संतुलित रासायनिक समीकरण से संबंधित गणनाएँ

जैसा कि हम जानते हैं कि balancedरासायनिक समीकरण द्रव्यमान परिवर्तन के नियम का पालन करता है। यह नियम कहता है कि द्रव्यमान का न तो सृजन किया जा सकता है और न ही विनाश किया जा सकता है। इसका अर्थ यह है कि अभिकारकों का द्रव्यमान उत्पादों के द्रव्यमान के बराबर होना चाहिए। इसके अलावा, अभिकारकों का समग्र आवेश किसी पदार्थ में उत्पादों के समग्र आवेश के बराबर होना चाहिए balancedरासायनिक समीकरण। आइये एक सरल समीकरण को संतुलित करके इस अवधारणा को समझें।

को balanceद्रव्यमान, हम ग्राम में द्रव्यमान का उपयोग करते हैं। ग्राम में द्रव्यमान निम्न प्रकार से बराबर होना चाहिए। अभिकारक का द्रव्यमान उत्पाद के द्रव्यमान के बराबर होता है। चित्र में हम देख सकते हैं कि पोटेशियम नाइट्रेट विघटित होकर पोटेशियम नाइट्राइट और ऑक्सीजन गैस बनाता है। पोटेशियम नाइट्रेट का द्रव्यमान 404 ग्राम है। पोटेशियम नाइट्राइट का द्रव्यमान 340 ग्राम है। निर्मित ऑक्सीजन का द्रव्यमान 064 ग्राम है। यदि हम उत्पाद में पोटेशियम नाइट्राइट और ऑक्सीजन गैस का द्रव्यमान जोड़ते हैं, तो हमें 404 ग्राम मिलता है। यह अभिकारकों का द्रव्यमान है।

कुछ रासायनिक अभिक्रियाओं में आयन शामिल होते हैं। हम यह भी कर सकते हैं balanceआयनों से संबंधित रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए आवेश। हम चित्र में देख सकते हैं कि पोटेशियम नाइट्रेट विघटित होकर पोटेशियम नाइट्राइट और ऑक्सीजन गैस बनाता है। पोटेशियम नाइट्रेट में पोटेशियम का आवेश है +1। पोटेशियम नाइट्रेट में नाइट्रेट आयन का आवेश है -1। अतः अभिकारक का कुल आवेश है (+1) + (-1) = 0।

अभिक्रिया के उत्पादों में ऑक्सीजन गैस का आवेश शून्य है। पोटेशियम का आवेश है +1और नाइट्राइट आयन का है -1। तो, पोटेशियम नाइट्राइट का कुल आवेश है (+1) + (-1) = 0। हम देख सकते हैं कि अभिकारक का कुल आवेश शून्य है। हम यह भी देख सकते हैं कि उत्पाद का समग्र प्रभार भी शून्य है। अतः अभिकारकों का आवेश उत्पादों के आवेश के बराबर होता है।

चलें balanceएक अन्य रासायनिक समीकरण का द्रव्यमान और आवेश। नाइट्रोजन गैस हाइड्रोजन गैस के साथ अभिक्रिया करके अमोनिया बनाती है। सबसे पहले हम balanceसामूहिक। नाइट्रोजन का द्रव्यमान 2100 ग्राम है। हाइड्रोजन गैस का द्रव्यमान 450 ग्राम है। जब हम नाइट्रोजन और हाइड्रोजन गैसों का द्रव्यमान जोड़ते हैं, तो हमें 2550 ग्राम प्राप्त होता है। उत्पाद का द्रव्यमान भी 2550 ग्राम है। अतः हम देख सकते हैं कि अभिकारकों का द्रव्यमान उत्पाद के द्रव्यमान के बराबर है।

अब हम balanceइस रासायनिक समीकरण में आवेश। नाइट्रोजन गैस का आवेश शून्य होता है। हाइड्रोजन गैस का आवेश शून्य हैअमोनिया का आवेश भी शून्य है। हम देख सकते हैं कि अभिकारकों का समग्र आवेश शून्य है। यह उत्पादों के समग्र प्रभार के बराबर है।

