रासायनिक समीकरणे (Chemical equations)

रासायनिक समीकरण म्हणजे रासायनिक अभिक्रियेचे संक्षिप्त स्वरूपात मांडणी. यामध्ये रासायनिक सूत्रांचा वापर केला जातो.

• अभिक्रियाकारके (Reactants): डाव्या बाजूला लिहितात.
• उत्पादिते (Products): उजव्या बाजूला लिहितात.
• बाण (Arrow): अभिक्रियाकारकांपासून उत्पादितांच्या दिशेने जाणारा बाण (→) दोघांच्या मध्ये काढतात. हा बाण अभिक्रियेची दिशा दर्शवतो.
• अधिक चिन्ह (+): जर दोन किंवा अधिक अभिक्रियाकारके किंवा उत्पादिते असतील, तर त्यांच्यामध्ये अधिक (+) चिन्हाचा वापर करतात.
• उदा. \(CuSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Cu\)

समीकरणाला अधिक माहितीपूर्ण बनवणे:

1. भौतिक अवस्था (Physical States): अभिक्रियाकारके आणि उत्पादिते यांच्या भौतिक अवस्था कंसात लिहून दर्शवतात.

• वायुरूप: (g)
• द्रवरूप: (l)
• स्थायुरूप: (s)
• जलीय द्रावण: (aq) - (पाण्यातील द्रावण)
• वायू बाहेर पडणे: (g) ऐवजी \(\uparrow\) (वरची दिशा दाखवणारा बाण)
• अवक्षेप तयार होणे: (s) ऐवजी \(\downarrow\) (खालची दिशा दाखवणारा बाण)
• उदा. \(CuSO_4 (aq) + Zn (s) \rightarrow ZnSO_4 (aq) + Cu (s)\)

1. अभिक्रियेसाठी आवश्यक अटी:

• उष्णता: अभिक्रियेसाठी उष्णता द्यावी लागत असेल, तर बाणाच्या वर \(\Delta\) (डेल्टा) हे चिन्ह काढतात.
• उदा. \(CaCO_3(s) \xrightarrow{\Delta} CaO(s) + CO_2\uparrow\)
• विशिष्ट तापमान, दाब, उत्प्रेरक: अशा अटी अभिक्रियादर्शक बाणाच्या खाली किंवा वर दर्शवतात.
• उदा. वनस्पती तेल (l) + \(H_2(g) \xrightarrow{60^\circ C, Ni} \) वनस्पती तूप (s)

1. विशेष माहिती: अभिक्रियाकारकांविषयी/उत्पादितांविषयी असणारी विशेष माहिती किंवा त्यांची नावे त्यांच्या सूत्राखाली लिहितात.

• उदा. \(3Cu(s) + 8HNO_3(aq) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2(aq) + 2NO(g) + 4H_2O(l)\)

(विरल) (नायट्रिक ऑक्साईड)

• उदा. \(Cu(s) + 4HNO_3(aq) \rightarrow Cu(NO_3)_2(aq) + 2NO_2(g) + 2H_2O(l)\)

(संहत) (नायट्रोजन डायऑक्साईड - तांबूस वायू)

रासायनिक समीकरण हे रासायनिक अभिक्रियेचे एक संक्षिप्त आणि माहितीपूर्ण प्रतिनिधित्व आहे.

वस्तुमान अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Mass) सांगतो की, कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियेत उत्पादितांमधील प्रत्येक मूलद्रव्याचे एकूण वस्तुमान हे अभिक्रियाकारकांमधील त्या त्या मूलद्रव्याच्या एकूण वस्तुमानाइतकेच असते. याचा अर्थ, अभिक्रियेच्या दोन्ही बाजूंना प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूंची संख्या समान असली पाहिजे.

• संतुलित समीकरण (Balanced Equation): ज्या समीकरणामध्ये अभिक्रियाकारकांमधील मूलद्रव्यांच्या अणूंची संख्या ही उत्पादितांमधील त्या त्या मूलद्रव्यांच्या अणूंच्या संख्येइतकीच असते, त्याला संतुलित समीकरण म्हणतात.
• असंतुलित समीकरण (Unbalanced Equation): जर प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूंची संख्या समीकरणाच्या दोन्ही बाजूंना समान नसेल, तर त्याला असंतुलित समीकरण म्हणतात.

