अध्याय 1 रासायनिक अभिक्रिया एवं समीकरण

1. परिचय: हमारे चारों ओर होने वाले परिवर्तन

ब्रह्मांड मुख्य रूप से दो घटकों—द्रव्य (Matter) और ऊर्जा (Energy)—से मिलकर बना है। आइन्स्टीन के प्रसिद्ध समीकरण E = mc2 के अनुसार, द्रव्य को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। हमारे दैनिक जीवन में पदार्थों में होने वाले परिवर्तनों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: भौतिक परिवर्तन और रासायनिक परिवर्तन।

भौतिक और रासायनिक परिवर्तन: एक तुलनात्मक अध्ययन

आधार	भौतिक परिवर्तन (Physical Change)	रासायनिक परिवर्तन (Chemical Change)
परिभाषा	इसमें पदार्थ की भौतिक अवस्था, आकार या भौतिक गुणों में परिवर्तन होता है, परंतु रासायनिक संघटन नहीं बदलता।	इसमें पदार्थ का रासायनिक संघटन बदल जाता है और पूर्णतः नए गुणों वाले पदार्थों का निर्माण होता है।
प्रकृति	यह एक अस्थायी (Temporary) परिवर्तन है।	यह एक स्थायी (Permanent) परिवर्तन है।
उत्क्रमणीयता	यह उत्क्रमणीय (Reversible) होता है। मूल पदार्थ पुनः प्राप्त किया जा सकता है।	यह सामान्यतः अनुत्क्रमणीय (Irreversible) होता है।
नया पदार्थ	किसी नए पदार्थ का निर्माण नहीं होता।	एक या अधिक नए पदार्थों का निर्माण होता है।
द्रव्यमान संरक्षण	अणु और परमाणु दोनों संरक्षित रहते हैं।	केवल परमाणु संरक्षित रहते हैं, अणुओं का स्वरूप बदल जाता है।
उदाहरण	बर्फ का पिघलना, जल का उबलना, मोम का पिघलना।	दूध का दही बनना, लोहे पर जंग लगना, भोजन का पचना।

2. रासायनिक अभिक्रिया: परिभाषा और प्रेक्षण

जब कोई रासायनिक परिवर्तन होता है, तो हम कहते हैं कि 'रासायनिक अभिक्रिया' हुई है। इस प्रक्रिया में अभिकारकों के पुराने रासायनिक बंध टूटते हैं और उत्पादों में नए बंधों का निर्माण होता है। यहाँ परमाणुओं का केवल पुनर्व्यवस्थापन (Rearrangement) होता है; एक तत्व का परमाणु दूसरे तत्व के परमाणु में नहीं बदलता।

मुख्य प्रेक्षण (Observations): किसी तंत्र में रासायनिक अभिक्रिया हुई है, इसकी पहचान निम्नलिखित प्रेक्षणों से की जा सकती है:

• पदार्थ की अवस्था में परिवर्तन।
• रंग में परिवर्तन।
• गैस का निकलना ((↑))।
• तापमान में परिवर्तन (ऊष्मा का अवशोषण या उत्सर्जन)।
• अवक्षेप (Precipitate) का निर्माण ((↓))।

विशेष गतिविधि: मैग्नीशियम रिबन का दहन (Activity 1.1) जब मैग्नीशियम रिबन को वायु (ऑक्सीजन) की उपस्थिति में जलाया जाता है, तो यह एक चमकदार श्वेत लौ (Dazzling white flame) के साथ जलता है और एक सफेद चूर्ण में परिवर्तित हो जाता है। इस चूर्ण को वॉच ग्लास (Watch glass) में इकट्ठा किया जाता है, जो 'मैग्नीशियम ऑक्साइड' (MgO) होता है। समीकरण: 2Mg (s) + O2 (g) = 2MgO (s)

3. रासायनिक समीकरण और उनका निरूपण

किसी रासायनिक अभिक्रिया को प्रतीकों और सूत्रों के माध्यम से संक्षिप्त रूप में प्रदर्शित करना 'रासायनिक समीकरण' कहलाता है।

• अभिकारक (Reactants): वे पदार्थ जो अभिक्रिया के आरम्भ में भाग लेते हैं (तीर के बाईं ओर - LHS)।
• उत्पाद (Products): अभिक्रिया के फलस्वरूप बनने वाले नए पदार्थ (तीर के दाईं ओर - RHS)।
• उत्प्रेरक (Catalyst): वे पदार्थ जो अभिक्रिया की गति को परिवर्तित करते हैं परंतु स्वयं अपरिवर्तित रहते हैं।

निरूपण के वैज्ञानिक नियम: रासायनिक समीकरणों में भौतिक अवस्थाओं और परिस्थितियों को दर्शाने के लिए निश्चित प्रतीकों का प्रयोग किया जाता है। विशेष रूप से, अभिक्रिया की परिस्थितियों जैसे ताप, दाब या उत्प्रेरक को तीर के चिह्न के ऊपर या नीचे लिखा जाता है।

