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

31आयनिक और आण्विक ठोसों का घुलना

पानी में मिलाकर चलाई गई एक चुटकी नमक कुछ ही सेकंड में ग़ायब हो जाती है; वही चुटकी खाना पकाने के तेल में चलाई जाए तो गिलास की तली में, बिना बदले, तब तक पड़ी रहती है जब तक कोई देखना चाहे। नल के नीचे धोई गई चिकनी कड़ाही चिकनी ही रहती है; बर्तन धोने के तरल की एक बूँद, और चिकनाई उतर जाती है। कोई पदार्थ किसी द्रव में घुलेगा या नहीं, यह क्या तय करता है? उत्तर पिछले अध्याय के आंशिक आवेशों और कणों के बीच के बलों में छिपा है।

पहले से ज्ञात

विलेयता; मिश्रणीय और अमिश्रणीय द्रव (अध्याय 9)। आयनिक यौगिक धनायनों और ऋणायनों से ऐसे अनुपात में बना होता है कि वह उदासीन रहे (अध्याय 17)। ध्रुवीय और अध्रुवीय अणु, हाइड्रोजन आबंध, वान्डरवाल्स अन्योन्यक्रियाएँ (अध्याय 30)। द्रव–द्रव निष्कर्षण (अध्याय 22)। मोलर सांद्रता (अध्याय 26)।

31.1 आयनिक ठोस का घुलना

सोडियम क्लोराइड के क्रिस्टल में हर सोडियम आयन $\ce{Na+}$ क्लोराइड आयनों $\ce{Cl-}$ से घिरा होता है और हर क्लोराइड आयन सोडियम आयनों से, सभी विपरीत आवेशों के बीच के आकर्षण से जुड़े हुए। पानी के ध्रुवीय अणु इन आवेशों से आकर्षित होते हैं: उनका ऑक्सीजन वाला सिरा ( $\delta^-$ ) धनायनों की ओर मुड़ता है, हाइड्रोजन वाला सिरा ( $\delta^+$ ) ऋणायनों की ओर।

परिभाषा 31.1 (वियोजन)

किसी विलायक में आयनिक ठोस का वियोजन उसके आयनों का एक-दूसरे से अलग होना है: वे क्रिस्टल छोड़ देते हैं और विलयन में एक-दूसरे से दूर चले जाते हैं।

परिभाषा 31.2 (विलायकन, जलयोजन)

किसी घुले हुए कण का विलायकन उसका विलायक के अणुओं से घिर जाना है, जो आकर्षणों से उससे जुड़े रहते हैं; पानी में इसे जलयोजन कहते हैं। किसी सूत्र के बाद लिखे संकेत (aq) का अर्थ है “जलयोजित”।

प्रतिज्ञप्ति 31.3 (घुलने के तीन चरण)

आयनिक ठोस पानी में तीन चरणों में घुलता है जो साथ-साथ होते हैं: आयन क्रिस्टल से बाहर खींचे जाते हैं (वियोजन), पानी के अणुओं से घिर जाते हैं (जलयोजन), और पूरे विलयन में फैल जाते हैं (परिक्षेपण)। सोडियम क्लोराइड के लिए,

\ce{NaCl(s) -> Na+(aq) + Cl-(aq)} .

उपपत्ति. स्वीकृत: आयनों और पानी के ध्रुवीय अणुओं के बीच के आकर्षण, मिलाकर, इतने प्रबल होते हैं कि वे क्रिस्टल के आयनों के बीच के आकर्षणों की जगह ले सकें। ∎

सोडियम क्लोराइड का घुलना। एक सोडियम आयन और एक क्लोराइड आयन क्रिस्टल छोड़ चुके हैं; हर एक जलयोजित है। धनायन के चारों ओर पानी के अणु अपने ऑक्सीजन परमाणु (लाल, -) भीतर की ओर मोड़ते हैं, ऋणायन के चारों ओर अपने हाइड्रोजन परमाणु (सफ़ेद, +)। — सोडियम क्लोराइड का घुलना। एक सोडियम आयन और एक क्लोराइड आयन क्रिस्टल छोड़ चुके हैं; हर एक जलयोजित है। धनायन के चारों ओर पानी के अणु अपने ऑक्सीजन परमाणु (लाल, $\delta^-$ ) भीतर की ओर मोड़ते हैं, ऋणायन के चारों ओर अपने हाइड्रोजन परमाणु (सफ़ेद, $\delta^+$ )।

