उद्देश्य:वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में धातुओं के रेडॉक्स गुणों की उनकी स्थिति पर निर्भरता के अनुभव से परिचित हों।

उपकरण और अभिकर्मक:टेस्ट ट्यूब, टेस्ट ट्यूब होल्डर, स्पिरिट लैंप, फिल्टर पेपर, पिपेट, 2एन.समाधान एचसीएलतथा H2SO4, केंद्रित H2SO4, पतला और केंद्रित एचएनओ3, 0.5 एमसमाधान CuSO 4 , Pb(NO 3) 2या पंजाब (सीएच 3 सीओओ) 2; धातु के टुकड़े एल्यूमीनियम, जस्ता, लोहा, तांबा, टिन, लोहे के पेपर क्लिप, आसुत जल।

सैद्धांतिक व्याख्या

किसी भी धातु का रासायनिक गुण काफी हद तक इस बात से निर्धारित होता है कि वह कितनी आसानी से ऑक्सीकृत हो जाती है, अर्थात। इसके परमाणु कितनी आसानी से धनात्मक आयनों की अवस्था में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं।

धातुएँ जो ऑक्सीकरण करने की आसान क्षमता प्रदर्शित करती हैं, क्षार धातुएँ कहलाती हैं। धातुएँ जो बड़ी कठिनाई से ऑक्सीकृत होती हैं, उत्कृष्ट धातुएँ कहलाती हैं।

प्रत्येक धातु को मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के एक निश्चित मूल्य की विशेषता होती है। मानक क्षमता के लिए j0किसी दिए गए धातु इलेक्ट्रोड से, एक गैल्वेनिक सेल का EMF लिया जाता है, जो बाईं ओर स्थित एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड से बना होता है, और इस धातु के नमक के घोल में रखी गई एक धातु की प्लेट, और गतिविधि (पतला घोल में, आप समाधान में धातु के पिंजरों की एकाग्रता का उपयोग कर सकते हैं) 1 . के बराबर होना चाहिए मोल / एल; टी = 298 के; पी = 1 एटीएम।(मानक शर्तें)। यदि प्रतिक्रिया की स्थिति मानक से भिन्न होती है, तो समाधान और तापमान में धातु आयनों की सांद्रता (अधिक सटीक, गतिविधियों) पर इलेक्ट्रोड क्षमता की निर्भरता को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

एकाग्रता पर इलेक्ट्रोड क्षमता की निर्भरता नर्नस्ट समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है, जो कि सिस्टम पर लागू होती है:

मैं एन + + एन ई -→मैं

पर;

आरगैस स्थिरांक है, ;

एफ-फैराडे स्थिरांक ("96500 ." सी/मोल);

एन-

मुझे एन + - मोल/ली.

मान लेना टी=298प्रति,हम पाते हैं

मोल/ली.

जे 0,कमी आधा प्रतिक्रिया के अनुरूप, धातु वोल्टेज की एक श्रृंखला प्राप्त की जाती है (मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की एक श्रृंखला)। हाइड्रोजन का मानक इलेक्ट्रोड विभव, शून्य के रूप में लिया जाता है, उस प्रणाली के लिए उसी पंक्ति में रखा जाता है जिसमें प्रक्रिया होती है:

2H + + 2e - \u003d H 2

इस मामले में, गैर-महान धातुओं की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता का नकारात्मक मूल्य होता है, और महान - सकारात्मक।

धातुओं के वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला

ली; क; बी ० ए; सीनियर; सीए; ना; मिलीग्राम; अल; एमएन; जेडएन; करोड़; फे; सीडी; सह; नी; एसएन; पंजाब; ( एच) ; एसबी; द्वि; घन; एचजी; एजी; पीडी; पं; औ

यह श्रृंखला जलीय घोल में "धातु - धातु आयन" प्रणाली की रेडॉक्स क्षमता की विशेषता है मानक शर्तें. तनावों की श्रृंखला में बाईं ओर जितना आगे होगा धातु (जितना कम होगा) j0), यह कम करने वाला एजेंट जितना मजबूत होता है, और धातु के परमाणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनों को छोड़ना, धनायनों में बदलना उतना ही आसान होता है, लेकिन इस धातु के धनायनों को इलेक्ट्रॉनों को संलग्न करना अधिक कठिन होता है, तटस्थ परमाणुओं में बदल जाता है।

धातुओं और उनके धनायनों से संबंधित रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं उस दिशा में जाती हैं जिसमें कम इलेक्ट्रोड क्षमता वाली धातु एक कम करने वाला एजेंट होता है (यानी, ऑक्सीकृत होता है), और उच्च इलेक्ट्रोड क्षमता वाले धातु केशन ऑक्सीडाइज़र होते हैं (यानी, कम हो जाते हैं)। इस संबंध में, धातुओं के वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला के लिए निम्नलिखित नियमितताएं विशिष्ट हैं:

1. प्रत्येक धातु धातु के वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में नमक के घोल से अन्य सभी धातुओं को उसके दाईं ओर विस्थापित कर देती है।

2. सभी धातुएँ जो वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में हाइड्रोजन के बाईं ओर हैं, तनु अम्लों से हाइड्रोजन को विस्थापित करती हैं।

प्रायोगिक पद्धति

अनुभव 1: धातुओं के साथ परस्पर क्रिया हाइड्रोक्लोरिक एसिड.

2-3 को चार परखनलियों में डालें एमएलहाइड्रोक्लोरिक एसिड और उनमें एल्युमिनियम, जिंक, आयरन और कॉपर का एक टुकड़ा अलग-अलग रखें। दी गई धातुओं में से कौन सी धातु अम्ल से हाइड्रोजन को विस्थापित करती है? प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।

अनुभव 2: सल्फ्यूरिक एसिड के साथ धातुओं की बातचीत।

परखनली में लोहे का एक टुकड़ा डालें और उसमें 1 . डालें एमएल 2एन।सल्फ्यूरिक एसिड। क्या मनाया जाता है? तांबे के एक टुकड़े के साथ प्रयोग को दोहराएं। प्रतिक्रिया होती है?

लोहे और तांबे पर केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के प्रभाव की जाँच करें। प्रेक्षणों को स्पष्ट कीजिए। सभी प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।

अनुभव 3: नाइट्रिक एसिड के साथ तांबे की बातचीत।

तांबे के एक टुकड़े को दो परखनली में डालें। उनमें से एक में 2 डालो एमएलपतला नाइट्रिक एसिड, दूसरे में - केंद्रित। यदि आवश्यक हो, तो टेस्ट ट्यूब की सामग्री को अल्कोहल लैंप पर गर्म करें। पहली परखनली में कौन सी गैस बनती है और दूसरी परखनली में क्या? प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।

अनुभव 4: धातुओं का लवणों के साथ परस्पर क्रिया।

परखनली में डालें 2 - 3 एमएलकॉपर (II) सल्फेट घोल और लोहे के तार का एक टुकड़ा नीचे करें। क्या हो रहा है? लोहे के तार को जस्ता के टुकड़े से बदलकर प्रयोग को दोहराएं। प्रतिक्रिया समीकरण लिखें। परखनली में डालें 2 एमएलएसीटेट या लेड (II) नाइट्रेट का एक घोल और जिंक का एक टुकड़ा कम करें। क्या हो रहा है? प्रतिक्रिया समीकरण लिखें। ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट को निर्दिष्ट करें। यदि जस्ता को तांबे से बदल दिया जाए तो क्या प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी? स्पष्टीकरण दें।

11.3 छात्र तैयारी का आवश्यक स्तर

1. मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की अवधारणा को जानें, इसके माप के बारे में एक विचार रखें।

2. मानक के अलावा अन्य परिस्थितियों में इलेक्ट्रोड क्षमता को निर्धारित करने के लिए नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करने में सक्षम हो।

3. जानें कि धातु तनाव की एक श्रृंखला क्या है, यह क्या विशेषता है।

4. धातुओं और उनके धनायनों, साथ ही धातुओं और अम्लों को शामिल करने वाली रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए धातुओं के कई वोल्टेज का उपयोग करने में सक्षम हो।

आत्म-नियंत्रण के लिए कार्य

1. तकनीकी लौह युक्त का द्रव्यमान क्या है 18% निकेल सल्फेट को विलयन से विस्थापित करने के लिए आवश्यक अशुद्धियाँ (द्वितीय) 7.42 ग्रामनिकल?

2. एक तांबे की प्लेट जिसका द्रव्यमान है 28 ग्राम. प्रतिक्रिया के अंत में, प्लेट को बाहर निकाला गया, धोया गया, सुखाया गया और तौला गया। इसका द्रव्यमान निकला 32.52 ग्राम. घोल में सिल्वर नाइट्रेट का कितना द्रव्यमान था?

3. तांबे में डूबे हुए इलेक्ट्रोड क्षमता का मूल्य निर्धारित करें 0.0005 एमकॉपर नाइट्रेट विलयन (द्वितीय).

4. जिंक में डूबे हुए इलेक्ट्रोड की क्षमता 0.2 एमसमाधान ZnSO4, के बराबर है 0.8V. पृथक्करण की स्पष्ट डिग्री निर्धारित करें ZnSO4निर्दिष्ट एकाग्रता के समाधान में।

5. हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की क्षमता की गणना करें यदि समाधान में हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता (एच+)है 3.8 10 -3 मोल/ली.

6. युक्त घोल में डूबे लोहे के इलेक्ट्रोड की क्षमता की गणना करें 0.0699 ग्राम FeCI 2 0.5 एल में।

7. धातु का मानक इलेक्ट्रोड विभव क्या कहलाता है? कौन सा समीकरण इलेक्ट्रोड क्षमता की एकाग्रता पर निर्भरता को व्यक्त करता है?

लैब #12

विषय: इलेक्ट्रोप्लेटिंग सेल

उद्देश्य:गैल्वेनिक सेल के संचालन के सिद्धांतों के साथ अनुभव से परिचित होना, गणना पद्धति में महारत हासिल करना ईएमएफबिजली उत्पन्न करनेवाली तत्व

उपकरण और अभिकर्मक:कंडक्टरों से जुड़ी कॉपर और जिंक प्लेट्स, कॉपर प्लेट्स, सैंडपेपर, वोल्टमीटर से कंडक्टर्स से जुड़ी कॉपर और जिंक प्लेट्स, 3 रासायनिक बीकर 200-250 मिली, मापने वाला सिलेंडर, तिपाई जिसमें यू-आकार की ट्यूब लगी हुई है, नमक पुल, 0.1 एमकॉपर सल्फेट, जिंक सल्फेट, सोडियम सल्फेट के घोल, 0,1 % फिनोलफथेलिन समाधान 50% एथिल अल्कोहोल।

सैद्धांतिक व्याख्या

गैल्वेनिक सेल है रासायनिक स्रोतकरंट, यानी एक उपकरण जो प्रत्यक्ष रूपांतरण के परिणामस्वरूप विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है रासायनिक ऊर्जारेडॉक्स प्रतिक्रिया।

विद्युत प्रवाह (आवेशित कणों की निर्देशित गति) वर्तमान कंडक्टरों के माध्यम से प्रेषित होता है, जो पहले और दूसरे प्रकार के कंडक्टरों में विभाजित होते हैं।

पहली तरह के आचरण के कंडक्टर बिजलीउनके इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर)। इनमें सभी धातुएं और उनके मिश्र धातु, ग्रेफाइट, कोयला और कुछ ठोस ऑक्साइड शामिल हैं। इन कंडक्टरों की विद्युत चालकता की सीमा में है 10 2 से 10 6 ओम -1 सेमी -1 (उदाहरण के लिए, कोयला - 200 ओम -1 सेमी -1, चांदी 6 10 5 ओम -1 सेमी -1).

दूसरी तरह के कंडक्टर अपने आयनों (आयनिक कंडक्टर) के साथ विद्युत प्रवाह का संचालन करते हैं। उन्हें कम विद्युत चालकता की विशेषता है (उदाहरण के लिए, एच 2 ओ - 4 10 -8 ओम -1 सेमी -1).

जब पहली और दूसरी तरह के कंडक्टरों को मिला दिया जाता है, तो एक इलेक्ट्रोड बनता है। यह अक्सर अपने स्वयं के नमक के घोल में डूबी हुई धातु होती है।

जब एक धातु की प्लेट को पानी में डुबोया जाता है, तो इसकी सतह परत में धातु के परमाणु ध्रुवीय पानी के अणुओं की क्रिया के तहत हाइड्रेटेड होते हैं। जलयोजन और थर्मल गति के परिणामस्वरूप, क्रिस्टल जाली के साथ उनका बंधन कमजोर हो जाता है और एक निश्चित संख्या में परमाणु हाइड्रेटेड आयनों के रूप में धातु की सतह से सटे तरल परत में गुजरते हैं। धातु की प्लेट ऋणावेशित हो जाती है।

मैं + एम एच 2 ओ \u003d मी एन + एन एच 2 ओ + ने -

कहाँ पे मैंएक धातु परमाणु है; मैं एन + एन एच 2 ओएक हाइड्रेटेड धातु आयन है; इ-- इलेक्ट्रॉन, एनधातु आयन का आवेश है।

संतुलन की स्थिति धातु की गतिविधि और समाधान में इसके आयनों की एकाग्रता पर निर्भर करती है। सक्रिय धातुओं के मामले में ( Zn, Fe, सीडी, Ni), ध्रुवीय पानी के अणुओं के साथ संपर्क सतह से सकारात्मक धातु आयनों के अलग होने और हाइड्रेटेड आयनों के समाधान में संक्रमण के साथ समाप्त होता है (चित्र। 1 एक) यह प्रक्रिया ऑक्सीडेटिव है। जैसे-जैसे सतह के पास धनायनों की सांद्रता बढ़ती है, विपरीत प्रक्रिया की दर, धातु आयनों की कमी, बढ़ जाती है। अंततः, दोनों प्रक्रियाओं की दरों को बराबर कर दिया जाता है, एक संतुलन स्थापित किया जाता है, जिसमें धातु क्षमता के एक निश्चित मूल्य के साथ एक दोहरी विद्युत परत समाधान-धातु इंटरफ़ेस पर दिखाई देती है।

+ + + +

– – – –

‌

Zn 0 + mH 2 O → Zn 2+ mH 2 O+2e - + + – – Cu2+ एनएच 2 ओ + 2 ई - → क्यू 0 + एनएच 2 ओ

+ + + – – –

चावल। 1. इलेक्ट्रोड क्षमता की उपस्थिति की योजना

जब किसी धातु को पानी में नहीं, बल्कि इस धातु के नमक के घोल में डुबोया जाता है, तो संतुलन बायीं ओर शिफ्ट हो जाता है, यानी विलयन से धातु की सतह तक आयनों के संक्रमण की दिशा में। इस मामले में, धातु की क्षमता के एक अलग मूल्य पर पहले से ही एक नया संतुलन स्थापित किया गया है।

निष्क्रिय धातुओं के लिए शुद्ध जल में धातु आयनों की साम्यावस्था सांद्रता बहुत कम होती है। यदि ऐसी धातु को उसके नमक के घोल में डुबोया जाता है, तो धातु से विलयन में आयनों के संक्रमण की दर की तुलना में धातु के धनायनों को घोल से उच्च दर पर छोड़ा जाएगा। इस मामले में, धातु की सतह को एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त होगा, और नमक आयनों की अधिकता के कारण समाधान को एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त होगा (चित्र। 1. बी).

