रासायनिक अभिक्रियाएँ एवं समीकरण - हिन्दी नोट्स

1. रासायनिक अभिक्रियाएँ एवं समीकरण

• उद्देश्य/परिचय

  • पदार्थों के परिवर्तन की भावनाओं को रसायन-विद्या में अभिक्रिया के रूप में पहचानना।

  • क्रिया के दौरान अवस्था, रंग, गैस उत्सर्जन, तापमान परिवर्तन जैसे संकेत देखे जाते हैं।

  • पदार्थों के भौतिक तथा रासायनिक परिवर्तन की चर्चा पहले भी हो चुकी है; अब हमें रासायनिक समीकरणों के द्वारा इनमें दर्शाने की आदत डालनी है।

• क्रियाकलापों से परिचय (प्राथमिक अवलोकन)

  • Mg रबरन को ऑक्सीजन के वातावरण में दहन कर MgO बनना — चमकदार सफेद लौ और सफेद चूर्ण MgO बनना। यह पदार्थ वायु़ं मौजूद ऑक्सीजन और Mg के बीच रासायनिक परिवर्तन का परिणाम है।

  • दहन के दौरान आंखों की सुरक्षा आवश्यक; गर्मी/आग से सतर्कता रखें।

1.1 रासायनिक समीकरण

• शब्द-समीकरण (word equation)

  • Mg + O_2 → MgO

  • अभिकारक (reactants) Mg और O2, उत्पाद MgO; अभिक्रिया का संक्षिप्त वर्णन यह है कि Mg और O2 मिलकर MgO बनाते हैं।

  • शब्द-समीकरण में अभिक्रियाओं के द्रव्यमान परिवर्तन का संकेत नहीं दिया जाता; यह केवल समझाने के लिए होता है।

• रासायनिक समीकरण (chemical equation) क्या है

  • एक रासायनिक अभिक्रिया को दर्शाने का संक्षिप्त रूप है, जिसमें अभिकारक और उत्पाद angezeigt होते हैं।

  • उदाहरण: $ext{Mg} + ext{O}_2 <br>ightarrow ext{MgO}$

  • द्रव्यमान के संरक्षण के नियम के अनुसार हर तत्व की परमाणुओं की संख्या रिएक्शन के दायें एवं बायें तरफ समान होनी चाहिए।

  • इसे संतुलित करना आवश्यक है ताकि द्रव्यमान की बचत हो सके।

• संतुलित रासायनिक समीकरण की महत्ता

  • द्रव्यमान का संरक्षण (Law of Conservation of Mass): किसी भी रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान न बनता है न नष्ट होता है; उत्पादों का कुल द्रव्यमान अभिकारकों के कुल द्रव्यमान के बराबर रहता है।

  • संतुलित समीकरण वह होता है जिसमें हर तत्व के परमाणुओं की गिनती दोनों ओर बराबर हो।

• चरणबद्ध संतुलन (चरणबद्ध संतुलित करण) – Fe + H2O → Fe3O4 + H2 (1.4 से 1.9 तक)

  • उदाहरण: Fe + H2O → Fe3O4 + H2 (अप्रत्याशित असंतुलन); चरणबद्ध संतुलन के लिए बॉक्स बनाओ, तत्वों की संख्या गिनो, सबसे अधिक परमाणु वाले यौगिक को प्राथमिकता दें, और क्रमबद्ध तरीके से समायोजन करो:

  • चरण 1: प्रारंभिक असंतुलन: Fe + H2O → Fe3O4 + H2

  • चरण 2: LHS और RHS में Fe, H, O के परमाणु गिनो: Fe 1 vs 3; H 2 vs 4; O 1 vs 4

  • चरण 3–6: सबसे अधिक परमाणु वाले यौगिक (Fe3O4) को आधार बनाकर समायोजन; H2O के चार परमाणु (i) प्रारम्भिक (ii) संTalित करने के लिए 4H2O आदि;

