ऑक्सीजन (O) - परीक्षा पुनरीक्षण मार्गदर्शिका

परिचय

ऑक्सीजन (O), पृथ्वी की भूपर्पटी में द्रव्यमान के अनुसार सबसे प्रचुर तत्व और वायुमंडल में दूसरा सबसे प्रचुर तत्व (आयतन के अनुसार 20.95%), अधिकांश जीव रूपों और कई औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए मौलिक है। इसकी उच्च अभिक्रियाशीलता और अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक विन्यास विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओं और जैविक चक्रों में इसकी भूमिका निर्धारित करते हैं।

CBSE/JEE त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

• प्रतीक: O
• परमाणु संख्या (Z): 8
• परमाणु द्रव्यमान: 15.999 u ≈ 16 u
• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: 1s² 2s² 2p⁴ ([He] 2s² 2p⁴)
• संयोजकता: 2 (सामान्यतः)
• समूह: 16 (चालकोजन)
• आवर्त: 2
• ब्लॉक: p-ब्लॉक
• प्रकृति: अधातु, द्विपरमाणुक गैस (O₂), अनुचुंबकीय
• विद्युतऋणात्मकता (पॉलिंग पैमाना): 3.44
• प्रथम आयनीकरण एन्थैल्पी: 1314 kJ/mol
• इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी: -141 kJ/mol
• अपररूप: डाइऑक्साइड (O₂) और ओजोन (O₃)
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: -2 (सबसे सामान्य), -1 (परऑक्साइड), -1/2 (सुपरऑक्साइड), 0 (तात्विक), +1 (O₂F₂), +2 (OF₂)

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और बंधन व्यवहार

ऑक्सीजन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, 1s² 2s² 2p⁴, छह संयोजी इलेक्ट्रॉनों को इंगित करता है। एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए, ऑक्सीजन आसानी से दो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है या दो इलेक्ट्रॉन युग्मों को साझा करता है।

• विद्युतऋणात्मकता: ऑक्सीजन दूसरा सबसे अधिक विद्युतऋणात्मक तत्व है (फ्लोरीन के बाद), जो इसके प्रबल ऑक्सीकारक गुणों में योगदान देता है।
• सहसंयोजक बंधन: सामान्यतः दो सहसंयोजक बंधन (जैसे, H₂O) या एक दोहरा बंधन (जैसे, O₂) बनाता है।
• आयनिक बंधन: अत्यधिक विद्युतधनात्मक धातुओं के साथ O²⁻ आयन बनाता है (जैसे, Na₂O, CaO)।
• ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
  • -2: सबसे सामान्य, ऑक्साइड में (H₂O, CO₂, CaO)।
  • -1: परऑक्साइड में (H₂O₂, Na₂O₂)।
  • -1/2: सुपरऑक्साइड में (KO₂, RbO₂)।
  • 0: तात्विक ऑक्सीजन में (O₂, O₃)।
  • +1: डाइऑक्साइड डिफ्लुओराइड (O₂F₂) में, जहाँ F अधिक विद्युतऋणात्मक है।
  • +2: ऑक्सीजन डिफ्लुओराइड (OF₂) में, जहाँ F अधिक विद्युतऋणात्मक है।
• डाइऑक्सीजन (O₂): एक दोहरा बंधन (एक सिग्मा, एक पाई बंधन) होता है। आणविक कक्षीय सिद्धांत π* एंटीबॉन्डिंग कक्षकों में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण इसकी अनुचुंबकीय प्रकृति की व्याख्या करता है।
• ओजोन (O₃): ऑक्सीजन का एक अपररूप, जिसमें अनुनाद स्थिरीकरण के साथ एक मुड़ी हुई संरचना होती है।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएँ

डाइऑक्साइड (O₂) का निर्माण

1. प्रयोगशाला निर्माण:
   • पोटेशियम क्लोरेट (KClO₃) का अपघटन: 2KClO₃(s) --(MnO₂/Heat)--> 2KCl(s) + 3O₂(g)
   • हाइड्रोजन परऑक्साइड (H₂O₂) का अपघटन: 2H₂O₂(aq) --(MnO₂)--> 2H₂O(l) + O₂(g)
   • उच्च तापमान पर धातु ऑक्साइड (जैसे, Ag₂O, HgO) का अपघटन: 2Ag₂O(s) --(Heat)--> 4Ag(s) + O₂(g)
2. औद्योगिक निर्माण:
   • तरल वायु का प्रभाजी आसवन: वायु को द्रवित किया जाता है, फिर प्रभाजी आसवन किया जाता है। नाइट्रोजन (क्वथनांक -196 °C) पहले आसवित होती है, जिससे तरल ऑक्सीजन (क्वथनांक -183 °C) शेष रह जाती है।
   • जल का विद्युत अपघटन: 2H₂O(l) --(Electricity)--> 2H₂(g) + O₂(g)