31.2 आयनों की सांद्रताएँ

विधि 31.4 (हर आयन की सांद्रता)

घुलने का समीकरण लिखिए, परमाणुओं और आवेश दोनों में संतुलित: कैल्सियम क्लोराइड के लिए $\ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(aq) + 2Cl-(aq)}$ ।
घुले हुए ठोस की मात्रा $n$ , और विलेय में विलयन की सांद्रता $c = n / V$ , निकालिए।
हर आयन की सांद्रता समीकरण में उसके गुणांक से गुणा की गई $c$ है: यहाँ $[\ce{Ca^{2+}}] = c$ और $[\ce{Cl-}] = 2c$ ।

वर्ग कोष्ठक $[\ldots]$ किसी घुली हुई स्पीशीज़ की मोलर सांद्रता दर्शाते हैं।

उदाहरण 31.5 (कैल्सियम क्लोराइड)

पानी में $5.55\,\mathrm{g}$ कैल्सियम क्लोराइड ( $M = 111.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ) घोलकर $500.0\,\mathrm{mL}$ विलयन बनाया जाता है: $n = 0.0500\,\mathrm{mol}$ , $c = 0.100\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ , इसलिए $[\ce{Ca^{2+}}] = 0.100\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ और $[\ce{Cl-}] = 0.200\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ । विलयन उदासीन है: प्रति लीटर $2 \times 0.100$ धनात्मक आवेश, और $1 \times 0.200$ ऋणात्मक।

31.3 ध्रुवता और विलेयता

प्रतिज्ञप्ति 31.6 (समान, समान को घोलता है)

पानी जैसा ध्रुवीय विलायक आयनिक ठोसों और ध्रुवीय स्पीशीज़ को घोलता है, विशेषकर उन्हें जो उसके साथ हाइड्रोजन आबंध बना सकती हैं; साइक्लोहेक्सेन या वनस्पति तेल जैसा अध्रुवीय विलायक अध्रुवीय स्पीशीज़ को घोलता है। आयनिक ठोस अध्रुवीय विलायकों में बहुत कम घुलते हैं, और अध्रुवीय स्पीशीज़ पानी में बहुत कम।

उपपत्ति. स्वीकृत: कोई विलेय तब अच्छी तरह घुलता है जब विलायक के साथ वह जो आकर्षण बना सकता है, वे कम से कम उतने प्रबल हों जितने वह तोड़ता है, अपने कणों के बीच और विलायक के अणुओं के बीच। ∎

उदाहरण 31.7 (तीन स्थितियाँ)

एथेनॉल पानी में हर अनुपात में मिल जाता है: उसका $\ce{O-H}$ समूह पानी के साथ हाइड्रोजन आबंध बनाता है। नमक पानी में घुलता है पर तेल में नहीं। आयोडीन, $\ce{I2}$ , एक अध्रुवीय अणु, पानी में कम घुलता है (लगभग $0.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ , एक भूरा विलयन) पर अध्रुवीय विलायकों में अच्छी तरह (प्रति किलोग्राम हेप्टेन $17\,\mathrm{g}$ , एक बैंगनी विलयन)।

31.4 द्रव–द्रव निष्कर्षण, समझाया गया

द्रव–द्रव निष्कर्षण किसी स्पीशीज़ को एक विलायक से ऐसे दूसरे विलायक में ले जाता है जो पहले के साथ अमिश्रणीय हो और जिसमें वह अधिक विलेय हो। नियम “समान, समान को घोलता है” बताता है कि कौन-सा विलायक चुनना है।

