वाइन में रेडॉक्स प्रक्रियाएं और रेडॉक्स सिस्टम - वाइन में ऑक्सीकरण और कमी प्रक्रियाएं। प्रतिवर्ती रेडॉक्स प्रणाली प्रतिवर्ती रेडॉक्स प्रणाली
रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक विशिष्ट विशेषता प्रतिक्रियाशील कणों - आयनों, परमाणुओं, अणुओं और परिसरों के बीच इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण है, जिसके परिणामस्वरूप इन कणों का ऑक्सीकरण राज्य बदल जाता है, उदाहरण के लिए
Fe2+? इ? = Fe3+.
चूँकि इलेक्ट्रॉन एक विलयन में जमा नहीं हो सकते हैं, दो प्रक्रियाएँ एक साथ होनी चाहिए - हानि और लाभ, यानी कुछ के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया और अन्य कणों की कमी। इस प्रकार, किसी भी रेडॉक्स प्रतिक्रिया को हमेशा दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं के रूप में दर्शाया जा सकता है:
aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2
प्रारंभिक कण और प्रत्येक अर्ध-प्रतिक्रिया का उत्पाद एक रेडॉक्स जोड़ी या प्रणाली का गठन करता है। उपरोक्त अर्ध-प्रतिक्रियाओं में, Red1 को Ox1 से संयुग्मित किया जाता है और Ox2 को Red1 से संयुग्मित किया जाता है।
न केवल समाधान में कण, बल्कि इलेक्ट्रोड भी इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कार्य कर सकते हैं। इस मामले में, रेडॉक्स प्रतिक्रिया इलेक्ट्रोड-समाधान इंटरफ़ेस पर होती है और इसे इलेक्ट्रोकेमिकल कहा जाता है।
रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं, सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह, कुछ हद तक प्रतिवर्ती होती हैं। प्रतिक्रियाओं की दिशा एक रेडॉक्स अर्ध-प्रतिक्रिया प्रणाली के घटकों के इलेक्ट्रॉन-दाता गुणों के अनुपात और दूसरे के इलेक्ट्रॉन-स्वीकर्ता गुणों के अनुपात से निर्धारित होती है (बशर्ते कि संतुलन बदलाव को प्रभावित करने वाले कारक स्थिर हों)। एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉनों की गति एक क्षमता की ओर ले जाती है। इस प्रकार, वोल्ट में मापी गई क्षमता, यौगिक की रेडॉक्स क्षमता के माप के रूप में कार्य करती है।
सिस्टम के ऑक्सीडेटिव (रिडक्टिव) गुणों को मापने के लिए, रासायनिक रूप से निष्क्रिय सामग्री से बने इलेक्ट्रोड को समाधान में डुबोया जाता है। चरण की सीमा पर, एक इलेक्ट्रॉन विनिमय प्रक्रिया होती है, जिससे एक ऐसी क्षमता का उदय होता है जो समाधान में इलेक्ट्रॉन गतिविधि का एक कार्य है। क्षमता का मूल्य जितना अधिक होता है, समाधान की ऑक्सीकरण क्षमता उतनी ही अधिक होती है।
सिस्टम की क्षमता का पूर्ण मूल्य मापा नहीं जा सकता है। हालांकि, यदि रेडॉक्स प्रणालियों में से एक को मानक के रूप में चुना जाता है, तो इसके सापेक्ष किसी भी अन्य रेडॉक्स सिस्टम की क्षमता को मापना संभव हो जाता है, भले ही चयनित तटस्थ इलेक्ट्रोड की परवाह किए बिना। H+/H2 प्रणाली को मानक के रूप में चुना गया है, जिसकी क्षमता शून्य मानी जाती है।
चावल। एक।
1. प्लेटिनम इलेक्ट्रोड।
2. हाइड्रोजन गैस की आपूर्ति।
3. एक अम्ल विलयन (आमतौर पर HCl) जिसमें H+ की सांद्रता = 1 mol/l.
4. एक पानी की सील जो हवा से ऑक्सीजन के प्रवेश को रोकती है।
5. एक इलेक्ट्रोलाइटिक पुल (KCl के एक केंद्रित समाधान से मिलकर) जो आपको गैल्वेनिक सेल के दूसरे भाग को जोड़ने की अनुमति देता है।
हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के खिलाफ मानक स्थितियों के तहत मापी गई किसी भी रेडॉक्स प्रणाली की क्षमता को इस प्रणाली की मानक क्षमता (E0) कहा जाता है। मानक क्षमता को सकारात्मक माना जाता है यदि सिस्टम ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है और हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण आधा-प्रतिक्रिया होती है:
या नकारात्मक अगर सिस्टम एक कम करने वाले एजेंट की भूमिका निभाता है, और हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड पर आधा-प्रतिक्रिया घटती है:
मानक क्षमता का पूर्ण मूल्य ऑक्सीकरण एजेंट या कम करने वाले एजेंट की "ताकत" को दर्शाता है।
मानक क्षमता - एक थर्मोडायनामिक मानकीकृत मूल्य - एक बहुत ही महत्वपूर्ण भौतिक-रासायनिक और विश्लेषणात्मक पैरामीटर है जो संबंधित प्रतिक्रिया की दिशा का मूल्यांकन करना और संतुलन की स्थिति के तहत प्रतिक्रियाशील कणों की गतिविधियों की गणना करना संभव बनाता है।
विशिष्ट परिस्थितियों में रेडॉक्स प्रणाली को चिह्नित करने के लिए, वास्तविक (औपचारिक) क्षमता E0 "की अवधारणा का उपयोग किया जाता है, जो इस विशेष समाधान में इलेक्ट्रोड पर स्थापित क्षमता से मेल खाती है जब संभावित-निर्धारण के ऑक्सीकृत और कम रूपों की प्रारंभिक सांद्रता आयन 1 mol / l के बराबर हैं और अन्य सभी घटकों के घोल की निश्चित सांद्रता है।
एक विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण से, वास्तविक क्षमताएँ मानक क्षमता से अधिक मूल्यवान हैं, क्योंकि प्रणाली का वास्तविक व्यवहार मानक द्वारा नहीं, बल्कि वास्तविक क्षमता से निर्धारित होता है, और यह बाद वाला है जो घटना की भविष्यवाणी करना संभव बनाता है विशिष्ट परिस्थितियों में एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया। प्रणाली की वास्तविक क्षमता अम्लता, समाधान में विदेशी आयनों की उपस्थिति पर निर्भर करती है, और एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है।
डी-लैक्टेट के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया या एस्कॉर्बेट फेनाज़ीन मेथासल्फेट के एक कृत्रिम सब्सट्रेट और कोशिका झिल्ली से कृत्रिम रूप से प्राप्त पुटिकाओं में शर्करा, अमीनो एसिड और कुछ आयनों के परिवहन के बीच घनिष्ठ संबंध के अस्तित्व पर बहुत सारे डेटा हैं। ई. कोलाई, साल्मोनेला टाइफिम्यूरियम, स्यूडोमोनास पुटिडा, प्रोटियस मिराबिलिस, बेसिलस मेगेटेरियम, बेसिलस सबटिलिस, माइक्रोकोकस डेनिट्रिफंस, माइकोबैक्टीरियम फली, स्टैफिलोकोकस ऑरियस।
