अपघटन अभिक्रियाएँ: HSC रसायन विज्ञान में उत्पादों का पूर्वानुमान
HSC रसायन विज्ञान में अपघटन अभिक्रियाओं को पहचानना, संभावित उत्पादों का पूर्वानुमान लगाना, समीकरण संतुलित करना और द्रव्यमान संरक्षण लागू करना सीखें।
चूना पत्थर के एक टुकड़े को पर्याप्त तेज़ गरम करें तो उसका द्रव्यमान कम हो जाता है। उसमें से कुछ खुरचा नहीं गया है, और ठोस केवल पिघला भी नहीं है। तो कम हुआ द्रव्यमान कहाँ गया?
आगे पढ़ने से पहले उत्पादों का पूर्वानुमान लगाएँ। चूना पत्थर मुख्यतः कैल्शियम कार्बोनेट, \(\ce{CaCO3}\), होता है। यदि गरम करने पर यह टूटता है, तो बाद में कौन-से परमाणु अब भी उपस्थित होने चाहिए?
कैल्शियम, कार्बन और ऑक्सीजन के परमाणु गायब नहीं हो सकते। इसके बजाय, वे पुनर्व्यवस्थित होकर कैल्शियम ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड बनाते हैं:
\[ \ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)} \]
कार्बन डाइऑक्साइड गैस के रूप में बाहर निकल जाती है, इसलिए पीछे बचे ठोस का द्रव्यमान कम होता है। यह एक अपघटन अभिक्रिया है: एक यौगिक टूटकर दो या अधिक सरल पदार्थ बनाता है।
यह मूल विचार आसान है। उपयोगी कौशल यह पहचानना है कि अपघटन कब हो रहा है और, इससे भी महत्वपूर्ण, यह पूर्वानुमान लगाना कि कौन-से उत्पाद बनने चाहिए।
01मानसिक मॉडल: एक संरचना अलग-अलग हो जाती है
किसी यौगिक को एक विशेष व्यवस्था में जुड़े परमाणुओं के समूह के रूप में सोचें। अपघटन अभिक्रिया एक प्रकार के यौगिक से शुरू होती है और उसके परमाणुओं को पुनर्व्यवस्थित करके दो या अधिक उत्पाद बनाती है।
एक सरल रूप है:
\[ \ce{AB -> A + B} \]
उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन पेरॉक्साइड का अपघटन होकर पानी और ऑक्सीजन बनते हैं:
\[ \ce{2H2O2(aq) -> 2H2O(l) + O2(g)} \]
महत्वपूर्ण बात यह नहीं है कि हर यौगिक सचमुच A और B नाम के दो टुकड़ों में टूटता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि एक अभिकारक से अनेक उत्पाद बनते हैं।
इसे समझने का थोड़ा मज़ेदार तरीका यह है कि किसी जोड़े की कल्पना करें जो तय करता है कि अलग रहना उनके लिए बेहतर है। अभिक्रिया से पहले एक संबंध है। बाद में कई स्वतंत्र पक्ष हैं। यह उपमा समग्र दिशा को समझने में मदद करती है-एक चीज़ से कई चीज़ें बनती हैं-लेकिन रसायन विज्ञान डेटिंग से कहीं अधिक सख्त है। परमाणु एक-दूसरे को छोड़कर गायब नहीं हो सकते। अभिक्रिया से पहले मौजूद हर परमाणु का हिसाब अभिक्रिया के बाद भी होना चाहिए।
परमाणुओं के इस संरक्षण के विचार को अभिक्रियाओं में परमाणुओं का पुनर्व्यवस्थापन में अधिक विस्तार से समझाया गया है।
02अपघटन अभिक्रिया को कैसे पहचानें
सबसे पहले समीकरण के अभिकारक वाले पक्ष को देखें।
एक अपघटन अभिक्रिया में सामान्यतः होता है:
- रासायनिक अभिकारक के रूप में एक यौगिक
- दो या अधिक उत्पाद
- कई मामलों में ऊष्मा, प्रकाश या विद्युत जैसे ऊर्जा-इनपुट
उदाहरण के लिए:
\[ \ce{2HgO(s) -> 2Hg(l) + O2(g)} \]
एक यौगिक, मरकरी(II) ऑक्साइड, दो सरल पदार्थ बनाता है।
इसकी तुलना करें:
\[ \ce{2Mg(s) + O2(g) -> 2MgO(s)} \]
यह अपघटन नहीं है। दो अभिकारक मिलकर एक उत्पाद बनाते हैं, इसलिए यह व्यापक रूप से इसके विपरीत पैटर्न, यानी संश्लेषण अभिक्रिया, का अनुसरण करता है। आप इन दोनों अभिक्रिया प्रकारों की तुलना संश्लेषण अभिक्रियाएँ: उत्पादों का पूर्वानुमान और समीकरणों का संतुलन में कर सकते हैं।
इसलिए पहला उपयोगी निर्णय-नियम है:
| पैटर्न | संभावित अभिक्रिया प्रकार |
|---|---|
