भौतिक मात्राओं का उपयोग करके रासायनिक सूत्र तैयार करना

आवोगाद्रो स्थिरांक। आवोगाद्रो स्थिरांक वह आनुपातिकता कारक है जो नमूने में घटक कणों की संख्या को पदार्थ की मात्रा से जोड़ता है। यह किसी भी पदार्थ के एक मोल में इकाइयों की संख्या है। यह 602214076 ×10²³ के बराबर है। किसी पदार्थ की इकाइयाँ इलेक्ट्रॉन, परमाणु, आयन या अणु हो सकती हैं। यह पदार्थ की प्रकृति और प्रतिक्रिया विशेषताओं पर निर्भर करता है। हम अवोगाद्रो संख्या के बारे में और क्या जान सकते हैं?।

इसका SIइकाई मोल का गुणात्मक व्युत्क्रम है। वह है mol⁻¹। इसका नाम इतालवी वैज्ञानिक अमेदिओ अवोगाद्रो के नाम पर रखा गया है। एवोगाद्रो स्थिरांक को निम्न द्वारा दर्शाया जाता है NA। इसका मतलब है कि किसी भी पदार्थ के एक मोल में 602214076 × 10²³ मूल कण होते हैं। यह एक आयामहीन राशि है। इसका प्रयोग सामान्यतः यहां दर्शाए गए रूपांतरण कारक के रूप में किया जाता है।

फैराडे स्थिरांक। एक फैराडे एक मोल इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश के परिमाण को दर्शाता है। यह फैराडे स्थिरांक के समतुल्य है। इसे प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है F। इसका फैराडे स्थिरांक सार्वभौमिक रूप से स्वीकृत मान है। इस स्थिरांक को दो अन्य स्थिरांकों के विलय के रूप में व्यक्त किया जा सकता है F=eNA। यहाँ, e इलेक्ट्रॉन का आवेश कूलॉम में है। NA आवोगाद्रो स्थिरांक है। फैराडे स्थिरांक का प्रयोग सामान्यतः विद्युत-अपघटन में किया जाता है। कूलॉम में आवेश की मात्रा को फैराडे स्थिरांक से विभाजित करने पर, हमें ऑक्सीकृत हुए तत्वों की मोलों में संख्या प्राप्त होती है।

सामूहिक अंश। प्रजातियों का द्रव्यमान अंश मिश्रण के प्रति इकाई द्रव्यमान में प्रजाति का द्रव्यमान है। इसका एक उदाहरण एक किलोग्राम मिश्रण में एक ग्राम स्पीशीज है। दूसरे शब्दों में, मिश्रण में द्रव्यमान अंश एक पदार्थ के द्रव्यमान की मात्रा होती है, जिसे कुल मिश्रण के द्रव्यमान से विभाजित किया जाता है। इन सभी द्रव्यमान अंशों का योग 1 के बराबर है। इसलिए, द्रव्यमान अंश की कोई इकाई नहीं है। इसका सूत्र यहाँ इस प्रकार दर्शाया गया है Wᵢ। द्रव्यमान प्रतिशत रसायन का द्रव्यमान है, जिसे कुल द्रव्यमान से विभाजित किया जाता है तथा 100 से गुणा किया जाता है।

आइए CO₂, O₂, N₂ और CH₄ के मिश्रण में CO₂ के द्रव्यमान अंश की गणना करें। कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान 8802 ग्राम है। हम इसे सबसे ऊपर लिखते हैं। फिर नीचे हम सभी यौगिकों के द्रव्यमान लिखते हैं। ऑक्सीजन का द्रव्यमान 31998 ग्राम है। नाइट्रोजन का द्रव्यमान 145673 ग्राम है। मीथेन का द्रव्यमान 2086 ग्राम है। इसलिए CO₂ का द्रव्यमान अंश 005 है। अन्य प्रजातियों के द्रव्यमान अंश के उदाहरण चित्र में दिए गए हैं। जिस प्रकार हमने CO₂ के द्रव्यमान अंश की गणना की, उसी प्रकार नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और मीथेन के द्रव्यमान अंश की गणना की जा सकती है।

वॉल्यूम फ़्रैक्शन। आयतन अंश, मिश्रण में घटक के आयतन को मिश्रण से पहले सभी घटकों के आयतन से विभाजित करने पर प्राप्त राशि होती है। यह आयामहीन है। इसे संख्याओं में व्यक्त किया जाता है। इसकी इकाई 1 है। आयतन अंश आयतन प्रतिशत ज्ञात करने में भी सहायता करता है। आइये एक और उदाहरण देखें। जल और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के मिश्रण में जल का आयतन 0001m³ है और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल का आयतन 014143m³ है। इस मिश्रण में पानी का आयतन अंश 0007 है इसी तरह, हम हाइड्रोक्लोरिक एसिड का आयतन अंश ज्ञात कर सकते हैं।

