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इलेक्ट्रोलाइट्स को पानी में घोलने से वे विपरीत आवेशित आयनों में अलग हो जाते हैं, जो परिणामी घोल को बिजली का संचालन करने की अनुमति देते हैं। सामान्य इलेक्ट्रोलाइट्स के कुछ उदाहरण विभिन्न प्रकार के लवण हैं, जैसे सोडियम क्लोराइड और पोटेशियम नाइट्रेट, एसिड जैसे सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक एसिड, और कुछ आधार जैसे सोडियम हाइड्रॉक्साइड, अन्य।
निम्नलिखित खंडों में उदाहरणों के माध्यम से विस्तार से समझाया गया है कि विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान में आयनों की मोलर सांद्रता की गणना कैसे करें, जिसमें मजबूत और कमजोर दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स शामिल हैं।
विलयन में आयनों की मोलर सांद्रता की गणना करने में सक्षम होना क्यों महत्वपूर्ण है?
विभिन्न कारणों से, समाधान तैयार करते समय इन आयनों की दाढ़ की एकाग्रता का निर्धारण या गणना करना आवश्यक है। एक ओर, आयनों की कुल सांद्रता हमें बिजली के संचालन की उनकी क्षमता का अंदाजा लगाने की अनुमति देती है। दूसरी ओर, आयनों की कुल सांद्रता भी एक समाधान की आयनिक शक्ति को प्रभावित करती है, जो विभिन्न वास्तविक प्रणालियों जैसे कि कमजोर एसिड और कमजोर आधारों के रासायनिक संतुलन को प्रभावित करती है।
अंत में, जीव विज्ञान और जैव रसायन के क्षेत्र में विभिन्न आयनों की सांद्रता बहुत महत्वपूर्ण है। इसका कारण यह है कि सोडियम और पोटेशियम जैसे आयनों की सांद्रता, साथ ही क्लोराइड और अन्य आयन, झिल्ली क्षमता का निर्धारण करने में महत्वपूर्ण कारक हैं, एक आयन की झिल्ली के एक तरफ अनायास पारित होने की प्रवृत्ति, और एक सेल के समुचित कार्य के लिए बहुत महत्व की अन्य परिवहन घटनाओं की भीड़।
मजबूत इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में आयन सांद्रता की गणना
एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट एक आयनिक पदार्थ है, जो पानी में घुलने पर पूरी तरह से आयनित हो जाता है। इसका मतलब यह है कि पृथक्करण प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है, और समाधान में आयनों की अधिकतम संभव संख्या को जन्म देने के लिए यौगिक की सभी सूत्र इकाइयां अलग हो जाती हैं।
इस कारण से, मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के मामले में, आयन एकाग्रता की गणना में संतुलित या संतुलित रासायनिक प्रतिक्रिया के आधार पर एक साधारण स्टोइकोमेट्रिक गणना होती है। निम्नलिखित मामले को एक उदाहरण के रूप में लें।
एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट के लिए आयनों की एकाग्रता की गणना का उदाहरण।
कथन:
500.0 एमएल घोल में 10.00 ग्राम पोटेशियम फॉस्फेट को घोलकर तैयार किए गए घोल में फॉस्फेट आयनों की मोलर सांद्रता और पोटेशियम आयनों की मोलर सांद्रता की गणना करें।
समाधान:
क्रमबद्ध चरणों की एक श्रृंखला का पालन करके इस प्रकार की समस्याओं को हल किया जा सकता है। बयान द्वारा प्रदान किए गए डेटा के आधार पर कुछ कदम अनावश्यक होंगे, लेकिन आम तौर पर बोलते हुए, आप हमेशा इसका उपयोग कर सकते हैं:
चरण #1: डेटा और अज्ञात निकालें, प्रासंगिक आणविक भार निर्धारित करें, और आवश्यक इकाई परिवर्तन करें।
किसी भी प्रकार की समस्या को हल करने में यह लगभग हमेशा पहला कदम होता है। इस मामले में, बयान इंगित करता है कि समाधान 10.00 ग्राम पोटेशियम फॉस्फेट (के 3 पीओ 4 ) को भंग करके तैयार किया जाता है , जो विलेय के द्रव्यमान से मेल खाता है।
चूँकि आयनों की मोलरिटी का अनुरोध किया गया है, हमें किसी बिंदु पर नमक के मोलर द्रव्यमान की आवश्यकता होगी जो है:
कथन यह भी इंगित करता है कि 500.00 एमएल समाधान तैयार किया जाएगा, जो समाधान की मात्रा के अनुरूप है। चूँकि वे मोलरिटी माँगते हैं, इसलिए इस आयतन को लीटर में बदलना चाहिए।
चरण # 2: इलेक्ट्रोलाइट की मोलर सांद्रता की गणना करें। इसे अक्सर विश्लेषणात्मक एकाग्रता के रूप में भी जाना जाता है।
सामान्य तौर पर, नमक के दाढ़ की एकाग्रता से नमक में आयनों की एकाग्रता की गणना करना आसान होता है। हम मोलरिटी फॉर्मूला और ऊपर प्रस्तुत डेटा का उपयोग करके ऐसा करते हैं।
जहाँ C K3PO4 नमक की मोलर सांद्रता को दर्शाता है।
लेखक की टिप्पणी: सामान्य तौर पर, किसी भी एकाग्रता इकाई में किसी भी विश्लेषणात्मक एकाग्रता का प्रतिनिधित्व करने के लिए सी का उपयोग करना प्रथागत है। विश्लेषणात्मक एकाग्रता से हमारा तात्पर्य विलेय, सॉल्वैंट्स और समाधानों की मापी गई मात्रा से गणना की गई सांद्रता से है। यह उन्हें रासायनिक प्रतिक्रिया के बाद या रासायनिक संतुलन स्थापित करते समय विभिन्न प्रजातियों की सांद्रता से अलग करना है।