रेडॉक्स सिस्टम में अलग-अलग दक्षता के साथ इस्तेमाल किए जा सकने वाले सबस्ट्रेट्स में α-ग्लिसरोफॉस्फेट और बहुत कम अक्सर एल-लैक्टेट, DL-α-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट और यहां तक कि फॉर्मेट भी शामिल हैं।
β-गैलेक्टोसाइड्स, गैलेक्टोज, अरबिनोज, ग्लूकोज-6-फॉस्फेट, ग्लूकोनेट और ग्लूकोरोनेट जैसी शर्करा, ग्लूटामाइन (और, संभवतः, एस्परगिन), आर्जिनिन, मेथियोनीन और ऑर्निथिन के अपवाद के साथ-साथ सभी प्राकृतिक अमीनो एसिड, साथ ही उद्धरण हैं। इस तंत्र द्वारा पहुँचाया गया K + और Rb +।
हालांकि इस तरह के परिवहन के तंत्र अभी तक पूरी तरह से हल नहीं हुए हैं, यह सबसे अधिक संभावना है कि ऑक्सीडेटिव सिस्टम के संचालन के दौरान प्रोटॉन उत्पन्न होते हैं। एक झिल्ली क्षमता उत्पन्न होती है, सबसे अधिक संभावना है कि यह गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के हस्तांतरण में एक प्रेरक शक्ति के रूप में कार्य करती है।
लोहे का परिवहन
इ . कोलाई क 12 लोहे के परिवहन के लिए तीन विशिष्ट प्रणालियाँ हैं, और सभी मामलों में, बाहरी झिल्ली प्रोटीन परिवहन में एक केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।
Fe-साइट्रेट ट्रांसपोर्ट सिस्टम साइट्रेट की उपस्थिति में प्रेरित होता है, और Fe साइट्रेट के लिए एक नया FecA प्रोटीन रिसेप्टर बाहरी झिल्ली में प्रकट होता है। अधिक प्रभावी प्रणालियाँ हैं जिनमें सूक्ष्मजीव-संश्लेषित यौगिक शामिल हैं जो लोहे को चीलेट करते हैं। वे ऐसे पदार्थों का स्राव करते हैं जो लोहे को घुलनशील रूप में परिवर्तित करते हैं। ये पदार्थ कहलाते हैं siderophores.वे लोहे के आयनों को एक जटिल में बांधते हैं और इसे इस रूप में परिवहन करते हैं; हम मुख्य रूप से कम आणविक भार वाले पानी में घुलनशील पदार्थों (1500 से कम आणविक भार के साथ) के बारे में बात कर रहे हैं, उच्च विशिष्टता और उच्च आत्मीयता (10 30 के क्रम की स्थिरता स्थिरांक) के साथ लोहे के समन्वय बांड को बांधना। उनकी रासायनिक प्रकृति से, ये फ़िनोलेट्स या हाइड्रॉक्सामेट्स हो सकते हैं। एंटरोसिलिन पहले से संबंधित है; इसमें छह फेनोलिक हाइड्रॉक्सी समूह होते हैं और कुछ एंटरोबैक्टीरिया द्वारा स्रावित होते हैं। एक बार पर्यावरण में छोड़े जाने के बाद, यह लोहे को बांधता है, और गठित फेरी एंटरोसेलिन बाहरी झिल्ली, फेपा के एक विशिष्ट प्रोटीन से बांधता है, और फिर कोशिका द्वारा अवशोषित हो जाता है। सेल में, फेरी-एंटेरोचिलिन के एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप लोहा जारी किया जाता है। इसके अलावा, यह यौगिक आयरन युक्त ट्रांसफ़रिन और लैक्टोफेरिन प्रोटीन से भी Fe 2+ को अलग करने में सक्षम है। FepA प्रोटीन का संश्लेषण, साथ ही एंटरोसिलिन, मध्यम में घुलित लोहे की उच्च सामग्री पर दमित होता है।
बाहरी झिल्ली इ . कोलाई इसमें एक फेरिक्रोम ट्रांसपोर्ट सिस्टम भी है। मशरूम में समान परिवहन प्रणाली होती है। फेरिच्रोम को हाइड्रॉक्सामेट सिडेरोफोर के रूप में वर्गीकृत किया गया है। यह एक चक्रीय हेक्सापेप्टाइड है जो तीन ग्लाइसिन अवशेषों और तीन β-N-एसिटाइल-L-β-हाइड्रॉक्सीओर्निथिन अवशेषों से बनता है। फेरिक्रोम फेरिक आयनों के साथ एक स्थिर परिसर बनाता है। इ . कोलाई , हालांकि यह खुद फेरिक्रोम नहीं बनाता है, इसके परिवहन की एक बहुत विशिष्ट प्रणाली है, जिसमें बाहरी झिल्ली प्रोटीन फुआ भाग लेता है। परिवहन की प्रक्रिया में, लोहा कम हो जाता है और फेरिक्रोम संशोधित (एसिटिलेटेड) हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप यह लोहे के लिए अपनी आत्मीयता खो देता है, और इसे साइटोप्लाज्म में छोड़ दिया जाता है।
एक समान कार्य फेरिओक्सामाइन्स (एक्टिनोमाइसेट्स में), माइकोबैक्टिन्स (माइकोबैक्टीरिया में) और एक्सोकेलिन्स (माइकोबैक्टीरिया में भी) द्वारा किया जाता है।
पृष्ठ 4 का 8
रेडॉक्स प्रक्रियाएं और वाइन में रेडॉक्स सिस्टम
रेडॉक्स प्रक्रियाओं के बारे में सामान्य जानकारी
एक पदार्थ का ऑक्सीकरण तब होता है जब वह ऑक्सीजन को बांधता है या हाइड्रोजन छोड़ता है; उदाहरण के लिए, जब सल्फर एस को जलाया जाता है, तो सल्फर डाइऑक्साइड SO2 बनता है, जब सल्फ्यूरस एसिड H2SO3 का ऑक्सीकरण होता है, सल्फ्यूरिक एसिड H5SO4 बनता है, और जब हाइड्रोजन सल्फाइड H2S का ऑक्सीकरण होता है, तो सल्फर एस; जब फेरस सल्फेट अम्ल की उपस्थिति में ऑक्सीकृत होता है तो फेरिक सल्फेट बनता है
4FeSO„ + 2H 2 SO4 + 02 \u003d 2Fe2 (SO4) 3 + 2H20।
या आयनों SO ~ h में द्विसंयोजी सल्फेट के अपघटन के दौरान, Fe ++ धनायन प्राप्त होता है
4Fe++ + 6SO "+ 4H+ + 02 = 4Fe+++ + + 6SO~~ + 2H 2 0,
या, प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेने वाले आयनों को कम करके, खोजें
4Fe++ + 4H+ + 02 = 4Fe+++ + 2H20।
बाद की प्रतिक्रिया दूसरे लौह नमक के ऑक्सीकरण के मामले में समान है; यह ऋणायन की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है। इसलिए, फेरस आयन का फेरिक आयन में ऑक्सीकरण हाइड्रोजन आयन की कीमत पर अपने सकारात्मक चार्ज को बढ़ाने के लिए होता है, जो हाइड्रोजन परमाणु बनाने के लिए अपना चार्ज खो देता है, जो पानी देने के लिए ऑक्सीजन के साथ मिलकर बनता है। नतीजतन, इस ऑक्सीकरण से धनायन के धनात्मक आवेश में वृद्धि होती है, या, समतुल्य, ऋणायन के ऋणात्मक आवेश में कमी होती है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सल्फाइड एच 2 एस के ऑक्सीकरण में सल्फर आयन एस के सल्फर (एस) में रूपांतरण होता है। वास्तव में, दोनों ही स्थितियों में, ऋणात्मक विद्युत आवेशों या इलेक्ट्रॉनों की हानि होती है।
इसके विपरीत, जब x घटाया जाता है, तो धनायन का धनात्मक आवेश घट जाता है या ऋणायन का ऋणात्मक आवेश बढ़ जाता है। उदाहरण के लिए, पिछली प्रतिक्रिया में, कोई कह सकता है कि H+ आयन का परमाणु हाइड्रोजन H में अपचयन होता है और प्रतिक्रिया की विपरीत दिशा में, Fe+++ आयन का Fe++ आयन में अपचयन होता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि के लिए कमी कम हो जाती है।
