ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड-बेस छलफल प्रश्नहरूको उदाहरण
एसिड र क्षारहरू रसायनशास्त्रमा महत्त्वपूर्ण अवधारणाहरू हुन् जुन धेरै वैज्ञानिकहरूले वर्षौंदेखि विकसित र परिष्कृत गरेका छन्। सबैभन्दा लोकप्रिय सिद्धान्तहरू मध्ये एक ब्रोन्स्टेड-लोरी सिद्धान्त हो, जुन १९२३ मा जोहानेस निकोलस ब्रोन्स्टेड र थोमस मार्टिन लोरी द्वारा प्रस्ताव गरिएको थियो। यो सिद्धान्तले रासायनिक प्रतिक्रियाहरूमा एसिड र क्षारहरूले कसरी अन्तरक्रिया गर्छन् भन्ने बारे व्यापक दृष्टिकोण प्रदान गर्दछ। यस लेखमा, हामी ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड र क्षारहरूको अवधारणा र तिनीहरूलाई कसरी समाधान गर्ने भन्ने बारे धेरै उदाहरण समस्याहरू छलफल गर्नेछौं।
ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड र आधारहरूको आधारभूत अवधारणाहरू
ब्रोन्स्टेड-लोरी सिद्धान्त अनुसार, एसिड भनेको प्रोटोन (H+) दान गर्न सक्ने पदार्थ हो, जबकि बेस भनेको प्रोटोन स्वीकार गर्न सक्ने पदार्थ हो। रासायनिक प्रतिक्रियाहरूमा, एसिड र बेसले प्रोटोन स्थानान्तरण प्रक्रिया मार्फत अन्तरक्रिया गर्छन्, जहाँ एउटा यौगिकले प्रोटोन छोडेर एसिडको रूपमा काम गर्छ, र अर्को यौगिकले प्रोटोन स्वीकार गरेर बेसको रूपमा काम गर्छ।
एसिड-बेस प्रतिक्रियाहरूको उदाहरणहरू
ब्रोन्स्टेड-लोरी सिद्धान्त अनुसार एसिड र बेस बीचको साधारण प्रतिक्रियाको उदाहरण तामा(II) सल्फेट (H2SO4) र सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) बीचको प्रतिक्रिया हो:
\[ \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{H}_2\text{O} \]
यस प्रतिक्रियामा, सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4) ले ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिडको रूपमा काम गर्छ किनभने यसले प्रोटोन स्वीकार गर्ने आधार NaOH मा प्रोटोन (H+) दान गर्छ।
नमुना प्रश्न र छलफल
प्रश्न १: एसिड र क्षारहरूको पहिचान
प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रियाहरूमा ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड र क्षारहरू पहिचान गर्नुहोस्:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
छलफल:
यस प्रतिक्रियामा, अमोनिया (NH3) र पानी (H2O) प्रतिक्रियाकर्ता हुन्, जबकि अमोनियम आयनहरू (NH4+) र हाइड्रोक्साइड आयनहरू (OH-) उत्पादनहरू हुन्। हेरौं कुनले एसिडको रूपमा काम गर्छ र कुनले क्षारको रूपमा काम गर्छ।
- NH3 ले आधारको रूपमा काम गर्छ किनभने यसले H2O बाट प्रोटोन (H+) लाई NH4+ बनाउन स्वीकार गर्छ।
- H2O ले एसिडको रूपमा काम गर्छ किनभने यसले OH- बनाउन NH3 लाई प्रोटोन (H+) दान गर्छ।
त्यसैले, यस प्रतिक्रियामा:
– NH3 ब्रोन्स्टेड-लोरी आधार हो।
- H2O एक ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड हो।
प्रश्न २: लेखन संयुग्मन प्रतिक्रियाहरू
प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रियाहरूको लागि संयुग्मित अम्ल-आधार जोडीहरू लेख्नुहोस्:
\[ \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \]
छलफल:
यस प्रतिक्रियामा, HCl ले H2O लाई प्रोटोन (H+) दान गरेर ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिडको रूपमा काम गर्छ। पानी (H2O) ले प्रोटोन स्वीकार गर्छ र ब्रोन्स्टेड-लोरी बेसको रूपमा काम गर्छ। प्रोटोन गुमाएपछि, HCl Cl- मा परिणत हुन्छ, र H2O, प्रोटोन प्राप्त गरेपछि, H3O+ मा परिणत हुन्छ।
- एसिड (HCl) र यसको संयुग्मी आधार (Cl-)
- आधार (H2O) र यसको संयुग्मित एसिड (H3O+)
यसरी, यस प्रतिक्रियामा संयुग्मित एसिड-बेस जोडी हो:
– HCl / Cl-
– H2O / H3O+
प्रश्न ३: कमजोर एसिड घोलको pH गणना गर्ने
प्रश्न:
यदि एसिड पृथक्करण स्थिरांक (Ka) \(1.8 \गुणा 10^{-5}\) हो भनेर थाहा छ भने ०.१ M एसिटिक एसिड (CH3COOH) को घोलको pH गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
एसिटिक एसिड एक कमजोर एसिड हो, र पानीमा यो निम्न समीकरण अनुसार आंशिक रूपमा मात्र आयोनाइज हुन्छ:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
pH गणना गर्ने चरणहरू निम्नानुसार छन्:
१. प्रारम्भिक सांद्रता र सांद्रतामा परिवर्तन प्रयोग गरेर सन्तुलन अभिव्यक्ति सेट अप गर्नुहोस्:
\[ \text{Ka} = \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
२. ज्ञात मानहरू प्रतिस्थापन गर्नुहोस् र \([H^+]\) को लागि समाधान गर्नुहोस्:
\[ १.७६ \गुणा १०^{-५} = \frac{x^२}{०.१ – x} \]
\(x\) ०.१ को तुलनामा धेरै सानो भएकोले, हामी अनुमान गर्न सक्छौं \(०.१ – x \लगभग ०.१\):
\[ १.८ \गुणा १०^{-५} = \frac{x^2}{०.१} \]
\[ x^२ = १.८ \गुणा १०^{-६} \]
\[ x = \sqrt{१.८ \गुणा १०^{-६}} \]
\[ x \लगभग १.३४ \गुणा १०^{-३} \]
३. pH गणना गर्नुहोस्:
\[ \पाठ{pH} = -\लग[\पाठ{H}^+] \]
\[ \पाठ{pH} = -\लग(१.३४ \गुणा १०^{-३}) \]
\[ \पाठ{pH} \लगभग २.८७ \]
त्यसैले, ०.१ एम एसिटिक एसिड घोलको pH लगभग २.८७ हुन्छ।
प्रश्न ४: एम्फिप्रोटिक समाधानहरू पहिचान गर्ने
प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रियामा एम्फिप्रोटिक घोल पहिचान गर्नुहोस् र किन व्याख्या गर्नुहोस्:
\[ \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^- \]
छलफल:
एम्फिप्रोटिक घोल भनेको प्रतिक्रिया अवस्थाहरूमा निर्भर गर्दै एसिड वा बेसको रूपमा काम गर्न सक्ने घोल हो। माथिको उदाहरण प्रतिक्रियामा:
– \(\text{HCO}_3^-\) ले \(\text{H}_2\text{O}\ बाट प्रोटोन स्वीकार गर्दा आधारको रूपमा काम गर्छ, जसले \(\text{H}_2\text{CO}_3\) उत्पादन गर्छ।
– \(\text{HCO}_3^-\) ले अन्य अवस्थामा पनि एसिडको रूपमा काम गर्न सक्छ, प्रोटोन छोडेर \(\text{CO}_3^{2-}\) उत्पादन गर्न सक्छ।
यसले देखाउँछ कि \(\text{HCO}_3^-\) आयन एम्फिप्रोटिक छ। यसले प्रतिक्रिया गर्ने अन्य पदार्थमा निर्भर गर्दै, एसिड (प्रोटोन दाता) र बेस (प्रोटोन स्वीकारकर्ता) दुवैको रूपमा काम गर्न सक्छ।
यी उदाहरण समस्याहरूको साथ, हामी ब्रोन्स्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धान्तलाई रासायनिक अन्तरक्रियाको विश्लेषण र भविष्यवाणी गर्न कसरी प्रयोग गरिन्छ भनेर राम्रोसँग बुझ्न सक्छौं। यस सिद्धान्तको ठोस बुझाइ रसायन विज्ञान, जैव रसायन विज्ञान र अन्य विज्ञानहरूमा धेरै अनुप्रयोगहरूको लागि आधार हो।
