अभिक्रियांचे प्रकार, विद्राव्यता मार्गदर्शक तत्त्वे आणि नेट आयनिक समीकरणे

जलीय अभिक्रियांमागील तीन प्रेरक शक्ती

दोन द्रावणे मिसळल्यावर अभिक्रिया फक्त तेव्हाच घडते जेव्हा काहीतरी द्रावणातून आयन काढून टाकते किंवा इलेक्ट्रॉन हलवते. तीन प्रश्न विचारा. एका द्रावणातील धनायन आणि दुसऱ्यातील ऋणायन कमी विद्राव्यतेचे संयुग बनवतात का? आम्ल एखाद्या आम्लारीला प्रोटॉन देऊन पाणी किंवा दुसरा दुर्बल विद्युतविच्छेद्य बनवते का? कोणत्याही अणूचा ऑक्सिडीकरण अंक बदलतो का, म्हणजे इलेक्ट्रॉन एका स्पीशीजकडून दुसरीकडे जातात का?

पहिल्या प्रश्नाचे उत्तर होय असेल तर अवक्षेपण अभिक्रिया, दुसऱ्याचे होय असेल तर आम्ल–आम्लारी अभिक्रिया आणि तिसऱ्याचे होय असेल तर रेडॉक्स अभिक्रिया. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) सारख्या वायू बनवणाऱ्या अभिक्रिया सहसा आम्ल–आम्लारीमध्ये गणल्या जातात कारण पहिला टप्पा प्रोटॉन हस्तांतरण असतो. ज्वलन आणि एका धातूने दुसऱ्याचे विस्थापन या रेडॉक्स अभिक्रिया आहेत.

कुळे परस्परांपासून वेगळी नसतात. जलीय बेरियम हायड्रॉक्साइड सल्फ्यूरिक आम्लाचे उदासीनीकरण करते, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), तेव्हा एकाच अभिक्रियेत पाणी बनते आणि अविद्राव्य सल्फेट अवक्षेपित होतो.

कोणत्या स्पीशीज आयन म्हणून लिहाव्यात ते ठरवणे

नेट आयनिक समीकरण पाण्यात कोणते पदार्थ वेगळ्या आयनांच्या रूपात अस्तित्वात असतात हे जाणून घेण्यावर अवलंबून असते. प्रबल विद्युतविच्छेद्यांचे जवळजवळ पूर्णपणे विघटन होते: विद्राव्य आयनिक संयुगे, प्रबल आम्ले आणि प्रबल आम्लारी. ही (aq) असे लेबल असताना आयन म्हणून लिहा. बाकी सर्व काही त्याचे सूत्र राखते: घन पदार्थ, द्रव, वायू, दुर्बल आम्ले, दुर्बल आम्लारी आणि ग्लुकोजसारखे आण्विक विद्राव्य.

सामान्य प्रबल आम्ले HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ आणि H₂SO₄ (त्याच्या पहिल्या प्रोटॉनसाठी) आहेत. सामान्य रसायनशास्त्रात भेटणारे जवळजवळ इतर प्रत्येक आम्ल, HF, ॲसिटिक आम्ल (CH₃COOH) आणि कार्बोनिक आम्लासह, दुर्बल माना आणि रेणू म्हणून ठेवा. प्रबल आम्लारी म्हणजे गट 1 चे हायड्रॉक्साइड आणि गट 2 चे जड हायड्रॉक्साइड. अमोनिया दुर्बल आम्लारी आहे आणि NH₃(aq) म्हणून राहतो.

संयुगाचे विघटन होते तेव्हा बहुअणुक आयन अखंड राहतात. जलीय पोटॅशियम क्रोमेट 2K⁺(aq) आणि CrO₄²⁻(aq) देते, वेगळे पोटॅशियम, क्रोमियम आणि ऑक्सिजन आयन नव्हे.

विद्राव्यता मार्गदर्शक तत्त्वे लावणे

विद्राव्यता मार्गदर्शक तत्त्वे खोलीच्या तापमानाजवळ पाण्यातील आयनिक संयुगांसाठी निरीक्षण केलेल्या नमुन्यांचा सारांश देतात. विद्राव्य म्हणजे उपयुक्त प्रमाण विरघळते; अविद्राव्य म्हणजे विद्राव्यता इतकी कमी की सामान्य प्रयोगशाळा संहतींवर आयन भेटतात तेव्हा घन पदार्थ बनतो. कोणत्याही आयनिक संयुगाची विद्राव्यता नेमकी शून्य नसते. खालील यादी OpenStax Chemistry 2e मधील विभाग 4.2 च्या तक्ता 4.1 वर आधारित आहे.