  • चरण 7: तत्वों की संख्या बराबर हो, ताकि संतुलन स्थापित हो।

  • चरण 8: संतुलित समीकरण (आशंिक) इस प्रकार होगा: $ext{Fe} + 4 ext{H}<em>2 ext{O} ightarrow ext{Fe}</em>3 ext{O}<em>4 + 4 ext{H}</em>2$

  • चरण 9: भौतिक अवस्थाओं के संकेत जोड़ें: $3 ext{Fe}(s) + 4 ext{H}<em>2 ext{O}(g) ightarrow ext{Fe}</em>3 ext{O}<em>4(s) + 4 ext{H}</em>2(g)$

  • नोट: कभी-कभी ताप, दाब, उत्प्रेरक आदि भी तीर के ऊपर/नीचे दर्शाए जाते हैं; वहाँ आवश्यक हो वहाँ (g), (l), (aq), (s) लिखना चाहिए।

• उदाहरण (1.3): Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

  • यह भी एक संयोजन अभिक्रिया नहीं है; यह वास्तव में एक single-displacement/ replacement reaction है जो Zn को H2SO4 से ZnSO4 बनाते हुए H2 गैस छोड़ता है।

• अभ्यास/समीकरण (1.3) के अनुसार संतुलन जाँचना

  • तत्वों Fe, H, O आदि की संख्या दायें-बायें बराबर हो यह जाँचना।

  • संतुलित समीकरण: Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2 (आशंिक रूप से संतुलित); States: $3Fe(s) + 4H<em>2O(g) ightarrow Fe</em>3O<em>4(s) + 4H</em>2(g)$

2. रसायन अभिक्रियाओं के प्रकार

• परिचय

  • किसी अभिक्रिया में हर तत्व के परमाणु एक ही प्रकार के रहते हैं; नए पदार्थों का निर्माण होता है। यौगिकों के आपस में बाँध टूटते/जड़ते हैं।

  • अध्याय 3 और 4 में परमाणु बंधों के प्रकार (आबंध) पढ़े जाते हैं।

2.1 संयोजन अभिक्रिया (Combination/ Synthesis)

• दो या दो से अधिक पदार्थ मिलकर एक नया पदार्थ बनाते हैं

  • CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + ऊष्मा (1.13)

  • CaO + H2O → Ca(OH)2; यह एक संयोजन अभिक्रिया है; अधिक ऊष्मा भी मुक्त हो सकता है।

• Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (दीवारों की सफेदी/रसीन आदि के लिए CaCO3 बनना— स्पष्ट उदाहरण)

• कुछ अन्य संयोजन अभिक्रिया उदाहरण:

  • C(s) + O2(g) → CO2(g)

  • 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

• ऊष्माक्षेपी संयोजन (exothermic synthesis):

  • प्राकृतिक गैस का दहन: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) + ऊर्जा

  • श्वसन एक ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है (ऊर्जा बनती है) – C6H12O6(aq) + 6O2(aq) → 6CO2(aq) + 6H2O(l) + ऊर्जा

• एक और उदाहरण: CaCO3(s) का CaO(s) + CO2(g) में वियोजन (ऊष्मा के साथ) नहीं; यहाँ CaCO3 बनाम CaO + CO2

2.2 वियोजन अभिक्रिया (Decomposition)

• एक पदार्थ → दो या अधिक उत्पाद

• उदाहरण:

  • FeSO4·7H2O → Fe2O3 + SO2 + SO3 + H2O (घटित/सूखने के समय रंगहरा रंग बदलना)

  • CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) (उष्मा के साथ सरल वियोजन)

  • Pb(NO3)2(s) → PbO(s) + NO2(g) + O2(g) (Lead nitrate का गर्म करने पर NO2—NOx गैस उत्पन्न)

• वियोजन अभिक्रिया को ऊष्मीय वियोजन (therm decomposition) कहा जाता है।

• कुछ अन्य प्रकार की वियोजन के उदाहरण: FeSO4·7H2O आदि में पानी/हाइड्रेटेड क्रिस्टल का जल त्याग देना (घटित रंग/गंध परिवर्तन) भी शामिल है।

