अभिक्रिया के प्रकार, विलेयता के दिशानिर्देश और नेट आयनिक समीकरण

जलीय अभिक्रियाओं के पीछे तीन प्रेरक कारक

जब दो विलयन मिलाए जाते हैं, तो अभिक्रिया तभी होती है जब कुछ आयनों को विलयन से हटाए या इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करे। तीन प्रश्न पूछें। क्या एक विलयन का धनायन और दूसरे का ऋणायन कम विलेयता वाला यौगिक बनाते हैं? क्या कोई अम्ल किसी क्षार को प्रोटॉन देता है, जिससे जल या कोई अन्य दुर्बल विद्युत-अपघट्य बनता है? क्या किसी परमाणु की ऑक्सीकरण संख्या बदलती है, जिससे इलेक्ट्रॉन एक स्पीशीज़ से दूसरी में जाते हैं?

पहले प्रश्न का उत्तर हाँ होने का अर्थ अवक्षेपण अभिक्रिया है, दूसरे का अम्ल-क्षार अभिक्रिया, और तीसरे का रेडॉक्स अभिक्रिया। HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) जैसी गैस बनाने वाली अभिक्रियाएँ आमतौर पर अम्ल-क्षार में रखी जाती हैं क्योंकि पहला चरण प्रोटॉन स्थानांतरण है। दहन और एक धातु द्वारा दूसरी का विस्थापन रेडॉक्स अभिक्रियाएँ हैं।

ये परिवार परस्पर अपवर्जी नहीं हैं। जब जलीय बेरियम हाइड्रॉक्साइड सल्फ़्यूरिक अम्ल को उदासीन करता है, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), तो उसी अभिक्रिया में जल बनता है और एक अविलेय सल्फ़ेट अवक्षेपित होता है।

यह तय करना कि किन स्पीशीज़ को आयनों के रूप में लिखना है

नेट आयनिक समीकरण इस जानकारी पर निर्भर करता है कि कौन-से पदार्थ जल में अलग-अलग आयनों के रूप में मौजूद हैं। प्रबल विद्युत-अपघट्य लगभग पूरी तरह वियोजित होते हैं: विलेय आयनिक यौगिक, प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार। जब इन पर (aq) लिखा हो तो इन्हें आयनों के रूप में लिखें। बाकी सब अपना सूत्र बनाए रखते हैं: ठोस, द्रव, गैसें, दुर्बल अम्ल, दुर्बल क्षार, और ग्लूकोज़ जैसे आणविक विलेय।

सामान्य प्रबल अम्ल हैं HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ और H₂SO₄ (उसके पहले प्रोटॉन के लिए)। सामान्य रसायन-विज्ञान में मिलने वाले लगभग हर अन्य अम्ल को, जिसमें HF, ऐसीटिक अम्ल (CH₃COOH) और कार्बोनिक अम्ल भी शामिल हैं, दुर्बल मानें, और उसे अणु के रूप में रखें। प्रबल क्षार समूह 1 के हाइड्रॉक्साइड और समूह 2 के भारी हाइड्रॉक्साइड हैं। अमोनिया दुर्बल क्षार है और NH₃(aq) के रूप में रहता है।

यौगिक के वियोजित होने पर बहुपरमाणुक आयन अक्षुण्ण रहते हैं। जलीय पोटैशियम क्रोमेट 2K⁺(aq) और CrO₄²⁻(aq) देता है, अलग-अलग पोटैशियम, क्रोमियम और ऑक्सीजन आयन नहीं।

विलेयता के दिशानिर्देश लागू करना

विलेयता के दिशानिर्देश कमरे के तापमान के आसपास जल में आयनिक यौगिकों के प्रेक्षित पैटर्नों का सार हैं। विलेय का अर्थ है कि उपयोगी मात्रा घुलती है; अविलेय का अर्थ है कि विलेयता इतनी कम है कि सामान्य प्रयोगशाला सांद्रताओं पर आयनों के मिलने से ठोस बनता है। किसी भी आयनिक यौगिक की विलेयता ठीक शून्य नहीं होती। नीचे की सूची OpenStax Chemistry 2e के खंड 4.2 की तालिका 4.1 पर आधारित है।

