रसायन विज्ञान — परिवर्तन, परमाणु संरचना, अम्ल, क्षार, लवण व दैनिक उत्पाद

GAT में रसायन विज्ञान लगभग पूर्णतः दैनिक जीवन से जुड़े तथ्यों का स्मरण है: कौन गैस कौन है, अम्ल लिटमस पर क्या करता है, साबुन किससे बनता है, कटा सेब भूरा क्यों होता है। समय-दबाव में समीकरण संतुलन नहीं, कार्बनिक क्रियाविधि नहीं। परीक्षक निरंतर जिसकी परीक्षा लेता है वह है प्रचलित नाम व रासायनिक नाम का युग्म — खाने का सोडा, धोने का सोडा, चूना, विरंजक चूर्ण — अतः यह अध्याय उन युग्मों को ऐसी सारणियों में बनाता है जिन्हें आप पेपर से दो मिनट पूर्व दोहरा सकें।

भौतिक व रासायनिक परिवर्तन

भौतिक परिवर्तन केवल रूप या अवस्था बदलता है और प्रायः उत्क्रमणीय होता है — कोई नया पदार्थ नहीं बनता। रासायनिक परिवर्तन नए गुणों वाला नया पदार्थ बनाता है और प्रायः अनुत्क्रमणीय होता है। बर्फ़ का पिघलना भौतिक है; काग़ज़ का जलना रासायनिक।

परीक्षक द्वारा चुनी जाने वाली सीमावर्ती स्थितियाँ
प्रक्रियाप्रकारक्यों
जल में नमक घुलनाभौतिकवाष्पन से नमक पुनः प्राप्य
लोहे में जंग लगनारासायनिकवायु + नमी आवश्यक; जलयोजित आयरन ऑक्साइड बनता है
दूध का खट्टा होनारासायनिकलैक्टोज़ → लैक्टिक अम्ल, अनुत्क्रमणीय
मोमबत्ती जलनादोनोंमोम पिघलता (भौतिक) फिर जलता (रासायनिक)
प्रकाश-संश्लेषणरासायनिकCO₂ + H₂O → ग्लूकोज़ + O₂
🧠 रासायनिक परिवर्तन के चार लक्षण
रंग परिवर्तन, गैस निकलना, अवक्षेप बनना, या ऊष्मा या प्रकाश निकलना या अवशोषित होना खोजें। इनमें कोई न हो तो भौतिक परिवर्तन का संदेह करें। ध्यान दें ऊष्मा अकेली प्रमाण नहीं: कुछ लवण घुलने पर जल गर्म कर देते हैं बिना किसी अभिक्रिया के, अतः एक के बजाय चारों लक्षण तोलें।

परमाणु संरचना

तीन अवपरमाणुक कण
कणआवेशकहाँखोजकर्ता
इलेक्ट्रॉनऋणात्मकनाभिक के चारों ओर कक्षाएँजे. जे. थॉमसन
प्रोटॉनधनात्मकनाभिकगोल्डस्टीन / रदरफोर्ड
न्यूट्रॉनउदासीननाभिकजेम्स चैडविक
  • परमाणु संख्या (Z) = प्रोटॉनों की संख्या। यह तत्व को परिभाषित करती है और उसके लिए कभी नहीं बदलती।
  • द्रव्यमान संख्या (A) = प्रोटॉन + न्यूट्रॉन। इलेक्ट्रॉन गिनने के लिए बहुत हल्के हैं।
  • समभारिक — समान Z, भिन्न A (¹H, ²H, ³H; C-12 व C-14)। रसायन समान, द्रव्यमान भिन्न।
  • समभार — समान A, भिन्न Z (Ar-40 व Ca-40)। पूर्णतः भिन्न तत्व।
  • रदरफोर्ड के स्वर्ण-पत्र प्रयोग ने दिखाया कि परमाणु अधिकांशतः रिक्त स्थान है, जिसमें अत्यंत छोटा घना नाभिक है।
⚠️ समभारिक बनाम समभार — एक अक्षर, विपरीत अर्थ
Isotopes में proton संख्या समान होती है; isobars में द्रव्यमान संख्या A समान। अक्षर को साझा राशि से जोड़ देना भ्रम रोक देता है। और स्मरण रखें कि उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉनों के बराबर होते हैं — संख्याएँ भिन्न हों तो आप आयन देख रहे हैं, परमाणु नहीं।

