आयनिक नेटवर्क संरचनाएँ: HSC रसायन विज्ञान की व्याख्या

सोडियम क्लोराइड के एक क्रिस्टल को पानी में डालिए और वह गायब होता हुआ दिखाई दे सकता है। दूसरे क्रिस्टल को बहुत अधिक गर्म कीजिए और वह तब तक पिघलने से इंकार करता है जब तक तापमान बहुत ऊँचा न हो जाए। किसी क्रिस्टल पर पर्याप्त जोर से प्रहार कीजिए और वह चकनाचूर हो सकता है। ये तीनों व्यवहार असंबंधित लगते हैं, जब तक कि आप यह कल्पना न करें कि ठोस के भीतर आयनों के साथ क्या हो रहा है।

आगे पढ़ने से पहले एक अनुमान लगाइए। ठोस सोडियम क्लोराइड में, क्या \(\mathrm{Na}^{+}\) और \(\mathrm{Cl}^{-}\) आयन अलग-अलग छोटे \(\ce{NaCl}\) युग्मों के रूप में व्यवस्थित होते हैं, या एक विशाल दोहराती हुई संरचना के रूप में?

दूसरा विकल्प सही है। एक आयनिक ठोस एक विशाल आयनिक नेटवर्क होता है, जिसे आयनिक जालक भी कहा जाता है। इस नेटवर्क को समझने से आयनिक यौगिकों के अधिकांश भौतिक गुणों की व्याख्या हो जाती है।

01सूत्र से नहीं, व्यवस्था से शुरुआत करें

\(\ce{NaCl}\) सूत्र भ्रामक हो सकता है।

इसका अर्थ यह नहीं है कि ठोस सोडियम क्लोराइड अलग-अलग \(\ce{NaCl}\) अणुओं से बना है। इसके बजाय, यह हमें आयनों का सबसे सरल पूर्णांक अनुपात बताता है: प्रत्येक एक \(\mathrm{Cl}^{-}\) आयन के लिए एक \(\mathrm{Na}^{+}\) आयन।

क्रिस्टल के भीतर, बहुत बड़ी संख्या में धनात्मक और ऋणात्मक आयन एक दोहराते हुए त्रि-आयामी पैटर्न में व्यवस्थित होते हैं।

एक उपयोगी प्रारंभिक मॉडल ऐसे लोगों से भरे कमरे की कल्पना करना है, जो अपने से विपरीत रंग की जर्सी पहने लोगों के पास खड़ा होना बहुत पसंद करते हैं। धनात्मक आयनों को ऋणात्मक आयनों के पास रखा जाता है, और ऋणात्मक आयनों को धनात्मक आयनों के पास।

इस उपमा की एक सीमा है। लोग यह चुन सकते हैं कि उन्हें कहाँ खड़ा होना है। आयन ऐसा नहीं कर सकते। उनकी व्यवस्था स्थिरवैद्युत बलों और ठोस के लिए उपलब्ध न्यूनतम-ऊर्जा संरचना से निर्धारित होती है।

यह व्यवस्था दोहराती क्यों है?

विपरीत आवेश एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं:

\[
\ce{cation+ <-> anion-}
\]

समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं:

\[
\ce{cation+ <-> cation+}
\]

और

\[
\ce{anion- <-> anion-}
\]

इसलिए स्थिर क्रिस्टलीय व्यवस्था में प्रत्येक आयन को सामान्यतः विपरीत आवेश वाले आयनों के पास रखा जाता है, जबकि समान आवेश वाले आयनों को अनावश्यक रूप से बहुत पास आने से रोका जाता है।

सोडियम क्लोराइड में, प्रत्येक \(\mathrm{Na}^{+}\) आयन के छह निकटतम \(\mathrm{Cl}^{-}\) पड़ोसी होते हैं, और प्रत्येक \(\mathrm{Cl}^{-}\) आयन के छह निकटतम \(\mathrm{Na}^{+}\) पड़ोसी होते हैं।

इस विशिष्ट व्यवस्था को प्रत्येक आयनिक यौगिक के लिए नियम न मानें। अलग-अलग आयन अलग-अलग जालक संरचनाएँ बना सकते हैं और उनकी समन्वय संख्याएँ भी अलग हो सकती हैं। महत्वपूर्ण सामान्य विचार वही रहता है: आयनिक ठोस विस्तृत त्रि-आयामी व्यवस्थाएँ बनाते हैं, जो स्थिरवैद्युत आकर्षणों द्वारा एक साथ बंधी रहती हैं।

02जालक को वास्तव में एक साथ क्या बाँधे रखता है?