अवक्षेप का अनुमान लगाने के लिए, मिलाने के बाद मौजूद हर आयन की सूची बनाएँ, फिर हर धनायन को उन सभी ऋणायनों के साथ जोड़ें जिनके साथ वह शुरू में नहीं था। यदि कोई नया जोड़ा अविलेय श्रेणी में आता है, तो वह यौगिक अवक्षेपित होता है। यदि हर संभावित जोड़ा विलेय है, जैसे पोटैशियम नाइट्रेट और सोडियम क्लोराइड के विलयन मिलाने पर, तो आयन बस साथ-साथ रहते हैं और कोई नेट अभिक्रिया नहीं होती।

• समूह 1 के धनायनों (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) और NH₄⁺ के यौगिक विलेय हैं।
• नाइट्रेट, ऐसीटेट, हाइड्रोजन कार्बोनेट और क्लोरेट विलेय हैं।
• क्लोराइड, ब्रोमाइड और आयोडाइड विलेय हैं, सिवाय Ag⁺, Hg₂²⁺ और Pb²⁺ के।
• फ़्लुओराइड विलेय हैं, सिवाय Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ और Fe³⁺ के।
• सल्फ़ेट विलेय हैं, सिवाय Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ और Sr²⁺ के।
• कार्बोनेट, क्रोमेट, फ़ॉस्फ़ेट और सल्फ़ाइड अविलेय हैं, सिवाय समूह 1 के धनायनों और NH₄⁺ के साथ।
• हाइड्रॉक्साइड अविलेय हैं, सिवाय समूह 1 के धनायनों और Ba²⁺ के साथ; Ca(OH)₂ और Sr(OH)₂ अल्प विलेय हैं।

नेट आयनिक समीकरण चरण-दर-चरण बनाना

हर चरण का एक कारण है। पहले आणविक समीकरण को संतुलित करने से परमाणुओं की गिनती की गारंटी मिलती है। प्रबल विद्युत-अपघट्यों को अलग करने से दिखता है कि बीकर में वास्तव में क्या मौजूद है। दर्शक आयनों को निरस्त करने से वे स्पीशीज़ हट जाती हैं जो दोनों ओर अपरिवर्तित दिखती हैं और परिवर्तन में भाग नहीं लेतीं।

आवेश की जाँच उन त्रुटियों को पकड़ती है जिन्हें परमाणुओं की गिनती चूक जाती है। नेट आयनिक समीकरण में कुल आवेश शून्येतर हो सकता है, पर वह दोनों ओर समान होना चाहिए, क्योंकि आवेश भी परमाणुओं की तरह संरक्षित रहता है।

• हर सूत्र पर अवस्था का प्रतीक लगाकर संतुलित आणविक समीकरण लिखें।
• हर (aq) प्रबल विद्युत-अपघट्य को अलग-अलग आयनों के रूप में फिर से लिखें, अधोलेख और गुणांक दोनों से गुणा करके।
• उन आयनों को काट दें जो दोनों ओर अपरिवर्तित दिखते हैं। ये दर्शक आयन हैं।
• बचे हुए गुणांकों को सबसे छोटी पूर्ण संख्याओं तक घटाएँ।
• जाँचें कि हर तत्व और कुल आवेश संतुलित हैं।

हल किया गया उदाहरण: सिल्वर क्रोमेट का अवक्षेपण

आप 0.0850 mol/L पोटैशियम क्रोमेट के 18.0 mL को अधिक जलीय सिल्वर नाइट्रेट के साथ मिलाते हैं। नए जोड़े हैं Ag⁺ के साथ CrO₄²⁻ और K⁺ के साथ NO₃⁻। सिल्वर समूह 1 का धनायन नहीं है, इसलिए लाल-भूरा सिल्वर क्रोमेट अवक्षेपित होता है; पोटैशियम नाइट्रेट घुला रहता है। आणविक समीकरण: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq)। पूर्ण आयनिक समीकरण: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)। K⁺ और NO₃⁻ को निरस्त करने पर नेट आयनिक समीकरण 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) मिलता है। आवेश की जाँच: बाईं ओर 2(+1) + (−2) = 0, और दाईं ओर 0।