प्रयोगशाला में — आयोडीन का निष्कर्षण

भूरे जलीय आयोडीन विलयन का $20\,\mathrm{mL}$ एक पृथक्कारी कीप में $10\,\mathrm{mL}$ साइक्लोहेक्सेन के साथ डाला जाता है। कीप को डाट से बंद करके हिलाया जाता है, टोंटी से उसका दाब निकाला जाता है, और उसे ठहरने के लिए छोड़ दिया जाता है। दो परतें बनती हैं: कम घना साइक्लोहेक्सेन ऊपर। ऊपरी परत अब बैंगनी है, निचली लगभग रंगहीन: आयोडीन साइक्लोहेक्सेन में चला गया है। निचली परत टोंटी से निकाल दी जाती है, और आयोडीन साइक्लोहेक्सेन में वापस मिल जाता है।

साइक्लोहेक्सेन से पानी में से आयोडीन का निष्कर्षण। अध्रुवीय आयोडीन अध्रुवीय विलायक में चला जाता है; पानी से कम घना साइक्लोहेक्सेन ऊपर तैरता है।

सुरक्षा

साइक्लोहेक्सेन अत्यधिक ज्वलनशील है, इसकी वाष्प उनींदापन लाती है, निगलने पर यह फेफड़ों के लिए हानिकारक है और जलीय जीवों के लिए अत्यंत विषैला है। आयोडीन त्वचा के संपर्क से और साँस में लेने पर हानिकारक है। धूम-हुड, चश्मा और दस्ताने, पास में कहीं कोई लौ नहीं; कार्बनिक अपशिष्ट इकट्ठा किया जाता है।

31.5 साबुन और उभयरागी अणु

परिभाषा 31.8 (जलरागी, जलविरागी)

कोई स्पीशीज़ या अणु का कोई भाग जलरागी होता है अगर वह पानी से आकर्षित हो (आयनिक या ध्रुवीय समूह, हाइड्रोजन आबंध बनाने वाले समूह); वह जलविरागी होता है अगर ऐसा न हो (कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं की लंबी, अध्रुवीय श्रृंखलाएँ)। जलविरागी स्पीशीज़ वसाओं और तेलों में घुलती हैं।

परिभाषा 31.9 (उभयरागी अणु, मिसेल)

उभयरागी अणु या आयन का एक जलरागी सिर और एक जलविरागी पूँछ होती है। पानी में उभयरागी आयन मिसेलों में इकट्ठे हो जाते हैं: नन्हे गोले, जिनमें पूँछें भीतर, पानी से बाहर, और सिर सतह पर, पानी के संपर्क में होते हैं।

उदाहरण 31.10 (एक साबुन)

सोडियम स्टीयरेट, $\ce{C17H35COONa}$ ( $M = 306.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ), एक विशिष्ट साबुन है, जो जंतु या वनस्पति वसाओं से बनता है। पानी में वह सोडियम आयनों $\ce{Na+}$ और स्टीयरेट आयनों $\ce{C17H35COO-}$ के रूप में घुलता है: एक सिर $\ce{-COO-}$ , आयनिक, जलरागी, और 17 कार्बन परमाणुओं की एक पूँछ, जलविरागी।

स्टीयरेट आयन। इस टेढ़े-मेढ़े चित्र में श्रृंखला का हर कोना एक कार्बन परमाणु है जिस पर हाइड्रोजन परमाणु हैं (CH2, और सिरे पर CH3); आगे का एक अध्याय यह संक्षिप्त रूप समझाता है। नीचे, सामान्य रेखाचित्र: लहरदार पूँछ और गोल सिर। — स्टीयरेट आयन। इस टेढ़े-मेढ़े चित्र में श्रृंखला का हर कोना एक कार्बन परमाणु है जिस पर हाइड्रोजन परमाणु हैं ( $\ce{CH2}$ , और सिरे पर $\ce{CH3}$ ); आगे का एक अध्याय यह संक्षिप्त रूप समझाता है। नीचे, सामान्य रेखाचित्र: लहरदार पूँछ और गोल सिर।

