आयनिक साम्य
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आयनिक साम्य अध्ययन नोट्स
विषय सूची
- अम्ल और क्षार
- लवण जलअपघटन
- विलेयता गुणनफल (Ksp)
- बफर विलयन
- बफर क्षमता
अम्ल और क्षार
मुख्य अवधारणाएँ
- अम्ल जल में हाइड्रोजन आयन ($H^+$) उत्पन्न करते हुए अपघटित होते हैं।
- क्षार हाइड्रॉक्साइड आयन ($OH^-$) उत्पन्न करते हुए अपघटित होते हैं।
- प्रबल अम्ल/क्षार विलयन में पूर्णत: अपघटित होते हैं।
- दुर्बल अम्ल/क्षार केवल आंशिक रूप से अपघटित होते हैं।
उदाहरण
- प्रबल अम्ल: $ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- $
- दुर्बल अम्ल: $ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- $
- प्रबल क्षार: $ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- $
- दुर्बल क्षार: $ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- $
pH पैमाना
- विलयन की अम्लीयता/क्षारीयता मापता है।
- परास: 0 (प्रबल अम्लीय) से 14 (प्रबल क्षारीय)।
- उदासीन विलयनों का $ \text{pH} = 7 $ होता है।
लवण जलअपघटन
मुख्य अवधारणाएँ
- लवण अम्लीय या क्षारीय विलयन बनाने के लिए जलअपघटित हो सकते हैं।
- आयनों की प्रकृति विलयन के pH को निर्धारित करती है:
- प्रबल अम्ल + प्रबल क्षार → उदासीन विलयन (जैसे, NaCl)।
- प्रबल अम्ल + दुर्बल क्षार → अम्लीय विलयन (जैसे, NH4Cl)।
- दुर्बल अम्ल + प्रबल क्षार → क्षारीय विलयन (जैसे, NaCH3COO)।
- दुर्बल अम्ल + दुर्बल क्षार → सापेक्ष प्रबलता पर निर्भर करता है।
उदाहरण
- उदासीन जलअपघटन: $ \text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- $ (कोई जलअपघटन नहीं)।
- अम्लीय जलअपघटन: $ \text{NH}_4\text{Cl} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^- $; $ \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ $।
- क्षारीय जलअपघटन: $ \text{NaCH}_3\text{COO} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- $; $ \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- $।
विलेयता गुणनफल (Ksp)
मुख्य अवधारणाएँ
- अल्पविलेय लवणों की विलेयता को परिमाणात्मक रूप से व्यक्त करता है।
- व्यंजक: $ K_{sp} = [\text{ion}_1]^a[\text{ion}_2]^b $।
- सामान्य आयन प्रभाव: सामान्य आयन मिलाने पर विलेयता घटती है।
उदाहरण
- $ \text{AgCl} $ के लिए: $ K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] $।
- संतृप्त $ \text{AgCl} $ विलयन में $ \text{NaCl} $ मिलाने पर साम्य विस्थापित होता है, $ [\text{Ag}^+] $ घटता है।
बफर विलयन
मुख्य अवधारणाएँ
- बफर विलयन अम्ल/क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने पर pH परिवर्तन का विरोध करते हैं।
- इनमें एक दुर्बल अम्ल और इसका संयुग्मी क्षार या एक दुर्बल क्षार और इसका संयुग्मी अम्ल होता है।
हेंडरसन-हैसलबैल्च समीकरण
$$ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} \right) $$
- उदाहरण: एसिटिक अम्ल ($ \text{CH}_3\text{COOH} $) और एसीटेट ($ \text{CH}_3\text{COO}^- $) के लिए: $$ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \right) $$
उदाहरण
- एसिटिक अम्ल बफर: $ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{CH}_3\text{COONa} $।
- अमोनिया बफर: $ \text{NH}_3 + \text{NH}_4\text{Cl} $।
बफर क्षमता
मुख्य अवधारणाएँ
- बफर क्षमता pH परिवर्तन का विरोध करने की बफर की क्षमता को मापती है।
- गणना: $ \beta = \frac{n}{\Delta \text{pH}} $, जहाँ $ n $ मिलाए गए अम्ल/क्षार के मोल हैं।
