ઓક્સિજનના મહત્વપૂર્ણ સંયોજનો: પુનરાવર્તન માર્ગદર્શિકા

ઓક્સિજનના મુખ્ય સંયોજનોનો પરિચય

ઓક્સિજન, એક અત્યંત સક્રિય અધાતુ, લગભગ તમામ અન્ય તત્વો સાથે અસંખ્ય સંયોજનો બનાવે છે. ઉચ્ચ શાળા સ્તરે અભ્યાસ કરાયેલા સૌથી મહત્વપૂર્ણ સંયોજનોમાં પાણી (H₂O), હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H₂O₂) અને ઓઝોન (O₃) નો સમાવેશ થાય છે. ઓક્સિજનની અલગ-અલગ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ અને બંધન વાતાવરણને કારણે આ સંયોજનો વિવિધ રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે.

પાણી (H₂O)

રાસાયણિક સૂત્ર

H₂O

સામાન્ય નામ

પાણી

પ્રયોગશાળામાં તૈયારી

પ્રયોગશાળામાં હાઇડ્રોજન વાયુનું ઓક્સિજન વાયુમાં સીધું દહન કરીને પાણી તૈયાર કરી શકાય છે.

સંતુલિત સમીકરણ

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)

હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H₂O₂)

રાસાયણિક સૂત્ર

H₂O₂

બનાવવાની પ્રક્રિયા

1. બેરિયમ પેરોક્સાઇડ (BaO₂) દ્વારા

હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ સામાન્ય રીતે પ્રયોગશાળામાં જળયુક્ત બેરિયમ પેરોક્સાઇડ પર મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડની પ્રક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. BaO₂(s)⋅8H₂O(s) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + H₂O₂(aq) + 8H₂O(l) બેરિયમ સલ્ફેટ (BaSO₄) અદ્રાવ્ય છે અને તેને ગાળીને અલગ કરી શકાય છે.

2. વિદ્યુત વિભાજન પ્રક્રિયા દ્વારા (પરસલ્ફેટ પદ્ધતિ)

ઉદ્યોગોમાં, તે 50% H₂SO₄ અથવા એમોનિયમ સલ્ફેટ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડના સમમોલર દ્રાવણના વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે, જે પરોક્સોડાયસલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂S₂O₈) બનાવે છે. ત્યારબાદ તેનું જળવિભાજન કરીને H₂O₂ મેળવવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિભાજન: 2H₂SO₄(aq) → H₂S₂O₈(aq) + H₂(g) (એનોડ પર: 2HSO₄⁻ → H₂S₂O₈ + 2e⁻)

જળવિભાજન: H₂S₂O₈(aq) + 2H₂O(l) → 2H₂SO₄(aq) + H₂O₂(aq)

ગુણધર્મો

ભૌતિક ગુણધર્મો

• રંગહીન પ્રવાહી, પાણી કરતાં સહેજ વધુ સ્નિગ્ધ.
• ઉચ્ચ ડાઇઇલેક્ટ્રિક અચળાંક.
• પાણી સાથે તમામ પ્રમાણમાં મિશ્રિત.

રાસાયણિક ગુણધર્મો

1. વિઘટન: પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં ધીમે ધીમે વિઘટિત થાય છે, પરંતુ પ્રકાશ, ધાતુઓ (દા.ત., Pt, Ag, Cu), ધાતુના ઓક્સાઇડ (દા.ત., MnO₂) અથવા ધૂળની હાજરીમાં ઝડપથી વિઘટિત થાય છે. 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)

2. એસિડિક પ્રકૃતિ: તે એક નબળો એસિડ છે. H₂O₂(aq) ⇌ H⁺(aq) + HO₂⁻(aq) H₂O₂(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂O₂(aq) + 2H₂O(l)

3. ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ (ઓક્સિડેશનકર્તા): એસિડિક અને બેઝિક બંને માધ્યમમાં શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.

   • એસિડિક માધ્યમમાં: H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → 2H₂O(l) 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) PbS(s) + 4H₂O₂(aq) → PbSO₄(s) + 4H₂O(l) (જૂના તેલચિત્રોનું પુનસ્થાપન)
   • બેઝિક માધ્યમમાં: H₂O₂(aq) + 2e⁻ → 2OH⁻(aq) 2Cr³⁺(aq) + 3H₂O₂(aq) + 10OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 8H₂O(l) (ક્રોમેટ નિર્માણ)

4. રિડ્યુસિંગ એજન્ટ (રિડક્શનકર્તા): પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની હાજરીમાં રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે પણ કાર્ય કરી શકે છે.

