विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12 · Grades 1–12

14दहन: ईंधन, उत्पाद और ग्रीनहाउस गैसें

एक परिवार ऐसे फ़्लैट में सो रहा है जिसके गैस बॉयलर की चिमनी बंद है। हवा न मिलने से लौ ठीक से नहीं जलती, और एक अदृश्य, गंधहीन गैस धीरे-धीरे कमरों में भरती जाती है। रात के दो बजे दीवार पर लगा एक छोटा-सा डिब्बा चीख़ने लगता है: कार्बन मोनोऑक्साइड अलार्म। सब लोग समय रहते बाहर निकल आते हैं। वही ईंधन, ठीक से जलने पर, केवल कार्बन डाइऑक्साइड और पानी देता है — और उस कार्बन डाइऑक्साइड की अपनी एक कहानी है, जो पूरे ग्रह की वायु में लिखी है।

पहले से ज्ञात

जलने, यानी दहन, के लिए ईंधन, ऑक्सीजन और ऊष्मा चाहिए, और इससे नए पदार्थ बनते हैं (अध्याय 5)। वायु का लगभग पाँचवाँ भाग ऑक्सीजन है (अध्याय 4)। समीकरण तब संतुलित होता है जब हर प्रकार का परमाणु दोनों ओर उतनी ही बार आए (अध्याय 13)।

14.1 कार्बन और मेथेन का जलना

उदाहरण 14.1 (दो दहन)

कार्बन (लकड़ी का कोयला, पत्थर का कोयला) जलकर कार्बन डाइऑक्साइड देता है:

\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g)}.

मेथेन, प्राकृतिक गैस का मुख्य भाग, जलकर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी देती है:

\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(l)}.

दोनों में बनी गैस से चूने का पानी दूधिया हो जाता है; मेथेन के साथ ठंडा गिलास भी धुँधला हो जाता है।

विधि 14.2 (कार्बन और हाइड्रोजन से बने ईंधन का दहन लिखना)

ऐसे ईंधन के लिए जिसके अणुओं में केवल कार्बन और हाइड्रोजन हों:

उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड और पानी हैं;
कार्बन को $\ce{CO2}$ से संतुलित करो, फिर हाइड्रोजन को $\ce{H2O}$ से;
दाईं ओर ऑक्सीजन परमाणु गिनो और उन्हें $\ce{O2}$ से संतुलित करो; अगर आधा आ जाए तो सब कुछ दोगुना कर दो।

ब्यूटेन के लिए: $\ce{2C4H10 + 13O2 -> 8CO2 + 10H2O}$ ।

14.2 पूर्ण और अपूर्ण दहन

परिभाषा 14.3 (पूर्ण और अपूर्ण दहन)

पूर्ण दहन पर्याप्त ऑक्सीजन के साथ होता है: ईंधन का सारा कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड बन जाता है। अपूर्ण दहन बहुत कम ऑक्सीजन के साथ होता है: कार्बन का कुछ भाग कार्बन मोनोऑक्साइड, $\ce{CO}$ , या कालिख बन जाता है, जो कार्बन, $\ce{C}$ , है।

उदाहरण 14.4 (ऑक्सीजन की कमी में मेथेन)

बहुत कम वायु होने पर मेथेन जलकर कार्बन मोनोऑक्साइड या कालिख बना सकती है:

\ce{2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O}, \qquad \ce{CH4 + O2 -> C + 2H2O}.

प्रतिज्ञप्ति 14.5 (लौ को पढ़ना)

वायु-छिद्र खुला होने पर बुन्सेन बर्नर जलने से पहले ही गैस में वायु मिला देता है: लौ नीली और मुश्किल से दिखने वाली होती है, दहन पूर्ण होता है। वायु-छिद्र बंद होने पर गैस को बहुत कम ऑक्सीजन मिलती है: लौ पीली और धुएँदार होती है, और उसमें पकड़ी गई ठंडी चीज़ को कालिख से काला कर देती है — दहन अपूर्ण है।

बुन्सेन बर्नर। नीचे से अंदर आने वाली वायु नीली लौ और पूर्ण दहन देती है; उसके बिना लौ पीली और धुएँदार होती है।

मोमबत्ती की पीली लौ में पकड़ा गया ठंडा चम्मच कालिख से काला हो जाता है: दहन अपूर्ण है।

14.3 कार्बन मोनोऑक्साइड, एक ख़ामोश ख़तरा

प्रतिज्ञप्ति 14.6 (कार्बन मोनोऑक्साइड जान क्यों लेती है)

