Chemistry · किताब 1 · Grades 1–12

विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12

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

18अम्ल, क्षारक और pH

रसोई की एक शेल्फ़ पर एक नींबू, सिरके की एक बोतल, साबुन की एक टिकिया और खाने के सोडे का एक डिब्बा रखा है; सिंक के नीचे काले और लाल चेतावनी लेबल वाली नाली-साफ़ करने वाले घोल की एक बोतल है। इनमें से कुछ का स्वाद खट्टा है, कुछ छूने में फिसलन भरे लगते हैं, कुछ त्वचा को जला सकते हैं। 0 से 14 तक अंकित एक ही पैमाना इन सबको छाँट देता है — और यही पैमाना तरणतालों, बगीचे की मिट्टी, रक्त और महासागरों के लिए भी इस्तेमाल होता है।

पहले से ज्ञात

आयन ऐसे परमाणु या परमाणुओं के समूह हैं जिन पर आवेश होता है; NaX+\ce{Na+} जैसा धनायन धनात्मक होता है, ClX−\ce{Cl-} या OHX−\ce{OH-} जैसा ऋणायन ऋणात्मक। आयनिक विलयनों में (aq) से चिह्नित आयन होते हैं, जो स्वतंत्र रूप से घूमते हैं (अध्याय 17)।

नींबू, सिरका, साबुन और खाने का सोडा: रसोई में अम्ल और क्षारक।
नींबू, सिरका, साबुन और खाने का सोडा: रसोई में अम्ल और क्षारक।

18.1 अम्लीय, क्षारकीय और उदासीन विलयन

परिभाषा 18.1 (अम्लीय, क्षारकीय और उदासीन विलयन)

हर जलीय विलयन में हाइड्रोजन आयन HX+(aq)\ce{H+(aq)} और हाइड्रॉक्साइड आयन OHX−(aq)\ce{OH-(aq)} होते हैं। कोई विलयन अम्लीय विलयन होता है जब उसमें HX+\ce{H+} आयन OHX−\ce{OH-} आयनों से अधिक हों, क्षारकीय विलयन होता है जब उसमें OHX−\ce{OH-} आयन HX+\ce{H+} आयनों से अधिक हों, और उदासीन विलयन होता है जब दोनों बराबर संख्या में हों।

उदाहरण 18.2 (तीन विलयन)

हाइड्रोक्लोरिक अम्ल एक अम्लीय विलयन है: उसमें HX+(aq)\ce{H+(aq)} और ClX−(aq)\ce{Cl-(aq)} आयन होते हैं, OHX−\ce{OH-} बहुत कम। सोडियम हाइड्रॉक्साइड का विलयन क्षारकीय है: NaX+(aq)\ce{Na+(aq)} और OHX−(aq)\ce{OH-(aq)}, HX+\ce{H+} बहुत कम। शुद्ध पानी और नमकीन पानी उदासीन हैं।

18.2 pH पैमाना

परिभाषा 18.3 (pH)

किसी जलीय विलयन का pH एक संख्या है, आम तौर पर 0 और 14 के बीच, जो बताती है कि वह कितना अम्लीय या क्षारकीय है: 25 ∘C25\,{}^{\circ}\mathrm{C} पर उदासीन विलयन का pH 7 होता है, अम्लीय विलयन का pH 7 से कम, क्षारकीय विलयन का pH 7 से अधिक। विलयन में जितने अधिक HX+\ce{H+} आयन होते हैं, उसका pH उतना ही कम होता है।

pH पैमाना, कुछ आम विलयनों के pH के साथ।
pH पैमाना, कुछ आम विलयनों के pH के साथ।

परिभाषा 18.4 (pH पत्र और pH मीटर)

pH पत्र कागज़ की एक पट्टी है, जिसे रंजकों के एक मिश्रण में भिगोया गया है और जो हर pH पर अलग रंग लेती है; विलयन की एक बूँद उस पर रखी जाती है और रंग की तुलना डिब्बे पर छपे चार्ट से की जाती है। pH मीटर विलयन में डुबोए गए काँच के एक प्रोब से pH मापता है और उसे एक या दो दशमलव स्थानों तक एक संख्या के रूप में दिखाता है।

विधि 18.5 (pH पत्र से pH मापना)

  1. pH पत्र की एक छोटी पट्टी एक साफ़, सूखी तश्तरी पर रखो।
  2. एक साफ़ काँच की छड़ से पट्टी पर विलयन की एक बूँद छुआओ (पट्टी को कभी बोतल में मत डुबोओ)।
  3. तुरंत रंग की तुलना चार्ट से करो, और pH पढ़ो, आम तौर पर निकटतम पूर्ण संख्या तक।
pH मीटर से pH मापना: काँच का प्रोब विलयन में डूबा है, जिसे धीरे-धीरे चलाया जा रहा है।
pH मीटर से pH मापना: काँच का प्रोब विलयन में डूबा है, जिसे धीरे-धीरे चलाया जा रहा है।

