सोडियमचे रसायनशास्त्र (Na)

सोडियमचे रसायनशास्त्र (Na) - सोडवलेले सराव प्रश्न

बहुपर्यायी प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

जेव्हा सोडियम धातू थंड पाण्याबरोबर तीव्रतेने अभिक्रिया करतो, तेव्हा खालीलपैकी कोणते उत्पादने तयार होतात? A. Na₂O आणि H₂ B. NaOH आणि O₂ C. NaOH आणि H₂ D. Na₂O आणि O₂

उत्तर: C स्पष्टीकरण: सोडियम हा अत्यंत क्रियाशील अल्कली धातू आहे. जेव्हा तो थंड पाण्याबरोबर अभिक्रिया करतो, तेव्हा तीव्र रेडॉक्स अभिक्रिया होते, ज्यात सोडियम धातूचे ऑक्सिडेशन होऊन सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) तयार होते आणि पाण्याचे रिडक्शन होऊन हायड्रोजन वायू (H₂) तयार होतो. ही अभिक्रिया अत्यंत उष्णतादायी (exothermic) आहे. 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

प्रश्न 2

सोडियमची त्याच्या संयुगांमध्ये सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था आहे: A. +1 B. +2 C. 0 D. -1

उत्तर: A स्पष्टीकरण: सोडियम (Na) आवर्त सारणीतील गट 1 (अल्कली धातू) मध्ये येतो. त्याची इलेक्ट्रॉनिक संरचना [Ne]3s¹ आहे. स्थिर नोबल वायू संरूपण (निऑन) प्राप्त करण्यासाठी त्याला त्याच्या एकुलत्या एक संयुजा इलेक्ट्रॉन गमावण्याची तीव्र प्रवृत्ती असते. त्यामुळे, तो त्याच्या संयुगांमध्ये जवळजवळ केवळ +1 ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवतो.

प्रश्न 3

बन्सेन बर्नरच्या ज्योतीमध्ये गरम केल्यावर सोडियम एक विशिष्ट ज्योत रंग देतो. हा रंग कोणता आहे? A. किरमिजी लाल B. सफरचंद हिरवा C. लिलाक D. सोनेरी पिवळा

उत्तर: D स्पष्टीकरण: जेव्हा सोडियम आणि त्याची संयुगे अदीप्त ज्योतीमध्ये (non-luminous flame) टाकली जातात, तेव्हा बाह्यतम कवचातील इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तरांवर उत्तेजित होतात. हे उत्तेजित इलेक्ट्रॉन त्यांच्या मूळ स्थितीत परत येतात तेव्हा ते विशिष्ट तरंगलांबीच्या प्रकाशाच्या स्वरूपात ऊर्जा उत्सर्जित करतात. सोडियमसाठी, हा उत्सर्जित प्रकाश दृश्य स्पेक्ट्रमच्या पिवळ्या भागात येतो, ज्यामुळे विशिष्ट सोनेरी पिवळ्या रंगाची ज्योत मिळते.

विधान-कारण प्रश्न

प्रश्न 4

विधान (A): सोडियम धातू रॉकेलमध्ये साठवला जातो. कारण (R): सोडियम हवा आणि आर्द्रतेबरोबर तीव्रतेने अभिक्रिया करतो.

उत्तर: A स्पष्टीकरण: विधान (A) आणि कारण (R) दोन्ही सत्य आहेत आणि कारण (R) हे विधान (A) चे योग्य स्पष्टीकरण आहे. सोडियम हा अत्यंत क्रियाशील धातू आहे. तो हवेतील ऑक्सिजनबरोबर लगेच अभिक्रिया करून सोडियम ऑक्साईड बनवतो आणि आर्द्रतेबरोबर (पाण्याची वाफ) अभिक्रिया करून सोडियम हायड्रॉक्साईड आणि हायड्रोजन वायू बनवतो. या अभिक्रिया खूप तीव्र आणि स्फोटक असू शकतात. अशा अभिक्रिया टाळण्यासाठी आणि धातूला वातावरणातील हल्ल्यापासून वाचवण्यासाठी, सोडियम रॉकेल किंवा पॅराफिन तेलामध्ये बुडवून साठवला जातो, कारण हे अक्रियाशील असतात आणि हवा व आर्द्रता दूर ठेवतात.

प्रश्न 5

विधान (A): सोडियम एक प्रबल रिड्युसिंग एजंट आहे. कारण (R): सोडियमची पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (ionization enthalpy) खूप कमी आहे.

उत्तर: A स्पष्टीकरण: विधान (A) आणि कारण (R) दोन्ही सत्य आहेत आणि कारण (R) हे विधान (A) चे योग्य स्पष्टीकरण आहे. रिड्युसिंग एजंट (reducing agent) म्हणजे असा पदार्थ जो सहजपणे इलेक्ट्रॉन गमावतो (ऑक्सिडाइज्ड होतो). सोडियमची पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी खूप कमी असते, याचा अर्थ त्याचा बाह्यतम इलेक्ट्रॉन काढण्यासाठी कमीत कमी ऊर्जा लागते. इलेक्ट्रॉन गमावण्याच्या या तीव्र प्रवृत्तीमुळे तो सहजपणे ऑक्सिडाइज्ड होतो, त्यामुळे तो एक शक्तिशाली रिड्युसिंग एजंट म्हणून कार्य करतो.

