द्रवयाचे मोजमाप
या धड्यात विद्यार्थी रासायनिक संयोगाचे नियम, जसे की द्रव्य अक्षय्यतेचा नियम आणि स्थिर प्रमाणाचा नियम शिकतात. अणूचा आकार, वस्तुमान आणि संयुजा या संकल्पना स्पष्ट केल्या आहेत. रेणुवस्तुमान कसे काढायचे आणि मोलची संकल्पना (ॲवहागॅड्रो अंक) कशी वापरायची हे समजून घेतात. तसेच, मूलके (radicals) आणि संयुगांची रासायनिक सूत्रे कशी लिहायची याचा अभ्यास करतात. हे ज्ञान रसायनशास्त्राच्या मूलभूत संकल्पना समजून घेण्यासाठी महत्त्वाचे आहे.
रासायनिक संयोगाचे नियम
रासायनिक अभिक्रिया होताना पदार्थांचे संघटन बदलते. या संदर्भात 18 व्या आणि 19 व्या शतकातील शास्त्रज्ञांनी मूलभूत प्रयोग केले आणि रासायनिक संयोगाचे नियम शोधून काढले. हे नियम अणू आणि रेणूंच्या संकल्पना समजून घेण्यासाठी महत्त्वाचे आहेत.
1. द्रव्य अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Mass)
- मांडणी: 1785 मध्ये आंत्वान लॅव्हाझिए (Antoine Lavoisier) या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने मांडला.
- नियम: "रासायनिक अभिक्रिया होत असताना, द्रव्याच्या वस्तुमानात वाढ किंवा घट होत नाही."
- स्पष्टीकरण: रासायनिक अभिक्रियेतील अभिक्रियाकारकांचे (Reactants) एकूण वस्तुमान आणि रासायनिक अभिक्रियेतून निर्माण होणाऱ्या उत्पादितांचे (Products) एकूण वस्तुमान हे नेहमी सारखेच असते.
- उदाहरण: कृती 1 मध्ये कॅल्शिअम ऑक्साईड (CaO) आणि पाणी (H₂O) यांची अभिक्रिया होऊन कॅल्शिअम हायड्रॉक्साईड (Ca(OH)₂) तयार होते. येथे, अभिक्रियाकारकांचे एकूण वस्तुमान (56g CaO + 18g H₂O = 74g) हे उत्पादिताच्या वस्तुमानाएवढेच (74g Ca(OH)₂) असते.
2. स्थिर प्रमाणाचा नियम (Law of Constant Proportion)
- मांडणी: फ्रेंच शास्त्रज्ञ प्रूस्ट (J. L. Proust) यांनी 1794 मध्ये मांडला.
- नियम: "संयुगाच्या विविध नमुन्यांमधील घटक मूलद्रव्यांचे वस्तुमानी प्रमाण नेहमी स्थिर असते."
- स्पष्टीकरण: कोणताही पदार्थ, तो कोणत्याही स्रोतापासून मिळवलेला असो किंवा कोणत्याही पद्धतीने तयार केलेला असो, त्यातील घटक मूलद्रव्यांचे वस्तुमानानुसार प्रमाण नेहमी निश्चित असते.
- उदाहरणे:
- पाणी (H₂O): हायड्रोजन (H) आणि ऑक्सिजन (O) यांचे वस्तुमानी प्रमाण नेहमी 1:8 असते. म्हणजे 1 ग्रॅम हायड्रोजन आणि 8 ग्रॅम ऑक्सिजन यांच्या संयोगाने 9 ग्रॅम पाणी तयार होते.
- कार्बन डायऑक्साईड (CO₂): कार्बन (C) आणि ऑक्सिजन (O) यांचे वस्तुमानी प्रमाण नेहमी 3:8 असते. म्हणजे 44 ग्रॅम कार्बन डायऑक्साईडमध्ये 12 ग्रॅम कार्बन आणि 32 ग्रॅम ऑक्सिजन असतात.
स्थिर प्रमाणाच्या नियमाची पडताळणी (उदाहरण)
- प्रयोग: कॉपर कार्बोनेट (CuCO₃) आणि कॉपर नायट्रेट (Cu(NO₃)₂) यांच्या विघटनाने कॉपर ऑक्साईड (CuO) चे दोन नमुने मिळाले.
- प्रत्येक नमुन्यातून 8 ग्रॅम CuO घेतले.
- त्यांची हायड्रोजन वायूशी अभिक्रिया केली.
- दोन्ही नमुन्यांपासून प्रत्येकी 6.4 ग्रॅम तांबे (Cu) आणि 1.8 ग्रॅम पाणी (H₂O) मिळाले.
