सोडियम (Na) का रसायन

सोडियम (Na) का रसायन - हल किए गए अभ्यास प्रश्न

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

जब सोडियम धातु ठंडे पानी के साथ तेजी से अभिक्रिया करती है तो निम्नलिखित में से कौन से उत्पाद बनते हैं? A. Na₂O और H₂ B. NaOH और O₂ C. NaOH और H₂ D. Na₂O और O₂

उत्तर: C स्पष्टीकरण: सोडियम एक अत्यधिक अभिक्रियाशील क्षार धातु है। जब यह ठंडे पानी के साथ अभिक्रिया करती है, तो यह एक तीव्र रेडॉक्स अभिक्रिया करती है जहाँ सोडियम धातु सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) में ऑक्सीकृत होती है और पानी हाइड्रोजन गैस (H₂) में अपचयित होता है। यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है। 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

प्रश्न 2

अपने यौगिकों में सोडियम की सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था है: A. +1 B. +2 C. 0 D. -1

उत्तर: A स्पष्टीकरण: सोडियम (Na) आवर्त सारणी के समूह 1 (क्षार धातु) से संबंधित है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ne]3s¹ है। इसमें एक स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास (नियॉन) प्राप्त करने के लिए अपने एकल संयोजी इलेक्ट्रॉन को खोने की प्रबल प्रवृत्ति होती है। इसलिए, यह अपने यौगिकों में लगभग विशेष रूप से +1 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है।

प्रश्न 3

जब सोडियम को बुन्सेन बर्नर की लौ में गर्म किया जाता है तो वह एक विशिष्ट लौ रंग प्रदान करता है। यह रंग कौन सा है? A. गहरा लाल (Crimson red) B. सेब हरा (Apple green) C. लीलाक D. सुनहरा पीला (Golden yellow)

उत्तर: D स्पष्टीकरण: जब सोडियम और उसके यौगिकों को एक अदीप्त लौ में डाला जाता है, तो सबसे बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तरों तक उत्तेजित हो जाते हैं। जब ये उत्तेजित इलेक्ट्रॉन अपनी मूल अवस्था में लौटते हैं, तो वे एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। सोडियम के लिए, यह उत्सर्जित प्रकाश दृश्यमान स्पेक्ट्रम के पीले क्षेत्र में आता है, जिसके परिणामस्वरूप एक विशिष्ट सुनहरा पीला लौ रंग होता है।

अभिकथन-कारण प्रश्न

प्रश्न 4

अभिकथन (A): सोडियम धातु को केरोसिन के नीचे रखा जाता है। कारण (R): सोडियम हवा और नमी के साथ तेजी से अभिक्रिया करता है।

उत्तर: A स्पष्टीकरण: अभिकथन (A) और कारण (R) दोनों सत्य हैं, और कारण (R) अभिकथन (A) का सही स्पष्टीकरण है। सोडियम एक अत्यधिक अभिक्रियाशील धातु है। यह हवा में ऑक्सीजन के साथ आसानी से अभिक्रिया करके सोडियम ऑक्साइड बनाता है और नमी (जल वाष्प) के साथ अभिक्रिया करके सोडियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनाता है। ये अभिक्रियाएँ काफी तीव्र और विस्फोटक भी हो सकती हैं। ऐसी अभिक्रियाओं को रोकने और धातु को वायुमंडलीय हमले से बचाने के लिए, सोडियम को केरोसिन या पैराफिन तेल में डुबोकर रखा जाता है, जो गैर-अभिक्रियाशील होते हैं और हवा और नमी को बाहर रखते हैं।

प्रश्न 5

अभिकथन (A): सोडियम एक प्रबल अपचायक है। कारण (R): सोडियम में बहुत कम प्रथम आयनन एन्थैल्पी होती है।