प्रतीक	अर्थ
(s)	ठोस (Solid)
(l)	द्रव (Liquid)
(g)	गैस (Gas)
(aq)	जलीय विलयन (Aqueous Solution)
(↑)	गैस का निकलना
(↓)	अवक्षेप का बनना
(\Delta)	गर्म करना या ऊष्मा देना

4. समीकरणों का संतुलन: कंकाली बनाम संतुलित समीकरण

• कंकाली समीकरण (Skeleton Equation): वह समीकरण जिसमें अभिकारकों और उत्पादों में प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की संख्या समान नहीं होती (असंतुलित)। उदाहरण: H2 + O_2 = H2O.
• संतुलित रासायनिक समीकरण: वह समीकरण जिसमें तीर के दोनों ओर प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की संख्या बराबर होती है।

संतुलन की आवश्यकता (द्रव्यमान संरक्षण का नियम): द्रव्यमान संरक्षण के नियम के अनुसार, किसी भी रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान का न तो सृजन किया जा सकता है और न ही विनाश। अतः, 'अभिकारकों का कुल द्रव्यमान = उत्पादों का कुल द्रव्यमान' होना चाहिए। इसी नियम के पालन हेतु परमाणुओं की संख्या को संतुलित करना अनिवार्य है।

उदाहरण (जल का निर्माण): असंतुलित: H2 (g) + O2 (g) = H2O (l) संतुलित: 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (l)

5. रासायनिक अभिक्रियाओं के प्रकार

• संयोजन अभिक्रिया: वह अभिक्रिया जिसमें दो या अधिक अभिकारक मिलकर एक एकल उत्पाद बनाते हैं। उदाहरण: C (s) + O2 (g) = CO2 (g)
• वियोजन (अपघटन) अभिक्रिया: वह अभिक्रिया जिसमें एकल अभिकारक टूटकर दो या अधिक उत्पाद बनाता है। इसके तीन प्रकार हैं:
  1. ताप-अपघटन (Thermolysis): ऊष्मा द्वारा वियोजन। उदाहरण: CaCO3 (s) =CaO (s) + CO2 (g)
  2. विद्युत-अपघटन (Electrolysis): विद्युत धारा द्वारा वियोजन। उदाहरण: 2H2O (l) = 2H2 (g) + O2 (g)
  3. प्रकाश-अपघटन (Photolysis): सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में वियोजन। उदाहरण: 2AgCl (s)=2Ag (s) + Cl2 (g) (सिल्वर क्लोराइड का धूसर रंग में बदलना)।

तुलना: ऊष्मीय वियोजन vs आयनिक वियोजन

आधार	ऊष्मीय वियोजन	आयनिक वियोजन
कारण	केवल ताप बढ़ाने से होता है।	पदार्थ को विलायक (जल) में घोलने पर होता है।
प्रकृति	यह अक्सर अनुत्क्रमणीय होता है।	यह अक्सर विलयन में साम्यावस्था (Equilibrium) में होता है।
उत्पाद	उत्पाद उदासीन अणु होते हैं।	उत्पाद आवेशित कण (आयन) होते हैं।
पृथक्करण	उत्पादों को विसरण (Diffusion) द्वारा अलग कर सकते हैं।	उत्पादों को विद्युत अपघटन द्वारा अलग कर सकते हैं।

• विस्थापन अभिक्रिया: वह अभिक्रिया जिसमें अधिक अभिक्रियाशील तत्व, कम अभिक्रियाशील तत्व को उसके यौगिक से विस्थापित कर देता है। यह सक्रियता श्रेणी पर निर्भर करता है। उदाहरण: Zn (s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4 (aq) + Cu (s)
• द्विविस्थापन अभिक्रिया: वे अभिक्रियाएँ जिनमें अभिकारकों के बीच आयनों का परस्पर विनिमय (Exchange) होता है। इन्हें 'उभय-अपघटन' भी कहते हैं। अवक्षेपण अभिक्रिया: यदि द्विविस्थापन में कोई अविलेय ठोस (अवक्षेप) बनता है, तो उसे अवक्षेपण अभिक्रिया कहते हैं। उदाहरण 1: AgNO3 (aq) + NaCl (aq) = AgCl (s) + NaNO3 (aq) (सिल्वर क्लोराइड का सफेद अवक्षेप) उदाहरण 2: BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) = BaSO4 (s) + 2NaCl (aq) (बेरियम सल्फेट का सफेद अवक्षेप)
• उदासीनीकरण अभिक्रिया (Neutralization): अम्ल और क्षार की अभिक्रिया से लवण और जल बनने की प्रक्रिया। समीकरण: HCl (aq) + NaOH (aq) = NaCl (aq) + H2O (l) विशेष: प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार के लिए उदासीनीकरण ऊष्मा का मान 13.7 किलोकैलोरी/मोल होता है।