इस प्रकार, जब एक धातु को पानी में या इस धातु के आयनों वाले घोल में डुबोया जाता है, तो धातु-समाधान इंटरफेस पर एक दोहरी विद्युत परत बनती है, जिसमें एक निश्चित संभावित अंतर होता है। इलेक्ट्रोड विभव धातु की प्रकृति, विलयन में उसके आयनों की सांद्रता और तापमान पर निर्भर करता है।

इलेक्ट्रोड क्षमता का निरपेक्ष मान जेव्यक्तिगत इलेक्ट्रोड को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित नहीं किया जा सकता है। हालांकि, दो रासायनिक रूप से भिन्न इलेक्ट्रोड के संभावित अंतर को मापना संभव है।

हम एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की क्षमता को स्वीकार करने के लिए सहमत हुए शून्य. मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड एक प्लेटिनम प्लेट है जिसे स्पंजी प्लैटिनम के साथ लेपित किया जाता है, जिसे 1 की हाइड्रोजन आयन गतिविधि के साथ एसिड समाधान में डुबोया जाता है। मोल/ली.इलेक्ट्रोड धोया जाता है हाइड्रोजन गैसदबाव 1 एटीएमऔर तापमान 298 के.यह एक संतुलन स्थापित करता है:

2 एच + + 2 ई \u003d एच 2

मानक क्षमता के लिए j0इस धातु इलेक्ट्रोड का लिया जाता है ईएमएफएक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड से बना एक गैल्वेनिक सेल और इस धातु के नमक के घोल में रखी एक धातु की प्लेट, और घोल में धातु के धनायनों की गतिविधि (पतला घोल में, आप सांद्रता का उपयोग कर सकते हैं) 1 के बराबर होनी चाहिए मोल / एल; टी = 298 के; पी = 1 एटीएम।(मानक शर्तें)। मानक इलेक्ट्रोड क्षमता का मान हमेशा कमी आधा प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है:

मैं एन + +एन ई - → मी

धातुओं को उनके मानक इलेक्ट्रोड विभव के आरोही क्रम में व्यवस्थित करना जे 0,कमी आधा प्रतिक्रिया के अनुरूप, धातु वोल्टेज की एक श्रृंखला प्राप्त की जाती है (मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की एक श्रृंखला)। शून्य के रूप में ली गई प्रणाली की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता को एक ही पंक्ति में रखा गया है:

एच + + 2e - → एच 2

धातु की इलेक्ट्रोड क्षमता की निर्भरता जेतापमान और एकाग्रता (गतिविधि) पर नर्नस्ट समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो कि सिस्टम पर लागू होता है:

मैं एन + + एन ई -→मैं

इसे निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:

मानक इलेक्ट्रोड क्षमता कहां है, पर;

आरगैस स्थिरांक है, ;

एफ-फैराडे स्थिरांक ("96500 ." सी/मोल);

एन-प्रक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या;

मुझे एन + -समाधान में धातु आयनों की गतिविधि, मोल/ली.

मान लेना टी=298प्रति,हम पाते हैं

इसके अलावा, तनु विलयनों में गतिविधि को आयनों की सांद्रता द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जिसे के रूप में व्यक्त किया जाता है मोल/ली.

ईएमएफकिसी भी गैल्वेनिक सेल को कैथोड और एनोड की इलेक्ट्रोड क्षमता के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया जा सकता है:

ईएमएफ = जे कैथोड -जे एनोड

तत्व के ऋणात्मक ध्रुव को एनोड कहा जाता है, उस पर ऑक्सीकरण प्रक्रिया होती है:

मैं - ने - → मैं n +

सकारात्मक ध्रुव को कैथोड कहा जाता है, यह एक पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया से गुजर रहा है:

मैं + + ने - → मी

कुछ नियमों का पालन करते हुए एक गैल्वेनिक सेल को योजनाबद्ध तरीके से लिखा जा सकता है:

1. बाईं ओर के इलेक्ट्रोड को धातु-आयन अनुक्रम में लिखा जाना चाहिए। दायीं ओर का इलेक्ट्रोड आयन-धातु के क्रम में लिखा गया है। (-) Zn/Zn 2+ // Cu 2+ / Cu (+)

2. बाएं इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रिया को ऑक्सीडेटिव के रूप में दर्ज किया जाता है, और दाएं इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रिया को कमी के रूप में दर्ज किया जाता है।

3. अगर ईएमएफतत्व> 0, तो गैल्वेनिक सेल का कार्य स्वतःस्फूर्त होगा। यदि एक ईएमएफ< 0, то самопроизвольно будет работать обратный гальванический элемент.

प्रयोग पद्धति

अनुभव 1: कॉपर-जिंक सेल का संकलन

प्रयोगशाला सहायक से आवश्यक उपकरण और अभिकर्मक प्राप्त करें। एक रासायनिक बीकर में 200 मिलीबहना 100 मिली 0.1 एमकॉपर सल्फेट घोल (द्वितीय)और उसमें एक कंडक्टर से जुड़ी तांबे की प्लेट को नीचे करें। उसी मात्रा को दूसरे गिलास में डालें 0.1 एमजिंक सल्फेट का घोल और उसमें कंडक्टर से जुड़ी जिंक प्लेट को नीचे करें। प्लेटों को सैंडपेपर से पहले से साफ किया जाना चाहिए। प्रयोगशाला सहायक से एक नमक पुल प्राप्त करें और इसके साथ दो इलेक्ट्रोलाइट्स कनेक्ट करें। साल्ट ब्रिज एक कांच की नली होती है जो जेल (अगर-अगर) से भरी होती है, जिसके दोनों सिरे कॉटन स्वैब से बंद होते हैं। पुल को सोडियम सल्फेट के संतृप्त जलीय घोल में रखा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप जेल सूज जाता है और आयनिक चालकता प्रदर्शित करता है।

एक शिक्षक की मदद से, एक वोल्टमीटर को गठित गैल्वेनिक सेल के ध्रुवों से कनेक्ट करें और वोल्टेज को मापें (यदि माप एक छोटे प्रतिरोध के साथ वाल्टमीटर के साथ किया जाता है, तो मान के बीच का अंतर ईएमएफऔर तनाव कम है)। नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करते हुए, सैद्धांतिक मूल्य की गणना करें ईएमएफबिजली उत्पन्न करने वाला तत्व। वोल्टेज कम ईएमएफइलेक्ट्रोड के ध्रुवीकरण और ओमिक नुकसान के कारण गैल्वेनिक सेल।

अनुभव 2: सोडियम सल्फेट घोल का इलेक्ट्रोलिसिस

प्रयोग में गैल्वेनिक सेल द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा के कारण सोडियम सल्फेट का इलेक्ट्रोलिसिस करने का प्रस्ताव है। ऐसा करने के लिए, यू-आकार की ट्यूब में सोडियम सल्फेट का घोल डालें और इसके दोनों घुटनों में तांबे की प्लेट रखें, सैंडपेपर से साफ करें और गैल्वेनिक सेल के कॉपर और जिंक इलेक्ट्रोड से जुड़े, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 2. यू-ट्यूब की प्रत्येक कोहनी में फिनोलफथेलिन की 2-3 बूंदें डालें। कुछ समय बाद, इलेक्ट्रोलाइज़र के कैथोड स्थान में, पानी की कैथोडिक कमी के दौरान क्षार के गठन के कारण घोल गुलाबी रंग का हो जाता है। यह इंगित करता है कि गैल्वेनिक सेल वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करता है।

सोडियम सल्फेट के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के समीकरण बनाएं।

(-) कैथोड एनोड (+)

सॉल्ट ब्रिज

→ Zn2+ Cu2+→

ZnSO4CuSO4

एनोड (-) कैथोड (+)

Zn - 2e - → Zn 2+ Cu 2+ + 2e - → Cu

ऑक्सीकरण न्यूनीकरण

12.3 छात्र तैयारी का आवश्यक स्तर

1. अवधारणाओं को जानें: पहले और दूसरे प्रकार के कंडक्टर, डाइलेक्ट्रिक्स, इलेक्ट्रोड, गैल्वेनिक सेल, गैल्वेनिक सेल के एनोड और कैथोड, इलेक्ट्रोड क्षमता, मानक इलेक्ट्रोड क्षमता। ईएमएफबिजली उत्पन्न करने वाला तत्व।

2. इलेक्ट्रोड विभवों के घटित होने के कारणों और उनके मापन की विधियों के बारे में एक विचार रखें।

3. गैल्वेनिक सेल के संचालन के सिद्धांतों के बारे में एक विचार रखें।

4. इलेक्ट्रोड क्षमता की गणना के लिए नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करने में सक्षम हो।

5. गैल्वेनिक सेल के सर्किट लिखने में सक्षम हो, गणना करने में सक्षम हो ईएमएफबिजली उत्पन्न करनेवाली तत्व

आत्म-नियंत्रण के लिए कार्य

1. कंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स का वर्णन करें।

2. गैल्वेनिक सेल में एनोड का नेगेटिव चार्ज और इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में पॉजिटिव चार्ज क्यों होता है?

3. इलेक्ट्रोलाइजर और गैल्वेनिक सेल में कैथोड में क्या अंतर और समानता है?

4. एक मैग्नीशियम प्लेट को उसके नमक के घोल में उतारा गया। इस मामले में, मैग्नीशियम की इलेक्ट्रोड क्षमता बराबर निकली -2.41 वी. मैग्नीशियम आयनों की सांद्रता की गणना करें मोल/ली. (4.17x10 -2)।

5. आयनों की किस सांद्रता पर Zn 2+ (mol/l)जिंक इलेक्ट्रोड की क्षमता बन जाएगी 0.015 वीअपने मानक इलेक्ट्रोड से छोटा है? (0.3 मोल/ली)

6. निकेल और कोबाल्ट इलेक्ट्रोड को क्रमशः विलयन में उतारा जाता है। नी (संख्या 3) 2तथा सह (संख्या 3) 2. दोनों इलेक्ट्रोडों की क्षमता समान होने के लिए इन धातु आयनों की सांद्रता किस अनुपात में होनी चाहिए? (सी नी 2+: सी सीओ 2+ = 1:0.117)।

7. आयनों की किस सांद्रता पर Cu2+में मोल/लीकॉपर इलेक्ट्रोड के विभव का मान हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के मानक विभव के बराबर हो जाता है? (1.89x 10 -6 मोल/ली)।

8. आरेख खींचिए, इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के इलेक्ट्रॉनिक समीकरण लिखिए और परिकलित कीजिए ईएमएफकैडमियम और मैग्नीशियम की प्लेटों से युक्त एक गैल्वेनिक सेल, एक सांद्रता के साथ उनके लवण के घोल में उतारा जाता है = = 1.0 मोल/ली।क्या मान बदल जाएगा ईएमएफयदि प्रत्येक आयन की सांद्रता को घटाकर कर दिया जाए 0.01 मोल/ली? (2.244 वी).

लैब #13

धातुओं की विद्युत रासायनिक गतिविधि श्रृंखला(वोल्टेज की एक श्रृंखला, मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की एक श्रृंखला) - एक अनुक्रम जिसमें धातुओं को उनके मानक विद्युत रासायनिक क्षमता φ 0 को बढ़ाने के क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, धातु के कटियन कमी अर्ध-प्रतिक्रिया के अनुरूप Me n+ : Me n+ + nē → Me

धातु गतिविधि श्रृंखला का व्यावहारिक उपयोग

लवण और एसिड के जलीय घोल के साथ प्रतिक्रियाओं में धातुओं की रासायनिक गतिविधि के तुलनात्मक मूल्यांकन के लिए और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोडिक और एनोडिक प्रक्रियाओं के आकलन के लिए कई वोल्टेज का उपयोग किया जाता है:

• हाइड्रोजन के बायीं ओर की धातुएँ दायीं ओर की धातुओं की तुलना में अधिक प्रबल अपचायक होती हैं: वे बाद वाले को लवण के विलयन से विस्थापित कर देती हैं। उदाहरण के लिए, परस्पर क्रिया Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu केवल आगे की दिशा में ही संभव है।
• गैर-ऑक्सीकरण एसिड के जलीय घोल के साथ बातचीत करते समय हाइड्रोजन के बाईं ओर की धातु हाइड्रोजन को विस्थापित करती है; सबसे सक्रिय धातु (एल्यूमीनियम तक और सहित) - और पानी के साथ बातचीत करते समय।
• हाइड्रोजन के दायीं ओर की पंक्ति में धातु सामान्य परिस्थितियों में गैर-ऑक्सीकरण एसिड के जलीय घोल के साथ परस्पर क्रिया नहीं करती है।
• इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड पर हाइड्रोजन के दाईं ओर की धातुएं निकलती हैं; मध्यम गतिविधि की धातुओं में कमी हाइड्रोजन की रिहाई के साथ होती है; सबसे सक्रिय धातुओं (एल्यूमीनियम तक) को सामान्य परिस्थितियों में लवण के जलीय घोल से अलग नहीं किया जा सकता है।

क्षार धातुओं को सबसे अधिक सक्रिय माना जाता है:

• लिथियम;
• सोडियम;
• पोटैशियम;
• रूबिडियम;
• सीज़ियम;
• फ्रांसियम

यदि, मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की पूरी श्रृंखला से, हम केवल उन इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं को अलग करते हैं जो सामान्य समीकरण के अनुरूप हैं

तब हमें धातुओं के प्रतिबलों की एक श्रृंखला प्राप्त होती है। इस श्रृंखला में धातुओं के अलावा हाइड्रोजन हमेशा शामिल होता है, जिससे यह देखना संभव हो जाता है कि कौन सी धातुएं एसिड के जलीय घोल से हाइड्रोजन को विस्थापित करने में सक्षम हैं।

तालिका 19

सबसे महत्वपूर्ण धातुओं के लिए कई तनाव तालिका में दिए गए हैं। 19. तनाव की एक श्रृंखला में एक विशेष धातु की स्थिति मानक परिस्थितियों में जलीय घोलों में अंतःक्रियाओं को फिर से तैयार करने की क्षमता को दर्शाती है। धातु आयन ऑक्सीकरण एजेंट हैं, और साधारण पदार्थों के रूप में धातुएं कम करने वाले एजेंट हैं। उसी समय, धातु जितना अधिक वोल्टेज की श्रृंखला में स्थित होता है, जलीय घोल में ऑक्सीकरण एजेंट उतना ही मजबूत होता है, और इसके विपरीत, धातु श्रृंखला की शुरुआत के जितना करीब होता है, उतना ही मजबूत कम होता है गुण एक साधारण पदार्थ - धातु द्वारा प्रदर्शित होते हैं।