चरण #3: संतुलित हदबंदी समीकरण लिखें
इस मामले में, यह एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट है, इसलिए प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है (एक संतुलन स्थापित नहीं है):
चरण # 4: ब्याज के आयनों की एकाग्रता निर्धारित करने के लिए संतुलित समीकरण से प्राप्त स्टोइकोमेट्रिक संबंधों का उपयोग करें।
एक बार समीकरण लिखे जाने के बाद, आयनों की सांद्रता निर्धारित करने के लिए स्टोइकोमेट्री का उपयोग करना आवश्यक है। हम स्टोइकोमीट्रिक गणना सीधे मोल्स के बजाय दाढ़ की सघनता का उपयोग करके कर सकते हैं, क्योंकि हम जो भी गणनाएँ कर रहे हैं, वे एक ही समाधान का संदर्भ देती हैं जिसमें आयतन नहीं बदल रहा है, इसलिए सघनता प्रत्येक प्रजाति के मोल्स के सीधे आनुपातिक होती है।
इसका अर्थ है कि दो आयनों की सांद्रता निम्न द्वारा निर्धारित की जाती है:
कमजोर इलेक्ट्रोलाइट समाधान में आयन एकाग्रता की गणना
कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के मामले में, मूलभूत अंतर यह है कि वियोजन प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय होती है, और विलेय अणुओं का केवल एक छोटा सा अंश मुक्त आयन बनाने के लिए अलग हो जाता है। इस कारण से, इन मामलों में आयन सांद्रता की गणना करने के लिए रासायनिक संतुलन को हल करना होगा।
एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट के लिए आयन एकाग्रता की गणना का उदाहरण।
कथन:
500.0 एमएल घोल में 10.00 ग्राम एसिटिक एसिड को घोलकर तैयार किए गए घोल में एसीटेट आयनों और हाइड्रोनियम आयनों की मोलर सांद्रता की गणना करें, यह जानते हुए कि एसिड की अम्लता स्थिरांक 1.75 .10 -5 है ।
समाधान:
चूंकि यह मामला एसिटिक एसिड के समाधान से संबंधित है, जो एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है, हमें आयनिक संतुलन को हल करने के लिए आगे बढ़ना चाहिए जो इस विलेय को पानी में घोलकर स्थापित किया जाता है। पहले चरण उपरोक्त के समान ही हैं, लेकिन चरण 4 के बाद प्रक्रिया बदल जाती है। ऐसे:
चरण #1: डेटा और अज्ञात निकालें, प्रासंगिक आणविक भार निर्धारित करें, और आवश्यक इकाई परिवर्तन करें।
विलेय का द्रव्यमान फिर से 10.00g है और विलयन का आयतन भी 500.0 mL है, जो 0.5000 L के बराबर है जैसा कि हमने पहले देखा था। एसिटिक एसिड ( CH3COOH ) का आणविक भार 60.052 g/mol है।
चरण # 2: इलेक्ट्रोलाइट की मोलर सांद्रता की गणना करें।
ऊपर प्रस्तुत आंकड़ों का उपयोग करते हुए, एसिटिक एसिड की प्रारंभिक या विश्लेषणात्मक मोलर सांद्रता है:
चरण #3: संतुलित हदबंदी समीकरण लिखें
पिछले मामले के विपरीत, क्योंकि यह एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है, प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय है, इसलिए एक संतुलन स्थापित होता है:
चरण # 4: सभी प्रजातियों की सांद्रता निर्धारित करने के लिए रासायनिक संतुलन को हल करें।
प्रक्रिया का यह हिस्सा पिछले वाले से पूरी तरह से अलग है, क्योंकि आयनों की अंतिम सांद्रता स्टोइकोमेट्री द्वारा एसिड की प्रारंभिक सांद्रता से सीधे निर्धारित नहीं की जा सकती है, क्योंकि इन सांद्रता को बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून द्वारा दी गई संतुलन स्थिति को भी पूरा करना चाहिए। .
इस विशेष मामले में, संतुलन की स्थिति संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:
निम्नलिखित आईसीई तालिका प्रारंभिक सांद्रता को अंतिम से संबंधित करती है। इस मामले में, चूँकि हम पहले से नहीं जानते हैं कि अम्ल वास्तव में कितना विघटित होता है, तो इसकी सांद्रता में परिवर्तन को एक अज्ञात (X) के रूप में व्यक्त किया जाना चाहिए। फिर, स्टोइकोमेट्री द्वारा, यह स्थापित किया जाता है कि एक्स को एसीटेट आयनों और प्रोटॉन से भी बनाया जाना चाहिए:
सांद्रता | CH3COOH _ _ | एच + | सीएच 3 सीओओ – |
आद्याक्षर _ | 0.3330एम | 0 | 0 |
परिवर्तन _ | -एक्स | + एक्स | + एक्स |
और संतुलन | 0.3330-एक्स | एक्स | एक्स |
अज्ञात एक्स को खोजने के लिए, यह अम्लता स्थिरांक के समीकरण का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है:
इस समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है:
जो एक दूसरी डिग्री का समीकरण है जिसका समाधान, अम्लता स्थिरांक के मान को प्रतिस्थापित करने के बाद है:
जैसा कि हम ICE टेबल में देख सकते हैं, इस मामले में दोनों आयनों की सघनता X के बराबर है, इसलिए हम लिख सकते हैं
दोनों आयनों की सांद्रता 2.41.10 -3 दाढ़ के बराबर है।
संदर्भ
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