- विश्लेषण:
- पाणी (H₂O) मध्ये H:O चे वस्तुमानी प्रमाण 1:8 असते. म्हणून 1.8 ग्रॅम पाण्यात $1.8 \times \frac{8}{9} = 1.6$ ग्रॅम ऑक्सिजन (O) आहे.
- हा ऑक्सिजन 8 ग्रॅम कॉपर ऑक्साईडमधून आला. याचा अर्थ, दोन्ही नमुन्यांमधील 8 ग्रॅम CuO मध्ये 6.4 ग्रॅम कॉपर (Cu) आणि 1.6 ग्रॅम ऑक्सिजन (O) आहे.
- म्हणून, CuO मधील Cu आणि O चे वस्तुमानी प्रमाण $6.4 : 1.6 = 4 : 1$ आहे.
- रेणुसूत्रावरून पडताळणी:
- CuO रेणुसूत्रानुसार, Cu चे अणुवस्तुमान 63.5 u आणि O चे अणुवस्तुमान 16 u.
- Cu:O चे वस्तुमानी प्रमाण $63.5 : 16 \approx 3.968 : 1 \approx 4 : 1$.
- निष्कर्ष: प्रयोगाने मिळालेले प्रमाण आणि रेणुसूत्रावरून काढलेले अपेक्षित प्रमाण जुळते. यावरून स्थिर प्रमाणाचा नियम सिद्ध होतो.
आंत्वान लॅव्हाझिए (1743-1794):
- आधुनिक रसायनशास्त्राचे जनक.
- ऑक्सिजन व हायड्रोजनचे नामकरण केले.
- ज्वलनात पदार्थाचा ऑक्सिजनशी संयोग होतो हे सिद्ध केले.
- रासायनिक प्रयोगात अभिक्रियाकारके व उत्पादितांचे अचूक वस्तुमान मोजण्याच्या पद्धतीचा प्रथम वापर केला.
- पाणी हे हायड्रोजन व ऑक्सिजनपासून बनलेले आहे याचा शोध लावला.
- रासायनिक अभिक्रियेत वस्तुमान कायम राखले जाते या नियमाचे पहिले लेखन केले.
रासायनिक संयोगाचे नियम हे अणूंच्या अविनाशीत्वाचे आणि निश्चित संयोगाचे समर्थन करतात, जे डाल्टनच्या अणुसिद्धांताचा आधार आहेत.
अणू (Atom) : आकार, वस्तुमान, संयुजा
अणू हा पदार्थाचा सर्वात लहान कण आहे जो रासायनिक अभिक्रियेत भाग घेतो.
अणूचा आकार (Size of Atom)
- अणूच्या मध्यभागी केंद्रक (Nucleus) असते, ज्यात धनप्रभारित प्रोटॉन (p) आणि प्रभाररहित न्यूट्रॉन (n) असतात.
- केंद्रकाबाहेरील भागात ऋणप्रभारित इलेक्ट्रॉन (e-) फिरत असतात.
- अणूचा आकार त्याच्या त्रिज्येवरून ठरतो. स्वतंत्र अणूमध्ये अणूची त्रिज्या म्हणजे अणूचे केंद्रक आणि बाह्यतम कक्षा यातील अंतर होय.
- अणूची त्रिज्या नॅनोमीटर (nm) मध्ये व्यक्त करतात. ($1 \text{ nm} = 10^{-9} \text{ m}$).
- अणू अतिशय सूक्ष्म असतात; त्यांना इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक, फील्ड आयन सूक्ष्मदर्शक, स्कॅनिंग टनेलिंग सूक्ष्मदर्शक यांसारख्या अत्याधुनिक साधनांनी पाहता येते.
- आकारावर परिणाम करणारे घटक:
- इलेक्ट्रॉन कक्षांची संख्या: कक्षांची संख्या जास्त असल्यास अणूचा आकार मोठा असतो. उदा. Na पेक्षा K चा अणू मोठा (K मध्ये जास्त कक्षा).
- बाह्यतम कक्षेतील इलेक्ट्रॉनची संख्या: जर दोन अणूंची बाह्यतम कक्षा तीच असेल, तर ज्या अणूच्या बाह्यतम कक्षेत जास्त इलेक्ट्रॉन असतील, त्याचा आकार कमी इलेक्ट्रॉन असलेल्या अणूंपेक्षा लहान असतो. उदा. Na पेक्षा Mg चा अणू लहान (Mg मध्ये जास्त इलेक्ट्रॉन, त्यामुळे केंद्रकाचे आकर्षण जास्त).