मोल - अंश। मोल अंश को मिश्रण में एक घटक के मोलों को मिश्रण की कुल संरचना के मोलों की संख्या से विभाजित करके परिभाषित किया जाता है। यह आयामहीन है। इसे प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है x। क्या आप मोल अंश का वर्णन करने वाला कोई उदाहरण सोच सकते हैं?।

मोल अंश से मोल प्रतिशत भी ज्ञात किया जा सकता है जैसा कि यहां दिखाया गया है। हम ऐसा कर सकते हैं क्योंकि यह मिश्रण में सभी घटकों की कुल मात्रा से विभाजित घटकों की मात्रा की इकाई है। आइये निम्नलिखित संख्या में मोल वाले मिश्रण को देखें। इसमें 1.71 मोल हैं N2, 0.454 मोल CO₂, 0.556 मोल H₂Oऔर 0.969 मोल O₂। हम इसका मोल अंश ज्ञात कर सकते हैं N2इस मिश्रण में जैसा कि यहाँ दिखाया गया है। इसी प्रकार, का मोल अंश CO₂, H₂Oऔर O₂पाया जा सकता है।

द्रव्यमान से आयतन अनुपात। द्रव्यमान से आयतन अनुपात घनत्व का वर्णन करता है। घनत्व को ग्राम प्रति घन इकाई में व्यक्त किया जाता है। इस सूत्र के माध्यम से, किसी भी दो मानों का उपयोग तीसरे मान की गणना करने के लिए किया जा सकता है। उनके रिश्ते को याद रखने का एक आसान तरीका यहां दिखाया गया है। घनत्व को प्रति इकाई आयतन द्रव्यमान के रूप में भी परिभाषित किया जाता है। द्रव्यमान किसी वस्तु के अन्दर उपस्थित पदार्थ की मात्रा है। जितना अधिक सामान होगा, उतना अधिक द्रव्यमान होगा।

आइये एक उदाहरण देखें। हमें 65 ग्राम/सेमी3 घनत्व तथा 35सेमी3 आयतन वाले पदार्थ का द्रव्यमान ज्ञात करना है। द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए हम घनत्व को आयतन से गुणा करते हैं। अतः द्रव्यमान 2275 ग्राम होगा। आइये एक और उदाहरण पर विचार करें। ऑस्मियम धातु का द्रव्यमान और आयतन क्रमशः 50 ग्राम और 222 सेमी3 हैं। इसलिए घनत्व की गणना करने के लिए हम द्रव्यमान को आयतन से विभाजित करते हैं। हमें घनत्व 225 ग्राम/सेमी³ प्राप्त होगा।

मोल से आयतन अनुपात। इस मोल-से-आयतन अनुपात का सबसे सामान्य अनुप्रयोग मानक तापमान और दबाव पर गैस का मोलर आयतन है। STPतापमान 27315k और दबाव 1atm है। एक आदर्श गैस का एक मोल 224 लीटर के बराबर होता हैइसे मोलरता में भी व्यक्त किया जाता है। मोलरता एक डेसीमीटर घन विलयन में घुले विलेय के मोलों की संख्या है। दूसरे शब्दों में, विलेय के मोलों की संख्या को विलयन के आयतन से भाग देने पर मोलरता प्राप्त होती है।

मोलर सांद्रता ज्ञात करने के लिए मोल को विलयन में प्रयुक्त लीटर की संख्या से भाग देना होगा। यह विलयन के प्रति इकाई आयतन में पदार्थ की मात्रा है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है mol/L। आइये 10 ग्राम एसिटिक एसिड का उदाहरण देखें जो 125 लीटर पानी में घुला हुआ है। इसकी मोलर सांद्रता निम्न प्रकार ली जाती है। एसिटिक एसिड का आणविक सूत्र है CH₃COOH। मोल प्राप्त करने के लिए, हम द्रव्यमान को ग्राम में विभाजित करेंगे, जो कि 10 है, एसिटिक एसिड के मोलर द्रव्यमान से। अतः मोलरता सूत्र का उपयोग करते हुए, हम मोलों को आयतन से विभाजित करते हैं। ऐसा करने पर, हमें एसिटिक एसिड की मोलर सांद्रता 01332 M प्राप्त होती है।

