GSEB Class 11 Chemistry Important Questions Chapter 7 સંતાન

Gujarat Board GSEB Class 11 Chemistry Important Questions Chapter 7 સંતાન Important Questions and Answers.

GSEB Class 11 Chemistry Important Questions Chapter 7 સંતાન

પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 1.
સંતુલન અવસ્થા એટલે શું? ઉદાહરણ આપો.
ઉત્તર:
સંતુલન અવસ્થા (Equilibrium State) : નિયત તાપમાને અને દબાણે થતાં કેટલાંક રૂપાંતરો અને પ્રક્રિયાઓ બંધ પ્રણાલીમાં કરવામાં આવે ત્યારે તે પૂર્ણ થતા નથી.

પ્રક્રિયાની શરૂઆતમાં બંધપાત્રમાં જે પ્રક્રિયકો હોય છે તે ધીમે ધીમે નીપજમાં ફેરવાય છે. તેથી સમય જતાં પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતા ઘટે છે.

આ ઘટનાની સાથે સાથે પરિણમતી નીપજોની સાંદ્રતામાં સમય જતાં વધારો થતો જાય છે અને એક એવો સમય આવે છે જેમાં પ્રક્રિયક કે નીપજની સાંદ્રતામાં સમય જતાં પણ ફેરફાર જણાતો નથી આ પરિસ્થિતિને સંતુલન અવસ્થા કહે છે.

સમજૂતી : જ્યારે પ્રવાહી બંધપાત્રમાં બાષ્પીભવન પામે છે ત્યારે પ્રમાણમાં વધારે ગતિજ ઊર્જા ધરાવતા અણુઓ પ્રવાહીની સપાટીને છોડી દઈને બાષ્પ કલામાં જાય છે અને પ્રવાહીના કેટલાક અણુઓ બાષ્પ અવસ્થામાંથી નીકળી પ્રવાહીની સપાટીને અથડાય છે અને પ્રવાહીમાં જળવાઈ રહે છે. આને લીધે અચળ બાષ્પદબાણ ઉત્પન્ન થાય છે, કારણ કે સંતુલન સ્થપાય છે. જેમાં પ્રવાહીમાંથી બાષ્પમાં ફેરવાતા અણુઓ અને બાષ્પમાંથી પ્રવાહીમાં ફેરવાતા અણુઓની સંખ્યા સરખી હોય છે. આ તબક્કે પ્રણાલી સંતુલન અવસ્થાએ પહોંચેલ છે. જોકે આ સ્થિર સંતુલન હોતું નથી અને પ્રવાહી અને બાષ્પ વચ્ચે સીમા (boundary) પર ઘણી બધી પ્રવૃત્તિ થતી હોય છે. આમ, સંતુલન બાષ્પીભવનનો દર અને સંઘનનનો દર સમાન થાય છે. આને નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય :
H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₂O(g)

બે અર્ધતીરો સૂચવે છે કે પ્રક્રમો બંને દિશામાં એકસાથે જ થતા હોય છે. સંતુલન અવસ્થામાં પ્રક્રિયકો અને નીપજોના મિશ્રણને સંતુલન મિશ્રણ કહે છે.

સંતુલન ભૌતિક અને રાસાયણિક એમ બંને પ્રક્રમ માટે પ્રસ્થાપિત કરી શકાય.

ભૌતિક રૂપાંતરો, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, જૈવિક અને પર્યાવરણીય પ્રક્રમો વગેરેમાં સંતુલન મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે.

ઉદાહરણ :

પાણીનું બાષ્પીભવન,
એમોનિયાનું ઉત્પાદન,
ઑક્સિજન અણુ તથા પ્રોઢીન વચ્ચેનું સંતુલન અને
આપણા ફેફસામાંથી આપણા સ્નાયુઓને O₂ની વહેંચણી અને વહન દરમિયાનમાં O₂ અણુઓ અને પ્રોટીન હીમોગ્લોબિનનો સમાવેશ કરતાં સંતુલન નિર્ણાયક ભાગ ભજવે છે. આવા જ સંતુલન જેમાં CO અણુઓ અને હીમોગ્લોબિનનો સમાવેશ થાય છે. તે COની વિષાલુતાનો ખુલાસો આપે છે.

પ્રશ્ન 2.
સંતુલન પ્રક્રિયાના પ્રકાર સમજાવો.
ઉત્તર:
કોઈ પણ પ્રક્રિયા પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિ અને પ્રક્રિયકોના સ્વભાવને આધારે ઝડપી અથવા ધીમી હોઈ શકે, જ્યારે કોઈ તાપમાને બંધપાત્રમાં પ્રક્રિયકો પ્રક્રિયા કરે છે અને નીપજો આપે છે, ત્યારે પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતા ઘટતી જાય છે, જ્યારે નીપજોની સાંદ્રતા અમુક સમય સુધી વધતી રહે છે. ત્યારબાદ પ્રક્રિયકો કે નીપજોમાંથી કોઈની પણ સાંદ્રતા બદલાતી નથી. પ્રણાલીનો આ તબક્કો ગતિશીલ સંતુલન છે તેમજ પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના વેગ સમાન થાય છે. આ ગતિશીલ સંતુલન તબક્કાને કારણે જ પ્રક્રિયા મિશ્રણમાં જુદી જુદી સ્પીસીઝની સાંદ્રતાઓમાં ફેરફાર થતો નથી. પ્રક્રિયા આગળ વધીને રાસાયણિક સંતુલન અવસ્થાએ પહોંચશે ત્યારે તેના પ્રમાણના આધાર મુજબ ત્રણ સમૂહમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે :

એવી પ્રક્રિયાઓ કે જે લગભગ પૂર્ણ થવાના આરે છે અને પ્રક્રિયકની નગણ્ય સાંદ્રતા બાકી રહી જાય છે. પ્રાયોગિક રીતે આ ચકાસવું શક્ય હોતું નથી.
એવી પ્રક્રિયાઓ જેમાં નીપજનું ઘણું ઓછું પ્રમાણ બને છે અને મોટા ભાગના પ્રક્રિયક સંતુલન તબક્કે ફેરફાર વગરના રહે છે.
એવી પ્રક્રિયાઓ જ્યા૨ે પ્રણાલી સંતુલનમાં હોય ત્યારે પ્રક્રિયકો અને નીપજો એકબીજાની સાથે સરખાવી શકાય તેમ હોય છે.