रासायनिक समीकरण संतुलित करण्याच्या पायऱ्या (प्रयत्न-प्रमाद पद्धती - Hit and Trial Method):

उदाहरण: सोडिअम हायड्रॉक्साईड + सल्फ्युरिक ऍसिड \(\rightarrow\) सोडिअम सल्फेट + पाणी

पायरी I: शाब्दिक समीकरणाचे रासायनिक सूत्रांमध्ये रूपांतर.

• \(NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O\)

पायरी II: समीकरण संतुलित आहे की नाही हे तपासणे.

• दोन्ही बाजूंना प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूंची संख्या तपासा.

| मूलद्रव्य | अभिक्रियाकारके (डावी बाजू) अणू संख्या | उत्पादिते (उजवी बाजू) अणू संख्या | |---|---|---| | Na | 1 | 2 | | O | 5 | 5 | | H | 3 | 2 | | S | 1 | 1 |

• येथे Na आणि H च्या अणूंची संख्या समान नाही, म्हणून हे समीकरण असंतुलित आहे.

पायरी III: संतुलनाची सुरुवात.

• ज्या संयुगात जास्तीत जास्त अणू आहेत, त्या संयुगापासून सुरुवात करणे सोयीचे असते.
• या संयुगातील ज्या मूलद्रव्याचे अणू दोन्ही बाजूंना असमान असतील, त्या मूलद्रव्याचा विचार प्रथम करावा.
• Na2SO4 किंवा H2SO4 मध्ये जास्त अणू आहेत. Na2SO4 निवडूया.
• सोडिअम (Na) च्या अणूंची संख्या दोन्ही बाजूंना असमान आहे (डावीकडे 1, उजवीकडे 2).
• संतुलन करताना संयुगाचे सूत्र बदलू नये. (उदा. NaOH चे Na2OH असे करू नये).
• सहगुणक (Coefficient) लावावा: NaOH ला '2' हा सहगुणक लावल्यास Na अणूंची संख्या समान होईल.
• \(2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O\)

पायरी IV: पुन्हा तपासणी आणि पुढील मूलद्रव्यांचे संतुलन.

• आता समीकरण पुन्हा तपासा.

| मूलद्रव्य | अभिक्रियाकारके (डावी बाजू) अणू संख्या | उत्पादिते (उजवी बाजू) अणू संख्या | |---|---|---| | Na | 2 | 2 | | O | 6 | 5 | | H | 4 | 2 | | S | 1 | 1 |

• ऑक्सिजन आणि हायड्रोजनची संख्या अजूनही असमान आहे. हायड्रोजनचे संतुलन प्रथम करूया, कारण त्याला लहान सहगुणक लागेल.
• उत्पादितांमध्ये H2O मध्ये 2 हायड्रोजन अणू आहेत, तर अभिक्रियाकारकांमध्ये (2NaOH + H2SO4) एकूण 4 हायड्रोजन अणू आहेत.
• H2O ला '2' हा सहगुणक लावल्यास हायड्रोजन अणूंची संख्या समान होईल.
• \(2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O\)

पायरी V: अंतिम तपासणी.

• आता समीकरण पुन्हा तपासा.

| मूलद्रव्य | अभिक्रियाकारके (डावी बाजू) अणू संख्या | उत्पादिते (उजवी बाजू) अणू संख्या | |---|---|---| | Na | 2 | 2 | | O | 6 | 6 | | H | 4 | 4 | | S | 1 | 1 |

• दोन्ही बाजूंना सर्व मूलद्रव्यांच्या अणूंची संख्या समान आहे. हे समीकरण संतुलित आहे.

पायरी VI: अंतिम संतुलित समीकरण लिहा.

• \(2NaOH (aq) + H_2SO_4 (aq) \rightarrow Na_2SO_4 (aq) + 2H_2O (l)\)

संतुलन करताना नेहमी सहगुणक बदलावे, सूत्र बदलू नये.