उत्तर: A स्पष्टीकरण: अभिकथन (A) और कारण (R) दोनों सत्य हैं, और कारण (R) अभिकथन (A) का सही स्पष्टीकरण है। एक अपचायक वह प्रजाति है जो आसानी से इलेक्ट्रॉन खो देती है (ऑक्सीकृत हो जाती है)। सोडियम में बहुत कम प्रथम आयनन एन्थैल्पी होती है, जिसका अर्थ है कि इसे अपने सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए न्यूनतम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉन खोने की यह प्रबल प्रवृत्ति इसे आसानी से ऑक्सीकृत होने देती है, जिससे यह एक शक्तिशाली अपचायक के रूप में कार्य करता है।

लघु उत्तरीय प्रश्न

प्रश्न 6

समझाइए कि सोडियम धातु को सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल के विद्युत अपघटन द्वारा क्यों नहीं बनाया जा सकता है।

आदर्श उत्तर: सोडियम धातु को सोडियम क्लोराइड (ब्राइन) के जलीय घोल के विद्युत अपघटन द्वारा तैयार नहीं किया जा सकता है क्योंकि सोडियम आयनों की तुलना में पानी का अपचयन विभव अधिक होता है। कैथोड पर, Na⁺ आयन और पानी के अणु दोनों मौजूद होते हैं। Na⁺(aq) + e⁻ → Na(s) (E° = -2.71 V) 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (E° = -0.83 V मानक परिस्थितियों में, -0.41 V pH 7 पर) चूंकि पानी का मानक अपचयन विभव Na⁺ की तुलना में बहुत कम ऋणात्मक (या अधिक) होता है, इसलिए Na⁺ आयनों की तुलना में पानी को प्राथमिकता से अपचयित किया जाता है। इसलिए, सोडियम धातु जमा होने के बजाय कैथोड पर हाइड्रोजन गैस निकलती है। सोडियम धातु आमतौर पर डाउन प्रक्रिया द्वारा प्राप्त की जाती है, जिसमें पिघले हुए सोडियम क्लोराइड का विद्युत अपघटन शामिल होता है।

प्रश्न 7

द्रव अमोनिया के साथ सोडियम की अभिक्रिया का वर्णन करें। इसमें तनु और सांद्र दोनों घोलों के लिए अवलोकन शामिल करें।

आदर्श उत्तर: जब सोडियम धातु को द्रव अमोनिया में घोला जाता है, तो यह कम सांद्रता पर गहरा नीला घोल और उच्च सांद्रता पर कांस्य-रंग का घोल बनाता है।

1. कम सांद्रता पर (तनु घोल): सोडियम धातु सबसे पहले द्रव अमोनिया में आयनित होकर सोडियम आयन (Na⁺) और मुक्त इलेक्ट्रॉन (e⁻) बनाती है। ये इलेक्ट्रॉन फिर अमोनिया के अणुओं द्वारा विलायकित होते हैं, जिससे अमोनियाकृत इलेक्ट्रॉन (e⁻(am)) बनते हैं। Na(s) + (x+y)NH₃(l) → Na⁺(NH₃)ₓ(solvated) + e⁻(NH₃)ᵧ(solvated) ये अमोनियाकृत इलेक्ट्रॉन तनु घोल के विशिष्ट गहरे नीले रंग के लिए जिम्मेदार होते हैं। ये विलायकित इलेक्ट्रॉन अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण घोल को प्रबल अपचायक गुण और अनुचुंबकत्व भी प्रदान करते हैं। घोल विद्युत चालक भी होता है।

2. उच्च सांद्रता पर (सांद्र घोल): जैसे-जैसे द्रव अमोनिया में सोडियम की सांद्रता बढ़ती है (लगभग ~3M से ऊपर), अमोनियाकृत इलेक्ट्रॉन जुड़ने लगते हैं और गुच्छे बनाते हैं। इससे विलायकित इलेक्ट्रॉनों के बीच धातु-जैसा बंधन बनता है, जिससे घोल को कांस्य या तांबे जैसा रूप मिलता है। इन उच्च सांद्रताओं पर, घोल प्रतिचुंबकीय हो जाता है (क्योंकि इलेक्ट्रॉन युग्मित हो जाते हैं) और इसकी विद्युत चालकता काफी बढ़ जाती है, जो एक तरल धातु के समान होती है।