સંતુલનમાં પ્રક્રિયાના પ્રમાણ પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓ જેવી કે પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતા, તાપમાન વગેરે સાથે બદલાય છે. સંક્રિયાત્મક (operational) પરિસ્થિતિનું અનુકૂળતમીકરણ (optimization) ઉદ્યોગો અને પ્રયોગશાળામાં અગત્યનું છે. જેથી ઇચ્છિત નીપજો તરફ પ્રક્રમની દિશા રહે.

પ્રશ્ન 3.
ભૌતિક સંતુલન એટલે શું? તેના પ્રકારો જણાવો.
અથવા
કલા રૂપાંતરણ પ્રક્રમો એટલે શું? તેના પ્રકારો જણાવો.
ઉત્તર:
ભૌતિક પ્રક્રમમાં સ્થપાતાં સંતુલનને ભૌતિક સંતુલન કહે છે અથવા કલા રૂપાંતરણ પ્રક્રમો કહે છે.
દા. ત.,
ધન \(\rightleftharpoons\) પ્રવાહી
પ્રવાહી \(\rightleftharpoons\) વાયુ
ઘન \(\rightleftharpoons\) વાયુ

પ્રશ્ન 4.
ઘન – પ્રવાહી સંતુલન ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
એક સંપૂર્ણ ઉષ્મા૨ોધક થર્મોસ ફ્લાસ્કમાં (બંધ પ્રણાલીમાં) 273 K તાપમાને અને એક વાતાવરણ દબાણે બરફ અને થોડું પાણી લો.

હવે, થર્મોસ ફ્લાસ્કને બૂચ વડે બંધ કરી દો.

થર્મોસ ફ્લાની દીવાલ શૂન્યાવકાશ ધરાવતી હોવાને કારણે થર્મોસ ફ્લાસ્કમાંની પ્રણાલી અને બાહ્ય પર્યાવરણ વચ્ચે ઉષ્માનો વિનિમય થશે નહિ.

આથી થર્મોસ ફ્લાસ્કમાં રહેલો બરફનો જથ્થો અચળ રહે છે. આમ, બરફ અને પાણી વચ્ચે સંતુલન સ્થપાયેલ હશે જ તે નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
H₂O(s) \(\rightleftharpoons\) H₂O(l)

આપણે અવલોકન કરી શકીએ કે સમય સાથે પાણી અને બરફના દળ બદલાતા નથી અને તાપમાન પણ અચળ રહે છે. છતાં પણ સંતુલન સ્થિર (static) નથી. પાણી અને બરફ વચ્ચેની સીમા પર તીવ્ર પ્રવૃત્તિ નોંધી શકાશે. પાણીમાંના અણુઓ બરફની સીમા પર અથડાશે અને તેને વળગી રહેશે અને બરફના કેટલાક અણુ પ્રવાહી કલામાં જતા રહેશે. પાણી અને બરફના દળમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી, કારણ કે પાણીમાંથી બરફ અને બરફમાંથી પાણીના અણુઓની હેરફેરનો દર વાતાવરણ દબાણે અને 273 K તાપમાને સરખા હોય છે.

સ્વાભાવિક રીતે બરફ અને પાણી અમુક તાપમાને અને દબાણે સંતુલનમાં હોય છે.

કોઈ પણ શુદ્ધ પદાર્થ માટે વાતાવરણના દબાણે અને જે તાપમાને ઘન અને પ્રવાહી કલાઓ વચ્ચે સંતુલન હોય તે તાપમાનને પદાર્થનું સામાન્ય ગલનબિંદુ અથવા સામાન્ય ઠારણબિંદુ કહે છે.

આ પ્રણાલી ગતિશીલ સંતુલનમાં છે અને નીચેનું અનુમાન કરી શકાય :

બંને પ્રક્રમો એકસાથે એકબીજાથી વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે.
બંને પ્રક્રમો સમાન દરે થતા હોવાથી બંને પદાર્થો(બરફ અને પાણી)નું પ્રમાણ અચળ રહે છે.

પ્રશ્ન 5.
પ્રવાહી – બાષ્પ સંતુલન ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
એક U આકારની નળી(મેનૉમીટર)માં પારો ભરી કાચની બનેલી પારદર્શક પેટી સાથે જોડવામાં આવે છે. પેટીમાં ભેજશોષક પદાર્થો જેવાં કે નિર્જળ કૅલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl₂) અથવા ફૉસ્ફરસ પેન્ટૉક્સાઇડ (P₄O₁₀) અમુક કલાક સુધી પેટીમાં મૂકવામાં આવે છે. આ સમય દરમિયાન પારાની સપાટી નોંધો.

હવે, પેટીને કોઈ એક ખૂણાથી ધીમેથી ઊંચી કરી ભેજશોષક પદાર્થ દૂર કરી ઝડપથી પેટીમાં નીચેથી પાણી ભરેલો વૉચ ગ્લાસ (અથવા પેટ્રી ડિશ) મૂકવામાં આવે છે.
થોડાક સમય બાદ મેનૉમીટરના જમણી બાજુના છેડા પરના પારાની સપાટી ધીમે ધીમે વધે છે અને છેવટે અચળ સપાટી ધારણ કરે છે.
અર્થાત્ ધીમે ધીમે પેટીની અંદરનું દબાણ વધે અને કોઈ એક અચળ મૂલ્યે પહોંચે છે. વળી વૉચ ગ્લાસમાંના પાણીનું કદ ઘટે છે.
પ્રયોગની શરૂઆતમાં પેટીની અંદર પાણીની બાષ્પનું પ્રમાણ નહિવત્ હતું. ધીમે ધીમે પાણીનું બાષ્પીભવન થવાથી પેટીમાંનું દબાણ વધે છે, કારણ કે પાણીના અણુઓ પેટીમાંની વાયુમય કલામાં ઉમેરાયા.

