इलेक्ट्रोलाइट्स, आयनन और जल का स्वतः-आयनन
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अध्ययन नोट्स: इलेक्ट्रोलाइट्स, आयनन और जल का स्वतः-आयनन
विषय सूची
-
इलेक्ट्रोलाइट्स और आयनन
1.1 प्रबल vs दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट्स
1.2 आयनन प्रक्रिया
1.3 वियोजन की मात्रा
1.4 ओस्टवाल्ड का तनुता नियम -
अम्ल收拾धारणाएँ
2.1 ब्रॉन्स्टेड-लोरी अवधारणा
2.2 लुईस अवधारणा -
जल का स्वतः-आयनन
3.1 जल के लिए आयनिक-गुणनफल स्थिरांक -
प्रमुख अवधारणाओं का सारांश
-
निष्कर्ष
1. इलेक्ट्रोलाइट्स और आयनन
1.1 प्रबल vs दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट्स
-
प्रबल इलेक्ट्रोलाइट्स
- परिभाषा: विलयन में पूर्णतया आयनों में वियोजित हो जाते हैं।
- उदाहरण: HCl (हाइड्रोक्लोरिक अम्ल), NaOH (सोडियम हाइड्रॉक्साइड), NaCl (सोडियम क्लोराइड)।
- व्यवहार: उच्च आयन सांद्रता के कारण प्रबल विद्युत चालन करते हैं।
-
दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट्स
- परिभाषा: विलयन में आंशिक रूप से आयनों में वियोजित होते हैं।
- उदाहरण: CH₃COOH (ऐसीटिक अम्ल), NH₃ (अमोनिया)।
- व्यवहार: निम्न आयन सांद्रता के कारण विद्युत का दुर्बल चालन करते हैं।
1.2 आयनन प्रक्रिया
- परिभाषा: वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कोई इलेक्ट्रोलाइट जल में घुलकर अपने संघटक आयनों में विभक्त हो जाता है।
- उदाहरण:
$$ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- $$ - महत्वपूर्ण बिंदु: दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए आयनन प्रतिवर्ती होता है, जबकि प्रबल इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए यह अधिकांशतः अनुवर्ती होता है।
1.3 वियोजन की मात्रा (α)
- परिभाषा: किसी विलयन में वियोजित अणुओं की कुल संख्या का भिन्नांश।
- गणितीय निरूपण:
$$ \alpha = \frac{\text{वियोजित अणुओं की संख्या}}{\text{अणुओं की कुल संख्या}} $$ - महत्व: विलयन में आयनन की सीमा को इंगित करता है।
1.4 ओस्टवाल्ड का तनुता नियम
- कथन: किसी दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट का वियोजनांक (α) उसकी सांद्रता (C) के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
- सूत्र:
$$ \alpha \propto \frac{1}{\sqrt{C}} $$ - अनुप्रयोग: तनु विलयनों में वियोजन व्यवहार का पूर्वानुमान करने में उपयोगी।
2. अम्ल-क्षारक सिद्धांत
2.1 ब्रॉन्स्टेड-लोरी अवधारणा
- परिभाषा:
अम्ल प्रोटॉन दाता होते हैं, और क्षारक प्रोटॉन ग्राही होते हैं।
- उदाहरण:
$$ \text{HCl} + \text{NH}_3 \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^- $$- HCl प्रोटॉन दान करता है (अम्ल), NH₃ प्रोटॉन ग्रहण करता है (क्षारक)।
2.2 लुईस अवधारणा
- परिभाषा:
अम्ल इलेक्ट्रॉन युग्म ग्राही होते हैं, और क्षारक इलेक्ट्रॉन युग्म दाता होते हैं।
- उदाहरण:
$$ \text{BF}_3 + \text{NH}_3 \rightarrow \text{F}_3\text{B} \leftarrow \text{NH}_3 $$- BF₃ इलेक्ट्रॉन युग्म ग्रहण करता है (अम्ल), NH₃ इलेक्ट्रॉन युग्म दान करता है (क्षारक)।
3. जल का स्वतः-आयनन
3.1 जल के लिए आयनिक-गुणनफल स्थिरांक
- परिभाषा: जल के स्वतः-आयनन के लिए साम्य स्थिरांक।
- अभिक्रिया:
$$ 2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- $$ - सूत्र:
$$ K_w = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14} \text{ at } 25^\circ\text{C} $$ - महत्वपूर्ण बिंदु: pH और pOH संबंधों को समझने के लिए यह स्थिरांक अत्यंत महत्वपूर्ण है।
4. प्रमुख अवधारणाओं का सारांश
| अवधारणा | परिभाषा | उदाहरण |
|---|---|---|
| इलेक्ट्रोलाइट | ऐसे पदार्थ जो विलयन में आयनों में वियोजित हो जाते हैं। | NaCl, HCl |
| प्रबल इलेक्ट्रोलाइट | पूर्णतया आयनों में वियोजित होते हैं। | HCl, NaOH |
| दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट | आंशिक रूप से आयनों में वियोजित होते हैं। | CH₃COOH, NH₃ |
| वियोजन की मात्रा | वियोजित अणुओं का कुल अणुओं से भिन्नांश। | α = [वियोजित]/[कुल] |
| ओस्टवाल्ड का तनुता नियम | α ∝ 1/√C (α सांद्रता के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती है) | दुर्बल अम्ल तनु विलयनों में |
| अम्ल/क्षारक सिद्धांत | ब्रॉन्स्टेड-लोरी: प्रोटॉन अंतरण; लुईस: इलेक्ट्रॉन युग्म अंतरण | HCl + NH₃ → NH₄⁺ + Cl⁻ |
5. निष्कर्ष
- मुख्य बिंदु:
- इलेक्ट्रोलाइट्स को उनके वियोजन व्यवहार के आधार पर प्रबल या दुर्बल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
- जल का स्वतः-आयनन आयनिक-गुणनफल स्थिरांक (K_w) की स्थापना करता है।
- अम्ल-क्षारक सिद्धांत प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन युग्म अंतर्क्रियाओं को समझने के लिए विभिन्न ढाँचे प्रदान करते हैं।
- अंतिम टिप्पणी: रासायनिक साम्यावस्था और विलयन रसायन विज्ञान में उन्नत विषयों की नींव के लिए इन अवधारणाओं को समझना आवश्यक है।
अभ्यास प्रश्न
##### दिए गए ऋणायनों में, सबसे प्रबल ब्रॉन्स्टेड क्षार है
1. [x] $ClO^{-}$
2. [ ] $ClO_3^{-}$
3. [ ] $ClO_2^{-}$
4. [ ] $ClO_4^{-}$
##### $H _2 PO _4 ^{-}$को शामिल करने वाली तीन अभिक्रियाएँ नीचे दी गई हैं: $\text { I. } H_3 PO_4+H_2 O \rightarrow H_3 O^{+}+H_2 PO_4^{-}$ $\text {II. } H_2 PO_4^{-}+H_2 O \rightarrow HPO_4^{2-}+H_3 O^{+}$ $\text {III. } H_2 PO_4^{-}+OH^{-} \rightarrow H_3 PO_4+O^{2-}$ उपरोक्त में से किसमें $H_2 PO_4^{-}$ एक अम्ल के रूप में कार्य करता है?
1. [x] केवल II
2. [ ] दोनों I और II
3. [ ] केवल III
4. [ ] केवल I
##### 50°C पर उदासीन विलयन का $pK_w$ 13.36 है, इस तापमान पर विलयन का pH क्या होगा?
1. [ ] 7.63
2. [ ] 7.00
3. [x] 6.68
4. [ ] 7.96
##### 310 K पर जल का आयनिक गुणनफल $2.7 \times 10^{-14}$ है। इस तापमान पर उदासीन जल का pH क्या है?
1. [ ] 7.0
2. [ ] 5.98
3. [x] 6.78
4. [ ] 4.58
##### एक दुर्बल अम्ल का वियोजन स्थिरांक $1 \times 10^{-4}$ है। प्रबल क्षार के साथ इसकी अभिक्रिया का साम्य स्थिरांक है
1. [ ] $1 \times 10^{-4}$
2. [x] $1 \times 10^{10}$
3. [ ] $1 \times 10^{-10}$
4. [ ] $1 \times 10^{4}$
##### 0.1 N अमोनियम हाइड्रॉक्साइड के साथ 0.1 N HCl के उदासीनीकरण बिंदु का pH है
1. [ ] 8
2. [x] 6
3. [ ] 7
4. [ ] 9
##### NaOH एक प्रबल क्षार है। $5.0 \times 10^{-2}\hspace{1mm}M$ NaOH विलयन का pH क्या होगा? $(\log 2=0.3)$
1. [ ] 14.00
2. [ ] 13.70
3. [ ] 13.00
4. [x] 12.70
##### $330\hspace{1mm}K$ पर $10^{-4}\hspace{1mm}M\hspace{1mm}OH^{-}$ विलयन का pH क्या है, यदि $330\hspace{1mm}K$ पर $K_{w}$ का मान $10^{-13.6}$ है?
1. [ ] 4
2. [ ] 9.0
3. [ ] 10
4. [x] 9.6
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