चांदी (Ag) का रसायन विज्ञान - हल किए गए अभ्यास प्रश्न

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

ये प्रश्न चांदी (Ag) से संबंधित प्रमुख अवधारणाओं की आपकी समझ का परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। दिए गए विकल्पों में से सबसे उपयुक्त उत्तर चुनें।

प्रश्न 1

निम्नलिखित में से कौन सी प्रक्रिया मुख्य रूप से चांदी को उसके सल्फाइड अयस्क से निकालने के लिए उपयोग की जाती है? (A) बेयर की प्रक्रिया (B) हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया (C) मैकआर्थर-फॉरेस्ट सायनाइड प्रक्रिया (D) फेन प्लवन प्रक्रिया

समाधान: (C) व्याख्या: मैकआर्थर-फॉरेस्ट सायनाइड प्रक्रिया एक हाइड्रोमेटलर्जिकल विधि है जिसका उपयोग चांदी और सोने जैसी बहुमूल्य धातुओं को उनके निम्न-श्रेणी के अयस्कों से निकालने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में, चांदी के बारीक पिसे हुए सल्फाइड अयस्क (जैसे, अर्जेन्टाइट, Ag₂S) को हवा (ऑक्सीजन) की उपस्थिति में सोडियम सायनाइड (NaCN) या पोटेशियम सायनाइड (KCN) के तनु घोल के साथ निक्षालित किया जाता है। इससे एक घुलनशील डाइसायनोअर्जेन्टेट(I) संकुल बनता है, जिससे बाद में जस्ता चूर्ण का उपयोग करके चांदी को अवक्षेपित किया जाता है।

इसमें शामिल अभिक्रियाएँ हैं:

1. निक्षालन (लीचिंग): Ag₂S(s) + 4NaCN(aq) + ½O₂(g) + H₂O(l) \rightarrow 2Na[Ag(CN)₂](aq) + 2NaOH(aq) + S(s)
2. अपचयन (विस्थापन द्वारा): 2Na[Ag(CN)₂](aq) + Zn(s) \rightarrow Na₂[Zn(CN)₄](aq) + 2Ag(s)

बेयर की प्रक्रिया एल्यूमीनियम के लिए है, हॉल-हेरॉल्ट एल्यूमीनियम के विद्युत अपघटन के लिए है, और फेन प्लवन सल्फाइड अयस्कों के सांद्रण के लिए है, न कि धातु के निष्कर्षण के लिए।

प्रश्न 2

जब चांदी तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करती है, तो बनने वाला प्रमुख गैसीय उत्पाद है: (A) NO₂ (B) N₂O (C) NO (D) NH₄NO₃

समाधान: (C) व्याख्या: नाइट्रिक अम्ल के साथ चांदी की अभिक्रिया अम्ल की सांद्रता पर निर्भर करती है।

• तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ, चांदी सिल्वर नाइट्रेट में ऑक्सीकृत हो जाती है, और नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) गैस उत्पन्न होती है। 3Ag(s) + 4HNO₃(dilute) \rightarrow 3AgNO₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l)
• सांद्र नाइट्रिक अम्ल के साथ, चांदी सिल्वर नाइट्रेट भी बनाती है, लेकिन नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO₂) गैस उत्पन्न होती है। Ag(s) + 2HNO₃(conc.) \rightarrow AgNO₃(aq) + NO₂(g) + H₂O(l)

अतः, तनु नाइट्रिक अम्ल के लिए, प्रमुख गैसीय उत्पाद NO है।

प्रश्न 3

चांदी के हैलाइडों (AgF, AgCl, AgBr, AgI) में से कौन सा पानी में सबसे अधिक घुलनशील है? (A) AgF (B) AgCl (C) AgBr (D) AgI

समाधान: (A) व्याख्या: सिल्वर फ्लोराइड (AgF) पानी में काफी घुलनशील है, जबकि AgCl, AgBr और AgI अल्प घुलनशील हैं। पानी में आयनिक यौगिकों की घुलनशीलता जालक ऊर्जा और जलयोजन ऊर्जा के बीच संतुलन पर निर्भर करती है।

• AgF: फ्लोराइड आयन (F⁻) अन्य हैलाइड आयनों (Cl⁻, Br⁻, I⁻) की तुलना में बहुत छोटा होता है। इससे F⁻ पर उच्च आवेश घनत्व होता है और इस प्रकार AgF के लिए बहुत अधिक जलयोजन ऊर्जा होती है। यद्यपि F⁻ के छोटे आकार के कारण AgF में उच्च जालक ऊर्जा भी होती है, इसकी जलयोजन ऊर्जा जालक ऊर्जा को दूर करने के लिए पर्याप्त रूप से उच्च होती है, जिससे यह घुलनशील हो जाता है।
• AgCl, AgBr, AgI: जैसे-जैसे हैलाइड आयन का आकार Cl⁻ से I⁻ तक बढ़ता है, सिल्वर हैलाइड की जालक ऊर्जा घट जाती है, लेकिन जलयोजन ऊर्जा भी और भी अधिक महत्वपूर्ण रूप से घट जाती है (क्योंकि बड़े आयन कम हाइड्रेटेड होते हैं)। इसके अतिरिक्त, AgCl से AgI तक सहसंयोजक गुण में वृद्धि (फाजान के नियमों के कारण – बड़ा ऋणायन, छोटा धनायन) पानी जैसे ध्रुवीय विलायकों में उनकी घुलनशीलता को और कम कर देती है।

