NCERT सारांश: रसायन विज्ञान- 4 का सारांश | UPSC CSE (हिंदी) के लिए पुरानी और नई एनसीईआरटी अवश्य पढ़ें PDF Download

गैसों के गुण

1. गैसों के गुण

• गैस का कोई निश्चित आकार या मात्रा नहीं होती; गैस उस मात्रा को भरती है जो उसके लिए उपलब्ध है।
• तरल के व्यवहार की तुलना में, जब उसका मात्रा उस स्थान से कम हो, जिसे वह भरती है, तब तरल हमेशा एक विशिष्ट ऊपरी सतह रखता है।
• गैसों की दूसरी विशेष विशेषता उनकी कम घनत्व है, जो तरल और ठोस की तुलना में होती है।
• गैसों की सबसे उल्लेखनीय विशेषता यह है कि वे सभी तापमान और दबाव में परिवर्तन के प्रति एक समान व्यवहार करते हैं, जो पूर्वानुमान योग्य मात्रा में विस्तार या संकुचन करते हैं।
• गैसें समान तापमान अंतर के कारण समान रूप से फैलती हैं।
• गैसों का डिफ्यूजन: यह वह घटना है जिसमें एक पदार्थ दूसरे के साथ अणु की गति के कारण मिल जाता है, यहां तक कि गुरुत्व के विपरीत भी।
• गैस का दबाव: गैस के अणु लगातार गति में होते हैं और अपने कंटेनर की आंतरिक दीवारों पर बार-बार टकराते हैं। जैसे ही वे टकराते हैं, वे तुरंत बिना किसी गतिज ऊर्जा के नुकसान के वापस उछलते हैं, लेकिन दिशा में परिवर्तन (त्वरण) कंटेनर की दीवारों पर एक बल लगाता है। यह बल उस कुल सतह क्षेत्र द्वारा विभाजित किया जाता है जिस पर यह कार्य करता है, और यही गैस का दबाव है।
• SI प्रणाली में दबाव की इकाई पास्कल (Pa) है, जिसे एक न्यूटन प्रति वर्ग मीटर (1 Nm–2 = 1 kg m–1s–2) के बल के रूप में परिभाषित किया गया है।
• तापमान और तापमान माप: तापमान को औसत गर्मी के माप के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह कणों की संख्या या किसी वस्तु के आकार और आकृति पर निर्भर नहीं होता। पानी का उबालने का तापमान सभी प्रकार के कंटेनरों के लिए समान होता है।
• थर्मामीटर: वह उपकरण जिसका उपयोग किसी वस्तु के तापमान को मापने के लिए किया जाता है।
• तापमान स्केल: एक संदर्भ स्केल जिसके संबंध में तापमान मापे जा सकते हैं, उसे ‘तापमान का स्केल’ कहा जाता है। तापमान के विभिन्न स्केल उपयोग में हैं। प्रमुख तापमान स्केल हैं:
  • i. सेल्सियस स्केल
  • ii. केल्विन स्केल
  • iii. फारेनहाइट स्केल
• तापमान का स्केल बनाने के लिए निश्चित संदर्भ बिंदुओं (तापमान) की आवश्यकता होती है, जिनके संदर्भ में सभी अन्य तापमान मापे जाते हैं।
• सेल्सियस स्केल: इस स्केल में सबसे निचला निश्चित बिंदु शुद्ध बर्फ का गलनांक है। ऊपरी निश्चित बिंदु शुद्ध पानी का उबालने का बिंदु है। इस अंतराल को 100 विभाजनों में विभाजित किया गया है, सभी समान दूरी पर। प्रत्येक विभाजन को एक डिग्री सेल्सियस (ºC) के रूप में दर्शाया जाता है।
• केल्विन स्केल: यह एक अन्य प्रकार का स्केल है जिसका उपयोग तापमान के माप के लिए किया जाता है। केल्विन स्केल को तापमान का अवधारणात्मक स्केल भी कहा जाता है। इसका सबसे निचला निश्चित बिंदु -273.15ºC है।
• अब्सोल्यूट जीरो: वह तापमान जब गैस का कोई निश्चित मात्रा नहीं होती या दबाव नहीं डालती, उसे “अब्सोल्यूट जीरो” कहा जाता है। यह 0K या -273ºC है। इस तापमान पर गैस का सैद्धांतिक मात्रा शून्य है।
• फारेनहाइट तापमान स्केल: इस स्केल में निचले और ऊपरी निश्चित बिंदु क्रमशः 32°F और 212°F माने जाते हैं। 180°F के अंतराल को 180 समान भागों में विभाजित किया गया है। प्रत्येक भाग को 1°F के रूप में जाना जाता है।
• गैस की मात्रा: गैस की मात्रा केवल वह स्थान है जिसमें गैस के अणु स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं।
• गैसों की संपीड़नशीलता: गैस के अणुओं के बीच बड़े अंतःअणु स्थान होते हैं। दबाव लगाने पर इस स्थान को काफी कम किया जा सकता है और अणुओं को करीब लाया जा सकता है। इस प्रकार गैस की मात्रा को काफी कम किया जा सकता है। इसे गैस को संकुचित करना कहा जाता है।

