સોડિયમનું (Na) રસાયણશાસ્ત્ર

સોડિયમનું (Na) રસાયણશાસ્ત્ર - ઉકેલાયેલા અભ્યાસ પ્રશ્નો

બહુવિકલ્પી પ્રશ્નો (MCQs)

પ્રશ્ન 1

જ્યારે સોડિયમ ધાતુ ઠંડા પાણી સાથે પ્રબળતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે ત્યારે નીચેનામાંથી કયા ઉત્પાદનો બને છે? A. Na₂O and H₂ B. NaOH and O₂ C. NaOH and H₂ D. Na₂O and O₂

ઉકેલ: C સ્પષ્ટીકરણ: સોડિયમ અત્યંત સક્રિય આલ્કલી ધાતુ છે. જ્યારે તે ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે તે પ્રબળ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે જ્યાં સોડિયમ ધાતુનું સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને પાણીનું હાઇડ્રોજન વાયુ (H₂) માં રિડક્શન થાય છે. આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે. 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

પ્રશ્ન 2

તેના સંયોજનોમાં સોડિયમની સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા છે: A. +1 B. +2 C. 0 D. -1

ઉકેલ: A સ્પષ્ટીકરણ: સોડિયમ (Na) આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 1 (આલ્કલી ધાતુઓ) માં આવેલું છે. તેની ઇલેક્ટ્રોન રચના [Ne]3s¹ છે. સ્થિર ઉમદા વાયુ જેવી રચના (નિયોન) પ્રાપ્ત કરવા માટે તે તેના એકમાત્ર સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનને ગુમાવવાની પ્રબળ વૃત્તિ ધરાવે છે. તેથી, તે તેના સંયોજનોમાં લગભગ ફક્ત +1 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે.

પ્રશ્ન 3

બનસેન બર્નર જ્યોતમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે ત્યારે સોડિયમ લાક્ષણિક જ્યોત રંગ આપે છે. આ રંગ કયો છે? A. Crimson red B. Apple green C. Lilac D. Golden yellow

ઉકેલ: D સ્પષ્ટીકરણ: જ્યારે સોડિયમ અને તેના સંયોજનોને બિન-પ્રકાશિત જ્યોતમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે બાહ્યતમ કક્ષામાંના ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તરોમાં ઉત્તેજિત થાય છે. જ્યારે આ ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા ફરે છે, ત્યારે તેઓ ચોક્કસ તરંગલંબાઇના પ્રકાશના રૂપમાં ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. સોડિયમ માટે, આ ઉત્સર્જિત પ્રકાશ દૃશ્યમાન વર્ણપટના પીળા પ્રદેશમાં આવે છે, જેના પરિણામે લાક્ષણિક સુવર્ણ પીળી જ્યોત મળે છે.

વિધાન-કારણ પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 4

વિધાન (A): સોડિયમ ધાતુને કેરોસીન હેઠળ સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે. કારણ (R): સોડિયમ હવા અને ભેજ સાથે પ્રબળતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.

ઉકેલ: A સ્પષ્ટીકરણ: વિધાન (A) અને કારણ (R) બંને સાચા છે, અને કારણ (R) એ વિધાન (A) નું સાચું સ્પષ્ટીકરણ છે. સોડિયમ અત્યંત સક્રિય ધાતુ છે. તે હવામાંના ઓક્સિજન સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને સોડિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે અને ભેજ (પાણીની વરાળ) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ ખૂબ જ પ્રબળ અને વિસ્ફોટક પણ હોઈ શકે છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓને રોકવા અને ધાતુને વાતાવરણીય હુમલાથી બચાવવા માટે, સોડિયમને કેરોસીન અથવા પેરાફિન તેલમાં ડુબાડીને સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે, જે બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે અને હવા અને ભેજને દૂર રાખે છે.

પ્રશ્ન 5

વિધાન (A): સોડિયમ એક પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ છે. કારણ (R): સોડિયમની પ્રથમ આયનીકરણ એન્થાલ્પી ખૂબ ઓછી હોય છે.

ઉકેલ: A સ્પષ્ટીકરણ: વિધાન (A) અને કારણ (R) બંને સાચા છે, અને કારણ (R) એ વિધાન (A) નું સાચું સ્પષ્ટીકરણ છે. રિડ્યુસિંગ એજન્ટ એક એવી પ્રજાતિ છે જે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે (ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે). સોડિયમની પ્રથમ આયનીકરણ એન્થાલ્પી ખૂબ ઓછી હોય છે, એટલે કે તેના સૌથી બહારના ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે ન્યૂનતમ ઊર્જાની જરૂર પડે છે. ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની આ પ્રબળ વૃત્તિ તેને સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ થવા દે છે, આમ તે એક શક્તિશાળી રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.

