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

• गैसों का कोई निश्चित आयतन या आकार नहीं होता; एक गैस उपलब्ध आयतन को भर लेगी। इसके विपरीत, तरल का हमेशा एक स्पष्ट ऊपरी सतह होती है जब उसका आयतन उस स्थान से कम होता है जिसे वह घेरता है।
• गैसों की एक अन्य प्रमुख विशेषता उनकी कम घनत्व होती है, जो तरल और ठोस की तुलना में होती है।
• हालांकि, गैसों की सबसे अद्भुत विशेषता यह है कि वे सभी तापमान और दबाव में परिवर्तनों के प्रति समान प्रतिक्रिया करते हैं, पूर्वानुमेय मात्रा में विस्तार या संकुचन करते हैं।
• यह तरल या ठोस के व्यवहार से बहुत भिन्न है, जहां प्रत्येक विशेष पदार्थ के गुणों को व्यक्तिगत रूप से निर्धारित करना पड़ता है।
• सभी गैसें समान तापमान के अंतर के कारण समान रूप से फैलती हैं।

गैसों का विसरण:

• यह वह घटना है जिसमें एक पदार्थ दूसरे के साथ मिश्रित होता है क्योंकि आणविक गति के कारण, यहां तक कि गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ भी, इसे विसरण कहा जाता है।

गैस का दबाव:

• गैस के अणु निरंतर गति में होते हैं और बार-बार अपने कंटेनर की आंतरिक दीवारों से टकराते हैं। जब वे ऐसा करते हैं, तो वे तुरंत बिना किसी गतिज ऊर्जा के नुकसान के उछलते हैं, लेकिन दिशा का परिवर्तन (त्वरण) कंटेनर की दीवारों पर एक बल लगाता है।
• यह बल, जिस पर यह कार्य करता है, के कुल सतह क्षेत्र से विभाजित किया जाता है, यह गैस का दबाव होता 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 पैमाने:

• तापमान को औसत गर्मी के माप के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह कणों की संख्या या वस्तु के आकार और आकृति पर निर्भर नहीं होता। पानी का उबालने का तापमान सभी प्रकार के कंटेनरों के लिए समान होता है।
• थर्मामीटर: यह वह उपकरण है जिसका उपयोग किसी वस्तु के तापमान को मापने के लिए किया जाता है।
• तापमान पैमाना: यह एक संदर्भ पैमाना है जिसके सापेक्ष तापमान मापे जा सकते हैं। विभिन्न तापमान के पैमाने उपयोग में हैं। महत्वपूर्ण तापमान के पैमाने हैं:
• i. सेल्सियस पैमाना
• ii. केल्विन पैमाना
• iii. फारेनहाइट पैमाना

तापमान के पैमाने को निर्धारित करने के लिए निश्चित संदर्भ बिंदुओं (तापमान) की आवश्यकता होती है, जिनके सापेक्ष सभी अन्य तापमान मापे जाते हैं। सेल्सियस और फारेनहाइट तापमान के पैमानों के लिए, निश्चित बिंदु निम्नलिखित हैं:

• (i) निचला निश्चित बिंदु: सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर शुद्ध बर्फ का गलनांक निचला निश्चित बिंदु माना जाता है।
• (ii) ऊपरी निश्चित बिंदु: सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर शुद्ध पानी का उबालने का बिंदु ऊपरी निश्चित बिंदु माना जाता है।

सेल्सियस पैमाना: इस पैमाने में सबसे निचला निश्चित बिंदु शुद्ध पदार्थ का जमने का तापमान है। ऊपरी निश्चित बिंदु पानी का उबालने का बिंदु है। अंतर को 100 विभाजनों में विभाजित किया गया है, सभी समान दूरी पर। प्रत्येक विभाजन को एक डिग्री सेल्सियस (ºC) के रूप में दर्शाया गया है। सेल्सियस पैमाने को सेंटीग्रेड पैमाना भी कहा जाता है क्योंकि तापमान की सीमा को 100 समान विभाजनों में विभाजित किया गया है।