अब हम balanceपरमाणु समीकरण। यह एक समीकरण है जिसमें एक नाभिक एक नए तत्व में परिवर्तित हो जाता है। यह न्यूट्रॉनों की बमबारी या अल्फा या बीटा कणों के उत्सर्जन से होता है। परमाणु समीकरण को संतुलित करने के लिए हमें निम्न की आवश्यकता है: balanceसमीकरण के दोनों ओर द्रव्यमान संख्या। फिर हम परमाणु संख्या पर काम करते हैं जो नाभिकीय आवेश का प्रतिनिधित्व करती है। नाभिकीय समीकरणों का संतुलन समीकरण में लुप्त तत्व को ढूंढकर किया जाता है। यह समीकरण के दोनों ओर द्रव्यमान संख्या और परमाणु संख्या को संतुलित करके किया जाता है।

चित्रित उदाहरण में हमारे पास कार्बन का एक समस्थानिक है। यह एक ¹⁴Cबीटा क्षय से गुजर रहा है। इसका मतलब है कि यह बीटा कण या इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित कर रहा है। इस अभिक्रिया में लुप्त तत्व क्या है?। इसके लिए हमें यह सुनिश्चित करना होगा कि प्रतिक्रिया संतुलित हो। यहाँ 6कार्बन का परमाणु क्रमांक कार्बन तत्व में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होता है। 14कार्बन का द्रव्यमान संख्या दर्शाता है। यह प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का योग है।

अतः कार्बन के इस समस्थानिक में 6 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन हैं। को balanceसमीकरण में हमें यह सुनिश्चित करना है कि दोनों तरफ द्रव्यमान बराबर है। हमें यह भी सुनिश्चित करना होगा कि कुल परमाणु चार्ज समान रहे। समीकरण के दाएँ पक्ष में इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान शून्य है। इसलिए, हमें चौदह द्रव्यमान संख्या वाले तत्व की आवश्यकता है। समीकरण के बायीं ओर, नाभिकीय आवेश छह है। दाईं ओर के इलेक्ट्रॉन का नाभिकीय आवेश ऋणात्मक एक है। हमें 7 परमाणु आवेश वाले एक तत्व की आवश्यकता है।

इसके लिए हम आवर्त सारणी का उपयोग करते हैं। द्रव्यमान संख्या भिन्न हो सकती है लेकिन परमाणु संख्या प्रत्येक तत्व के लिए विशिष्ट होती है। नाइट्रोजन लुप्त तत्व है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसकी परमाणु संख्या सात है और द्रव्यमान संख्या चौदह है। अब समीकरण के दोनों ओर नाभिकीय आवेश समान है। द्रव्यमान संख्या भी समान है। यह समीकरण संतुलित है। आइये एक और उदाहरण देखें जिसमेंनाइट्रोजन-14 पर न्यूट्रॉनों की बमबारी की जाती है। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन और एक लुप्त तत्व उत्पन्न होता है।

आइये द्रव्यमान संख्या से शुरू करें क्योंकि हम जानते हैं कि बायीं ओर द्रव्यमान पंद्रह है। दाहिनी ओर द्रव्यमान एक है। इसलिए, हमें चौदह द्रव्यमान संख्या वाले तत्व की आवश्यकता है। अब, आइए परमाणु संख्या की गणना करें जो नाभिकीय आवेश को भी दर्शाता है। बायीं ओर, हमारे पास परमाणु संख्या का मान 7 है। दाईं ओर एक परमाणु संख्या 1 है तथा एक अन्य तत्व लुप्त है। अतः हमें 6 परमाणु क्रमांक वाले तत्व की आवश्यकता है balanceइस समीकरण। आवर्त सारणी का उपयोग करके, हमें लुप्त तत्व कार्बन-14 मिलता है। यह कार्बन का एक समस्थानिक है। अब, यह परमाणु समीकरण संतुलित है।