| एक यौगिक \(\rightarrow\) अनेक उत्पाद | अपघटन |
| अनेक अभिकारक \(\rightarrow\) एक मुख्य उत्पाद | संश्लेषण |
यह पहचानने का नियम है, पूर्ण व्याख्या नहीं। वास्तविक समीकरणों में उत्प्रेरक, तीर के ऊपर अभिक्रिया की परिस्थितियाँ, या कई उत्पाद हो सकते हैं। कौन-से उत्पाद बनेंगे, इसका पूर्वानुमान लगाने के लिए आपको फिर भी रासायनिक ज्ञान की आवश्यकता होती है।
03ऊर्जा अक्सर यौगिक को टूटने का कारण बनती है
कई यौगिक तब तक स्थिर रहते हैं जब तक उन्हें ऊर्जा नहीं दी जाती।
अपघटन कराने के तीन सामान्य तरीके हैं:
- तापीय अपघटन: गरम करके ऊर्जा दी जाती है
- प्रकाश-अपघटन: प्रकाश से ऊर्जा दी जाती है
- विद्युत-अपघटन: विद्युत ऊर्जा अभिक्रिया को संचालित करती है
उदाहरण के लिए, कैल्शियम कार्बोनेट का तापीय अपघटन होता है:
\[ \ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)} \]
सिल्वर क्लोराइड प्रकाश के संपर्क में आने पर अपघटित हो सकता है:
\[ \ce{2AgCl(s) -> 2Ag(s) + Cl2(g)} \]
विद्युत ऊर्जा का उपयोग करके पानी का अपघटन किया जा सकता है:
\[ \ce{2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)} \]
एक महत्वपूर्ण बात ध्यान दें। ऊष्मा, प्रकाश और विद्युत अतिरिक्त रासायनिक अभिकारक नहीं हैं। वे प्रणाली को ऊर्जा प्रदान करते हैं।
इसका अर्थ है कि यदि अभिक्रिया-तीर के पास “ऊष्मा” जैसी कोई परिस्थिति लिखी हो, तब भी समीकरण अपघटन को दर्शा सकता है।
04उत्पादों का पूर्वानुमान: सूत्र को बस टुकड़ों में न बाँटें
मान लें आपको दिया गया है:
\[ \ce{CaCO3 -> ?} \]
एक आकर्षक तरीका यह हो सकता है कि सूत्र को देखकर उसे किसी तरह टुकड़ों में बाँट दिया जाए:
\[ \ce{CaCO3 -> Ca + C + O3} \]
यह तुरंत गलत हो जाता है। \(\ce{O3}\) ओज़ोन है, और ऐसा कोई कारण नहीं है कि कैल्शियम कार्बोनेट केवल अपने लिखित सूत्र से सुझाए गए टुकड़ों में टूट जाए।
रासायनिक सूत्र आपको संघटन बताते हैं, वे किसी अभिक्रिया के उत्पाद अपने-आप नहीं बताते।
इसलिए उत्पादों का पूर्वानुमान लगाने के लिए दो विचार आवश्यक हैं:
- यौगिक के प्रकार को पहचानें
- उस प्रकार के यौगिक के विशिष्ट अपघटन व्यवहार को जानें
फिर समीकरण को संतुलित करें।
पहले संतुलन न करें और यह आशा न रखें कि उत्पाद स्वयं स्पष्ट हो जाएँगे। संतुलन केवल गुणांकों को बदल सकता है। यह आपको नहीं बता सकता कि कौन-से पदार्थ बनने चाहिए।
05पैटर्न 1: कई धातु कार्बोनेट धातु ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड बनाते हैं
तापीय अपघटन का एक बहुत उपयोगी पैटर्न है:
\[ \ce{metal carbonate -> metal oxide + carbon dioxide} \]
कैल्शियम कार्बोनेट के लिए:
\[ \ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)} \]
परमाणुओं की जाँच करें।
| तत्व | बायाँ पक्ष | दायाँ पक्ष |
|---|---|---|
| Ca | 1 | 1 |
| C | 1 | 1 |
| O | 3 | \(1 + 2 = 3\) |
समीकरण पहले से संतुलित है।
कॉपर(II) कार्बोनेट के लिए:
\[ \ce{CuCO3(s) -> CuO(s) + CO2(g)} \]
यहाँ भी कार्बोनेट से संबंधित धातु ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड बनते हैं।
यह पैटर्न उपयोगी है, लेकिन इसका अर्थ यह नहीं है कि हर कार्बोनेट समान परिस्थितियों में अपघटित होता है। विभिन्न यौगिकों की तापीय स्थिरता अलग-अलग होती है। HSC के किसी उत्पाद-पूर्वानुमान प्रश्न में किसी पैटर्न को सार्वभौमिक नियम मानने के बजाय दी गई अभिक्रिया-संबंधी जानकारी और रासायनिक संदर्भ का उपयोग करें।
हल किया हुआ उदाहरण: कैल्शियम कार्बोनेट से कितनी कार्बन डाइऑक्साइड बनती है?