2.3 विस्थापन अभिक्रिया (Single-displacement/ Replacement)

• एक तत्व दूसरे तत्व के यौगिक से इलेक्ट्रॉनिक रूप से विस्थापित हो जाता है

• उदाहरण:

  • Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s)

  • Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

  • Pb(s) + CuCl2(aq) → PbCl2(aq) + Cu(s)

• सामान्य नियम: अधिक क्रियाशील धातु (Zn, Fe आदि) Cu से अधिक सक्रिय है और Cu को उनके यौगिक से विस्थापित कर देता है।

2.4 द्विविस्थापन अभिक्रिया (Double-displacement / Metathesis)

• अभिकारकों के आयनों का स्थानांतरण होता है; द्रव्यमान/घुलन पर्याप्त रूप से बनते हैं या अवक्षेप बनता है

• उदाहरण:

  • Na2SO4(aq) + BaCl2(aq) → BaSO4(s) + 2NaCl(aq)

  • BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → BaSO4(s) + 2NaCl(aq) (यही प्रकार है)

• अवक्षेपण अभिक्रिया: अवक्षेप (precipitate) बनना; जो जल में विलयन नहीं होता है, वह अवक्षेप के रूप में दिखता है।

2.5 उपचयन (Oxidation) एवं अपचयन (Reduction) — रेडॉक्स अभिक्रियाएँ

• परिभाषा

  • उपचयन (Oxidation): किसी अभिकारक में ऑक्सीजन की वृद्धि (या इलेक्ट्रॉन का नुकसान) होता है; उदाहरण में H2O, O2 आदि परिदृश्य शामिल होते हैं।

  • अपचयन (Reduction): किसी अभिकारक में इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है; उदाहरण में O2, CO2 आदि की स्थितियाँ घटती/बढ़ती हैं।

• कुछ उदाहरण:

  • ZnO + C → Zn + CO (ZnO में Zn^2+ का reduction, C का oxidation)

  • MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2 (MnO2 में Mn oxidation state घटता/Cl- oxidation state बढ़ता दिखता है)

• नियम: यदि अभिक्रिया में किसी पदार्थ का उपचयन होता है (ऑक्सीजन की वृद्धि या हाइड्रोजन का ह्रास), तो वही घटक oxidation/उपचयन है; और अपचयन तब होता है जब ऑक्सीजन का ह्रास या हाइड्रोजन का वृद्धि हो।

3. दैनिक जीवन से अभिक्रियाएँ (1.3 एवं उसके उपखंड)

• संक्षारण (Corrosion)

  • लोहे/चाँदी/ताँबा आदि पर आर्द्र-आर्द्र वातावरण/आम्लों के संपरक में आने पर लालिमा/काली/हरी परत बनना; यह संक्षारण कहलाता है।

  • लोहे के लिए जंग लगना एक प्रधान उदाहरण है; अन्य धातुओं पर भी ऐसी प्रतिक्रियाओं से सतह परिवर्तन दिखते हैं।

• विकृतगंधिता (Rancidity)

  • वसायुक्त खाद्यों में ऑक्सीकरण के कारण स्वाद/गंध में परिवर्तन होता है; रोकथाम के लिए अभिक्रियाओं को रोकने वाले एंटीऑक्सीडेंट/नाइट्रोजन-उत्पादन गैस आदि मिलाये जाते हैं।

• प्रभाव/उपयोग

  • खाद्य संरक्षण, धातु संरचना की सुरक्षा, इत्यादि— उपचयन/अपचयन के सिद्धांत इन daily-life phenomena में प्रयुक्त होते हैं।

4. ऊष्माक्षेपी एवं ऊष्माशोषी अभिक्रिया

• ऊष्माक्षेपी (Exothermic) अभिक्रिया

  • ऐसी अभिक्रियाएं जिनमें उत्पाद निर्माण के साथ ऊष्मा उत्सर्जित होती है;