अभिकथन-कारण प्रश्न

इन प्रश्नों में, अभिकथन (A) का एक कथन दिया गया है जिसके बाद कारण (R) का एक कथन दिया गया है। नीचे दिए गए विकल्पों में से सही विकल्प चुनें: (A) A और R दोनों सत्य हैं और R, A का सही स्पष्टीकरण है। (B) A और R दोनों सत्य हैं लेकिन R, A का सही स्पष्टीकरण नहीं है। (C) A सत्य है लेकिन R असत्य है। (D) A असत्य है लेकिन R सत्य है। (E) A और R दोनों असत्य हैं।

प्रश्न 1

अभिकथन (A): चांदी को एक वास्तविक संक्रमण तत्व नहीं माना जाता है। कारण (R): चांदी की अपनी मूल अवस्था के साथ-साथ अपनी सामान्य +1 ऑक्सीकरण अवस्था में एक पूरी तरह से भरा हुआ d-उपकोश होता है।

समाधान: (A) व्याख्या: अभिकथन (A): चांदी (Ag) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ है। इसकी सबसे सामान्य और स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था, Ag⁺ में, विन्यास [Kr] 4d¹⁰ है। IUPAC परिभाषा के अनुसार, एक संक्रमण तत्व वह तत्व है जिसमें उसकी मूल अवस्था में या उसकी किसी भी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था में अपूर्ण रूप से भरे हुए d-कक्षक होते हैं। चूंकि Ag⁺ में एक पूरी तरह से भरा हुआ 4d उपकोश होता है, यह इस परिभाषा को सख्ती से पूरा नहीं करता है। इसलिए, अभिकथन सत्य है। कारण (R): जैसा कि कहा गया है, Ag की मूल अवस्था का विन्यास 4d¹⁰ 5s¹ है और सामान्य +1 ऑक्सीकरण अवस्था (Ag⁺) 4d¹⁰ है। दोनों में पूरी तरह से भरे हुए d-उपकोश होते हैं। इसलिए, कारण सत्य है। यह कारण सही ढंग से बताता है कि चांदी को सख्त परिभाषा के अनुसार वास्तविक संक्रमण तत्व क्यों नहीं माना जाता है। अतः, (A) सही उत्तर है।

प्रश्न 2

अभिकथन (A): सिल्वर ब्रोमाइड का काले और सफेद फोटोग्राफी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कारण (R): सिल्वर ब्रोमाइड प्रकाश के संपर्क में आने पर फोटोकेमिकल अपघटन से गुजरता है।

समाधान: (A) व्याख्या: अभिकथन (A): सिल्वर ब्रोमाइड (AgBr) वास्तव में इसकी उच्च प्रकाश संवेदनशीलता के कारण काले और सफेद फोटोग्राफी में उपयोग किए जाने वाले फोटोग्राफिक इमल्शन का एक प्रमुख घटक है। इसलिए, अभिकथन सत्य है। कारण (R): जिलेटिन में अंतर्निहित AgBr क्रिस्टल प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। प्रकाश के संपर्क में आने पर, AgBr एक फोटोकेमिकल अभिक्रिया से गुजरता है, जो धात्विक चांदी (Ag) और ब्रोमीन (Br₂) के महीन कणों में अपघटित होता है। यह अभिक्रिया है: 2AgBr(s) \rightarrow 2Ag(s) + Br₂(g) धात्विक चांदी के कण एक “अदृश्य छवि” बनाते हैं, जिसे बाद में रासायनिक रूप से विकसित करके दृश्यमान छवि उत्पन्न की जाती है। यह गुण फोटोग्राफी में इसके उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है। इसलिए, कारण सत्य है। यह कारण सीधे फोटोग्राफी में AgBr की उपयोगिता की व्याख्या करता है। अतः, (A) सही उत्तर है।

लघु उत्तरीय प्रश्न

निम्नलिखित प्रश्नों का संक्षिप्त और सटीक उत्तर दें।

प्रश्न 1

बताएं कि सिल्वर क्लोराइड (AgCl) पानी में अल्प घुलनशील क्यों है लेकिन जलीय अमोनिया में आसानी से घुलनशील क्यों है। संबंधित रासायनिक समीकरण लिखें।