अभिक्रियेतील अभिकारके व उत्पादिते यांचे स्वरूप व संख्या यानुसार अभिक्रियांचे मुख्य चार प्रकार पडतात:

1. संयोग अभिक्रिया (Combination Reaction)

• व्याख्या: जेव्हा एखाद्या अभिक्रियेत दोन किंवा अधिक अभिक्रियाकारकांचा रासायनिक संयोग होऊन एकच उत्पादित तयार होते, तेव्हा त्या अभिक्रियेस संयोग अभिक्रिया असे म्हणतात.
• सामान्य स्वरूप: \(A + B \rightarrow AB\)
• उदाहरणे:
• अमोनिया आणि हायड्रोजन क्लोराईडचा संयोग:

\(NH_3 (g) + HCl (g) \rightarrow NH_4Cl (s)\) (अमोनिया) (हायड्रोजन क्लोराईड) (अमोनिअम क्लोराईड)

• येथे दोन वायू एकत्र येऊन एक स्थायुरूप पदार्थ (पांढरा धूर) तयार होतो.
• मॅग्नेशियमचे हवेत ज्वलन:

\(2Mg (s) + O_2 (g) \rightarrow 2MgO (s)\) (मॅग्नेशियम) (ऑक्सिजन) (मॅग्नेशियम ऑक्साईड)

• मॅग्नेशियम व ऑक्सिजनचा संयोग होऊन मॅग्नेशियम ऑक्साईड हे एकमेव उत्पादित तयार होते.
• चुनकळीचे पाण्यात विरघळणे (कॅल्शियम ऑक्साईड + पाणी):

\(CaO (s) + H_2O (l) \rightarrow Ca(OH)_2 (aq) + \text{उष्णता}\) (कॅल्शियम ऑक्साईड) (पाणी) (कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड)

• या अभिक्रियेत उष्णता बाहेर पडते, म्हणून ही ऊष्मादायी अभिक्रिया आहे.

2. अपघटन अभिक्रिया (Decomposition Reaction)

• व्याख्या: ज्या अभिक्रियेमध्ये एकच अभिक्रियाकारक असतो व त्यापासून दोन किंवा अधिक उत्पादिते मिळतात, त्या अभिक्रियेला अपघटन अभिक्रिया म्हणतात.
• सामान्य स्वरूप: \(AB \rightarrow A + B\)
• उदाहरणे:
• साखरेचे अपघटन (उष्णतेने):

\(C_{12}H_{22}O_{11} (s) \xrightarrow{\Delta} 12C (s) + 11H_2O (g)\) (साखर) (कार्बन) (पाणी)

• साखर तापवल्यावर काळा कार्बन आणि पाणी (वाफ) तयार होते.
• कॅल्शियम कार्बोनेटचे अपघटन (उष्णतेने):

\(CaCO_3 (s) \xrightarrow{\Delta} CaO (s) + CO_2 \uparrow (g)\) (कॅल्शियम कार्बोनेट) (कॅल्शियम ऑक्साईड) (कार्बन डायऑक्साईड)

• या अभिक्रियेत उष्णता शोषली जाते, म्हणून ही ऊष्माग्राही अभिक्रिया आहे.
• हायड्रोजन पेरॉक्साईडचे अपघटन:

\(2H_2O_2 (l) \rightarrow 2H_2O (l) + O_2 \uparrow (g)\) (हायड्रोजन पेरॉक्साईड) (पाणी) (ऑक्सिजन)

• पाण्याचे विद्युत अपघटन: (विद्युत ऊर्जेच्या साहाय्याने)

\(2H_2O (l) \xrightarrow{\text{विद्युत प्रवाह}} 2H_2 \uparrow (g) + O_2 \uparrow (g)\)

• येथे आम्लयुक्त पाण्यातून विद्युत प्रवाह जाऊ दिल्यास पाणी हायड्रोजन व ऑक्सिजन वायूमध्ये अपघटित होते.