शुद्ध कैल्शियम कार्बोनेट के \(10.0\ \text{g}\) नमूने का पूर्ण तापीय अपघटन किया जाता है। उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान ज्ञात करें।
चरण 1
\[ \ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)} \]
मोल अनुपात है:
\[ 1\ \text{mol }\ce{CaCO3} : 1\ \text{mol }\ce{CO2} \]
चरण 2
परमाणु द्रव्यमान \(Ca = 40.08\), \(C = 12.01\), और \(O = 16.00\) का उपयोग करते हुए:
\[ M(\ce{CaCO3}) = 40.08 + 12.01 + 3(16.00) = 100.09\ \text{g mol}^{-1} \]
जहाँ \(M\) मोलर द्रव्यमान है।
\(n = \frac{m}{M}\) का उपयोग करते हुए, जहाँ \(n\) मोल में पदार्थ की मात्रा और \(m\) द्रव्यमान है:
\[ n(\ce{CaCO3}) = \frac{10.0\ \text{g}}{100.09\ \text{g mol}^{-1}} = 0.0999\ \text{mol} \]
चरण 3
क्योंकि अनुपात \(1:1\) है:
\[ n(\ce{CO2}) = 0.0999\ \text{mol} \]
चरण 4
\[ M(\ce{CO2}) = 12.01 + 2(16.00) = 44.01\ \text{g mol}^{-1} \]
\[ m(\ce{CO2}) = nM = (0.0999\ \text{mol})(44.01\ \text{g mol}^{-1}) = 4.40\ \text{g} \]
इसलिए \(4.40\ \text{g}\) कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होती है।
मूल \(10.0\ \text{g}\) में से \(4.40\ \text{g}\) पदार्थ ब्रह्मांड से गायब नहीं हुआ है। वह द्रव्यमान गैसीय \(\ce{CO2}\) में बदल गया है। यदि गैस अभिक्रिया-पात्र से बाहर निकल जाती है, तो केवल बचे हुए ठोस का द्रव्यमान मापा जाता है।
06पैटर्न 2: धातु हाइड्रोजन कार्बोनेट से कार्बोनेट, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बन सकते हैं
हाइड्रोजन कार्बोनेट का अपघटन पैटर्न थोड़ा कम स्पष्ट होता है।
उदाहरण के लिए, सोडियम हाइड्रोजन कार्बोनेट को गरम करने पर मिलता है:
\[ \ce{2NaHCO3(s) -> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)} \]
यहाँ दो के बजाय तीन उत्पाद हैं।
यह एक उपयोगी याद दिलाने वाली बात है कि “अपघटन” का अर्थ यह नहीं है कि “एक यौगिक ठीक दो बराबर हिस्सों में टूटता है”। इसका अर्थ केवल यह है कि एक यौगिक कई सरल पदार्थों में परिवर्तित होता है।
परमाणुओं की संख्या जाँचने से पहले \(\ce{NaHCO3}\) के आगे आने वाले गुणांक का पूर्वानुमान लगाने का प्रयास करें।
यदि आपने गुणांक 1 लिखा, तो सोडियम परमाणु संतुलित नहीं होंगे क्योंकि \(\ce{Na2CO3}\) में दो सोडियम परमाणु हैं। इसलिए हमें 2 चाहिए:
| तत्व | \(\ce{2NaHCO3}\) में बायाँ पक्ष | दायाँ पक्ष |
|---|---|---|
| Na | 2 | 2 |
| H | 2 | 2 |
| C | 2 | \(1 + 1 = 2\) |
| O | 6 | \(3 + 2 + 1 = 6\) |
सब कुछ संरक्षित है।
हल किया हुआ उदाहरण: कितना सोडियम कार्बोनेट शेष रहता है?