लघुत्तरी प्रश्न

प्रश्न 6

सोडियम क्लोराईडच्या जलीय द्रावणाच्या (aqueous solution) इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे सोडियम धातू का तयार केला जाऊ शकत नाही, हे स्पष्ट करा.

आदर्श उत्तर: सोडियम क्लोराईडच्या जलीय द्रावणाच्या (brine) इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे सोडियम धातू तयार केला जाऊ शकत नाही, कारण सोडियम आयनांच्या तुलनेत पाण्याचे रिडक्शन पोटेंशिअल (reduction potential) जास्त असते. कॅथोडवर, Na⁺ आयन आणि पाण्याची रेणू दोन्ही उपस्थित असतात. Na⁺(aq) + e⁻ → Na(s) (E° = -2.71 V) 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (E° = -0.83 V मानक परिस्थितीत, pH 7 ला -0.41 V) पाण्याला Na⁺ पेक्षा खूप कमी ऋणात्मक (किंवा जास्त) मानक रिडक्शन पोटेंशिअल असल्यामुळे, Na⁺ आयनांपेक्षा पाणी प्राधान्याने रिड्युस होते. त्यामुळे, सोडियम धातू जमा होण्याऐवजी कॅथोडवर हायड्रोजन वायू उत्सर्जित होतो. सोडियम धातू साधारणपणे डाउनच्या प्रक्रियेद्वारे (Down’s process) मिळवला जातो, ज्यात वितळलेल्या सोडियम क्लोराईडचे इलेक्ट्रोलायसिस केले जाते.

प्रश्न 7

सोडियमची द्रव अमोनियाबरोबरची अभिक्रिया वर्णन करा. विरल (dilute) आणि संहत (concentrated) द्रावणांसाठी निरीक्षणे समाविष्ट करा.

आदर्श उत्तर: जेव्हा सोडियम धातू द्रव अमोनियामध्ये विरघळवला जातो, तेव्हा कमी सांद्रतेमध्ये तो गडद निळ्या रंगाचे द्रावण बनवतो आणि जास्त सांद्रतेमध्ये तो कांस्य-रंगाचे द्रावण बनवतो.

1. कमी सांद्रतेमध्ये (विरल द्रावण): सोडियम धातू प्रथम द्रव अमोनियामध्ये आयनीकृत होऊन सोडियम आयन (Na⁺) आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन (e⁻) तयार करतो. हे इलेक्ट्रॉन नंतर अमोनिया रेणूंनी सॉल्व्हेट केले जातात, ज्यामुळे अमोनिएटेड इलेक्ट्रॉन (e⁻(am)) तयार होतात. Na(s) + (x+y)NH₃(l) → Na⁺(NH₃)ₓ(solvated) + e⁻(NH₃)ᵧ(solvated) विरल द्रावणाच्या विशिष्ट गडद निळ्या रंगासाठी हे अमोनिएटेड इलेक्ट्रॉन जबाबदार असतात. हे सॉल्व्हेटेड इलेक्ट्रॉन अनपेअर्ड इलेक्ट्रॉन्सच्या उपस्थितीमुळे द्रावणाला प्रबल रिड्युसिंग गुणधर्म आणि पॅरामॅग्नेटिझम (paramagnetism) देखील देतात. द्रावण विद्युतप्रवाह देखील वाहून नेते (electrically conductive).

2. उच्च सांद्रतेमध्ये (संहत द्रावण): द्रव अमोनियामध्ये सोडियमची सांद्रता वाढल्यास (सुमारे ~3M पेक्षा जास्त), अमोनिएटेड इलेक्ट्रॉन एकत्र येऊन गट (clusters) बनवू लागतात. यामुळे सॉल्व्हेटेड इलेक्ट्रॉन्समध्ये धातूसारखे बंधन (metallic-like bonding) निर्माण होते, ज्यामुळे द्रावणाला कांस्य (bronze) किंवा तांब्यासारखा (copper-like) देखावा मिळतो. या उच्च सांद्रतेमध्ये, द्रावण डायमॅग्नेटिक (diamagnetic) बनते (कारण इलेक्ट्रॉन जोड्या बनवतात) आणि त्याची विद्युत चालकता लक्षणीयरीत्या वाढते, ज्यामुळे ते द्रव धातूसारखे दिसते.

उच्च विचारसरणीचे प्रश्न (HOTS)

प्रश्न 8

सोडियम एक अत्यंत इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह (electropositive) धातू आहे. संयुग निर्मिती आणि अभिक्रियांच्या प्रकारांच्या दृष्टीने हा गुणधर्म त्याच्या रासायनिक वर्तनावर कसा परिणाम करतो हे स्पष्ट करा.