प्रतिज्ञप्ति 31.11 (साबुन चिकनाई कैसे हटाता है)

चिकनाई जलविरागी है और पानी में नहीं घुलती। साबुन वाले पानी में साबुन के आयनों की पूँछें चिकनाई में घुल जाती हैं जबकि सिर पानी में रहते हैं; चिकनाई नन्ही बूँदों में टूट जाती है, हर बूँद एक ऐसे मिसेल में लिपटी होती है जिसकी आवेशित सतह पानी की ओर होती है, और बूँदें धोने वाले पानी के साथ बह जाती हैं।

उपपत्ति. स्वीकृत: यह आयन के हर सिरे पर “समान, समान को घोलता है” लागू करने से निकलता है; बाहर के आवेशित सिर बूँदों को फिर से आपस में मिलने से भी रोकते हैं, क्योंकि समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। ∎

अनुप्रस्थ काट में एक मिसेल: चिकनाई की एक बूँद के चारों ओर साबुन के आयन, पूँछें भीतर, आवेशित सिर बाहर। हर मिसेल की सतह ऋणावेशित होती है, और मिसेल एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।

चिकने हाथ धोना: साबुन चिकनाई को मिसेलों में बहा ले जाता है।

टिप्पणी 31.12 (कठोर पानी और मैल)

कठोर पानी में बहुत-से कैल्सियम आयन $\ce{Ca^{2+}}$ और मैग्नीशियम आयन $\ce{Mg^{2+}}$ होते हैं, जो उन चट्टानों से घुलकर आते हैं जिनसे होकर वह बहा है। स्टीयरेट आयनों के साथ वे एक अवक्षेप (अध्याय 17), कैल्सियम स्टीयरेट, बनाते हैं:

\ce{2C17H35COO- + Ca^{2+} -> Ca(C17H35COO)2(s)} .

यही धूसर ठोस वह मैल है जो वॉशबेसिन में छल्ला बनाता है, और उसमें फँसा साबुन का हर आयन धोने के काम से निकल जाता है: कठोर पानी में साबुन ठीक से झाग नहीं देता, जब तक इतना न मिला दिया जाए कि सारा कैल्सियम अवक्षेपित हो जाए।

वॉशबेसिन में साबुन का मैल: कठोर पानी द्वारा अवक्षेपित कैल्सियम स्टीयरेट।

31.6 अभ्यास

अभ्यास 31.1 ★

सोडियम क्लोराइड $\ce{NaCl}$ , कैल्सियम क्लोराइड $\ce{CaCl2}$ , सोडियम सल्फ़ेट $\ce{Na2SO4}$ और ऐलुमिनियम क्लोराइड $\ce{AlCl3}$ के पानी में घुलने के समीकरण लिखिए।

हल

हल — अभ्यास 31.1.

$\ce{NaCl(s) -> Na+(aq) + Cl-(aq)}$ ; $\ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(aq) + 2Cl-(aq)}$ ; $\ce{Na2SO4(s) -> 2Na+(aq) + SO4^{2-}(aq)}$ ; $\ce{AlCl3(s) -> Al^{3+}(aq) + 3Cl-(aq)}$ ।

अभ्यास 31.2 ★

सोडियम सल्फ़ेट के एक विलयन का $c = 0.050\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ है। सोडियम आयनों और सल्फ़ेट आयनों की सांद्रताएँ बताइए।

हल

हल — अभ्यास 31.2.

$[\ce{Na+}] = 2 \times 0.050 = 0.10\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $[\ce{SO4^{2-}}] = 0.050\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ।

अभ्यास 31.3 ★

किसी आयन के जलयोजन का क्या अर्थ है? पानी के अणु का कौन-सा सिरा धनायन की ओर, और कौन-सा ऋणायन की ओर रहता है? क्यों?

हल

हल — अभ्यास 31.3.