सूत्र
$$ \beta = 2.303 \frac{K_a [\text{HA}]}{[\text{HA}] + [\text{A}^-]} $$
महत्व
- उच्च बफर क्षमता का अर्थ है pH परिवर्तन के प्रति अधिक प्रतिरोध।
- इष्टतम बफर क्षमता तब होती है जब $ [\text{HA}] = [\text{A}^-] $, जो $ \beta $ को अधिकतम करती है।
सारणी सारांश
| अवधारणा | परिभाषा | उदाहरण |
|---|---|---|
| प्रबल अम्ल | जल में पूर्णतः अपघटित होता है | HCl → H⁺ + Cl⁻ |
| दुर्बल अम्ल | जल में आंशिक रूप से अपघटित होता है | CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻ |
| लवण जलअपघटन | लवण जल के साथ अभिक्रिया कर अम्लीय/क्षारीय विलयन उत्पन्न करते हैं | NH₄Cl → अम्लीय विलयन |
| विलेयता गुणनफल | अल्पविलेय लवणों की विलेयता को परिमाणित करता है | Ksp = [Ag⁺][Cl⁻] |
| बफर विलयन | दुर्बल अम्ल/संयुग्मी क्षार या दुर्बल क्षार/संयुग्मी अम्ल का उपयोग कर pH परिवर्तन का विरोध करता है | CH₃COOH + CH₃COONa |
| बफर क्षमता | pH परिवर्तन का विरोध करने की क्षमता को मापता है | β = 2.303 (K_a [HA]/([HA] + [A⁻])) |
अंतिम टिपण्णी
- मुख्य शब्दावली: अम्ल, क्षार, जलअपघटन, Ksp, बफर, बफर क्षमता।
- महत्वपूर्ण सूत्र:
- $ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} \right) $
- $ \beta = 2.303 \frac{K_a [\text{HA}]}{[\text{HA}] + [\text{A}^-]} $
- प्रायोगिक अनुप्रयोग: जैविक प्रणालियों, औद्योगिक प्रक्रियाओं और पर्यावरण विज्ञान में pH विनियमन।
अभ्यास प्रश्न
##### $1\hspace{1mm}ली$ $HCl$ के जलीय घोल, जिसका $pH$ $1$ है, में कितने लीटर पानी मिलाना होगा ताकि $pH$ $2$ वाला जलीय घोल प्राप्त हो? JEE मुख्य (ऑनलाइन) 2013
1. [ ] $0.1\hspace{1mm}ली$
2. [ ] $0.9\hspace{1mm}ली$
3. [ ] $2.0\hspace{1mm}ली$
4. [x] $9.0\hspace{1mm}ली$
##### $HQ$ अम्ल के $0.1$ मोलर घोल का $pH$ $3$ है। अम्ल का आयनीकरण स्थिरांक, $K_{a}$ का मान है
1. [ ] $3 \times 10^{-1}$
2. [ ] $1 \times 10^{-3}$
3. [x] $1 \times 10^{-5}$
4. [ ] $1 \times 10^{-7}$
##### एक अम्ल $H A$ निम्न प्रकार आयनित होता है: $H A \rightleftharpoons H^{+}+A^{-}$। $1.0\hspace{1mm}M$ घोल का $pH$ $5$ है। इसका वियोजन स्थिरांक होगा
1. [x] $1 \times 10^{-10}$
2. [ ] 5.0
3. [ ] $5 \times 10^{-8}$
4. [ ] $1 \times 10^{-5}$
##### $0.05\hspace{1mm}M$ एसिटिक अम्ल की आयनीकरण की मात्रा क्या होगी यदि इसका $p K_{a}$ मान $4.74$ है?
1. [ ] $0.019 \\\%$
2. [x] $1.9 \\\%$
3. [ ] $3.0 \\\%$
4. [ ] $4.74 \\\%$
##### $HX$ एक कमजोर अम्ल है $(K_{a}=10^{-5})$। यह कास्टिक सोडा के साथ अभिक्रिया करके लवण $NaX(0.1 M)$ बनाता है। $NaX$ के जल-अपघटन की मात्रा है
1. [x] $0.01 \\\%$
2. [ ] $0.0001 \\\%$
3. [ ] $0.1 \\\%$
4. [ ] $0.5 \\\%$
##### एक कमजोर अम्ल $(H A)$ का $pK_{a}$ और एक कमजोर क्षार $(B O H)$ का $p K_{b}$ क्रमशः $3.2$ और $3.4$ हैं। उनके लवण $(A B)$ के घोल का $pH$ है
1. [ ] 7.2
2. [x] 6.9
3. [ ] 7.0
4. [ ] 1.0
##### $pH=13$ वाले $1\hspace{1mm}mL$ घोल में $(OH)^{-}$ आयनों की संख्या है
1. [ ] $1 \times 10^{-13}$
2. [ ] $6.00 \times 10^{7}$
3. [ ] $6.00 \times 10^{13}$
4. [x] $6.02 \times 10^{19}$
##### $0.005\hspace{1mm}M$ कैल्शियम एसीटेट का $pH$ ($CH_3 COOH$ का $pK_{a}=4.7$) है
1. [ ] 7.04
2. [ ] 9.37
3. [ ] 9.26
4. [x] 8.37
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