2. गैस के नियम

• सभी गैसें, चाहे उनकी रासायनिक संरचना कुछ भी हो, कुछ निश्चित कानूनों का पालन करती हैं जो गैसों के आयतन, तापमान और दबाव के बीच संबंध को नियंत्रित करते हैं। एक निश्चित स्थिति में, गैस का एक निश्चित द्रव्यमान निश्चित आयतन में होता है। जब इनमें से कोई भी तीन चर बदलता है, तो अन्य चरों में भी परिवर्तन होता है। इस प्रकार, ये गैस कानून गैस के आयतन, दबाव और तापमान के तीन चरों के बीच संबंध स्थापित करते हैं।
• बॉयल का कानून: रॉबर्ट बॉयल (1627 - 1691) ने 1662 में इस कानून की खोज की और इसे उनके नाम पर रखा गया। इसे इस प्रकार पुनः प्रस्तुत किया जा सकता है: "एक निश्चित द्रव्यमान की सूखी गैस के आयतन और दबाव का गुणनफल निश्चित तापमान पर स्थिर रहता है।" P "1/ V (स्थिर तापमान पर) या PXV= K (जहां K स्थिर है)।
• चार्ल्स का कानून: "स्थिर दबाव पर, एक निश्चित द्रव्यमान की गैस का आयतन 32°F पर इसके मूल आयतन का 1/273 बढ़ता या घटता है, प्रत्येक डिग्री सेल्सियस तापमान में वृद्धि या कमी के लिए।" मान लीजिए कि एक निश्चित द्रव्यमान की गैस का आयतन V1 है और तापमान T1 केल्विन पर स्थिर दबाव पर है, तो चार्ल्स के कानून के अनुसार हम लिख सकते हैं: V “T या VT=K (स्थिर)।
• दबाव कानून: आयतन स्थिर रहते हुए, एक निश्चित द्रव्यमान की गैस का दबाव 0°C पर इसके दबाव के 1/273 के समान एक निश्चित अंश से बढ़ता या घटता है, तापमान में प्रत्येक डिग्री सेल्सियस की वृद्धि या कमी पर। यदि 0ºC पर गैस का दबाव Po है; तब तापमान में T0C की वृद्धि या कमी के लिए, इसका दबाव Pt इस प्रकार होगा: Pt= Po{1±(t/273)}।
• एवोगadro का कानून: यह काफी सहज है: एक निश्चित दबाव द्वारा सीमित गैस का आयतन गैस की मात्रा के सीधे अनुपात में बदलता है। समान आयतन की गैसें, जो समान तापमान और दबाव पर मापी जाती हैं, समान संख्या में अणु रखती हैं। इस प्रकार, एवोगाड्रो का कानून गैस के मोलों की संख्या और इसके आयतन के बीच सीधे आनुपातिक संबंध का पूर्वानुमान करता है।
• गै-लुसैक का कानून: जब विभिन्न गैसें एक-दूसरे के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती हैं, तो समान तापमान और दबाव की स्थिति में, प्रतिक्रिया कर रही गैसों और उत्पाद गैसों के आयतन के बीच एक सरल अनुपात होता है।
• एवोगाड्रो की परिकल्पना: समान दबाव और तापमान की स्थिति में, सभी गैसों के समान आयतन में समान संख्या में अणु होते हैं।
• अणु भार: किसी तत्व या यौगिक का अणु भार उस पदार्थ के अणुओं के परमाणु भार का योग होता है। उदाहरण: नाइट्रिक एसिड का अणुसूत्र HNO3 है; इसलिए इसका अणु भार = H N 3 × O = 1 14 3 × 16 = 63 (हाइड्रोजन का परमाणु भार 1 मानते हुए)।