कार्बन मोनोऑक्साइड का न रंग होता है, न गंध, न स्वाद। साँस में जाने पर वह रक्त में ऑक्सीजन की जगह ले लेती है (कैसे, यह जीवविज्ञान की पुस्तक समझाती है), जिससे सिरदर्द, नींद आना, और बंद कमरे में बेहोशी और मृत्यु हो जाती है। यह वायु की कमी में जलने वाले किसी भी ईंधन से बनती है: ठीक से रखरखाव न किया गया या बंद चिमनी वाला गैस बॉयलर या गीज़र, बंद तंबू में स्टोव, घर के भीतर इस्तेमाल किया गया बारबेक्यू या जनरेटर।

सुरक्षा

कार्बन मोनोऑक्साइड: अत्यंत ज्वलनशील गैस (GHS02), दाब के साथ भरी जाती है (GHS04); साँस में लेने पर विषैली (GHS06); बार-बार संपर्क से अंगों को हानि पहुँचाती है और गर्भस्थ शिशु को नुक़सान पहुँचा सकती है (GHS08)।

टिप्पणी 14.7 (विषाक्तता से बचाव)

गैस उपकरणों का नियमित रखरखाव किसी पेशेवर से कराया जाता है, चिमनियाँ और वायु-छिद्र कभी बंद नहीं किए जाते, बारबेक्यू और जनरेटर केवल बाहर इस्तेमाल होते हैं, और किसी भी बर्नर के पास कार्बन मोनोऑक्साइड अलार्म लगाया जाता है।

एक गैस बॉयलर और, उसके बगल में, कार्बन मोनोऑक्साइड अलार्म।

14.4 कार्बन डाइऑक्साइड और ग्रीनहाउस प्रभाव

परिभाषा 14.8 (ग्रीनहाउस गैस)

ग्रीनहाउस गैस वायु की वह गैस है जो सूर्य के प्रकाश को आर-पार जाने देती है, पर पृथ्वी की सतह द्वारा अंतरिक्ष की ओर वापस भेजी गई ऊष्मा का कुछ भाग रोक लेती है, और इस तरह निचले वायुमंडल को गरम करती है। जलवाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और मेथेन ग्रीनहाउस गैसें हैं; नाइट्रोजन और ऑक्सीजन नहीं। (ऐसा कैसे होता है, यह भौतिकी की पुस्तक में समझाया गया है।)

प्रतिज्ञप्ति 14.9 (वायु में कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ रही है)

वायु में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा 1959 से प्रशांत महासागर के बीच एक पहाड़ पर बनी वेधशाला में बिना रुके मापी जा रही है। 1959 में यह वायु के दस लाख भागों में 316 भाग (ppm) थी और 2025 में 427 ppm: एक मनुष्य के जीवनकाल में लगभग $35\,\%$ की वृद्धि, ज़्यादातर कोयला, तेल और प्राकृतिक गैस जलाने से। अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड ग्रीनहाउस प्रभाव को बढ़ाती है और जलवायु को गरम करती है।

वायु में कार्बन डाइऑक्साइड का वार्षिक औसत, 1959 से मापा गया (NOAA ग्लोबल मॉनिटरिंग लैबोरेटरी के आँकड़े; 1974 से पहले, स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ़ ओशनोग्राफ़ी)।

14.5 जीवाश्म और नवीकरणीय ईंधन

परिभाषा 14.10 (जीवाश्म और नवीकरणीय ईंधन)

जीवाश्म ईंधन — कोयला, तेल, प्राकृतिक गैस — प्राचीन पौधों और समुद्री जीवों के अवशेषों से लाखों वर्षों में ज़मीन के नीचे बना। नवीकरणीय ईंधन आज उगाए गए पौधों से, या कचरे से, बनता है: लकड़ी, गोबर और खाने के कचरे से बनी बायोगैस, चुकंदर या गन्ने से बना एथेनॉल।

प्रतिज्ञप्ति 14.11 (कार्बन कहाँ से आता है)

पौधे बढ़ने के लिए वायु से कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं। नवीकरणीय ईंधन जलाने से वह कार्बन डाइऑक्साइड लौटती है जो उसके पौधों ने कुछ साल पहले वायु से ली थी। जीवाश्म ईंधन जलाने से वह कार्बन मुक्त होता है जो लाखों वर्षों से ज़मीन के नीचे बंद था: यह वायु में कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ाता है।

नवीकरणीय ईंधन वायु को वही कार्बन लौटाते हैं जो उनके पौधों ने उससे लिया था; जीवाश्म ईंधन ज़मीन के नीचे जमा रहा कार्बन जोड़ते हैं।

14.6 अभ्यास

अभ्यास 14.1 ★

कार्बन के पूर्ण दहन का संतुलित समीकरण लिखो।

हल

हल — अभ्यास 14.1.