બાષ્પીભવન દર અચળ છે. છતાં દબાણમાં વધારાનો દર સમય સાથે ઘટે છે. કારણ કે બાષ્પનું પાણીમાં સંઘનન થાય છે. છેવટે તે એ સંતુલન પરિસ્થિતિએ લઈ જાય છે કે ત્યાં ચોખ્ખું (net) બાષ્પીભવન થતું નથી. આ એમ સૂચવે છે કે પાણીના વાયુમય અવસ્થામાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં જતાં અણુઓની સંખ્યા વધે છે, જ્યાં સુધી સંતુલને પહોંચશે નહિ ત્યાં સુધી. એટલે કે,
બાષ્પીભવનનો દર = સંઘનનનો દર
H₂O (l) \(\rightleftharpoons\) H₂O (બાષ્પ)
સંતુલને આપેલા તાપમાને બાષ્પના અણુઓ વડે ઉત્પન્ન થયેલું દબાણ અચળ રહે છે. આ દબાણને પાણીનું બાષ્પદબાણ કહે છે.
પાણીનું બાષ્પદબાણ તાપમાનના વધારા સાથે વધે છે.
જો ઉપરોક્ત પ્રયોગ મિથાઇલ આલ્કોહોલ, એસિટોન અને ઈથરને લઈને કરવામાં આવે, તો સમાન અવલોકન મળશે.
એક જ તાપમાને જુદા જુદા પ્રવાહીના સંતુલન બાષ્પદબાણ જુદા જુદા હોય છે અને જે પ્રવાહીનું બાષ્પદબાણ વધુ તે વધુ બાષ્પશીલ અને તેનું ઉત્કલનબિંદુ ઓછું હોય છે.
આપણે જો ત્રણ વૉચ ગ્લાસ જે દરેકમાં 1 mL એસિટોન, ઇથાઇલ આલ્કોહોલ અને પાણી અલગ અલગ રીતે લીધા છે અને વાતાવરણમાં ખુલ્લા મૂક્યા છે અને વધારે ગરમ રૂમમાં ઉપર પ્રમાણેના બધા કિસ્સામાં પ્રવાહીના જુદાં જુદાં કદ લેવામાં આવ્યા હોય, તો તે અવલોકિત થશે કે બધા જ પ્રવાહી અદશ્ય થઈ જશે અને સંપૂર્ણ બાષ્પીભવન માટેનો સમય (બાષ્પીભવનનો આધાર)
1. પ્રવાહીનો સ્વભાવ
2. પ્રવાહીનો જથ્થો (પ્રમાણ) અને
3. તાપમાન પર આધાર રાખે છે. જ્યારે વૉચ ગ્લાસ વાતાવરણમાં ખુલ્લા હોય છે ત્યારે બાષ્પીભવનનો દર અચળ રહે છે, પરંતુ અણુઓ રૂમના વધારે કદમાં વિખેરાઈ જાય છે. આને પરિણામે બાષ્પમાંથી પ્રવાહી અવસ્થા થવાના સંઘનનનો દર બાષ્પીભવનના દર કરતાં ઘણો ઓછો હોય છે. આ ખુલ્લી પ્રણાલીઓ છે અને તેથી ખુલ્લી પ્રણાલીમાં સંતુલને પહોંચવું શક્ય નથી.
વાતાવરણ દબાણે (1.013bar) અને 100 °C તાપમાને પાણી અને પાણીની બાષ્પ બંધપાત્રમાં સંતુલનમાં હોય છે. પાણીનું ઉત્કલનબિંદુ 100 °C 1.013 bar દબાણે હોય છે.
કોઈ પણ શુદ્ધ પ્રવાહી માટે એક વાતાવરણ દબાણે (1.013bar) જે તાપમાને પ્રવાહી અને બાષ્પ સંતુલનમાં હોય છે, તેને પ્રવાહીનું સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ કહે છે. પ્રવાહીનું ઉત્કલનબિંદુ વાતાવરણના દબાણ પર આધાર રાખે છે. તે ઊંચાઈ પર પણ આધાર રાખે છે. વધુ ઊંચાઈએ ઉત્કલનબિંદુ ઘટે છે.

પ્રશ્ન 6.
ઘન – બાષ્પ સંતુલન ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
સામાન્ય તાપમાને કેટલાક ઘન પદાર્થ ઉર્ધ્વપાતન પામી બાષ્પ કલામાં ફેરવાય છે.
ઘન આયોડિનને બંધપાત્રમાં લેતાં, થોડી વાર પછી પાત્ર જાંબલી રંગની બાષ્પથી ભરાઈ જશે અને રંગની તીવ્રતા સમય સાથે વધશે. અમુક સમય પછી રંગની તીવ્રતા અચળ થાય છે અને આ તબક્કે સંતુલન પ્રાપ્ત થયેલ હોય છે. આમ, ઘન આયોડિન ઉર્ધ્વપાતન પામી આયોડિન બાષ્પમાં ફેરવાય છે અને આયોડિનની બાષ્પ સંઘનન પામી ઘન આયોડિન આપે છે. આ સંતુલન નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
I₂ (ઘન) \(\rightleftharpoons\) I₂ (બાષ્પ)
આ પ્રકારનું સંતુલન દર્શાવતાં અન્ય ઉદાહરણો છે :
કપૂર (ઘન) \(\rightleftharpoons\) કપૂર (બાષ્પ)
NH₄Cl (ઘન) \(\rightleftharpoons\) NH₄Cl (બાષ્પ)

પ્રશ્ન 7.
ઘનનું પ્રવાહીમાં વિલયનનો સમાવેશ કરતું સંતુલન ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
ઓરડાના તાપમાને આપેલ પાણીના જથ્થામાં ક્ષાર અથવા ખાંડનું સીમિત પ્રમાણ (જથ્થો) ઓગાળવામાં આવે છે.

જો આપણે ખાંડને ઊંચા તાપમાને ઓગાળીને ખાંડનો સીરપ બનાવીએ અને પછી તેને ઓરડાના તાપમાને ઠંડું પડવા દઈએ, તો ખાંડના સ્ફટિકો અલગ પડે છે. તેને સંતૃપ્ત દ્રાવણ કહેવામાં આવે છે. આપેલ તાપમાને આપણે વધારે પદાર્થ ઓગાળી શકીએ નહિ તે દ્રાવણને સંતૃપ્ત દ્રાવણ કહે છે. સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં દ્રાવ્યની સાંદ્રતા તાપમાન પર આધાર રાખે છે. ઘન અવસ્થામાં રહેલા અણુઓ અને દ્રાવણમાંના અણુઓ વચ્ચે ગતિશીલ સંતુલન હોય છે.
ખાંડ (દ્રાવણ) \(\rightleftharpoons\) ખાંડ (ઘન) અને
ખાંડનો વિલયન દર = ખાંડનો સ્ફટિકીકરણ દર.

સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ :
સંતુલન દરની સમાનતા અને સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ રેડિયોસક્રિય ખાંડનો ઉપયોગ કરી સાબિત કરવામાં આવેલું છે. ધારો કે આપણે થોડી રેડિયોસક્રિય ખાંડના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં બિનરેડિયોસક્રિય ખાંડના સંતૃપ્ત દ્રાવણના થોડાં ટીપાં ઉમેરીએ, તો થોડા સમય પછી રેડિયોસક્રિયતા બંને દ્રાવણોમાં જણાય છે. શરૂઆતમાં દ્રાવણમાં રેડિયોસક્રિય ખાંડના અણુ હતા નહિ, પણ સંતુલનના ગતિશીલ સ્વભાવને કારણે બંને કલામાંના રેડિયોસક્રિય અને બિનરેડિયોસક્રિય ખાંડના દ્રાવણમાં ફેરફાર થાય છે. રેડિયોસક્રિય અને બિનરેડિયોસક્રિય અણુઓનો ગુણોત્તર અચળ મૂલ્ય ન મળે ત્યાં સુધી વધ્યા કરે છે.

પ્રશ્ન 8.
પ્રવાહીમાં વાયુનું વિલયન સંતુલન ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
નિયત તાપમાને અને દબાણે એક બંધપાત્ર(પ્રણાલી)માં પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનું દ્રાવણ લઈએ. આથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનું દ્રાવણ અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વાયુ ધરાવતી પ્રણાલી રચી શકાય.

તાપમાન અને દબાણ નિયત હોવાથી CO₂ તેના દબાણ અને તાપમાનને અનુરૂપ દ્રાવ્ય થઈ દ્રાવણ બનાવશે અને વધારાનો CO₂ વાયુ તેની સાથે સંતુલનમાં રહેશે.

સંતુલન ગતિશીલ હોવાથી આ પ્રણાલીમાં CO₂ના જેટલા અણુઓ પાણીમાં દ્રાવ્ય થશે તેટલા જ પ્રમાણમાં પાણીમાંના દ્રાવ્ય થયેલા CO₂વાયુના અણુઓ મુક્ત થશે.

આમ, આ બંધ પ્રણાલીમાં પાણીમાં ઓગળેલા અને વાયુમય અવસ્થામાં રહેલા CO₂ના અણુઓનો જથ્થો અચળ રહેશે.

આ સંતુલન નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
CO₂(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(aq)

આ સંતુલન હેન્રીના નિયમથી નિયંત્રિત છે.

હેન્રીનો નિયમ : કોઈ તાપમાને વાયુનું દળ જે આપેલા દ્રાવકના દળમાં ઓગાળવામાં આવેલ છે. તે દ્રાવકની ઉપરની વાયુના દબાણને સમપ્રમાણમાં હોય છે. તાપમાનના વધારા સાથે આ પ્રમાણ (જથ્થો) ઘટે છે. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડની દ્રાવ્યતા પાણીમાં જ્યારે સૌથી વધારે હોય ત્યારે સોડા વૉટરને બૉટલમાં ભરીને બંધ કરવામાં આવે છે. જેવી બૉટલ ખોલવામાં આવે છે ત્યારે ઓગાળેલ કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ થોડો છૂટો પડે છે. જેથી નીચા દબાણે જરૂરી નવી સંતુલન પરિસ્થિતિએ એટલે કે વાતાવરણમાં તેના આંશિક દબાણને પહોંચી શકાય. આથી જ સોડા વૉટરની બૉટલને કેટલાક સમય માટે ખુલ્લી રાખવામાં આવે, તો તેમાંથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ નીકળી જાય છે.

પ્રશ્ન 9.
ભૌતિક સંતુલનની સામાન્ય વિશિષ્ટતાઓ જણાવો.
ઉત્તર:
ભૌતિક સંતુલનની કેટલીક સામાન્ય વિશિષ્ટતાઓ નીચે મુજબ છે :

ઘન \(\rightleftharpoons\) પ્રવાહી સંતુલન માટે, એક જ તાપમાન (ગલનબિંદુ) 1 atm (1.013 bar) દબાણે, જ્યારે બંને કલાઓ સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે. જો પર્યાવરણ સાથે ઉષ્માનો વિનિમય ન હોય, તો બંને કલાનું દળ અચળ રહે છે.
પ્રવાહી \(\rightleftharpoons\) બાષ્પ સંતુલન માટે આપેલ તાપમાને બાષ્પદબાણ અચળ હોય છે.
પ્રવાહીમાં ઘનના વિલયન માટે આપેલ તાપમાને દ્રાવ્યતા અચળ હોય છે.
પ્રવાહીમાં વાયુના વિલયન માટે પ્રવાહીમાં વાયુની સાંદ્રતા પ્રવાહી પરના વાયુના દબાણ(સાંદ્રતા)ને સમપ્રમાણ હોય છે. આ અવલોકનોનો કોષ્ટક 7.1માં ઉપસંહાર કરી શકાય.

કોષ્ટક 7.1 : ભૌતિક સંતુલનની વિશિષ્ટતાઓ

પ્રક્રમ	તારણ
પ્રવાહી \(\rightleftharpoons\) બાષ્પ H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₂O(g)	PH₂O આપેલા તાપમાને અચળ
ઘન \(\rightleftharpoons\) પ્રવાહી H₂O(s) \(\rightleftharpoons\) H₂O(l)	અચળ દબાણે ગલનબિંદુ નિશ્ચિત હોય છે.
દ્રાવ્ય (s) \(\rightleftharpoons\) દ્રાવ્ય (દ્રાવણ) ખાંડ (s) \(\rightleftharpoons\) ખાંડ (દ્રાવણ)	આપેલ તાપમાને દ્રાવણમાં દ્રાવ્યની સાંદ્રતા અચળ હોય છે.
વાયુ (g) \(\rightleftharpoons\) વાયુ (aq) CO₂(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(aq)	[વાયુ (aq)]/[વાયુ (g)] આપેલ તાપમાને અચળ હોય છે. [CO₂(aq)]/[CO₂(g)] આપેલ તાપમાને અચળ હોય છે.