अणूचे वस्तुमान (Mass of Atom)
- अणूचे वस्तुमान त्याच्या केंद्रकात एकवटलेले असते आणि ते प्रोटॉन व न्यूट्रॉनमुळे असते.
- अणुकेंद्रकामध्ये असणाऱ्या प्रोटॉन व न्यूट्रॉनच्या एकत्रित संख्येला अणुवस्तुमानांक (Atomic Mass Number), A म्हणतात.
- प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांना एकत्रितपणे अणुकेंद्रातील मूलकण (Nucleons) असे संबोधतात.
- सापेक्ष अणुवस्तुमान (Relative Atomic Mass):
- अणू अतिशय सूक्ष्म असल्याने त्याचे वस्तुमान अचूकपणे मोजणे कठीण होते, म्हणून 'सापेक्ष वस्तुमान' ही संकल्पना पुढे आली.
- सुरुवातीला हायड्रोजन (H) अणू संदर्भ अणू म्हणून निवडला गेला, कारण तो सर्वात हलका आहे. हायड्रोजनच्या एका अणूचे सापेक्ष वस्तुमान 1 स्वीकारले गेले.
- 1961 मध्ये कार्बन-12 (C-12) अणू संदर्भ अणू म्हणून निवडला गेला. कार्बनच्या एका अणूचे सापेक्ष वस्तुमान 12 स्वीकारले गेले.
- यानुसार, हायड्रोजनच्या एका अणूचे सापेक्ष वस्तुमान $12 \times \frac{1}{12} = 1$ असे ठरते.
- एकीकृत वस्तुमान (Unified Mass):
- आधुनिक काळात अणुवस्तुमान मोजण्यासाठी अधिक अचूक पद्धती विकसित झाल्या आहेत.
- यामुळे सापेक्ष वस्तुमानाऐवजी एकीकृत वस्तुमान (Unified Mass) हे एकक स्वीकारले आहे. या एककाला 'डालटन' (Dalton) असे म्हणतात आणि ते u या संज्ञेने दर्शवितात.
- $1 \text{ u} = 1.66053904 \times 10^{-27} \text{ kg}$.
मूलद्रव्यांच्या रासायनिक संज्ञा (Chemical Symbols of Elements)
- डाल्टनने मूलद्रव्यांना संज्ञा देण्यासाठी विशिष्ट चिन्हांचा वापर केला होता (उदा. हायड्रोजनसाठी $\text{b}$, तांब्यासाठी $\text{©}$). हे आता वापरले जात नाहीत.
- आज आपण IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ने ठरवलेल्या अधिकृत संज्ञा वापरतो, ज्या जगभर वापरल्या जातात.
- सध्याची रासायनिक संज्ञा पद्धती बर्झेलिअसने शोधलेल्या पद्धतीवर आधारित आहे.
- संज्ञा लिहिण्याचे नियम:
- मूलद्रव्याची संज्ञा त्याच्या नावातील पहिले अक्षर किंवा पहिले आणि दुसरे/इतर विशिष्ट अक्षर अशी असते.
- दोन अक्षरांपैकी पहिले अक्षर इंग्रजी मोठ्या लिपीत (Capital letter) आणि दुसरे अक्षर लहान लिपीत (Small letter) लिहितात.
- उदाहरणे: हायड्रोजन (H), हेलिअम (He), सोडियम (Na), क्लोरीन (Cl).
मूलद्रव्ये आणि संयुगांचे रेणू (Molecules of Elements and Compounds)
- रेणू (Molecule): दोन किंवा अधिक अणूंच्या संयोगाने तयार होणारा कण.
- एक-अणू-रेणू (Monoatomic Molecules): काही मूलद्रव्यांच्या अणूंना स्वतंत्र अस्तित्व असते आणि ते एकच अणू म्हणून अस्तित्वात असतात. उदा. हेलिअम (He), निऑन (Ne), आर्गॉन (Ar).
- बहु-अणू-रेणू (Polyatomic Molecules): काही मूलद्रव्यांच्या दोन किंवा अधिक अणूंच्या संयोगातून त्या मूलद्रव्याचे रेणू तयार होतात. उदा.
- द्वि-अणू-रेणू (Diatomic Molecules): ऑक्सिजन (O₂), नायट्रोजन (N₂), हायड्रोजन (H₂), क्लोरीन (Cl₂).
- त्रि-अणू-रेणू (Triatomic Molecules): ओझोन (O₃).
- चतुः-अणू-रेणू (Tetraatomic Molecules): फॉस्फरस (P₄).
- अष्ट-अणू-रेणू (Octatomic Molecules): सल्फर (S₈).