हालांकि, जब कार्बनिक अणुओं के ऑक्सीकरण की बात आती है, तो "ऑक्सीकरण" शब्द एक अणु के दूसरे में परिवर्तन या ऑक्सीजन में समृद्ध या हाइड्रोजन में कम समृद्ध के संयोजन के अर्थ को बरकरार रखता है। पुनर्प्राप्ति एक रिवर्स प्रक्रिया है, उदाहरण के लिए, अल्कोहल CH3-CH2OH का एल्डिहाइड CH3-CHO में ऑक्सीकरण, फिर एसिटिक एसिड CH3-COOH में:
-2N +N,0-2N
सीएच3-सीएच2ओएच -> सीएच3-सीएचओ -->
-> CH3-COOH।
कोशिका में कार्बनिक अणुओं के ऑक्सीकरण की प्रक्रियाएं, जो जैविक रसायन विज्ञान और सूक्ष्म जीव विज्ञान में लगातार सामने आती हैं, अक्सर डीहाइड्रोजनीकरण द्वारा होती हैं। वे कमी प्रक्रियाओं के साथ संयुक्त होते हैं और रेडॉक्स प्रक्रियाओं का गठन करते हैं, उदाहरण के लिए, ग्लिसरॉल और एसीटैल्डिहाइड के बीच अल्कोहल किण्वन के दौरान ऑक्सीकरण, कोडहाइड्रेज़ द्वारा उत्प्रेरित और अल्कोहल के लिए अग्रणी:
CH2OH-CHOH-CHO + CH3-CHO + H20 - + CH2OH-CHOH-COOH + CH3-CH2OH।
यहां हम एक अपरिवर्तनीय रेडॉक्स प्रक्रिया के बारे में बात कर रहे हैं, जो हालांकि उत्प्रेरक की उपस्थिति में उत्क्रमणीय हो सकती है, जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा। इलेक्ट्रॉन विनिमय के माध्यम से ऑक्सीकरण-कमी का एक उदाहरण और किसी भी उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में भी उत्क्रमणीय संतुलन है
Fe+++ + Cu+ Fe++ + Cu++।
यह एक इलेक्ट्रॉन द्वारा आपूर्ति की गई दो प्राथमिक प्रतिक्रियाओं का योग है
Fe++++e Fe++ और Cu+ Cu++ + e.
ऐसी प्राथमिक प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं रेडॉक्स सिस्टम या रेडॉक्स सिस्टम बनाती हैं।
वे ओनोलॉजी के लिए प्रत्यक्ष रुचि रखते हैं। वास्तव में, एक ओर, जैसा कि दिखाया गया है, Fe++ और Cu+ आयन ऑटो-ऑक्सीडाइज़ेबल हैं, यानी, वे बिना किसी उत्प्रेरक के, घुले हुए आणविक ऑक्सीजन द्वारा सीधे ऑक्सीकृत होते हैं, और ऑक्सीकृत रूप अन्य पदार्थों को फिर से ऑक्सीकृत कर सकते हैं, इसलिए, ये सिस्टम ऑक्सीकरण उत्प्रेरक का गठन करते हैं। दूसरी ओर, वे टर्बिडिटी एजेंट हैं, जो वाइनमेकिंग अभ्यास के दृष्टिकोण से हमेशा खतरनाक होते हैं, और यह ऐसी परिस्थिति है जो एक वैलेंस से दूसरे में जाने की उनकी क्षमता से निकटता से संबंधित है।
एक आयनित रेडॉक्स प्रणाली का सामान्य दृष्टिकोण, अर्थात, सकारात्मक या नकारात्मक रूप से आवेशित आयनों द्वारा विलयन में गठित, निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:
लाल \u003d 5 ± ऑक्स + ई (या ने)।
एक कार्बनिक रेडॉक्स प्रणाली का एक सामान्य दृश्य जिसमें कम से ऑक्सीकृत घटक का संक्रमण हाइड्रोजन जारी करके होता है, इलेक्ट्रॉन नहीं:
लाल * बैल + H2।
यहाँ रेड और ऑक्स उन अणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनमें विद्युत आवेश नहीं होता है। लेकिन एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में, उदाहरण के लिए, ऊपर दिखाए गए रेडॉक्स सिस्टम में से एक या सेल के कुछ एंजाइम, H,2 अपने आयनों के साथ संतुलन में है और पहले प्रकार के रेडॉक्स सिस्टम का गठन करता है
एच2 *± 2एच+ + 2ई,
जहां से, दो प्रतिक्रियाओं को जोड़ कर, हम संतुलन प्राप्त करते हैं
लाल * बैल + 2H+ + 2e।
इस प्रकार, हम आयनित प्रणालियों के समान रूप में आते हैं जो हाइड्रोजन के आदान-प्रदान के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं। इसलिए, ये सिस्टम, पिछले वाले की तरह, इलेक्ट्रोएक्टिव हैं।
सिस्टम की पूर्ण क्षमता निर्धारित करना असंभव है; कोई केवल दो रेडॉक्स सिस्टम के बीच संभावित अंतर को माप सकता है:
रेडी + ऑक्स2 * रेड2 + ऑक्सजे।
शराब जैसे समाधान की रेडॉक्स क्षमता का निर्धारण और माप इस सिद्धांत पर आधारित है।
रेडॉक्स सिस्टम का वर्गीकरण
शराब की रेडॉक्स प्रणालियों पर बेहतर विचार करने और उनकी भूमिका को समझने के लिए, वुर्मसर वर्गीकरण का उपयोग करने की सलाह दी जाती है, जो उन्हें तीन समूहों में विभाजित करता है:
1) सीधे इलेक्ट्रोएक्टिव पदार्थ, जो समाधान में, अकेले भी, प्लैटिनम से बने एक अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ सीधे इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान करते हैं, जो एक अच्छी तरह से परिभाषित क्षमता को स्वीकार करता है। ये पृथक पदार्थ रेडॉक्स सिस्टम बनाते हैं।
इनमें शामिल हैं: क) भारी धातु आयन जो Cu++/Cu+ और Fe++/Fe+++ सिस्टम बनाते हैं; बी) रेडॉक्स क्षमता के वर्णमिति निर्धारण के लिए उपयोग किए जाने वाले कई रंजक, तथाकथित रेडॉक्स डाई; ग) राइबोफ्लेविन, या विटामिन बीजी, और डिहाइड्रोजनेज, जिसमें यह शामिल है (पीला एंजाइम), अंगूर में सेलुलर श्वसन में या एरोबियोसिस में खमीर में भाग लेता है। ये ऑटो-ऑक्सीडाइजिंग सिस्टम हैं, यानी ऑक्सीजन की उपस्थिति में, वे ऑक्सीकृत रूप लेते हैं। ऑक्सीजन के साथ उनके ऑक्सीकरण के लिए किसी उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती है;
2) कमजोर विद्युत गतिविधि वाले पदार्थ जो प्लेटिनम इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रिया या कमजोर प्रतिक्रिया नहीं करते हैं और स्वतंत्र रूप से संतुलन के लिए स्थिति प्रदान नहीं करते हैं, लेकिन बहुत कम सांद्रता में और पहले समूह के पदार्थों की उपस्थिति में समाधान में होने पर इलेक्ट्रोएक्टिव हो जाते हैं। यह मामला एक निश्चित क्षमता देता है। दूसरे समूह के पदार्थ पहले के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जो उनके रेडॉक्स परिवर्तन को उत्प्रेरित करते हैं और अपरिवर्तनीय प्रणालियों को प्रतिवर्ती बनाते हैं। नतीजतन, रेडॉक्स रंजक इस समूह के पदार्थों का अध्ययन करना, उनके लिए सामान्य क्षमता निर्धारित करना और उन्हें वर्गीकृत करना संभव बनाते हैं। इसी तरह, वाइन में आयरन और कॉपर आयनों की मौजूदगी सिस्टम को इलेक्ट्रोएक्टिव बनाती है, जो अलग होने पर रेडॉक्स सिस्टम नहीं होते हैं।