अवक्षेप का द्रव्यमान ज्ञात करने के लिए, दो दशमलव स्थानों तक पूर्णांकित IUPAC मानक परमाणु भार का उपयोग करें: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00। Ag₂CrO₄ का मोलर द्रव्यमान 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol है। क्रोमेट के मोल = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, और नेट आयनिक समीकरण प्रति 1 mol CrO₄²⁻ पर 1 mol Ag₂CrO₄ देता है। द्रव्यमान = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g। दोनों मापी गई राशियों में तीन सार्थक अंक हैं, इसलिए उत्तर में भी तीन हैं।

हल किए गए उदाहरण: एक दुर्बल अम्ल और विलयन में एक धातु

जलीय ऐसीटिक अम्ल जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड से अभिक्रिया करता है: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)। ऐसीटिक अम्ल दुर्बल है, इसलिए वह आणविक बना रहता है, जबकि NaOH और सोडियम ऐसीटेट प्रबल विद्युत-अपघट्य हैं। Na⁺ के निरस्त होने के बाद नेट आयनिक समीकरण CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l) है। इसकी तुलना नाइट्रिक अम्ल और पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड से करें, जहाँ दोनों अभिकारक प्रबल हैं और नेट आयनिक समीकरण सिकुड़कर H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) रह जाता है।

सिल्वर नाइट्रेट विलयन में रखी निकल की पट्टी पर सिल्वर के क्रिस्टलों की परत चढ़ जाती है। निकल 0 से +2 और सिल्वर +1 से 0 पर जाता है, इसलिए यह रेडॉक्स है; नाइट्रेट दर्शक है। नेट आयनिक समीकरण Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s) है। गुणांक 2 आवेश के कारण आवश्यक है, परमाणुओं के कारण नहीं: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) हर तत्व को संतुलित करता है पर उसका कुल आवेश बाईं ओर +1 और दाईं ओर +2 है।

आयनिक समीकरणों की आम गलतियाँ और उन्हें कैसे पकड़ें

अधिकतर त्रुटियाँ गलत स्पीशीज़ लिखने से आती हैं, अंकगणित से नहीं। कुछ भी निरस्त करने से पहले पूछें कि क्या हर सूत्र वास्तव में जल में अलग-अलग आयनों के रूप में मौजूद है।

अंतिम जाँच के रूप में नेट आयनिक समीकरण को एक भौतिक घटना की तरह पढ़ें। दो सिल्वर आयनों और एक क्रोमेट आयन का मिलकर ठोस बनाना ऐसी चीज़ है जिसे आप देख सकते हैं; जो समीकरण केवल घुले हुए आयनों को साझेदारों के बीच अदला-बदली करता है, वह कुछ भी वर्णन नहीं करता।

• दुर्बल अम्ल को विभाजित करना: HF(aq) आणविक रहता है। किसी भी अम्ल की तुलना छह प्रबल अम्लों से करें।
• अवक्षेप को विभाजित करना: (s) लिखा सूत्र पूरा रहता है, भले ही ठोस आयनिक हो।
• बहुपरमाणुक आयन को तोड़ना: NO₃⁻, SO₄²⁻ और CrO₄²⁻ को अक्षुण्ण रखें।
• अधोलेख गलत जगह रखना: K₂CrO₄ से 2K⁺ मिलता है; K₂⁺ जैसा कोई आयन नहीं है।
• मर्करी(I) को Hg⁺ मानना: यह द्विपरमाणुक Hg₂²⁺ धनायन के रूप में मौजूद होता है।
• गुणांकों को घटाए बिना छोड़ना, जैसे 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄।
• तब भी नेट आयनिक समीकरण लिखना जब हर जोड़ा विलेय हो और न जल, न दुर्बल विद्युत-अपघट्य, न गैस बने, और कुछ भी ऑक्सीकृत या अपचयित न हो। सही उत्तर है कोई अभिक्रिया नहीं।