सोडियम हाइड्रोजन कार्बोनेट के \(16.8\ \text{g}\) नमूने को तब तक गरम किया जाता है जब तक वह निम्न समीकरण के अनुसार पूरी तरह अपघटित न हो जाए:
\[ \ce{2NaHCO3(s) -> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)} \]
उत्पन्न सोडियम कार्बोनेट का द्रव्यमान ज्ञात करें।
चरण 1
\(Na = 22.99\), \(H = 1.008\), \(C = 12.01\), और \(O = 16.00\) का उपयोग करते हुए:
\[ M(\ce{NaHCO3}) = 22.99 + 1.008 + 12.01 + 3(16.00) = 84.01\ \text{g mol}^{-1} \]
चरण 2
\[ n(\ce{NaHCO3}) = \frac{16.8\ \text{g}}{84.01\ \text{g mol}^{-1}} = 0.200\ \text{mol} \]
चरण 3
संतुलित समीकरण से:
\[ 2\ \text{mol }\ce{NaHCO3} : 1\ \text{mol }\ce{Na2CO3} \]
इसलिए:
\[ n(\ce{Na2CO3}) = 0.200\ \text{mol}\times\frac{1}{2} = 0.100\ \text{mol} \]
चरण 4
\[ M(\ce{Na2CO3}) = 2(22.99) + 12.01 + 3(16.00) = 105.99\ \text{g mol}^{-1} \]
\[ m(\ce{Na2CO3}) = (0.100\ \text{mol})(105.99\ \text{g mol}^{-1}) = 10.6\ \text{g} \]
इसलिए \(10.6\ \text{g}\) सोडियम कार्बोनेट शेष रहता है।
ठोस उत्पाद का द्रव्यमान मूल \(16.8\ \text{g}\) से कम है क्योंकि कार्बन डाइऑक्साइड और पानी गैसों के रूप में बाहर निकल जाते हैं।
07पैटर्न 3: कुछ यौगिक ऑक्सीजन छोड़ते हैं
कई उपयोगी अपघटन अभिक्रियाओं में ऑक्सीजन गैस बनती है।
हाइड्रोजन पेरॉक्साइड इसका एक उदाहरण है:
\[ \ce{2H2O2(aq) -> 2H2O(l) + O2(g)} \]
धातु क्लोरेट का भी अपघटन होकर धातु क्लोराइड और ऑक्सीजन बन सकते हैं। पोटैशियम क्लोरेट के लिए:
\[ \ce{2KClO3(s) -> 2KCl(s) + 3O2(g)} \]
यहाँ एक जाल है।
कोई विद्यार्थी सोच सकता है, “इस यौगिक में ऑक्सीजन है, इसलिए अपघटन में \(\ce{O2}\) अवश्य निकलेगी।”
यह पूर्वानुमान उचित लग सकता है क्योंकि तात्विक ऑक्सीजन सामान्यतः \(\ce{O2}\) के रूप में पाई जाती है। लेकिन तर्क का पहला भाग सही निष्कर्ष तक नहीं पहुँचाता। किसी यौगिक में ऑक्सीजन होना यह आवश्यक नहीं बनाता कि उसके अपघटन पर ऑक्सीजन गैस निकले।
कैल्शियम कार्बोनेट में ऑक्सीजन होती है, लेकिन उसके ऑक्सीजन परमाणु \(\ce{CaO}\) और \(\ce{CO2}\), दोनों में पहुँचते हैं:
\[ \ce{CaCO3 -> CaO + CO2} \]
उत्पादों का पूर्वानुमान यौगिक के रासायनिक व्यवहार पर निर्भर करता है, केवल उसके सूत्र में किसी तत्व को पहचान लेने पर नहीं।
08पहले पदार्थों का पूर्वानुमान लगाएँ, फिर संतुलन करें
जब किसी अपघटन समीकरण को पूरा करने के लिए कहा जाए, तो इस क्रम का उपयोग करें।
1. पुष्टि करें कि अपघटन संभव है।
देखें कि क्या एक यौगिक से अनेक पदार्थ बन रहे हैं।
2. यौगिक के वर्ग की पहचान करें।
उदाहरण के लिए, क्या यह कार्बोनेट, हाइड्रोजन कार्बोनेट, पेरॉक्साइड या कोई अन्य ऐसा यौगिक है जिसका अपघटन व्यवहार आप जानते हैं?