मॉडल उत्तर: सिल्वर क्लोराइड (AgCl) पानी में मुख्य रूप से अपनी उच्च जालक ऊर्जा के कारण अल्प घुलनशील होता है, जो आयनिक जालक को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा है। जब Ag⁺ और Cl⁻ आयन पानी के अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं तो निकलने वाली जलयोजन ऊर्जा द्वारा इस ऊर्जा को पर्याप्त रूप से दूर नहीं किया जाता है।

हालांकि, AgCl जलीय अमोनिया (NH₃(aq)) में एक स्थिर, घुलनशील संकुल आयन, डाइअम्मीनेसिल्वर(I) आयन, [Ag(NH₃)₂]⁺ के निर्माण के कारण आसानी से घुल जाता है। अमोनिया के अणु लिगेंड के रूप में कार्य करते हैं, जो इस संकुल को बनाने के लिए Ag⁺ आयन के साथ समन्वय करते हैं। इस अत्यधिक स्थिर संकुल का निर्माण विलयन में मुक्त Ag⁺ आयनों की सांद्रता को काफी कम कर देता है, जिससे ली चैटेलियर के सिद्धांत के अनुसार AgCl के घुलने का संतुलन प्रभावी रूप से दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है। यह Ag⁺ आयनों की पूर्ति के लिए अधिक AgCl को घोलने के लिए प्रेरित करता है, जब तक कि वस्तुतः सारा AgCl घुल न जाए।

रासायनिक समीकरण:

1. पानी में अल्प घुलनशील: AgCl(s) \rightleftharpoons Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) (Ksp बहुत कम है, ~1.8 \times 10⁻¹⁰)

2. जलीय अमोनिया में आसानी से घुलनशील: AgCl(s) + 2NH₃(aq) \rightarrow [Ag(NH₃)₂]⁺(aq) + Cl⁻(aq)

प्रश्न 2

चांदी की वस्तुओं के धूमिल होने की घटना का वर्णन करें और इस प्रक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण लिखें।

मॉडल उत्तर: चांदी का धूमिल होना एक सामान्य घटना है जहां चांदी की वस्तुओं, जैसे आभूषण, कटलरी या सिक्कों की सतह अपनी विशिष्ट चमक खो देती है और नीरस हो जाती है, अक्सर गहरे भूरे या काले रंग के मलिनकिरण के साथ। ऐसा तब होता है जब चांदी धातु वायुमंडल में मौजूद कुछ पदार्थों के साथ अभिक्रिया करती है।

चांदी के धूमिल होने का प्राथमिक कारण हाइड्रोजन सल्फाइड (H₂S) गैस की थोड़ी मात्रा के साथ इसकी अभिक्रिया है, जो वायु प्रदूषण का एक घटक है और कुछ जैविक प्रक्रियाओं से भी स्वाभाविक रूप से निकलती है। सल्फर युक्त यौगिक भी इसमें योगदान कर सकते हैं। चांदी हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ अभिक्रिया करके अपनी सतह पर सिल्वर सल्फाइड (Ag₂S) की एक पतली परत बनाती है। सिल्वर सल्फाइड एक काला यौगिक है, जो धूमिल चांदी को उसका विशिष्ट गहरा रंग देता है। लोहे पर जंग के विपरीत, जो पपड़ी बन कर निकल जाता है, सिल्वर सल्फाइड की परत चांदी की सतह पर चिपक जाती है।

संतुलित रासायनिक समीकरण: 2Ag(s) + H₂S(g) \rightarrow Ag₂S(s) + H₂(g)

उच्च-स्तरीय चिंतन कौशल (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 1

चांदी (Ag) मुख्य रूप से +1 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती है, जबकि इसके समूह पड़ोसी, तांबा (Cu) और सोना (Au), आमतौर पर उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं भी दर्शाते हैं (Cu के लिए +2, Au के लिए +3)। इसके अतिरिक्त, d-ब्लॉक तत्व होने के बावजूद, चांदी की उत्प्रेरक गतिविधि तुलनात्मक रूप से सीमित है। इन अवलोकनों के अंतर्निहित इलेक्ट्रॉनिक संरचना के कारणों पर चर्चा करें।

विस्तृत रासायनिक व्याख्या:

1. चांदी की प्रमुख +1 ऑक्सीकरण अवस्था:

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: चांदी का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ है। +1 ऑक्सीकरण अवस्था एकल 5s इलेक्ट्रॉन के नुकसान से प्राप्त होती है।
• Ag⁺ की स्थिरता: परिणामी Ag⁺ आयन का एक स्थिर, पूरी तरह से भरा हुआ 4d¹⁰ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होता है। यह भरा हुआ d-उपकोश ऊर्जावान रूप से बहुत स्थिर होता है, जिससे 4d कक्षकों से आगे के इलेक्ट्रॉनों को हटाना मुश्किल हो जाता है। Ag⁺ से 4d इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा Cu जैसे तत्वों की तुलना में काफी अधिक होती है।
• Cu और Au से तुलना:
  • तांबा (Cu): [Ar] 3d¹⁰ 4s¹। यह आमतौर पर +1 (Cu⁺, 3d¹⁰) और +2 (Cu²⁺, 3d⁹) ऑक्सीकरण अवस्थाएं दर्शाता है। 3d और 4s कक्षकों के बीच ऊर्जा का अंतर Ag में 4d और 5s के बीच की तुलना में कम होता है, जिससे Cu²⁺ बनाने के लिए एक अतिरिक्त 3d इलेक्ट्रॉन को हटाना अधिक संभव हो जाता है। d-कक्षक भी उतना गहराई तक प्रवेश नहीं करता है, जिससे यह अधिक सुलभ हो जाता है।
  • सोना (Au): [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹। सोना +1 और +3 की सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करता है। +3 अवस्था की प्रधानता काफी हद तक सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण है। ये प्रभाव 6s कक्षक को संकुचित और स्थिर करते हैं, जबकि 5d कक्षक विस्तारित और अस्थिर होते हैं, जिससे 5d इलेक्ट्रॉन बंधन के लिए अधिक सुलभ हो जाते हैं और उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं को बढ़ावा देते हैं। इसके अतिरिक्त, लैंथेनाइड संकुचन ऊर्जा स्तरों को प्रभावित करता है।

2. चांदी की सीमित उत्प्रेरक गतिविधि:

• संक्रमण धातु उत्प्रेरण की क्रियाविधि: संक्रमण धातु उत्कृष्ट उत्प्रेरक होते हैं क्योंकि उनमें आमतौर पर निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं:
  • परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाएं: अभिक्रिया क्रियाविधियों में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को सुगम बनाने के लिए।
  • आंशिक रूप से भरे हुए d-कक्षक: रिक्त d-कक्षकों के माध्यम से अभिकारकों के साथ अस्थायी बंधन बनाने की अनुमति देने के लिए, जिससे मध्यवर्ती संकुल बनते हैं।
  • बड़ा पृष्ठीय क्षेत्रफल: विषम उत्प्रेरण के लिए।
• चांदी की बाधा: अपनी सबसे सामान्य और स्थिर +1 ऑक्सीकरण अवस्था में, चांदी का एक पूरी तरह से भरा हुआ 4d¹⁰ विन्यास होता है। इसका मतलब है:
  • रिक्त d-कक्षकों का अभाव: अभिकारी अणुओं के साथ मजबूत मध्यवर्ती बंधन बनाने या d-इलेक्ट्रॉन संख्या में परिवर्तन को शामिल करने वाले इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण क्रियाविधियों में प्रभावी ढंग से भाग लेने के लिए कोई आसानी से सुलभ रिक्त d-कक्षक नहीं होते हैं।
  • सीमित परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाएं: जबकि Ag उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं (+2, +3) प्राप्त कर सकता है, ये अन्य कई संक्रमण धातुओं की तुलना में कम स्थिर होती हैं और मजबूत परिस्थितियों या विशिष्ट स्थिरकारी लिगेंड की आवश्यकता होती है। d-कक्षक की भागीदारी के माध्यम से कई स्थिर ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच आसानी से अंतरापरिवर्तन करने में असमर्थता कई उत्प्रेरक चक्रों में इसकी भूमिका को प्रतिबंधित करती है।
• इसके विपरीत: Fe, Pt, Pd, और V जैसे तत्वों में उनकी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं में अपूर्ण रूप से भरे हुए d-कक्षक होते हैं (उदाहरण के लिए, Fe²⁺/Fe³⁺, V²⁺/V³⁺/V⁴⁺/V⁵⁺)। यह उन्हें आसानी से स्थिर मध्यवर्ती संकुल बनाने और सरल इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण से गुजरने की अनुमति देता है, जो कई उत्प्रेरक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण चरण हैं।
• विशिष्ट उत्प्रेरण: जबकि चांदी कुछ उत्प्रेरक गतिविधि प्रदर्शित करती है (उदाहरण के लिए, एथिलीन के एथिलीन ऑक्साइड में ऑक्सीकरण में), उत्प्रेरक प्रक्रियाओं में इसकी समग्र सीमा और दक्षता आमतौर पर आंशिक रूप से भरे हुए d-कक्षकों वाले अन्य संक्रमण धातुओं की तुलना में अधिक सीमित होती है। इस संदर्भ में चांदी के व्यवहार को अक्सर “छद्म-संक्रमण” कहा जाता है।