व्यावहारिक रसायन के सिद्धांत — लवण विश्लेषण व परीक्षण

पर्चा मेन स्पष्ट रूप से "व्यावहारिक रसायन से संबंधित सिद्धांत" पूछता है, और प्रश्न असामान्य रूप से पूर्वानुमेय हैं: वर्णित प्रेक्षण व चार अभ्यर्थी आयन, या नामित अभिकर्मक व चार संभव क्रियात्मक समूह। इस अध्याय को सरल अंक बनाता यह है कि प्रत्येक परीक्षण का एक निदानात्मक प्रेक्षण है — कोई रंग, गंध, या ऐसा अवक्षेप जो आधिक्य अभिकर्मक में घुल जाए — और प्रेक्षण को आयन से जोड़ लेने पर प्रश्न स्वयं उत्तर दे देता है। अभ्यर्थियों को वे अंक खोने वाली बात है परीक्षणों को नीचे के रसायन के बिना सूची के रूप में सीखना, क्योंकि तब दो समान प्रेक्षण अभेद्य हो जाते हैं। यह अध्याय जान-बूझकर प्रत्येक परीक्षण के साथ कारण देता है।

धनायन समूह व क्रम का तर्क

विश्लेषणात्मक समूह उस क्रम में जिसमें वे परीक्षित होते हैं
समूहअभिकर्मकअवक्षेपित आयन
Iतनु HClPb²⁺, Ag⁺, Hg₂²⁺ — क्लोराइडों के रूप में
IIअम्लीय माध्यम में H₂SCu²⁺, Cd²⁺, Bi³⁺, Sn, As, Sb — न्यूनतम विलेय सल्फ़ाइड
IIINH₄Cl सहित NH₄OHFe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺ — हाइड्रॉक्साइडों के रूप में
IVक्षारीय माध्यम में H₂SZn²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺ — अधिक विलेय सल्फ़ाइड
V(NH₄)₂CO₃Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ — कार्बोनेटों के रूप में
VIकोई समूह अभिकर्मक नहींMg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺ — ज्वाला या विशिष्ट परीक्षणों से पहचाने
🎯 समूह II व IV दोनों H₂S प्रयोग करते हैं परंतु भिन्न pH पर क्यों
यह लवण विश्लेषण की एकमात्र सर्वाधिक चतुर रसायन-युक्ति है, और वह शुद्ध सम-आयन प्रभाव है। H₂S दुर्बल अम्ल है, अतः अम्लीय विलयन में जोड़ा H⁺ उसका आयनन दबाता है और [S²⁻] अत्यंत नीचा रखता है — इतना नीचा कि केवल न्यूनतम K_sp वाले सल्फ़ाइड (CuS, CdS, Bi₂S₃) अपना विलेयता गुणनफल पार कर अवक्षेपित हो सकें। विलयन को क्षारीय बनाना H⁺ हटाता है, अतः H₂S बहुत अधिक आयनित होती है, [S²⁻] कोटियों से बढ़ता है, और अब अधिक विलेय सल्फ़ाइड (ZnS, MnS, NiS, CoS) भी अवक्षेपित होते हैं। अतः वही अभिकर्मक केवल एक सांद्रता नियंत्रित करके आयनों के दो समुच्चय पृथक् करता है। इसीलिए समूहों का क्रम पुनर्व्यवस्थित नहीं किया जा सकता: समूह IV पहले अवक्षेपित करना समूह II को भी साथ खींच लेगा और पृथक्करण पूर्णतः खो देगा।
सीधे जानने योग्य पुष्टिकारक परीक्षण
आयनपरीक्षण व प्रेक्षण
Cu²⁺आधिक्य NH₄OH गहरा नीला विलयन देता है, [Cu(NH₃)₄]²⁺
Fe³⁺KSCN रक्त-लाल रंग देता है; K₄[Fe(CN)₆] प्रशियन नीला देता है
Fe²⁺K₃[Fe(CN)₆] टर्नबुल नीला देता है; KSCN से कोई रंग नहीं
Al³⁺श्वेत जेलीनुमा हाइड्रॉक्साइड जो आधिक्य NaOH में घुल जाता है
Zn²⁺श्वेत सल्फ़ाइड, और हाइड्रॉक्साइड भी आधिक्य NaOH में घुलता है
NH₄⁺गरम करने पर NaOH तीक्ष्ण गैस मुक्त करता है जो लिटमस नीला करती है
🧠 आधिक्य अभिकर्मक में घुलना सभी में सर्वाधिक सूचनाप्रद प्रेक्षण है
पुनः घुलता अवक्षेप न घुलने वाले से बहुत अधिक बताता है, क्योंकि उसका अर्थ है हाइड्रॉक्साइड उभयधर्मी है या धनायन विलेय संकुल बनाता है। Al(OH)₃ व Zn(OH)₂ दोनों आधिक्य NaOH में ऐलुमिनेट व ज़िंकेट के रूप में घुलते हैं, जबकि Fe(OH)₃ व Mg(OH)₂ नहीं — अकेला वही श्वेत या धूमिल-श्वेत अवक्षेपों के दो युग्म पृथक् करता है। तत्पश्चात् Zn²⁺, आधिक्य अमोनिया में [Zn(NH₃)₄]²⁺ के रूप में घुलता है परंतु Al³⁺ नहीं, जो शेष युग्म पृथक् करता है। अतः आधिक्य अभिकर्मक के दो योग बिना किसी रंग के चार धनायन भेद देते हैं, और "अधिक अभिकर्मक जोड़ने पर अवक्षेप घुल गया" कहता प्रश्न आपके लिए क्षेत्र पहले ही सँकरा कर चुका है।

