना
क्रोमेट CrO₄²⁻: चतुष्फलकीय। बीच में Cr, चारों कोनों पर O।
डाइक्रोमेट Cr₂O₇²⁻: दो चतुष्फलक एक कोने पर जुड़े। बाँटा गया ऑक्सीजन मुड़ा हुआ Cr–O–Cr पुल बनाता है (कोण लगभग 126°)। छह सिरे वाले Cr–O बंध बराबर लंबाई के, और दो पुल वाले बंध लंबे होते हैं।
कहानी के चरण 1 और 2 यह जुड़ना 3D में दिखाते हैं।
ऑक्सीकारक के रूप में डाइक्रोमेट
अम्ल में डाइक्रोमेट प्रबल ऑक्सीकारक है (दूसरों से इलेक्ट्रॉन लेता है):
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
नारंगी से हरा। हर Cr +6 → +3, दो Cr मिलकर 6 इलेक्ट्रॉन लेते हैं।
- आयोडाइड → आयोडीन: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6I⁻ → 2Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O
- Fe²⁺ → Fe³⁺: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6Fe²⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O
- H₂S → सल्फ़र: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3H₂S → 2Cr³⁺ + 3S + 7H₂O
- Sn²⁺ → Sn⁴⁺: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3Sn²⁺ → 2Cr³⁺ + 3Sn⁴⁺ + 7H₂O
उपयोग: आयतनमितीय विश्लेषण में प्राथमिक मानक (शुद्ध और नमी नहीं सोखता), चमड़ा उद्योग, क्रोम प्लेटिंग, कार्बनिक रसायन में ऐल्कोहॉल का ऑक्सीकरण।
पोटैशियम परमैंगनेट (KMnO₄) बनाने की विधि
यह पायरोलुसाइट MnO₂ से बनता है।
- KOH के साथ हवा में संगलन (या KNO₃ के साथ): हरा पोटैशियम मैंगनेट बनता है।
2MnO₂ + 4KOH + O₂ → 2K₂MnO₄ + 2H₂O - उदासीन/अम्लीय घोल में मैंगनेट का असमानुपातन (एक Mn ऊपर, दो नीचे):
3MnO₄²⁻ + 4H⁺ → 2MnO₄⁻ + MnO₂ + 2H₂O
औद्योगिक विधि: क्षारीय घोल में मैंगनेट का विद्युत-अपघटनी ऑक्सीकरण: MnO₄²⁻ → MnO₄⁻ + e⁻ (हरा → बैंगनी)।
प्रयोगशाला में Mn²⁺ को पेरॉक्सोडाइसल्फ़ेट से बैंगनी MnO₄⁻ में बदला जा सकता है।
KMnO₄ के गुण और संरचना
KMnO₄ गहरा बैंगनी (लगभग काला) क्रिस्टलीय ठोस है। पानी में घुलकर गहरा बैंगनी घोल देता है। Mn +7 (d⁰) है।
लगभग 513 K पर गर्म करने पर ऑक्सीजन देता है: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
मैंगनेट (MnO₄²⁻, हरा) और परमैंगनेट (MnO₄⁻, बैंगनी) दोनों चतुष्फलकीय हैं। मैंगनेट में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन (अनुचुंबकीय), परमैंगनेट में कोई नहीं (प्रतिचुंबकीय)।
इसका रंग d–d कूद से नहीं, बल्कि आवेश स्थानांतरण से है: प्रकाश पड़ने पर इलेक्ट्रॉन O से Mn पर कूदता है।
अलग-अलग माध्यम में ऑक्सीकारक परमैंगनेट
MnO₄⁻ कितने इलेक्ट्रॉन लेगा, यह माध्यम पर निर्भर है:
- अम्लीय: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O (5 e⁻, बैंगनी → रंगहीन)
- उदासीन या दुर्बल क्षारीय: MnO₄⁻ + 2H₂O + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻ (3 e⁻, भूरा ठोस)
- प्रबल क्षारीय: MnO₄⁻ + e⁻ → MnO₄²⁻ (1 e⁻, हरा)
अम्लीय माध्यम के उदाहरण
- Fe²⁺ → Fe³⁺: MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O
- ऑक्सेलेट → CO₂ (लगभग 333 K पर): 2MnO₄⁻ + 5C₂O₄²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O
- आयोडाइड → आयोडीन: 2MnO₄⁻ + 10I⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 5I₂ + 8H₂O
- H₂S → S, सल्फ़ाइट → सल्फ़ेट, नाइट्राइट → नाइट्रेट
उदासीन / दुर्बल क्षारीय उदाहरण
- आयोडाइड → आयोडेट: 2MnO₄⁻ + H₂O + I⁻ → 2MnO₂ + 2OH⁻ + IO₃⁻
- थायोसल्फ़ेट → सल्फ़ेट: 8MnO₄⁻ + 3S₂O₃²⁻ + H₂O → 8MnO₂ + 6SO₄²⁻ + 2OH⁻
- Mn²⁺ → MnO₂ (ज़िंक सल्फ़ेट या ZnO की उपस्थिति में)