भाग प्रति मिलियन (पीपीएम)। प्रति मिलियन भाग यह बताता है कि विलयन के एक मिलियन भाग में विलेय के कितने भाग हैं। हम 1 मिलीग्राम घोल को 1000 मिलीलीटर विलायक में घोलकर 1 पीपीएम घोल तैयार कर सकते हैं। इसकी गणना विलेय के द्रव्यमान को विलयन के द्रव्यमान से विभाजित करके तथा फिर उसे दस लाख से गुणा करके की जाती है। इसलिए, हम कह सकते हैं कि 1ppm विलयन का 00001 प्रतिशत है। हम ppm से भी प्रतिशत ज्ञात कर सकते हैं जैसा कि यहां दिखाया गया है।

इसे विभिन्न तरीकों से भी व्यक्त किया जा सकता है जैसे मिलीग्राम प्रति किलोग्राम, या माइक्रो-ग्राम प्रति लीटर। पीपीएम की गणना के लिए हमें निम्नलिखित बातों पर आश्वस्त होना होगा। हम यह सुनिश्चित करते हैं कि हम इसे या तो विलेय और विलयन के द्रव्यमान के रूप में, या विलेय और विलयन के आयतन के रूप में मापें। दोनों पक्ष एक ही इकाई के होने चाहिए, या तो द्रव्यमान या आयतन। आइये पानी में नमक के पीपीएम की गणना का एक उदाहरण देखें। इस घोल में 0007 ग्राम नमक तथा 1 किलोग्राम घोल है। सबसे पहले हम नमक के ग्राम द्रव्यमान को किलोग्राम में बदलेंगे। फिर हम दशमलव को 1 मिलियन से गुणा करके पीपीएम की गणना कर सकते हैं।

भाग प्रति बिलियन (पीपीबी)। यह पीपीएम से कम सांद्रता है। पदार्थों की सांद्रता तब पीपीबी में परिवर्तित हो जाती है जब ये मानव जीवन और जैविक प्रणालियों के लिए अत्यंत अस्थिर होते हैं। इस प्रकार के संकेन्द्रण के लिए सावधानीपूर्वक निगरानी की आवश्यकता होती है। यह एक लाख का हजार गुना है, तथा परिमाण में दस लाख से भी अधिक है। पीपीबी की गणना यहां दिखाए अनुसार की जा सकती है।

यह प्रति 1000 मिलियन इकाई कुल द्रव्यमान वाले विलयन में किसी पदार्थ के द्रव्यमान की इकाइयों की संख्या है। इनका उपयोग मिट्टी और तलछट में प्रदूषक की सांद्रता को मापने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, 6 पीपीएम वाली मिट्टी में पीपीबी होगा, जैसा कि यहां दिखाया गया है।

मूलानुपाती सूत्र। यह किसी यौगिक में परमाणुओं का सबसे सरल पूर्ण संख्या अनुपात है। यह यौगिक में तत्वों के अनुपात तो बताता है, लेकिन परमाणुओं की वास्तविक संख्या या व्यवस्था नहीं बताता। यह यौगिक में तत्वों का सबसे कम पूर्ण संख्या अनुपात है। आप किसी यौगिक का अनुभवजन्य सूत्र कैसे ज्ञात करेंगे?। एक अनुभवजन्य सूत्र का उदाहरण यहां दर्शाया गया है।

अनुभवजन्य सूत्र की गणना करने के लिए सबसे पहले यौगिक में तत्वों का द्रव्यमान प्रतिशत ज्ञात करना होगा। फिर हमें प्रतिशत को ग्राम में बदलना होगा। फिर सभी द्रव्यमानों को उनके संबंधित मोलर द्रव्यमानों द्वारा तय करना होगा। मोल्स का सबसे छोटा उत्तर चुनें और सभी को उससे विभाजित करें। यह परिणामी गुणांक रासायनिक सूत्र में उप-अंक होगा। आइए एक ऐसे यौगिक का उदाहरण देखें जिसमें 3265% सल्फर, 653% ऑक्सीजन और 204% हाइड्रोजन है। इसका अनुभवजन्य सूत्र नीचे दिए गए चित्र में गणना किया गया है।

आणविक सूत्र। आणविक सूत्र यौगिक का निर्माण करने वाले परमाणुओं का अनुपात प्रस्तुत करता है। यह एक अणु का निरूपण है जो परमाणुओं के प्रकार को इंगित करने के लिए रासायनिक प्रतीकों का उपयोग करता है, जिसके बाद उपस्क्रिप्ट का प्रयोग होता है। यह अणु में प्रत्येक प्रकार के परमाणुओं की संख्या दर्शाता है। यह एक रासायनिक सूत्र है जो किसी पदार्थ के प्रत्येक अणु में प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की कुल संख्या बताता है। प्रतीक के बाद उपस्क्रिप्ट लिखने से अणु में प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की संख्या का पता चलता है।