  • उदाहरण: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) + energy

• ऊष्माशोषी (Endothermic) अभिक्रिया

  • ऐसी अभिक्रियाएं जिनमें ऊर्जा अवशोषित होती है; ताप नहीं बढ़ता है या ठंडा होता है।

• श्वसन (Respiration) एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है; ग्लूकोज़ और ओ₂ मिलकर ऊर्जा देता है: $ext{C}<em>6 ext{H}</em>{12} ext{O}<em>6(aq) + 6 ext{O}</em>2(aq) <br>ightarrow 6 ext{CO}<em>2(aq) + 6 ext{H}</em>2 ext{O}(l) + ext{ऊर्जा}$

• उपचयन-अपचयन (Redox) के उदाहरण व संकल्पनाएँ: алюमिनियम/लौह आदि के साथ आवर्त-आधारित प्रतिक्रियाएं।

5. अवक्षेपण अभिक्रिया (Precipitation)

• एक अभिक्रिया जिसमें अवक्षेप बनना स्पष्ट चरण होता है

• उदाहरण: Na2SO4(aq) + BaCl2(aq) → BaSO4(s) + 2NaCl(aq)

• कारण: Ba^{2+} और SO4^{2-} आयनों के मिलन से BaSO4 के अवक्षेप का निर्माण होता है; NaCl जल में रहता है।

6. उपचयन एवं अपचयन (Redox) — गहरी समझ

• उपचयन (Oxidation) और अपचयन (Reduction) के संकेत

  • उपचयन: ऑक्सीजन की वृद्धि/हाइड्रोजन का कमी; इलेक्ट्रॉन का loss

  • अपचयन: ऑक्सीजन का कमी/हाइड्रोजन की वृद्धि; इलेक्ट्रॉन का gain

• रेडॉक्स अभिक्रियाओं के और उदाहरण

  • ZnO + C → Zn + CO

  • MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2

• दैनिक जीवन में इन अभिक्रियाओं के संकेत और उपयोग

7. फोटोपोटायल/प्रकाश-उत्पन्न अभिक्रियाएँ

• धातु आयनों का प्रकाश से विभाजन/वियोजन

  • सिल्वर क्लोराइड (AgCl) और सिल्वर ब्रोमैड (AgBr) प्रकाश के प्रभाव से धीमे दूषित होते हैं, और धातु सिल्वर बन जाते हैं:

  • 2AgCl(s) → 2Ag(s) + Cl2(g)

  • 2AgBr(s) → 2Ag(s) + Br2(g)

• प्रकाश कैसे ऊर्जा देता है (photolysis) – इस प्रक्रिया में ऊर्जा का उपयोग होता है ताकि अभिक्रिया आगे बढ़े।

• प्रयोग/प्रयोग-आधार: चायना डिश में AgCl की सतह पर प्रकाश डालना; प्रकाश के प्रभाव से Ag बनना दिखना।

8. विद्युत-आधारित अभिक्रियाएं (Electrolysis) — प्रयोगात्मक संकेत

• जल का वैद्युत अपघटन (Electrolysis of Water) – दो कार्बन इलेक्ट्रोड, 6V बैटरी, पानी में थोड़ा H2SO4 या HCl द्रव द्रव में।

  • कैथोड पर H2 गैस बनती है; एनोड पर O2 गैस बनती है (आमतौर पर). दोनों गैसों के आयतन का अनुपात लगभग 2:1 होता है (H2:O2).