इनमें शामिल हैं: ए) एक डबल बॉन्ड (-SON = COH-) के साथ एक एनोल फ़ंक्शन वाले पदार्थ, एक डाय-कीटोन फ़ंक्शन (-CO-CO-) के साथ संतुलन में, उदाहरण के लिए, विटामिन सी, या एस्कॉर्बिक एसिड, रिडक्टोन्स, डायहाइड्रॉक्सीमेलिक-नया एसिड; बी) साइटोक्रोमेस, जो पौधों और जानवरों दोनों में सेलुलर श्वसन में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं;
3) डायस्टेसिस की उपस्थिति में इलेक्ट्रोएक्टिव पदार्थ। उनका डिहाइड्रोजनीकरण डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होता है, जिसकी भूमिका हाइड्रोजन के एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरण सुनिश्चित करना है। सामान्य तौर पर, इन प्रणालियों को इलेक्ट्रोएक्टिविटी दी जाती है जो रेडॉक्स रूपांतरण प्रदान करने वाले माध्यम में उत्प्रेरक जोड़कर संभावित रूप से प्राप्त होती है; फिर वे रेडॉक्स संतुलन और एक निश्चित क्षमता के लिए स्थितियां बनाते हैं।
ये सिस्टम लैक्टिक एसिड हैं - लैक्टिक बैक्टीरिया के एक ऑटोलिसेट की उपस्थिति में पाइरुविक एसिड, जो रेडॉक्स संतुलन CH3-CHOH-COOH और CH3-CO-COOH में लाता है - लैक्टिक एसिड किण्वन में शामिल एक प्रणाली; इथेनॉल - इथेनॉल, जो अल्कोहल किण्वन की प्रक्रिया में एल्डिहाइड से अल्कोहल के संक्रमण या ब्यूटेनियोल - एसीटोन प्रणाली से मेल खाती है। बाद वाली प्रणालियाँ वाइन के लिए ही प्रासंगिक नहीं हैं, हालाँकि यह माना जा सकता है कि वाइन में माइक्रोबियल कोशिकाओं की अनुपस्थिति में डिहाइड्रेज़ हो सकते हैं, लेकिन वे अल्कोहल या लैक्टिक एसिड किण्वन के लिए महत्वपूर्ण हैं, साथ ही जीवित कोशिकाओं से युक्त तैयार वाइन के लिए भी . वे व्याख्या करते हैं, उदाहरण के लिए, खमीर या बैक्टीरिया की उपस्थिति में एथनाल की कमी, एक तथ्य जो लंबे समय से ज्ञात है।
इन सभी ऑक्सीकरण या कम करने वाले पदार्थों के लिए रेडॉक्स क्षमता, सामान्य या संभव निर्धारित करना संभव है, जिसके लिए सिस्टम आधा ऑक्सीकरण और आधा कम हो गया है। यह उन्हें ऑक्सीकरण या ताकत कम करने के क्रम में वर्गीकृत करने की अनुमति देता है। यह भी पहले से ही संभव है कि एक ज्ञात रेडॉक्स क्षमता वाले समाधान में दी गई प्रणाली किस रूप (ऑक्सीकृत या कम) है; घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा में परिवर्तन की भविष्यवाणी कर सकेंगे; उन पदार्थों का निर्धारण करें जो पहले ऑक्सीकृत या कम होते हैं। इस मुद्दे को "रेडॉक्स क्षमता की अवधारणा" खंड में पर्याप्त रूप से शामिल किया गया है।
भेद प्रतिक्रियाएं इंटरमॉलिक्युलर, इंट्रामोल्युलर और सेल्फ-ऑक्सीकरण-सेल्फ-हीलिंग (या अनुपातहीनता):
यदि ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंट ऐसे तत्व हैं जो रचना बनाते हैं विभिन्नयौगिक, अभिक्रिया कहलाती है अंतरआणविक।
उदाहरण: ना 2 एसओ 3 + हे 2 ना 2 इसलिए 4
सन-ओके-एल
यदि ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट ऐसे तत्व हैं जो एक ही यौगिक बनाते हैं, तो प्रतिक्रिया को इंट्रामोलेक्युलर कहा जाता है।
उदाहरण: ( एन एच4) 2 करोड़ 2 ओ 7 एन 2 + करोड़ 2 ओ 3 + एच 2 ओ।
वी-एल ओ-एल
यदि ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाला एजेंट है एक ही तत्वजबकि इसके कुछ परमाणु ऑक्सीकृत होते हैं, और दूसरे कम हो जाते हैं, तो प्रतिक्रिया कहलाती है स्व-ऑक्सीकरण-स्व-उपचार.
उदाहरण: एच 3 पी ओ 3 एच 3 पी ओ4+ पी एच 3
वी-एल / ओ-एल
प्रतिक्रियाओं का ऐसा वर्गीकरण दिए गए पदार्थों के बीच संभावित ऑक्सीकरण और एजेंटों को कम करने में सुविधाजनक साबित होता है।
4 रेडॉक्स की संभावना का निर्धारण
प्रतिक्रियाओंतत्वों की ऑक्सीकरण अवस्था के अनुसार
रेडॉक्स प्रकार में पदार्थों की परस्पर क्रिया के लिए एक आवश्यक शर्त एक संभावित ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति है। उनकी परिभाषा पर ऊपर चर्चा की गई थी, अब हम दिखाएंगे कि रेडॉक्स प्रतिक्रिया (जलीय समाधानों के लिए) की संभावना का विश्लेषण करने के लिए इन गुणों को कैसे लागू किया जाए।
उदाहरण
1) HNO 3 + PbO 2 ... - प्रतिक्रिया नहीं जाती है, क्योंकि नहीं
ओ-एल ओ-एल संभावित कम करने वाला एजेंट;
2) Zn + KI ... - प्रतिक्रिया नहीं होती है, क्योंकि नहीं
वी-एल वी-एल संभावित ऑक्सीकरण एजेंट;
3) KNO 2 + KBiO 3 + H 2 SO 4 ...- एक ही समय में प्रतिक्रिया संभव है
वी-एल ओ-एल केएनओ 2 एक कम करने वाला एजेंट होगा;
4) केएनओ 2 + केआई + एच 2 एसओ 4 ... - एक ही समय में प्रतिक्रिया संभव है
ओ - एल इन - एल केएनओ 2 एक ऑक्सीकरण एजेंट होगा;
5) केएनओ 2 + एच 2 ओ 2 ... - एक ही समय में प्रतिक्रिया संभव है
सी - एल ओ - एल एच 2 ओ 2 एक ऑक्सीकरण एजेंट होगा, और केएनओ 2
कम करने वाला एजेंट (या इसके विपरीत);
6) KNO 2 ... - संभावित प्रतिक्रिया
ओ - एल / इन - एल अनुपातहीनता
एक संभावित ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने के लिए एक आवश्यक लेकिन पर्याप्त स्थिति नहीं है। इसलिए, ऊपर दिए गए उदाहरणों में, केवल पाँचवें में यह कहा जा सकता है कि दो संभावित प्रतिक्रियाओं में से एक घटित होगी; अन्य मामलों में, अतिरिक्त जानकारी की आवश्यकता है: क्या यह प्रतिक्रिया होगी ऊर्जावान रूप से फायदेमंद।
5 इलेक्ट्रोड क्षमता की तालिकाओं का उपयोग करके ऑक्सीकरण एजेंट (कम करने वाला एजेंट) का विकल्प। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की प्रमुख दिशा का निर्धारण
प्रतिक्रियाएँ अनायास आगे बढ़ती हैं, जिसके परिणामस्वरूप गिब्स ऊर्जा घट जाती है (G ch.r.< 0). Для окислительно–восстановительных реакций G х.р. = - nFE 0 , где Е 0 - разность стандартных электродных потенциалов окислительной и восстановительной систем (E 0 = E 0 ок. – E 0 восст.) , F - число Фарадея (96500 Кулон/моль), n - число электронов, участвующих в элементарной реакции; E часто называют ЭДС реакции. Очевидно, что G 0 х.р. < 0, если E 0 х.р. >0.