अम्ल, क्षार, लवण व pH मापक्रम

उनमें भेद कैसे करें
परीक्षणअम्लक्षार
स्वादखट्टा (नींबू, सिरका)कड़वा, साबुन जैसा स्पर्श
नीला लिटमसलाल हो जाता हैकोई परिवर्तन नहीं
लाल लिटमसकोई परिवर्तन नहींनीला हो जाता है
pH7 से कम7 से अधिक
जल में मुक्त आयनH⁺OH⁻

pH मापक्रम 0 से 14 तक चलता है, जिसमें 7 ठीक उदासीन (शुद्ध जल)। अम्ल + क्षार → लवण + जल, यह उदासीनीकरण है, और यही अनेक दैनिक उपचारों के पीछे है: पेट की अम्लता हेतु एंटासिड (मंद क्षार), मधुमक्खी के डंक पर खाने के सोडे का लेप, तथा अम्लीय मिट्टी में चूना मिलाना।

🎯 प्राकृतिक अम्ल कहाँ से आते हैं
खट्टे फल → सिट्रिक अम्ल। सिरका → एसीटिक अम्ल। दही → लैक्टिक अम्ल। इमली → टार्टरिक अम्ल। चींटी व मधुमक्खी का डंक → फॉर्मिक अम्ल। टमाटर → ऑक्सैलिक अम्ल। सेब → मैलिक अम्ल। पेट → हाइड्रोक्लोरिक अम्ल। यह सूची वर्ष-दर-वर्ष जोड़ी-मिलान प्रश्न रूप में पूछी जाती है, और लगभग निश्चित अंक हेतु आठ तथ्य है।
प्रचलित व रासायनिक नाम — उच्च-आवृत्ति
प्रचलित नामरासायनिक नाम व सूत्र
खाने का सोडासोडियम बाइकार्बोनेट, NaHCO₃
धोने का सोडासोडियम कार्बोनेट, Na₂CO₃·10H₂O
साधारण नमकसोडियम क्लोराइड, NaCl
चूना (अनबुझा)कैल्शियम ऑक्साइड, CaO
बुझा चूनाकैल्शियम हाइड्रॉक्साइड, Ca(OH)₂
विरंजक चूर्णकैल्शियम ऑक्सीक्लोराइड, CaOCl₂
प्लास्टर ऑफ पेरिसकैल्शियम सल्फेट अर्धजलयोजित
नीला थोथाकॉपर सल्फेट, CuSO₄·5H₂O
शुष्क बर्फ़ठोस कार्बन डाइऑक्साइड

रासायनिक समीकरण व अभिक्रिया के पाँच प्रकार

समीकरण एक वाक्य है: बाईं ओर अभिकारक, दाईं ओर उत्पाद, और "बनता है" हेतु तीर। चूँकि द्रव्य कभी उत्पन्न या नष्ट नहीं होता, प्रत्येक प्रकार के परमाणु की गणना दोनों पक्षों में समान होनी चाहिए — "संतुलन" का इतना ही अर्थ है। आपसे घड़ी के विरुद्ध कठिन समीकरण संतुलित करने को नहीं कहा जाता; आपसे पूछा जाता है कि कोई समीकरण संतुलित है या नहीं और अभिक्रिया का प्रकार बताएँ, और पाँच परिवार जान लेने पर दोनों शीघ्र हो जाते हैं।