सरल रासायनिक समीकरणों को संतुलित करने का सामान्य नियम यह है कि हम केवल गुणांकों को ही बदल सकते हैं। ये परमाणुओं के सामने की संख्याएं हैं। परमाणुओं के बाद की संख्याएं उपस्क्रिप्ट हैं। इन्हें बदला नहीं जा सकता। गुणांकों को इस प्रकार बदला जाता है balanceसमीकरण। हम ऐसा अभिकारक पक्ष में किसी तत्व के परमाणुओं की संख्या को उत्पाद पक्ष में तत्व के परमाणुओं की संख्या के बराबर करके करते हैं। यदि कोई गुणांक नहीं लिखा है, तो हम इसे एक मान लेते हैं।

आत्मनिरीक्षण आत्म-परीक्षण या आत्म-परीक्षण की एक विधि हैआत्म-अवलोकन। इसका अर्थ है भीतर की ओर देखना। इस विधि में हम रासायनिक समीकरण का निरीक्षण करते हैं और पता लगाते हैं कि परमाणुओं के आवेश, द्रव्यमान या संख्या को संतुलित करने की आवश्यकता है या नहीं। दिए गए चित्रण में, आयरन ऑक्साइड कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता हैलौह धातु और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाने के लिए।

आइये पहले देखें कि चार्ज संतुलित है या नहीं। हम देख सकते हैं कि अभिकारकों का समग्र आवेश शून्य है। हम यह भी देख सकते हैं कि उत्पादों का समग्र प्रभार शून्य है। अतः अभिकारकों का आवेश, उत्पादों के आवेश के बराबर होता है। अब हम अभिकारकों में प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की संख्या देखेंगे। हम देखेंगे कि वे संतुलित हैं या नहीं। जैसा कि हम देख सकते हैं, अभिकारक पक्ष पर दो लौह परमाणु हैं। उत्पाद पक्ष पर एक लौह परमाणु भी है। इसके अलावा अभिकारक पक्ष पर 3 ऑक्सीजन परमाणु और उत्पाद पक्ष पर दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। दोनों ओर कार्बन परमाणुओं की संख्या बराबर है।

हम पहले balanceलोहे के परमाणुओं को गुणांक दो को लोहे के बायीं ओर रखकरऑक्साइड। अब हमारे पास बायीं ओर 4 लौह परमाणु और 6 ऑक्सीजन परमाणु हैं। हम गुणनफल पक्ष में लोहे के बायीं ओर गुणांक 4 लिखेंगे। अब लोहे के परमाणुओं की संख्या हैसंतुलित। हम गुणांक 3 लगाएंगेउत्पाद में कार्बन डाइऑक्साइड का बायाँ भागओर। हम ऑक्सीजन की संख्या देख सकते हैंपरमाणु अब संतुलित हैं। उत्पाद पक्ष पर तीन कार्बन परमाणुओं को संतुलित करने के लिए हम अभिकारक पक्ष में कार्बन पर गुणांक 3 रखेंगे।

हमें करने दो balanceएक और समीकरण। हाइड्रोजन गैस ऑक्सीजन गैस के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाती है। अभिकारक पक्ष पर दो हाइड्रोजन परमाणु हैं। उत्पाद पक्ष पर दो हाइड्रोजन परमाणु हैं। अभिकारक पक्ष पर ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या दो है और उत्पाद पक्ष पर एक है।

आइये सबसे पहले प्रयास करें balanceऑक्सीजन परमाणु। हम जल पर गुणांक दो रखेंगे और अब हमारे पास उत्पाद पक्ष पर दो ऑक्सीजन परमाणु हैं। तो ऑक्सीजन परमाणु हैं balancedदोनों तरफ। लेकिन हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या अब असंतुलित है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उत्पाद पक्ष पर चार हाइड्रोजन परमाणु और अभिकारक पक्ष पर दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। को balanceहाइड्रोजन परमाणुओं के लिए हम अभिकारक पक्ष में हाइड्रोजन गैस पर गुणांक दो रखेंगे। अब हमारे पास balancedरासायनिक समीकरण जैसा कि चित्रित किया गया है।