एक आयनिक बंध विपरीत आवेश वाले आयनों के बीच का स्थिरवैद्युत आकर्षण है।

एक आयनिक नेटवर्क में, कोई आयन केवल एक साथी से बंधा नहीं होता। प्रत्येक आयन पूरे जालक में अपने आसपास के विपरीत आवेश वाले आयनों के प्रति आकर्षण अनुभव करता है, साथ ही समान आवेश वाले आयनों से प्रतिकर्षण भी अनुभव करता है।

यही कारण है कि सोडियम क्लोराइड को अलग-अलग \(\ce{Na+-Cl-}\) बंधों का संग्रह बताने से मुख्य बात छूट जाती है। बल पूरी संरचना में कार्य करते हैं।

स्थिरवैद्युत आकर्षणों की तुलना करते समय दो कारक विशेष रूप से उपयोगी होते हैं:

• आयनों पर उपस्थित आवेश
• आयनों के बीच की दूरी

अधिक आयनिक आवेश सामान्यतः अधिक मजबूत आकर्षण उत्पन्न करते हैं। विपरीत आवेशों के बीच कम दूरी भी सामान्यतः अधिक मजबूत आकर्षण उत्पन्न करती है।

कूलॉम का नियम दो आवेशित कणों के लिए मूल संबंध देता है:

\[
F = k\frac{|q_1q_2|}{r^2}
\]

जहाँ \(F\) स्थिरवैद्युत बल का परिमाण है, \(k\) एक नियतांक है, \(q_1\) और \(q_2\) आवेश हैं, और \(r\) कणों के बीच की दूरी है।

आम तौर पर आप इस समीकरण का उपयोग किसी आयनिक पदार्थ का गलनांक गणना करने के लिए नहीं करते। वास्तविक जालक में केवल एक पृथक युग्म नहीं, बल्कि परस्पर क्रिया करने वाले बहुत बड़ी संख्या में आयन होते हैं। फिर भी यह संबंध तर्क करने के लिए उपयोगी है: अधिक आवेश-गुणनफल और आयनों के बीच कम दूरी का अर्थ सामान्यतः अधिक मजबूत स्थिरवैद्युत आकर्षण होता है।

03आयनिक ठोसों के गलनांक सामान्यतः ऊँचे क्यों होते हैं

कल्पना कीजिए कि आप सोडियम क्लोराइड को पिघलाने की कोशिश कर रहे हैं।

पिघलने का अर्थ स्वयं आयनों को नष्ट करना नहीं है। \(\mathrm{Na}^{+}\) और \(\mathrm{Cl}^{-}\) आयन, आयन ही बने रहते हैं। जो बदलता है, वह उनकी व्यवस्था है।

ठोस अवस्था में, आयन एक सुव्यवस्थित जालक में निश्चित स्थानों पर रहते हैं। द्रव अवस्था में, आयन एक-दूसरे के आसपास घूम सकते हैं।

ऐसा होने के लिए इतनी ऊर्जा प्रदान करनी पड़ती है कि जालक को एक साथ बाँधे रखने वाले स्थिरवैद्युत आकर्षण के एक बड़े भाग पर काबू पाया जा सके।

इसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा चाहिए, इसलिए आयनिक पदार्थों के गलनांक और क्वथनांक सामान्यतः ऊँचे होते हैं।

एक आकर्षक लेकिन अधूरी व्याख्या यह है:

आयनिक यौगिकों के गलनांक ऊँचे होते हैं क्योंकि आयनिक बंध मजबूत होते हैं।

यह सही दिशा में है, लेकिन अधूरा है। महत्वपूर्ण विशेषता है मजबूत स्थिरवैद्युत आकर्षणों का विशाल त्रि-आयामी नेटवर्क। यहाँ केवल एक बंध नहीं है जिसे तोड़ना हो। सुव्यवस्थित जालक में कई दिशाओं में आकर्षण उपस्थित होते हैं।