3. वास्तविक रासायनिक पदार्थों का पूर्वानुमान लगाएँ।
उत्पादों के सही सूत्र लिखें।
4. जाँचें कि हर तत्व दर्शाया गया है।
कोई तत्व न तो कहीं से अचानक आ सकता है, न गायब हो सकता है।
5. केवल गुणांकों का उपयोग करके संतुलन करें।
परमाणुओं की संख्या मिलाने के लिए कभी भी उपसूचक न बदलें।
विचार करें:
\[ \ce{KClO3 -> KCl + O2} \]
पदार्थ सही हैं, लेकिन समीकरण संतुलित नहीं है।
बाएँ पक्ष में तीन ऑक्सीजन परमाणु और दाएँ पक्ष में दो हैं। सबसे छोटा समान कुल छह ऑक्सीजन परमाणु है, इसलिए \(2\ce{KClO3}\) और \(3\ce{O2}\) का उपयोग करें:
\[ \ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2} \]
केवल गणना ठीक करने के लिए \(\ce{O2}\) को \(\ce{O3}\) जैसी किसी चीज़ में न बदलें। उपसूचक बदलने से रासायनिक पदार्थ ही बदल जाता है।
09“सरल पदार्थ” का वास्तव में क्या अर्थ है
पाठ्यपुस्तकों में अक्सर कहा जाता है कि अपघटन एक यौगिक को “सरल पदार्थों” में बदल देता है। यह भाषा उपयोगी है, लेकिन इसे गलत समझा जा सकता है।
“सरल” का अर्थ आवश्यक रूप से यह नहीं है:
- अलग-अलग परमाणु
- केवल तत्व
- छोटे गुणांक
- ठीक दो उत्पाद
उदाहरण के लिए:
\[ \ce{2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O} \]
हर उत्पाद अब भी एक यौगिक है। यह अभिक्रिया अपघटन है क्योंकि एक अभिकारक यौगिक ने कई उत्पाद बनाए हैं।
इसी प्रकार:
\[ \ce{2H2O -> 2H2 + O2} \]
तत्व उत्पन्न करता है।
दोनों ही अपघटन की अवधारणा में फिट होते हैं, भले ही उनके उत्पाद काफ़ी अलग दिखाई देते हों।
10उत्पाद-पूर्वानुमान की संक्षिप्त मार्गदर्शिका
जब अभिक्रिया की परिस्थितियाँ इनका समर्थन करती हों, तो ये पैटर्न उपयोगी शुरुआती बिंदु हैं।
| अभिकारक का प्रकार | सामान्य अपघटन पैटर्न | उदाहरण |
|---|---|---|
| कई धातु कार्बोनेट | धातु ऑक्साइड + \(\ce{CO2}\) | \(\ce{CaCO3 -> CaO + CO2}\) |
| धातु हाइड्रोजन कार्बोनेट | धातु कार्बोनेट + \(\ce{CO2}\) + \(\ce{H2O}\) | \(\ce{2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O}\) |
| हाइड्रोजन पेरॉक्साइड | पानी + ऑक्सीजन | \(\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}\) |
| कुछ धातु क्लोरेट | धातु क्लोराइड + ऑक्सीजन | \(\ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2}\) |
| विद्युत-अपघटन के अंतर्गत पानी | हाइड्रोजन + ऑक्सीजन | \(\ce{2H2O -> 2H2 + O2}\) |
इस तालिका को रासायनिक पैटर्नों के समूह के रूप में उपयोग करें, सोचने के विकल्प के रूप में नहीं। अभिक्रिया की परिस्थितियाँ और यौगिक की पहचान फिर भी महत्वपूर्ण हैं।
11सबसे आम गलतियाँ
गलती 1: यह मान लेना कि अपघटन से हमेशा तत्व बनते हैं
ऐसा नहीं है।
\[ \ce{CaCO3 -> CaO + CO2} \]
दोनों उत्पाद यौगिक हैं।
गलती 2: जहाँ सुविधाजनक लगे वहाँ सूत्र को बाँट देना
सूत्र आपको बताते हैं कि कौन-से परमाणु उपस्थित हैं। वे आपको अभिक्रिया का मार्ग नहीं बताते।
\(\ce{CaCO3}\) के लिए \(\ce{Ca + C + O2}\) लिखना, संतुलन करने के बाद, केवल कुछ प्रतीकों को संरक्षित करता है। इससे समीकरण रासायनिक रूप से सही नहीं हो जाता।
गलती 3: उत्पाद तय करने से पहले संतुलन करना
गुणांक परमाणुओं की संख्या ठीक कर सकते हैं। वे गलत रसायन विज्ञान को ठीक नहीं कर सकते।
पहले पूछें, “कौन-से पदार्थ बनने चाहिए?” फिर पूछें, “प्रत्येक पदार्थ की कितनी मात्रा चाहिए?”