  • प्रयोग से यह भी दिखता है कि गैसों का आयतन समान नहीं रहता है; H2 अधिक मात्रा में बनती है।

• Fe nails in CuSO4 solution (Displacement via electrochemical reaction)

  • Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s)

  • Fe ने CuSO4 से Cu आयन को विस्थापित कर Cu धातु जमा कर ली।

• CuSO4 solution में Fe nails पकाने पर रंग परिवर्तन (Blue color fading) due to Cu^2+ depletion; यह विस्थापन अभिक्रिया का एक अंश है।

• द्विविस्थापन (Double displacement) प्रयोग – Na2SO4 और BaCl2 आदि के विलयन मिलाने पर BaSO4 का अवक्षेप बनना; NaCl विलयन रहता है।

• उपचयन-अनुप्रयोग/उपयोगी उदाहरण:

  • CaO जल के साथ अभिक्रिया करके Ca(OH)2 बनना; इसके बाद CO2 से CaCO3 बनना (दीवारों की सफेदी के लिए Ca(OH)2 का उपयोग) – Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (1.14)

9. उपयुक्त अभ्यास/उद्धृत समीकरण (संक्षेप)

• संकलित समीकरणों के उदाहरण

  • Mg + O_2 → MgO

  • Mg + O_2 → MgO (गैस-उच्च अवस्था में)

  • Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

  • Fe + 4H_2O → Fe3O4 + 4H2

  • Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

  • Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4(s) + 2 NaCl

  • Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4(s) + 2 NaCl(aq) (अवक्षेपित)

• भौतिक अवस्थाओं के संकेत (g, l, aq, s) को समीकरण में दर्शाते हैं जब आवश्यक हो: $3Fe(s) + 4H2O(g) <br>ightarrow Fe3O4(s) + 4H2(g)$

10. अभ्यास प्रश्न (संक्षेपित)

• उपर्युक्त प्रकार के अभिक्रियाओं के लिए संतुलित समीकरण लिखिए:

  • (i) H2 + Cl2 → HCl

  • (ii) BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2 NaCl

• उपयुक्त उदाहरणों के साथ oxidation state changes बताइए।

• ऊष्माक्षेपी बनाम ऊष्माशोषी अभिक्रियाओं को परिभाषित कीजिए और तीन-चार उदाहरण दीजिए।

• श्वसन को एक ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया क्यों कहा जाता है? वर्णन कीजिए।

• अवक्षेपण, उपचयन, और विस्थापन अभिक्रियाओं के लिए एक-दो प्रमुख उदाहरण लिखिए।

• Silver nitrate से Copper पकाने (Displacement) की अभिक्रिया लिखिए और समीकरण लिखिए।

$ext{Mg} + ext{O}<em>2 ightarrow ext{MgO}$ $ext{Mg} + ext{O}</em>2 <br>ightarrow ext{MgO}$
$ext{Zn} + ext{H}<em>2 ext{SO}</em>4 <br>ightarrow ext{ZnSO}<em>4 + ext{H}</em>2$
$3 ext{Fe} + 4 ext{H}<em>2 ext{O} ightarrow ext{Fe}</em>3 ext{O}<em>4 + 4 ext{H}</em>2$
$3 ext{Fe}(s) + 4 ext{H}<em>2 ext{O}(g) ightarrow ext{Fe}</em>3 ext{O}<em>4(s) + 4 ext{H}</em>2(g)$
$ext{CaO}(s) + ext{H}<em>2 ext{O}(l) ightarrow ext{Ca(OH)}</em>2(aq) + ext{ऊष्मा}$
$ext{Ca(OH)}<em>2(aq) + ext{CO}</em>2(g) <br>ightarrow ext{CaCO}<em>3(s) + ext{H}</em>2 ext{O}(l)$
$2 ext{CuCl}<em>2(aq) ightarrow 2 ext{Cu}(s) + ext{Cl}</em>2(g)$$$

note: अगर आप चाहें तो मैं इन नोट्स को और अधिक संकुचित या अधिक विस्तारपूर्ण रूप से आपके परीक्षा-तैयारी के अनुसार ढाल सकता/सकती हूँ। कृपया बताएं कि किस स्तर (कक्षा 9/10/11 आदि) के अनुरूप उदाहरण और विवरण चाहते हैं, और कितने पन्नों के बराबर नोट्स चाहिए।