v–l o–l दो का संयोजन
आधा प्रतिक्रिया:
Zn Zn 2+ और Cu 2+ Cu;
पहला, जिसमें शामिल है अपचायक कारक(Zn) तथा इसका ऑक्सीकृत रूप (Zn 2+) कहलाता है मज़बूत कर देनेवाला प्रणाली, दूसरा, सहित आक्सीकारक(Cu 2+) और इसका घटा हुआ रूप (Cu), - ऑक्सीडेटिवव्यवस्था।
इन अर्ध-प्रतिक्रियाओं में से प्रत्येक को इलेक्ट्रोड क्षमता के परिमाण द्वारा वर्णित किया जाता है, जो क्रमशः निरूपित करता है,
ई पुनर्स्थापित करें = E 0 Zn 2+ / Zn और E लगभग। \u003d ई 0 घन 2+ / घन।
संदर्भ पुस्तकों में E 0 के मानक मान दिए गए हैं:
ई 0 जेएन 2+ / जेडएन = - 0.77 वी, ई 0 सीयू 2+ / क्यू = + 0.34 वी।
EMF =.E 0 = E 0 लगभग। - ई0 पुनर्स्थापित करें \u003d ई 0 Cu 2+ / Cu - E 0 Zn 2+ / Zn \u003d 0.34 - (-0.77) \u003d 1.1V।
जाहिर है, E 0> 0 (और, तदनुसार, G 0< 0), если E 0 ок. >ई 0 पुनर्स्थापित करें , अर्थात। रेडॉक्स प्रतिक्रिया उस दिशा में आगे बढ़ती है जिसके लिए ऑक्सीकरण प्रणाली की इलेक्ट्रोड क्षमता कम करने वाली प्रणाली की इलेक्ट्रोड क्षमता से अधिक होती है।
इस मानदंड का उपयोग करके, यह निर्धारित करना संभव है कि कौन सी प्रतिक्रिया, प्रत्यक्ष या विपरीत, मुख्य रूप से, साथ ही आगे बढ़ती है एक ऑक्सीकरण एजेंट (या कम करने वाला एजेंट) चुनेंकिसी दिए गए पदार्थ के लिए।
उपरोक्त उदाहरण में, E 0 लगभग। > ई 0 पुनर्स्थापित करें , इसलिए, मानक स्थितियों के तहत, तांबे के आयनों को धात्विक जस्ता द्वारा कम किया जा सकता है (जो विद्युत रासायनिक श्रृंखला में इन धातुओं की स्थिति से मेल खाता है)
उदाहरण
1. निर्धारित करें कि Fe 3+ आयनों के साथ आयोडाइड आयनों को ऑक्सीकरण करना संभव है या नहीं।
समाधान:
ए) संभावित प्रतिक्रिया की एक योजना लिखें: I - + Fe 3+ I 2 + Fe 2+,
वी-एल ओ-एल
बी) ऑक्सीकरण और कम करने वाली प्रणालियों और संबंधित इलेक्ट्रोड क्षमता के लिए अर्ध-प्रतिक्रियाएं लिखें:
Fe 3+ + 2e - Fe 2+ E 0 \u003d + 0.77 B - ऑक्सीकरण प्रणाली,
2I - I 2 + 2e - E 0 \u003d + 0.54 B - रिकवरी सिस्टम;
ग) इन प्रणालियों की क्षमता की तुलना करते हुए, हम निष्कर्ष निकालते हैं कि दी गई प्रतिक्रिया संभव है (मानक स्थितियों के तहत)।
2. किसी पदार्थ के दिए गए परिवर्तन के लिए ऑक्सीकरण एजेंट (कम से कम तीन) चुनें और उनमें से एक को चुनें जिसमें प्रतिक्रिया पूरी तरह से आगे बढ़ती है: Cr (OH) 3 CrO 4 2 -।
समाधान:
a) संदर्भ पुस्तक E 0 CrO 4 2 - / Cr (OH) 3 \u003d - 0.13 V में खोजें,
बी) हम संदर्भ पुस्तक का उपयोग करके उपयुक्त ऑक्सीकरण एजेंटों का चयन करते हैं (उनकी क्षमता - 0.13 वी से अधिक होनी चाहिए), जबकि सबसे विशिष्ट, "गैर-कमी" ऑक्सीकरण एजेंटों पर ध्यान केंद्रित करते हुए (हैलोजन सरल पदार्थ हैं, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, पोटेशियम परमैंगनेट, आदि)। . ).
इस मामले में, यह पता चला है कि यदि परिवर्तन Br 2 2Br - एक संभावित E 0 \u003d + 1.1 V से मेल खाता है, तो परमैंगनेट आयनों और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के लिए, विकल्प संभव हैं: E 0 MnO 4 - / Mn 2+ \ u003d + 1.51 बी - में खट्टावातावरण,
ई 0 एमएनओ 4 - / एमएनओ 2 \u003d + 0.60 बी - में तटस्थवातावरण,
ई 0 एमएनओ 4 - / एमएनओ 4 2 - \u003d + 0.56 बी - में क्षारीयवातावरण,
ई 0 एच 2 ओ 2 / एच 2 ओ \u003d + 1.77 बी - में खट्टावातावरण,
ई 0 एच 2 ओ 2 / ओएच - = + 0.88 बी - में क्षारीयवातावरण।
यह देखते हुए कि स्थिति द्वारा निर्दिष्ट क्रोमियम हाइड्रॉक्साइड उभयचर है और इसलिए केवल थोड़ा क्षारीय या तटस्थ वातावरण में मौजूद है, निम्नलिखित उपयुक्त ऑक्सीकरण एजेंट हैं:
ई 0 एमएनओ4 - / एमएनओ2 \u003d + 0.60 बी और। ई 0 बीआर2 / बीआर - = + 1.1 बी..