• ग्राम-परमाणु भार: किसी पदार्थ की वह मात्रा, जिसका द्रव्यमान ग्राम में उसके परमाणु भार के बराबर हो, उसे उसका ग्राम-परमाणु भार कहा जाता है।
• ग्राम-अणु भार: किसी पदार्थ की वह मात्रा, जिसका द्रव्यमान ग्राम में उसके अणु भार के बराबर हो, उसे उसका ग्राम-अणु भार या मोल कहा जाता है।
• ग्राम-अणु आयतन: किसी गैस के एक मोल द्वारा ग्रहण किया गया आयतन, जिसे ग्राम-अणु आयतन या मोलर आयतन कहा जाता है। एवोगाड्रो की परिकल्पना के आधार पर, किसी गैस का ग्राम अणु आयतन सामान्य तापमान और दबाव पर 22.4 लीटर है।
• एवोगाड्रो संख्या: एवोगाड्रो की परिकल्पना से, हम जानते हैं कि सामान्य तापमान और दबाव पर सभी गैसों के समान आयतन में समान संख्या में अणु होते हैं। साथ ही, यह भी ज्ञात है कि सामान्य तापमान और दबाव पर किसी गैस का एक मोल 22.4 लीटर स्थान घेरता है। दोनों को मिलाकर, हम कह सकते हैं कि, गैसों का ग्राम अणु आयतन समान संख्या में अणु रखता है। यह संख्या एवोगाड्रो संख्या के रूप में जानी जाती है और यह 6.06X10²³ के बराबर है।
• गैस समीकरण: बॉयल के कानून के अनुसार, गैस का आयतन दबाव के विपरीत होता है, तापमान स्थिर रहने पर, अर्थात् V “1/ P और चार्ल्स के कानून के अनुसार, गैस का आयतन पूर्ण तापमान के सीधे अनुपात में होता है, दबाव स्थिर रहने पर, अर्थात् V “T। इन दोनों कानूनों को इस प्रकार जोड़ा जा सकता है: एक निश्चित द्रव्यमान की गैस का आयतन दबाव के विपरीत और तापमान के सीधे अनुपात में होता है। V “(1/ P)XT या V “T/P या (PXV)/T = K (स्थिर)। दूसरे शब्दों में, यदि गैस के लिए प्रारंभिक स्थितियाँ P1, V1, और T1 हैं, तो परिवर्तित स्थितियाँ P2, V2, और T2 होंगी। इस प्रकार, (P1X V1)/ T1 = (P2X V2)/ T2।
• आदर्श गैस का समीकरण: यदि चरों P, V, T और n (मोलों की संख्या) के ज्ञात मान हैं, तो एक गैस को एक निश्चित स्थिति में कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि गैस के सभी अन्य भौतिक गुण भी परिभाषित हैं। इन स्थिति चरों के बीच का संबंध एक स्थिति समीकरण के रूप में जाना जाता है। बॉयल, चार्ल्स और एवोगाड्रो के कानूनों की अभिव्यक्तियों को मिलाकर (आपको यह करना चाहिए!) हम बहुत महत्वपूर्ण आदर्श गैस समीकरण लिख सकते हैं: PV= nRT, जहां अनुपात स्थिरांक R को गैस स्थिरांक कहा जाता है। यह उन कुछ समीकरणों में से एक है जिसे आपको इस पाठ्यक्रम में याद रखना चाहिए; आपको R का सामान्य मान और इकाइयाँ भी जाननी चाहिए।
• आदर्श गैस: आदर्श गैस एक काल्पनिक गैस है जो गैस कानूनों का पालन करती है और 0 K पर 0 आयतन रखती है, अर्थात्, यह गैस अस्तित्व में नहीं है।