18.3 अम्ल को तनु करना

प्रतिज्ञप्ति 18.6 (तनु करने से pH 7 के क़रीब आता है)

अम्लीय विलयन में पानी मिलाने से उसके HX+\ce{H+} आयन बड़े आयतन में फैल जाते हैं: pH बढ़ता है, 7 की ओर, पर उससे आगे कभी नहीं। हाइड्रोक्लोरिक अम्ल जैसे अम्ल के लिए दस गुना तनु करने से pH लगभग एक इकाई बढ़ता है: pH 2 वाले अम्ल का एक आयतन और पानी के नौ आयतन मिलकर pH 3 का विलयन देते हैं। इसी तरह क्षारकीय विलयन को तनु करने से उसका pH घटकर 7 की ओर आता है।

अम्ल को दस गुना तनु करना, फिर दोबारा दस गुना: pH 2 से 3 और फिर 4 हो जाता है (हर बीकर पिछले विलयन का दसवाँ भाग है, जिसमें पानी मिलाकर आयतन पूरा किया गया है)।
अम्ल को दस गुना तनु करना, फिर दोबारा दस गुना: pH 2 से 3 और फिर 4 हो जाता है (हर बीकर पिछले विलयन का दसवाँ भाग है, जिसमें पानी मिलाकर आयतन पूरा किया गया है)।

प्रयोगशाला में — अम्ल को तनु करना

अम्ल को तनु करने के लिए शिक्षक हमेशा अम्ल को धीरे-धीरे पानी में डालते हैं, पानी को अम्ल में कभी नहीं: मिलाने पर ऊष्मा निकलती है, और सांद्र अम्ल पर डाला गया पानी तुरंत उबलकर अम्ल को बर्तन से बाहर उछाल सकता है।

18.4 रोज़मर्रा के अम्ल और क्षारक

प्रतिज्ञप्ति 18.7 (हमारे आस-पास के अम्ल और क्षारक)

अम्लीय: नींबू और कागज़ी नींबू का रस, सिरका, वाइन, सोडा वाले पेय, कॉफ़ी, पेट का जठर रस। क्षारकीय: समुद्र का पानी (थोड़ा-सा), पानी में घुला खाने का सोडा, साबुन, मिल्क ऑफ़ मैग्नीशिया (पेट की अम्लता की एक दवा), घरेलू अमोनिया, ब्लीच, नाली साफ़ करने वाला घोल (बहुत तेज़)।

उदाहरण 18.8 (महासागर का pH)

महासागर का औसत pH लगभग 8.1 है: थोड़ा क्षारकीय। औद्योगिक युग शुरू होने के बाद से वायु से घुलती कार्बन डाइऑक्साइड ने सतही जल का pH लगभग 0.1 घटा दिया है: महासागर धीरे-धीरे कम क्षारकीय होते जा रहे हैं, जिससे सीपों वाले जीवों और प्रवालों को हानि पहुँचती है।

शिक्षक द्वारा तैयार किया गया लाल पत्तागोभी का रस pH के साथ रंग बदलता है: अम्लों में लाल, उदासीन के पास बैंगनी, और अधिकाधिक क्षारकीय विलयनों में नीला, हरा, फिर पीला।
शिक्षक द्वारा तैयार किया गया लाल पत्तागोभी का रस pH के साथ रंग बदलता है: अम्लों में लाल, उदासीन के पास बैंगनी, और अधिकाधिक क्षारकीय विलयनों में नीला, हरा, फिर पीला।

18.5 संक्षारक उत्पादों के साथ सुरक्षा

सुरक्षा

सांद्र हाइड्रोक्लोरिक अम्ल और सोडियम हाइड्रॉक्साइड (नाली साफ़ करने वाले घोलों का क्षारक) पर संक्षारण चित्रसंकेत GHS05 होता है: वे त्वचा और आँखों को गंभीर रूप से जलाते हैं और धातुओं पर आक्रमण करते हैं। GHS07: उत्तेजक। चश्मा और दस्ताने; छींटा पड़ने पर तुरंत ढेर सारे पानी से धोया जाता है।

टिप्पणी 18.9 (सफ़ाई के उत्पादों को कभी न मिलाएँ)

अम्लीय और क्षारकीय उत्पाद आपस में अभिक्रिया करते हैं, कभी-कभी तीव्रता से, और कुछ मिश्रणों से विषैली गैसें निकलती हैं: ब्लीच को अम्लीय डीस्केलर के साथ मिलाने पर क्लोरीन निकलती है। सफ़ाई के उत्पाद कभी नहीं मिलाए जाते।

18.6 अभ्यास

अभ्यास 18.1 ★

अम्लीय, क्षारकीय या उदासीन? pH 3 वाला विलयन, pH 7 वाला, pH 11 वाला।

हल

हल — अभ्यास 18.1.

pH 3: अम्लीय। pH 7: उदासीन। pH 11: क्षारकीय।

अभ्यास 18.2 ★

अम्लीय विलयन में कौन-से आयन अधिक होते हैं? क्षारकीय में?