गलती 4: उपसूचक बदलना
मान लें आपके पास है:
\[ \ce{H2O -> H2 + O2} \]
आपको पानी के दो अणुओं की आवश्यकता है:
\[ \ce{2H2O -> 2H2 + O2} \]
\(\ce{H2O}\) को \(\ce{H2O2}\) में बदलना पानी को संतुलित करना नहीं होगा। आपने पानी की जगह हाइड्रोजन पेरॉक्साइड रख दिया होगा।
गलती 5: यह सोचना कि द्रव्यमान में कमी द्रव्यमान संरक्षण का उल्लंघन करती है
यदि अपघटन में गैस बनती है और पात्र खुला है, तो गैस बाहर निकल सकती है।
शेष ठोस का मापा गया द्रव्यमान कम हो जाता है, लेकिन सभी उत्पादों का कुल द्रव्यमान फिर भी उस अभिकारक के द्रव्यमान के बराबर रहता है जो अपघटित हुआ था, यह मानते हुए कि विचार किए जा रहे उत्पादों के अतिरिक्त कोई पदार्थ अंदर नहीं आता या बाहर नहीं जाता।
गरम करने वाले प्रयोगों की व्याख्या करते समय यह अंतर विशेष रूप से उपयोगी होता है।
12प्रश्न और समाधान
प्रश्न 1
एक विद्यार्थी कॉपर(II) कार्बोनेट को गरम करता है और देखता है कि एक काला ठोस बनता है जबकि एक गैस निकलती है।
उत्पादों का पूर्वानुमान लगाएँ, संतुलित रासायनिक समीकरण लिखें और अभिक्रिया के प्रकार की पहचान करें।
समाधान 1
उत्पाद कॉपर(II) ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड हैं, और यह अभिक्रिया तापीय अपघटन अभिक्रिया है।
कॉपर(II) कार्बोनेट एक धातु कार्बोनेट है। धातु कार्बोनेट के लिए तापीय अपघटन का एक सामान्य पैटर्न है:
\[ \ce{metal carbonate -> metal oxide + carbon dioxide} \]
कॉपर(II) कार्बोनेट के लिए:
\[ \ce{CuCO3(s) -> CuO(s) + CO2(g)} \]
समीकरण पहले से संतुलित है। दोनों पक्षों पर एक Cu परमाणु, एक C परमाणु और तीन O परमाणु हैं।
काला ठोस \(\ce{CuO}\) है, जबकि \(\ce{CO2}\) गैस के रूप में बाहर निकलती है। यह अपघटन है क्योंकि एक यौगिक से दो उत्पाद बनते हैं।
एक सामान्य गलती यह होगी कि केवल इसलिए तांबा धातु और ऑक्सीजन का पूर्वानुमान लगा दिया जाए क्योंकि दोनों तत्व मूल यौगिक में मौजूद हैं। कार्बोनेट का अभिक्रिया-पैटर्न उत्पादों को निर्धारित करता है।
प्रश्न 2
पोटैशियम क्लोरेट का अपघटन होकर पोटैशियम क्लोराइड और ऑक्सीजन गैस बनती है।
संतुलित रासायनिक समीकरण लिखें। फिर यह गणना करें कि \(0.400\ \text{mol}\) पोटैशियम क्लोरेट के पूर्ण अपघटन पर कितने मोल ऑक्सीजन बनेंगे।
समाधान 2
संतुलित समीकरण \(\ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2}\) है, और \(0.600\ \text{mol}\) ऑक्सीजन उत्पन्न होती है।
सही उत्पादों से शुरू करें:
\[ \ce{KClO3 -> KCl + O2} \]
पहले ऑक्सीजन को संतुलित करें। \(2\ce{KClO3}\) और \(3\ce{O2}\) का उपयोग करके छह ऑक्सीजन परमाणु प्राप्त किए जा सकते हैं:
\[ \ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2} \]
इसलिए मोल अनुपात है:
\[ 2\ \text{mol }\ce{KClO3} : 3\ \text{mol }\ce{O2} \]
अतः:
\[ n(\ce{O2}) = 0.400\ \text{mol} \times \frac{3\ \text{mol }\ce{O2}} {2\ \text{mol }\ce{KClO3}} = 0.600\ \text{mol} \]