   • એસિડિક માધ્યમમાં: H₂O₂(aq) → O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ 5H₂O₂(aq) + 2MnO₄⁻(aq) + 6H⁺(aq) → 2Mn²⁺(aq) + 8H₂O(l) + 5O₂(g)
   • બેઝિક માધ્યમમાં: H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 2e⁻ Cl₂(g) + H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + 2H₂O(l) + O₂(g)

ઓઝોન (O₃)

રાસાયણિક સૂત્ર

O₃

સંક્ષિપ્ત માર્ગદર્શિકા

ઓઝોન એ ઓક્સિજનનું એક અપરરૂપ છે, જેમાં ત્રણ ઓક્સિજન પરમાણુઓ હોય છે. તે તીવ્ર ગંધવાળો આછો વાદળી વાયુ છે. તે ડાયોક્સિજન (O₂) કરતાં ઘણું ઓછું સ્થિર છે અને સરળતાથી વિઘટિત થઈને ડાયોક્સિજન બનાવે છે.

બનાવટ

ઓઝોનાઇઝર નામના ઉપકરણમાં શુષ્ક ઓક્સિજનમાંથી શાંત વિદ્યુત વિભાજન પસાર કરીને ઓઝોન તૈયાર કરવામાં આવે છે. 3O₂(g) ⇌ 2O₃(g) (ΔH = +142 kJ/mol) બનેલા ઓઝોનના વિઘટનને રોકવા માટે શાંત વિદ્યુત વિભાજન જરૂરી છે. ફક્ત લગભગ 10% ઓઝોન બને છે; વધુ સાંદ્રતા અસ્થિરતા તરફ દોરી જાય છે.

ગુણધર્મો

1. પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ (ઓક્સિડેશનકર્તા): ઓક્સિજન અને નવજાત ઓક્સિજનમાં તેના સરળ વિઘટનને કારણે, તે એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. O₃(g) → O₂(g) + [O](nascent oxygen)

   • લેડ સલ્ફાઇડનું ઓક્સિડેશન: PbS(s) + 4O₃(g) → PbSO₄(s) + 4O₂(g)
   • પોટેશિયમ આયોડાઇડનું ઓક્સિડેશન: 2KI(aq) + H₂O(l) + O₃(g) → 2KOH(aq) + I₂(s) + O₂(g)
   • બ્લીચિંગ ક્રિયા: ઓઝોન ઓક્સિડેશન દ્વારા રંગીન પદાર્થોને બ્લીચ કરે છે.

2. થર્મોડાયનેમિક અસ્થિરતા: તે ઓક્સિજનની દ્રષ્ટિએ થર્મોડાયનેમિક રીતે અસ્થિર છે, કારણ કે તેનું ઓક્સિજનમાં વિઘટન ઉષ્માક્ષેપક છે અને એન્ટ્રોપી વધારે છે.

ઓક્સિજન સંયોજનોના તુલનાત્મક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	પાણી (H₂O)	હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H₂O₂)	ઓઝોન (O₃)
સૂત્ર	H₂O	H₂O₂	O₃
ઓક્સિજનની પ્રકૃતિ	-2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા	-1 ઓક્સિડેશન અવસ્થા	0 ઓક્સિડેશન અવસ્થા (તત્વ સ્વરૂપમાં), અત્યંત સક્રિય
સ્થિરતા	અત્યંત સ્થિર	ઓછું સ્થિર, સરળતાથી વિઘટિત થાય છે	ખૂબ જ અસ્થિર, સરળતાથી O₂ માં વિઘટિત થાય છે
ઓક્સિડાઇઝિંગ/રિડ્યુસિંગ	તટસ્થ/ઉભયધર્મી (એસિડ અથવા બેઝ તરીકે કાર્ય કરી શકે છે)	ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ બંને	શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ
ભૌતિક અવસ્થા (RT)	પ્રવાહી	પ્રવાહી	આછો વાદળી વાયુ
પર્યાવરણમાં ભૂમિકા	સાર્વત્રિક દ્રાવક, જીવન સહાયક	બ્લીચિંગ એજન્ટ, એન્ટિસેપ્ટિક, રોકેટ ઇંધણ ઓક્સિડાઇઝર	પૃથ્વીને યુવી કિરણોત્સર્ગથી બચાવે છે (સ્ટ્રેટોસ્ફિયરિક)