महत्वपूर्ण ऑक्सीजन यौगिक: पुनरीक्षण मार्गदर्शिका

ऑक्सीजन के प्रमुख यौगिकों का परिचय

ऑक्सीजन, एक अत्यधिक क्रियाशील अधातु, लगभग सभी अन्य तत्वों के साथ कई यौगिक बनाती है। उच्च विद्यालय स्तर पर अध्ययन किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण यौगिकों में पानी (H₂O), हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂) और ओजोन (O₃) शामिल हैं। ऑक्सीजन की विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं और बंधन वातावरण के कारण ये यौगिक विविध रासायनिक और भौतिक गुण प्रदर्शित करते हैं।

पानी (H₂O)

रासायनिक सूत्र

H₂O

सामान्य नाम

पानी

प्रयोगशाला तैयारी

पानी को प्रयोगशाला में हाइड्रोजन गैस को ऑक्सीजन गैस में सीधे जलाकर तैयार किया जा सकता है।

संतुलित समीकरण

2H₂(g) + O₂(g) \rightarrow 2H₂O(l)

हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂)

रासायनिक सूत्र

H₂O₂

तैयारी प्रक्रिया

1. बेरियम पेरोक्साइड (BaO₂) द्वारा

हाइड्रोजन पेरोक्साइड को आमतौर पर प्रयोगशाला में हाइड्रेटेड बेरियम पेरोक्साइड पर तनु सल्फ्यूरिक एसिड की क्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। BaO₂(s)⋅8H₂O(s) + H₂SO₄(aq) \rightarrow BaSO₄(s) + H₂O₂(aq) + 8H₂O(l) बेरियम सल्फेट (BaSO₄) अघुलनशील होता है और इसे छानकर अलग किया जा सकता है।

2. इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया द्वारा (पर्सल्फेट विधि)

उद्योगों में, इसे 50% H₂SO₄ या अमोनियम सल्फेट और सल्फ्यूरिक एसिड के सममोलर घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा तैयार किया जाता है, जिससे पेरोक्सोडिसल्फ्यूरिक एसिड (H₂S₂O₈) बनता है। इसे बाद में H₂O₂ प्राप्त करने के लिए हाइड्रोलाइज किया जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस: 2H₂SO₄(aq) \rightarrow H₂S₂O₈(aq) + H₂(g) (एनोड पर: 2HSO₄⁻ \rightarrow H₂S₂O₈ + 2e⁻)

जल-अपघटन: H₂S₂O₈(aq) + 2H₂O(l) \rightarrow 2H₂SO₄(aq) + H₂O₂(aq)

गुणधर्म

भौतिक गुणधर्म

• रंगहीन तरल, पानी से थोड़ा अधिक श्यान।
• उच्च परावैद्युत स्थिरांक।
• सभी अनुपातों में पानी के साथ मिश्रणीय।

रासायनिक गुणधर्म

1. विघटन: प्रकाश की अनुपस्थिति में धीरे-धीरे विघटित होता है, लेकिन प्रकाश, धातुओं (जैसे Pt, Ag, Cu), धातु ऑक्साइड (जैसे MnO₂) या धूल की उपस्थिति में तेजी से विघटित होता है। 2H₂O₂(aq) \rightarrow 2H₂O(l) + O₂(g)

2. अम्लीय प्रकृति: यह एक दुर्बल अम्ल है। H₂O₂(aq) \rightleftharpoons H⁺(aq) + HO₂⁻(aq) H₂O₂(aq) + 2NaOH(aq) \rightarrow Na₂O₂(aq) + 2H₂O(l)

3. ऑक्सीकारक एजेंट: अम्लीय और क्षारीय दोनों माध्यमों में एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक एजेंट के रूप में कार्य करता है।

   • अम्लीय माध्यम में: H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ \rightarrow 2H₂O(l) 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) \rightarrow 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) PbS(s) + 4H₂O₂(aq) \rightarrow PbSO₄(s) + 4H₂O(l) (पुरानी तेल चित्रों की बहाली)
   • क्षारीय माध्यम में: H₂O₂(aq) + 2e⁻ \rightarrow 2OH⁻(aq) 2Cr³⁺(aq) + 3H₂O₂(aq) + 10OH⁻(aq) \rightarrow 2CrO₄²⁻(aq) + 8H₂O(l) (क्रोमेट निर्माण)