04ठोस आयनिक यौगिक विद्युत का चालन क्यों नहीं करता

विद्युत धारा के लिए गतिशील आवेशित कणों की आवश्यकता होती है।

एक आयनिक ठोस में निश्चित रूप से आवेशित कण होते हैं। समस्या यह है कि वे स्वतंत्र रूप से गति नहीं कर सकते।

प्रत्येक आयन जालक में एक निश्चित स्थान पर बँधा होता है। आयन कंपन कर सकते हैं, लेकिन वे ठोस के भीतर एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाकर आवेश का वहन नहीं कर सकते।

इसलिए एक सामान्य आयनिक यौगिक:

• ठोस अवस्था में विद्युत का चालन नहीं करता
• पिघली हुई अवस्था में विद्युत का चालन करता है

पिघलने के दौरान क्या बदलता है? आयनों का अस्तित्व नहीं। वे पहले से ही वहाँ मौजूद थे।

जो बदलता है वह है गतिशीलता।

जालक के पिघल जाने के बाद, धनात्मक और ऋणात्मक आयन द्रव में गति कर सकते हैं। इसलिए लगाया गया विद्युत क्षेत्र आवेश के प्रवाह को उत्पन्न कर सकता है।

यह HSC के लिए एक महत्वपूर्ण निर्णय-नियम है:

केवल आवेशित कणों का होना पर्याप्त नहीं है। आवेशित कणों का गतिशील होना भी आवश्यक है।

पानी में घुले आयनिक यौगिक का क्या होता है?

यदि कोई आयनिक पदार्थ घुलता है, तो उसके आयन अलग हो जाते हैं और पानी के अणुओं से घिर जाते हैं। ये घुले हुए आयन विलयन में गति कर सकते हैं, इसलिए विलयन विद्युत का चालन कर सकता है।

उदाहरण के लिए:

\[
\ce{NaCl(s) -> Na+(aq) + Cl-(aq)}
\]

अवस्था-चिह्न महत्वपूर्ण हैं।

• \(\ce{NaCl(s)}\): आयन मौजूद हैं, लेकिन जालक में निश्चित स्थानों पर बँधे हैं।
• \(\ce{Na+(aq)}\) और \(\ce{Cl-(aq)}\): आयन अलग हैं और विलयन में गतिशील हैं।

“आयनिक यौगिक विद्युत का चालन करते हैं” ऐसा याद न करें। यह कथन बहुत व्यापक है। उनकी चालकता उनकी अवस्था पर निर्भर करती है।

05आयनिक क्रिस्टल भंगुर क्यों होते हैं

यह एक अधिक विचित्र गुण है। आयनिक ठोस कठोर हो सकते हैं, फिर भी भंगुर होते हैं।

ये शब्द एक-दूसरे के विपरीत नहीं हैं।

कठोरता का अर्थ है कि कोई पदार्थ खरोंचे जाने, दबकर निशान पड़ने या विकृत होने का प्रतिरोध करता है।

भंगुरता का अर्थ है कि वह पर्याप्त रूप से विकृत होने के बजाय टूटने की प्रवृत्ति रखता है।

यह समझने के लिए कि आयनिक क्रिस्टल भंगुर क्यों होता है, कल्पना कीजिए कि आयनों की एक परत को बगल की ओर धकेला जाता है।

शुरू में, प्रत्येक धनात्मक आयन ऋणात्मक आयनों के पास होता है। लेकिन यदि परत पर्याप्त दूर खिसक जाए, तो धनात्मक आयन धनात्मक आयनों के सामने आ सकते हैं, जबकि ऋणात्मक आयन ऋणात्मक आयनों के सामने आ सकते हैं।

अब मजबूत प्रतिकर्षण बल उत्पन्न होते हैं।

क्रिस्टल किसी तल के साथ विभाजित होकर इस प्रतिकूल परस्पर क्रिया को कम कर सकता है। परिणामस्वरूप उसमें दरार पड़ती है।