ग) अंतिम स्थिति, कई में से इष्टतम ऑक्सीडेंट का चुनाव, इस आधार पर तय किया जाता है कि प्रतिक्रिया अधिक पूरी तरह से आगे बढ़ती है, इसके लिए अधिक नकारात्मक G 0, जो बदले में मान E 0 द्वारा निर्धारित किया जाता है:
बीजगणितीय मान जितना बड़ा होगा इ 0 , विशेषकर रेडॉक्स प्रतिक्रिया पूरी तरह से आगे बढ़ती है, उत्पादों की उपज जितनी अधिक होगी।
ऊपर चर्चा किए गए ऑक्सीकरण एजेंटों में, E 0 ब्रोमीन (Br 2) के लिए सबसे बड़ा होगा।
दो पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया की ऐसी प्रक्रिया जिसमें एक पदार्थ की प्रतिवर्ती ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया दूसरे के अपचयन के कारण होती है और माध्यम में ऑक्सीकृत और कम आयनों का मिश्रण बनता है, उदाहरण के लिए। - Fe"" और Fe", Sn" और Sn"", आदि। रेडॉक्स सिस्टम की तीव्रता का स्तर रेडॉक्स क्षमता Eh के मान से निर्धारित होता है, जो कि सामान्य हाइड्रोजन की क्षमता के संबंध में वोल्ट में व्यक्त किया जाता है। इलेक्ट्रोड।
सिस्टम की क्षमता जितनी अधिक सकारात्मक होती है, उसमें उतने ही अधिक ऑक्सीकरण गुण होते हैं। ऑक्सीकृत और कम आयनों की समान सांद्रता वाले सिस्टम में प्राप्त होने वाली क्षमता कहलाती है। सामान्य।
ओ.ओ.-वी. साथ। सामान्य क्षमता के परिमाण के अनुसार, उन्हें एक पंक्ति में व्यवस्थित किया जा सकता है, जिसमें प्रत्येक प्रणाली अधिक नकारात्मक सामान्य क्षमता वाले सिस्टम के संबंध में एक ऑक्सीकरण एजेंट और अधिक सकारात्मक सामान्य क्षमता वाले सिस्टम के संबंध में एक कम करने वाला एजेंट है। . रेडॉक्स सिस्टम खनिज निर्माण, तलछटी चट्टानों में कार्बनिक पदार्थों के परिवर्तन आदि में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
पदार्थ समतुल्यया बराबरएक वास्तविक या सशर्त कण है जो आयन एक्सचेंज प्रतिक्रियाओं में हाइड्रोजन केशन या रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में एक इलेक्ट्रॉन के साथ जुड़ सकता है, छोड़ सकता है या अन्यथा हो सकता है।
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में:
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O
प्रतिक्रिया में समतुल्य एक वास्तविक कण - Na + आयन होगा
काल्पनिक कण ½Zn(OH) 2 समतुल्य होगा।
पदार्थ समकक्ष भी अक्सर अर्थ के लिए प्रयोग किया जाता है पदार्थ समकक्षों की संख्याया पदार्थ की समतुल्य मात्रा- विचाराधीन प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन के एक मोल के बराबर पदार्थ के मोल्स की संख्या।
[संपादित करें] समतुल्य द्रव्यमान
समतुल्य द्रव्यमानदिए गए पदार्थ के एक समतुल्य का द्रव्यमान है।
[संपादित करें] एक पदार्थ के समतुल्य दाढ़ द्रव्यमान
मोलर द्रव्यमान समतुल्य को आमतौर पर या के रूप में दर्शाया जाता है। किसी पदार्थ के समतुल्य मोलर द्रव्यमान का उसके अपने मोलर द्रव्यमान के अनुपात को कहा जाता है समानता कारक(आमतौर पर के रूप में चिह्नित)।
किसी पदार्थ के समकक्षों का दाढ़ द्रव्यमान इस पदार्थ के दाढ़ द्रव्यमान द्वारा तुल्यता कारक के उत्पाद के बराबर समकक्षों के एक मोल का द्रव्यमान होता है।
एम ईक = एफ ईक × एम
[संपादित करें] तुल्यता कारक
समतुल्य दाढ़ द्रव्यमान का अपने स्वयं के दाढ़ द्रव्यमान के अनुपात को कहा जाता है समानता कारक(आमतौर पर के रूप में चिह्नित)।
[संपादित करें] तुल्यता संख्या
समतुल्य संख्या जेडइस पदार्थ के 1 मोल में निहित किसी पदार्थ के समकक्षों की संख्या के बराबर एक छोटा सकारात्मक पूर्णांक है। तुल्यता कारक तुल्यता संख्या से संबंधित है जेडनिम्नलिखित संबंध: =1/z.
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में:
Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O
समतुल्य कण ½Zn(OH) 2 है। संख्या ½ है समानता कारक, जेडइस मामले में 2 है
* - अक्रिय गैसों के लिए जेड = 1
तुल्यता कारक तुल्यता के नियम को बनाने में मदद करता है।
[संपादित करें] समकक्ष कानून
आई. वी. रिक्टर (1792-1800) के काम के परिणामस्वरूप, समकक्षों के कानून की खोज की गई:
§ सभी पदार्थ समान अनुपात में प्रतिक्रिया करते हैं।
§ समकक्षों के नियम को व्यक्त करने वाला सूत्र: एम 1 ई 2 \u003d एम 2 ई 1
§ इलेक्ट्रोकेमिकल समकक्ष- फैराडे के नियम के अनुसार, इलेक्ट्रोड पर छोड़े जाने वाले पदार्थ की मात्रा, जब बिजली की एक इकाई इलेक्ट्रोलाइट से गुजरती है:
§ फैराडे स्थिरांक कहाँ है.
§ फैराडे स्थिरांक, एक भौतिक स्थिरांक है जो किसी पदार्थ के विद्युत रासायनिक और भौतिक गुणों के बीच संबंध को निर्धारित करता है।
§ फैराडे स्थिरांक C mol -1 है।
§ फैराडे स्थिरांक को स्थिरांक के रूप में शामिल किया जाता है फैराडे का दूसरा कानून(इलेक्ट्रोलिसिस का नियम)।
§ संख्यात्मक रूप से, फैराडे स्थिरांक विद्युत आवेश के बराबर होता है, जिसके पारित होने के दौरान इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से, पदार्थ A का (1 / z) mol सूत्र में छोड़ा जाता है:
कहाँ पे: 
प्रतिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।
§ फैराडे स्थिरांक के लिए, निम्नलिखित संबंध सत्य है:
§ प्राथमिक आवेश कहाँ है, और अवोगाद्रो संख्या है।
आइसोटोप(अन्य ग्रीक ισος से - "बराबर", "वही", और τόπος - "स्थान") - नाभिक में विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन के साथ एक ही रासायनिक तत्व के परमाणुओं (और नाभिक) की किस्में। नाम इस तथ्य के कारण है कि समस्थानिक आवर्त सारणी के एक ही स्थान (एक ही कोशिका में) में हैं। एक परमाणु के रासायनिक गुण व्यावहारिक रूप से केवल इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर निर्भर करते हैं, जो मुख्य रूप से नाभिक के आवेश द्वारा निर्धारित होता है। जेड(अर्थात इसमें प्रोटॉन की संख्या) और लगभग इसकी द्रव्यमान संख्या पर निर्भर नहीं करता है ए(अर्थात, प्रोटॉन की कुल संख्या जेडऔर न्यूट्रॉन एन). एक ही तत्व के सभी समस्थानिकों का परमाणु आवेश समान होता है, केवल न्यूट्रॉनों की संख्या में अंतर होता है। आम तौर पर एक आइसोटोप को उस रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है जिससे वह संबंधित होता है, ऊपरी बाएं सूचकांक के अतिरिक्त द्रव्यमान संख्या (उदाहरण के लिए, 12 सी, 222 आरएन) का संकेत मिलता है। आप तत्व का नाम हाइफेनेटेड द्रव्यमान संख्या (उदाहरण के लिए, कार्बन -12, रेडॉन -222) के साथ भी लिख सकते हैं। कुछ समस्थानिकों के पारंपरिक उचित नाम होते हैं (उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम, एक्टिनॉन)।
समस्थानिकों का एक उदाहरण: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - ऑक्सीजन के तीन स्थिर समस्थानिक।
[संपादित करें] शब्दावली
आईयूपीएसी की मुख्य स्थिति यह है कि समान परमाणु द्रव्यमान वाले समान रासायनिक तत्व के परमाणुओं (या नाभिक) के लिए सही एकवचन शब्द न्यूक्लाइड है, और शब्द आइसोटोपएक तत्व के न्यूक्लाइड के एक सेट को नामित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। शर्त आइसोटोपप्रस्तावित किया गया था और प्रारंभ में बहुवचन में उपयोग किया गया था, क्योंकि तुलना के लिए कम से कम दो प्रकार के परमाणुओं की आवश्यकता होती है। भविष्य में, एकवचन शब्द का प्रयोग व्यवहार में व्यापक रूप से प्रयुक्त होने लगा - आइसोटोप. इसके अलावा, बहुवचन में शब्द का प्रयोग अक्सर न्यूक्लाइड्स के किसी भी सेट को संदर्भित करने के लिए किया जाता है, न कि केवल एक तत्व के लिए, जो कि गलत भी है। वर्तमान में, अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक संगठनों के पदों को एकरूपता और कार्यकाल में नहीं लाया गया है आइसोटोप IUPAC और IUPAP के विभिन्न प्रभागों की आधिकारिक सामग्रियों सहित व्यापक रूप से उपयोग किया जाना जारी है। यह उन उदाहरणों में से एक है कि कैसे शब्द का अर्थ, मूल रूप से इसमें अंतर्निहित है, उस अवधारणा के अनुरूप नहीं है जिसके लिए इस शब्द का उपयोग किया जाता है (एक अन्य पाठ्यपुस्तक का उदाहरण परमाणु है, जो नाम के विपरीत, अविभाज्य नहीं है) .