हल

हल — अभ्यास 18.2.

अम्लीय: HX+\ce{H+} आयन। क्षारकीय: OHX−\ce{OH-} आयन।

अभ्यास 18.3 ★

इस अध्याय के pH पैमाने की मदद से सबसे अम्लीय से सबसे क्षारकीय के क्रम में लगाओ: कॉफ़ी, समुद्र का पानी, कागज़ी नींबू का रस, घरेलू अमोनिया, शुद्ध पानी।

हल

हल — अभ्यास 18.3.

कागज़ी नींबू का रस (2), कॉफ़ी (5), शुद्ध पानी (7), समुद्र का पानी (8.1), घरेलू अमोनिया (12)।

अभ्यास 18.4 ★

pH पत्र से किसी विलयन का pH मापने का तरीका बताओ।

हल

हल — अभ्यास 18.4.

साफ़, सूखी तश्तरी पर रखी पट्टी को साफ़ काँच की छड़ से लाई गई विलयन की एक बूँद से छुआया जाता है; रंग की तुलना तुरंत चार्ट से की जाती है।

अभ्यास 18.5 ★★

pH 4 वाले विलयन को पानी से दस गुना तनु किया जाता है। उसका नया pH लगभग कितना है? और अगर उसे सौ गुना तनु किया जाए तो?

हल

हल — अभ्यास 18.5.

दस-गुना तनुकरण के बाद लगभग 5; सौ-गुना के बाद लगभग 6।

अभ्यास 18.6 ★★

क्या पानी मिलाकर कोई अम्लीय विलयन क्षारकीय बन सकता है? समझाओ।

हल

हल — अभ्यास 18.6.

नहीं। तनु करने से pH 7 के क़रीब आता है, पर उसके पार कभी नहीं जाता: पानी ख़ुद उदासीन है, और उसे मिलाने से OHX−\ce{OH-} आयन HX+\ce{H+} आयनों से अधिक नहीं हो सकते।

अभ्यास 18.7 ★★

अम्ल को पानी में ही क्यों डालना चाहिए, उलटा क्यों नहीं?

हल

हल — अभ्यास 18.7.

मिलाने पर ऊष्मा निकलती है। सांद्र अम्ल पर डाला गया पानी तुरंत उबलकर अम्ल को बाहर उछाल सकता है; पानी में धीरे-धीरे डाला गया अम्ल तुरंत बड़े आयतन में फैल जाता है।

अभ्यास 18.8 ★★

एक बोतल पर GHS05 चित्रसंकेत है। इसका क्या अर्थ है? दो सावधानियाँ बताओ।

हल

हल — अभ्यास 18.8.

संक्षारक: त्वचा और आँखों को जलाता है, धातुओं पर आक्रमण करता है। चश्मा और दस्ताने पहनो; कोई भी छींटा ढेर सारे पानी से धो डालो।

अभ्यास 18.9 ★★

किसी अम्ल को pH 1 से pH 4 तक ले जाने के लिए कितने दस-गुना तनुकरण चाहिए? यह कुल कितना तनुकरण है?

हल

हल — अभ्यास 18.9.

तीन तनुकरण (1 से 2, 2 से 3, 3 से 4): 10×10×10=100010 \times 10 \times 10 = 1000 गुना।

अभ्यास 18.10 ★★

पेट की अम्लता के लिए मिल्क ऑफ़ मैग्नीशिया लिया जाता है। pH पैमाने की मदद से समझाओ क्यों।

हल

हल — अभ्यास 18.10.

मिल्क ऑफ़ मैग्नीशिया क्षारकीय है (pH लगभग 10.5): वह पेट के अतिरिक्त अम्ल के कुछ भाग के साथ अभिक्रिया करता है।

अभ्यास 18.11 ★★★

औद्योगिक युग से अब तक महासागर का pH लगभग 0.1 घटा है। क्या आज महासागर अम्लीय है? वह किस दिशा में बढ़ रहा है, और क्यों?

हल

हल — अभ्यास 18.11.