પ્રશ્ન 10.
ભૌતિક પ્રક્રમમાં સમાવિષ્ટ સંતુલનની સામાન્ય વિશિષ્ટતાઓ જણાવો.
ઉત્તર:
ભૌતિક પ્રક્રમો માટે સંતુલનમાં રહેલી પ્રણાલીઓમાં નીચેની લાક્ષણિકતાઓ સામાન્ય છે :

નિયત તાપમાને બંધ પ્રણાલીમાં જ સંતુલન શક્ય છે.
બંને પરસ્પર વિરોધી પ્રક્રમો એટલે કે પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાઓ એકસરખા વેગથી થાય છે. તેમાં સંતુલન ગતિશીલ છે પણ સ્થાયી અથવા સ્થિર પરિસ્થિતિ હોય છે.
પ્રણાલીના માપન કરી શકાય તેવા બધા જ ગુણધર્મો અચળ રહે છે.
ભૌતિક પ્રક્રમ માટે જ્યારે સંતુલન પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે ત્યારે નિયત તાપમાને તેનાં પરિબળોમાંના એકનું મૂલ્ય અચળ રહે છે.
કોઈ પણ તબક્કે આવી રાશિઓની માત્રા સંતુલને પહોંચતા પહેલાં કેટલે અંશે ભૌતિક પ્રક્રમ આગળ વધેલ છે તે દર્શાવે છે.

પ્રશ્ન 11.
રાસાયણિક સંતુલન વિશે સામાન્ય માહિતી આપો.
ઉત્તર:
ભૌતિક પ્રક્રમોની જેમ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં પણ સંતુલન અવસ્થા પ્રાપ્ત થાય છે.

સામાન્ય રીતે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં સ્થપાતા સંતુલનને રાસાયણિક સંતુલન કહે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પુરોગામી અને પ્રતિગામી એમ એકબીજાથી વિરુદ્ધ દિશામાં થતી હોય ત્યારે સંતુલન સ્થિતિ પ્રાપ્ત થાય છે અને બંને પ્રક્રિયાઓનો વેગ સરખો થાય છે. આથી નીપજો અને પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતા અચળ રહે છે.
રાસાયણિક સંતુલન પણ ભૌતિક સંતુલનની જેમ જ ગતિશીલ હોય છે, એટલે કે પ્રક્રિયકોનું નીપજોમાં રૂપાંતર અને નીપજોનું પ્રક્રિયકોમાં રૂપાંતર અવિરત ચાલુ જ હોય છે. પરિણામે, પ્રણાલીમાં બધા જ પ્રક્રિયકો અને નીપજો હાજર હોય છે.
એક પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા A + B \(\rightleftharpoons\) C + Dમાં સમય પસાર થવા સાથે નીપજ C અને Dમાં વધારો થાય છે તથા પ્રક્રિયકો A અને Bનો ઘટાડો (અવક્ષય) થાય છે, જે આકૃતિમાં દર્શાવેલ છે.

આકૃતિ પરથી કહી શકાય કે, પુરોગામી પ્રક્રિયાના દરમાં ઘટાડો અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના દરમાં વધારો દર્શાવે છે.
સંજોગોવશાત્ બંને પ્રક્રિયાઓ સમાન દરથી થાય ત્યારે પ્રણાલી સંતુલન અવસ્થાએ પહોંચે છે.
ધારો કે, ઉપરોક્ત પ્રક્રિયા ફક્ત નીપજો C અને D લઈને શરૂ કરીએ તોપણ સંતુલન અવસ્થા પ્રાપ્ત થશે. એટલે કે પ્રક્રિયા ગમે તે દિશામાંથી થતી હોય તોપણ સંતુલન તરફ પહોંચી શકે છે.

પ્રશ્ન 12.
“રાસાયણિક સંતુલન ગતિશીલ સ્વભાવ ધરાવે છે.” યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા સાબિત કરો.
ઉત્તર:
બંધપાત્રમાં થતી સંતુલન પ્રક્રિયાઓમાં સંતુલન સમયે એકસમાન વેગથી પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયા થતી હોય છે. જે દર્શાવે છે કે સંતુલન ગતિશીલ સ્વભાવ ધરાવે છે.

સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ હેબર વિધિથી એમોનિયા બનાવવાના પ્રક્રમના ઉદાહરણ દ્વારા સમજીએ.
ડાયનાઇટ્રોજન (N₂) અને ડાયહાઇડ્રોજન (H₂)ના જ્ઞાત જથ્થાઓને ઊંચા તાપમાને અને દબાણે રાખીને શ્રેણીબદ્ધ પ્રયોગો દ્વારા નિયત અંતરાલે હાજર રહેલા એમોનિયા(NH₃)નો જથ્થો નક્કી કરવામાં આવ્યો.
પ્રક્રિયા નહિ પામેલા (વણવપરાયેલા) N₂ અને H₂ના જથ્થાઓ પણ નક્કી કરી શકાયા.
આ બંને તારણો પરથી જાણી શકાયું કે પ્રક્રિયકો અને નીપજો અલગ અલગ પ્રમાણમાં હોવા છતાં પણ સંતુલન સમયે તેમની સાંદ્રતા અચળ રહે છે.
આમ, સંતુલને સાંદ્રતા અચળ રહે છે જે સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ નિર્દેશિત કરે છે.

જો એમોનિયાના સંશ્લેષણમાં ડાયહાઇડ્રોજનને બદલે ડાયડ્યુટેરિયમ (D₂) વાપરીને હેબર વિધિ પ્રમાણે એમોનિયા વાયુ બનાવવામાં અને અભ્યાસ કરવામાં આવે, તો ઉપરોક્ત પરિણામો જેવાં જ પરિણામો મળે છે.
મિશ્રણમાં N₂, H₂, NH₃ને બદલે N₂, D₂, ND₃નાં પ્રમાણ નક્કી કરી સંતુલન પ્રાપ્ત થઈ શકે છે.
N₂ અને H₂ની પ્રક્રિયાથી એમોનિયા બન્યા પછી D₂ ઉમેરવામાં આવે તો પ્રક્રિયા થવી ન જોઈએ. પરંતુ, NH₃માંના Hનું D વડે વિસ્થાપન થવાથી ND₃ પ્રાપ્ત થાય છે.
પ્રક્રિયામાં D₂ અને ND₃નું પરિમાપન દળ સ્પેક્ટ્રૉમિટરથી કરી શકાય છે.
આમ, સાબિત થઈ શક્યું કે, N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) પ્રક્રિયામાં પ્રક્રિયકોથી નીપજો તરફ અને નીપજોથી પ્રક્રિયકો તરફ એટલે કે પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાઓ સતત એકસરખા વેગથી જ થતી રહે છે. તેથી જ NH₃ને બદલે ND₃ મેળવી શકાય છે.
સમસ્થાનિક(ડ્યુટેરિયમ)નો ઉપયોગ એમોનિયાની બનાવટમાં સ્પષ્ટ રીતે સૂચવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ ગતિશીલ સંતુલનની અવસ્થાએ પહોંચે છે. જેમાં પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના દર સમાન થાય છે અને તેથી સંઘટનમાં ચોખ્ખો (net) ફેરફાર થતો નથી.
સંતુલન બંને બાજુએથી પ્રાપ્ત કરી શકાય. ભલે આપણે N₂(g) અને H₂(g) લઈને NH₃(g) મેળવીએ અથવા NH₃(g) લઈને તેને N₂(g) અને H₂(g)માં વિઘટન કરીએ.
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
2NH₃(g) \(\rightleftharpoons\) N₂(g) + 3H₂(g)