[संपादित करें] समस्थानिकों की खोज का इतिहास
भारी तत्वों के परमाणुओं के रेडियोधर्मी परिवर्तनों के अध्ययन से पहला सबूत है कि समान रासायनिक व्यवहार वाले पदार्थों के विभिन्न भौतिक गुण हो सकते हैं। 1906-07 में, यह स्पष्ट हो गया कि यूरेनियम, आयनियम के रेडियोधर्मी क्षय के उत्पाद और रेडियोधर्मी विघटनकर्ता, रेडियोथोरियम के उत्पाद में थोरियम के समान रासायनिक गुण होते हैं, लेकिन परमाणु द्रव्यमान और रेडियोधर्मी की विशेषताओं में इससे भिन्न होते हैं। क्षय। बाद में यह पाया गया कि तीनों उत्पादों में एक ही ऑप्टिकल और एक्स-रे स्पेक्ट्रा है। ऐसे पदार्थ, रासायनिक गुणों में समान, लेकिन परमाणुओं के द्रव्यमान और कुछ भौतिक गुणों में भिन्न, अंग्रेजी वैज्ञानिक एफ। सोड्डी के सुझाव पर, आइसोटोप कहलाने लगे।
[संपादित करें] प्रकृति में समस्थानिक
ऐसा माना जाता है कि पृथ्वी पर तत्वों की समस्थानिक संरचना सभी पदार्थों में समान है। प्रकृति में कुछ भौतिक प्रक्रियाएं तत्वों की समस्थानिक संरचना का उल्लंघन करती हैं (प्राकृतिक विभाजनसमस्थानिक प्रकाश तत्वों की विशेषता, साथ ही प्राकृतिक लंबे समय तक रहने वाले समस्थानिकों के क्षय के दौरान समस्थानिक बदलाव)। नाभिक के खनिजों में धीरे-धीरे संचय - कुछ लंबे समय तक रहने वाले न्यूक्लाइड्स के क्षय उत्पादों का उपयोग परमाणु भू-कालानुक्रम में किया जाता है।
[संपादित करें] समस्थानिकों का मानव उपयोग
तकनीकी गतिविधियों में, लोगों ने सामग्री के किसी विशिष्ट गुण को प्राप्त करने के लिए तत्वों की समस्थानिक संरचना को बदलना सीखा है। उदाहरण के लिए, 235 यू थर्मल न्यूट्रॉन विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया में सक्षम है और इसे परमाणु रिएक्टरों या परमाणु हथियारों के लिए ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, प्राकृतिक यूरेनियम में इस न्यूक्लाइड का केवल 0.72% होता है, जबकि एक चेन रिएक्शन व्यावहारिक रूप से तभी संभव है जब 235 यू सामग्री कम से कम 3% हो। भारी तत्वों के समस्थानिकों के भौतिक-रासायनिक गुणों की निकटता के कारण, यूरेनियम के समस्थानिक संवर्धन की प्रक्रिया एक अत्यंत जटिल तकनीकी कार्य है, जो दुनिया के केवल एक दर्जन देशों के लिए सुलभ है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी की कई शाखाओं में (उदाहरण के लिए, रेडियोइम्यूनोसे में), आइसोटोप लेबल का उपयोग किया जाता है।
पृथक्करण निरंतर- एक प्रकार का संतुलन स्थिरांक जो एक बड़ी वस्तु की छोटी वस्तुओं में प्रतिवर्ती तरीके से अलग (अलग) होने की प्रवृत्ति को इंगित करता है, जैसे कि जब एक जटिल अपने घटक अणुओं में टूट जाता है, या जब एक नमक एक जलीय घोल में आयनों में अलग हो जाता है . पृथक्करण स्थिरांक को आमतौर पर निरूपित किया जाता है केडीऔर संघ स्थिरांक के व्युत्क्रम। लवणों के मामले में, पृथक्करण स्थिरांक को कभी-कभी आयनीकरण स्थिरांक कहा जाता है।
एक सामान्य प्रतिक्रिया में
कॉम्प्लेक्स ए कहां है एक्सबी वाईमें टूट जाता है एक्सयूनिट ए और वाईइकाइयाँ बी, पृथक्करण स्थिरांक को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
जहां [ए], [बी] और क्रमशः ए, बी और जटिल ए एक्स बी वाई की सांद्रता हैं।
[संपादित करें] परिभाषा
अरहेनियस सिद्धांत के अनुसार, कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स का इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया है, अर्थात इसे योजनाबद्ध रूप से समीकरणों द्वारा दर्शाया जा सकता है (मोनोवालेंट आयनों के लिए:):
केए ↔ के + + ए -,
§ केए - असंगठित यौगिक;
§ के + - कटियन;
§ ए - - ऋणायन।
ऐसी प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
 ,
| (1) |
§ - विलयन में अविघटित यौगिक की सांद्रता;
§ - समाधान में पिंजरों की एकाग्रता;
§ - समाधान में आयनों की एकाग्रता।
पृथक्करण प्रतिक्रिया के संबंध में संतुलन स्थिरांक कहा जाता है पृथक्करण निरंतर.