जलयोजन आयन का उससे जुड़े पानी के अणुओं से घिर जाना है। ऑक्सीजन वाला सिरा ( $\delta^-$ ) धनायन की ओर रहता है, हाइड्रोजन वाला सिरा ( $\delta^+$ ) ऋणायन की ओर: विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं।

अभ्यास 31.4 ★

$2.67\,\mathrm{g}$ ऐलुमिनियम क्लोराइड घोलकर $200.0\,\mathrm{mL}$ विलयन बनाया जाता है। विलयन की और हर आयन की सांद्रता निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 31.4.

$M(\ce{AlCl3}) = 27.0 + 3 \times 35.5 = 133.5\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $n = 2.67 / 133.5 = 0.0200\,\mathrm{mol}$ ; $c = 0.0200 / 0.2000 = 0.100\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $[\ce{Al^{3+}}] = 0.100\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ , $[\ce{Cl-}] = 0.300\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ।

अभ्यास 31.5 ★

स्टीयरेट आयन के हर भाग को जलरागी या जलविरागी के रूप में चिह्नित कीजिए, और बताइए क्यों।

हल

हल — अभ्यास 31.5.

सिर $\ce{-COO-}$ आयनिक है, पानी से आकर्षित: जलरागी। केवल $\ce{C-C}$ और लगभग अध्रुवीय $\ce{C-H}$ आबंधों वाली 17 कार्बन परमाणुओं की पूँछ अध्रुवीय है: जलविरागी।

अभ्यास 31.6 ★★

इन्हें घोलने के लिए आप कौन-सा विलायक, पानी या साइक्लोहेक्सेन, चुनेंगे: नमक; मोमबत्ती का मोम (लंबी हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएँ); चीनी (बहुत-से $\ce{O-H}$ समूह); आयोडीन? हर चुनाव का औचित्य बताइए।

हल

हल — अभ्यास 31.6.

नमक: पानी (आयनिक ठोस, ध्रुवीय विलायक)। मोम: साइक्लोहेक्सेन (अध्रुवीय श्रृंखलाएँ)। चीनी: पानी (उसके $\ce{O-H}$ समूह पानी के साथ हाइड्रोजन आबंध बनाते हैं)। आयोडीन: साइक्लोहेक्सेन (अध्रुवीय अणु)।

अभ्यास 31.7 ★★

एथेनॉल $\ce{CH3-CH2-OH}$ पानी में हर अनुपात में मिल जाता है, पर हेक्सेन $\ce{C6H14}$ पानी में नहीं मिलता। समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 31.7.

एथेनॉल का $\ce{O-H}$ समूह पानी के अणुओं के साथ हाइड्रोजन आबंध बनाता है, जो उसके द्वारा तोड़े गए आबंधों की जगह ले लेते हैं: एथेनॉल पानी में समा जाता है। अध्रुवीय हेक्सेन ऐसे कोई आबंध नहीं बना सकता; हाइड्रोजन आबंधों से एक-दूसरे से जुड़े पानी के अणु उसे भीतर नहीं आने देते।

अभ्यास 31.8 ★★

मिसेल वाला चित्र देखिए। पूँछें भीतर और सिर बाहर क्यों हैं? दो मिसेल मिलकर चिकनाई की एक बड़ी बूँद क्यों नहीं बन जाते?

हल

हल — अभ्यास 31.8.

जलविरागी पूँछें पानी से बचती हैं और केंद्र में चिकनाई में घुल जाती हैं; आवेशित सिर पानी से आकर्षित होते हैं और बाहर रहते हैं। सभी मिसेलों की सतहों पर ऋणात्मक आवेश होते हैं, और समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं: वे अलग रहते हैं।

अभ्यास 31.9 ★★

किसी पौधे की सुगंध पानी में घुली है। उसके निष्कर्षण के लिए रसायनज्ञ एथेनॉल या साइक्लोहेक्सेन का उपयोग कर सकता है। कौन-सा उपयुक्त है, और दूसरा क्यों नहीं (मिश्रणीयता के बारे में सोचिए)?

हल

हल — अभ्यास 31.9.