- संयुगाचे रेणू (Molecules of Compounds): जेव्हा वेगवेगळ्या मूलद्रव्यांचे अणू एकमेकांशी संयोग पावतात, तेव्हा संयुगाचे रेणू तयार होतात. उदा. पाणी (H₂O), कार्बन डायऑक्साईड (CO₂), मीठ (NaCl).
- संयुगे मूलद्रव्यांमधील रासायनिक आकर्षणामुळे (रासायनिक बंधामुळे) तयार होतात.
अणू आणि रेणूंचे अंदाजे आकार:
- हायड्रोजनचा अणू: $10^{-10}$ मीटर
- पाण्याचा रेणू: $10^{-9}$ मीटर
- हिमोग्लोबिनचा रेणू: $10^{-8}$ मीटर
- $1 \text{ nm} = 10^{-9} \text{ m}$
रेणुवस्तुमान आणि मोलची संकल्पना
रेणुवस्तुमान (Molecular Mass)
- व्याख्या: एखाद्या पदार्थाचे रेणुवस्तुमान म्हणजे त्याच्या एका रेणूमधील सर्व अणूंच्या अणुवस्तुमानांची बेरीज होय.
- एकक: अणुवस्तुमानाप्रमाणेच रेणुवस्तुमानसुद्धा डालटन (u) याच एककात व्यक्त करतात.
- रेणुवस्तुमान काढण्याची पद्धत:
- रेणूमधील प्रत्येक मूलद्रव्याचे अणुवस्तुमान शोधा.
- प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूंची संख्या निश्चित करा.
- प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुवस्तुमानाला त्याच्या अणूंच्या संख्येने गुणा.
- सर्व मूलद्रव्यांच्या वस्तुमानांची बेरीज करा.
- उदाहरण: H₂O चे रेणुवस्तुमान काढणे:
- हायड्रोजन (H) चे अणुवस्तुमान = 1 u
- ऑक्सिजन (O) चे अणुवस्तुमान = 16 u
- H₂O मध्ये 2 हायड्रोजन अणू आणि 1 ऑक्सिजन अणू आहेत.
- हायड्रोजनचे एकूण वस्तुमान = $2 \times 1 = 2 \text{ u}$
- ऑक्सिजनचे एकूण वस्तुमान = $1 \times 16 = 16 \text{ u}$
- H₂O चे रेणुवस्तुमान = $2 + 16 = 18 \text{ u}$
मोल (Mole) ची संकल्पना
- रासायनिक अभिक्रियांमध्ये अणू आणि रेणूंची संख्या मोजणे कठीण असते, म्हणून 'मोल' ही संकल्पना वापरली जाते.
- व्याख्या: मोल ही पदार्थाची अशी राशी असते की, जिचे ग्रॅममधील वस्तुमान त्या पदार्थाच्या रेणुवस्तुमानाच्या डालटनमधील मूल्याएवढेच असते.
- SI एकक: मोल (mol).
- उदाहरणे:
- ऑक्सिजनचे रेणुवस्तुमान 32 u आहे. म्हणून 32 ग्रॅम ऑक्सिजन म्हणजे 1 मोल ऑक्सिजन.
- पाण्याचे रेणुवस्तुमान 18 u आहे. म्हणून 18 ग्रॅम पाणी म्हणजे 1 मोल पाणी.
- संयुगाचा 1 मोल म्हणजे संयुगाच्या रेणुवस्तुमानाएवढे मूल्य असलेले ग्रॅममधील वस्तुमान होय.
- मोलची संख्या काढण्याचे सूत्र:
- $ \text{पदार्थाच्या मोलची संख्या (n)} = \frac{\text{पदार्थाचे ग्रॅममधील वस्तुमान}}{\text{पदार्थाचे रेणुवस्तुमान}} $
ॲव्होगॅड्रो अंक (Avogadro’s Number, Nₐ)
- संकल्पना: कोणत्याही पदार्थाच्या एक मोल राशीमधील रेणूंची संख्या निश्चित असते.
- इटालियन शास्त्रज्ञ ॲव्होगॅड्रो यांनी या संदर्भात मूलभूत संशोधन केले, म्हणून या संख्येला 'ॲव्होगॅड्रो अंक' म्हणतात.
- मूल्य: ॲव्होगॅड्रो अंकाचे मूल्य $6.022 \times 10^{23}$ इतके आहे.
- अर्थ: कोणत्याही पदार्थाचा एक मोल म्हणजे $6.022 \times 10^{23}$ रेणू.
