ऑक्सिजनची महत्त्वाची संयुगे: उजळणी मार्गदर्शक

ऑक्सिजनच्या प्रमुख संयुगांची ओळख

ऑक्सिजन, एक अत्यंत क्रियाशील अधातू आहे, जो जवळजवळ इतर सर्व मूलद्रव्यांसोबत अनेक संयुगे तयार करतो. उच्च माध्यमिक स्तरावर अभ्यासली जाणारी सर्वात महत्त्वाची संयुगे म्हणजे पाणी (H₂O), हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H₂O₂) आणि ओझोन (O₃). ऑक्सिजनच्या विविध ऑक्सिडीकरण अवस्था (oxidation states) आणि बंधांच्या वातावरणामुळे (bonding environments) ही संयुगे विविध रासायनिक आणि भौतिक गुणधर्म दर्शवतात.

पाणी (H₂O)

रासायनिक सूत्र

H₂O

सामान्य नाव

पाणी

प्रयोगशाळेतील निर्मिती

प्रयोगशाळेत पाणी हायड्रोजन वायूचे ऑक्सिजन वायूमध्ये थेट ज्वलन करून तयार केले जाऊ शकते.

संतुलित समीकरण

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)

हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H₂O₂)

रासायनिक सूत्र

H₂O₂

निर्मिती प्रक्रिया

1. बेरियम पेरॉक्साइडद्वारे (BaO₂)

हायड्रोजन पेरॉक्साइड सामान्यतः प्रयोगशाळेत जलयुक्त बेरियम पेरॉक्साइडवर विरल सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या क्रियेने तयार केले जाते. BaO₂(s)⋅8H₂O(s) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + H₂O₂(aq) + 8H₂O(l) बेरियम सल्फेट (BaSO₄) अविद्राव्य आहे आणि ते गाळून वेगळे केले जाऊ शकते.

2. विद्युत अपघटन प्रक्रियेद्वारे (पर्सल्फेट पद्धत)

उद्योगधंद्यांमध्ये, ते ५०% H₂SO₄ किंवा अमोनियम सल्फेट आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या सममोल द्रावणाच्या विद्युत अपघटनाने तयार केले जाते, ज्यामुळे पेरॉक्सोडायसल्फ्यूरिक ऍसिड (H₂S₂O₈) तयार होते. त्यानंतर त्याचे जलविघटन होऊन H₂O₂ मिळते.

विद्युत अपघटन: 2H₂SO₄(aq) → H₂S₂O₈(aq) + H₂(g) (ॲनोडवर: 2HSO₄⁻ → H₂S₂O₈ + 2e⁻)

जलविघटन: H₂S₂O₈(aq) + 2H₂O(l) → 2H₂SO₄(aq) + H₂O₂(aq)

गुणधर्म

भौतिक गुणधर्म

• रंगहीन द्रव, पाण्यापेक्षा किंचित अधिक चिकट (viscous).
• उच्च डायलेक्ट्रिक स्थिरांक.
• सर्व प्रमाणात पाण्यामध्ये मिसळणारे (miscible).

रासायनिक गुणधर्म

1. अपघटन: प्रकाशाच्या अनुपस्थितीत हळूहळू अपघटन होते, परंतु प्रकाश, धातू (उदा. Pt, Ag, Cu), धातू ऑक्साईड (उदा. MnO₂) किंवा धूळ यांच्या उपस्थितीत वेगाने अपघटन होते. 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)

2. आम्लीय स्वरूप: हे एक दुर्बळ आम्ल आहे. H₂O₂(aq) ⇌ H⁺(aq) + HO₂⁻(aq) H₂O₂(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂O₂(aq) + 2H₂O(l)

3. ऑक्सिडीकरण कारक (Oxidizing Agent): आम्लीय आणि क्षारीय दोन्ही माध्यमांमध्ये एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण कारक म्हणून कार्य करते.

   • आम्लीय माध्यमात: H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → 2H₂O(l) 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) PbS(s) + 4H₂O₂(aq) → PbSO₄(s) + 4H₂O(l) (जुन्या तेलचित्रांचे पुनर्संचयन)
   • क्षारीय माध्यमात: H₂O₂(aq) + 2e⁻ → 2OH⁻(aq) 2Cr³⁺(aq) + 3H₂O₂(aq) + 10OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 8H₂O(l) (क्रोमेट निर्मिती)

4. क्षपणकारक (Reducing Agent): तीव्र ऑक्सिडीकरण कारकांच्या उपस्थितीत क्षपणकारक म्हणून देखील कार्य करू शकते.