केल्विन पैमाना: तापमान के माप को परिभाषित करने के लिए एक अन्य प्रकार का पैमाना केल्विन पैमाना है। केल्विन पैमाना को तापमान का निरपेक्ष पैमाना भी कहा जाता है। सबसे निचला निश्चित बिंदु वह तापमान है जिस पर एक पदार्थ को ठंडा किया जाता है, जैसे -273.15ºC। इस पैमाने के अनुसार, तापमान को केवल K के रूप में दर्शाया जाता है।

निरपेक्ष शून्य: वह तापमान जिस पर किसी निश्चित गैस का द्रव्यमान कोई आयतन नहीं घेरता या दबाव नहीं डालता, उसे "निरपेक्ष शून्य" कहा जाता है। निरपेक्ष शून्य अर्थात 0K या -273ºC सबसे कम संभव तापमान है जो प्राप्त किया जा सकता है। इस तापमान पर गैस का सैद्धांतिक आयतन शून्य होता है। केल्विन पैमाने में, सबसे कम संभव तापमान शून्य माना जाता है। इस तापमान को निरपेक्ष शून्य कहा जाता है। निरपेक्ष शून्य पर कोई आणविक गति नहीं होती है और कोई ऊष्मा ऊर्जा नहीं होती। निरपेक्ष शून्य पर सभी परमाणु और आणविक गतियाँ रुक जाती हैं। इसलिए निरपेक्ष शून्य सबसे कम संभव तापमान है, जिसे 0K या -273.15ºC के रूप में दर्शाया जाता है।

फारेनहाइट तापमान का पैमाना: इस पैमाने में निचले और ऊपरी निश्चित बिंदु क्रमशः 320°F और 212°F माने जाते हैं। 180°F का अंतर 180 समान भागों में विभाजित किया गया है। प्रत्येक भाग को 1°F के रूप में जाना जाता है। इसका व्यापक रूप से डॉक्टरों द्वारा उपयोग किया जाता है।

गैस का आयतन वह स्थान है जिसमें गैस के अणु स्वतंत्र रूप से गति करने के लिए स्वतंत्र होते हैं। यदि हमारे पास गैसों का मिश्रण है, जैसे हवा, तो विभिन्न गैसें एक ही आयतन के भीतर सह-अस्तित्व में रहेंगी। इन दृष्टियों से, गैसें तरल और ठोस, जो कि पदार्थ की दो संघनित अवस्थाएँ हैं, से बहुत भिन्न होती हैं।

गैस का SI आयतन इकाई घन मीटर है, लेकिन रसायन विज्ञान में हम सामान्यतः लीटर और मिलीलीटर (ml) का उपयोग करते हैं। घन सेंटीमीटर (cc) भी अक्सर उपयोग किया जाता है; यह 1 मिलीलीटर (mL) के बहुत करीब है।

संपीड़्यता: गैस के कणों के बीच बड़े अंतःआणविक स्थान होते हैं। दबाव के अनुप्रयोग द्वारा इस स्थान को काफी कम किया जा सकता है और कणों को निकट लाया जा सकता है। इसलिए एक गैस का आयतन काफी कम किया जा सकता है। इसे गैस को संकुचन कहा जाता है।