पाँच अभिक्रिया प्रकार, प्रत्येक के साथ परीक्षक का उदाहरण
प्रकारप्रतिरूपमानक उदाहरण
संयोजनA + B → AB (दो वस्तुएँ एक बनती हैं)CaO + H₂O → Ca(OH)₂ — बुझा चूना बनना, बहुत ऊष्मा निकलती है
वियोजनAB → A + B (एक से दो, ऊष्मा, प्रकाश या विद्युत आवश्यक)तपाने पर CaCO₃ → CaO + CO₂; जल का विद्युत-अपघटन H₂ व O₂ देता है
विस्थापनA + BC → AC + B (अधिक क्रियाशील धातु कम क्रियाशील को हटाती है)Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu — नीला विलयन हरा होता है व ताँबा जमता है
द्वि-विस्थापनAB + CD → AD + CB (साथी बदलते हैं; प्रायः अवक्षेप देता है)Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl — श्वेत बेरियम सल्फेट अवक्षेप
रेडॉक्स (उपचयन–अपचयन)एक पदार्थ ऑक्सीजन पाता (उपचयित), दूसरा खोता (अपचयित)CuO + H₂ → Cu + H₂O — CuO अपचयित, H₂ उपचयित
🧠 OIL RIG, तथा रेडॉक्स अभिक्रिया पाँच सेकंड में कैसे बताएँ
Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — इलेक्ट्रॉन का। GAT स्तर पर आप ऑक्सीजन से भी काम चला सकते हैं: जिसने ऑक्सीजन पाई वह उपचयित, जिसने खोई वह अपचयित। दो परिणाम स्मरणीय हैं क्योंकि वे पृथक् प्रश्न बनते हैं: जो पदार्थ अपचयित होता है वह उपचायक है, और जो उपचयित होता है वह अपचायक — उनके नाम सदा उनके साथ हुई घटना से उलटे होते हैं, और ठीक इसीलिए प्रश्न पूछा जाता है। जंग लगना व श्वसन दोनों मंद उपचयन हैं; संक्षारण व विकृतगंधिता (वसा का बासी होना) परीक्षक के दो प्रिय दैनिक उदाहरण हैं।
⚠️ गुणांक बदल सकते हैं, सूत्र कभी नहीं
H₂ + O₂ → H₂O संतुलित करने हेतु आप लिखते हैं 2H₂ + O₂ → 2H₂O। जो कभी नहीं करना है वह है ऑक्सीजन की गणना बैठाने हेतु H₂O को H₂O₂ बना देना — पादांक बदलना पदार्थ ही बदल देता है, और हाइड्रोजन परॉक्साइड जल नहीं है। अतः संतुलन का अर्थ सदा केवल सूत्रों के आगे संख्याएँ रखना है। इस प्रश्न के बहुविकल्पीय रूप हेतु शीघ्र जाँच: एक समय पर एक तत्व गिनें, हाइड्रोजन व ऑक्सीजन अंत हेतु छोड़ें, और यदि ऑक्सीजन परमाणुओं की विषम संख्या अटका रही हो, तो सब कुछ दोगुना कर दें।

दो अन्य नाम इस समूह को पूरा करते हैं, और वे परमाणुओं के बजाय ऊष्मा का वर्णन करते हैं। ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया ऊष्मा छोड़ती है — श्वसन, दहन, तथा बुझे चूने का बनना। ऊष्माशोषी उसे सोखती है, इसीलिए प्रकाश-संश्लेषण को सूर्य-प्रकाश चाहिए और अमोनियम नाइट्रेट घोलने पर बीकर ठंडा हो जाता है। लगभग प्रत्येक संयोजन अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है और लगभग प्रत्येक वियोजन ऊष्माशोषी, जो तब उपयोगी सहज अनुमान है जब प्रश्न आपको अन्य कोई आधार न दे।

दैनिक रासायनिक उत्पाद

  • साबुन दीर्घ-शृंखला वसा अम्ल का सोडियम या पोटैशियम लवण है, जो तेल या वसा को क्षार के साथ उबालकर बनता है — इस प्रक्रिया को साबुनीकरण कहते हैं। कठोर जल में साबुन विफल होता है क्योंकि कैल्शियम व मैग्नीशियम आयन अघुलनशील मैल बनाते हैं; वहाँ अपमार्जक कार्य करते हैं क्योंकि उनके कैल्शियम लवण घुलनशील रहते हैं।
  • काँच बालू (सिलिका) को सोडा ऐश व चूना-पत्थर के साथ गलाकर बनता है। यह सच्चा ठोस नहीं बल्कि अतिशीतित द्रव है — निश्चित गलनांक-रहित अक्रिस्टलीय पदार्थ।
  • स्याही विलायक में वर्णक या रंजक है; स्थायी स्याही टैनिक अम्ल व लौह लवण प्रयोग करती है, इसीलिए पुराने दस्तावेज़ भूरे पड़ जाते हैं।
  • सीमेंट चूना-पत्थर व चिकनी मिट्टी है, भट्ठी में तपाया जाता; जमने की गति धीमी करने हेतु जिप्सम मिलाया जाता है जिससे उसे साधा जा सके।
व्यवहार से जानने योग्य गैसें
गैसपरीक्षक की अपेक्षित बात
नाइट्रोजन (78%)वायु में सर्वाधिक; निष्क्रिय, खाद्य पैकिंग में
ऑक्सीजन (21%)दहन में सहायक परंतु स्वयं नहीं जलती
कार्बन डाइऑक्साइडचूने के पानी को दूधिया करती — मानक परीक्षण; अग्निशामक में
कार्बन मोनोऑक्साइडघातक क्योंकि हीमोग्लोबिन से ऑक्सीजन से ~200 गुना अधिक बंधती है
हीलियमवायु से हल्की व अज्वलनशील — गुब्बारों व वायुपोतों में
LPG / CNGLPG ब्यूटेन + प्रोपेन; CNG मुख्यतः मेथेन
🧠 रसोई गैस में गंध क्यों मिलाई जाती है
LPG गंधहीन है, अतः तीव्र गंध वाला सल्फर यौगिक — एथिल मरकैप्टन — जानबूझकर मिलाया जाता है जिससे रिसाव पकड़ में आए। यह एक तथ्य बारंबार प्रश्न है, और वह उस वर्ग का है जो परीक्षक को पसंद है: सुरक्षा हेतु जानबूझकर मिलाई गई वस्तुएँ। अन्य हैं जमने की गति धीमी करने हेतु सीमेंट में जिप्सम, घेंघा रोकने हेतु नमक में आयोडीन, तथा जीवाणु मारने हेतु जल में क्लोरीन।