रेडॉक्स समीकरणों को संतुलित करना। ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रियाओं को सामान्यतः रेडॉक्स अभिक्रियाएँ कहा जाता है। इसमें एक तत्व से दूसरे तत्व तक इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल है। जो परमाणु इलेक्ट्रॉन खो देता है वह ऑक्सीकृत हो जाता है, तथा जो परमाणु इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है वह अपचयित हो जाता है। रेडॉक्स समीकरण हो सकते हैं balancedया तो ऑक्सीकरण संख्या विधि या अर्ध-प्रतिक्रिया विधि द्वारा।

ऑक्सीकरण संख्या विधि में, ऑक्सीकरण संख्या को सम्पूर्ण रूप में गिना जाता है। अर्ध-प्रतिक्रिया विधि में, विधि समीकरण को दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है। ये दो अभिक्रियाएँ ऑक्सीकरण अभिक्रिया और अपचयन अभिक्रिया हैं। तब balanceप्रत्येक आधा और भाग को जोड़ने के लिए एक मिलता है balancedरेडॉक्स समीकरण।

हम सर्वप्रथम ऑक्सीकरण संख्या विधि का उपयोग करेंगे balanceरेडॉक्स समीकरण। ऑक्सीकरण संख्या किसी परमाणु द्वारा खोए या प्राप्त किये गये इलेक्ट्रॉनों की संख्या है। हम पहले समीकरण में प्रत्येक परमाणु की ऑक्सीकरण संख्या की पहचान करेंगे। फिर हम उन परमाणुओं के ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन की पहचान करेंगे जो या तो ऑक्सीकृत हो जाते हैं या अपचयित हो जाते हैं। फिर हम इस संख्या को गुणांक के रूप में इस प्रकार जोड़ेंगे कि ऑक्सीकरण संख्या में कुल वृद्धि ऑक्सीकरण संख्या में कुल कमी के बराबर हो जाएगी। फिर हम balanceहाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अलावा शेष सभी परमाणु।

चित्रित उदाहरण में हम देख सकते हैं कि नाइट्रोजन की ऑक्सीकरण अवस्था बदलती है +5को +2। यहाँ ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन है -3क्योंकि नाइट्रोजन को तीन इलेक्ट्रॉन प्राप्त हुए। की ऑक्सीकरण संख्या Asप्लस तीन से प्लस पांच में परिवर्तित किया गया। अतः यह ऑक्सीकृत हो जाता है और इसकी ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन होता है +2क्योंकि इसने दो इलेक्ट्रॉन खो दिए थे।

नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण संख्या में कुल वृद्धि 3 है। इसलिए, यदि हम तीन को दो से गुणा करें तो हमें 6 प्राप्त होगा। ऑक्सीकरण संख्या में कुल कमी Asहै +2। यदि हम इस 2 को 3 से गुणा करें तो हमें 6 प्राप्त होगा। इसलिए, हम गुणांक 3 रखेंगे H₃AsO₃और गुणांक 2 से HNO₃। अब हम देख सकते हैं कि ऑक्सीकरण संख्या में वृद्धि ऑक्सीकरण संख्या में कमी के बराबर है जो कि छह है।

दिए गए उदाहरण में जिंक शून्य से घटकर +2ऑक्सीकरण अवस्था। हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होता है +1शून्य ऑक्सीकरण अवस्था तक। जिंक की ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन है +2। हाइड्रोजन के लिए, यह है -1। हम बढ़ेंगे -1दो के साथ माइनस दो पाने के लिए। हमने HCl को दो से गुणा किया। अब हम देख सकते हैं कि जिंक की ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन हाइड्रोजन की ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन के बराबर है, जिसे दो से गुणा करने पर प्राप्त होता है। दो को HCl में गुणांक के रूप में जोड़ा जाता है। समीकरण है balancedअब।

अब हम balanceरेडॉक्स अभिक्रिया को दो भागों में विभाजित करके। एक भाग ऑक्सीकरण अभिक्रिया है और दूसरा अपचयन अभिक्रिया है। दिए गए चित्र में हमारे पास एक रेडॉक्स समीकरण है। हम ऑक्सीकरण भाग और अपचयन भाग को अलग कर रहे हैं और उन्हें अलग से लिख रहे हैं। ClO⁻हाइपोक्लोराइट कहा जाता है। इसमें कमी की जा रही है Cl⁻। जिंक का ऑक्सीकरण हो रहा है Zn⁺²आयन।