2. गैस के नियम

• सभी गैसें, चाहे उनकी रासायनिक संरचना कुछ भी हो, ऐसे कुछ नियमों का पालन करती हैं जो गैसों के आयतन, तापमान और दबाव के बीच संबंध को नियंत्रित करते हैं। किसी निश्चित द्रव्यमान की गैस, निश्चित तापमान और दबाव की स्थितियों में, एक निश्चित आयतन घेरती है। जब इनमें से किसी एक चर को बदला जाता है, तो अन्य चर भी बदल जाते हैं। इस प्रकार, ये गैस के आयतन, दबाव और तापमान के तीन चर के बीच संबंध स्थापित करते हैं।
• बॉयल का नियम: रॉबर्ट बॉयल (1627 - 1691) ने 1662 में इस नियम की खोज की और इसे उनके नाम पर रखा गया। इसे इस प्रकार पुनः व्यक्त किया जा सकता है: "किसी दिए गए सूखे गैस के द्रव्यमान का आयतन और दबाव का गुणनफल एक निश्चित तापमान पर स्थिर होता है।" P “1/ V (स्थिर तापमान पर) या P × V = K (जहाँ K स्थिर है)।
• चार्ल्स का नियम: "स्थिर दबाव पर, किसी दिए गए गैस के द्रव्यमान का आयतन 32°F पर अपने मूल आयतन का 1/273 बढ़ता या घटता है, प्रत्येक डिग्री सेल्सियस तापमान में वृद्धि या कमी पर।" मान लें कि किसी गैस का द्रव्यमान एक तापमान T1 के तहत स्थिर दबाव पर V1 है, तो चार्ल्स के नियम के अनुसार हम लिख सकते हैं: V “T या V × T = K (स्थिर)।
• दबाव नियम: आयतन स्थिर रहने पर, किसी दिए गए गैस के द्रव्यमान का दबाव 0°C पर उसके दबाव का एक स्थिर अंश (=1/273) प्रत्येक डिग्री सेल्सियस तापमान में वृद्धि या कमी पर बढ़ता या घटता है। यदि 0°C पर गैस का दबाव P0 है; तो तापमान में T0°C के बढ़ने या घटने पर इसका दबाव Pt इस प्रकार दिया जाता है: Pt = P0{1±(t/273)}।
• एवोगाड्रो का नियम: यह काफी सहज है: एक निश्चित दबाव द्वारा सीमित गैस का आयतन गैस की मात्रा के साथ सीधे अनुपात में बदलता है। समान तापमान और दबाव पर मापा गया समान आयतन की गैसों में समान संख्या के अणु होते हैं। इस प्रकार, एवोगाड्रो का नियम गैस के मोलों की संख्या और उसके आयतन के बीच सीधे अनुपात के संबंध की भविष्यवाणी करता है।
• गे-लुसैक का नियम: जब विभिन्न गैसें रासायनिक रूप से एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करती हैं, तो समान तापमान और दबाव की स्थितियों में, प्रतिक्रियाशील गैसों और उत्पाद गैसों का आयतन एक सरल अनुपात में होता है।
• एवोगाड्रो का परिकल्पना: समान दबाव और तापमान की स्थितियों में, सभी गैसों के समान आयतनों में समान संख्या के अणु होते हैं।
• किसी तत्व या यौगिक का आणविक वजन उन अणुओं के परमाणु भार का योग होता है जो उस पदार्थ के एक अणु का निर्माण करते हैं। उदाहरण: नाइट्रिक एसिड का आणविक सूत्र HNO3 है; इसलिए इसका आणविक वजन = H + N + 3 × O = 1 + 14 + 3 × 16 = 63 (हाइड्रोजन का परमाणु वजन 1 मानते हुए)।
• ग्राम-परमाणु वजन: किसी पदार्थ की वह मात्रा जिसकी द्रव्यमान ग्राम में उसकी परमाणु वजन के समान होती है, उसे उसका ग्राम-परमाणु वजन कहा जाता है।
• ग्राम-आणविक वजन: किसी पदार्थ की वह मात्रा जिसकी द्रव्यमान ग्राम में उसकी आणविक वजन के समान होती है, उसे उसका ग्राम-आणविक वजन या मोल कहा जाता है।
• ग्राम-आणविक आयतन: किसी गैस के एक मोल द्वारा घेरित आयतन को ग्राम-आणविक आयतन या मोलर आयतन कहा जाता है। एवोगाड्रो के परिकल्पना के आधार पर, किसी भी गैस का ग्राम-आणविक आयतन सामान्य तापमान और दबाव पर 22.4 लीटर होता है।
• एवोगाड्रो संख्या: एवोगाड्रो के परिकल्पना से, हम जानते हैं कि समान तापमान और दबाव पर सभी गैसों के समान आयतनों में समान संख्या के अणु होते हैं। इसके अलावा, हम जानते हैं कि सामान्य तापमान और दबाव पर किसी भी गैस का एक मोल 22.4 लीटर घेरता है। इन दोनों को मिलाकर, हम कह सकते हैं कि सभी गैसों का ग्राम-आणविक आयतन समान संख्या के अणु घेरता है। इस संख्या को एवोगाड्रो संख्या कहा जाता है और यह 6.06×10²³ के बराबर होती है।
• गैस समीकरण: बॉयल के नियम के अनुसार, गैस का आयतन दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जबकि तापमान स्थिर रहता है, अर्थात्, V “1/P और चार्ल्स के नियम के अनुसार, गैस का आयतन निरपेक्ष तापमान के सीधे अनुपात में होता है, जबकि दबाव स्थिर रहता है, अर्थात्, V “T। इन दोनों नियमों को मिलाकर हम लिख सकते हैं: किसी दिए गए गैस का आयतन दबाव के व्युत्क्रमानुपाती और तापमान के प्रत्यक्ष अनुपात में होता है। V “(1/P) × T या V “T/P या (P × V)/T = K (स्थिर)। दूसरे शब्दों में, यदि किसी गैस का प्रारंभिक स्थिति P1, V1, और T1 है, तो बदलने वाली स्थिति P2, V2, और T2 है। इस प्रकार, (P1 × V1)/T1 = (P2 × V2)/T2।
• आदर्श गैस का समीकरण: यदि चर P, V, T और n (मोलों की संख्या) के ज्ञात मान हैं, तो गैस को एक निश्चित स्थिति में कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि गैस के सभी अन्य भौतिक गुण भी परिभाषित होते हैं। इन स्थिति चर के बीच संबंध को स्थिति समीकरण कहा जाता है। बॉयल के, चार्ल्स के और एवोगाड्रो के नियमों की अभिव्यक्तियों को मिलाकर (आपको यह करना चाहिए!) हम बहुत महत्वपूर्ण आदर्श गैस समीकरण लिख सकते हैं: PV = nRT, जहाँ अनुपात स्थिरांक R को गैस स्थिरांक कहा जाता है। यह उस कुछ समीकरणों में से एक है जिसे आपको इस पाठ्यक्रम में याद करना चाहिए; आपको R का सामान्य मान और इकाइयाँ भी पता होनी चाहिए।
• आदर्श गैस एक काल्पनिक गैस है जो गैस नियमों का पालन करती है और 0 K पर 0 आयतन रखती है, अर्थात्, गैस अस्तित्व में नहीं है।