मुख्य बिंदु

  • रासायनिक परिवर्तन के लक्षण: रंग परिवर्तन, गैस, अवक्षेप, या ऊष्मा/प्रकाश का आदान-प्रदान।
  • जलती मोमबत्ती दोनों है — मोम भौतिक रूप से पिघलता, फिर रासायनिक रूप से जलता।
  • परमाणु संख्या = प्रोटॉन; द्रव्यमान संख्या = प्रोटॉन + न्यूट्रॉन।
  • IsotOPes में Proton समान; isobArs में द्रव्यमान संख्या A समान।
  • अम्ल नीले लिटमस को लाल करता है व pH 7 से कम; क्षार विपरीत करता है।
  • खाने का सोडा NaHCO₃, धोने का सोडा Na₂CO₃·10H₂O — पूर्णतः भिन्न यौगिक।
  • पाँच अभिक्रिया प्रकार: संयोजन, वियोजन, विस्थापन, द्वि-विस्थापन, रेडॉक्स।
  • संतुलन सूत्रों के आगे गुणांक बदलकर करें, उनके भीतर के पादांक बदलकर कभी नहीं।
  • जो पदार्थ अपचयित होता है वह उपचायक है; जो उपचयित होता है वह अपचायक।
  • कठोर जल में साबुन विफल; अपमार्जक नहीं। काँच अतिशीतित द्रव है।
  • CO₂ चूने के पानी को दूधिया करती; CO घातक क्योंकि हीमोग्लोबिन पर ऑक्सीजन को हरा देती है।

अभ्यास प्रश्न (10)

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. मोमबत्ती का जलना है:

    1. केवल भौतिक परिवर्तन
    2. केवल रासायनिक परिवर्तन
    3. भौतिक व रासायनिक दोनों परिवर्तन
    4. कोई नहीं
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — भौतिक व रासायनिक दोनों परिवर्तन

    मोम पहले पिघलता व वाष्पित होता है, जो भौतिक व उत्क्रमणीय है, और फिर वाष्प जलकर कार्बन डाइऑक्साइड व जल देती है, जो रासायनिक है। दोनों एक साथ होते हैं, इसीलिए यह प्रिय प्रश्न है।

  2. न्यूट्रॉन की खोज की:

    1. जे. जे. थॉमसन
    2. अर्नेस्ट रदरफोर्ड
    3. जेम्स चैडविक
    4. नील्स बोर
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — जेम्स चैडविक

    चैडविक ने 1932 में न्यूट्रॉन की खोज की। थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन खोजा, रदरफोर्ड ने नाभिक स्थापित किया, और बोर ने परमाणु का कक्षा-मॉडल दिया।

  3. समान परमाणु संख्या परंतु भिन्न द्रव्यमान संख्या वाले एक ही तत्व के परमाणु कहलाते हैं:

    1. समभार
    2. समभारिक
    3. समावयवी
    4. आयन
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — समभारिक

    समभारिक में प्रोटॉन संख्या समान होती है (अतः वही तत्व) परंतु न्यूट्रॉन भिन्न, जैसे C-12 व C-14। समभार में द्रव्यमान संख्या समान होती है जबकि तत्व भिन्न होते हैं।

  4. दही में उपस्थित अम्ल है:

    1. सिट्रिक अम्ल
    2. लैक्टिक अम्ल
    3. टार्टरिक अम्ल
    4. एसीटिक अम्ल
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — लैक्टिक अम्ल

    जीवाणु दूध के लैक्टोज़ को लैक्टिक अम्ल में बदल देते हैं, जिससे वह खट्टा होता है। सिट्रिक अम्ल खट्टे फलों में, टार्टरिक इमली में व एसीटिक सिरके में।