3. विस्थापन अभिक्रिया (Displacement Reaction)

• व्याख्या: जेव्हा एका संयुगातील कमी अभिक्रियाशील मूलद्रव्याच्या आयनाची जागा दुसरे जास्त अभिक्रियाशील मूलद्रव्य स्वतः आयन बनून घेते, त्या रासायनिक अभिक्रियेला 'विस्थापन अभिक्रिया' म्हणतात.
• सामान्य स्वरूप: \(A + BC \rightarrow AC + B\)
• उदाहरणे:
• कॉपर सल्फेटच्या द्रावणात जस्त पूड घालणे:

\(CuSO_4 (aq) + Zn (s) \rightarrow ZnSO_4 (aq) + Cu (s)\) (कॉपर सल्फेट) (जस्त) (झिंक सल्फेट) (तांबे)

• येथे जस्त (Zn) हे तांब्यापेक्षा (Cu) जास्त अभिक्रियाशील असल्याने ते कॉपर सल्फेटमधील तांब्याला विस्थापित करते.
• या अभिक्रियेत उष्णता बाहेर पडते.
• जस्ताप्रमाणेच लोह (Fe) व शिसे (Pb) ही मूलद्रव्ये सुद्धा तांब्याला त्याच्या संयुगातून विस्थापित करतात.

4. दुहेरी विस्थापन अभिक्रिया (Double Displacement Reaction)

• व्याख्या: ज्या अभिक्रियेमध्ये अभिक्रियाकारकांमधील आयनांची अदलाबदल होऊन अवक्षेप (अविद्राव्य स्थायुरूप पदार्थ) तयार होतो, ती 'दुहेरी विस्थापन अभिक्रिया' असते.
• सामान्य स्वरूप: \(AB + CD \rightarrow AD + CB\)
• उदाहरण:
• सोडिअम क्लोराईड आणि सिल्व्हर नायट्रेटची अभिक्रिया:

\(AgNO_3 (aq) + NaCl (aq) \rightarrow AgCl \downarrow (s) + NaNO_3 (aq)\) (सिल्व्हर नायट्रेट) (सोडिअम क्लोराईड) (सिल्व्हर क्लोराईड) (सोडिअम नायट्रेट)

• येथे सिल्व्हर (Ag+) आणि सोडिअम (Na+) आयनांची अदलाबदल होऊन सिल्व्हर क्लोराईडचा पांढरा अवक्षेप तयार होतो.

विस्थापन अभिक्रियेत एक मूलद्रव्य दुसऱ्याला विस्थापित करते, तर दुहेरी विस्थापनात आयनांची अदलाबदल होते.

विविध प्रक्रिया व अभिक्रियांमध्ये उष्णतेचे आदान-प्रदान होते. यावरून प्रक्रिया व अभिक्रियांंचे दोन प्रकार पडतात: ऊष्माग्राही (Endothermic) व ऊष्मादायी (Exothermic).

ऊष्माग्राही प्रक्रिया/अभिक्रिया (Endothermic Process/Reaction)

• व्याख्या: ज्या प्रक्रिया किंवा अभिक्रियांमध्ये उष्णता शोषली जाते (परिसरातून किंवा बाहेरून द्यावी लागते), त्यांना ऊष्माग्राही प्रक्रिया किंवा अभिक्रिया म्हणतात.
• परिणाम: परिसराचे तापमान कमी होते.
• उदाहरणे (प्रक्रिया):
• बर्फ वितळणे (उष्णता शोषून घेतो)
• पोटॅशिअम नायट्रेट पाण्यात विरघळणे (द्रावणाचे तापमान कमी होते)
• उदाहरणे (अभिक्रिया):
• कॅल्शियम कार्बोनेटचे अपघटन:

\(CaCO_3(s) + \text{उष्णता} \rightarrow CaO(s) + CO_2(g)\)

• या अभिक्रियेसाठी उष्णता द्यावी लागते.

ऊष्मादायी प्रक्रिया/अभिक्रिया (Exothermic Process/Reaction)

• व्याख्या: ज्या प्रक्रिया किंवा अभिक्रियांमध्ये उष्णता बाहेर टाकली जाते (मुक्त होते), त्यांना ऊष्मादायी प्रक्रिया किंवा अभिक्रिया म्हणतात.
• परिणाम: परिसराचे तापमान वाढते.
• उदाहरणे (प्रक्रिया):
• पाण्यापासून बर्फ तयार होणे (उष्णता बाहेर टाकली जाते)
• सोडिअम हायड्रॉक्साईड पाण्यात विरघळणे (द्रावणाचे तापमान वाढते)
• संहत सल्फ्युरिक आम्लाचे पाण्याने विरलीकरण (मोठ्या प्रमाणावर उष्णता बाहेर पडते)
• महत्वाचे: संहत सल्फ्युरिक आम्लात पाणी ओतू नये. पाण्यामध्ये थोडे थोडे सल्फ्युरिक आम्ल ओतून ढवळावे, जेणेकरून उष्णता हळूहळू बाहेर पडेल आणि अपघात टाळता येईल.
• उदाहरणे (अभिक्रिया):
• कॅल्शियम ऑक्साईड (चुनकळी) पाण्यात विरघळणे:

\(CaO(s) + H_2O(l) \rightarrow Ca(OH)_2(aq) + \text{उष्णता}\)

• या अभिक्रियेत मोठ्या प्रमाणात उष्णता बाहेर पडते.

ऊष्माग्राही अभिक्रियात उष्णता शोषली जाते (तापमान कमी होते), तर ऊष्मादायी अभिक्रियात उष्णता बाहेर टाकली जाते (तापमान वाढते).

रासायनिक अभिक्रियेचा दर म्हणजे एका विशिष्ट कालावधीत किती अभिक्रियाकारक उत्पादितांमध्ये रूपांतरित होतात किंवा किती उत्पादित तयार होतात. भिन्न अभिक्रियांंचा दर भिन्न असतो. काही अभिक्रिया जलद गतीने होतात, तर काही मंद गतीने.

• जलद गतीने होणाऱ्या अभिक्रिया:
• स्वयंपाकाचा गॅस पेटवताच तो जळू लागतो.
• तीव्र आम्ल व तीव्र आम्लारी यांमधील अभिक्रिया तातकाळ होते.
• विरल आम्लात खाण्याचा सोडा टाकल्यावर बुडबुडे निर्माण होतात.
• मंद गतीने होणाऱ्या अभिक्रिया:
• लोखंडी वस्तू गंजणे (अनेक दिवस लागतात).
• खडकांचे अपक्षीणन होऊन माती तयार होणे (हजारो वर्षे लागतात).
• हिवाळ्यात दुधाचे दही बनणे (उन्हाळ्यापेक्षा जास्त वेळ लागतो).

अभिक्रियेचा दर हा वेगवेगळ्या अटी बदलल्यानंतर बदलू शकतो.

रासायनिक अभिक्रियेचा दर खालील घटकांवर अवलंबून असतो:

अ. अभिक्रियाकारकांचे स्वरूप (Nature of Reactants)

• संकल्पना: अभिक्रियाकारकांचे रासायनिक स्वरूप किंवा त्यांची अभिक्रियाशीलता (reactivity) अभिक्रियेच्या दरावर परिणाम करते.
• उदाहरण: ॲल्युमिनिअम (Al) आणि जस्त (Zn) यांची विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लाबरोबर अभिक्रिया.
• दोन्ही धातू आम्लाबरोबर अभिक्रिया करून \(H_2\) वायू मुक्त करतात आणि पाण्यात विद्राव्य क्षार तयार करतात.
• परंतु, ॲल्युमिनिअमची आम्लाबरोबरची अभिक्रिया जस्तापेक्षा जलद होते, कारण ॲल्युमिनिअम जस्तापेक्षा जास्त अभिक्रियाशील आहे.
• निष्कर्ष: जास्त अभिक्रियाशील पदार्थ जलद गतीने अभिक्रिया करतात.

आ. अभिक्रियाकारकांच्या कणांचा आकार (Size of the Particles of Reactants)

• संकल्पना: अभिक्रियाकारकांच्या कणांचा आकार जेवढा लहान असेल, तेवढा त्यांचा पृष्ठभाग (surface area) वाढतो आणि अभिक्रियेचा दर वाढतो.
• उदाहरण: शहाबादी फरशीचे तुकडे आणि शहाबादी फरशीचा चुरा यांची विरल HCl बरोबर अभिक्रिया.
• फरशीच्या तुकड्यांबरोबर \(CO_2\) चे बुडबुडे हळूहळू तयार होतात.
• फरशीच्या चुऱ्याबरोबर (लहान कण) \(CO_2\) चे बुडबुडे जलद गतीने तयार होतात.
• निष्कर्ष: कणांचा आकार लहान असल्यास अभिक्रियेचा दर जास्त असतो.