ऋणायन परीक्षण

ऋणायन उनके निदानात्मक प्रेक्षण अनुसार
ऋणायनपरीक्षणप्रेक्षण
CO₃²⁻तनु अम्लतीव्र बुदबुदाहट; गैस चूने के जल को दूधिया करती है
SO₃²⁻तनु अम्लजलते-गंधक की गंध सहित SO₂; KMnO₄ विरंजित करती है
S²⁻तनु अम्लH₂S, सड़े-अंडे की गंध; लेड ऐसीटेट कागज़ काला करती है
NO₃⁻FeSO₄ व सांद्र H₂SO₄दोनों परतों की संधि पर भूरा वलय
Cl⁻AgNO₃श्वेत अवक्षेप, अमोनिया में विलेय
SO₄²⁻BaCl₂तनु HCl में अविलेय श्वेत अवक्षेप
⚠️ बेरियम सहित दो श्वेत अवक्षेप, अम्ल से भेदे गए
सल्फ़ेट व सल्फ़ाइट दोनों BaCl₂ सहित श्वेत अवक्षेप देते हैं, अतः अकेला अवक्षेप कुछ सिद्ध नहीं करता। विभेदक तनु HCl है: BaSO₄ उसमें अविलेय है क्योंकि सल्फ़्यूरिक अम्ल प्रबल है और उसके ऋणायन की प्रोटॉनों से कोई बंधुता नहीं, जबकि BaSO₃ बुदबुदाहट सहित घुल जाता है क्योंकि सल्फ़्यूरस अम्ल दुर्बल है और SO₂ में विघटित होता है। वही तर्क बजाय अमोनिया से तीन सिल्वर हैलाइड भेदता है: AgCl सरलता से घुलता है, AgBr केवल सांद्र अमोनिया में, और AgI बिल्कुल नहीं, क्योंकि हैलाइड श्रेणी में नीचे सहसंयोजी लक्षण बढ़ता है और लवण को उत्तरोत्तर तोड़ना कठिन बनाता है।
🎯 नाइट्रेट परीक्षण भूरा वलय क्यों देता है, एकसमान रंग नहीं
सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल जलीय परत से घना है, अतः नली की दीवार से सावधानी से डालने पर वह डूबकर बिना मिले पृथक् परत बनाता है। अतः भूरा [Fe(H₂O)₅NO]²⁺ संकुल उत्पन्न करती अभिक्रिया केवल अंतरापृष्ठ पर हो सकती है, जहाँ नाइट्रेट, Fe²⁺ व सांद्र अम्ल सभी मिलते हैं — इसीलिए उत्पाद सम्पूर्ण विलयन रंगने के बजाय तीक्ष्ण वलय के रूप में प्रकट होता है। नली हिलाना वलय नष्ट कर देता है, और इसीलिए मानक निर्देश अम्ल धीरे जोड़ना व नली अविचलित रखना है।