साइक्लोहेक्सेन: वह पानी के साथ अमिश्रणीय है, इसलिए एक अलग परत बनाता है जिसे निकाला जा सकता है, और सुगंध (अध्रुवीय) उसमें अच्छी तरह घुलती है। एथेनॉल पानी के साथ मिश्रणीय है: कोई दूसरी परत नहीं बनती, और कुछ भी अलग नहीं किया जा सकता।

अभ्यास 31.10 ★★

आयोडीन के निष्कर्षण में साइक्लोहेक्सेन की परत ऊपर क्यों है? कौन-सी परत टोंटी से निकाली जाती है? अंत में आयोडीन कहाँ है?

हल

हल — अभ्यास 31.10.

साइक्लोहेक्सेन पानी से कम घना है। निचली, जलीय परत टोंटी से निकाली जाती है। आयोडीन ऊपरी साइक्लोहेक्सेन परत में है, जो कीप में रहती है।

अभ्यास 31.11 ★★

कॉपर सल्फ़ेट के नीले विलयन को साइक्लोहेक्सेन के साथ हिलाया जाता है। नीले रंग का क्या होता है? समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 31.11.

कुछ नहीं: कॉपर सल्फ़ेट आयनिक है और अध्रुवीय साइक्लोहेक्सेन में नहीं घुलता। पानी नीला रहता है और साइक्लोहेक्सेन रंगहीन।

अभ्यास 31.12 ★★★

$[\ce{Cl-}] = 0.300\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ वाला $250.0\,\mathrm{mL}$ विलयन बनाने के लिए कैल्सियम क्लोराइड का कितना द्रव्यमान घोलना होगा?

हल

हल — अभ्यास 31.12.

$[\ce{Cl-}] = 2c$ , इसलिए $c = 0.150\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $n = 0.150 \times 0.2500 = 0.0375\,\mathrm{mol}$ ; $m = 0.0375 \times 111.1 = 4.17\,\mathrm{g}$ ।

अभ्यास 31.13 ★★★

समुद्र के पानी के एक नमूने में $0.010\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ कैल्सियम आयन और $0.053\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ मैग्नीशियम आयन पाए जाते हैं। समझाइए कि साधारण साबुन समुद्र के पानी में बहुत ख़राब झाग क्यों देता है। एक लीटर समुद्र के पानी के केवल कैल्सियम आयन कितना सोडियम स्टीयरेट अवक्षेपित करेंगे?

हल

हल — अभ्यास 31.13.

कैल्सियम और मैग्नीशियम आयन स्टीयरेट आयनों को मैल के रूप में अवक्षेपित कर देते हैं: मिसेल बनाने से पहले ही साबुन खप जाता है, और ठीक से झाग नहीं देता। अकेला कैल्सियम: $\ce{Ca^{2+}}$ का $0.010\,\mathrm{mol}$ स्टीयरेट का $0.020\,\mathrm{mol}$ ले लेता है, यानी प्रति लीटर $0.020 \times 306.0 = 6.1\,\mathrm{g}$ सोडियम स्टीयरेट।

अभ्यास 31.14 ★★★

$0.20\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ वाले सोडियम क्लोराइड विलयन का $100.0\,\mathrm{mL}$ $0.10\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ वाले कैल्सियम क्लोराइड विलयन के $100.0\,\mathrm{mL}$ के साथ मिलाया जाता है। कोई अवक्षेप नहीं बनता। मिश्रण में $\ce{Na+}$ , $\ce{Ca^{2+}}$ और $\ce{Cl-}$ की सांद्रताएँ निकालिए, और जाँचिए कि वह उदासीन है।

हल

हल — अभ्यास 31.14.

आयतन $0.2000\,\mathrm{L}$ । $\ce{Na+}$ : $0.020 / 0.2000 = 0.10\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $\ce{Ca^{2+}}$ : $0.010 / 0.2000 = 0.050\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $\ce{Cl-}$ : $(0.020 + 0.020) / 0.2000 = 0.20\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ । धनात्मक आवेश: $0.10 + 2 \times 0.050 = 0.20$ ; ऋणात्मक: $0.20$ । उदासीन।

अभ्यास 31.15 ★★★

आयोडीन प्रति लीटर पानी लगभग $0.3\,\mathrm{g}$ और प्रति किलोग्राम हेप्टेन $17\,\mathrm{g}$ घुलता है। हेप्टेन का घनत्व लगभग $0.68\,\mathrm{kg}/\mathrm{L}$ है। एक लीटर हेप्टेन एक लीटर पानी की तुलना में कितने गुना अधिक आयोडीन रख सकता है? निष्कर्षण के लिए इसका क्या अर्थ है?