ટૂંકા ઉત્તરના પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 6

સમજાવો કે શા માટે સોડિયમ ધાતુને સોડિયમ ક્લોરાઇડના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા તૈયાર કરી શકાતી નથી.

આદર્શ ઉત્તર: સોડિયમ આયનોની સરખામણીમાં પાણીના ઉચ્ચ રિડક્શન પોટેન્શિયલને કારણે સોડિયમ ધાતુને સોડિયમ ક્લોરાઇડ (ખારા પાણી) ના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા તૈયાર કરી શકાતી નથી. કેથોડ પર, Na⁺ આયનો અને પાણીના અણુઓ બંને હાજર હોય છે. Na⁺(aq) + e⁻ → Na(s) (E° = -2.71 V) 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (E° = -0.83 V at standard conditions, -0.41 V at pH 7) કારણ કે Na⁺ કરતાં પાણીનો પ્રમાણભૂત રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઘણો ઓછો નકારાત્મક (અથવા ઉચ્ચ) હોય છે, તેથી Na⁺ આયનો કરતાં પાણીનું પ્રાધાન્યતાપૂર્વક રિડક્શન થાય છે. પરિણામે, સોડિયમ ધાતુ જમા થવાને બદલે કેથોડ પર હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે. સોડિયમ ધાતુ સામાન્ય રીતે ડાઉન્સ પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, જેમાં પીગળેલા સોડિયમ ક્લોરાઇડનું વિદ્યુત વિભાજન સામેલ છે.

પ્રશ્ન 7

પ્રવાહી એમોનિયા સાથે સોડિયમની પ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરો. પાતળા અને સાંદ્ર દ્રાવણ બંને માટે અવલોકનો શામેલ કરો.

આદર્શ ઉત્તર: જ્યારે સોડિયમ ધાતુને પ્રવાહી એમોનિયામાં ઓગાળવામાં આવે છે, ત્યારે ઓછી સાંદ્રતાએ તે ઘેરા વાદળી રંગનું દ્રાવણ બનાવે છે અને ઊંચી સાંદ્રતાએ કાંસ્ય રંગનું દ્રાવણ બનાવે છે.

1. ઓછી સાંદ્રતાએ (પાતળું દ્રાવણ): સોડિયમ ધાતુ પ્રથમ પ્રવાહી એમોનિયામાં આયનીકરણ પામીને સોડિયમ આયનો (Na⁺) અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન (e⁻) બનાવે છે. પછી આ ઇલેક્ટ્રોન એમોનિયાના અણુઓ દ્વારા સોલ્વેટેડ થાય છે, જેના પરિણામે એમોનિયેટેડ ઇલેક્ટ્રોન (e⁻(am)) બને છે. Na(s) + (x+y)NH₃(l) → Na⁺(NH₃)ₓ(solvated) + e⁻(NH₃)ᵧ(solvated) એમોનિયેટેડ ઇલેક્ટ્રોન પાતળા દ્રાવણના લાક્ષણિક ઘેરા વાદળી રંગ માટે જવાબદાર છે. આ સોલ્વેટેડ ઇલેક્ટ્રોન અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરીને કારણે દ્રાવણને પ્રબળ રિડ્યુસિંગ ગુણધર્મો અને પેરામેગ્નેટિઝમ પણ આપે છે. દ્રાવણ વિદ્યુત વાહક પણ છે.

2. ઊંચી સાંદ્રતાએ (સાંદ્ર દ્રાવણ): જેમ જેમ પ્રવાહી એમોનિયામાં સોડિયમની સાંદ્રતા વધે છે (લગભગ ~3M ઉપર), તેમ તેમ એમોનિયેટેડ ઇલેક્ટ્રોન એકબીજા સાથે જોડાઈને ક્લસ્ટર બનાવે છે. આનાથી સોલ્વેટેડ ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચે ધાતુ જેવું બંધન થાય છે, જે દ્રાવણને કાંસ્ય અથવા તાંબા જેવો દેખાવ આપે છે. આ ઉચ્ચ સાંદ્રતાએ, દ્રાવણ ડાયમેગ્નેટિક બને છે (જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મિત થાય છે) અને તેની વિદ્યુત વાહકતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે, જે પ્રવાહી ધાતુ જેવી હોય છે.