પ્રશ્ન 13.
સાબિત કરો કે, સંતુલન પુરોગામી અથવા પ્રતિગામી એમ કોઈ પણ દિશાએથી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
ઉત્તર:
પ્રક્રિયા H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) લઈએ. આપણે શરૂઆતમાં H₂ અને I₂ ની સરખી સાંદ્રતા લઈને કરીએ, તો પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે અને H₂ અને I₂ની સાંદ્રતા ઘટશે, જ્યારે HI ની સાંદ્રતા વધશે, જ્યાં સુધી આ બધા જ સંતુલને અચળ નહિ થાય (આકૃતિ 7.4). ધારો કે ફક્ત HI લઈએ, તો પ્રતિગામી પ્રક્રિયાની દિશામાં પ્રક્રિયા આગળ વધશે. HIની સાંદ્રતા ઘટશે અને H₂ અને I₂ની સાંદ્રતા વધશે જ્યાં સુધી તે અચળ નહિ થાય અને સંતુલન પ્રાપ્ત કરશે (આકૃતિ 7.4). જો H₂ અને I₂ના પરમાણુની કુલ સંખ્યા આપેલ કદમાં સરખી હોય, તો સમાન સંતુલન મિશ્રણ મળશે. ભલે આપણે પ્રક્રિયકોમાંથી અથવા નીપજોમાંથી પ્રક્રિયા શરૂ કરીએ.

પ્રશ્ન 14.
સક્રિય દળ(જથ્થા)નો નિયમ લખી રાસાયણિક સંતુલનના નિયમનું સમીકરણ તારવો.
ઉત્તર:
પ્રક્રિયકો અને નીપજોના સંતુલન સ્થિતિમાંના મિશ્રણને સંતુલન મિશ્રણ કહે છે.

સંતુલન સ્થિતિએ પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતા તથા તેમની વચ્ચેનો સંબંધ નીચે પ્રમાણે સમજાવી શકાય :
ધારો કે, એક સરળ પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે છે :
A + B \(\rightleftharpoons\) C + D
આ પ્રક્રિયામાં A અને Bને પ્રક્રિયકો તથા C અને Dને નીપજો કહે છે.
ઘણી બધી પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓના પ્રાયોગિક અભ્યાસ પરથી ઈ. સ. 1864માં નૉર્વેના વૈજ્ઞાનિકો કૅટો મૅક્સિમિલન ગુલ્ડબર્ગ અને પીટર વાગ સંતુલન મિશ્રણમાંના પદાર્થોની સાંદ્રતા નીચેના સમીકરણથી દર્શાવી શકાય :

જ્યાં, K_c = સંતુલન અચળાંક
[] = પ્રક્રિયક અથવા નીપજની સાંદ્રતા મોલલિટર^-1 એકમમાં

આ સમીકરણ સક્રિય દળ(જથ્થા)ના નિયમ તરીકે પણ જાણીતું છે, કારણ કે રસાયણશાસ્ત્રની શરૂઆતનાં વર્ષોમાં સાંદ્રતાને ‘સક્રિય દળ’ તરીકે ઓળખવામાં આવતું હતું.
નિયમઃ ‘“નિયત તાપમાને અને દબાણે રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો વેગ, પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતાં પ્રક્રિયકોની મોલર સાંદ્રતાના યોગ્ય ઘાત સાથેના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં હોય છે.”
કોઈ એક સામાન્ય પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંક માટેનું સમીકરણ નીચે મુજબ મેળવી શકાય :
ધારો કે, એક કાલ્પનિક પ્રક્રિયા aA + bB \(\rightleftharpoons\) cC + dD સંતુલિત સ્વરૂપમાં દર્શાવેલી છે. જેમાં a, b એ પ્રક્રિયકના મોલ અને c, d એ નીપજોના મોલ છે.
ગુલ્ડબર્ગ અને વાગના નિયમના આધારે :

• પુરોગામી પ્રક્રિયાનો વેગ,
V_f ∝ [A]^a[B]^b
∴ V_f = K_f[A]^a[B]^b ………….. (1)
જ્યાં, K_f = પુરોગામી પ્રક્રિયાનો સમપ્રમાણતા અચળાંક

• પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો વેગ,
V_r ∝ [C]^c [D]^d
∴ V_r = K_r[C]^c[D]^d ……….. (2)
જ્યાં, K_r = પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો સમપ્રમાણતા અચળાંક

• સંતુલન સમયે પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના વેગ સમાન થાય છે. તેથી V_f = V_r
∴ સમીકરણ (1) અને (2) પરથી કહી શકાય કે,
K_f[A]^a[B]^b = K_r [C]^c [D]^d
∴\(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{f}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{r}}}=\frac{[\mathrm{C}]^{\mathrm{c}}[\mathrm{D}]^{\mathrm{d}}}{[\mathrm{A}]^{\mathrm{a}}[\mathrm{B}]^{\mathrm{b}}}\)
∴ K_c = \(\frac{[\mathrm{C}]^{\mathrm{c}}[\mathrm{D}]^{\mathrm{d}}}{[\mathrm{A}]^{\mathrm{a}}[\mathrm{B}]^{\mathrm{b}}}\) જ્યાં, K_c = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{f}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{r}}}\)
આમ, સંતુલન પ્રાપ્ત થાય ત્યારે કોઈ પણ પ્રક્રિયામાંના પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતા તથા તેમના તત્ત્વયોગમિતીય ગુણાંકો નક્કી કરીને સાંદ્રતા સંતુલન અચળાંક (K) મેળવી શકાય.