नहीं: 8.1 के pH के साथ वह अब भी थोड़ा क्षारकीय है। वह कम pH की ओर, यानी कम क्षारकीय होने की ओर, बढ़ रहा है, क्योंकि वायु की कार्बन डाइऑक्साइड उसमें घुलती है।

अभ्यास 18.12 ★★★

एक छात्र उसी सिरके का pH pH पत्र से (3) और pH मीटर से (2.6) मापता है। समझाओ कि दोनों परिणाम अलग क्यों हैं और कौन-सा अधिक परिशुद्ध है।

हल

हल — अभ्यास 18.12.

pH पत्र को रंग-चार्ट से आँख द्वारा मिलाकर पढ़ा जाता है, लगभग एक इकाई तक; pH मीटर एक या दो दशमलव तक की संख्या देता है। मीटर अधिक परिशुद्ध है; दोनों परिणाम पत्र की परिशुद्धता के भीतर मेल खाते हैं।

18.7 समस्या: अम्ल का गिरना

समस्या 18.1

सप्ताहांत समस्या — प्रयोगशाला के सिंक में गिरा एक लीटर अम्ल, और उसे तनु करना हल क्यों नहीं है

pH 2 वाले तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल की 1 L1\,\mathrm{L} से भरी एक बोतल प्रयोगशाला के सिंक में टूट जाती है। नाली में pH 5 से कम वाला कोई भी विलयन नहीं जाना चाहिए। इस अध्याय का नियम लो: इस अम्ल के लिए हर दस-गुना तनुकरण pH को एक इकाई बढ़ाता है।

भाग I — अम्ल।

  1. विलयन अम्लीय है, उदासीन या क्षारकीय? उसमें कौन-से आयन सबसे अधिक हैं?
  2. बोतल पर कौन-सा चित्रसंकेत होना चाहिए, और क्यों?
  3. शिक्षक pH पत्र के बजाय pH मीटर से pH मापते हैं। एक लाभ बताओ।
  4. उसी अम्ल के pH 2 वाले एक लीटर में pH 3 वाले एक लीटर की तुलना में कितने गुना HX+\ce{H+} आयन हैं?

भाग II — तनु करना।

  1. एक लीटर अम्ल को दस गुना तनु करने पर विलयन का कितना आयतन मिलता है? उसका pH क्या है?
  2. pH 5 तक पहुँचने के लिए कितने दस-गुना तनुकरण चाहिए?
  3. तब विलयन का कुल आयतन कितना होगा?
  4. क्या पानी की कोई भी मात्रा विलयन को क्षारकीय बना सकती है? समझाओ।

भाग III — एक बेहतर तरीका। इसके बजाय शिक्षक किसी क्षारक का विलयन थोड़ा-थोड़ा तब तक मिलाते हैं जब तक pH पत्र 7 न दिखाए: अम्ल के HX+\ce{H+} आयन क्षारक के OHX−\ce{OH-} आयनों के साथ अभिक्रिया करते हैं।

  1. HX+\ce{H+} और OHX−\ce{OH-} आयनों के बीच अभिक्रिया का समीकरण लिखो।
  2. यह तनु करने से बेहतर क्यों है?
  3. रोज़मर्रा का कोई क्षारकीय उत्पाद बताओ जिससे रसोई में थोड़ा-सा गिरा सिरका साफ़ किया जा सके।
  4. एक लीटर अम्ल को pH 5 तक लाने के लिए उसमें मिलाए जाने वाले पानी का आयतन निकालो।
हल

हल — समस्या 18.1.

1. अम्लीय: उसमें ज़्यादातर HX+(aq)\ce{H+(aq)} और ClX−(aq)\ce{Cl-(aq)} आयन हैं।

2. GHS05, संक्षारक: अम्ल त्वचा, आँखों और धातुओं पर आक्रमण करता है।

3. वह आँख से मिलाए जाने वाले रंग के बजाय एक परिशुद्ध संख्या देता है।

4. दस गुना: pH की एक इकाई दस-गुना तनुकरण के संगत है।

5. 10 L10\,\mathrm{L}, pH 3 का।

6. तीन: pH 2 से 3, 3 से 4, 4 से 5।

7. 1×10×10×10=1000 L1 \times 10 \times 10 \times 10 = 1000\,\mathrm{L}।

8. नहीं: तनु करने से pH केवल 7 के क़रीब आता है।

9. HX++OHX−→HX2O\ce{H+ + OH- -> H2O}।

10. अम्ल एक विशाल आयतन में फैलने के बजाय नष्ट होकर पानी बन जाता है; थोड़ा-सा क्षारक ही चाहिए, हज़ार लीटर पानी नहीं।

11. पानी में घुला खाने का सोडा (या साबुन वाला पानी)।

12. 1000−1=999 L1000 - 1 = 999\,\mathrm{L} पानी।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

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