[संपादित करें] पॉलीवलेंट आयनों के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स का पृथक्करण
बहुसंयोजक आयनों के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स के पृथक्करण के मामले में, पृथक्करण चरणों में होता है, और प्रत्येक चरण में पृथक्करण स्थिरांक का अपना मूल्य होता है।
उदाहरण: एक पॉलीबेसिक (बोरिक) एसिड का पृथक्करण [ स्रोत 332 दिन निर्दिष्ट नहीं है] :
स्टेज I: एच 3 बीओ 3 ↔ एच + + एच 2 बीओ 3 -,
चरण II: एच 2 बीओ 3 - ↔ एच + + एचबीओ 3 2 - ,
चरण III: एचबीओ 3 2− ↔ एच + + बीओ 3 3−,
ऐसे इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए पृथक्करण की पहली डिग्री हमेशा बाद वाले की तुलना में बहुत अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि ऐसे यौगिकों का पृथक्करण मुख्य रूप से पहले चरण के माध्यम से आगे बढ़ता है।
[संपादित करें] हदबंदी स्थिर और हदबंदी की डिग्री के बीच संबंध
पृथक्करण की डिग्री की परिभाषा के आधार पर, पृथक्करण प्रतिक्रिया में KA इलेक्ट्रोलाइट के लिए = = α·c, = c - α·c = c·(1 - α), जहां α इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री है।
| , | (2) |
इस अभिव्यक्ति को ओस्टवाल्ड कमजोर पड़ने का कानून कहा जाता है। बहुत छोटे α (α<<1) K=cα² и
इस प्रकार, इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता में वृद्धि के साथ, हदबंदी की डिग्री कम हो जाती है, और कमी के साथ यह बढ़ जाती है। पृथक्करण स्थिरांक और पृथक्करण की डिग्री के बीच के संबंध को ओस्टवाल्ड के कमजोर पड़ने वाले कानून के लेख में अधिक विस्तार से वर्णित किया गया है।
[संपादित करें] प्रायोगिक परिणामों और अरहेनियस मॉडल के बीच अंतर, गतिविधियों के माध्यम से पृथक्करण स्थिरांक की व्युत्पत्ति
उपरोक्त गणनाएँ अरहेनियस सिद्धांत पर आधारित हैं, जो बहुत मोटा है और आयनों के इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के कारकों को ध्यान में नहीं रखता है। इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में आदर्श स्थिति से विचलन बहुत कम सांद्रता पर होता है, क्योंकि आंतरिक बल व्युत्क्रमानुपाती होते हैं वर्गआयन केंद्रों के बीच की दूरी, जबकि अंतर-आणविक बल व्युत्क्रमानुपाती होते हैं सातवीं डिग्रीदूरियाँ, अर्थात्, तनु विलयनों में भी अंतरायिक बल, अंतराअणुक बलों की तुलना में बहुत अधिक होते हैं।
लुईस ने दिखाया कि वास्तविक समाधानों के लिए सरल समीकरणों को संरक्षित किया जा सकता है (ऊपर देखें) यदि आयन सांद्रता के बजाय हम इसके कार्य का परिचय देते हैं, तथाकथित गतिविधि. गतिविधि (ए) एक सुधार कारक के माध्यम से एकाग्रता (सी) से संबंधित है जिसे गतिविधि कारक कहा जाता है:
एक = γ सी
इस प्रकार, लुईस के अनुसार, समीकरण (1) द्वारा वर्णित अरहेनियस के अनुसार संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति इस तरह दिखेगी:
§ 
;
§ 
;
लुईस सिद्धांत में, निरंतर और हदबंदी की डिग्री के बीच संबंध (समीकरण (2) द्वारा लिखित अरहेनियस सिद्धांत में संबंध द्वारा व्यक्त किया गया है:
यदि कोई अन्य प्रभाव नहीं है जो समाधान को आदर्श स्थिति से विचलित करता है, तो गैर-पृथक अणु आदर्श गैसों की तरह व्यवहार करते हैं और γ केए = 1, और ओस्टवाल्ड तनुता कानून की सही अभिव्यक्ति रूप लेगी:
§ इलेक्ट्रोलाइट का औसत गतिविधि गुणांक है।
सी → 0 और γ → 1 के लिए, ओस्टवाल्ड कमजोर पड़ने के कानून के उपरोक्त समीकरण (2) का रूप लेता है। जितना अधिक इलेक्ट्रोलाइट अलग हो जाता है, उतनी ही तेजी से गतिविधि गुणांक γ का मूल्य एकता से विचलित हो जाता है, और शास्त्रीय कमजोर पड़ने वाले कानून का तेजी से उल्लंघन होता है।
[संपादित करें] मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स का पृथक्करण स्थिरांक
मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स लगभग पूरी तरह से अलग हो जाते हैं (प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है), इसलिए पृथक्करण स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति का भाजक शून्य है, और पूरी अभिव्यक्ति अनंत तक जाती है। इस प्रकार, मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, "पृथक्करण स्थिरांक" शब्द अर्थहीन है।
[संपादित करें] गणना उदाहरण
[संपादित करें] जल पृथक्करण
पानी एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है जो समीकरण के अनुसार अलग हो जाता है
25°C पर जल का पृथक्करण स्थिरांक है
यह देखते हुए कि अधिकांश समाधानों में पानी आणविक रूप में है (H + और OH - आयनों की सांद्रता कम है), और यह देखते हुए कि पानी का दाढ़ द्रव्यमान 18.0153 g / mol है, और 25 ° C के तापमान पर घनत्व 997.07 है जी / एल, शुद्ध पानी एकाग्रता = 55.346 मोल / एल से मेल खाता है। इसलिए, पिछले समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है
अनुमानित सूत्र का अनुप्रयोग लगभग 15% की त्रुटि देता है:
हदबंदी की डिग्री के पाए गए मूल्य के आधार पर, हम समाधान का पीएच पाते हैं:
पृथक्करण की डिग्री- सजातीय (सजातीय) प्रणालियों में पृथक्करण प्रतिक्रिया में संतुलन की स्थिति को दर्शाने वाला मूल्य।
हदबंदी की डिग्री α अलग-अलग अणुओं की संख्या के अनुपात के बराबर है एनराशि के लिए एन + एन, कहाँ पे एनअसंगठित अणुओं की संख्या है। अक्सर α को प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है। पृथक्करण की डिग्री भंग इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति और समाधान की एकाग्रता दोनों पर निर्भर करती है।
[संपादित करें] उदाहरण
एसिटिक एसिड सीएच 3 सीओओएच के लिए, α का मान 4% (0.01 एम समाधान में) है। इसका अर्थ यह है कि किसी अम्ल के जलीय विलयन में प्रत्येक 100 अणुओं में से केवल 4 ही वियोजित होते हैं, अर्थात वे H+ और CH3COO- आयनों के रूप में होते हैं, जबकि शेष 96 अणु वियोजित नहीं होते हैं।
[संपादित करें] परिभाषा विधियों
§ समाधान की विद्युत चालकता के अनुसार
§ हिमांक को कम करने के लिए
[संपादित करें] हदबंदी की काल्पनिक डिग्री
चूंकि मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स लगभग पूरी तरह से अलग हो जाते हैं, कोई उनके लिए सूत्र इकाई (अणु) में आयनों (या ध्रुवीकृत परमाणुओं) की संख्या के बराबर एक आइसोटोनिक गुणांक की अपेक्षा करेगा। हालाँकि, वास्तव में, यह गुणांक हमेशा सूत्र द्वारा निर्धारित गुणांक से कम होता है। उदाहरण के लिए, 0.05 mol NaCl घोल के लिए आइसोटोनिक गुणांक 2.0 के बजाय 1.9 है (समान सांद्रता के मैग्नीशियम सल्फेट घोल के लिए, मैं= 1.3)। यह मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के सिद्धांत द्वारा समझाया गया है, जिसे 1923 में पी। डेबी और ई। हकेल द्वारा विकसित किया गया था: समाधान में आयनों की गति गठित सॉल्वेशन शेल द्वारा बाधित होती है। इसके अलावा, आयन एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं: विपरीत चार्ज वाले आकर्षित होते हैं, और इसी तरह चार्ज किए गए लोग पीछे हटते हैं; पारस्परिक आकर्षण बल एक साथ समाधान के माध्यम से चलने वाले आयनों के समूहों के गठन की ओर ले जाते हैं। ऐसे समूह कहलाते हैं आयन सहयोगीया आयन जोड़े. तदनुसार, समाधान व्यवहार करता है जैसे कि इसमें वास्तव में कम कण होते हैं, क्योंकि उनके आंदोलन की स्वतंत्रता सीमित होती है। सबसे स्पष्ट उदाहरण समाधानों की विद्युत चालकता से संबंधित है λ , जो घोल के कमजोर पड़ने से बढ़ता है। अनंत कमजोर पड़ने पर वास्तविक विद्युत चालकता के अनुपात के माध्यम से निर्धारित करें पृथक्करण की काल्पनिक डिग्रीमजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स, के रूप में भी जाना जाता है α :
,
कहाँ पे निमग- काल्पनिक, और एन डिसएलवी।समाधान में कणों की वास्तविक संख्या है।