डाइऑक्साइड (O₂) की अभिक्रियाएँ

ऑक्सीजन एक प्रबल ऑक्सीकारक है और अधिकांश तत्वों तथा कई यौगिकों के साथ अभिक्रिया करता है।

1. धातुओं के साथ अभिक्रिया: क्षारीय ऑक्साइड बनाता है।
   • 4Na(s) + O₂(g) --> 2Na₂O(s) (सोडियम ऑक्साइड)
   • 2Mg(s) + O₂(g) --> 2MgO(s) (मैग्नीशियम ऑक्साइड)
   • 4Al(s) + 3O₂(g) --> 2Al₂O₃(s) (एल्यूमीनियम ऑक्साइड)
   • 3Fe(s) + 2O₂(g) --(Heat)--> Fe₃O₄(s) (आयरन(II,III) ऑक्साइड)
2. अधातुओं के साथ अभिक्रिया: अम्लीय या उदासीन ऑक्साइड बनाता है।
   • C(s) + O₂(g) --> CO₂(g) (कार्बन डाइऑक्साइड, अम्लीय)
   • S(s) + O₂(g) --> SO₂(g) (सल्फर डाइऑक्साइड, अम्लीय)
   • P₄(s) + 5O₂(g) --> P₄O₁₀(s) (फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड, अम्लीय)
   • N₂(g) + O₂(g) --(Electric Arc)--> 2NO(g) (नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड, उदासीन)
   • 2H₂(g) + O₂(g) --> 2H₂O(l) (जल, उदासीन)
3. यौगिकों के साथ अभिक्रिया (दहन): ऑक्सीजन दहन का समर्थन करता है।
   • हाइड्रोकार्बन: CH₄(g) + 2O₂(g) --> CO₂(g) + 2H₂O(g) (मीथेन का दहन)
   • हाइड्रोजन सल्फाइड: 2H₂S(g) + 3O₂(g) --> 2SO₂(g) + 2H₂O(g)
   • अमोनिया: 4NH₃(g) + 5O₂(g) --(Pt/Rh catalyst)--> 4NO(g) + 6H₂O(g) (ओस्टवाल्ड प्रक्रिया मध्यवर्ती)

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

• धातु विज्ञान: पिघले हुए लोहे से अशुद्धियों (जैसे, कार्बन, सल्फर, फास्फोरस) को ऑक्सीकरण द्वारा हटाने के लिए इस्पात निर्माण में उपयोग किया जाता है।
• वेल्डिंग और कटिंग: ऑक्सी-एसिटिलीन टॉर्च वेल्डिंग और धातु काटने के लिए उच्च तापमान उत्पन्न करते हैं।
• रासायनिक संश्लेषण: नाइट्रिक अम्ल (अमोनिया से), सल्फ्यूरिक अम्ल, एथिलीन ऑक्साइड और अन्य औद्योगिक रसायनों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।
• चिकित्सा: श्वसन संकट वाले रोगियों को, हाइपरबेरिक ऑक्सीजन थेरेपी में दिया जाता है।
• रॉकेट प्रणोदक: तरल ऑक्सीजन (LOX) रॉकेट इंजनों में एक ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।
• अपशिष्ट जल उपचार: सीवेज उपचार में वायवीय जैविक प्रक्रियाओं को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है।

जैविक महत्व

• श्वसन: अधिकांश जीवित जीवों में वायवीय श्वसन के लिए आवश्यक है, जहाँ यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है, ऊर्जा (ATP) मुक्त करता है। C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energy
• प्रकाश संश्लेषण (उप-उत्पाद): पौधों और शैवाल द्वारा प्रकाश संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन वायुमंडल में मुक्त होती है। 6CO₂ + 6H₂O --(Light Energy)--> C₆H₁₂O₆ + 6O₂
• ओजोन परत: समताप मंडलीय ओजोन (O₃) सूर्य से आने वाली हानिकारक पराबैंगनी (UV) विकिरण को अवशोषित करती है, पृथ्वी पर जीवन की रक्षा करती है।
• अपघटन: कार्बनिक पदार्थों के अपघटन में शामिल होता है, पोषक तत्वों को पारिस्थितिकी तंत्र में वापस लौटाता है।