इ. अभिक्रियाकारकांची संहती (Concentration of Reactants)

• संकल्पना: अभिक्रियाकारकांची संहती (concentration) वाढल्यास, अभिक्रियाकारकांच्या रेणूंमधील टक्कर होण्याची शक्यता वाढते, ज्यामुळे अभिक्रियेचा दर वाढतो.
• उदाहरण: विरल व संहत हायड्रोक्लोरिक आम्लाची \(CaCO_3\) च्या भुकटीवर होणारी अभिक्रिया.
• विरल आम्लाबरोबर \(CaCO_3\) ची अभिक्रिया मंदपणे होते आणि \(CO_2\) हळूहळू मुक्त होतो.
• संहत आम्लाबरोबरची अभिक्रिया जलद गतीने होते आणि \(CaCO_3\) लवकर नाहीसा होतो.
• निष्कर्ष: संहत आम्लाबरोबर अभिक्रियेचा दर विरल आम्लापेक्षा जास्त असतो.

ई. अभिक्रियेचे तापमान (Temperature of the Reaction)

• संकल्पना: तापमान वाढवल्यास अभिक्रियाकारकांच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते, ज्यामुळे प्रभावी टक्कर होण्याची शक्यता वाढते आणि अभिक्रियेचा दर वाढतो.
• उदाहरण: चुनखडीचे अपघटन.
• बर्नरने उष्णता देण्यापूर्वी \(CO_2\) तयार होत नाही (अभिक्रियेचा दर शून्य असतो).
• तापवल्यामुळे अभिक्रियेचा दर वाढतो आणि \(CO_2\) हे उत्पादित तयार होते.
• निष्कर्ष: तापमान वाढवल्यास अभिक्रियेचा दर वाढतो.

उ. उत्प्रेरक (Catalyst)

• संकल्पना: उत्प्रेरक म्हणजे असा पदार्थ, ज्याच्या केवळ उपस्थितीमुळे रासायनिक अभिक्रियेचा दर वाढतो, परंतु त्या पदार्थामध्ये मात्र कोणताही रासायनिक बदल होत नाही.
• उदाहरण: पोटॅशिअम क्लोरेट \((KClO_3)\) चे अपघटन.
• \(KClO_3\) तापवल्यास त्याचे अपघटन मंदगतीने होते.
• मँगनीज डायऑक्साईड \((MnO_2)\) च्या उपस्थितीत \(KClO_3\) चे जलद गतीने अपघटन होऊन \(O_2\) वायू मुक्त होतो.
• \(2KClO_3 (s) \xrightarrow{MnO_2, \Delta} 2KCl (s) + 3O_2 (g)\)
• येथे \(MnO_2\) हा उत्प्रेरक आहे, तो अभिक्रियेत भाग घेत नाही, फक्त दर वाढवतो.
• निष्कर्ष: उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीमुळे अभिक्रियेचा दर वाढतो.

दैनंदिन जीवनातील उदाहरणे:

• शरीरातील विकरे (Enzymes) जैवरासायनिक अभिक्रियांचा दर वाढवतात.
• नाशवंत खाद्यपदार्थ शीतकपाटात जास्त काळ टिकतात, कारण कमी तापमानामुळे विघटनाचा दर कमी होतो.
• पाण्यापेक्षा तेलावर भाजी लवकर शिजते (तापमान).

अभिक्रियेचा दर नियंत्रित करून औद्योगिक प्रक्रिया अधिक फायदेशीर बनवता येतात.

ऑक्सिडीकरण (Oxidation) आणि क्षपण (Reduction) या दोन प्रकारच्या अभिक्रिया अनेक रासायनिक बदलांमध्ये घडतात. या दोन्ही अभिक्रिया अनेकदा एकाच वेळी घडतात, ज्यांना रेडॉक्स अभिक्रिया (Redox Reaction) म्हणतात.