इलेक्ट्रोड प्रक्रिया क्षमता

में तटस्थ वातावरणबी के बराबर है (पृष्ठ 273 देखें)। सक्रिय धातुश्रृंखला की शुरुआत, -0.41 वी की तुलना में बहुत अधिक नकारात्मक क्षमता वाले, पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित करते हैं। मैग्नीशियम केवल हाइड्रोजन को विस्थापित करता है गर्म पानी. मैग्नीशियम और कैडमियम के बीच स्थित धातुएं आमतौर पर पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित नहीं करती हैं। इन धातुओं की सतह पर ऑक्साइड फिल्में बनती हैं जिनका सुरक्षात्मक प्रभाव पड़ता है।

मैग्नीशियम और हाइड्रोजन के बीच स्थित धातुएं एसिड के घोल से हाइड्रोजन को विस्थापित करती हैं। इसी समय, कुछ धातुओं की सतह पर सुरक्षात्मक फिल्में भी बनती हैं, जो प्रतिक्रिया को रोकती हैं। तो, एल्यूमीनियम पर ऑक्साइड फिल्म इस धातु को न केवल पानी में, बल्कि कुछ एसिड के घोल में भी प्रतिरोधी बनाती है। सीसा सल्फ्यूरिक एसिड में नीचे की सांद्रता में नहीं घुलता है, क्योंकि सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लेड की बातचीत के दौरान बनने वाला नमक अघुलनशील होता है और धातु की सतह पर एक सुरक्षात्मक फिल्म बनाता है। इसकी सतह पर सुरक्षात्मक ऑक्साइड या नमक फिल्मों की उपस्थिति के कारण धातु ऑक्सीकरण के गहरे निषेध की घटना को निष्क्रियता कहा जाता है, और इस मामले में धातु की स्थिति को निष्क्रिय अवस्था कहा जाता है।

धातुएँ लवण के विलयन से एक दूसरे को विस्थापित करने में सक्षम होती हैं। इस मामले में प्रतिक्रिया की दिशा वोल्टेज की श्रृंखला में उनकी पारस्परिक स्थिति से निर्धारित होती है। ऐसी प्रतिक्रियाओं के विशिष्ट मामलों को ध्यान में रखते हुए, यह याद रखना चाहिए कि सक्रिय धातुएं न केवल पानी से, बल्कि किसी भी जलीय घोल से भी हाइड्रोजन को विस्थापित करती हैं। इसलिए, धातुओं का उनके लवणों के विलयन से पारस्परिक विस्थापन व्यावहारिक रूप से केवल मैग्नीशियम के बाद पंक्ति में स्थित धातुओं के मामले में होता है।

अन्य धातुओं द्वारा उनके यौगिकों से धातुओं के विस्थापन का सबसे पहले बेकेटोव द्वारा विस्तार से अध्ययन किया गया था। अपने काम के परिणामस्वरूप, उन्होंने विस्थापन श्रृंखला में धातुओं को उनकी रासायनिक गतिविधि के अनुसार व्यवस्थित किया, जो धातु तनाव की एक श्रृंखला का प्रोटोटाइप है।

पहली नज़र में वोल्टेज की श्रृंखला और आवधिक प्रणाली में कुछ धातुओं की पारस्परिक स्थिति एक दूसरे के अनुरूप नहीं होती है। उदाहरण के लिए, आवधिक प्रणाली में स्थिति के अनुसार, पोटेशियम की प्रतिक्रियाशीलता सोडियम से अधिक होनी चाहिए, और सोडियम लिथियम से अधिक होना चाहिए। वोल्टेज की श्रृंखला में, लिथियम सबसे सक्रिय है, और पोटेशियम लिथियम और सोडियम के बीच एक मध्य स्थान रखता है। जस्ता और तांबे, आवधिक प्रणाली में उनकी स्थिति के अनुसार, लगभग समान रासायनिक गतिविधि होनी चाहिए, लेकिन वोल्टेज की श्रृंखला में, जस्ता तांबे की तुलना में बहुत पहले स्थित है। इस प्रकार की असंगति का कारण इस प्रकार है।

आवधिक प्रणाली में एक विशेष स्थान पर रहने वाली धातुओं की तुलना करते समय, उनकी रासायनिक गतिविधि का माप - कम करने की क्षमता - को मुक्त परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा के मूल्य के रूप में लिया जाता है। दरअसल, संक्रमण के दौरान, उदाहरण के लिए, आवधिक प्रणाली के समूह I के मुख्य उपसमूह के साथ ऊपर से नीचे, परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा कम हो जाती है, जो उनकी त्रिज्या में वृद्धि के साथ जुड़ी होती है (यानी, बाहरी की एक बड़ी दूरी के साथ) नाभिक से इलेक्ट्रॉन) और मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन परतों द्वारा नाभिक के धनात्मक आवेश की बढ़ती स्क्रीनिंग के साथ (देखें 31)। इसलिए, पोटेशियम परमाणु अधिक रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करते हैं - वे मजबूत होते हैं दृढ गुण, - सोडियम परमाणुओं की तुलना में, और सोडियम परमाणु लिथियम परमाणुओं की तुलना में अधिक सक्रिय होते हैं।

वोल्टेज की एक श्रृंखला में धातुओं की तुलना करते समय, रासायनिक गतिविधि का माप एक ठोस अवस्था में धातु को जलीय घोल में हाइड्रेटेड आयनों में परिवर्तित करने के कार्य के रूप में लिया जाता है। इस कार्य को तीन शब्दों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है: परमाणुकरण की ऊर्जा - एक धातु क्रिस्टल का पृथक परमाणुओं में परिवर्तन, मुक्त धातु परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा और गठित आयनों की जलयोजन ऊर्जा। परमाणुकरण ऊर्जा किसी दिए गए धातु के क्रिस्टल जाली की ताकत को दर्शाती है। परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा - उनसे वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की टुकड़ी - सीधे आवधिक प्रणाली में धातु की स्थिति से निर्धारित होती है। जलयोजन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा आयन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, उसके आवेश और त्रिज्या पर निर्भर करती है।

लिथियम और पोटेशियम आयन, जिनका चार्ज समान है लेकिन अलग-अलग त्रिज्या हैं, असमान पैदा करेंगे विद्युत क्षेत्र. छोटे लिथियम आयनों के पास उत्पन्न क्षेत्र बड़े पोटेशियम आयनों के पास के क्षेत्र से अधिक मजबूत होगा। इससे यह स्पष्ट है कि लिथियम आयन पोटेशियम नॉन की तुलना में अधिक ऊर्जा जारी करने के साथ हाइड्रेट करेंगे।

इस प्रकार, विचाराधीन परिवर्तन के दौरान, ऊर्जा परमाणुकरण और आयनीकरण पर खर्च की जाती है, और ऊर्जा जलयोजन के दौरान जारी की जाती है। कुल ऊर्जा खपत जितनी कम होगी, पूरी प्रक्रिया उतनी ही आसान होगी और वोल्टेज की श्रृंखला की शुरुआत के करीब दी गई धातु स्थित होगी। लेकिन कुल ऊर्जा संतुलन के तीन पदों में से केवल एक - आयनीकरण ऊर्जा - सीधे आवधिक प्रणाली में धातु की स्थिति से निर्धारित होती है। नतीजतन, यह उम्मीद करने का कोई कारण नहीं है कि वोल्टेज की एक श्रृंखला में कुछ धातुओं की पारस्परिक स्थिति हमेशा आवधिक प्रणाली में उनकी स्थिति के अनुरूप होगी। तो, लिथियम के लिए, कुल ऊर्जा खपत पोटेशियम की तुलना में कम है, जिसके अनुसार लिथियम पोटेशियम से पहले वोल्टेज की श्रृंखला में है।

तांबे और जस्ता के लिए, मुक्त परमाणुओं के आयनीकरण के लिए ऊर्जा का व्यय और आयनों के जलयोजन के दौरान इसका लाभ करीब है। लेकिन धात्विक तांबा एक मजबूत बनाता है क्रिस्टल लैटिसजस्ता की तुलना में, जिसे इन धातुओं के गलनांक की तुलना से देखा जा सकता है: जस्ता पर पिघला देता है, और तांबा केवल पर पिघला देता है। इसलिए, इन धातुओं के परमाणुकरण पर खर्च की गई ऊर्जा काफी भिन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप तांबे के मामले में पूरी प्रक्रिया के लिए कुल ऊर्जा लागत जस्ता के मामले की तुलना में बहुत अधिक होती है, जो इनकी सापेक्ष स्थिति की व्याख्या करती है। वोल्टेज श्रृंखला में धातु।

पानी से गैर-जलीय सॉल्वैंट्स में जाने पर, वोल्टेज की एक श्रृंखला में धातुओं की पारस्परिक स्थिति बदल सकती है। इसका कारण यह है कि एक विलायक से दूसरे में जाने पर विभिन्न धातु आयनों की सॉल्वैंशन ऊर्जा अलग-अलग बदलती है।

विशेष रूप से, कुछ कार्बनिक सॉल्वैंट्स में कॉपर आयन बहुत सख्ती से घुल जाता है; यह इस तथ्य की ओर जाता है कि ऐसे सॉल्वैंट्स में तांबा हाइड्रोजन तक वोल्टेज की एक श्रृंखला में स्थित होता है और इसे एसिड समाधान से विस्थापित करता है।

इस प्रकार, तत्वों की आवधिक प्रणाली के विपरीत, धातुओं में तनाव की एक श्रृंखला सामान्य नियमितता का प्रतिबिंब नहीं है, जिसके आधार पर धातुओं के रासायनिक गुणों की एक बहुमुखी विशेषता देना संभव है। वोल्टेज की एक श्रृंखला कड़ाई से परिभाषित शर्तों के तहत विद्युत रासायनिक प्रणाली "धातु - धातु आयन" की केवल रेडॉक्स क्षमता की विशेषता है: इसमें दिए गए मान एक जलीय घोल, तापमान और धातु की एक इकाई एकाग्रता (गतिविधि) को संदर्भित करते हैं। आयन

जब लोग "धातु" शब्द सुनते हैं, तो वे आमतौर पर इसे ठंड से जोड़ते हैं ठोसजो विद्युत धारा का संचालन करता है। हालांकि, धातु और उनके मिश्र एक दूसरे से बहुत भिन्न हो सकते हैं। ऐसे हैं जो भारी समूह से संबंधित हैं, इन पदार्थों का घनत्व सबसे अधिक है। और कुछ, जैसे लिथियम, इतने हल्के होते हैं कि वे पानी में तैर सकते हैं यदि केवल वे इसके साथ सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया नहीं करते हैं।

कौन सी धातुएँ सबसे अधिक सक्रिय होती हैं?

लेकिन कौन सी धातु सबसे तीव्र गुण प्रदर्शित करती है? सबसे सक्रिय धातु सीज़ियम है। सभी धातुओं में गतिविधि के मामले में, यह पहले स्थान पर है। इसके अलावा, उनके "भाइयों" को फ्रांसियम माना जाता है, जो दूसरे स्थान पर है, और एकतरफा है। लेकिन बाद के गुणों के बारे में बहुत कम जानकारी है।

सीज़ियम गुण

सीज़ियम एक ऐसा तत्व है जो हाथों में पिघलना भी उतना ही आसान है। सच है, यह केवल एक शर्त के तहत किया जा सकता है: यदि सीज़ियम एक गिलास ampoule में है। अन्यथा, धातु आसपास की हवा के साथ जल्दी से प्रतिक्रिया कर सकती है - प्रज्वलित। और पानी के साथ सीज़ियम की परस्पर क्रिया एक विस्फोट के साथ होती है - यह इसकी अभिव्यक्ति में सबसे सक्रिय धातु है। यह इस सवाल का जवाब है कि सीज़ियम को कंटेनरों में डालना इतना मुश्किल क्यों है।

इसे एक परखनली के अंदर रखने के लिए यह आवश्यक है कि यह विशेष कांच का बना हो और आर्गन या हाइड्रोजन से भरा हो। सीज़ियम का गलनांक 28.7 o C होता है। कमरे के तापमान पर, धातु अर्ध-तरल अवस्था में होती है। सीज़ियम एक सुनहरा-सफेद पदार्थ है। द्रव अवस्था में धातु प्रकाश को अच्छी तरह परावर्तित कर देती है। सीज़ियम वाष्प में हरा-नीला रंग होता है।

सीज़ियम की खोज कैसे हुई?