- जसे 1 डझन म्हणजे 12, 1 शतक म्हणजे 100, 1 ग्रोस म्हणजे 144, तसेच 1 मोल म्हणजे $6.022 \times 10^{23}$.
- उदाहरण: 1 मोल पाणी (म्हणजे 18 ग्रॅम पाणी) घेतल्यास त्यात पाण्याचे $6.022 \times 10^{23}$ रेणू असतात.
महत्त्वाचे मुद्दे:
- एखाद्या पदार्थाच्या दिलेल्या राशीतील रेणूंची संख्या त्या पदार्थाच्या रेणुवस्तुमानावर ठरते.
- वेगवेगळ्या पदार्थांच्या समान वस्तुमानांच्या राशींमधील रेणूंची संख्या वेगवेगळी असते.
- वेगवेगळ्या पदार्थांच्या 1 मोल राशींची ग्रॅममधील वस्तुमाने वेगवेगळी असतात.
$ \text{मोलची संख्या (n)} = \frac{\text{दिलेले वस्तुमान (g)}}{\text{रेणुवस्तुमान (g/mol)}} $
$ \text{रेणूंची संख्या} = \text{मोलची संख्या} \times \text{ॲव्होगॅड्रो अंक (Nₐ)} $
रेणुवस्तुमान काढताना अणुवस्तुमानांची बेरीज करताना प्रत्येक अणूची संख्या विचारात घेणे महत्त्वाचे आहे. उदा. H₂SO₄ मध्ये 2 H, 1 S आणि 4 O अणू आहेत.
संयुजा (Valency)
संयुजा म्हणजे काय?
- व्याख्या: मूलद्रव्याच्या संयोग पावण्याच्या क्षमतेला संयुजा असे म्हणतात.
- संयुजा ही विशिष्ट अंकाने दर्शवितात. हा अंक म्हणजे त्या मूलद्रव्याच्या एका अणूने इतर अणूंबरोबर केलेल्या रासायनिक बंधांची संख्या होय.
- संयुजा इलेक्ट्रॉन (Valence Electrons): मूलद्रव्यांच्या बाह्यतम कक्षेत असणाऱ्या इलेक्ट्रॉन्सना संयुजा इलेक्ट्रॉन म्हणतात.
- संयुजा आणि इलेक्ट्रॉन संरूपण: 20 व्या शतकात मूलद्रव्याच्या संयुजेचा त्याच्या इलेक्ट्रॉन संरूपणाशी असलेला संबंध लक्षात आला.
- अणूंची बाह्यतम कक्षा पूर्ण करण्याची प्रवृत्ती असते (अष्टक पूर्ण करणे).
- यासाठी अणू इलेक्ट्रॉन देतात, घेतात किंवा भागीदारी करतात.
आयनिक बंधाच्या संदर्भात संयुजा
- इलेक्ट्रॉन देणे/घेणे: आयनिक बंध निर्माण होताना, मूलद्रव्याचा अणू जितके इलेक्ट्रॉन देतो किंवा घेतो ती संख्या म्हणजे त्या मूलद्रव्याची संयुजा होय.
- उदाहरणे:
- सोडियम (Na): Na अणूची क्षमता एक इलेक्ट्रॉन देण्याची आहे ($Na \rightarrow Na^+ + e^-$). म्हणून सोडियमची संयुजा 1 आहे.
- क्लोरिन (Cl): Cl अणूची क्षमता एक इलेक्ट्रॉन घेण्याची आहे ($Cl + e^- \rightarrow Cl^-$). म्हणून क्लोरीनची संयुजा 1 आहे.
- Na+ आणि Cl- यांच्यातील आकर्षणाने NaCl तयार होते.
- संयुजा नेहमी पूर्णांकात असते, कारण दिले किंवा घेतले जाणारे इलेक्ट्रॉन नेहमी पूर्णांक संख्येत असतात.
परिवर्ती संयुजा (Variable Valency)
- व्याख्या: वेगवेगळ्या परिस्थितीत काही मूलद्रव्यांचे अणू वेगवेगळ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन देतात किंवा घेतात. अशा वेळी ती मूलद्रव्ये एकापेक्षा जास्त संयुजा दाखवतात, याला परिवर्ती संयुजा म्हणतात.
- उदाहरणे:
- लोह (Iron, Fe): 2 आणि 3 अशी परिवर्ती संयुजा दर्शवतो.
- Fe²⁺ (फेरस) - संयुजा 2. उदा. FeCl₂ (फेरस क्लोराईड).
- Fe³⁺ (फेरिक) - संयुजा 3. उदा. FeCl₃ (फेरिक क्लोराईड).