   • आम्लीय माध्यमात: H₂O₂(aq) → O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ 5H₂O₂(aq) + 2MnO₄⁻(aq) + 6H⁺(aq) → 2Mn²⁺(aq) + 8H₂O(l) + 5O₂(g)
   • क्षारीय माध्यमात: H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 2e⁻ Cl₂(g) + H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + 2H₂O(l) + O₂(g)

ओझोन (O₃)

रासायनिक सूत्र

O₃

संक्षिप्त माहिती

ओझोन हे ऑक्सिजनचे एक अपरूप (allotrope) आहे, जे तीन ऑक्सिजन अणूंनी बनलेले असते. हा एक फिकट निळा वायू असून त्याला तीव्र वास येतो. हे डायऑक्सिजन (O₂) पेक्षा खूप कमी स्थिर आहे आणि सहजपणे विघटित होऊन डायऑक्सिजन तयार करते.

निर्मिती

ओझोन हे ओझोनायझर (ozonizer) नावाच्या उपकरणामध्ये कोरड्या ऑक्सिजनमधून शांत विद्युत विसर्ग (silent electric discharge) प्रवाहित करून तयार केले जाते. 3O₂(g) ⇌ 2O₃(g) (ΔH = +142 kJ/mol) तयार झालेल्या ओझोनचे अपघटन टाळण्यासाठी शांत विद्युत विसर्ग आवश्यक आहे. केवळ सुमारे १०% ओझोन तयार होतो; उच्च सांद्रता अस्थिरतेला कारणीभूत ठरते.

गुणधर्म

1. शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण कारक: ऑक्सिजन आणि नवजात ऑक्सिजनमध्ये सहज अपघटन झाल्यामुळे, हे एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण कारक आहे. O₃(g) → O₂(g) + [O](nascent oxygen)

   • लेड सल्फाइडचे ऑक्सिडीकरण: PbS(s) + 4O₃(g) → PbSO₄(s) + 4O₂(g)
   • पोटॅशियम आयोडाइडचे ऑक्सिडीकरण: 2KI(aq) + H₂O(l) + O₃(g) → 2KOH(aq) + I₂(s) + O₂(g)
   • विरंजक क्रिया (Bleaching action): ओझोन ऑक्सिडीकरणाद्वारे रंगीत पदार्थांना विरंजित करतो.

2. ऊष्मागतिकीय अस्थिरता (Thermodynamic Instability): ऑक्सिजनच्या तुलनेत ते ऊष्मागतिकीयदृष्ट्या (thermodynamically) अस्थिर आहे, कारण त्याचे ऑक्सिजनमध्ये अपघटन ही उष्णतादायी (exothermic) प्रक्रिया आहे आणि एन्ट्रॉपी (entropy) वाढवते.

ऑक्सिजन संयुगांचे तुलनात्मक गुणधर्म

गुणधर्म	पाणी (H₂O)	हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H₂O₂)	ओझोन (O₃)
सूत्र	H₂O	H₂O₂	O₃
ऑक्सिजनचे स्वरूप	-2 ऑक्सिडीकरण अवस्था	-1 ऑक्सिडीकरण अवस्था	0 ऑक्सिडीकरण अवस्था (मूलभूत स्वरूपात), अत्यंत क्रियाशील
स्थिरता	अत्यंत स्थिर	कमी स्थिर, सहजपणे अपघटन होते	अत्यंत अस्थिर, सहजपणे O₂ मध्ये अपघटन होते
ऑक्सिडीकरण/क्षपणकारक	उदासीन/उभयधर्मी (आम्ल किंवा आम्लारी म्हणून कार्य करू शकते)	ऑक्सिडीकरण आणि क्षपणकारक दोन्ही	शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण कारक
भौतिक अवस्था (कक्ष तापमानावर)	द्रव	द्रव	फिकट निळा वायू
पर्यावरणातील भूमिका	सार्वत्रिक द्रावक, जीवनाधार	विरंजक, पूतिनाशक (antiseptic), रॉकेट इंधनासाठी ऑक्सिडीकरण कारक	पृथ्वीचे अतिनील (UV) किरणांपासून संरक्षण करते (स्थितांबरमध्ये)