KMnO₄ को HCl से अम्लीय क्यों नहीं करते? परमैंगनेट Cl⁻ को क्लोरीन गैस में बदल देगा और KMnO₄ बेकार खर्च होगा। इसलिए तनु H₂SO₄ लेते हैं।
स्वसूचक: अनुमापन में जब तक अपचायक बचा है, बैंगनी रंग गायब होता रहता है। एक बूँद ज़्यादा पर हल्का गुलाबी रंग टिक जाता है, यही अंत बिंदु है। अलग सूचक नहीं चाहिए।
उपयोग: आयतनमितीय विश्लेषण, रोगाणुनाशक, ऊन-सूती-रेशम का विरंजन, तेलों का रंग हटाना, कार्बनिक रसायन में ऑक्सीकारक।
करके देखें: आँखों से दिखने वाला रंग-बदलाव
1. एक गिलास पानी में KMnO₄ ("लाल दवा") का एक छोटा क्रिस्टल डालिए। बिना हिलाए बैंगनी रंग फैलते देखिए।
2. कुछ बूँद नींबू रस और थोड़ी चीनी या हाइड्रोजन पेरॉक्साइड (बड़ों के साथ) डालिए। बैंगनी रंग धीरे-धीरे फीका होता है: KMnO₄ का अपचयन हो रहा है।
3. 3D के आखिरी चरण में पहले अनुमान लगाइए: pH 3 पर पीला या नारंगी? प्रबल क्षार में MnO₄⁻ कितने इलेक्ट्रॉन लेगा? फिर स्लाइडर हिलाकर जाँचिए।
सावधानी: KMnO₄ त्वचा पर दाग छोड़ता है और निगलना हानिकारक है। डाइक्रोमेट घर पर कभी न छुएँ: क्रोमियम(VI) विषैला है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- 2CrO₄²⁻ (yellow) + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ (orange) + H₂O
- Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
- MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O (acidic)
- MnO₄⁻ + 2H₂O + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻ (neutral/weakly alkaline)
- MnO₄⁻ + e⁻ → MnO₄²⁻ (strongly alkaline)
- 2MnO₂ + 4KOH + O₂ → 2K₂MnO₄ + 2H₂O
- 3MnO₄²⁻ + 4H⁺ → 2MnO₄⁻ + MnO₂ + 2H₂O
हल किए गए उदाहरण
1. K₂Cr₂O₇ में Cr की ऑक्सीकरण अवस्था निकालिए।
K = +1, O = −2। Cr = x। 2(+1) + 2x + 7(−2) = 0 → 2x = 12 → x = +6।
2. KMnO₄ और K₂MnO₄ में Mn की ऑक्सीकरण अवस्था निकालिए।
KMnO₄: +1 + x − 8 = 0 → x = +7। K₂MnO₄: +2 + x − 8 = 0 → x = +6।
3. क्या CrO₄²⁻ → Cr₂O₇²⁻ रेडॉक्स अभिक्रिया है?
CrO₄²⁻ में Cr: x − 8 = −2 → +6। Cr₂O₇²⁻ में: 2x − 14 = −2 → +6। अवस्था नहीं बदली, इसलिए रेडॉक्स नहीं; यह अम्ल–क्षार (संघनन) बदलाव है।
4. अम्ल में 1 mol KMnO₄ कितने mol Fe²⁺ का ऑक्सीकरण करता है?
हर MnO₄⁻ 5 e⁻ लेता है (+7 → +2)। हर Fe²⁺ 1 e⁻ देता है। 5 × 1 = 1 × n → n = 5 mol Fe²⁺।
5. अम्ल में 1 mol K₂Cr₂O₇ कितने mol Fe²⁺ का ऑक्सीकरण करता है?
हर Cr 3 e⁻ लेता है, दो Cr → 6 e⁻। हर Fe²⁺ 1 e⁻ देता है। तो 6 mol Fe²⁺।
6. 0.02 M KMnO₄ का 20.0 mL अम्ल में FeSO₄ घोल से पूरी तरह क्रिया करता है। Fe²⁺ के कितने mol थे?
चरण 1: MnO₄⁻ के mol = 0.02 × 20.0/1000 = 4.0 × 10⁻⁴। चरण 2: अनुपात 1 : 5। चरण 3: Fe²⁺ = 5 × 4.0 × 10⁻⁴ = 2.0 × 10⁻³ mol।
7. अम्ल में संतुलित कीजिए: MnO₄⁻ + C₂O₄²⁻ → Mn²⁺ + CO₂
चरण 1: Mn +7 → +2, 5 e⁻ लेता है। हर C₂O₄²⁻ → 2CO₂, 2 e⁻ देता है। चरण 2: 5 और 2 का LCM 10 → 2MnO₄⁻ और 5C₂O₄²⁻। चरण 3: आवेश: बाएँ −12, दाएँ +4, तो बाएँ 16H⁺। चरण 4: O के लिए पानी: 2MnO₄⁻ + 5C₂O₄²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O।
आम गलतियाँ
- क्रोमेट ⇌ डाइक्रोमेट को रेडॉक्स कहना। दोनों में Cr +6 है; केवल pH से बदलता है।
- KMnO₄ को HCl से अम्लीय करना। यह Cl⁻ को Cl₂ बना देता है। तनु H₂SO₄ लीजिए।
- हर माध्यम में KMnO₄ के लिए 5 इलेक्ट्रॉन लिखना। अम्ल 5, उदासीन 3, प्रबल क्षार 1।
- KMnO₄ का रंग d–d कूद से बताना। Mn(+7) d⁰ है; रंग आवेश स्थानांतरण (O → Mn) से है।