अवक्षेपाचा अंदाज बांधण्यासाठी, मिसळल्यानंतर उपस्थित असलेल्या प्रत्येक आयनाची यादी करा, मग प्रत्येक धनायनाला त्याच्या सुरुवातीच्या जोडीदारापेक्षा वेगळ्या प्रत्येक ऋणायनाशी जोडा. कोणतीही नवी जोडी अविद्राव्य वर्गात मोडत असेल तर ते संयुग अवक्षेपित होते. प्रत्येक शक्य जोडी विद्राव्य असेल, जसे पोटॅशियम नायट्रेट आणि सोडियम क्लोराइडची द्रावणे मिसळल्यावर, तर आयन फक्त सहअस्तित्वात राहतात आणि निव्वळ अभिक्रिया होत नाही.

• गट 1 धनायनांची (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) आणि NH₄⁺ ची संयुगे विद्राव्य असतात.
• नायट्रेट, ॲसिटेट, हायड्रोजन कार्बोनेट आणि क्लोरेट विद्राव्य असतात.
• क्लोराइड, ब्रोमाइड आणि आयोडाइड विद्राव्य असतात, Ag⁺, Hg₂²⁺ आणि Pb²⁺ ची वगळता.
• फ्लोराइड विद्राव्य असतात, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ आणि Fe³⁺ ची वगळता.
• सल्फेट विद्राव्य असतात, Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ आणि Sr²⁺ ची वगळता.
• कार्बोनेट, क्रोमेट, फॉस्फेट आणि सल्फाइड अविद्राव्य असतात, गट 1 धनायन आणि NH₄⁺ सोबत वगळता.
• हायड्रॉक्साइड अविद्राव्य असतात, गट 1 धनायन आणि Ba²⁺ सोबत वगळता; Ca(OH)₂ आणि Sr(OH)₂ अल्प प्रमाणात विद्राव्य असतात.

नेट आयनिक समीकरण टप्प्याटप्प्याने तयार करणे

प्रत्येक टप्प्यामागे कारण आहे. आधी आण्विक समीकरण संतुलित केल्याने अणूंची संख्या निश्चित होते. प्रबल विद्युतविच्छेद्यांचे विभाजन बीकरमध्ये प्रत्यक्षात काय उपस्थित आहे ते दाखवते. दर्शक आयन छेदल्याने दोन्ही बाजूंना न बदलता दिसणाऱ्या आणि बदलात भाग न घेणाऱ्या स्पीशीज निघून जातात.

प्रभाराची तपासणी अशा चुका पकडते ज्या अणूंची मोजणी चुकवते. नेट आयनिक समीकरणाचा एकूण प्रभार शून्येतर असू शकतो, पण तो दोन्ही बाजूंना सारखाच असला पाहिजे, कारण अणूंप्रमाणेच प्रभारही अक्षय राहतो.

• प्रत्येक सूत्रावर अवस्था चिन्हासह संतुलित आण्विक समीकरण लिहा.
• प्रत्येक (aq) प्रबल विद्युतविच्छेद्य वेगळे आयन म्हणून पुन्हा लिहा, अधोअंक आणि गुणांक दोन्हींनी गुणून.
• दोन्ही बाजूंना न बदलता दिसणारे आयन खोडा. हे दर्शक आयन आहेत.
• उरलेले गुणांक सर्वात लहान पूर्ण संख्यांपर्यंत कमी करा.
• प्रत्येक मूलद्रव्य आणि एकूण प्रभार संतुलित आहेत का ते तपासा.

सोडवलेले उदाहरण: सिल्व्हर क्रोमेटचे अवक्षेपण

तुम्ही 0.0850 mol/L पोटॅशियम क्रोमेटचे 18.0 mL अतिरिक्त जलीय सिल्व्हर नायट्रेटमध्ये मिसळता. नव्या जोड्या Ag⁺ सह CrO₄²⁻ आणि K⁺ सह NO₃⁻ अशा आहेत. चांदी गट 1 धनायन नाही, म्हणून तांबड्या-तपकिरी रंगाचे सिल्व्हर क्रोमेट अवक्षेपित होते; पोटॅशियम नायट्रेट विरघळलेले राहते. आण्विक 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⁺ आणि NO₃⁻ छेदल्यास नेट आयनिक समीकरण 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) मिळते. प्रभार तपासणी: डावीकडे 2(+1) + (−2) = 0, आणि उजवीकडे 0.