રાસાયણિક સંતુલનનો નિયમ :
આપેલ તાપમાને પ્રક્રિયામાં નીપજોની સાંદ્રતાને સંતુલિત સમીકરણમાંના અનુરૂપ તત્ત્વયોગમિતીય ગુણાંકને ઘાતાંક (power) તરીકે લેતાં અને તેને પ્રક્રિયકોની વ્યક્તિગત સાંદ્રતાઓને અનુરૂપ તત્ત્વયોગમિતીય ગુણાંકને ઘાતાંક તરીકે લઈને ભાગવાથી અચળ મૂલ્ય મળે છે. આને સંતુલન નિયમ અથવા રાસાયણિક સંતુલનનો નિયમ કહે છે.

પ્રશ્ન 15.
પુરોગામી પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંક વચ્ચેનો સંબંધ ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંકનો સંબંધ સમજવા માટે H₂ અને I₂ વચ્ચેની પ્રક્રિયા વિચારીએ.

આ પ્રક્રિયાને નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) (પુરોગામી પ્રક્રિયા) (પ્રક્રિયકોથી નીપજો તરફ)
આ પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક,
K_c = \(\frac{[\mathrm{HI}]^2}{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}\) ………….. (1)
હવે, આ પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખીએ :
2HI(g) \(\rightleftharpoons\) H₂(g) + I₂(g) (પ્રતિગામી પ્રક્રિયા) (નીપજથી પ્રક્રિયક તરફ)
આ પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક,
K’ = _c = \(\frac{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}{[\mathrm{HI}]^2}\) ………… (2)
સમીકરણ (1) અને (2) એ એકબીજાના પ્રતીપ (વ્યસ્ત) છે.
∴ K_c = \(\frac{1}{\mathrm{~K}_{\mathrm{c}}^{\prime}}\)
આમ, પુરોગામી પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક, પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંકનો પ્રતીપ (વ્યસ્ત) છે.
ઉપરોક્ત સમીકરણ નીચે પ્રમાણે પણ લખી શકાય :
\(\frac{1}{2}\)H₂(g) + \(\frac{1}{2}\)I₂(g) \(\rightleftharpoons\) HI(g)
આ પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક,
K_c‘ = \(\frac{[\mathrm{HI}]}{\left[\mathrm{H}_2\right]^{\frac{1}{2}}\left[\mathrm{I}_2\right]^{\frac{1}{2}}}\)
= \(\left[\frac{[\mathrm{HI}]^2}{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}\right]^{\frac{1}{2}}\)
∴ K’_c = \(=\left(\mathrm{K}_{\mathrm{c}}\right)^{\frac{1}{2}}\)
H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g)
આ સમીકરણને n વડે ગુણતાં,
nH₂(g) + nI₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2nHI(g)
∴ સંતુલન અચળાંક = (K_c)ⁿ થશે.

કોષ્ટક 7.2 : સામાન્ય પ્રક્રિયા અને તેના ગુણકો સાથે સંતુલન અચળાંકના સંબંધો

રાસાયણિક સમીકરણ	સંતુલન અચળાંક
aA + bB \(\rightleftharpoons\) cC + dD	K
cC + dD \(\rightleftharpoons\) aA + bB	K’_c = (1/K_c)
naA + nbB \(\rightleftharpoons\) ncC + ndD	K”_c = (K_cⁿ)

પ્રશ્ન 16.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 500 K તાપમાને સંતુલને N₂ અને H₂માંથી NH₃ની બનાવટમાં નીચે પ્રમાણેની સાંદ્રતા મળેલ છે :
[N₂] = 1.5 × 10^-2M, [H₂] = 3.0 × 10^-2M અને [NH₃l = 1.2 × 10^-2M. સંતુલન અચળાંક ગણો.
ઉકેલ:
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) પ્રક્રિયા માટે, સંતુલન
અચળાંક નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3(\mathrm{~g})\right]^2}{\left[\mathrm{~N}_2(\mathrm{~g})\right]\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right]^3}\)
= \(\frac{\left(1.2 \times 10^{-2}\right)^2}{\left(1.5 \times 10^{-2}\right) \times\left(3.0 \times 10^{-2}\right)^3}\)
= 3.555 × 10² M^-2

2. સંતુલને એક બંધપાત્રમાં 800 K તાપમાને સાંદ્રતાઓ નીચે પ્રમાણે છે :
N₂ = 3.0 × 10^-3M, O₂ = 4.2 × 10^-3M અને NO = 2.8 × 10^-3M છે, તો N₂(g) + O₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NO(g) માટે K_c કેટલો હશે ?
ઉકેલ:
પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક K_c નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_c = \(\frac{[\mathrm{NO}]^2}{\left[\mathrm{~N}_2\right]\left[\mathrm{O}_2\right]}\)
= \(\frac{[\mathrm{NO}]^2}{\left[\mathrm{~N}_2\right]\left[\mathrm{O}_2\right]}\)
= 0.622

પ્રશ્ન 17.
સમાંગ સંતુલન એટલે શું? યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા સમજાવો.
ઉત્તર:
સમાંગ સંતુલન જે સંતુલનમાં પ્રક્રિયકો અને નીપજો એક જ કલા(phase)માં હોય તે સંતુલનને સમાંગ સંતુલન કહે છે.
દા. ત.,

નાઇટ્રોજન અને ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ પ્રક્રિયકો વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી નીપજ એમોનિયા પણ વાયુમય કલામાં મળે છે.
N₂(g) +3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
મિથાઇલ એસિટેટનું જલવિભાજન પણ સમાંગ સંતુલન છે, કારણ કે તેમાં પણ પ્રક્રિયકો અને નીપજો એક જ ક્લા(પ્રવાહી)માં હોય છે.
CH₃COOCH₃(aq) +H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COOH(aq) + CH₃OH(aq)
Fe³⁺ આયન ધરાવતા જલીય દ્રાવણની SCN^– આયન ધરાવતા જલીય દ્રાવણ વચ્ચેની પ્રક્રિયા પણ સમાંગ સંતુલનનું ઉદાહરણ છે. આ આયનીય સંતુલન પણ છે.
Fe³⁺(aq) + SCN^–(aq) \(\rightleftharpoons\) [Fe(SCN)]²⁺(aq)

પ્રશ્ન 18.
સંતુલન અચળાંક K_c અને K_p વચ્ચેનો સંબંધ તારવો.
અથવા
K_c અને K_p એટલે શું? K_c અને K_p વચ્ચેનો સંબંધ તારવો.
અથવા
K_c અને K_p વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવો.
ઉત્તર:
સંતુલનમાં રહેલી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના ઘટકો જો ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ સ્વરૂપમાં હોય, તો તેનો K_c શોધી શકાય છે. પરંતુ જો તેનો એક પણ ઘટક વાયુ સ્વરૂપે હોય, તો તેનો સંતુલન અચળાંક K. અને K ૢ શોધી શકાય છે. પ્રક્રિયા માટે K_c અને K_p સમાન હોવા જરૂરી નથી.