- तांबे (Copper, Cu): 1 आणि 2 अशी परिवर्ती संयुजा दर्शवतो.
- Cu⁺ (क्युप्रस) - संयुजा 1.
- Cu²⁺ (क्युप्रिक) - संयुजा 2.
- पारा (Mercury, Hg): 1 आणि 2 अशी परिवर्ती संयुजा दर्शवतो.
- Hg⁺ (मर्क्युरस) - संयुजा 1.
- Hg²⁺ (मर्क्युरिक) - संयुजा 2.
संयुजा इलेक्ट्रॉन आणि संयुजा (सारणी)
| मूलद्रव्य | अणुअंक | इलेक्ट्रॉन संरूपण | संयुजा इलेक्ट्रॉन | संयुजा | |---|---|---|---|---| | हायड्रोजन | 1 | 1 | 1 | 1 | | हेलिअम | 2 | 2 | 2 | 0 | | लिथिअम | 3 | 2,1 | 1 | 1 | | बेरिलिअम | 4 | 2,2 | 2 | 2 | | बोरॉन | 5 | 2,3 | 3 | 3 | | कार्बन | 6 | 2,4 | 4 | 4 | | नायट्रोजन | 7 | 2,5 | 5 | 3 | | ऑक्सिजन | 8 | 2,6 | 6 | 2 | | फ्लोरीन | 9 | 2,7 | 7 | 1 | | निऑन | 10 | 2,8 | 8 | 0 | | सोडियम | 11 | 2,8,1 | 1 | 1 | | मॅग्नेशियम | 12 | 2,8,2 | 2 | 2 | | ॲल्युमिनियम | 13 | 2,8,3 | 3 | 3 | | सिलिकॉन | 14 | 2,8,4 | 4 | 4 |
टीप: ज्या मूलद्रव्यांच्या बाह्यतम कक्षेत 1, 2, 3 किंवा 4 इलेक्ट्रॉन असतात, त्यांची संयुजा त्या इलेक्ट्रॉनच्या संख्येएवढीच असते (ते इलेक्ट्रॉन देतात किंवा भागीदारी करतात). ज्यांच्या बाह्यतम कक्षेत 5, 6, 7 इलेक्ट्रॉन असतात, त्यांची संयुजा 8 मधून संयुजा इलेक्ट्रॉन वजा करून मिळते (ते इलेक्ट्रॉन घेतात किंवा भागीदारी करतात). ज्यांच्या बाह्यतम कक्षेत 8 इलेक्ट्रॉन असतात (अष्टक पूर्ण), त्यांची संयुजा 0 असते (उदा. निऑन, हेलिअम).
कॅटायन (Cation): धनप्रभारित आयन. इलेक्ट्रॉन गमावल्यामुळे तयार होतात. उदा. $Na^+$, $Mg^{2+}$
ॲनायन (Anion): ऋणप्रभारित आयन. इलेक्ट्रॉन मिळवल्यामुळे तयार होतात. उदा. $Cl^-$, $O^{2-}$
राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळा (NCL), पुणे:
- 1950 मध्ये स्थापना झाली.
- CSIR चा घटक.
- जैवतंत्रज्ञान, नॅनोतंत्रज्ञान, उत्प्रेरण (Catalysis), औषधे, कृषी रसायने, बहुवारिक विज्ञान (Polymer Science) यांसारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये संशोधन करते.
मूलके (Radicals)
मूलके म्हणजे काय?
- व्याख्या: आयनिक बंध असणाऱ्या संयुगांचे दोन घटक (कॅटायन आणि ॲनायन) असतात. हे घटक स्वतंत्रपणे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये भाग घेतात, त्यांना मूलके असे म्हणतात.
- मूलकांवरील प्रभाराचे जे मूल्य असते, तीच त्यांची संयुजा असते.
मूलकांचे प्रकार
- आम्लारिधर्मी मूलके (Basic Radicals / Cations):
- हे धनप्रभारित आयन (कॅटायन) असतात.
- सामान्यतः धातूंच्या अणूंपासून इलेक्ट्रॉन काढल्यावर बनतात. उदा. $Na^+$, $Cu^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Fe^{3+}$.
- अपवाद: $NH_4^+$ (अमोनियम) हे अधातूंचे बनलेले असूनही आम्लारिधर्मी मूलक आहे.
- आम्लारिधर्मी मूलकांची जोडी हायड्रॉक्साईड ($OH^-$) या ॲनायनरूपी मूलकासोबत झाली की, विविध आम्लारी (Bases) तयार होतात. उदा. $NaOH$, $KOH$, $Ca(OH)_2$.