आणविक सूत्र की गणना करने के लिए इन चरणों का पालन करना होगा। आइए इसे एक उदाहरण के रूप में देखें जहां एक सफेद पाउडर का विश्लेषण किया गया और पाया गया कि इसका अनुभवजन्य सूत्र है P₂O₅। यौगिक का मोलर द्रव्यमान 28388 ग्राम है। चित्रण में यौगिक का आणविक सूत्र गणना किया गया है।

अनुभवजन्य और आणविक सूत्र के बीच संबंध। सामान्यतः अनुभवजन्य सूत्र को पूर्ण संख्या n से गुणा किया जाता है, जिससे आण्विक सूत्र प्राप्त होता है। आणविक सूत्र अनुभवजन्य सूत्र के बराबर है जिसे n से गुणा किया गया है जैसा कि दिखाया गया है। यहाँ n एक पूर्णांक है, और इसका मान यहाँ दर्शाए अनुसार गणना किया जा सकता है। अनुभवजन्य और आणविक सूत्र के बीच समानताएं। ये दोनों एक यौगिक के सभी तत्वों को इंगित करते हैं। दोनों यौगिक में प्रत्येक तत्व के परमाणुओं के अनुपात को दर्शाते हैं।

अनुभवजन्य और आणविक सूत्र के बीच अंतर। अनुभवजन्य सूत्र यौगिक में परमाणुओं के सबसे छोटे पूर्ण संख्या अनुपात को व्यक्त करता है। आयनिक यौगिकों को हमेशा अनुभवजन्य सूत्र में लिखा जाता है, जैसे NaCl और HCl। अणुसूत्र किसी यौगिक का वास्तविक सूत्र है जो प्रत्येक परमाणु की संख्या और प्रकार बताता है। सहसंयोजक यौगिकों को हमेशा आणविक सूत्र में लिखा जाता है, जैसे CO₂।

भौतिक राशियों को मापकर आणविक सूत्र निकालना। भौतिक राशियाँ किसी पदार्थ के वे भौतिक गुण हैं जिन्हें माप द्वारा परिमाणित किया जा सकता है। इसे इकाई के साथ संख्यात्मक मान के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। भौतिक राशियों के कुछ उदाहरण हैं द्रव्यमान, लंबाई, समय, तापमान, बल, वेग और घनत्व। हम द्रव्यमान और मोलर द्रव्यमान से आणविक सूत्र प्राप्त कर सकते हैं जो भौतिक राशियाँ हैं।

आइये एक उदाहरण देखें जहां आणविक सूत्र निर्धारित करना है। यदि किसी यौगिक का अनुभवजन्य सूत्र CF₂ तथा मोलर द्रव्यमान 20004 g/mol है, तो हम आणविक सूत्र की गणना कैसे करेंगे?। आणविक द्रव्यमान 20004g/mol है। लेकिन हम द्रव्यमान का अनुभवजन्य सूत्र नहीं जानते। इसकी गणना करने के लिए हम आवर्त सारणी से परमाणुओं के परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करते हैं और उन द्रव्यमानों को चित्र में दिए गए अनुभवजन्य सूत्र के अनुसार जोड़ते हैं।

कुछ गैर-तुच्छ उदाहरण। चूँकि अणुओं का द्रव्यमान भी वाष्प घनत्व गुणनफल 2 के बराबर होता है। हम घनत्व भौतिक राशि द्वारा आणविक सूत्र प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण। यौगिक 'A' में 365% Na, 254% S और 381% O पाया जाता है। इसका वाष्प घनत्व 63 है। इसका अणुसूत्र चित्र में निर्धारित किया गया है।

667% हाइड्रोजन, 40% कार्बन तथा 06 ग्राम यौगिक युक्त 224cc NTP पर यौगिक का आणविक सूत्र निर्धारित करें। कार्बन और हाइड्रोजन में क्रमशः 100% का 40% और 667% होता है। इसलिए, शेष भाग ऑक्सीजन द्वारा ले लिया जाता है। अब, हम यौगिकों के अनुभवजन्य सूत्र की गणना करते हैं जैसा कि तालिका में दिखाया गया है। जैसा कि हम जानते हैं कि मोलर भार से भाग देने पर भार, मोलर आयतन से भाग देने पर आयतन के बराबर होता है, इसलिए हम ऑक्सीजन के मोलर भार की गणना चित्र में दिए अनुसार कर सकते हैं। चित्रण में आणविक सूत्र की गणना इस प्रकार की गई है C₂H₄O₂।