ऑक्सिडीकरण (Oxidation)

• ऑक्सिजनच्या संदर्भात: ज्या अभिक्रियांमध्ये अभिक्रियाकारकाचा ऑक्सिजनशी संयोग होतो, त्यांना ऑक्सिडीकरण अभिक्रिया म्हणतात.
• उदा. \(2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO\) (मॅग्नेशियमचा ऑक्सिजनशी संयोग)
• उदा. \(C + O_2 \rightarrow CO_2\) (कार्बनचा ऑक्सिजनशी संयोग)
• हायड्रोजनच्या संदर्भात: ज्या अभिक्रियांमध्ये अभिक्रियाकारकामधून हायड्रोजन वायू निघून जातो, त्यांना ऑक्सिडीकरण अभिक्रिया म्हणतात.
• उदा. \(MgH_2 \rightarrow Mg + H_2\)
• उदा. \(CH_3-CH_3 \rightarrow CH_2=CH_2 + H_2\)
• इलेक्ट्रॉनच्या संदर्भात (आधुनिक संकल्पना): ज्या अभिक्रियेत अणूवरील किंवा आयनावरील धनप्रभार वाढतो किंवा ऋणप्रभार कमी होतो (म्हणजेच इलेक्ट्रॉन गमावले जातात), त्याला ऑक्सिडीकरण म्हणतात.
• उदा. \(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^-\)

(फेरस आयनचे फेरिक आयनमध्ये ऑक्सिडीकरण)

• ऑक्सिडक (Oxidant): जे रासायनिक पदार्थ ऑक्सिजन उपलब्ध करून देऊन ऑक्सिडीकरण अभिक्रिया घडवून आणतात, त्यांना ऑक्सिडक म्हणतात. (उदा. \(K_2Cr_2O_7/H_2SO_4\), \(KMnO_4/H_2SO_4\), \(H_2O_2\), \(O_3\))
• ऑक्सिडकांपासून निर्माण झालेला नवजात ऑक्सिजन \([O]\) ऑक्सिडीकरणासाठी वापरला जातो.
• \(O_3 \rightarrow O_2 + [O]\)
• \(H_2O_2 \rightarrow H_2O + [O]\)

क्षपण (Reduction)

• हायड्रोजनच्या संदर्भात: ज्या रासायनिक अभिक्रियांमध्ये अभिक्रियाकारके हायड्रोजन प्राप्त करतात, त्यांना क्षपण अभिक्रिया म्हणतात.
• ऑक्सिजनच्या संदर्भात: ज्या अभिक्रियांमध्ये अभिक्रियाकारकातील ऑक्सिजन निघून जातो आणि उत्पादित तयार होते, त्यांना क्षपण अभिक्रिया म्हणतात.
• इलेक्ट्रॉनच्या संदर्भात (आधुनिक संकल्पना): ज्या अभिक्रियेत अणूवरील किंवा आयनावरील धनप्रभार कमी होतो किंवा ऋणप्रभार वाढतो (म्हणजेच इलेक्ट्रॉन मिळवले जातात), त्याला क्षपण म्हणतात.
• उदा. \(Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}\)

(फेरिक आयनचे फेरस आयनमध्ये क्षपण)

• क्षपणक (Reductant): जो पदार्थ क्षपण घडवून आणतो, त्या पदार्थाला क्षपणक म्हणतात.

रेडॉक्स अभिक्रिया (Redox Reaction)

• व्याख्या: ज्या अभिक्रियेत ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण या दोन्ही अभिक्रिया एकाच वेळी घडतात, तिला रेडॉक्स अभिक्रिया म्हणतात.
• Redox = Reduction + Oxidation
• उदाहरण: काळ््या कॉपर ऑक्साईडवरून हायड्रोजन वायू प्रवाहित करणे.
• \(CuO (s) + H_2 (g) \rightarrow Cu (s) + H_2O (l)\)
• येथे, \(CuO\) मधील ऑक्सिजन निघून जातो, म्हणजेच \(CuO\) चे क्षपण होते.
• \(H_2\) ऑक्सिजन अणू स्वीकारतो, म्हणजेच \(H_2\) चे ऑक्सिडीकरण होते.
• या अभिक्रियेत \(CuO\) ऑक्सिडक म्हणून कार्य करतो आणि \(H_2\) क्षपणक म्हणून कार्य करतो.
• इतर उदाहरणे:
• \(2H_2S + SO_2 \rightarrow 3S + 2H_2O\)
• \(MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + 2H_2O + Cl_2\)

रेडॉक्स अभिक्रिया दैनंदिन जीवनात आणि जैविक प्रक्रियांमध्ये (उदा. श्वसन) अत्यंत महत्त्वाच्या आहेत.