इसलिए आयनिक क्रिस्टल इसलिए भंगुर नहीं होते कि आयनिक आकर्षण कमजोर होते हैं। लगभग इसके विपरीत बात सही है। उनकी सुव्यवस्थित आवेश व्यवस्था का अर्थ है कि परतों के खिसकने पर अचानक शक्तिशाली प्रतिकर्षण पैदा हो सकते हैं।

06पानी कुछ आयनिक जालकों को अलग क्यों कर सकता है

एक सामान्य सरलीकरण कहता है, “आयनिक यौगिक पानी में घुलते हैं”।

यह विश्वसनीय नियम नहीं है। कुछ आयनिक यौगिक अत्यधिक विलेय होते हैं, कुछ केवल थोड़ा विलेय होते हैं, और कुछ सामान्य परिस्थितियों में व्यावहारिक रूप से अविलेय होते हैं।

उपयोगी प्रश्न यह है:

क्या आयनों और पानी के बीच बनने वाली परस्पर क्रियाएँ आयनिक जालक को बाधित करने की पर्याप्त भरपाई कर सकती हैं?

पानी के अणु ध्रुवीय होते हैं। ऑक्सीजन वाला सिरा आंशिक ऋणात्मक आवेश रखता है, जबकि हाइड्रोजन वाले सिरे आंशिक धनात्मक आवेश रखते हैं।

किसी धनायन के आसपास, पानी के अणु सामान्यतः अपने ऑक्सीजन वाले सिरे धनात्मक आयन की ओर रखते हैं। किसी ऋणायन के आसपास, हाइड्रोजन वाले सिरे ऋणात्मक आयन की ओर उन्मुख होते हैं।

ये आयन-द्विध्रुव आकर्षण पानी में अलग हुए आयनों को स्थिर करने में सहायता करते हैं।

सोडियम क्लोराइड के लिए, हम समग्र प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शा सकते हैं:

\[
\ce{NaCl(s) -> Na+(aq) + Cl-(aq)}
\]

लेकिन पानी को केवल “आयनिक बंध काटते हुए” न समझें।

विघटन में परस्पर क्रियाओं के बीच प्रतिस्पर्धा शामिल होती है। जालक को बाधित करना पड़ता है, और नई आयन-पानी परस्पर क्रियाएँ बनती हैं। विघटन अनुकूल होगा या नहीं, यह इन प्रभावों के संतुलन के साथ-साथ कणों के अधिक फैलाव पर भी निर्भर करता है।

HSC स्तर पर महत्वपूर्ण बात यह है कि मजबूत आयनिक बंधन का यह अर्थ अपने-आप नहीं होता कि कोई आयनिक पदार्थ अविलेय होगा।

07एक ही संरचना कई गुणों की व्याख्या करती है

इन गुणों को याद रखना आसान हो जाता है जब आप उन्हें अलग-अलग तथ्यों की तरह देखना बंद कर देते हैं।

वही सूक्ष्म मॉडल बार-बार काम आता है: एक विस्तृत जालक में व्यवस्थित आवेशित कण, जिनके बीच मजबूत स्थिरवैद्युत बल कार्य करते हैं।

08सबसे अधिक आकर्षक भ्रांतियाँ

“एक आयनिक ठोस में अणु होते हैं”

आमतौर पर नहीं।

\(\ce{CaCl2}\) जैसा सूत्र विशाल जालक में आयनों का अनुपात बताता है: प्रत्येक एक \(\mathrm{Ca}^{2+}\) आयन के लिए दो \(\mathrm{Cl}^{-}\) आयन।

एक \(\ce{CaCl2}\) इकाई को अणु कहना एक अलग, स्व-निहित कण का संकेत देता है, जबकि आयनिक क्रिस्टल में ऐसा कोई स्वतंत्र कण मौजूद नहीं होता।

सूत्र इकाई शब्द अधिक उपयुक्त है।

“आयन केवल ठोस के पिघलने के बाद बनते हैं”

नहीं। आयन ठोस में पहले से मौजूद होते हैं।

पिघलने से उनकी गति की स्वतंत्रता बदलती है, उनका आवेश नहीं।

“आयनिक ठोस विद्युत का चालन नहीं कर सकते क्योंकि उनके कण उदासीन होते हैं”