ઉચ્ચ-સ્તરની વિચારસરણીના કૌશલ્યનો પ્રશ્ન (HOTS)

પ્રશ્ન 8

સોડિયમ એક અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુ છે. સમજાવો કે આ ગુણધર્મ સંયોજન નિર્માણ અને પ્રતિક્રિયાના પ્રકારોના સંદર્ભમાં તેના રાસાયણિક વર્તનને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરે છે.

આદર્શ ઉત્તર: સોડિયમની ઉચ્ચ વિદ્યુતધનતા તેના રાસાયણિક વર્તનને ઊંડે સુધી પ્રભાવિત કરે છે, જેનાથી વિશિષ્ટ પ્રકારના સંયોજન નિર્માણ અને પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે:

1. આયનીય બંધ બનાવવાની વૃત્તિ:

   • ઇલેક્ટ્રોન રચના: સોડિયમમાં એક સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (3s¹) હોય છે. તેની પ્રથમ આયનીકરણ એન્થાલ્પી ખૂબ ઓછી (496 kJ/mol) હોય છે, જે દર્શાવે છે કે આ ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે.
   • સ્થિર ધન આયન: આ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને, સોડિયમ સ્થિર ઉમદા વાયુ જેવી રચના ([Ne]) પ્રાપ્ત કરે છે, અને એકલ ધન આયન, Na⁺ બનાવે છે.
   • સંયોજન નિર્માણ: ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની આ પ્રબળ વૃત્તિનો અર્થ એ છે કે સોડિયમ અત્યંત વિદ્યુતઋણ તત્વો (જેમ કે હેલોજન, ઓક્સિજન) સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને આયનીય સંયોજનો બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, NaCl માં, Na તેના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનને Cl ને સંપૂર્ણપણે સ્થાનાંતરિત કરે છે, જેના પરિણામે Na⁺ અને Cl⁻ આયનો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ થાય છે. આ આયનીય સંયોજનો સામાન્ય રીતે ઊંચા ગલનબિંદુ ધરાવે છે, ધ્રુવીય દ્રાવકોમાં દ્રાવ્ય હોય છે, અને પીગળેલી અથવા જલીય અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરે છે.

2. પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ:

   • ઓક્સિડેશન સરળતા: વિદ્યુતધન તત્વ હોવાને કારણે, સોડિયમ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે (ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે). આ તેને એક શક્તિશાળી રિડ્યુસિંગ એજન્ટ બનાવે છે, જે અન્ય તત્વો અથવા સંયોજનોનું રિડક્શન કરવામાં સક્ષમ છે.
   • અધાતુઓ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ: તે ઓક્સિજન જેવી અધાતુઓનું ઓક્સાઇડમાં રિડક્શન કરે છે (દા.ત., 4Na + O₂ → 2Na₂O), હેલોજનનું હેલાઇડ્સમાં (દા.ત., 2Na + Cl₂ → 2NaCl), અને સલ્ફરનું સલ્ફાઇડ્સમાં રિડક્શન કરે છે.
   • પાણી/એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ: તે પાણીનું હાઇડ્રોજન વાયુમાં રિડક્શન કરે છે ( 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂) અને એસિડનું હાઇડ્રોજન વાયુમાં રિડક્શન કરે છે (2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂).

3. બેઝિક ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોક્સાઇડ:

   • ઓક્સાઇડ નિર્માણ: તેની ઉચ્ચ વિદ્યુતધનતાને કારણે, સોડિયમ ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને બેઝિક ઓક્સાઇડ (મુખ્યત્વે Na₂O, જોકે પેરોક્સાઇડ Na₂O₂ અને સુપરઓક્સાઇડ NaO₂ પણ ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં બની શકે છે) બનાવે છે.
   • હાઇડ્રોક્સાઇડની બેઝિકતા: ઓક્સાઇડ Na₂O પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને પ્રબળ બેઝ, સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) બનાવે છે. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે NaOH માં Na-O બંધ અત્યંત આયનીય હોય છે, જે દ્રાવણમાં OH⁻ આયનોના સરળ વિયોજન તરફ દોરી જાય છે, અને તેને એક પ્રબળ આલ્કલી બનાવે છે. Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

સારાંશમાં, સોડિયમની ઉચ્ચ વિદ્યુતધનતા તેના રસાયણશાસ્ત્રને નિર્ધારિત કરે છે, જે મુખ્યત્વે એક પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકેની તેની ભૂમિકા અને સ્થિર આયનીય સંયોજનો અને પ્રબળ બેઝ બનાવવાની તેની વૃત્તિમાં પ્રગટ થાય છે.