आदर्श उत्तर: सोडियमची उच्च इलेक्ट्रोपॉझिटिव्हिटी (electropositivity) त्याच्या रासायनिक वर्तनावर खोलवर परिणाम करते, ज्यामुळे विशिष्ट प्रकारची संयुग निर्मिती आणि अभिक्रिया होतात:

1. आयनिक बंध (Ionic Bonds) तयार करण्याची प्रवृत्ती:

   • इलेक्ट्रॉन संरूपण: सोडियममध्ये एक संयुजा इलेक्ट्रॉन (3s¹) असतो. त्याची पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (ionization enthalpy) खूप कमी असते (496 kJ/mol), याचा अर्थ हा इलेक्ट्रॉन काढण्यासाठी कमी ऊर्जा लागते.
   • स्थिर कॅटायन: हा इलेक्ट्रॉन गमावल्याने, सोडियम स्थिर नोबल वायू संरूपण ([Ne]) प्राप्त करतो, ज्यामुळे Na⁺ हा एकधन आयन (unipositive cation) तयार होतो.
   • संयुग निर्मिती: इलेक्ट्रॉन गमावण्याच्या या तीव्र प्रवृत्तीमुळे सोडियम अत्यंत इलेक्ट्रोनिगेटिव्ह (electronegative) मूलद्रव्यांबरोबर (जसे की हॅलोजन्स, ऑक्सिजन) सहजपणे अभिक्रिया करून आयनिक संयुगे (ionic compounds) बनवतो. उदाहरणार्थ, NaCl मध्ये, Na आपला संयुजा इलेक्ट्रॉन Cl ला पूर्णपणे देतो, ज्यामुळे Na⁺ आणि Cl⁻ आयनांमध्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिक आकर्षण (electrostatic attraction) निर्माण होते. या आयनिक संयुगांचे सामान्यतः उच्च वितळणबिंदू असतात, ती ध्रुवीय द्रावकांमध्ये विद्रव्य असतात आणि वितळलेल्या किंवा जलीय अवस्थेत विद्युतप्रवाह वाहून नेतात.

2. प्रबल रिड्युसिंग एजंट (Strong Reducing Agent):

   • ऑक्सिडेशनची सुलभता: एक इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह मूलद्रव्य असल्याने, सोडियम रासायनिक अभिक्रियांमध्ये सहजपणे ऑक्सिडाइज्ड होतो (इलेक्ट्रॉन गमावतो). यामुळे तो एक शक्तिशाली रिड्युसिंग एजंट बनतो, जो इतर मूलद्रव्ये किंवा संयुगे रिड्यूस करण्यास सक्षम असतो.
   • नॉन-मेटल्सबरोबरच्या अभिक्रिया: तो ऑक्सिजनसारख्या नॉन-मेटल्सला ऑक्साईडमध्ये (उदा., 4Na + O₂ → 2Na₂O), हॅलोजन्सला हॅलाइड्समध्ये (उदा., 2Na + Cl₂ → 2NaCl), आणि सल्फरला सल्फाइडमध्ये रिड्यूस करतो.
   • पाणी/आम्लांबरोबरच्या अभिक्रिया: तो पाण्याचे रिडक्शन करून हायड्रोजन वायूमध्ये (2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂) आणि आम्लांचे रिडक्शन करून हायड्रोजन वायूमध्ये (2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂) रूपांतर करतो.

3. क्षारकीय ऑक्साईड्स आणि हायड्रॉक्साईड्स (Basic Oxides and Hydroxides):

   • ऑक्साईड निर्मिती: त्याच्या उच्च इलेक्ट्रोपॉझिटिव्हिटीमुळे, सोडियम ऑक्सिजनबरोबर अभिक्रिया करून क्षारकीय ऑक्साईड्स (मुख्यतः Na₂O, जरी विशिष्ट परिस्थितीत पेरॉक्साईड्स Na₂O₂ आणि सुपरॉक्साईड्स NaO₂ देखील तयार होऊ शकतात) बनवतो.
   • हायड्रॉक्साईडची क्षारकीयता: Na₂O हा ऑक्साईड पाण्याबरोबर अभिक्रिया करून एक प्रबल आम्लारी, सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) बनवतो. कारण NaOH मधील Na-O बंध अत्यंत आयनिक असतो, ज्यामुळे द्रावणात OH⁻ आयनांचे सहज विसर्जन होते आणि ते एक प्रबल आम्लारी बनते. Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

थोडक्यात, सोडियमची उच्च इलेक्ट्रोपॉझिटिव्हिटी त्याच्या रसायनशास्त्राचे नियमन करते, जी प्रामुख्याने एक प्रबल रिड्युसिंग एजंट म्हणून आणि स्थिर आयनिक संयुगे व प्रबल आम्लारी तयार करण्याच्या त्याच्या प्रवृत्तीमध्ये दिसून येते.