सबसे सक्रिय धातु पहला रासायनिक तत्व था, जिसकी उपस्थिति पृथ्वी की पपड़ी की सतह पर वर्णक्रमीय विश्लेषण की विधि का उपयोग करके पाई गई थी। जब वैज्ञानिकों को धातु का स्पेक्ट्रम मिला तो उन्होंने उसमें दो आसमानी-नीली रेखाएं देखीं। इस प्रकार, इस तत्व को इसका नाम मिला। कैसियस शब्द का अनुवाद . से किया गया है लैटिनका अर्थ है "आकाश नीला"।

डिस्कवरी इतिहास

इसकी खोज जर्मन शोधकर्ताओं R. Bunsen और G. Kirchhoff की है। तब भी, वैज्ञानिकों की दिलचस्पी थी कि कौन सी धातुएँ सक्रिय हैं और कौन सी नहीं। 1860 में, शोधकर्ताओं ने दुर्खीम जलाशय से पानी की संरचना का अध्ययन किया। उन्होंने वर्णक्रमीय विश्लेषण की मदद से ऐसा किया। पानी के एक नमूने में वैज्ञानिकों को स्ट्रोंटियम, मैग्नीशियम, लिथियम और कैल्शियम जैसे तत्व मिले।

फिर उन्होंने स्पेक्ट्रोस्कोप से पानी की एक बूंद का विश्लेषण करने का फैसला किया। फिर उन्होंने दो चमकदार नीली रेखाएँ देखीं, जो एक दूसरे से बहुत दूर नहीं थीं। उनमें से एक व्यावहारिक रूप से अपनी स्थिति में स्ट्रोंटियम धातु की रेखा के साथ मेल खाता था। वैज्ञानिकों ने तय किया कि जिस पदार्थ की उन्होंने पहचान की वह अज्ञात था और इसके लिए क्षार धातुओं के समूह को जिम्मेदार ठहराया।

उसी वर्ष, बन्सन ने अपने सहयोगी, फोटोकेमिस्ट जी. रोस्को को एक पत्र लिखा, जिसमें उन्होंने इस खोज के बारे में बताया। और आधिकारिक तौर पर, 10 मई, 1860 को बर्लिन अकादमी में वैज्ञानिकों की एक बैठक में सीज़ियम की घोषणा की गई थी। छह महीने के बाद, बन्सन लगभग 50 ग्राम सीज़ियम क्लोरोप्लाटिनाइट को अलग करने में सक्षम था। अंततः सबसे सक्रिय धातु प्राप्त करने के लिए वैज्ञानिकों ने 300 टन खनिज पानी को संसाधित किया और उप-उत्पाद के रूप में लगभग 1 किलो लिथियम क्लोराइड अलग किया। इससे पता चलता है कि मिनरल वाटर में बहुत कम सीज़ियम होता है।

सीज़ियम प्राप्त करने की कठिनाई लगातार वैज्ञानिकों को इसमें शामिल खनिजों की खोज करने के लिए प्रेरित कर रही है, जिनमें से एक प्रदूषण है। लेकिन अयस्कों से सीज़ियम का निष्कर्षण हमेशा अधूरा होता है, ऑपरेशन के दौरान, सीज़ियम बहुत जल्दी नष्ट हो जाता है। यह इसे धातु विज्ञान में सबसे दुर्गम पदार्थों में से एक बनाता है। पर पृथ्वी की पपड़ीउदाहरण के लिए, प्रति टन 3.7 ग्राम सीज़ियम होता है। और एक लीटर समुद्री जल में केवल 0.5 माइक्रोग्राम पदार्थ ही सर्वाधिक सक्रिय धातु है। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि सीज़ियम का निष्कर्षण सबसे अधिक श्रम-गहन प्रक्रियाओं में से एक है।

रूस में रसीद

जैसा कि उल्लेख किया गया है, मुख्य खनिज जिससे सीज़ियम प्राप्त होता है, वह प्रदूषित है। और यह सबसे सक्रिय धातु एक दुर्लभ एवोगैड्राइट से भी प्राप्त की जा सकती है। उद्योग में, यह प्रदूषित है जिसका उपयोग किया जाता है। ब्रेकअप के बाद इसे निकालना सोवियत संघरूस में नहीं किया गया था, इस तथ्य के बावजूद कि उस समय भी मरमंस्क के पास वोरोन्या टुंड्रा में सीज़ियम के विशाल भंडार की खोज की गई थी।

जब तक घरेलू उद्योग सीज़ियम निकालने का जोखिम उठा सकता था, तब तक इस जमा को विकसित करने का लाइसेंस कनाडा की एक कंपनी द्वारा प्राप्त कर लिया गया था। अब सीज़ियम का निष्कर्षण नोवोसिबिर्स्क कंपनी CJSC रेयर मेटल्स प्लांट द्वारा किया जाता है।

सीज़ियम का उपयोग

इस धातु का उपयोग विभिन्न सौर सेल बनाने के लिए किया जाता है। और सीज़ियम यौगिकों का उपयोग प्रकाशिकी की विशेष शाखाओं में भी किया जाता है - अवरक्त उपकरणों के निर्माण में, सीज़ियम का उपयोग उन स्थलों के निर्माण में किया जाता है जो आपको दुश्मन के उपकरण और जनशक्ति को नोटिस करने की अनुमति देते हैं। इसका उपयोग विशेष बनाने के लिए भी किया जाता है धातु के हैलाइटदीपक।

लेकिन यह इसके आवेदन के दायरे को समाप्त नहीं करता है। सीज़ियम के आधार पर कई दवाएं भी बनाई गई हैं। ये डिप्थीरिया, पेप्टिक अल्सर, शॉक और सिज़ोफ्रेनिया के इलाज के लिए दवाएं हैं। लिथियम लवण की तरह, सीज़ियम लवण में मानदंड गुण होते हैं - या, बस, वे भावनात्मक पृष्ठभूमि को स्थिर करने में सक्षम होते हैं।

फ्रांसियम धातु

सबसे तीव्र गुणों वाली धातुओं में से एक फ्रांसियम है। इसे धातु के खोजकर्ता की मातृभूमि के सम्मान में इसका नाम मिला। फ्रांस में पैदा हुए एम. पेरे ने एक नई शुरुआत की रासायनिक तत्व 1939 में। यह उन तत्वों में से एक है जिसके बारे में स्वयं रसायनज्ञ भी कोई निष्कर्ष निकालना मुश्किल पाते हैं।

फ्रांस सबसे भारी धातु. वहीं, सबसे सक्रिय धातु सीज़ियम के साथ-साथ फ्रांसियम है। फ्रांसियम में यह दुर्लभ संयोजन है - उच्च रासायनिक गतिविधि और कम परमाणु स्थिरता। इसके सबसे लंबे समय तक रहने वाले आइसोटोप का आधा जीवन केवल 22 मिनट का होता है। फ्रांसियम का उपयोग एक अन्य तत्व - एक्टिनियम का पता लगाने के लिए किया जाता है। साथ ही फ्रैंशियम लवण, इसे पहले कैंसर के ट्यूमर का पता लगाने के लिए उपयोग करने का प्रस्ताव दिया गया था। हालांकि, उच्च लागत के कारण, यह नमक उत्पादन के लिए लाभहीन है।

सबसे सक्रिय धातुओं की तुलना

यूनुनेनियम अभी तक खोजी गई धातु नहीं है। यह आवर्त सारणी की आठवीं पंक्ति में पहले स्थान पर होगा। इस तत्व का विकास और अनुसंधान रूस में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान में किया जाता है। इस धातु में भी बहुत उच्च गतिविधि होनी चाहिए। यदि हम पहले से ज्ञात फ्रैंशियम और सीज़ियम की तुलना करते हैं, तो फ़्रांशियम में उच्चतम आयनीकरण क्षमता होगी - 380 kJ / mol।

सीज़ियम के लिए, यह आंकड़ा 375 kJ/mol है। लेकिन फ्रांसियम अभी भी सीज़ियम जितनी जल्दी प्रतिक्रिया नहीं करता है। इस प्रकार, सीज़ियम सबसे सक्रिय धातु है। यह उत्तर है (रसायन विज्ञान अक्सर पाठ्यक्रम में वह विषय होता है जिसके लिए आप एक समान प्रश्न पा सकते हैं), जो स्कूल में कक्षा और व्यावसायिक स्कूल दोनों में उपयोगी हो सकता है।

रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों में, "एसिड" विषय को एक या दूसरे रूप में प्रस्तुत करते समय, धातुओं की तथाकथित विस्थापन श्रृंखला का उल्लेख किया जाता है, जिसके संकलन को अक्सर बेकेटोव को जिम्मेदार ठहराया जाता है।

उदाहरण के लिए, G. E. Rudzitis और F. G. Feldman, 8वीं कक्षा के लिए एक बार सबसे व्यापक पाठ्यपुस्तक (1989 से 1995 तक, इसे 8.3 मिलियन प्रतियों के कुल प्रसार के साथ प्रकाशित किया गया था), निम्नलिखित बताता है। अनुभव से यह सत्यापित करना आसान है कि मैग्नीशियम एसिड के साथ जल्दी से प्रतिक्रिया करता है (उदाहरण के रूप में हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग करके), जस्ता कुछ अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, लोहा और भी धीरे-धीरे, और तांबा हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। "इसी तरह के प्रयोग रूसी वैज्ञानिक एन। एन। बेकेटोव द्वारा किए गए थे," पाठ्यपुस्तक के लेखक आगे लिखते हैं। - प्रयोगों के आधार पर, उन्होंने धातुओं की एक विस्थापन श्रृंखला संकलित की: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au। इस श्रंखला में सभी धातुएँ जो हाइड्रोजन के सामने खड़ी होती हैं, उन्हें अम्लों से विस्थापित करने में सक्षम होती हैं। यह भी बताया गया है कि बेकेटोव "संस्थापक" हैं भौतिक रसायन. 1863 में उन्होंने धातुओं की एक विस्थापन श्रृंखला संकलित की, जिसका नाम वैज्ञानिक के नाम पर रखा गया है। इसके बाद, छात्रों को बताया जाता है कि बेकेटोव श्रृंखला में, बाईं ओर की धातुएँ धातुओं को उनके लवण के विलयन से दाईं ओर विस्थापित करती हैं। अपवाद सबसे सक्रिय धातु है। इसी तरह की जानकारी अन्य स्कूल पाठ्यपुस्तकों और मैनुअल में पाई जा सकती है, उदाहरण के लिए: "रूसी रसायनज्ञ एन.एन. बेकेटोव ने सभी धातुओं की जांच की और उन्हें विस्थापन श्रृंखला (गतिविधि श्रृंखला) में उनकी रासायनिक गतिविधि के अनुसार व्यवस्थित किया", आदि।

यहां कई सवाल उठ सकते हैं।

प्रश्न एक। बेकेटोव के प्रयोगों (यानी 1863 से पहले) से पहले रसायनज्ञ नहीं जानते थे कि मैग्नीशियम, जस्ता, लोहा और कई अन्य धातुएं हाइड्रोजन को छोड़ने के लिए एसिड के साथ प्रतिक्रिया करती हैं, जबकि तांबा, पारा, चांदी, प्लेटिनम और सोना में यह नहीं होता है। संपत्ति?

प्रश्न दो। क्या बेकेटोव से पहले केमिस्टों ने यह नहीं देखा था कि कुछ धातुएँ अपने लवणों के विलयन से दूसरों को विस्थापित कर सकती हैं?

प्रश्न तीन। V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsov की पुस्तक में "दुनिया के उत्कृष्ट रसायनज्ञ। जीवनी संदर्भ पुस्तक "(एम .: ग्रेजुएट स्कूल, 1991) ऐसा कहा जाता है कि निकोलाई निकोलाइविच बेकेटोव (1827-1911) "एक रूसी भौतिक रसायनज्ञ, शिक्षाविद ... भौतिक रसायन विज्ञान के संस्थापकों में से एक है ... उन्होंने व्यवहार का अध्ययन किया कार्बनिक अम्लउच्च तापमान पर। संश्लेषित (1852) बेंज़ुराइड और एसिटुराइड। अभिकर्मकों की स्थिति और बाहरी स्थितियों पर प्रतिक्रियाओं की दिशा की निर्भरता पर कई सैद्धांतिक प्रावधानों को आगे रखें (1865) ... पहली बार प्राप्त (1870) क्षार धातुओं के ऑक्साइड और क्लोराइड के गठन की गर्मी निर्धारित की। ) क्षार धातुओं के निर्जल ऑक्साइड। धातुओं को उनके ऑक्साइड से पुनर्स्थापित करने के लिए एल्यूमीनियम की क्षमता का उपयोग करते हुए, उन्होंने एल्युमिनोथर्मी की नींव रखी ... रूसी भौतिकी के अध्यक्ष रासायनिक समाज....". और विस्थापन श्रृंखला के उनके संकलन के बारे में एक शब्द भी नहीं, जिसे लाखों प्रतियों में प्रकाशित स्कूली पाठ्यपुस्तकों में शामिल किया गया था (उदाहरण के लिए, यूराइड्स - यूरिया डेरिवेटिव के विपरीत)!

रूसी वैज्ञानिक की महत्वपूर्ण खोज को भूलने के लिए जीवनी मार्गदर्शिका के लेखकों को दोष देना शायद ही आवश्यक है: आखिरकार, डी। आई। मेंडेलीव, जिन्हें किसी भी तरह से देशभक्ति के लिए फटकार नहीं लगाई जा सकती है, उनकी क्लासिक पाठ्यपुस्तक "फंडामेंटल्स ऑफ केमिस्ट्री" में भी कभी उल्लेख नहीं किया गया है। बेकेटोव की विस्थापन श्रृंखला, हालांकि 15 बार उनके विभिन्न कार्यों को संदर्भित करता है। इन सभी सवालों के जवाब देने के लिए, हमें रसायन विज्ञान के इतिहास में एक भ्रमण करना होगा, यह पता लगाने के लिए कि धातुओं की गतिविधि श्रृंखला का प्रस्ताव किसने और कब किया, एन.एन. बेकेटोव ने स्वयं कौन से प्रयोग किए और उनकी विस्थापन श्रृंखला क्या है।

पहले दो प्रश्नों के उत्तर निम्न प्रकार से दिए जा सकते हैं। बेशक, दोनों धातुओं द्वारा एसिड से हाइड्रोजन की रिहाई, और विभिन्न उदाहरणबेकेटोव के जन्म से बहुत पहले नमक से एक दूसरे के विस्थापन को जाना जाता था। उदाहरण के लिए, 1783 में प्रकाशित स्वीडिश केमिस्ट और मिनरलोगिस्ट थॉर्नबर्न ओलाफ बर्गमैन के एक मैनुअल में, पॉलीमेटेलिक अयस्कों का विश्लेषण करते समय लोहे की प्लेटों का उपयोग करके समाधान से सीसा और चांदी को विस्थापित करने की सिफारिश की जाती है। अयस्क में लौह सामग्री की गणना करते समय, किसी को उस हिस्से को ध्यान में रखना चाहिए जो प्लेटों से समाधान में चला गया। उसी मैनुअल में, बर्गमैन लिखते हैं: "धातुओं को अन्य धातुओं द्वारा उनके लवण के समाधान से विस्थापित किया जा सकता है, और कुछ स्थिरता देखी जाती है। जस्ता, लोहा, सीसा, टिन, तांबा, चांदी और पारा की श्रृंखला में, जस्ता लोहे को विस्थापित करता है, आदि। ” और, ज़ाहिर है, यह बर्गमैन नहीं था जिसने पहली बार इन प्रतिक्रियाओं की खोज की थी: इस तरह के अवलोकन रसायन विज्ञान के समय से पहले के हैं। अधिकांश प्रसिद्ध उदाहरणइस तरह की प्रतिक्रिया का उपयोग मध्य युग में चार्लटन द्वारा किया गया था, जिन्होंने सार्वजनिक रूप से एक लोहे की कील के "रूपांतरण" को लाल "सोने" में प्रदर्शित किया था, जब उन्होंने कील को कॉपर सल्फेट के घोल में डुबोया था। अब इस प्रतिक्रिया को स्कूल में रसायन विज्ञान की कक्षाओं में प्रदर्शित किया जाता है। सार क्या है नया सिद्धांतबेकेटोव? रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के आगमन से पहले, रसायनज्ञों ने एक या दूसरे दिशा में प्रतिक्रिया के प्रवाह को दूसरों के लिए कुछ निकायों की आत्मीयता की अवधारणा द्वारा समझाया। वही बर्गमैन, प्रसिद्ध विस्थापन प्रतिक्रियाओं पर आधारित, 1775 से चयनात्मक आत्मीयता के सिद्धांत को विकसित किया। इस सिद्धांत के अनुसार, दी गई परिस्थितियों में दो पदार्थों के बीच रासायनिक संबंध स्थिर रहता है और यह निर्भर नहीं करता है सापेक्ष द्रव्यमानअभिकारक यही है, यदि शरीर ए और बी शरीर सी के संपर्क में हैं, तो शरीर जो इसके लिए अधिक आत्मीयता रखता है वह सी के साथ जुड़ जाएगा। उदाहरण के लिए, लोहे में पारा की तुलना में ऑक्सीजन के लिए अधिक आत्मीयता है, और इसलिए यह सबसे पहले ऑक्सीकृत होगा। यह मान लिया गया था कि प्रतिक्रिया की दिशा केवल प्रतिक्रियाशील निकायों की रासायनिक आत्मीयता से निर्धारित होती है, और प्रतिक्रिया अंत तक जाती है। बर्गमैन ने रासायनिक आत्मीयता की तालिकाएँ संकलित कीं, जिनका उपयोग रसायनज्ञों द्वारा 19 वीं शताब्दी की शुरुआत तक किया जाता था। इन तालिकाओं में, विशेष रूप से, विभिन्न अम्ल और क्षार शामिल हैं।