हल

हल — अभ्यास 31.15.

एक लीटर हेप्टेन का द्रव्यमान $0.68\,\mathrm{kg}$ है और वह $17 \times 0.68 = 12\,\mathrm{g}$ आयोडीन रख सकता है, जो एक लीटर पानी से लगभग 40 गुना अधिक है। साथ हिलाने पर लगभग सारा आयोडीन हेप्टेन में चला जाता है: निष्कर्षण दक्ष है।

31.7 समस्या: साबुन और कठोर पानी

समस्या 31.1

सप्ताहांत समस्या — कठोर पानी का एक स्नान कितना साबुन मैल के रूप में बर्बाद करता है?

एक नल के पानी में प्रति लीटर $120\,\mathrm{mg}$ कैल्सियम आयन और $24\,\mathrm{mg}$ मैग्नीशियम आयन हैं। उससे $150\,\mathrm{L}$ का एक स्नान-टब भरा जाता है, और नहाने वाला सोडियम स्टीयरेट, $\ce{C17H35COONa}$ , से बना साबुन इस्तेमाल करता है।

भाग I — पानी में क्या है।

नल के पानी के कैल्सियम और मैग्नीशियम आयन कहाँ से आते हैं?
कैल्सियम आयनों और मैग्नीशियम आयनों की मोलर सांद्रताएँ निकालिए।
कैल्सियम आयनों के साथ हाइड्रोजनकार्बोनेट आयन, $\ce{HCO3-}$ , होते हैं, मानो कैल्सियम हाइड्रोजनकार्बोनेट $\ce{Ca(HCO3)2}$ घोला गया हो। घुलने का वह समीकरण लिखिए, और कैल्सियम के साथ आने वाले हाइड्रोजनकार्बोनेट आयनों की सांद्रता निकालिए।
टब में कैल्सियम आयनों की कितनी मात्रा है?

भाग II — साबुन।

सोडियम स्टीयरेट का मोलर द्रव्यमान निकालिए।
पानी में उसके घुलने का समीकरण लिखिए।
स्टीयरेट आयन का कौन-सा भाग जलरागी है, कौन-सा जलविरागी? इसे उभयरागी क्यों कहते हैं?
मिसेल का वर्णन कीजिए, और समझाइए कि वह त्वचा से चिकनाई कैसे हटाता है।
धोने के लिए साबुन को तेल में नहीं, पानी में क्यों घोलना चाहिए?

भाग III — मैल।

कैल्सियम स्टीयरेट के अवक्षेपण का समीकरण लिखिए। जाँचिए कि वह आवेश में संतुलित है।
नल के पानी के $1.00\,\mathrm{L}$ और स्टीयरेट आयनों के आधिक्य के लिए प्रगति सारणी भरिए। कौन-सा अभिकारक सीमांत है?
प्रति लीटर स्टीयरेट आयनों की कितनी मात्रा कैल्सियम के कारण खो जाती है?
कैल्सियम स्टीयरेट का मोलर द्रव्यमान, और प्रति लीटर बने मैल का द्रव्यमान, निकालिए।
मैग्नीशियम स्टीयरेट भी इसी तरह अवक्षेपित होता है। मैग्नीशियम आयन प्रति लीटर स्टीयरेट की कितनी मात्रा ले लेते हैं?