क्रियात्मक समूहों की पहचान

एक अभिकर्मक, एक क्रियात्मक समूह
परीक्षणकिसके लिए धनात्मकप्रेक्षण
NaHCO₃कार्बोक्सिलिक अम्लCO₂ की बुदबुदाहट — फ़ीनॉल कोई नहीं देता
उदासीन FeCl₃फ़ीनॉलबैंगनी या नीला रंग
2,4-DNP (ब्रैडी अभिकर्मक)ऐल्डिहाइड या कीटोननारंगी या पीला अवक्षेप
टॉलेन या फ़ेलिंगकेवल ऐल्डिहाइडरजत दर्पण; लाल Cu₂O अवक्षेप
आयोडोफ़ॉर्म परीक्षण (I₂/NaOH)CH₃CO– या CH₃CH(OH)– समूहCHI₃ का पीला अवक्षेप
कार्बिलऐमीन परीक्षणकेवल प्राथमिक ऐमीनदुर्गंधयुक्त आइसोसायनाइड
🧠 पहले 2,4-DNP, तत्पश्चात् टॉलेन — युग्म कार्बोनिल प्रकार पहचानता है
ब्रैडी अभिकर्मक किसी भी कार्बोनिल से क्रिया करता है, अतः नारंगी अवक्षेप बताता है कि यौगिक ऐल्डिहाइड या कीटोन है परंतु कौन नहीं। तत्पश्चात् टॉलेन अभिकर्मक उन्हें पृथक् करता है, क्योंकि केवल ऐल्डिहाइड आगे अम्ल तक ऑक्सीकृत हो सकता है और अतः केवल ऐल्डिहाइड Ag⁺ को रजत दर्पण तक अपचयित करता है। दोनों उसी क्रम में चलाएँ और आपने दो चरणों में समूह पहचान लिया। याद रखने योग्य एक अपवाद: फ़ॉर्मिक अम्ल धनात्मक टॉलेन परीक्षण देता है यद्यपि वह अम्ल है, क्योंकि उसकी संरचना में अभी भी कार्बोनिल कार्बन से जुड़ा हाइड्रोजन है — इसीलिए HCOOH, KMnO₄ को भी विरंजित करता है जबकि ऐसीटिक अम्ल नहीं।

तत्व पहचान लसें सोडियम संगलन प्रयोग करती है, जो सहसंयोजी रूप से बँधे N, S, हैलोजन व P को आयनिक सोडियम लवणों में बदलता है जिन्हें सामान्य परीक्षण ढूँढ़ सकते हैं। नाइट्रोजन फ़ेरस सल्फ़ेट सहित प्रशियन नीला दिखता है; सल्फर सोडियम नाइट्रोप्रसाइड सहित बैंगनी रंग या लेड ऐसीटेट सहित काला अवक्षेप; हैलोजन सिल्वर हैलाइडों के रूप में। यदि N व S दोनों उपस्थित हों तो संगलन सोडियम थायोसायनेट देता है, और बनता फ़ेरिक थायोसायनेट प्रशियन नीले के बजाय रक्त-लाल है — पूछने योग्य सूक्ष्मता, क्योंकि नाइट्रोजन वास्तव में उपस्थित होने पर भी प्रेक्षण बदल जाता है।

मुख्य बिंदु

  • धनायन समूह नियत क्रम में I से VI चलते हैं, और क्रम पृथक्करण खोए बिना पुनर्व्यवस्थित नहीं हो सकता।
  • अम्ल में H₂S केवल समूह II अवक्षेपित करती है; क्षार में वह समूह IV भी करती है, क्योंकि [S²⁻] तीव्रता से बढ़ता है।
  • Al(OH)₃ व Zn(OH)₂ आधिक्य NaOH में घुलते हैं; तत्पश्चात् केवल Zn²⁺ आधिक्य अमोनिया में घुलता है।
  • BaSO₄ तनु HCl में अविलेय है परंतु BaSO₃ बुदबुदाहट सहित घुलता है — वह सल्फ़ेट को सल्फ़ाइट से पृथक् करता है।
  • नाइट्रेट का भूरा वलय केवल अंतरापृष्ठ पर बनता है, क्योंकि घनी अम्ल परत मिलती नहीं।
  • NaHCO₃ कार्बोक्सिलिक अम्ल को फ़ीनॉल से भेदता है; उदासीन FeCl₃ फ़ीनॉल की पुष्टि करता है।
  • 2,4-DNP कोई भी कार्बोनिल पकड़ता है; तत्पश्चात् टॉलेन ऐल्डिहाइड को कीटोन से पृथक् करता है। फ़ॉर्मिक अम्ल अपवाद है।
  • जब N व S दोनों उपस्थित हों, लसें प्रशियन नीले के बजाय रक्त-लाल फ़ेरिक थायोसायनेट देता है।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. समूह II में H₂S क्षारीय विलयन के बजाय अम्लीकृत विलयन से प्रवाहित की जाती है क्योंकि:

    1. H₂S क्षार में नहीं घुलती
    2. जोड़ा H⁺, H₂S का आयनन दबाता है, [S²⁻] इतना नीचा रखते हुए कि केवल न्यूनतम विलेय सल्फ़ाइड अवक्षेपित हों
    3. समूह II सल्फ़ाइड क्षार में विलेय हैं
    4. अम्ल सल्फ़ाइड का ऑक्सीकरण रोकता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — जोड़ा H⁺, H₂S का आयनन दबाता है, [S²⁻] इतना नीचा रखते हुए कि केवल न्यूनतम विलेय सल्फ़ाइड अवक्षेपित हों

    H₂S दुर्बल अम्ल है, अतः जोड़े H⁺ से सम-आयन प्रभाव उसकी सल्फ़ाइड-आयन सांद्रता अत्यंत नीची रखता है। उस निम्न [S²⁻] पर केवल CuS, CdS व Bi₂S₃, जिनके विलेयता गुणनफल न्यूनतम हैं, K_sp पार कर अवक्षेपित हो सकते हैं, समूह IV को विलयन में छोड़ते हुए। बाद में माध्यम क्षारीय बनाना [S²⁻] कोटियों से बढ़ाता है और ZnS, MnS, NiS व CoS को समूह IV के रूप में नीचे लाता है।

  2. BaCl₂ सहित एक श्वेत अवक्षेप तनु HCl में बुदबुदाहट सहित घुल जाता है। ऋणायन है:

    1. SO₄²⁻
    2. SO₃²⁻
    3. Cl⁻
    4. NO₃⁻
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — SO₃²⁻

    सल्फ़ेट व सल्फ़ाइट दोनों श्वेत बेरियम अवक्षेप देते हैं, अतः अकेला अवक्षेप निदानात्मक नहीं; अम्ल में व्यवहार है। BaSO₃ बुदबुदाहट सहित घुलता है क्योंकि सल्फ़्यूरस अम्ल दुर्बल है और SO₂ में टूट जाता है, जबकि BaSO₄ तनु HCl में अविलेय है क्योंकि सल्फ़्यूरिक अम्ल प्रबल है। क्लोराइड व नाइट्रेट बेरियम सहित कोई अवक्षेप ही नहीं देते।

  3. NaOH सहित एक श्वेत जेलीनुमा अवक्षेप आधिक्य NaOH में घुलता है परंतु आधिक्य अमोनिया में नहीं। धनायन है:

    1. Zn²⁺
    2. Al³⁺
    3. Fe³⁺
    4. Mg²⁺
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — Al³⁺

    Al(OH)₃ उभयधर्मी है और आधिक्य NaOH में ऐलुमिनेट आयन के रूप में घुलता है, परंतु ऐलुमिनियम कोई ऐम्मीन संकुल नहीं बनाता अतः वह आधिक्य अमोनिया में अवक्षेपित रहता है। ज़िंक NaOH सहित वैसा ही व्यवहार करता है परंतु आधिक्य अमोनिया में [Zn(NH₃)₄]²⁺ के रूप में घुल जाता है, अतः अमोनिया चरण ठीक वही है जो दोनों को पृथक् करता है। Fe(OH)₃ भूरा है और Mg(OH)₂ किसी अभिकर्मक में नहीं घुलता।

  4. कौन-सा अभिकर्मक कार्बोक्सिलिक अम्ल को फ़ीनॉल से भेदता है?