लगभग एक साथ बर्गमैन के साथ, फ्रांसीसी रसायनज्ञ क्लाउड लुई बर्थोलेट ने एक और सिद्धांत विकसित किया। रासायनिक आत्मीयता भी एक दूसरे के लिए निकायों के आकर्षण से जुड़ी थी, लेकिन अन्य निष्कर्ष निकाले गए थे। सार्वभौमिक आकर्षण के नियम के अनुरूप, बर्थोलेट का मानना ​​​​था कि रसायन विज्ञान में आकर्षण भी प्रतिक्रियाशील निकायों के द्रव्यमान पर निर्भर होना चाहिए। इसलिए, प्रतिक्रिया का क्रम और उसका परिणाम न केवल अभिकर्मकों की रासायनिक आत्मीयता पर निर्भर करता है, बल्कि उनकी मात्रा पर भी निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, यदि निकाय A और B, C के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, तो शरीर C को A और B के बीच उनकी समानता और द्रव्यमान के अनुसार वितरित किया जाएगा, और एक भी प्रतिक्रिया अंत तक नहीं पहुंच पाएगी, क्योंकि संतुलन तब आएगा जब AC, BC और मुक्त ए और बी एक साथ मौजूद हैं। यह बहुत महत्वपूर्ण है कि ए और बी के बीच सी का वितरण ए या बी की अधिकता के आधार पर भिन्न हो सकता है। इसलिए, एक बड़ी अतिरिक्त के साथ, कम आत्मीयता वाला शरीर लगभग पूरी तरह से शरीर सी का "चयन" कर सकता है अपने "प्रतिद्वंद्वी" से। लेकिन अगर प्रतिक्रिया उत्पादों (एसी या बीसी) में से एक को हटा दिया जाता है, तो प्रतिक्रिया अंत तक जाएगी और केवल उत्पाद जो गुंजाइश छोड़ देता है वह बनता है।

बर्थोलेट ने विलयनों से अवक्षेपण की प्रक्रियाओं का अवलोकन करते हुए अपने निष्कर्ष निकाले। पुरानी शब्दावली के अलावा, ये निष्कर्ष आश्चर्यजनक रूप से आधुनिक लगते हैं। हालांकि, बर्थोलेट का सिद्धांत गुणात्मक था; इसने आत्मीयता मूल्यों को मापने का कोई तरीका प्रदान नहीं किया।

सिद्धांत में आगे की प्रगति बिजली के क्षेत्र में खोजों पर आधारित थी। इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टास देर से XVIIIमें। दिखाया कि जब विभिन्न धातुएँ संपर्क में आती हैं, तो एक विद्युत आवेश उत्पन्न होता है। धातुओं के विभिन्न जोड़े के साथ प्रयोग करना और दूसरों के संबंध में कुछ धातुओं के आवेश के संकेत और परिमाण का निर्धारण करते हुए, वोल्टा ने वोल्टेज की एक श्रृंखला स्थापित की: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au। विभिन्न धातुओं के जोड़े का उपयोग करते हुए, वोल्टा ने एक गैल्वेनिक सेल डिजाइन किया, जिसकी ताकत जितनी अधिक थी, इस श्रृंखला के सदस्य उतने ही दूर थे। इसका कारण उस समय अज्ञात था। सच है, 1797 में वापस, जर्मन वैज्ञानिक जोहान विल्हेम रिटर ने भविष्यवाणी की थी कि ऑक्सीजन के साथ संयोजन करने की उनकी क्षमता को कम करने के लिए धातुओं को तनाव की श्रृंखला में होना चाहिए। जस्ता और सोने के मामले में, यह निष्कर्ष संदेह में नहीं था; अन्य धातुओं की तरह, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उनकी शुद्धता बहुत अधिक नहीं थी, इसलिए वोल्टा श्रृंखला हमेशा आधुनिक के अनुरूप नहीं होती है।

इस मामले में होने वाली प्रक्रियाओं की प्रकृति पर सैद्धांतिक विचार बहुत अस्पष्ट और अक्सर विरोधाभासी थे। प्रसिद्ध स्वीडिश रसायनज्ञ 19 वीं शताब्दी की शुरुआत में जोंस जैकब बर्ज़ेलियस। एक इलेक्ट्रोकेमिकल बनाया (या द्वैतवादी, से अक्षां. दोहरी - "दोहरी") सिद्धांत रासायनिक यौगिक. इस सिद्धांत के अनुसार, यह माना गया कि प्रत्येक रासायनिक यौगिक में दो भाग होते हैं - धनात्मक और ऋणात्मक रूप से आवेशित। 1811 में, बर्जेलियस ने अपने ज्ञात तत्वों के रासायनिक गुणों के आधार पर, उन्हें एक पंक्ति में व्यवस्थित किया ताकि इसमें प्रत्येक शब्द पिछले एक के संबंध में इलेक्ट्रोनगेटिव और अगले के संबंध में इलेक्ट्रोपोसिटिव हो। एक संक्षिप्त संस्करण में, निम्नलिखित को विद्युत ऋणात्मक तत्वों (अवरोही क्रम में) को सौंपा गया था:

O, S, N, Cl, Br, S, Se P, As, Cr, B, C, Sb, Te, Si.

फिर संक्रमण तत्व का अनुसरण किया - हाइड्रोजन, और उसके बाद - इलेक्ट्रोपोसिटिव तत्व (इस संपत्ति को बढ़ाने के क्रम में):

Au, Pt, Hg, Ag, Cu, Bi, Sn, Pb, Cd, Co, Ni, Fe, Zn, Mn, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K.

यदि आप सभी धातुओं को उल्टे क्रम में फिर से लिखते हैं, तो यह श्रृंखला आधुनिक के बहुत करीब है। इस श्रृंखला में धातुओं के क्रम में कुछ अंतर शायद बर्ज़ेलियस के समय में पदार्थों के अपर्याप्त शुद्धिकरण के साथ-साथ बर्ज़ेलियस द्वारा निर्देशित धातुओं के कुछ अन्य गुणों के कारण हैं। बर्ज़ेलियस के अनुसार, इस पंक्ति में तत्व एक-दूसरे से जितने दूर होते हैं, उतने ही विपरीत होते हैं। विद्युत शुल्कऔर जितने अधिक टिकाऊ रासायनिक यौगिक वे एक दूसरे के साथ बनते हैं।

19वीं शताब्दी के मध्य में बर्जेलियस का द्वैतवाद का सिद्धांत। दबदबा था। इसकी विफलता को थर्मोकैमिस्ट्री के संस्थापक, फ्रांसीसी वैज्ञानिक मार्सेलिन बर्थेलॉट और डेनिश शोधकर्ता जूलियस थॉमसन ने दिखाया था। उन्होंने रासायनिक आत्मीयता को उस कार्य से मापा जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकता है। व्यवहार में, इसे प्रतिक्रिया की गर्मी से मापा जाता था। इन कार्यों ने रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का निर्माण किया, एक ऐसा विज्ञान जिसने इसे संभव बनाया, विशेष रूप से, एक प्रतिक्रिया प्रणाली में संतुलन की स्थिति की गणना करने के लिए, जिसमें एक इलेक्ट्रो में संतुलन भी शामिल है। रासायनिक प्रक्रिया. सैद्धांतिक आधारमें रखे गए समाधानों में गतिविधि की एक श्रृंखला (और वोल्टेज की एक श्रृंखला) देर से XIXमें। जर्मन भौतिक रसायनज्ञ वाल्टर नर्नस्ट। गुणात्मक विशेषता के बजाय - कुछ प्रतिक्रियाओं के लिए धातु और उसके आयन की आत्मीयता या क्षमता - एक सटीक मात्रात्मक मूल्य दिखाई दिया जो प्रत्येक धातु की आयनों के रूप में समाधान में पारित होने की क्षमता को दर्शाता है, और आयनों से कम करने के लिए भी इलेक्ट्रोड पर धातु। ऐसा मान धातु की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता है, और संभावित परिवर्तन के क्रम में व्यवस्थित संबंधित श्रृंखला को मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला कहा जाता है। (मानक अवस्था मानती है कि घोल में आयनों की सांद्रता 1 mol/l है, और गैस का दबाव 1 atm है; सबसे अधिक बार, मानक अवस्था की गणना 25 ° C के तापमान के लिए की जाती है।)

सबसे सक्रिय क्षार धातुओं की मानक क्षमता की गणना सैद्धांतिक रूप से की गई थी, क्योंकि उन्हें जलीय घोल में प्रयोगात्मक रूप से मापना असंभव है। धातुओं की उनके आयनों की विभिन्न सांद्रता (अर्थात, गैर-मानक अवस्थाओं में) की क्षमता की गणना करने के लिए, नर्नस्ट समीकरण का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोड क्षमता न केवल धातुओं के लिए, बल्कि कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए भी निर्धारित की गई है, जिसमें धनायन और आयन दोनों शामिल हैं। इससे सैद्धांतिक रूप से विभिन्न प्रकार की रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की संभावना का अनुमान लगाना संभव हो जाता है विभिन्न शर्तें. यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि गैर-जलीय समाधानों में, धातुओं की क्षमता भिन्न होगी, ताकि श्रृंखला में धातुओं का क्रम स्पष्ट रूप से बदल सके। उदाहरण के लिए, जलीय घोल में कॉपर इलेक्ट्रोड का विभव धनात्मक (+0.24 V) होता है और कॉपर हाइड्रोजन के दाईं ओर स्थित होता है। एसीटोनिट्राइल CH3CN के विलयन में कॉपर विभव ऋणात्मक (-0.28 V) होता है, अर्थात् कॉपर हाइड्रोजन के बाईं ओर स्थित होता है। इसलिए, इस विलायक में निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2।

अब तीसरे प्रश्न का उत्तर देने और यह पता लगाने का समय है कि बेकेटोव ने वास्तव में क्या अध्ययन किया और वह किस निष्कर्ष पर पहुंचा।

सबसे प्रमुख रूसी रसायनज्ञों में से एक, एन.एन. बेकेटोव, कज़ान विश्वविद्यालय से स्नातक (1848 में) के बाद, एन.एन. विनिन की प्रयोगशाला में मेडिकल और सर्जिकल अकादमी में कुछ समय के लिए काम किया, फिर सेंट खार्कोव विश्वविद्यालय में। 1857 में विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान विभाग को प्राप्त करने के तुरंत बाद, बेकेटोव एक वर्ष के लिए "एक हजार रूबल प्रति वर्ष प्राप्त वेतन से अधिक की नियुक्ति के साथ" विदेश चला गया - उस समय यह एक बड़ी राशि थी। पेरिस में अपने प्रवास के दौरान, उन्होंने प्रकाशित किया (पर .) फ्रेंच) हाइड्रोजन द्वारा विलयनों से कुछ धातुओं के विस्थापन और जस्ता वाष्प के प्रभाव को कम करने पर रूस में उनके पहले के अध्ययन के परिणाम। पेरिस केमिकल सोसाइटी की एक बैठक में, बेकेटोव ने हाइड्रोजन के साथ SiCl4 और BF3 की कमी पर अपने काम की सूचना दी। कुछ तत्वों के विस्थापन के लिए समर्पित अनुसंधान की श्रृंखला में ये पहली कड़ी थीं, जिसे बेकेटोव ने 1856 में शुरू किया और 1865 में पूरा किया।

पहले से ही विदेश में, बेकेटोव ने अपनी ओर ध्यान आकर्षित किया। यह डी। आई। मेंडेलीव के शब्दों को उद्धृत करने के लिए पर्याप्त है, जिनसे बेकेटोव जर्मनी में मिले थे: "विदेश में रूसी रसायनज्ञों से, मैंने बेकेटोव को सीखा ... सविच, सेचेनोव। बस इतना ही ... जो लोग रूस का सम्मान करते हैं, वे लोग जिनके साथ मुझे खुशी है कि मैं साथ मिला।

1865 में, बेकेटोव का शोध प्रबंध "कुछ तत्वों के विस्थापन की घटना पर दूसरों द्वारा शोध" खार्कोव में प्रकाशित हुआ था। यह काम 1904 में खार्कोव में (संग्रह में "एन। एन। बेकेटोव की वैज्ञानिक गतिविधि की 50 वीं वर्षगांठ की स्मृति में") और 1955 में (संग्रह "एन। एन। बेकेटोव। भौतिक रसायन विज्ञान में चयनित कार्य") में पुनर्प्रकाशित किया गया था। ।

आइए बेकेटोव के इस काम से अधिक विस्तार से परिचित हों। यह दो हिस्सों से मिलकर बना है। पहला भाग (इसमें छह खंड हैं) लेखक के प्रयोगों के परिणामों को बहुत विस्तार से प्रस्तुत करता है। पहले तीन खंड विभिन्न दबावों पर चांदी और पारा लवण के समाधान पर हाइड्रोजन की क्रिया के लिए समर्पित हैं। बेकेटोव को यह लग रहा था कि धातुओं की एक श्रृंखला में हाइड्रोजन के स्थान का पता लगाने का कार्य, साथ ही बाहरी परिस्थितियों पर प्रतिक्रिया की दिशा की निर्भरता - दबाव, तापमान, अभिकर्मकों की एकाग्रता, अत्यंत महत्वपूर्ण लग रही थी। उन्होंने विलयन और शुष्क पदार्थों दोनों के साथ प्रयोग किए। रसायनज्ञों को यह अच्छी तरह से ज्ञात था कि हाइड्रोजन उच्च तापमान पर कुछ धातुओं को उनके ऑक्साइड से आसानी से विस्थापित कर देता है, लेकिन कम तापमान पर निष्क्रिय होता है। बेकेटोव ने पाया कि बढ़ते दबाव के साथ हाइड्रोजन की गतिविधि बढ़ जाती है, जिसे उन्होंने अभिकर्मक के "अधिक घनत्व" से जोड़ा (अब वे कहेंगे - उच्च दबाव के साथ, यानी गैस एकाग्रता)।