6. रेडॉक्स (Redox) अभिक्रिया: ऑक्सीकरण और अपचयन

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में ऑक्सीकरण और अपचयन की प्रक्रियाएँ सदैव साथ-साथ होती हैं।

तुलनात्मक अध्ययन और इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत

प्रक्रिया	ऑक्सीकरण (Oxidation)	अपचयन (Reduction)
ऑक्सीजन/हाइड्रोजन	ऑक्सीजन का जुड़ना या हाइड्रोजन का निकलना।	हाइड्रोजन का जुड़ना या ऑक्सीजन का निकलना।
विद्युत अवयव	ऋण-विद्युती अवयव का बढ़ना।	धन-विद्युती अवयव का बढ़ना।
इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत	इलेक्ट्रॉन का त्याग (De-electronation)।	इलेक्ट्रॉन ग्रहण करना (Electronation)।
ऑक्सीकरण संख्या	ऑक्सीकरण संख्या में वृद्धि होती है।	ऑक्सीकरण संख्या में कमी होती है।

पहचान के नियम:

1. जिस पदार्थ से इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, उसका ऑक्सीकरण होता है।
2. जिसका ऑक्सीकरण होता है, वह अपचायक (Reductant) कहलाता है।
3. जिस पदार्थ में इलेक्ट्रॉन जुड़ते हैं, उसका अपचयन होता है।
4. जिसका अपचयन होता है, वह ऑक्सीकारक (Oxidant) कहलाता है।

उदाहरण द्वारा प्रदर्शन:

1. ZnO + C= Zn + CO: यहाँ ZnO का अपचयन हो रहा है (ऑक्सीजन का ह्रास), अतः ZnO ऑक्सीकारक है। C का ऑक्सीकरण हो रहा है, अतः C अपचायक है।
2. MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O: यहाँ MnO2 इलेक्ट्रॉन ग्रहण कर अपचयित हो रहा है, जबकि HCl में Cl- आयन इलेक्ट्रॉन त्याग कर Cl2 में ऑक्सीकृत हो रहा है।

7. दैनिक जीवन में ऑक्सीकरण के प्रभाव

• लोहे पर जंग लगना (Rusting): यह एक धीमी ऑक्सीकरण अभिक्रिया है जिसमें लोहा नमी और ऑक्सीजन के संपर्क में आकर हाइड्रेटेड आयरन ऑक्साइड बनाता है, जिससे धातु कमजोर हो जाती है।
• विकृतगंधिता (Rancidity): वसा और तेल युक्त खाद्य पदार्थ लंबे समय तक रखने पर वायु द्वारा ऑक्सीकृत हो जाते हैं, जिससे उनके स्वाद और गंध में परिवर्तन आ जाता है।
• श्वसन (Respiration): यह एक जैव-रासायनिक ऑक्सीकरण प्रक्रिया है जिसमें ग्लूकोज का ऑक्सीकरण होता है और ऊर्जा मुक्त होती है।

8. स्व-मूल्यांकन खंड (MCQs)

1. रासायनिक अभिक्रिया के निरूपण की सबसे वैज्ञानिक विधि कौन सी है? 

(a) शब्द-समीकरण (b) प्रतीकों तथा आणविक सूत्रों द्वारा (c) चित्र बनाकर (d) पैराग्राफ लिखकर

2. समीकरण H2 + O2 = H2O किस प्रकार के समीकरण का उदाहरण है? 

(a) संतुलित समीकरण (b) कंकाली (असंतुलित) समीकरण (c) तापीय समीकरण (d) पूर्ण समीकरण

3. प्रबल अम्ल तथा प्रबल क्षार के मध्य होने वाली उदासीनीकरण अभिक्रिया के लिए ऊष्मा का मान कितना होता है? (a) 13.3 किलोकैलोरी (b) 13.7 किलोकैलोरी (c) 14.0 किलोकैलोरी (d) 10.5 किलोकैलोरी

4. इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के अनुसार ऑक्सीकरण (Oxidation) वह प्रक्रिया है जिसमें: 

(a) इलेक्ट्रॉन जुड़ते हैं (b) इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं (त्यागे जाते हैं) (c) ऑक्सीकरण संख्या घटती है (d) कोई परिवर्तन नहीं होता

5. धातुओं (धन विद्युती अवयव) का जुड़ना क्या कहलाता है? 

(a) ऑक्सीकरण (b) अपचयन (c) विस्थापन (d) वियोजन

6. बेरियम क्लोराइड और सोडियम सल्फेट की अभिक्रिया में किसका सफेद अवक्षेप बनता है? 

(a) NaCl (b) BaSO4 (c) BaCl2 (d) Na2SO4

7. वह अभिक्रिया जिसमें सूर्य के प्रकाश के कारण अपघटन होता है, क्या कहलाती है? 

(a) ताप-अपघटन (b) विद्युत-अपघटन (c) प्रकाश-अपघटन (d) उदासीनीकरण

उत्तर कुंजी:

1. (b), 2. (b), 3. (b), 4. (b), 5. (b), 6. (b), 7. (c)