4. अपचायक एजेंट: यह प्रबल ऑक्सीकारक एजेंटों की उपस्थिति में अपचायक एजेंट के रूप में भी कार्य कर सकता है।

   • अम्लीय माध्यम में: H₂O₂(aq) \rightarrow O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ 5H₂O₂(aq) + 2MnO₄⁻(aq) + 6H⁺(aq) \rightarrow 2Mn²⁺(aq) + 8H₂O(l) + 5O₂(g)
   • क्षारीय माध्यम में: H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) \rightarrow O₂(g) + 2H₂O(l) + 2e⁻ Cl₂(g) + H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) \rightarrow 2Cl⁻(aq) + 2H₂O(l) + O₂(g)

ओजोन (O₃)

रासायनिक सूत्र

O₃

संक्षिप्त मार्गदर्शिका

ओजोन ऑक्सीजन का एक अपररूप है, जिसमें तीन ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। यह एक हल्के नीले रंग की गैस है जिसकी तीखी गंध होती है। यह डाइऑक्सीजन (O₂) की तुलना में बहुत कम स्थिर होती है और आसानी से डाइऑक्सीजन बनाने के लिए विघटित हो जाती है।

तैयारी

ओजोन को ओजोनाइज़र नामक उपकरण में शुष्क ऑक्सीजन के माध्यम से एक शांत विद्युत निर्वहन (silent electric discharge) प्रवाहित करके तैयार किया जाता है। 3O₂(g) \rightleftharpoons 2O₃(g) (\Delta H = +142 kJ/mol) बनी हुई ओजोन के विघटन को रोकने के लिए शांत विद्युत निर्वहन आवश्यक है। केवल लगभग 10% ओजोन ही बनती है; उच्च सांद्रता अस्थिरता की ओर ले जाती है।

गुणधर्म

1. प्रबल ऑक्सीकारक एजेंट: ऑक्सीजन और नवजात ऑक्सीजन में इसके आसान विघटन के कारण, यह एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक एजेंट है। O₃(g) \rightarrow O₂(g) + [O](nascent oxygen)

   • लेड सल्फाइड का ऑक्सीकरण: PbS(s) + 4O₃(g) \rightarrow PbSO₄(s) + 4O₂(g)
   • पोटेशियम आयोडाइड का ऑक्सीकरण: 2KI(aq) + H₂O(l) + O₃(g) \rightarrow 2KOH(aq) + I₂(s) + O₂(g)
   • विरंजन क्रिया: ओजोन ऑक्सीकरण द्वारा रंगीन पदार्थों को विरंजित करती है।

2. ऊष्मागतिकीय अस्थिरता: यह ऑक्सीजन के संबंध में ऊष्मागतिकीय रूप से अस्थिर है, क्योंकि इसका ऑक्सीजन में विघटन ऊष्माक्षेपी है और एन्ट्रापी को बढ़ाता है।

ऑक्सीजन यौगिकों के तुलनात्मक गुणधर्म

गुणधर्म	पानी (H₂O)	हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂)	ओजोन (O₃)
सूत्र	H₂O	H₂O₂	O₃
ऑक्सीजन की प्रकृति	-2 ऑक्सीकरण अवस्था	-1 ऑक्सीकरण अवस्था	0 ऑक्सीकरण अवस्था (मौलिक रूप में), अत्यधिक क्रियाशील
स्थिरता	अत्यधिक स्थिर	कम स्थिर, आसानी से विघटित होता है	बहुत अस्थिर, आसानी से O₂ में विघटित होता है
ऑक्सीकारक/अपचायक	उदासीन/उभयधर्मी (अम्ल या क्षार के रूप में कार्य कर सकता है)	ऑक्सीकारक और अपचायक दोनों एजेंट	शक्तिशाली ऑक्सीकारक एजेंट
भौतिक अवस्था (RT)	तरल	तरल	हल्का नीला गैस
पर्यावरण में भूमिका	सार्वभौमिक विलायक, जीवन सहायक	विरंजन एजेंट, एंटीसेप्टिक, रॉकेट ईंधन ऑक्सीकारक	पृथ्वी को यूवी विकिरण से बचाता है (स्ट्रेटोस्फेरिक)