इसलिए, \(0.600\ \text{mol}\) \(\ce{O2}\) उत्पन्न होती है।
मुख्य जाल \(2:3\) अनुपात है। संतुलित समीकरण के गुणांक मोल अनुपात निर्धारित करते हैं। वे अपने-आप \(1:1\) नहीं होते।
प्रश्न 3
शुद्ध कैल्शियम कार्बोनेट के \(25.0\ \text{g}\) नमूने को तब तक गरम किया जाता है जब तक वह पूरी तरह अपघटित न हो जाए।
\[ \ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)} \]
शेष कैल्शियम ऑक्साइड के अपेक्षित द्रव्यमान की गणना करें। \(M(\ce{CaCO3}) = 100.09\ \text{g mol}^{-1}\) और \(M(\ce{CaO}) = 56.08\ \text{g mol}^{-1}\) का उपयोग करें।
समाधान 3
कैल्शियम ऑक्साइड का अपेक्षित द्रव्यमान \(14.0\ \text{g}\) है।
पहले कैल्शियम कार्बोनेट की मात्रा ज्ञात करें:
\[ n(\ce{CaCO3}) = \frac{25.0\ \text{g}} {100.09\ \text{g mol}^{-1}} = 0.2498\ \text{mol} \]
संतुलित समीकरण \(1:1\) मोल अनुपात दर्शाता है:
\[ 1\ \text{mol }\ce{CaCO3} : 1\ \text{mol }\ce{CaO} \]
इसलिए:
\[ n(\ce{CaO}) = 0.2498\ \text{mol} \]
इसे द्रव्यमान में बदलें:
\[ m(\ce{CaO}) = nM = (0.2498\ \text{mol})(56.08\ \text{g mol}^{-1}) = 14.0\ \text{g} \]
इसलिए, \(14.0\ \text{g}\) कैल्शियम ऑक्साइड शेष रहता है।
कम हुआ \(11.0\ \text{g}\) नष्ट नहीं हुआ है। वह कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में बाहर निकलता है:
\[ 25.0\ \text{g} - 14.0\ \text{g} = 11.0\ \text{g} \]
यह प्रश्न शेष ठोस के द्रव्यमान और अभिक्रिया के सभी उत्पादों के कुल द्रव्यमान के बीच अंतर की जाँच करता है।
प्रश्न 4
एक विद्यार्थी को बताया जाता है कि एक अज्ञात शुद्ध ठोस का सूत्र \(\ce{XCO3}\) है, जहाँ X ऐसी धातु है जो \(2+\) आयन बनाती है। गरम करने पर ठोस निम्न समीकरण के अनुसार पूरी तरह अपघटित होता है:
\[ \ce{XCO3(s) -> XO(s) + CO2(g)} \]
विद्यार्थी \(\ce{XCO3}\) के \(5.00\ \text{g}\) से शुरू करता है और \(\ce{XO}\) के \(2.80\ \text{g}\) प्राप्त करता है।
समझाएँ कि पहले मोल ज्ञात करके कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान निकालना उपयुक्त क्यों नहीं होगा। फिर X की पहचान किए बिना उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान ज्ञात करें।
समाधान 4
कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान \(2.20\ \text{g}\) है, और धातु की पहचान करना या मोल की गणना करना आवश्यक नहीं है।
क्योंकि अपघटन पूर्ण है और नमूना शुद्ध है, प्रारंभिक द्रव्यमान उत्पादों के कुल द्रव्यमान के बराबर होना चाहिए:
\[ m(\ce{XCO3}) = m(\ce{XO}) + m(\ce{CO2}) \]
इसलिए:
\[ m(\ce{CO2}) = 5.00\ \text{g} - 2.80\ \text{g} = 2.20\ \text{g} \]
अतः \(2.20\ \text{g}\) कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होती है।
यदि X की पहचान ज्ञात होती, तो मोल की गणना करना रासायनिक रूप से गलत नहीं होता। समस्या यह है कि X अज्ञात है, इसलिए \(\ce{XCO3}\) और \(\ce{XO}\) के मोलर द्रव्यमान अभी सीधे ज्ञात नहीं किए जा सकते।