कुछ सामान्य तत्व और यौगिक

1. हाइड्रोजन: प्रतीक H, सूत्र H2। यह आवर्त सारणी में पहला तत्व है और सभी तत्वों में सबसे मूल और सामान्य है। ब्रह्मांड में 90 प्रतिशत से अधिक सभी परमाणु हाइड्रोजन परमाणु हैं और ये सभी तत्वों में सबसे हल्के होते हैं। हाइड्रोजन का नाम लैटिन शब्द "हाइड्रो" से आया है, जिसका अर्थ है पानी। वैज्ञानिक सभी रासायनिक समीकरणों और विवरणों में हाइड्रोजन का प्रतिनिधित्व करने के लिए "H" अक्षर का उपयोग करते हैं।

• हाइड्रोजन परमाणु की वैलेंस शेल में एक इलेक्ट्रॉन होता है, जैसे की क्षारीय धातुओं में।
• हाइड्रोजन आमतौर पर क्षारीय धातुओं की तरह 1 वैलेंसी दिखाता है।
• हाइड्रोजन अन्य क्षारीय धातुओं की तरह एक अच्छा कमीकर्ता (reducing agent) है।
• हाइड्रोजन के समस्थानिक: प्रोटियम का परमाणु संख्या 1 और द्रव्यमान संख्या 1 है, ड्यूटेरियम का परमाणु संख्या 1 और द्रव्यमान संख्या 2 है, और ट्रिटियम का परमाणु संख्या 1 और द्रव्यमान संख्या 3 है।
• इसकी वाष्प घनत्व 1 है, जो हवा से 14.4 गुना हल्का है।

2. कार्बन: आवर्त सारणी में छठा तत्व। यह एक बहुत स्थिर तत्व है। इसकी स्थिरता के कारण, यह कई स्वाभाविक यौगिकों में और स्वतंत्र रूप से पाया जा सकता है। वैज्ञानिक कार्बन की तीन अवस्थाओं को हीरा, अमोर्फस, और ग्रेफाइट के रूप में वर्णित करते हैं।

• कार्बन में अलोट्रपी होती है और यह अधिकतम कैटनेशन दिखाता है।
• कार्बन की सामान्य वैलेंसी चार है, क्योंकि इसमें चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसलिए सभी चार बंधन सामान्यतः कोवैलेंट होते हैं।
• कार्बन स्वतंत्र अवस्था में हीरा, कोयला आदि के रूप में और संयुक्त रूप में CO2 के रूप में पाया जाता है।
• हीरा कार्बन के सभीotropic रूपों में से एक है और यह प्राकृतिक कार्बन का सबसे शुद्ध रूप है। यह सबसे कठोर प्राकृतिक पदार्थ है।
• हीरा एक विशाल ढांचा है जो एक कठोर संरचना बनाता है जिसमें बिजली का संचालन करने के लिए कोई स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन नहीं होते।
• ग्रेफाइट भी कार्बन का एक अलोट्रॉपिक रूप है, जो बहुत नरम और चिकना होता है। ग्रेफाइट में क्षैतिज स्तरों पर इलेक्ट्रॉन का एक गतिशील बादल होता है, जो इसे बिजली का एक अच्छा चालक बनाता है।
• हीरा और ग्रेफाइट के अलावा, जो कार्बन के क्रिस्टलीय रूप हैं, कार्बन के सभी अन्य रूप अमोर्फस अलोट्रॉप होते हैं।
• कोयले का विनाशकारी आसवन कोयले की गैस, गैस कार्बन, कोयला टार और अमोनिकल द्रव जैसे उत्पाद देता है।
• लैम्प ब्लैक को सूट के नाम से भी जाना जाता है। सूट कार्बनयुक्त ईंधनों, विशेष रूप से तेल ईंधनों के अपूर्ण दहन से प्राप्त होता है।
• सूत्र ठंडे भागों पर जमा हो जाता है और इसे खुरचकर इकट्ठा किया जा सकता है।
• लकड़ी का कोयला लकड़ी के विनाशकारी आसवन से प्राप्त होता है। इसके मुख्य उत्पाद लकड़ी का कोयला, लकड़ी का टार, पायरोलिग्नस एसिड और लकड़ी की गैस होते हैं।
• चीनी का कोयला गन्ने की चीनी को निर्जलीकरण करके प्राप्त किया जा सकता है, या इसे संकेंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ उपचारित करके या हवा की अनुपस्थिति में गर्म करके प्राप्त किया जा सकता है।
• हड्डी का कोयला एक काले पाउडर के रूप में जाना जाता है जिसे 'आइवरी ब्लैक' कहा जाता है। यह छिद्रित है और रंगीन पदार्थ को अवशोषित कर सकता है। इसे मुख्यतः चीनी उद्योग में चीनी को रंगहीन (decolourise) करने के लिए उपयोग किया जाता है।