नहीं। उनके कण आयन होते हैं, इसलिए वे आवेशित होते हैं।

समस्या गतिशीलता है। आयन जालक में निश्चित स्थानों पर बँधे होते हैं।

“यदि किसी आयनिक यौगिक में आकर्षण मजबूत हैं, तो वह अवश्य अविलेय होगा”

आवश्यक नहीं।

घुलने के लिए जालक को बाधित करना पड़ता है, लेकिन इससे आयनों और विलायक के बीच नई परस्पर क्रियाएँ भी बनती हैं। विलेयता इन प्रभावों के संतुलन पर निर्भर करती है, केवल जालक आकर्षण पर नहीं।

“अधिक आयनिक आवेश हमेशा अधिक गलनांक की गारंटी देता है”

अधिक आवेश अक्सर स्थिरवैद्युत आकर्षणों को मजबूत करते हैं, लेकिन तुलना का यह केवल एक भाग है।

आयन का आकार, आवेशों के बीच की दूरी और वास्तविक जालक संरचना भी महत्वपूर्ण हैं। आवेश एक शक्तिशाली संकेत है, लेकिन पूर्ण गलनांक गणक नहीं।

09प्रश्न और समाधान

प्रश्न 1

पोटैशियम ब्रोमाइड, \(\ce{KBr}\), का एक नमूना ठोस अवस्था में विद्युत का चालन नहीं करता लेकिन पिघलने के बाद करता है। इसकी संरचना का उपयोग करके दोनों अवलोकनों की व्याख्या करें।

समाधान 1

ठोस \(\ce{KBr}\) विद्युत का चालन नहीं करता क्योंकि उसके आयन आयनिक जालक में निश्चित स्थानों पर बँधे होते हैं, जबकि पिघला हुआ \(\ce{KBr}\) चालन करता है क्योंकि वे आयन गतिशील हो जाते हैं।

पोटैशियम ब्रोमाइड में दोनों अवस्थाओं में \(\mathrm{K}^{+}\) और \(\mathrm{Br}^{-}\) आयन होते हैं।

ठोस अवस्था में, मजबूत स्थिरवैद्युत आकर्षण आयनों को निश्चित स्थानों पर बनाए रखते हैं। वे कंपन कर सकते हैं लेकिन पदार्थ के भीतर एक स्थान से दूसरे स्थान तक नहीं जा सकते, इसलिए कोई गतिशील आवेश-वाहक नहीं होता।

जब ठोस पिघलता है, तो सुव्यवस्थित जालक बाधित हो जाता है। तब \(\mathrm{K}^{+}\) और \(\mathrm{Br}^{-}\) आयन द्रव में गति कर सकते हैं और विद्युत आवेश का वहन कर सकते हैं।

फँसाने वाली गलती यह कहना है कि पिघलने से “आयन बनते हैं”। ऐसा नहीं होता। पिघलना पहले से मौजूद आयनों को गतिशील बनाता है।

प्रश्न 2

दो आयनिक ठोसों में निम्नलिखित आवेश वाले आयन होते हैं:

• पदार्थ A: \(\mathrm{X}^{+}\) और \(\mathrm{Y}^{-}\)
• पदार्थ B: \(\mathrm{M}^{2+}\) और \(\mathrm{N}^{2-}\)

एक सरलीकृत मॉडल के रूप में मान लें कि पड़ोसी विपरीत आयनों के बीच की दूरी समान है। किस पदार्थ में पड़ोसी धनायन और ऋणायन के बीच अधिक मजबूत स्थिरवैद्युत आकर्षण होगा? कारण समझाइए और तुलना की एक सीमा बताइए।

समाधान 2

इस सरलीकृत तुलना में पदार्थ B का आकर्षण अधिक मजबूत होगा क्योंकि उसके पड़ोसी आयनों का आवेश-गुणनफल अधिक है।

पदार्थ A के लिए, आवेश-गुणनफल का परिमाण है:

\[
|( +1)(-1)| = 1
\]

पदार्थ B के लिए:

\[
|( +2)(-2)| = 4
\]

कूलॉम का नियम देता है:

\[
F = k\frac{|q_1q_2|}{r^2}
\]