    1. उदासीन FeCl₃
    2. NaHCO₃ विलयन
    3. टॉलेन अभिकर्मक
    4. 2,4-DNP
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — NaHCO₃ विलयन

    कार्बोक्सिलिक अम्ल बाइकार्बोनेट से कार्बन डाइऑक्साइड विस्थापित करने योग्य प्रबल है और दृश्य बुदबुदाहट देता है, जबकि फ़ीनॉल ऐसा करने हेतु बहुत दुर्बल अम्लीय है। उदासीन FeCl₃ भी युग्म भेदता है परंतु दूसरी ओर से, फ़ीनॉल सहित बैंगनी रंग देकर। टॉलेन व 2,4-DNP दोनों कार्बोनिल यौगिकों हेतु परीक्षण हैं और इनमें से किसी हेतु ऋणात्मक होंगे।

  5. एक यौगिक 2,4-DNP सहित नारंगी अवक्षेप देता है परंतु टॉलेन अभिकर्मक सहित कोई रजत दर्पण नहीं। वह है:

    1. ऐल्डिहाइड
    2. कीटोन
    3. कार्बोक्सिलिक अम्ल
    4. ऐल्कोहॉल
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — कीटोन

    2,4-DNP किसी भी कार्बोनिल से क्रिया करता है, अतः नारंगी अवक्षेप ऐल्डिहाइड या कीटोन स्थापित करता है। केवल ऐल्डिहाइड आगे कार्बोक्सिलिक अम्ल तक ऑक्सीकृत हो सकता है, अतः केवल ऐल्डिहाइड टॉलेन अभिकर्मक को धात्विक चाँदी तक अपचयित करता है; अतः ऋणात्मक टॉलेन परीक्षण कीटोन की ओर संकेत करता है। ऐल्कोहॉल व अम्ल पहले ही 2,4-DNP परीक्षण में विफल होंगे, क्योंकि किसी में मुक्त कार्बोनिल नहीं।

  6. लसें परीक्षण में नाइट्रोजन व सल्फर दोनों युक्त यौगिक देता है:

    1. प्रशियन नीला
    2. रक्त-लाल रंग
    3. बैंगनी रंग
    4. कोई रंग नहीं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — रक्त-लाल रंग

    जब दोनों तत्व उपस्थित हों, सोडियम संगलन पृथक् सायनाइड व सल्फ़ाइड के बजाय सोडियम थायोसायनेट देता है, और फ़ेरिक थायोसायनेट रक्त-लाल है। प्रशियन नीला केवल तब दिखता है जब नाइट्रोजन सल्फर के बिना उपस्थित हो। अतः नाइट्रोजन वास्तव में उपस्थित होने पर भी प्रेक्षण बदल जाता है, ठीक इसीलिए यह स्थिति पूछी जाती है — केवल नीला खोजता अभ्यर्थी ग़लती से नाइट्रोजन अनुपस्थित बताएगा।

  7. नाइट्रेट परीक्षण में भूरा वलय केवल परतों की संधि पर प्रकट होता है क्योंकि:

    1. संकुल अन्यत्र अस्थायी है
    2. सांद्र H₂SO₄ घना है व पृथक् परत बनाता है, अतः अभिकर्मक केवल अंतरापृष्ठ पर मिलते हैं
    3. नाइट्रेट सल्फ़्यूरिक अम्ल में अविलेय है
    4. अभिक्रिया को प्रकाश चाहिए
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — सांद्र H₂SO₄ घना है व पृथक् परत बनाता है, अतः अभिकर्मक केवल अंतरापृष्ठ पर मिलते हैं

    नली की दीवार से सावधानी से डालने पर घना सांद्र अम्ल डूबकर स्पष्ट परत के रूप में रहता है, अतः नाइट्रेट, Fe²⁺ व सांद्र अम्ल केवल वहीं मिलते हैं जहाँ दोनों द्रव स्पर्श करते हैं — और भूरा नाइट्रोसिल संकुल वहीं तीक्ष्ण वलय के रूप में बनता है। हिलाना परतें मिला देता है व वलय नष्ट करता है, इसीलिए विधि नली अविचलित रखने पर आग्रह करती है।

  8. तीन सिल्वर हैलाइडों में कौन सांद्र अमोनिया में भी अविलेय है?

    1. AgCl
    2. AgBr
    3. AgI
    4. तीनों घुलते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — AgI

    क्लोराइड से आयोडाइड तक सहसंयोजी लक्षण बढ़ता है क्योंकि बड़ा, सरलता से ध्रुवित होता आयोडाइड सिल्वर आयन द्वारा प्रबलता से विकृत होता है, अतः AgI इतना कसकर बँधा है कि अमोनिया उसे तोड़ नहीं सकती। AgCl तनु अमोनिया में सरलता से घुलता है और AgBr केवल सांद्र अमोनिया में, जो उस क्रम को एक ही अभिकर्मक से यह पहचानने का स्वच्छ उपाय बनाता है कि कौन हैलाइड उपस्थित है।