उच्च-स्तरीय सोच कौशल (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 8

सोडियम एक अत्यधिक विद्युतधनात्मक धातु है। समझाइए कि यह गुण यौगिक निर्माण और अभिक्रिया प्रकारों के संदर्भ में इसके रासायनिक व्यवहार को कैसे प्रभावित करता है।

आदर्श उत्तर: सोडियम की उच्च विद्युतधनात्मकता इसके रासायनिक व्यवहार को गहराई से प्रभावित करती है, जिससे विशिष्ट प्रकार के यौगिकों का निर्माण और अभिक्रियाएँ होती हैं:

1. आयनिक बंध बनाने की प्रवृत्ति:

   • इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: सोडियम में एक संयोजी इलेक्ट्रॉन (3s¹) होता है। इसकी प्रथम आयनन एन्थैल्पी बहुत कम (496 kJ/mol) होती है, जो दर्शाती है कि इस इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
   • स्थिर धनायन: इस इलेक्ट्रॉन को खोकर, सोडियम एक स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास ([Ne]) प्राप्त करता है, जिससे एक एकल धनात्मक धनायन, Na⁺ बनता है।
   • यौगिक निर्माण: इलेक्ट्रॉन खोने की इस प्रबल प्रवृत्ति का अर्थ है कि सोडियम अत्यधिक विद्युतऋणात्मक तत्वों (जैसे हैलोजन, ऑक्सीजन) के साथ आसानी से अभिक्रिया करके आयनिक यौगिक बनाता है। उदाहरण के लिए, NaCl में, Na अपना संयोजी इलेक्ट्रॉन Cl को पूरी तरह से स्थानांतरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप Na⁺ और Cl⁻ आयनों के बीच स्थिर वैद्युतिक आकर्षण होता है। इन आयनिक यौगिकों में आमतौर पर उच्च गलनांक होते हैं, ये ध्रुवीय विलायकों में घुलनशील होते हैं, और पिघली हुई या जलीय अवस्थाओं में विद्युत का संचालन करते हैं।

2. प्रबल अपचायक:

   • ऑक्सीकरण में सुगमता: एक विद्युतधनात्मक तत्व के रूप में, सोडियम रासायनिक अभिक्रियाओं में आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है (इलेक्ट्रॉन खो देता है)। यह इसे एक शक्तिशाली अपचायक बनाता है, जो अन्य तत्वों या यौगिकों को अपचयित करने में सक्षम है।
   • अधातुओं के साथ अभिक्रियाएँ: यह ऑक्सीजन जैसे अधातुओं को ऑक्साइड (जैसे, 4Na + O₂ → 2Na₂O), हैलोजन को हैलाइड (जैसे, 2Na + Cl₂ → 2NaCl), और सल्फर को सल्फाइड में अपचयित करता है।
   • पानी/अम्लों के साथ अभिक्रियाएँ: यह पानी को हाइड्रोजन गैस (2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂) और अम्लों को हाइड्रोजन गैस (2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂) में अपचयित करता है।

3. क्षारकीय ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड:

   • ऑक्साइड निर्माण: अपनी उच्च विद्युतधनात्मकता के कारण, सोडियम ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके क्षारकीय ऑक्साइड बनाता है (मुख्य रूप से Na₂O, हालांकि परऑक्साइड Na₂O₂ और सुपरऑक्साइड NaO₂ भी विशिष्ट परिस्थितियों में बन सकते हैं)।
   • हाइड्रॉक्साइड की क्षारकता: ऑक्साइड Na₂O पानी के साथ अभिक्रिया करके एक प्रबल क्षार, सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) बनाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि NaOH में Na-O बंध अत्यधिक आयनिक होता है, जिससे घोल में OH⁻ आयनों का आसानी से वियोजन होता है, जो इसे एक प्रबल क्षार बनाता है। Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

संक्षेप में, सोडियम की उच्च विद्युतधनात्मकता इसके रसायन विज्ञान को निर्धारित करती है, जो मुख्य रूप से एक प्रबल अपचायक के रूप में इसकी भूमिका और स्थिर आयनिक यौगिकों तथा प्रबल क्षारों के निर्माण की इसकी प्रवृत्ति में प्रकट होती है।