भाग IV — स्नान।

पूरे टब का कैल्सियम स्टीयरेट आयनों की कितनी मात्रा अवक्षेपित करता है?
यह साबुन का कितना द्रव्यमान है?
मैग्नीशियम जोड़कर, कुल कितना साबुन बर्बाद होता है?
साबुन की टिकियों का भार लगभग $100\,\mathrm{g}$ होता है। अकेला कैल्सियम कितनी टिकियाँ ले लेता है?
अंतिम उत्तर बताइए: इस पानी के $150\,\mathrm{L}$ के एक स्नान का कैल्सियम मैल के रूप में साबुन का कितना द्रव्यमान बर्बाद करता है?

हल

हल — समस्या 31.1.

1. उन चट्टानों से जिनसे होकर पानी बहा है (चूना पत्थर, डोलोमाइट, जिप्सम), जो थोड़ी-सी घुलती हैं।

2. $[\ce{Ca^{2+}}] = 0.120 / 40.1 = 2.99 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ; $[\ce{Mg^{2+}}] = 0.024 / 24.3 = 9.9 \times 10^{-4}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ।

3. $\ce{Ca(HCO3)2 -> Ca^{2+}(aq) + 2HCO3-(aq)}$ ; इसलिए $[\ce{HCO3-}] = 2 \times 2.99 \times 10^{-3} = 5.99 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ।

4. $2.99 \times 10^{-3} \times 150 = 0.449\,\mathrm{mol}$ ।

5. $18 \times 12.0 + 35 \times 1.0 + 2 \times 16.0 + 23.0 = 306.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ।

6. $\ce{C17H35COONa(s) -> C17H35COO-(aq) + Na+(aq)}$ ।

7. सिर $\ce{-COO-}$ : जलरागी; पूँछ $\ce{C17H35-}$ : जलविरागी। उसमें दोनों प्रकार के भाग हैं: उभयरागी।

8. साबुन के आयनों का एक नन्हा गोला, पूँछें भीतर, सिर बाहर। पूँछें चिकनाई में घुल जाती हैं, जो मिसेलों में लिपटी बूँदों में टूट जाती है; आवेशित सतहें बूँदों को पानी में अलग रखती हैं, जो उन्हें बहा ले जाता है।

9. साबुन को आयन और मिसेल बनाने होते हैं, जिसके लिए सिरों के चारों ओर पानी चाहिए; और चिकनाई धोने वाले पानी के साथ बह जाती है। तेल में चिकनाई बस घुलकर त्वचा पर ही रह जाती।

10. $\ce{2C17H35COO- + Ca^{2+} -> Ca(C17H35COO)2}$ : आवेश बाईं ओर $2 \times (-1) + 2 = 0$ , दाईं ओर $0$ ।

11. $\ce{C17H35COO-}$ : आधिक्य $- 2x$ ; $\ce{Ca^{2+}}$ : $2.99 \times 10^{-3} - x$ ; कैल्सियम स्टीयरेट: $x$ । कैल्सियम आयन सीमांत हैं: $x_{\max} = 2.99 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$ ।

12. प्रति लीटर $2 \times 2.99 \times 10^{-3} = 5.99 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$ ।

13. $M = 36 \times 12.0 + 70 \times 1.0 + 4 \times 16.0 + 40.1 = 606.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; प्रति लीटर $2.99 \times 10^{-3} \times 606.1 = 1.81\,\mathrm{g}$ मैल।

14. प्रति लीटर $2 \times 9.9 \times 10^{-4} = 1.98 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$ ।

15. $2 \times 0.449 = 0.898\,\mathrm{mol}$ ।

16. $0.898 \times 306.0 = 275\,\mathrm{g}$ ।

17. मैग्नीशियम: $9.9 \times 10^{-4} \times 150 = 0.148\,\mathrm{mol}$ , जो स्टीयरेट का $0.296\,\mathrm{mol}$ , यानी $91\,\mathrm{g}$ साबुन, लेता है; कुल मिलाकर लगभग $275 + 91 = 366\,\mathrm{g}$ ।

18. $275 / 100 \approx 2.7$ टिकियाँ।

19. एक स्नान का कैल्सियम लगभग $0.27\,\mathrm{kg}$ साबुन मैल के रूप में बर्बाद करता है।

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