- त्यामुळे कॅटायनांना आम्लारिधर्मी मूलके असेही म्हणतात.
- आम्लधर्मी मूलके (Acidic Radicals / Anions):
- हे ऋणप्रभारित आयन (ॲनायन) असतात.
- सामान्यतः अधातूंच्या अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉन मिळवून बनतात. उदा. $Cl^-$, $S^{2-}$, $O^{2-}$.
- अपवाद: $MnO_4^-$ (परमॅंगनेट) हे धातूचे असूनही आम्लधर्मी मूलक आहे.
- आम्लधर्मी मूलकांची जोडी हायड्रोजन आयन ($H^+$) या कॅटायनरूपी मूलकाबरोबर झाली की, विविध आम्ले (Acids) तयार होतात. उदा. $HCl$, $HBr$, $HNO_3$.
- त्यामुळे ॲनायनांना आम्लधर्मी मूलके असेही म्हणतात.
मूलकांचे आणखी प्रकार
- साधी मूलके (Simple Radicals):
- एकच अणू असलेली मूलके. उदा. $Na^+$, $Cu^+$, $Cl^-$, $O^{2-}$.
- संयुक्त मूलके (Compound Radicals):
- जेव्हा एखादे मूलक म्हणजे प्रभारित असा अणूंचा गट असतो, तेव्हा त्याला संयुक्त मूलक म्हणतात.
- उदा. $SO_4^{2-}$ (सल्फेट), $NH_4^+$ (अमोनियम), $NO_3^-$ (नायट्रेट), $CO_3^{2-}$ (कार्बोनेट).
काही महत्त्वाची मूलके आणि त्यांची संयुजा (प्रभारासहित)
| आयन/मूलके | आम्लारिधर्मी मूलके | | आम्लधर्मी मूलके | | |---|---|---|---|---| | संयुजा 1 | $H^+$ (हायड्रोजन) | $Na^+$ (सोडियम) | $H^-$ (हायड्राइड) | $F^-$ (फ्लोराईड) | | | $K^+$ (पोटॅशियम) | $Ag^+$ (सिल्व्हर) | $Cl^-$ (क्लोराईड) | $Br^-$ (ब्रोमाईड) | | | $Hg^+$ (मर्क्युरस) | $Cu^+$ (क्युप्रस) | $I^-$ (आयोडाइड) | $OH^-$ (हायड्रॉक्साईड) | | | $NH_4^+$ (अमोनियम) | | $NO_3^-$ (नायट्रेट) | $NO_2^-$ (नायट्राइट) | | | | | $HCO_3^-$ (बायकार्बोनेट) | $HSO_4^-$ (बायसल्फेट) | | | | | $HSO_3^-$ (बायसल्फाइट) | $MnO_4^-$ (परमॅंगनेट) | | | | | $ClO_3^-$ (क्लोरेट) | $BrO_3^-$ (ब्रोमेट) | | | | | $IO_3^-$ (आयोडाइट) | | | संयुजा 2 | $Cu^{2+}$ (क्युप्रिक/कॉपर) | $Mg^{2+}$ (मॅग्नेशियम) | $O^{2-}$ (ऑक्साईड) | $S^{2-}$ (सल्फाइड) | | | $Ca^{2+}$ (कॅल्शिअम) | $Ni^{2+}$ (निकेल) | $CO_3^{2-}$ (कार्बोनेट) | $SO_4^{2-}$ (सल्फेट) | | | $Co^{2+}$ (कोबाल्ट) | $Hg^{2+}$ (मर्क्युरिक) | $SO_3^{2-}$ (सल्फाइट) | $CrO_4^{2-}$ (क्रोमेट) | | | $Mn^{2+}$ (मॅंगनीज) | $Fe^{2+}$ (फेरस/आयर्न II) | $Cr_2O_7^{2-}$ (डायक्रोमेट) | | | | $Sn^{2+}$ (स्टॅनस) | $Pt^{2+}$ (प्लॅटिनम) | | | | संयुजा 3 | $Al^{3+}$ (ॲल्युमिनियम) | $Cr^{3+}$ (क्रोमियम) | $N^{3-}$ (नायट्राइड) | $PO_4^{3-}$ (फॉस्फेट) | | | $Fe^{3+}$ (फेरिक) | $Au^{3+}$ (गोल्ड) | | | | संयुजा 4 | $Sn^{4+}$ (स्टॅनिक) | | | |
आम्लारिधर्मी मूलके (कॅटायन) आणि आम्लधर्मी मूलके (ॲनायन) यांच्यातील फरक त्यांच्यावरील विद्युतप्रभारावरून आणि त्यांच्यापासून तयार होणाऱ्या संयुगांच्या प्रकारावरून (आम्लारी/आम्ल) स्पष्ट होतो.