कुछ सामान्य तत्व और यौगिक

1. हाइड्रोजन: प्रतीक H, सूत्र H2। आवर्त सारणी में पहला तत्व और ब्रह्मांड में सबसे मौलिक और सामान्य तत्व। ब्रह्मांड में सभी परमाणुओं में से अधिक से अधिक नब्बे प्रतिशत हाइड्रोजन परमाणु हैं और ये सभी तत्वों में सबसे हल्के होते हैं। हाइड्रोजन नाम लैटिन शब्द "hydro" से लिया गया है जिसका अर्थ है पानी। वैज्ञानिक सभी रासायनिक समीकरणों और वर्णनों में हाइड्रोजन का प्रतिनिधित्व करने के लिए "H" का उपयोग करते हैं।

• हाइड्रोजन परमाणु की वैलेंस शेल में एक इलेक्ट्रॉन होता है, जैसे कि क्षारीय धातुएं।
• हाइड्रोजन सामान्यतः क्षारीय धातुओं की तरह 1 वैलेंसी दिखाता है।
• हाइड्रोजन एक अच्छा कमजोर एजेंट है, जैसे अन्य क्षारीय धातुएं।
• 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।
• इसके पास 1 का भाप घनत्व है, जो हवा से 14.4 गुना हल्का है।