जहाँ \(F\) स्थिरवैद्युत बल है, \(k\) एक नियतांक है, \(q_1\) और \(q_2\) आयनिक आवेश हैं, और \(r\) उनके बीच की दूरी है।

क्योंकि प्रश्न में समान \(r\) दिया गया है, पदार्थ B में अधिक आवेश-गुणनफल पड़ोसी आयनों के बीच अधिक मजबूत आकर्षण देता है।

इस तुलना की सीमा यह है कि वास्तविक आयनिक ठोसों में आयनों के बीच की दूरी या जालक संरचना आवश्यक रूप से समान नहीं होती। इसलिए यह तुलना आकर्षण की प्रवृत्ति का अनुमान देती है, लेकिन अपने-आप सटीक गलनांक या जालक की मजबूती निर्धारित नहीं कर सकती।

प्रश्न 3

एक विद्यार्थी कहता है:

“आयनिक क्रिस्टल भंगुर होता है क्योंकि उसके आयनिक बंध कमजोर होते हैं और आसानी से टूट जाते हैं।”

समझाइए कि इस कथन में क्या गलत है। आपके उत्तर में यह वर्णित होना चाहिए कि बगल की ओर बल लगाने पर आयनों के साथ क्या होता है।

समाधान 3

यह कथन गलत है क्योंकि जालक के भीतर स्थिरवैद्युत आकर्षण मजबूत होने के बावजूद आयनिक क्रिस्टल टूट सकते हैं। भंगुरता का कारण कमजोर बंधन नहीं, बल्कि आवेशों की व्यवस्था है।

शुरुआत में, जालक इस तरह व्यवस्थित होता है कि विपरीत आवेश वाले आयन एक-दूसरे के पास रहते हैं।

जब बगल की ओर लगाया गया बल जालक के एक भाग को खिसकाता है, तो आयनों की परतें विस्थापित हो सकती हैं। यदि विस्थापन धनात्मक आयनों को धनात्मक आयनों के साथ और ऋणात्मक आयनों को ऋणात्मक आयनों के साथ ला देता है, तो मजबूत स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण उत्पन्न होते हैं।

ये प्रतिकर्षण क्रिस्टल के भागों को एक-दूसरे से अलग धकेल सकते हैं, जिससे दरार उत्पन्न होती है।

भ्रांति इस धारणा से आती है कि “आसानी से टूटना” अनिवार्य रूप से “कमजोर बलों” का अर्थ है। इसके बजाय, भंगुरता यह बताती है कि कोई पदार्थ विकृति के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देता है। एक मजबूत बंधित संरचना भी भंगुर हो सकती है यदि थोड़ा-सा विस्थापन अस्थिर व्यवस्था पैदा कर दे।

प्रश्न 4

एक ठोस आयनिक यौगिक का गलनांक ऊँचा है, लेकिन वह पानी में आसानी से घुल जाता है। एक विद्यार्थी तर्क देता है कि ये दोनों अवलोकन एक-दूसरे के विरोधाभासी हैं क्योंकि “एक मजबूत जालक को पानी के लिए अलग करना असंभव होना चाहिए”।

समझाइए कि दोनों अवलोकन एक साथ सही क्यों हो सकते हैं।

समाधान 4

कोई विरोधाभास नहीं है क्योंकि पिघलना और घुलना अलग-अलग प्रक्रियाएँ हैं, और विघटन के दौरान नई परस्पर क्रियाएँ बनती हैं जो अलग हुए आयनों को स्थिर कर सकती हैं।

ऊँचा गलनांक यह दर्शाता है कि सुव्यवस्थित आयनिक जालक को इतना बाधित करने के लिए काफी ऊर्जा चाहिए कि आयन द्रव के रूप में स्वतंत्र रूप से गति कर सकें।

पानी में घुलने के दौरान भी जालक को बाधित करना पड़ता है। हालांकि, पानी ध्रुवीय होता है, इसलिए पानी के अणुओं और अलग हुए आयनों के बीच नए आयन-द्विध्रुव आकर्षण बनते हैं।

धनायनों को पानी के अणुओं के आंशिक ऋणात्मक ऑक्सीजन क्षेत्रों द्वारा स्थिर किया जाता है, जबकि ऋणायनों को आंशिक धनात्मक हाइड्रोजन क्षेत्रों द्वारा स्थिर किया जाता है।