क्षरण म्हणजे वातावरणातील विविध घटकांमुळे धातूंचे ऑक्सिडीकरण होऊन त्यांची झीज होणे. ही एक रेडॉक्स अभिक्रिया आहे.

• लोखंडाचे क्षरण (गंजणे):
• लोखंडी वस्तूंवर तांबूस रंगाचा थर जमा होतो, त्याला 'गंज' म्हणतात. गंजचे रासायनिक सूत्र \(Fe_2O_3.xH_2O\) आहे (सजल फेरिक ऑक्साईड).
• गंजणे ही एक विद्युत रासायनिक अभिक्रिया आहे, जी पाणी आणि हवेतील ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत घडते.
• प्रक्रिया:

1. धनाग्र (Anode) भागात: लोखंडाचे ऑक्सिडीकरण होऊन \(Fe^{2+}\) आयन तयार होतात.

\(Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq) + 2e^-\)

1. ऋणाग्र (Cathode) भागात: ऑक्सिजनचे क्षपण होऊन पाणी तयार होते.

\(O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^- \rightarrow 2H_2O(l)\)

1. पुढील अभिक्रिया: \(Fe^{2+}\) आयन पाण्यात स्थलांतरित होतात आणि त्यांचे ऑक्सिडीकरण होऊन \(Fe^{3+}\) आयन तयार होतात.

\(2Fe^{2+}(aq) + 4H_2O(l) \rightarrow Fe_2O_3.H_2O(s) + 6H^+(aq)\) (हे गंज आहे)

• क्षरण टाळण्याचे उपाय:
• रंग लावणे.
• तेल किंवा ग्रीस लावणे.
• गॅल्व्हनायझेशन (जस्तचा थर लावणे).
• इलेक्ट्रोप्लेटिंग (विद्युत विलेपन).
• मिश्रधातू तयार करणे.

• इतर धातूंचे क्षरण:
• चांदी काळी पडणे (सिल्व्हर सल्फाईड तयार होते).
• तांब्याची भांडी हिरवी होणे (कॉपर कार्बोनेट तयार होते).

क्षरण ही एक गंभीर समस्या आहे, ज्यामुळे धातूंच्या वस्तूंचे मोठे नुकसान होते.

खवटपणा म्हणजे तेल किंवा तूप आणि त्यापासून तयार झालेल्या खाद्यपदार्थांचे हवेमुळे ऑक्सिडीकरण होणे, ज्यामुळे त्यांना अप्रिय वास आणि चव येते.

• कसे घडते: जेव्हा तेल किंवा तूप दीर्घकाळ तसेच ठेवले जाते किंवा तळलेले पदार्थ जास्त काळ तसेच ठेवले जातात, तेव्हा हवेतील ऑक्सिजनमुळे त्यांचे ऑक्सिडीकरण होते.
• परिणाम: खाद्यपदार्थांना खवट वास येतो आणि त्यांची चव बदलते.
• खवटपणा टाळण्याचे उपाय:

1. प्रतिऑक्सिडकांचा (Antioxidants) वापर: खाद्यपदार्थांमध्ये प्रतिऑक्सिडक मिसळल्याने ऑक्सिडीकरणाची प्रक्रिया मंदावते.
2. हवाबंद डब्यात ठेवणे: हवाबंद डब्यात अन्न ठेवल्याने हवेचा संपर्क कमी होतो आणि ऑक्सिडीकरण क्रिया मंदावते.
3. नायट्रोजन वायू भरणे: चिप्ससारख्या खाद्यपदार्थांच्या पॅकेटमध्ये ऑक्सिजन काढून नायट्रोजन वायू भरतात, कारण नायट्रोजन हा निष्क्रिय वायू आहे आणि तो ऑक्सिडीकरण टाळतो.
4. थंड ठिकाणी ठेवणे: कमी तापमानामुळे ऑक्सिडीकरणाचा दर मंदावतो.

खवटपणा ही खाद्यपदार्थांच्या गुणवत्तेवर परिणाम करणारी एक ऑक्सिडीकरण अभिक्रिया आहे.