$\ce{C + O2 -> CO2}$ ।

अभ्यास 14.2 ★

पूर्ण और अपूर्ण दहन में क्या अंतर है?

हल

हल — अभ्यास 14.2.

पर्याप्त ऑक्सीजन होने पर सारा कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड बन जाता है (पूर्ण)। बहुत कम होने पर कुछ भाग कार्बन मोनोऑक्साइड या कालिख बन जाता है (अपूर्ण)।

अभ्यास 14.3 ★

कार्बन मोनोऑक्साइड को ख़ामोश ख़तरा क्यों कहा जाता है?

हल

हल — अभ्यास 14.3.

उसका न रंग होता है, न गंध, न स्वाद: किसी को उसका पता नहीं चलता, फिर भी वह विषैली है।

अभ्यास 14.4 ★

जीवाश्म या नवीकरणीय: कोयला, लकड़ी, प्राकृतिक गैस, बायोगैस, पेट्रोल, चुकंदर से बना एथेनॉल?

हल

हल — अभ्यास 14.4.

जीवाश्म: कोयला, प्राकृतिक गैस, पेट्रोल। नवीकरणीय: लकड़ी, बायोगैस, चुकंदर से बना एथेनॉल।

अभ्यास 14.5 ★★

प्रोपेन, $\ce{C3H8}$ , के पूर्ण दहन का संतुलित समीकरण लिखो।

हल

हल — अभ्यास 14.5.

$\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$ ।

अभ्यास 14.6 ★★

एथेनॉल, $\ce{C2H6O}$ , ऑक्सीजन में पूरी तरह जलता है। संतुलित करो: $\ce{C2H6O + O2 -> CO2 + H2O}$ ।

हल

हल — अभ्यास 14.6.

कार्बन: 2 $\ce{CO2}$ ; हाइड्रोजन: 3 $\ce{H2O}$ ; दाईं ओर ऑक्सीजन $4 + 3 = 7$ , जिसमें से 1 एथेनॉल से आती है, इसलिए 3 $\ce{O2}$ : $\ce{C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}$ ।

अभ्यास 14.7 ★★

पीली लौ के ऊपर पकड़ी गई कड़ाही नीचे से काली हो जाती है। काला पदार्थ क्या है? इससे दहन के बारे में क्या पता चलता है?

हल

हल — अभ्यास 14.7.

कालिख, यानी कार्बन। दहन अपूर्ण है: लौ को ऑक्सीजन की कमी है।

अभ्यास 14.8 ★★

कार्बन डाइऑक्साइड का वक्र पढ़ो: 1980 और 2000 में वायु में लगभग कितनी कार्बन डाइऑक्साइड थी? उन बीस वर्षों में यह कितने ppm बढ़ी?

हल

हल — अभ्यास 14.8.

1980 में लगभग 339 ppm और 2000 में लगभग 370 ppm: लगभग 30 ppm की वृद्धि।

अभ्यास 14.9 ★★

लकड़ी जलाने से वर्षों में वायु में कोयला जलाने की तुलना में कम कार्बन डाइऑक्साइड क्यों जुड़ती है, हालाँकि दोनों कार्बन डाइऑक्साइड देते हैं?

हल

हल — अभ्यास 14.9.

लकड़ी का कार्बन पेड़ ने कुछ वर्ष या दशक पहले वायु से लिया था: उसे जलाने से वही कार्बन डाइऑक्साइड लौटती है। कोयले का कार्बन लाखों वर्षों से ज़मीन के नीचे जमा था: उसे जलाने से वायु में नई कार्बन डाइऑक्साइड जुड़ती है।

अभ्यास 14.10 ★★

कार्बन के कार्बन मोनोऑक्साइड में अपूर्ण दहन को संतुलित करो: $\ce{C + O2 -> CO}$ ।

हल

हल — अभ्यास 14.10.

$\ce{2C + O2 -> 2CO}$ ।

अभ्यास 14.11 ★★★

1959 (316 ppm) से 2025 (427 ppm) तक वायु की कार्बन डाइऑक्साइड कितने प्रतिशत बढ़ी? निकटतम पूर्ण संख्या तक पूर्णांकित करो।

हल

हल — अभ्यास 14.11.

$(427 - 316)/316 = 111/316 \approx 0.35$ : लगभग $35\,\%$ ।

अभ्यास 14.12 ★★★

खिड़की बंद करके एक छोटे कमरे में गैस हीटर चलाया जाता है। इस अध्याय के दो समीकरणों की मदद से समझाओ कि समय बीतने के साथ दहन पूर्ण से अपूर्ण कैसे हो सकता है, और यह ख़तरनाक क्यों है।

हल

हल — अभ्यास 14.12.