समाधान से हाइड्रोजन के साथ धातुओं को विस्थापित करने की संभावना का अध्ययन करते हुए, बेकेटोव ने कई जोखिम भरे प्रयोग किए। रसायन विज्ञान के इतिहास में पहली बार, बेकेटोव ने 100 एटीएम से अधिक दबाव डाला। उन्होंने अंधेरे में कई मोड़ (कोहनी) के साथ सीलबंद कांच की नलियों में प्रयोग किए। एक घुटने में उसने नमक का घोल रखा, दूसरे में - एसिड, और ट्यूब के अंत में - धात्विक जस्ता। ट्यूब को झुकाकर बेकेटोव ने अधिक मात्रा में लिए गए एसिड में जिंक को गिरा दिया। घुले हुए जस्ता के द्रव्यमान और ट्यूब के आयतन को जानकर, प्राप्त हाइड्रोजन दबाव का अनुमान लगाना संभव था। कुछ प्रयोगों में, बेकेटोव ने एक ट्यूब के लिए एक पतली केशिका में तरल द्वारा हवा के संपीड़न की डिग्री द्वारा दबाव निर्दिष्ट किया। ट्यूब का उद्घाटन हमेशा एक विस्फोट के साथ होता था। एक प्रयोग में, जिसमें दबाव 110 एटीएम तक पहुंच गया, ट्यूब खोलने के दौरान एक विस्फोट (इसे एक उलटे सिलेंडर के नीचे पानी में किया गया था) ने एक मोटी दीवार वाले सिलेंडर को चकनाचूर कर दिया, जिसकी मात्रा एक हजार गुना अधिक थी अभिकर्मकों के साथ ट्यूब की मात्रा की तुलना में।

प्रयोगों से पता चला है कि हाइड्रोजन की क्रिया न केवल उसके दबाव पर निर्भर करती है, बल्कि "धातु के घोल की ताकत" पर भी निर्भर करती है, अर्थात इसकी सांद्रता पर। लगभग 10 एटीएम के दबाव में जस्ता के पूर्ण विघटन से पहले ही AgCl के अमोनिया घोल से चांदी की कमी शुरू हो जाती है - पारदर्शी घोल भूरा हो जाता है (पहले गैस के साथ सीमा पर, फिर पूरे द्रव्यमान में), और कुछ के बाद दिन ग्रे सिल्वर पाउडर दीवारों पर जम जाता है। वायुमंडलीय दबाव पर कोई प्रतिक्रिया नहीं देखी गई। चांदी भी नाइट्रेट और सल्फेट से कम हो गई थी, और हाइड्रोजन वायुमंडलीय दबाव में चांदी एसीटेट पर काम करता था। उच्च दाब पर पारा लवण से धातु के गोले छोड़े गए, लेकिन उच्च हाइड्रोजन दबाव पर भी तांबा और लेड नाइट्रेट को कम नहीं किया जा सका। तांबे की कमी केवल चांदी और प्लेटिनम की उपस्थिति में 100 एटीएम तक के दबाव में देखी गई। बेकेटोव ने प्रक्रिया को गति देने के लिए प्लेटिनम का उपयोग किया, अर्थात् उत्प्रेरक के रूप में। उन्होंने लिखा है कि प्लैटिनम दबाव की तुलना में कुछ धातुओं के विस्थापन के लिए अधिक अनुकूल है, क्योंकि प्लैटिनम की सतह पर हाइड्रोजन "अधिक आकर्षण के अधीन है और इसका घनत्व सबसे अधिक होना चाहिए।" अब हम जानते हैं कि प्लेटिनम पर अधिशोषित हाइड्रोजन धातु परमाणुओं के साथ रासायनिक क्रिया के कारण सक्रिय होता है।

पहले भाग के चौथे खंड में, बेकेटोव कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रयोगों का वर्णन करता है। उन्होंने विभिन्न दबावों पर कैल्शियम एसीटेट के घोल पर इसके प्रभाव का अध्ययन किया; पता चला कि रिवर्स रिएक्शन - एक निश्चित गैस दबाव पर एसिटिक एसिड में संगमरमर का विघटन एसिड की अधिकता से भी रुक जाता है।

प्रायोगिक भाग के अंतिम खंडों में, बेकेटोव ने बेरियम, सिलिकॉन और एल्यूमीनियम के यौगिकों पर उच्च तापमान पर जस्ता वाष्प के प्रभाव का वर्णन किया (वह बाद वाले तत्व को मिट्टी कहते हैं, जैसा कि उन वर्षों में प्रथागत था)। जिंक के साथ सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड को कम करके, बेकेटोव पर्याप्त रूप से शुद्ध क्रिस्टलीय सिलिकॉन प्राप्त करने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने यह भी पाया कि मैग्नीशियम क्रायोलाइट (सोडियम फ़्लोरोएल्यूमिनेट "इन-हाउस") से एल्यूमीनियम और इसके डाइऑक्साइड से सिलिकॉन को कम करता है। इन प्रयोगों में, एल्यूमीनियम की ऑक्साइड से बेरियम और हाइड्रॉक्साइड से पोटेशियम को बहाल करने की क्षमता भी स्थापित की गई थी। तो, निर्जल बेरियम ऑक्साइड (गलनांक को कम करने के लिए बेरियम क्लोराइड के एक छोटे से जोड़ के साथ) के साथ एल्यूमीनियम को शांत करने के बाद, एक मिश्र धातु का गठन किया गया था, जो विश्लेषण के परिणामों के अनुसार, 33.3% बेरियम है, बाकी एल्यूमीनियम है। उसी समय, पाउडर बेरियम क्लोराइड के साथ एल्यूमीनियम को कई घंटों तक शांत करने से कोई बदलाव नहीं हुआ।

KOH के साथ एल्यूमीनियम की असामान्य प्रतिक्रिया एक घुमावदार बंदूक बैरल में की गई थी, जिसके बंद सिरे में KOH और एल्यूमीनियम के टुकड़े रखे गए थे। इस अंत की एक मजबूत गरमागरम के साथ, पोटेशियम वाष्प दिखाई दिया, जो बैरल के ठंडे हिस्से में संघनित था, "जहां से नरम धातु के कुछ टुकड़े प्राप्त किए गए थे, एक बैंगनी लौ से जल रहे थे।" रूबिडियम और सीज़ियम को बाद में इसी तरह अलग किया गया।

बेकेटोव के काम का दूसरा भाग दूसरों द्वारा कुछ तत्वों के विस्थापन के सिद्धांत को समर्पित है। इस भाग में, बेकेटोव ने पहले कई प्रयोगात्मक डेटा का विश्लेषण किया - दोनों अपने स्वयं के और अन्य शोधकर्ताओं द्वारा किए गए, जिसमें ब्रेस्लाव प्रोफेसर फिशर, साथ ही डेवी, गे-लुसाक, बर्ज़ेलियस, वोहलर शामिल थे। विशेष उल्लेख "कई" से बना है रोचक तथ्यगीले तरीके से धातुओं का जमाव, अंग्रेजी रसायनज्ञ विलियम ओडलिंग द्वारा खोजा गया। उसी समय, बेकेटोव कुछ तत्वों के विस्थापन के मामलों को "गीला रास्ता", यानी समाधान में, और "शुष्क तरीका", यानी अभिकर्मकों के कैल्सीनेशन के दौरान मानता है। यह तर्कसंगत था, क्योंकि प्रयोगात्मक रूप से क्षारीय और जलीय विलयनों में अभिक्रिया करना असंभव है क्षारीय पृथ्वी धातुक्योंकि वे पानी के साथ सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करते हैं।

फिर बेकेटोव ने अपना सिद्धांत निर्धारित किया, जिसे तत्वों की विभिन्न गतिविधि की व्याख्या करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। सभी धातुओं को उनके विशिष्ट गुरुत्व (अर्थात घनत्व) के अनुसार एक पंक्ति में व्यवस्थित करने के बाद, बेकेटोव ने पाया कि यह ज्ञात विस्थापन श्रृंखला से काफी अच्छी तरह सहमत है। "नतीजतन," बेकेटोव ने निष्कर्ष निकाला, "धातु का स्थान ... विस्थापन श्रृंखला में काफी सही ढंग से निर्धारित किया जा सकता है और, इसलिए बोलने के लिए, पहले से भविष्यवाणी की गई है। विशिष्ट गुरुत्व". कुछ अनिश्चितता केवल "विशिष्ट गुरुत्व में आसन्न धातुओं" के बीच देखी जाती है। इस प्रकार, पोटेशियम आमतौर पर एक "अधिक ऊर्जावान" तत्व होता है और, उदाहरण के लिए, कैलक्लाइंड होने पर सोडियम को NaCl से विस्थापित करता है, हालांकि पोटेशियम अधिक अस्थिर होता है। हालांकि, रिवर्स प्रक्रियाओं को भी जाना जाता है: उदाहरण के लिए, सोडियम अपने हाइड्रॉक्साइड और एसीटेट से पोटेशियम को विस्थापित कर सकता है। बेकेटोव लिखते हैं, "जहां तक ​​​​पहले क्षारीय समूह के अनुपात और दूसरे समूह की धातुओं के अनुपात के लिए दूसरे समूह का अनुपात है, उनका अभी भी बहुत कम अध्ययन किया गया है।"

बेकेटोव को और अधिक गंभीर कठिनाइयों का सामना करना पड़ा। उदाहरण के लिए, वह ZnCl2 समाधान से जस्ता को एल्यूमीनियम के साथ कम करने में सफल रहा और ZnSO4 समाधान से विफल रहा। इसके अलावा, एल्यूमीनियम "बिल्कुल समाधान से लोहा, निकल, कोबाल्ट, कैडमियम को बहाल नहीं किया।" बेकेटोव ने इसे इस तथ्य से समझाया कि एल्यूमीनियम "मुख्य रूप से पानी पर कार्य करता है", और यह मान लिया कि इन प्रतिक्रियाओं को पानी की अनुपस्थिति में जाना चाहिए - "शुष्क रास्ता"। दरअसल, बाद में बेकेटोव ने ऐसी प्रतिक्रियाओं की खोज की और वास्तव में एल्युमिनोथर्मी की खोज की।

एक और कठिनाई यह थी कि कुछ धातुएँ विशिष्ट गुरुत्व के नियम से बाहर हो गईं। तो, गतिविधि श्रृंखला में तांबा (घनत्व 8.9) पहले नहीं, बल्कि सीसा के बाद स्थित है (घनत्व 11.4 - बेकेटोव का घनत्व मान आधुनिक लोगों से थोड़ा अलग है)। इस तरह की "विसंगति" ने बेकेटोव को कम सक्रिय तांबे के साथ अधिक सक्रिय लीड को विस्थापित करने का प्रयास करने के लिए मजबूर किया। उन्होंने तांबे की प्लेटों को लेड क्लोराइड के गर्म संतृप्त घोल में रखा - तटस्थ और अम्लीय, लेड ऑक्साइड के अमोनिया घोल में, कॉपर को ड्राई ऑक्साइड और लेड क्लोराइड के साथ गर्म किया। सभी प्रयोग असफल रहे, और बेकेटोव को "सामान्य नियम से विचलन" स्वीकार करने के लिए मजबूर होना पड़ा। अन्य "विसंगतियों" का संबंध चांदी (घनत्व 10.5) और सीसा, साथ ही चांदी और पारा (घनत्व 13.5) से है, क्योंकि सीसा और पारा दोनों ही इसके लवण के घोल से "हल्का" चांदी को कम करते हैं। बेकेटोव ने पारा के साथ विसंगति को इस तथ्य से समझाया कि यह धातु तरल है और इसलिए इसकी गतिविधि विशिष्ट गुरुत्व के नियम से अधिक है।

बेकेटोव ने अपना शासन अधातुओं तक बढ़ाया। उदाहरण के लिए, श्रृंखला क्लोरीन (तरल क्लोरीन 1.33 का घनत्व), ब्रोमीन (घनत्व 2.86), आयोडीन (घनत्व 4.54) में, सबसे हल्का तत्व एक ही समय में सबसे अधिक सक्रिय होता है (फ्लोरीन केवल 20 साल बाद मोइसन द्वारा प्राप्त किया गया था)। श्रृंखला O, S, Se, Te में भी यही देखा गया है: ऑक्सीजन सबसे अधिक सक्रिय है और बाकी तत्वों को उनके यौगिकों से हाइड्रोजन या क्षार धातु के साथ आसानी से विस्थापित कर देता है।

बेकेटोव ने यांत्रिकी के साथ सादृश्य द्वारा अपने नियम की व्याख्या की: विशिष्ट गुरुत्व कणों के द्रव्यमान (अर्थात परमाणुओं) और उनके बीच की दूरी से संबंधित है साधारण बात. धातुओं और उनके सापेक्षों के घनत्व को जानना परमाणु द्रव्यमान, हम परमाणुओं के बीच सापेक्ष दूरी की गणना कर सकते हैं। उनके बीच की दूरी जितनी अधिक होगी, बेकेटोव के अनुसार, परमाणु रासायनिक प्रक्रियाओं में अलग हो जाते हैं। यह आपसी "आत्मीयता" से भी संबंधित है विभिन्न तत्व, और एक दूसरे को कनेक्शन से विस्थापित करने की क्षमता। विभिन्न धातुओं में परमाणुओं के बीच की सापेक्ष दूरी की गणना करने और मानक के रूप में पोटेशियम लेने के बाद, बेकेटोव ने निम्नलिखित मान प्राप्त किए: K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43, आदि। प्लैटिनम तक।

रासायनिक यौगिकों की सापेक्ष शक्ति के बारे में बेकेटोव के सिद्धांत का एक और सारांश (अर्थात्, कुछ तत्वों की दूसरों को विस्थापित करने की क्षमता इसके साथ जुड़ी हुई है) डी। आई। मेंडेलीव द्वारा पाठ्यपुस्तक "फंडामेंटल्स ऑफ केमिस्ट्री" में पाया जा सकता है (1947 के संस्करण का उपयोग करके उद्धृत किया गया है) आधुनिक शब्दावली): "... प्रोफेसर एन.एन. बेकेटोव ने अपने निबंध "इन्वेस्टिगेशन ऑन द फेनोमेना ऑफ दमन" (खार्कोव, 1865) में एक विशेष परिकल्पना का प्रस्ताव रखा, जिसे हम लेखक के शब्दों में लगभग बताएंगे।