  5. खाने के सोडे का रासायनिक नाम है:

    1. सोडियम कार्बोनेट
    2. सोडियम बाइकार्बोनेट
    3. सोडियम क्लोराइड
    4. कैल्शियम कार्बोनेट
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — सोडियम बाइकार्बोनेट

    खाने का सोडा सोडियम बाइकार्बोनेट, NaHCO₃ है। सोडियम कार्बोनेट (Na₂CO₃·10H₂O) धोने का सोडा है — भिन्न यौगिक, और दोनों जानबूझकर साथ दिए जाते हैं।

  6. कठोर जल में साबुन ठीक से सफ़ाई नहीं करता क्योंकि:

    1. कठोर जल अम्लीय होता है
    2. कैल्शियम व मैग्नीशियम आयन साबुन के साथ अघुलनशील मैल बनाते हैं
    3. कठोर जल कोई लवण नहीं घोल सकता
    4. कमरे के ताप से ऊपर साबुन विघटित हो जाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — कैल्शियम व मैग्नीशियम आयन साबुन के साथ अघुलनशील मैल बनाते हैं

    कठोर जल में कैल्शियम व मैग्नीशियम आयन अधिक होते हैं, जिनके साबुन-लवण अघुलनशील हैं और झाग के बजाय मैल बनाते हैं। इसके स्थान पर अपमार्जक प्रयुक्त होते हैं क्योंकि उनके कैल्शियम व मैग्नीशियम लवण घुलनशील रहते हैं।

  7. कार्बन मोनोऑक्साइड अत्यधिक विषैली है क्योंकि वह:

    1. वायु से भारी है
    2. ऑक्सीजन से बहुत अधिक सरलता से हीमोग्लोबिन से संयोग करती है
    3. जल में घुलकर अम्ल बनाती है
    4. फुफ्फुसों को सीधे जला देती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — ऑक्सीजन से बहुत अधिक सरलता से हीमोग्लोबिन से संयोग करती है

    CO हीमोग्लोबिन से ऑक्सीजन की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक प्रबलता से बंधती है, कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन बनाती है, अतः रक्त ऑक्सीजन नहीं ढो पाता। पर्याप्त वायु वाले कमरे में भी व्यक्ति दम घुटने से मरता है।

  8. LPG में तीव्र गंध वाला पदार्थ जानबूझकर मिलाया जाता है जिससे:

    1. उसका कैलोरी मान बढ़े
    2. रिसाव पकड़ में आए
    3. वह द्रवित न हो
    4. सिलिंडर में उसका दाब घटे
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — रिसाव पकड़ में आए

    LPG गंधहीन है, अतः एथिल मरकैप्टन केवल सुरक्षा-चेतावनी हेतु मिलाया जाता है। यह सीमेंट में जिप्सम, नमक में आयोडीन व जल में क्लोरीन के वर्ग का है — व्यावहारिक कारण से जानबूझकर मिलाए गए पदार्थ।

  9. अभिक्रिया Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu उदाहरण है:

    1. संयोजन का
    2. वियोजन का
    3. विस्थापन का
    4. द्वि-विस्थापन का
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — विस्थापन का

    लोहा ताँबे से अधिक क्रियाशील है, अतः वह ताँबे को उसके लवण से हटा देता है — एकल विस्थापन, प्रतिरूप A + BC → AC + B। दृश्य लक्षण हैं नीले विलयन का हरा होना व लोहे पर ताँबे का जमना। द्वि-विस्थापन में दोनों साथी बदलते हैं और प्रायः अवक्षेप बनता है, जैसे Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl।

  10. अभिक्रिया CuO + H₂ → Cu + H₂O में कौन-सा कथन सही है?

    1. H₂ अपचयित होती है व उपचायक का कार्य करती है
    2. CuO अपचयित होती है व उपचायक का कार्य करती है
    3. CuO व H₂ दोनों उपचयित होती हैं
    4. यह वियोजन अभिक्रिया है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — CuO अपचयित होती है व उपचायक का कार्य करती है

    CuO ऑक्सीजन खोती है, अतः वह अपचयित होती है; H₂ ऑक्सीजन पाती है, अतः वह उपचयित होती है। यह नामकरण जानबूझकर विपरीत-सहज है और ठीक इसीलिए प्रश्न बनाया जाता है: जो पदार्थ अपचयित होता है वह उपचायक है, और जो उपचयित होता है वह अपचायक — प्रत्येक का नाम इस पर है कि वह दूसरे के साथ क्या करता है, इस पर नहीं कि उसके साथ क्या होता है।