कोई आयनिक यौगिक घुलेगा या नहीं, यह जालक को बाधित करने, आयन-पानी परस्पर क्रियाएँ बनाने और कणों के फैलाव से जुड़े प्रभावों के समग्र संतुलन पर निर्भर करता है।

विद्यार्थी के तर्क में छिपी हुई धारणा यह है कि घुलने के लिए केवल आकर्षणों को तोड़ना पड़ता है। वास्तव में इस प्रक्रिया में नई परस्पर क्रियाएँ भी बनती हैं।

प्रश्न 5

एक विद्यार्थी दो काल्पनिक आयनिक यौगिकों की तुलना करता है। यौगिक P में \(\mathrm{A}^{+}\) और \(\mathrm{B}^{-}\) हैं। यौगिक Q में \(\mathrm{C}^{2+}\) और \(\mathrm{D}^{2-}\) हैं।

वह निष्कर्ष निकालता है:

“हर आवेश दोगुना हो गया है, इसलिए Q में आकर्षण ठीक दो गुना मजबूत होना चाहिए, और इसलिए उसका गलनांक भी ठीक दो गुना अधिक होना चाहिए।”

इस तर्क में दो समस्याएँ पहचानिए।

समाधान 5

यह तर्क गलत है क्योंकि दोनों आयनिक आवेशों को दोगुना करने पर आवेश-गुणनफल केवल दोगुना नहीं होता, और केवल स्थिरवैद्युत बल गलनांक को सरल समानुपाती तरीके से निर्धारित नहीं करता।

पहले आवेश-गुणनफलों पर विचार करें।

यौगिक P के लिए:

\[
|( +1)(-1)| = 1
\]

यौगिक Q के लिए:

\[
|( +2)(-2)| = 4
\]

यदि आयनों के बीच की दूरी समान होती, तो कूलॉम का नियम अनुमान देता है कि आवेश-गुणनफल से जुड़ा युग्मीय स्थिरवैद्युत आकर्षण दो गुना नहीं, बल्कि चार गुना होता:

\[
F \propto |q_1q_2|
\]

इसलिए पहली त्रुटि गणितीय है: दोनों आवेश बदले हैं, इसलिए उनके प्रभाव गुणा होते हैं।

दूसरी बात, विद्यार्थी ने यह मान लिया है कि बाकी सब कुछ अपरिवर्तित है और गलनांक किसी एक युग्मीय बल के सीधे समानुपाती होता है। वास्तविक आयनिक जालकों में आयन का आकार, आयनों के बीच की दूरी, समन्वय और जालक की व्यवस्था अलग-अलग हो सकती है। पिघलना पूरे ठोस के व्यवहार से भी संबंधित है, न कि किसी एक पृथक धनायन-ऋणायन युग्म से।

इसलिए बड़ा आयनिक आवेश अधिक मजबूत स्थिरवैद्युत परस्पर क्रियाओं का प्रमाण है, लेकिन यह गलनांक के सटीक संख्यात्मक अनुमान को उचित नहीं ठहराता।

10यह मॉडल आपको आगे क्या करने देता है

जब आप जालक संरचना, स्थिरवैद्युत बलों और स्थूल गुणों के बीच आत्मविश्वास से संबंध बना सकते हैं, तो रसायन विज्ञान के कई आगे के विचार बहुत आसान हो जाते हैं।

आप समझा सकते हैं कि आयनिक आवेश या आयन का आकार बदलने से जालक की मजबूती क्यों बदल सकती है। आप गलनांक और विलेयता के बारे में बेहतर अनुमान लगा सकते हैं। आप आयनिक नेटवर्क की तुलना धात्विक जालकों और सहसंयोजक नेटवर्क ठोसों से भी कर सकते हैं, बिना गुणों की याद की हुई सूचियों पर निर्भर हुए।

उपयोगी आदत हमेशा यही है: कणों से शुरुआत करें, पूछें कि उनके बीच कौन-से बल कार्य करते हैं, निर्धारित करें कि वे कण गति कर सकते हैं या नहीं, और फिर अनुमान लगाएँ कि समग्र पदार्थ को कैसा व्यवहार करना चाहिए।