अब हम पहले balanceहाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अलावा अन्य परमाणुओं के लिए गुणांक को या तो अभिकारक पक्ष या उत्पाद पक्ष में रखकर। हम देख सकते हैं कि क्लोरीन और जिंक पहले से ही संतुलित हैं। तो अब हम balanceपहले ऑक्सीजन परमाणु और फिर हाइड्रोजन परमाणु। को balanceऑक्सीजन परमाणुओं के विपरीत दिशा में हम जल के अणु जोड़ेंगे। ऑक्सीकरण अभिक्रिया भाग में कोई ऑक्सीजन परमाणु नहीं होते। अपचयन भाग में अभिकारक पक्ष पर एक ऑक्सीजन परमाणु होता है। इसलिए हम उत्पाद पक्ष में एक जल अणु जोड़ेंगे। अब ऑक्सीजन परमाणु संतुलित हैं।

अब हम balanceहाइड्रोजन परमाणु। को balanceहाइड्रोजन परमाणुओं के लिए हम समीकरण के विपरीत पक्ष में हाइड्रोजन आयन जोड़ेंगे। ऑक्सीकरण अभिक्रिया भाग में कोई हाइड्रोजन परमाणु नहीं होते हैं। इस बीच, अपचयन अभिक्रिया भाग में उत्पाद पक्ष में दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। हम अभिकारक पक्ष पर दो हाइड्रोजन आयन जोड़ेंगे। अब हम balanceआरोप। के लिए balanceआवेश के लिए हम इलेक्ट्रॉनों को या तो अभिकारक पक्ष में या उत्पाद पक्ष में जोड़ेंगे। ऑक्सीकरण अभिक्रिया में हम देख सकते हैं कि अभिकारक पर आवेश शून्य होता है। इस बीच, उत्पाद पर शुल्क है +2। अतः हम उत्पाद पक्ष में दो इलेक्ट्रॉन जोड़ेंगे जिससे कुल आवेश शून्य के बराबर हो जाएगा। यह अभिकारकों पर समग्र आवेश के समान है।

के जाने balanceअपचयन अभिक्रिया में आवेश। हम देख सकते हैं कि वहाँ +2हाइड्रोजन आयनों पर आवेश और -1चार्ज पर ClO⁻आयन। अतः अभिकारकों पर कुल आवेश है (+2) + (-1) = (+1)। उत्पाद पक्ष पर कुल प्रभार है -1। यदि हम अभिकारक पक्ष पर दो इलेक्ट्रॉन जोड़ते हैं तो हमें कुल आवेश इस प्रकार मिलेगा -1। यह उत्पाद पक्ष पर प्रभार के बराबर है।

अगले चरण में हम पूर्ण अर्ध अपचयन समीकरण और अर्ध ऑक्सीकरण समीकरण को गुणा करते हैं। हम ऐसा इस प्रकार करते हैं कि दोनों अर्द्ध अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या एक दूसरे के बराबर हो। दिए गए उदाहरण में इलेक्ट्रॉनों की संख्या पहले से ही बराबर है। हम इन दोनों अर्द्ध अभिक्रियाओं को संयोजित करेंगे तथा इलेक्ट्रॉन, हाइड्रोजन आयन या हाइड्रॉक्साइड आयन जैसे सामान्य पदों को घटा देंगे।

अब हमारे पास अंतिम balancedरेडॉक्स प्रतिक्रिया। यह प्रतिक्रिया है balancedअम्लीय माध्यम में। यदि रेडॉक्स अभिक्रिया क्षारीय माध्यम में होती है, तो अंतिम चरण में हम हाइड्रॉक्साइड आयन OH⁻ जोड़ते हैं। हम इसे उस ओर जोड़ते हैं जहां हाइड्रोजन आयन पाए जाते हैं और पानी के अणुओं को घटा देते हैं।