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

• कार्बन अलोट्रॉपी प्रदर्शित करता है और अधिकतम कैटनेशन दिखाता है।
• कार्बन की सामान्य वैलेंसी चार होती है, क्योंकि इसके पास चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इस प्रकार सभी चार बंध सामान्यतः कोवैलेंट होते हैं।
• कार्बन हीरे, कोयले आदि के रूप में मुक्त अवस्था में और CO2 के रूप में संयुक्त रूप में पाया जाता है।
• हीरा कार्बन के एक अलोट्रॉपिक रूपों में से एक है और यह प्राकृतिक कार्बन का सबसे शुद्ध रूप है। यह सबसे कठिन प्राकृतिक पदार्थ है।
• हीरा एक विशाल ढांचे का निर्माण करता है जो कठोर संरचना बनाता है, जिसमें बिजली का संचालन करने के लिए कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।
• ग्रेफाइट भी कार्बन का एक अलोट्रॉपिक रूप है, जो बहुत नरम और चिकना होता है।
• ग्रेफाइट के क्षैतिज परतों पर एक गतिशील इलेक्ट्रॉनों का बादल होता है, जो इसे बिजली का अच्छा चालक बनाता है।
• हीरा और ग्रेफाइट के अलावा, जो कार्बन के क्रिस्टलीय रूप हैं, सभी अन्य रूप कार्बन के अमोर्फस अलोट्रॉप होते हैं।
• कोयले का विनाशकारी आसवन उत्पादों जैसे कोयला गैस, गैस कार्बन, कोयला टार और अमोनिकल तरल देता है।
• लैंप ब्लैक को कालिख भी कहा जाता है। यह कार्बनयुक्त ईंधनों, विशेष रूप से तेल ईंधनों, के अपूर्ण दहन से प्राप्त होता है, जो हवा की सीमित आपूर्ति में होता है।
• कालिख चैंबर के ठंडे हिस्सों पर बैठ जाती है, और इसे खुरचकर इकट्ठा किया जा सकता है।
• लकड़ी का कोयला लकड़ी के विनाशकारी आसवन द्वारा प्राप्त होता है।
• मुख्य उत्पादों में लकड़ी का कोयला, लकड़ी का टार, पायरोलिजिनस एसिड और लकड़ी की गैस शामिल हैं।
• चीनी का कोयला गन्ने की चीनी को डीहाइड्रेट करके प्राप्त किया जा सकता है, या तो इसे सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ उपचारित करके या इसे हवा की अनुपस्थिति में गर्म करके।
• हड्डी का कोयला एक काले पाउडर को कहा जाता है जिसे ‘हड्डी काला’ कहते हैं। यह छिद्रित होता है और रंगीन पदार्थों को अवशोषित कर सकता है। इसका मुख्य उपयोग चीनी उद्योग में चीनी को रंगहीन करने के लिए होता है।

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

• नाइट्रोजन के वैलेन्स शेल में 5 इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका वैलेंसी हाइड्रोजन के सापेक्ष 3 और ऑक्सीजन के सापेक्ष 5 तक होता है। प्रयोगशाला में, नाइट्रोजन को अमोनियम नाइट्राइट और अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण पर गर्मी के प्रभाव से तैयार 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 तटस्थ गैस है और 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 है। ऑक्सीजन के अणु वायुमंडल 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 आमतौर पर पोटैशियम क्लोरेट और मैंगनीज़ डाइऑक्साइड के मिश्रण को गर्म करके प्राप्त की जाती है। मैंगनीज़ डाइऑक्साइड पोटैशियम क्लोरेट के विघटन को सुगम बनाती है, लेकिन यह अपने द्रव्यमान और संघटन में अपरिवर्तित रहती है और इसलिए प्रतिक्रिया में उत्सर्जक के रूप में कार्य करती है। ऑक्सीजन दहनशील नहीं है, लेकिन दहन का एक अच्छा समर्थनकर्ता है। एक ऑक्साइड दो तत्वों का एक यौगिक है, जिनमें से एक ऑक्सीजन है। इसे तरल और ठोस बनाया जा सकता है। इसका उपयोग वेल्डिंग प्रक्रिया में और अस्पतालों में कृत्रिम श्वसन के लिए किया जाता है। ऑक्सीजन का वैलेंसी -2 है।