अवक्षेपाचे वस्तुमान काढण्यासाठी दोन दशांश स्थानांपर्यंत पूर्णांकित केलेले IUPAC प्रमाणित अणुभार वापरा: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄ चे मोलर वस्तुमान 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol आहे. क्रोमेटचे मोल = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, आणि नेट आयनिक समीकरण प्रति 1 mol CrO₄²⁻ मागे 1 mol Ag₂CrO₄ देते. वस्तुमान = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. दोन्ही मोजलेल्या राशींमध्ये तीन सार्थ अंक आहेत, म्हणून उत्तरातही तीन आहेत.

सोडवलेली उदाहरणे: दुर्बल आम्ल आणि द्रावणातील धातू

जलीय ॲसिटिक आम्ल जलीय सोडियम हायड्रॉक्साइडशी अभिक्रिया करते: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). ॲसिटिक आम्ल दुर्बल आहे, म्हणून ते आण्विक राहते, तर NaOH आणि सोडियम ॲसिटेट प्रबल विद्युतविच्छेद्य आहेत. Na⁺ छेदल्यावर नेट आयनिक समीकरण CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l) असते. नायट्रिक आम्ल आणि पोटॅशियम हायड्रॉक्साइड यांच्याशी तुलना करा, जेथे दोन्ही अभिक्रियाकारक प्रबल आहेत आणि नेट आयनिक समीकरण H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) इतके संक्षिप्त होते.

सिल्व्हर नायट्रेट द्रावणात ठेवलेली निकेलची पट्टी चांदीच्या स्फटिकांनी झाकली जाते. निकेल 0 वरून +2 वर आणि चांदी +1 वरून 0 वर जाते, म्हणून ही रेडॉक्स अभिक्रिया आहे; नायट्रेट दर्शक आहे. नेट आयनिक समीकरण Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s) आहे. 2 हा गुणांक अणूंमुळे नव्हे तर प्रभारामुळे आवश्यक आहे: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) प्रत्येक मूलद्रव्य संतुलित करते पण त्याचा एकूण प्रभार डावीकडे +1 आणि उजवीकडे +2 आहे.

आयनिक समीकरणांमधील सामान्य चुका आणि त्या कशा पकडाव्यात

बहुतेक चुका चुकीच्या स्पीशीज लिहिण्यामुळे होतात, गणितामुळे नव्हे. काहीही छेदण्यापूर्वी प्रत्येक सूत्र पाण्यात खरोखर वेगळ्या आयनांच्या रूपात अस्तित्वात असते का ते विचारा.

शेवटची तपासणी म्हणून नेट आयनिक समीकरण एखादी भौतिक घटना म्हणून वाचा. दोन सिल्व्हर आयन आणि एक क्रोमेट आयन मिळून घन पदार्थ बनणे हे तुम्ही पाहू शकाल असे काहीतरी आहे; फक्त विरघळलेले आयन जोडीदारांमध्ये अदलाबदल करणारे समीकरण कशाचेही वर्णन करत नाही.

• दुर्बल आम्ल विभागणे: HF(aq) आण्विक राहते. कोणत्याही आम्लाची सहा प्रबल आम्लांशी तुलना करा.
• अवक्षेप विभागणे: (s) असे लेबल असलेले सूत्र घन पदार्थ आयनिक असला तरी अखंड राहते.
• बहुअणुक आयन तोडणे: NO₃⁻, SO₄²⁻ आणि CrO₄²⁻ अखंड ठेवा.
• अधोअंक चुकीच्या जागी लावणे: K₂CrO₄ 2K⁺ देते; K₂⁺ असा आयन नसतो.
• पारा(I) ला Hg⁺ मानणे: तो द्विअणुक Hg₂²⁺ धनायन म्हणून अस्तित्वात असतो.
• गुणांक न कमी करता ठेवणे, जसे 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• प्रत्येक जोडी विद्राव्य असताना, पाणी, दुर्बल विद्युतविच्छेद्य किंवा वायू बनत नसताना आणि कशाचेही ऑक्सिडीकरण किंवा क्षपण होत नसताना नेट आयनिक समीकरण लिहिणे. योग्य उत्तर अभिक्रिया नाही हे आहे.