शुरू में पर्याप्त ऑक्सीजन होती है: $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ । बंद कमरे की ऑक्सीजन की खपत होते जाने पर लौ वायु की कमी में जलने लगती है: $\ce{2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O}$ । गंधहीन और विषैली कार्बन मोनोऑक्साइड कमरे में जमा होती जाती है।

14.7 समस्या: तंबू में स्टोव

समस्या 14.1

सप्ताहांत समस्या — एक कैंपिंग स्टोव, उसमें जलने वाली गैस, उससे क्या बनता है, और वह कभी तंबू के भीतर क्यों नहीं जाता

एक कैंपिंग स्टोव प्रोपेन, $\ce{C3H8}$ , जलाता है, जो एक कारतूस में $450\,\mathrm{g}$ भरी है। खुली हवा में लौ नीली होती है। संतुलित समीकरण से निकाले गए ये द्रव्यमान-अनुपात लो: $44\,\mathrm{g}$ प्रोपेन के पूरी तरह जलने से $132\,\mathrm{g}$ कार्बन डाइऑक्साइड बनती है।

भाग I — समीकरण।

प्रोपेन के पूर्ण दहन का संतुलित समीकरण लिखो।
दोनों ओर हर प्रकार के परमाणु गिनकर इसकी जाँच करो।
अपूर्ण दहन $\ce{C3H8 + O2 -> CO + H2O}$ को संतुलित करो।
दोनों में से किसे प्रोपेन के प्रति अणु ज़्यादा ऑक्सीजन चाहिए?

भाग II — तंबू के भीतर।

बंद तंबू के भीतर जलाया गया स्टोव जल्दी ही पीली लौ से जलने लगता है। समझाओ क्यों।
तब कौन-सी ख़तरनाक गैस बनती है? उसके ऐसे दो गुण बताओ जिनके कारण उसका पता चलना मुश्किल है।
प्रोपेन के कारतूस पर दो चित्रसंकेत हैं। उनके नाम बताओ और बताओ कि हर एक का क्या अर्थ है।
कैंपिंग स्टोव को सुरक्षित रूप से इस्तेमाल करने के दो नियम बताओ।

भाग III — एक कारतूस की कार्बन डाइऑक्साइड।

बनी हुई कार्बन डाइऑक्साइड जली हुई प्रोपेन से कितने गुना भारी है?
अतिरिक्त ग्राम कहाँ से आते हैं?
प्रोपेन जीवाश्म ईंधन है या नवीकरणीय ईंधन? क्या उसे जलाने से वायु में कार्बन डाइऑक्साइड जुड़ती है?
पूरे $450\,\mathrm{g}$ के कारतूस के पूरी तरह जलने पर मुक्त होने वाली कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान निकालो।

हल

हल — समस्या 14.1.

1. $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$ ।

2. बाईं ओर: 3 C, 8 H, 10 O। दाईं ओर: 3 C, $4 \times 2 = 8$ H, $3 \times 2 + 4 = 10$ O। संतुलित।

3. $\ce{2C3H8 + 7O2 -> 6CO + 8H2O}$ ।

4. पूर्ण दहन: प्रोपेन के प्रति अणु ऑक्सीजन के 5 अणु, जबकि अपूर्ण में $7/2 = 3.5$ ।

5. बंद तंबू की वायु में जल्दी ही ऑक्सीजन कम हो जाती है; लौ को अब पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं मिलती और वह अपूर्ण रूप से, पीली होकर, जलती है।

6. कार्बन मोनोऑक्साइड: न रंग, न गंध (और न स्वाद)।

7. GHS02, लौ: अत्यंत ज्वलनशील। GHS04, गैस सिलिंडर: दाब में रखी गई गैस।

8. उदाहरण के लिए: इसे केवल खुली हवा में इस्तेमाल करो, कभी तंबू या बंद कमरे में नहीं; इसे जल सकने वाली हर चीज़ से दूर रखो; कारतूस किसी भी लौ से दूर बदलो।

9. $132 \div 44 = 3$ गुना भारी।

10. वायु की ऑक्सीजन से, जो कार्बन डाइऑक्साइड (और पानी) में पहुँच जाती है।

11. एक जीवाश्म ईंधन (यह प्राकृतिक गैस या तेल से आता है): इसे जलाने से वायु में कार्बन डाइऑक्साइड जुड़ती है।

12. $450 \times 3 = 1350\,\mathrm{g} = 1.35\,\mathrm{kg}$ कार्बन डाइऑक्साइड।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

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