संयुगाची रासायनिक सूत्रे - एक पुनरावलोकन
आयनिक बंधाने तयार झालेल्या संयुगांचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्यांच्या रेणूचे दोन भाग असतात: कॅटायन (आम्लारिधर्मी मूलक) आणि ॲनायन (आम्लधर्मी मूलक). हे दोन्ही भाग विरुद्ध प्रभारित असतात आणि त्यांच्यातील आकर्षण बल म्हणजे आयनिक बंध होय.
आयनिक संयुगाचे नामकरण
- आयनिक संयुगाच्या नावात दोन शब्द असतात.
- पहिला शब्द कॅटायनाचे नाव असते.
- दुसरा शब्द ॲनायनचे नाव असते.
- उदाहरणे: सोडियम क्लोराईड (NaCl), मॅग्नेशियम ऑक्साईड (MgO).
रासायनिक सूत्र लिहिण्याच्या पायऱ्या (तिरकस गुणाकार पद्धत)
रासायनिक सूत्र लिहिताना कॅटायनाची संज्ञा डाव्या बाजूला आणि त्याला जोडून उजव्या बाजूला ॲनायनची संज्ञा लिहितात. रेणुसूत्र लिहिताना आयनांवरील प्रभार दाखवत नाहीत, मात्र त्या-त्या आयनांची संख्या संज्ञेच्या उजव्या बाजूला पायाशी लिहितात. संयुक्त मूलकाची संख्या 2 किंवा जास्त असल्यास, मूलकाची संज्ञा कंसात लिहून संख्या कंसाबाहेर उजवीकडे पायाशी लिहितात. संयुजांच्या तिरकस गुणाकार पद्धतीने ही संख्या मिळवणे सोपे जाते.
उदाहरण: सोडियम सल्फेट (Sodium Sulphate) चे रासायनिक सूत्र लिहिणे
- मूलके आणि त्यांच्या संज्ञा व संयुजा (प्रभार) लिहा:
- सोडियम (कॅटायन): $Na^+$ (संयुजा 1)
- सल्फेट (ॲनायन): $SO_4^{2-}$ (संयुजा 2)
- संयुजांची अदलाबदल करा (तिरकस गुणाकार):
- सोडियमची संयुजा (1) सल्फेटच्या पायाशी येईल.
- सल्फेटची संयुजा (2) सोडियमच्या पायाशी येईल.
$Na \quad SO_4$ $ \quad \downarrow \quad \uparrow $ $ \quad 2 \quad 1 $
- सूत्र लिहा:
- $Na_2(SO_4)_1$
- $SO_4$ हे संयुक्त मूलक असल्याने ते कंसात लिहिले. 1 हा अंक सामान्यतः लिहित नाहीत.
- अंतिम सूत्र: $Na_2SO_4$
इतर उदाहरणे:
- मॅग्नेशियम क्लोराईड (Magnesium Chloride):
- $Mg^{2+}$ (संयुजा 2), $Cl^-$ (संयुजा 1)
- तिरकस गुणाकार: $Mg_1Cl_2$
- सूत्र: $MgCl_2$
- ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड (Aluminium Hydroxide):
- $Al^{3+}$ (संयुजा 3), $OH^-$ (संयुजा 1)
- तिरकस गुणाकार: $Al_1(OH)_3$
- सूत्र: $Al(OH)_3$
- कॅल्शिअम ऑक्साईड (Calcium Oxide):
- $Ca^{2+}$ (संयुजा 2), $O^{2-}$ (संयुजा 2)
- तिरकस गुणाकार: $Ca_2O_2$
- संयुजा समान असल्यास त्या रद्द होतात (लहान पूर्णांक गुणोत्तरात रूपांतरित करा).
- सूत्र: $CaO$
टीप: रासायनिक सूत्र लिहिण्यासाठी मूलकांची नावे, त्यांच्या संज्ञा आणि संयुजा (प्रभार) माहीत असणे आवश्यक आहे.
रासायनिक सूत्र लिहिताना, जर संयुक्त मूलक असेल आणि त्याची संख्या 1 पेक्षा जास्त असेल, तर ते मूलक कंसात लिहून कंसाबाहेर संख्या लिहावी. उदा. $Ca(OH)_2$, $Al_2(SO_4)_3$.
संयुगाचे नाव लिहिताना, धन आयनाचे नाव प्रथम आणि ऋण आयनाचे नाव नंतर लिहितात.