बेहतर तरीका यह पहचानना है कि प्रश्न को द्रव्यमान संरक्षण का उपयोग करके तुरंत हल किया जा सकता है। आकर्षक लेकिन गलत आदत यह मान लेना है कि हर मात्रात्मक रसायन विज्ञान प्रश्न की शुरुआत \(n = \frac{m}{M}\) से ही होनी चाहिए।
प्रश्न 5
दो विद्यार्थी एक ही शुद्ध धातु कार्बोनेट के समान \(10.00\ \text{g}\) नमूनों को गरम करते हैं।
विद्यार्थी A नमूने को खुले क्रूसिबल में तब तक गरम करता है जब तक अपघटन पूर्ण न हो जाए। अंतिम ठोस का द्रव्यमान \(6.40\ \text{g}\) है।
विद्यार्थी B उतनी ही मात्रा के कार्बोनेट को पूर्णतः सीलबंद पात्र में गरम करता है। पूर्ण अपघटन और फिर प्रारंभिक तापमान तक ठंडा होने के बाद कोई पदार्थ बाहर नहीं निकला है।
विद्यार्थी B दावा करता है, “मेरी तुला पर भी \(6.40\ \text{g}\) ही आना चाहिए, क्योंकि कार्बोनेट अपघटित हो चुका है और केवल \(6.40\ \text{g}\) ठोस बचा है।”
इस दावे का मूल्यांकन करें। मान लें कि अभिक्रिया में केवल एक ठोस धातु ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनती है।
समाधान 5
विद्यार्थी B का दावा गलत है। सीलबंद पात्र में अब भी पूरे \(10.00\ \text{g}\) अभिक्रिया-उत्पाद मौजूद हैं, भले ही उनमें से केवल \(6.40\ \text{g}\) ठोस हो।
विद्यार्थी A के लिए मापे गए ठोस द्रव्यमान में कमी है:
\[ 10.00\ \text{g} - 6.40\ \text{g} = 3.60\ \text{g} \]
यह \(3.60\ \text{g}\) उस कार्बन डाइऑक्साइड के अनुरूप है जो खुले क्रूसिबल से बाहर निकल गई।
विद्यार्थी B के लिए अपघटन से फिर भी वही मात्राएँ बनती हैं:
\[ 6.40\ \text{g ठोस ऑक्साइड} + 3.60\ \text{g कार्बन डाइऑक्साइड} = 10.00\ \text{g कुल उत्पाद} \]
क्योंकि पात्र सीलबंद है, कार्बन डाइऑक्साइड उसके अंदर ही रहती है। यदि पूरी सीलबंद प्रणाली को अभिक्रिया से पहले और बाद में समान परिस्थितियों में तौला जाए, तो उसका द्रव्यमान अपरिवर्तित रहता है।
जाल यह है कि ठोस उत्पाद के द्रव्यमान को पूरी रासायनिक प्रणाली के द्रव्यमान के साथ भ्रमित किया जा रहा है। अपघटन यह बदल सकता है कि कौन-से पदार्थ उपस्थित हैं और वे ठोस हैं या गैस, लेकिन बंद प्रणाली में पदार्थ की कुल मात्रा नहीं बदलती।
13अपघटन से आगे आप क्या ज्ञात कर सकते हैं
एक बार जब आप अपघटन को पहचानना और उचित उत्पादों का पूर्वानुमान लगाना सीख लेते हैं, तो अगला कदम केवल अभिक्रिया के प्रकार का नाम बताना नहीं रह जाता। आप संतुलित समीकरण का उपयोग करके कण-स्तर पर होने वाली घटनाओं को प्रयोगशाला में किए गए मापों से जोड़ सकते हैं।
ठोस के द्रव्यमान में कमी आपको बता सकती है कि कितनी गैस बाहर निकली। गैस का आयतन बता सकता है कि कितना अभिकारक अपघटित हुआ। अपेक्षा से अलग अंतिम द्रव्यमान अपूर्ण अपघटन, अशुद्धियों या किसी अन्य अभिक्रिया का संकेत दे सकता है।
अभिक्रिया-पैटर्न तर्क की शुरुआत करता है, लेकिन परमाणुओं का संरक्षण और स्टॉइकियोमेट्री उस पूर्वानुमान को जाँचने योग्य बनाते हैं।