एल्युमिनियम ऑक्साइड के लिए Al2O3 हैलाइड AlCl3 और AlI3 से अधिक मजबूत है। ऑक्साइड में, अनुपात Al: O = 112: 100, क्लोराइड के लिए Al: Cl = 25: 100, आयोडाइड Al: I = 7: 100 के लिए। सिल्वर ऑक्साइड के लिए Ag2O (अनुपात 1350: 100) क्लोराइड से कम टिकाऊ है ( Ag: Cl = = 100: 33), और आयोडाइड सबसे अधिक टिकाऊ (Ag: I = 85: 100) है। इन और इसी तरह के उदाहरणों से यह देखा जा सकता है कि सबसे टिकाऊ वे यौगिक हैं जिनमें जोड़ने वाले तत्वों का द्रव्यमान लगभग समान हो जाता है। इसलिए, बड़े लोगों को बड़े लोगों के साथ गठबंधन करने की इच्छा है, और छोटे लोगों के साथ - छोटे लोगों के साथ, उदाहरण के लिए: Ag2O + 2KI K2O + 2AgI दें। इसी कारण से, Ag2O, HgO, Au2O3, और असमान द्रव्यमान से बने समान ऑक्साइड ऊंचे तापमान पर विघटित होते हैं, जबकि हल्की धातुओं के ऑक्साइड, साथ ही पानी, इतनी आसानी से विघटित नहीं होते हैं। सबसे अधिक गर्मी प्रतिरोधी ऑक्साइड - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 बड़े पैमाने पर समानता की स्थिति में आते हैं। इसी कारण से, HI, HCl की तुलना में अधिक आसानी से विघटित होता है। क्लोरीन MgO और Al2O3 पर कार्य नहीं करता है, लेकिन CaO, Ag2O आदि पर कार्य करता है।

समानता के सच्चे संबंधों को समझने के लिए, - मेंडेलीव का निष्कर्ष है, - रासायनिक घटना के यांत्रिक सिद्धांत में वे जोड़ जो बेकेटोव देते हैं, वे अभी भी पर्याप्त से बहुत दूर हैं। फिर भी, कई यौगिकों की सापेक्ष शक्ति की व्याख्या करने के उनके तरीके में, सबसे महत्वपूर्ण प्रश्नों का एक बहुत ही रोचक कथन देखा जा सकता है। इस तरह के प्रयासों के बिना अनुभवात्मक ज्ञान की जटिल वस्तुओं को समझना असंभव है।

इसलिए, उल्लेखनीय रसायनज्ञ की खूबियों को कम किए बिना, यह माना जाना चाहिए कि, हालांकि एन.एन. बेकेटोव के सिद्धांत ने सैद्धांतिक रसायन विज्ञान के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, किसी को भी उन्हें धातुओं की सापेक्ष गतिविधि की स्थापना का श्रेय नहीं देना चाहिए। एसिड से हाइड्रोजन के विस्थापन की प्रतिक्रिया और धातुओं की गतिविधि की इसी श्रृंखला: इसकी यांत्रिक रासायनिक घटना का सिद्धांत रसायन विज्ञान के इतिहास में इसके कई चरणों में से एक के रूप में बना रहा।

फिर, कुछ किताबों में, बेकेटोव को उस चीज़ का श्रेय क्यों दिया जाता है जिसे उसने खोजा नहीं था? यह परंपरा, कई अन्य लोगों की तरह, संभवतः 1940 के दशक के अंत और 1950 के दशक की शुरुआत में दिखाई दी। 20 वीं शताब्दी में, जब यूएसएसआर में "पश्चिम की शिकायत" का मुकाबला करने का अभियान चल रहा था, और लेखकों को केवल घरेलू वैज्ञानिकों के लिए विज्ञान में सभी कम या ज्यादा ध्यान देने योग्य खोजों का श्रेय देना था, और यहां तक ​​​​कि विदेशी लेखकों का हवाला देते हुए देशद्रोह माना जाता था। (यह उन वर्षों में था कि "रूस हाथियों का जन्मस्थान है" के बारे में मजाक था)। उदाहरण के लिए, एम. वी. लोमोनोसोव को ऊर्जा के संरक्षण के कानून की खोज का श्रेय दिया गया था, जिसे केवल 19 वीं शताब्दी के मध्य में खोजा गया था। यहाँ उस समय के विज्ञान के इतिहास की प्रस्तुति का एक ठोस उदाहरण है। व्लादिमीर ओर्लोव की पुस्तक "ऑन ए करेजियस थॉट" (मॉस्को: यंग गार्ड, 1953) में, बिजली के क्षेत्र में आविष्कारों का वर्णन निम्नलिखित शब्दों में किया गया है: "विदेशियों ने बिजली के प्रकाश के पालने को बर्बाद कर दिया ... अमेरिकियों ने एक अद्भुत रूसी आविष्कार चुरा लिया ... अमेरिका में एडिसन ने लालच से रूसी आविष्कार में सुधार करना शुरू कर दिया ... विदेशी वैज्ञानिकों ने रूसी लोगों की प्रतिभा द्वारा बनाए गए बिजली के दीपक को अपंग कर दिया ... अमेरिकी साम्राज्यवादियों ने बिजली को बदनाम किया ... उनका अनुसरण करते हुए, यूगोस्लाव फासीवादियों ने बिजली की रोशनी को बदनाम किया ... "- आदि, आदि। समय की उन बुरी यादों की अलग-अलग प्रतिध्वनियाँ, जाहिरा तौर पर, कुछ पाठ्यपुस्तकों में बनी रहीं, और उनका निपटान किया जाना चाहिए। जैसा कि रसायन विज्ञान के इतिहासकारों में से एक ने कहा, "लोमोनोसोव इतना महान है कि वह अन्य लोगों की खोजों का श्रेय उसे नहीं देता।"

"मोमबत्ती जल रही थी..."

मोमबत्ती जलाने के दौरान देखी गई घटनाएं ऐसी हैं कि प्रकृति का एक भी नियम ऐसा नहीं है जो किसी न किसी तरह से प्रभावित न हो।

माइकल फैराडे। मोमबत्ती का इतिहास

यह कहानी "प्रायोगिक जांच" के बारे में है। रसायन विज्ञान में मुख्य चीज प्रयोग है। दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में, लाखों विभिन्न प्रयोग किए गए हैं और जारी हैं, लेकिन एक पेशेवर शोधकर्ता के लिए इसे कुछ युवा रसायनज्ञों की तरह करना अत्यंत दुर्लभ है: क्या होगा अगर कुछ दिलचस्प होता है? अक्सर, शोधकर्ता के पास एक स्पष्ट रूप से तैयार की गई परिकल्पना होती है, जिसे वह प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि या खंडन करना चाहता है। लेकिन अब अनुभव समाप्त हो गया है, परिणाम प्राप्त हुआ है। यदि यह परिकल्पना से सहमत नहीं है, तो यह गलत है (बेशक, यदि प्रयोग सही ढंग से स्थापित किया गया है और इसे कई बार पुन: प्रस्तुत किया गया है)। क्या होगा अगर यह सहमत है? क्या इसका मतलब यह है कि परिकल्पना सही है और इसे सिद्धांत की श्रेणी में स्थानांतरित करने का समय आ गया है? एक नौसिखिया शोधकर्ता कभी-कभी ऐसा सोचता है, लेकिन एक अनुभवी व्यक्ति निष्कर्ष पर नहीं पहुंचता है, लेकिन पहले दृढ़ता से सोचता है कि क्या किसी अन्य तरीके से प्राप्त परिणाम की व्याख्या करना संभव है।

रसायन विज्ञान का इतिहास हजारों उदाहरण जानता है कि ऐसी "सोच" कैसे उपयोगी है। अगली तीन कहानियाँ केवल इस बात के लिए समर्पित हैं कि यह विश्वास करना कितना खतरनाक हो सकता है कि एक "सफल" प्रयोग परिकल्पना की शुद्धता को साबित करता है। कभी-कभी कक्षा में वे ऐसा अनुभव दिखाते हैं। एक छोटे लकड़ी या फोम के घेरे को पानी की एक प्लेट में तैरने दिया जाता है, जिस पर एक जलती हुई मोमबत्ती लगी होती है। एक उल्टे कांच के जार को मोमबत्ती के साथ एक वृत्त पर उतारा जाता है और इस स्थिति में प्लेट के तल पर रखा जाता है। थोड़ी देर बाद मोमबत्ती बुझ जाती है और जार का एक हिस्सा पानी से भर जाता है। यह प्रयोग यह दिखाने के लिए माना जाता है कि हवा का केवल पांचवां हिस्सा (ऑक्सीजन) दहन का समर्थन करता है। दरअसल, पहली नज़र में ऐसा लगता है कि पानी लगभग पांचवां बढ़ गया है, हालांकि अधिक सटीक माप आमतौर पर नहीं लिया जाता है। पहली नज़र में, प्रयोग सरल और काफी ठोस है: आखिरकार, हवा में ऑक्सीजन वास्तव में मात्रा से 21% है। हालांकि, केमिस्ट्री की दृष्टि से यह ठीक नहीं है। दरअसल, मोमबत्तियां पैराफिन से बनाई जाती हैं, और पैराफिन में रचना सी के संतृप्त हाइड्रोकार्बन होते हैं एनएच 2 एन+2 18-35 कार्बन के साथ। दहन प्रतिक्रिया समीकरण में हो सकता है सामान्य दृष्टि सेइस तरह लिखें: एनएच 2 एन +2 + (3 एन+ 1)/2 O2 → एन CO2 + ( एन+ 1)H2O। इसलिये एनबड़ा है, तो ऑक्सीजन के सामने गुणांक 1.5 . के बहुत करीब है एन(के लिये एन= 18 के बीच का अंतर (3 .) एन+ +1)/2 और 1.5 एन 2% से कम होगा, के लिए एन= 30 यह और भी कम होगा)। इस प्रकार, 1.5 मात्रा में ऑक्सीजन की खपत के लिए, CO2 की 1 मात्रा जारी की जाती है। इसलिए, यदि कैन से सभी ऑक्सीजन (वहां मात्रा के हिसाब से 0.21 है) का उपयोग किया जाता है, तो इसके बजाय, दहन के बाद, 0.21: 1.5 = 0.14 मात्रा कार्बन डाइऑक्साइड जारी किया जाना चाहिए। इसका मतलब है कि पानी जार का पांचवां हिस्सा बिल्कुल नहीं भरना चाहिए!

लेकिन क्या यह तर्क सही है? आख़िरकार कार्बन डाइआक्साइडपानी में अत्यधिक घुलनशील होने के लिए जाना जाता है। शायद यह सब "पानी में चला जाएगा"? हालांकि, इस गैस के घुलने की प्रक्रिया बहुत धीमी है। यह विशेष प्रयोगों द्वारा दिखाया गया था: शुद्ध जल CO2 से भरे एक उल्टे जार में, यह लगभग एक घंटे में नहीं उठता है। मोमबत्ती के साथ प्रयोग एक मिनट से भी कम समय तक चलता है, इसलिए, भले ही ऑक्सीजन पूरी तरह से समाप्त हो जाए, पानी जार में इसकी मात्रा (लगभग 7%) के केवल 0.21 - 0.1 = 0.07 तक ही प्रवेश करना चाहिए।

लेकिन वह सब नहीं है। यह पता चला है कि मोमबत्ती जार में "जलती है" सभी ऑक्सीजन नहीं, बल्कि इसका केवल एक छोटा सा हिस्सा। हवा के विश्लेषण से पता चला कि मोमबत्ती में अभी भी 16% ऑक्सीजन है (दिलचस्प बात यह है कि सामान्य मानव साँस छोड़ने में ऑक्सीजन की मात्रा लगभग उसी स्तर तक घट जाती है)। इसका मतलब है कि पानी जार में बिल्कुल भी नहीं आना चाहिए! हालाँकि, अनुभव बताता है कि ऐसा नहीं है। इसे कैसे समझाएं?

सबसे सरल धारणा: एक जलती हुई मोमबत्ती हवा को गर्म करती है, इसकी मात्रा बढ़ जाती है, और हवा का कुछ हिस्सा जार से बाहर आ जाता है। जार में हवा को ठंडा करने के बाद (यह काफी जल्दी होता है), इसमें दबाव कम हो जाता है, और बाहरी वायुमंडलीय दबाव की कार्रवाई के तहत पानी जार में प्रवेश करता है। आदर्श गैसों के नियम के अनुसार (और पहले सन्निकटन में हवा को एक आदर्श गैस माना जा सकता है), हवा के आयतन में 1/5 की वृद्धि करने के लिए, इसका तापमान (निरपेक्ष) भी 1/5 से बढ़ना चाहिए, यानी 293 K (20 ° C) से 1.2 293 = 352 K (लगभग 80 ° C) तक बढ़ जाना। इतना नहीं! मोमबत्ती की लौ से हवा को 60° पर गर्म करना काफी संभव है। यह केवल प्रयोगात्मक रूप से जांचने के लिए रहता है कि प्रयोग के दौरान जार से हवा निकलती है या नहीं।

हालाँकि, पहले प्रयोग इस धारणा की पुष्टि नहीं करते थे। तो, 0.45 लीटर की मात्रा के साथ चौड़े मुंह वाले जार के साथ किए गए प्रयोगों की एक श्रृंखला में, जार के किनारे के नीचे से हवा के "गड़गड़ाहट" के कोई संकेत नहीं थे। एक और अप्रत्याशित अवलोकन: जार में पानी, जबकि मोमबत्ती जल रही थी, लगभग प्रवेश नहीं किया।

और मोमबत्ती बुझने के बाद ही उल्टे जार में पानी का स्तर तेजी से बढ़ा। इसे कैसे समझाएं?

