प्रबल विद्युत अपघटनी, दुर्बल विद्युत अपघटनी आणि अविद्युत अपघटनी यांवर चर्चा करणारे उदाहरणादाखल प्रश्न.
इलेक्ट्रोलाइट्स ही रसायनशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे, जी विशेषतः द्रावणांशी संबंधित अभिक्रियांच्या अभ्यासात अत्यंत महत्त्वाची आहे. इलेक्ट्रोलाइट्स ही अशी संयुगे आहेत, जी पाण्यात विरघळल्यावर आयन तयार करतात, ज्यामुळे द्रावणाला विद्युत प्रवाह वाहून नेण्याची क्षमता प्राप्त होते. आयनांमध्ये विघटन होण्याच्या क्षमतेनुसार, इलेक्ट्रोलाइट्सचे तीन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाते: प्रबल इलेक्ट्रोलाइट्स, दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट्स आणि नॉन-इलेक्ट्रोलाइट्स. या लेखात, या तीन प्रकारच्या इलेक्ट्रोलाइट्सशी संबंधित विविध उदाहरणांवर, त्यांच्या सोप्या स्पष्टीकरणांसह चर्चा केली जाईल.
तीव्र इलेक्ट्रोलाइट
प्रबल विद्युत अपघटनी ही अशी संयुगे आहेत जी पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावतात. याचा अर्थ असा की, जेव्हा एखादे प्रबल विद्युत अपघटनी पाण्यात विरघळवले जाते, तेव्हा त्याचे जवळजवळ सर्व रेणू आयनांमध्ये विलग होतात. प्रबल विद्युत अपघटनींच्या सामान्य उदाहरणांमध्ये सोडियम क्लोराईड (NaCl) सारखे क्षार, हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) सारखे प्रबल आम्ल आणि सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) सारखे प्रबल आम्लारी यांचा समावेश होतो.
प्रश्न १:
0,1 M HCl द्रावणातील आयनांची मोलॅरिटी कशी मोजावी?
चर्चा:
HCl हे एक तीव्र आम्ल आहे जे खालील समीकरणाप्रमाणे पाण्यात पूर्णपणे विलग होते:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl हा एक प्रबल विद्युत अपघट्य असल्यामुळे, आपण HCl ची सुरुवातीची संहती (0,1 M) ही तयार झालेल्या H+ आणि Cl- आयनांची संहती मानू शकतो. म्हणून, 0,1 M HCl च्या द्रावणात:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट
दुर्बल विद्युत अपघटनी द्रावणात केवळ अंशतः आयनीभवन पावतात. याचा अर्थ असा की, दुर्बल विद्युत अपघटनीच्या रेणूंपैकी केवळ एक लहान अंश पाण्यात विरघळल्यावर आयन तयार करतो. दुर्बल विद्युत अपघटनींच्या उदाहरणांमध्ये ऍसिटिक आम्ल (CH3COOH) सारखे दुर्बल आम्ल आणि अमोनिया (NH3) सारखे दुर्बल आम्लारी यांचा समावेश होतो.
प्रश्न १:
0,1 M CH3COOH मधील आयनीकरणाची पातळी आणि आयन सांद्रता निश्चित करा. CH3COOH साठी आम्ल विखंडन स्थिरांक (\(K_a\)) 1,8 × 10^-5 आहे.
चर्चा:
पाण्यातील CH3COOH ची विघटन अभिक्रिया खालीलप्रमाणे लिहिता येते:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
विघटनाची कोटी (\(\alpha\)) म्हणजे आम्लाचा तो अंश जो आयनांमध्ये विघटित होतो. \(K_a\) चे मूल्य वापरून, आपण 0,1 M CH3COOH द्रावणासाठी खालील संबंध लिहू शकतो:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
CH3COOH चे आयनीकरण आंशिक असल्याने, तयार झालेल्या आयनांची सांद्रता cα आहे, जिथे c ही CH3COOH ची प्रारंभिक सांद्रता (0,1 M) आहे. मग समीकरण असे होते:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
सोपे करा:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
असे गृहीत धरा की α इतका लहान आहे की आपण छेदामधील α कडे दुर्लक्ष करू शकतो:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \approx 4,24 \times 10^{-3} \]
म्हणून, आयनीकरणाची पातळी 4,24 × 10^-3 किंवा 0,424% आहे.
द्रावणातील H+ आणि CH3COO- आयनांची सांद्रता आहे:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
नॉन-इलेक्ट्रोलाइट्स
अविद्युत अपघट्ये ही अशी संयुगे आहेत जी जलीय द्रावणात आयनीभवन पावत नाहीत. याचा अर्थ असा की, अविद्युत अपघट्य द्रावणे आयन तयार करत नाहीत आणि म्हणूनच ती विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकत नाहीत. अविद्युत अपघट्यांच्या उदाहरणांमध्ये साखर (सुक्रोज), युरिया आणि अल्कोहोल यांचा समावेश होतो.
प्रश्न १:
0,1 M इथेनॉल (C2H5OH) द्रावण वीज का वाहून नेत नाही?
चर्चा:
इथेनॉलचे द्रावण एक नॉन-इलेक्ट्रोलाइट आहे. इथेनॉल पाण्यात विरघळल्यावर आयनांमध्ये विघटित होत नाही. जलीय द्रावणात इथेनॉलची आण्विक रचना अबाधित राहते. द्रावणात आयनांच्या अनुपस्थितीमुळे, इथेनॉल विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकत नाही. म्हणून, इथेनॉल पाण्यात सहज विरघळत असले तरी, आयन तयार होत नसल्यामुळे, इथेनॉलची द्रावणे 0,1 M सह कोणत्याही सांद्रतेवरही विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकत नाहीत.
निष्कर्ष
प्रबल विद्युत अपघटनी, दुर्बल विद्युत अपघटनी आणि अविद्युत अपघटनी यांचे गुणधर्म समजून घेणे हा द्रावण रसायनशास्त्राचा एक आवश्यक पाया आहे. प्रबल विद्युत अपघटनी पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावतात आणि त्यामुळे विजेचे चांगले वहन करतात, तर दुर्बल विद्युत अपघटनी केवळ अंशतः आयनीभवन पावतात, जे कमी विद्युत वाहकता दर्शवते. याउलट, अविद्युत अपघटनी अजिबात आयनीभवन पावत नाहीत आणि त्यामुळे विजेचे वहन करू शकत नाहीत. ही संकल्पना समजल्यामुळे विद्यार्थ्यांना द्रावणातील त्यांच्या वर्तनाच्या आधारावर संयुगे ओळखण्यास आणि संबंधित प्रश्नांची अचूक उत्तरे देण्यास मदत होते.