3. नाइट्रोजन: यह आवर्त सारणी का सातवां तत्व है जो कार्बन और ऑक्सीजन के बीच स्थित है। पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग अस्सी प्रतिशत नाइट्रोजन गैस से बना है। नाइट्रोजन एक स्पष्ट गैस है जिसका कोई गंध नहीं होती है जब यह अपने शुद्ध रूप में होता है। यह शुद्ध अणु में बहुत प्रतिक्रियाशील नहीं है, लेकिन यह अन्य तत्वों के साथ मिलकर बहुत प्रतिक्रियाशील यौगिक बना सकता है, जिसमें हाइड्रोजन (अमोनिया) शामिल है। नाइट्रोजन परमाणु में 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

• नाइट्रोजन के वैलेन्स शेल में 5 इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह हाइड्रोजन के सापेक्ष 3 की वैलेन्स और ऑक्सीजन के सापेक्ष 5 की वैलेन्स रखता है।
• प्रयोगशाला में, नाइट्रोजन का निर्माण अमोनियम नाइट्राइट और अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण पर गर्मी के प्रभाव से किया जाता है।
• नाइट्रोजन को पानी के नीचे की ओर विस्थापन द्वारा एकत्र किया जाता है और इसे रासायनिक नाइट्रोजन कहा जाता है।
• नाइट्रोजन एक न्यूट्रल गैस है और यह न तो दहनशील है और न ही दहन का समर्थन करती है।

4. ऑक्सीजन: प्रतीक O, सूत्र O₂। अकेले, ऑक्सीजन एक रंगहीन और गंधहीन यौगिक है जो कमरे के तापमान पर गैस होती है। ऑक्सीजन के अणु वातावरण में ऑक्सीजन का एकमात्र रूप नहीं हैं; आप ऑक्सीजन को ओज़ोन और कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में भी पाएंगे। एक ऑक्सीजन परमाणु में 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रयोगशाला में, ऑक्सीजन सामान्यतः पोटेशियम क्लोरेट और मैंगनीज डाइऑक्साइड के मिश्रण को गर्म करके प्राप्त की जाती है।

मैंगनीज डाइऑक्साइड पोटेशियम क्लोरेट के विघटन को सरल बनाता है, लेकिन यह अपने द्रव्यमान और संरचना में अपरिवर्तित रहता है और इसलिए यह प्रतिक्रिया में एक उत्तेजक के रूप में कार्य करता है। ऑक्सीजन नॉन-कंबस्टेबल है लेकिन यह दहन का अच्छे से समर्थन करती है। एक ऑक्साइड दो तत्वों का यौगिक है, जिनमें से एक ऑक्सीजन है। इसे तरल और ठोस में बदला जा सकता है। इसका उपयोग वेल्डिंग प्रक्रिया में किया जाता है और इसे अस्पतालों में कृत्रिम श्वसन के लिए भी उपयोग किया जाता है। ऑक्सीजन की वैलेन्स -2 है।