यह माना जा सकता है कि जब मोमबत्ती जल रही होती है, तो जार में हवा गर्म हो जाती है, लेकिन साथ ही, इसकी मात्रा नहीं बढ़ती है, बल्कि दबाव होता है, जो पानी को अंदर जाने से रोकता है। दहन बंद होने के बाद, जार में हवा ठंडी हो जाती है, उसका दबाव कम हो जाता है और पानी ऊपर आ जाता है। हालाँकि, यह स्पष्टीकरण फिट नहीं है। सबसे पहले, पानी भारी पारा नहीं है, जो हवा को दबाव में मामूली वृद्धि के साथ जार से बाहर निकलने से रोकता है। (पारा सील का इस्तेमाल एक बार गैसों का अध्ययन करने वाले सभी भौतिकविदों और रसायनज्ञों द्वारा किया जाता था।) वास्तव में, पानी पारे की तुलना में 13.6 गुना हल्का होता है, और जार के किनारे और प्लेट में पानी के स्तर के बीच पानी की सील की ऊंचाई छोटी होती है। . इसलिए, दबाव में थोड़ी सी भी वृद्धि अनिवार्य रूप से वाल्व के माध्यम से हवा को "बुलबुला" कर देगी।

दूसरी आपत्ति और भी गंभीर है। भले ही प्लेट में पानी का स्तर अधिक हो और पानी जार से गर्म हवा नहीं छोड़ता, जो नीचे है उच्च रक्तचाप, तो जार में हवा को ठंडा करने के बाद, इसका तापमान और दबाव दोनों अपने मूल मूल्यों पर लौट आएंगे। तो जार में हवा के प्रवेश करने का कोई कारण नहीं होगा।

प्रयोग के दौरान एक छोटे से विवरण को बदलकर ही पहेली को हल किया गया था। आमतौर पर जार को मोमबत्ती के ऊपर "डाल दिया" जाता है। तो, शायद यही कारण है कि बैंक में हवा का अजीब व्यवहार है? एक जलती हुई मोमबत्ती गर्म हवा का एक ऊपर की ओर प्रवाह बनाती है, और जैसे ही जार ऊपर से चलता है, गर्म हवा जार के किनारे के पानी को छूने से पहले जार से ठंडी हवा को विस्थापित कर देती है। उसके बाद, जार में हवा का तापमान, जबकि मोमबत्ती जल रही है, थोड़ा बदल जाता है, इसलिए हवा इसे नहीं छोड़ती है (और अंदर भी नहीं जाती है)। और जार में गर्म हवा के दहन और ठंडा होने की समाप्ति के बाद, इसमें दबाव काफी कम हो जाता है, और बाहरी वायुमंडलीय दबाव पानी के हिस्से को जार में चला जाता है।

इस धारणा का परीक्षण करने के लिए, कई प्रयोगों में, जार को मोमबत्ती पर ऊपर से नहीं, बल्कि किनारे से, जार के किनारे से ज्वाला को लगभग छूते हुए, "डाल दिया" गया था, जिसके बाद, एक त्वरित नीचे की ओर गति के साथ, जार प्लेट के नीचे रखा गया था। और तुरंत जार के किनारे के नीचे से हवा के बुलबुले तेजी से उभरने लगे! स्वाभाविक रूप से, मोमबत्ती का जलना बंद होने के बाद, पानी अंदर की ओर चूसा गया - लगभग उसी स्तर तक जैसा कि पिछले प्रयोगों में था।

तो मोमबत्ती के साथ यह प्रयोग किसी भी तरह से हवा की संरचना का वर्णन नहीं कर सकता है। लेकिन वह दोहराता है विद्वान की कहावतमहान भौतिक विज्ञानी, एपिग्राफ में प्रदान किया गया।

संतुलन के करीब पहुंच रहा है...

आइए प्रयोग की एक और गलत व्याख्या पर विचार करें, जिसमें गैसों को भी गर्म किया जाता है। इस स्पष्टीकरण ने लोकप्रिय रसायन विज्ञान लेखों और यहां तक ​​कि कॉलेज की पाठ्यपुस्तकों में अपना रास्ता खोज लिया है। इस प्रकार, कई विदेशी पाठ्यपुस्तकों में सामान्य रसायन शास्त्रएक सुंदर प्रयोग का वर्णन किया गया है, जिसका सार हम नोएल वाइट की पाठ्यपुस्तक "केमिकल काइनेटिक्स" के एक उद्धरण के साथ बताएंगे। विश्राम विधि। ईजिन विधि, जिसके लिए लेखक को 1967 में सम्मानित किया गया था नोबेल पुरुस्काररसायन शास्त्र में, विश्राम विधि कहा जाता है। प्रतिक्रियाशील प्रणाली कुछ शर्तों के तहत संतुलन की स्थिति में पहुंच जाती है। इन स्थितियों (तापमान, दबाव, विद्युत क्षेत्र) का तब जल्दी से उल्लंघन किया जाता है - संतुलन की तुलना में तेजी से स्थानांतरित हो जाता है। प्रणाली फिर से संतुलन में आती है, लेकिन अब नई परिस्थितियों में; इसे "एक नई संतुलन स्थिति में आराम" कहा जाता है। जबकि छूट हो रही है, सिस्टम की कुछ संपत्ति में बदलाव की निगरानी की जाती है ...

विश्राम की घटना को प्रदर्शित करने वाला एक प्रयोग।

कुछ मामलों में, संतुलन की स्थिति नई परिस्थितियों में इतनी धीमी गति से स्थापित होती है कि पारंपरिक प्रयोगशाला उपकरणों की मदद से एकाग्रता में परिवर्तन का पालन किया जा सकता है और इस प्रकार विश्राम की घटना देखी जा सकती है। एक उदाहरण के रूप में, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (गहरे भूरे रंग की गैस) के एक डिमर (रंगहीन गैस) में संक्रमण पर विचार करें:

लगभग 80 सेमी गैस के साथ ग्लास गैस सिरिंज भरें । सिरिंज के प्लंजर को जल्दी से दबाएं और गैस को 50-60 सेमी 3 तक संपीड़ित करें। सत्यापित करें कि गैस का रंग बदल गया है। पहले गैस का तेजी से कालापन होगा, क्योंकि NO2 की सांद्रता बढ़ेगी, लेकिन फिर धीमी चमक होगी, क्योंकि उच्च दबाव N2O4 के गठन को बढ़ावा देता है, और नई बाहरी परिस्थितियों में संतुलन तक पहुंच जाएगा।

कई पाठ्यपुस्तकों में, ले चेटेलियर के सिद्धांत को स्पष्ट करने के लिए एक समान विवरण दिया गया है: गैस के बढ़ते दबाव के साथ, संतुलन अणुओं की संख्या में कमी की ओर बढ़ जाता है, इस मामले में एक रंगहीन N2O4 डिमर की ओर। पाठ तीन रंगीन तस्वीरों के साथ है। वे दिखाते हैं कि कैसे, संपीड़न के तुरंत बाद, शुरू में पीले-भूरे रंग का मिश्रण गहरे भूरे रंग का हो जाता है, और तीसरी तस्वीर में, कुछ मिनटों के बाद, सिरिंज में गैस का मिश्रण स्पष्ट रूप से चमकता है।

कभी-कभी वे कहते हैं कि पिस्टन को जितनी जल्दी हो सके दबाया जाना चाहिए ताकि इस समय के दौरान संतुलन को स्थानांतरित करने का समय न हो।

पहली नज़र में, यह स्पष्टीकरण बहुत ठोस लगता है। हालांकि, सिरिंज में प्रक्रियाओं की एक मात्रात्मक परीक्षा पूरी तरह से सभी निष्कर्षों का खंडन करती है। तथ्य यह है कि नाइट्रोजन डाइऑक्साइड NO2 और इसके डिमर (नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड) N2O4 के बीच संकेतित संतुलन बहुत जल्दी स्थापित हो जाता है: एक सेकंड के मिलियनवें हिस्से में! इसलिए, इस संतुलन को स्थापित करने की तुलना में सिरिंज में गैस को तेजी से संपीड़ित करना असंभव है। यहां तक ​​​​कि अगर आप विस्फोट की मदद से पिस्टन को स्टील "सिरिंज" में ले जाते हैं, तो संतुलन स्थापित होने में सबसे अधिक समय लगेगा क्योंकि पिस्टन अपनी जड़ता के कारण चलता है। इस प्रयोग में देखी गई घटना को और कैसे समझाया जा सकता है? बेशक, मात्रा में कमी और गैसों की एकाग्रता में इसी वृद्धि से रंग में वृद्धि होती है। लेकिन यह मुख्य कारण नहीं है। कोई भी व्यक्ति जिसने एक हैंडपंप के साथ साइकिल ट्यूब को फुलाया है, वह जानता है कि एक पंप (विशेष रूप से एक एल्यूमीनियम वाला) बहुत गर्म हो जाता है। पंप ट्यूब पर पिस्टन के घर्षण का इससे कोई लेना-देना नहीं है - पंप में हवा के संकुचित नहीं होने पर कुछ निष्क्रिय झूलों को बनाकर इसे सत्यापित करना आसान है। ताप तथाकथित रुद्धोष्म संपीड़न के परिणामस्वरूप होता है - जब गर्मी के पास आसपास के स्थान में फैलने का समय नहीं होता है। इसका मतलब यह है कि जब नाइट्रोजन ऑक्साइड के मिश्रण को संपीड़ित किया जाता है, तो उसे भी गर्म होना चाहिए। और जब गर्म किया जाता है, तो इस मिश्रण में संतुलन डाइऑक्साइड की ओर दृढ़ता से स्थानांतरित हो जाता है।

संपीड़ित करने पर मिश्रण कितना गर्म होगा? पंप में वायु संपीड़न के मामले में, आदर्श गैस के लिए रुद्धोष्म समीकरण का उपयोग करके आसानी से हीटिंग की गणना की जा सकती है: टीवी–1 = स्थिरांक, जहाँ टीगैस का तापमान है (केल्विन में), वीइसका आयतन है, = सी पी / सीवीस्थिर दाब पर गैस की ऊष्मा क्षमता का स्थिर आयतन पर ताप क्षमता का अनुपात है। एकपरमाण्विक (महान) गैसों के लिए, = 1.66, द्विपरमाणुक के लिए (वायु भी उन्हीं की है) = 1.40, त्रिपरमाण्विक के लिए (उदाहरण के लिए, NO2 के लिए) = 1.30, आदि। वायु के लिए रुद्धोष्म समीकरण, आयतन 1 से संपीड्य वॉल्यूम 2 ​​को फिर से लिखा जा सकता है टी 2/ टी 1 = (वी 1/ वी 2)γ-1. यदि पिस्टन को पंप के बीच में तेजी से धकेला जाता है, जब उसमें हवा का आयतन आधा हो जाता है, तो संपीड़न से पहले और बाद के तापमान के अनुपात के लिए हम समीकरण प्राप्त करते हैं टी 2/ टी 1 = = 20.4 = 1.31। और अगर टी 1 \u003d 293 के (20 डिग्री सेल्सियस), फिर टी 2 = 294 के (111 डिग्री सेल्सियस)!

संपीड़न के तुरंत बाद नाइट्रोजन ऑक्साइड के मिश्रण की स्थिति की गणना करने के लिए आदर्श गैसों के समीकरण को सीधे लागू करना असंभव है, क्योंकि इस प्रक्रिया में न केवल मात्रा, दबाव और तापमान में परिवर्तन होता है, बल्कि मोल्स की संख्या (NO2 N2O4 अनुपात) भी होती है। रासायनिक प्रतिक्रिया. संख्यात्मक एकीकरण से ही समस्या का समाधान हो सकता है अंतर समीकरण, जो इस बात को ध्यान में रखता है कि चलती पिस्टन द्वारा प्रत्येक क्षण में किया गया कार्य एक ओर, मिश्रण को गर्म करने पर, और दूसरी ओर, डिमर के पृथक्करण पर खर्च होता है। यह माना जाता है कि N2O4 की पृथक्करण ऊर्जा, दोनों गैसों की ऊष्मा क्षमता, उनके लिए का मान और तापमान पर संतुलन की स्थिति की निर्भरता ज्ञात है (ये सभी सारणीबद्ध डेटा हैं)। गणना से पता चलता है कि यदि वायुमंडलीय दबाव और कमरे के तापमान पर गैसों का प्रारंभिक मिश्रण जल्दी से आधा मात्रा में संकुचित हो जाता है, तो मिश्रण केवल 13 डिग्री सेल्सियस तक गर्म हो जाएगा। यदि आप मिश्रण को मात्रा में तीन गुना कम करने के लिए संपीड़ित करते हैं, तो तापमान 21 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाएगा। और यहाँ तक कि मिश्रण को हल्का सा गर्म करने पर भी संतुलन स्थिति को N2O4 के वियोजन की ओर दृढ़ता से स्थानांतरित कर देता है।

और फिर यह बस धीमा हो जाता है। गैस मिश्रण, जो N2O4 की ओर संतुलन के समान धीमी गति से बदलाव और रंग के कमजोर होने का कारण बनता है, जो प्रयोग में देखा गया है। शीतलन दर सिरिंज की दीवारों की सामग्री, उनकी मोटाई और आसपास की हवा के साथ गर्मी विनिमय की अन्य स्थितियों पर निर्भर करती है, जैसे कि कमरे में ड्राफ्ट। यह महत्वपूर्ण है कि संतुलन के क्रमिक बदलाव के साथ, N2O4 की ओर, NO2 अणुओं का डिमराइजेशन गर्मी की रिहाई के साथ होता है, जो मिश्रण के ठंडा होने की दर को कम करता है (बड़े जलाशयों में पानी के जमने के समान) सर्दियों की शुरुआत हवा के तापमान को तेजी से गिरने नहीं देती है)।

प्लंजर को अंदर धकेलने पर किसी भी प्रयोगकर्ता को सिरिंज के गर्म होने का अहसास क्यों नहीं हुआ? जवाब बहुत आसान है। गैस मिश्रण और कांच (प्रति इकाई द्रव्यमान) की गर्मी क्षमता बहुत भिन्न नहीं होती है। लेकिन कांच के पिस्टन का द्रव्यमान दसियों और कभी-कभी गैस के द्रव्यमान से सैकड़ों गुना अधिक होता है। इसलिए, भले ही शीतलन गैस मिश्रण की सारी गर्मी सिरिंज की दीवारों में स्थानांतरित हो जाए, ये दीवारें केवल एक डिग्री के अंश से ही गर्म होंगी।

दो नाइट्रोजन ऑक्साइड के बीच संतुलन के साथ माना प्रणाली भी व्यावहारिक महत्व की है। कम दाब पर NO2 और N2O4 का मिश्रण आसानी से द्रवित हो जाता है। इसकी उच्च रासायनिक गतिविधि और उपकरणों पर संक्षारक प्रभाव के बावजूद, यह इसे एक प्रभावी शीतलक के रूप में उपयोग करना संभव बनाता है। पानी के विपरीत, जो तापीय ऊर्जा, उदाहरण के लिए, एक परमाणु रिएक्टर से, बहुत गर्म होता है और वाष्पित भी हो सकता है, नाइट्रोजन ऑक्साइड के मिश्रण में गर्मी का स्थानांतरण मुख्य रूप से इसके ताप की ओर नहीं जाता है, बल्कि एक रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए होता है - N2O4 अणु में N-N बंधन को तोड़ना . दरअसल, किसी पदार्थ के एक मोल (92 ग्राम) में एन-एन बॉन्ड को बिना गर्म किए तोड़ने पर 57.4 kJ ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यदि ऐसी ऊर्जा को 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 92 ग्राम पानी में स्थानांतरित किया जाता है, तो 30.8 kJ पानी को उबालने के लिए चला जाएगा, और शेष 26.6 kJ से लगभग 11 ग्राम पानी का वाष्पीकरण हो जाएगा! नाइट्रोजन ऑक्साइड के मामले में, मिश्रण अधिक गर्म नहीं होता है, स्थापना के ठंडे स्थानों में परिसंचारी मिश्रण थोड़ा ठंडा हो जाता है, संतुलन N2O4 की ओर शिफ्ट हो जाता है, और मिश्रण फिर से गर्मी लेने के लिए तैयार हो जाता है।