સામાન્ય પ્રક્રિયા કે જેમાં પ્રક્રિયક A અને Bના અનુક્રમે a અને b મોલ વચ્ચે પ્રક્રિયા થતાં નીપજ C અને Dના અનુક્રમે c અને d મોલ બને છે. આ પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી હોવાથી નિયત તાપમાને બંધપાત્રમાં નીચે પ્રમાણે સંતુલન સ્થપાય છે :
aA(g) + bB(g) \(\rightleftharpoons\) cC(g) + dD(g)

હવે, સંતુલન સમયે A, B, C અને Dની મોલ / લિટરમાં સાંદ્રતા અનુક્રમે C_A, C_B, C_C અને C_D છે.
∴ K_c = \(\frac{\left(C_C\right)^c\left(C_D\right)^d}{\left(C_A\right)^a\left(C_B\right)^b}\) …………. (1)
અહીં, બધા જ પ્રક્રિયક અને નીપજ વાયુસ્વરૂપે હોવાથી સંતુલન સમયે તેમની સાંદ્રતાને આંશિક દબાણમાં અનુક્રમે P_A, P_B, p_C અને p_D લેતાં,
K_p = \(\frac{\left(\mathrm{p}_{\mathrm{C}}\right)^{\mathrm{c}}\left(\mathrm{p}_{\mathrm{D}}\right)^{\mathrm{d}}}{\left(\mathrm{p}_{\mathrm{A}}\right)^{\mathrm{a}}\left(\mathrm{p}_{\mathrm{B}}\right)^{\mathrm{b}}}\) ………… (2)

અહીં, દરેક પ્રક્રિયક અને નીપજ જે વાયુસ્વરૂપે છે અને તેની વર્તણૂક આદર્શ વાયુ જેવી હોય તો તેનું સામાન્ય વાયુ સમીકરણ સાથે સમન્વય કરતાં,
pV = nRT
∴ p = \(\frac{n}{V}\)(RT)માં (\(\frac{n}{V}\)) = C મૂકતાં, તથા
p = દબાણ Pa એકમમાં
n = મોલ સંખ્યા (વાયુ)
V = વાયુનું કદ (m)³
T = તાપમાન (K)
\(\frac{n}{V}\) = સાંદ્રતા
R = 0.0831 \(\frac{\mathrm{bar} \cdot \mathrm{L}}{\mathrm{mol} \mathrm{K}}\)
P = CRT
હવે, જો A, B, C અને Dની સાંદ્રતા અનુક્રમે C_A, C_B, C_C અને C_D લેતાં,
P_A = C_ART P_C = C_CRT
P_B = C_BRT P_D = C_DRT

આંશિક દબાણની આ કિંમત સમીકરણ (2)માં મૂકતાં,
K_p = \(\frac{\left(C_C R T\right)^c\left(C_D R T\right)^d}{\left(C_A R T\right)^a\left(C_B R T\right)^b}\) ……….. (3)
∴ K_p = \(\frac{\left(C_C R T\right)^c\left(C_D R T\right)^d}{\left(C_A R T\right)^a\left(C_B R T\right)^b}\)
હવે, \(\frac{\left(C_C\right)^c\left(C_D\right)^d}{\left(C_A\right)^a\left(C_B\right)^b}\) = K_c મૂકતાં,
K_p = K_c × (RT)^{(c + d) – (a+b)}
પરંતુ, (c + d) – (a + b) = (વાયુમય નીપજના મોલ) – (વાયુમય પ્રક્રિયકના મોલ)
= Δn_(g) મૂકતાં,
K_p = K_c(RT)^Δn_(g) થશે.
હવે, જો Δn_(g) = 0 હોય, એટલે કે પ્રક્રિયક અને નીપજના વાયુના મોલ સમાન હોય, તો K_p = K_c થશે.
જો Δn_(g) ≠ 0 હોય, તો K_p ≠ K_c
જો Δn_(g) > 0 હોય, તો K_p > K_c અને
જો Δn_(g) < 0 હોય, તો K_p < K_c થશે.
K_pના મૂલ્યની ગણતરી કરીએ ત્યારે દબાણ હંમેશાં barમાં દર્શાવવું.
1 Pa = 1 N m^-2 તથા 1 bar = 10⁵ Pa

પ્રશ્ન 19.
નીચેની સંતુલનમાં રહેલી પ્રક્રિયા માટે K_p અને K_c
વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતું સમીકરણ મેળવો.
(A) H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g)
(B) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
ઉકેલ:
(A) સંતુલનમાં રહેલી પ્રક્રિયા
H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) માટે આપણે લખી શકીએ કે,
K_c = \(\frac{[\mathrm{HI}(\mathrm{g}))]^2}{\left.\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right]\left[\mathrm{I}_2(\mathrm{~g})\right)\right]}\) અથવા
K_p = \(\frac{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{HI}}\right]^2}{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{H}_2}\right]\left[\mathrm{p}_{\mathrm{I}_2}\right]}\)
વળી, p_HI = [HI(g)] RT
P_I₂ = [I₂(g)] RT
P_H₂ = [H₂(g)] RT છે.
માટે, K_p = \(\frac{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{H}^{-}}\right]^2}{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{H}_2}\right]\left[\mathrm{p}_{\mathrm{I}_2}\right]}\)
= \(\frac{[\mathrm{HI}(\mathrm{g})]^2[\mathrm{RT}]^2}{\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right] \mathrm{RT}\left[\mathrm{I}_2(\mathrm{~g})\right] \mathrm{RT}}\)
= \(\frac{[\mathrm{HI}(\mathrm{g})]^2}{\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right]\left[\mathrm{I}_2(\mathrm{~g})\right]}\) = K_c
આ ઉદાહરણમાં K_p = K_c એટલે કે બંને સંતુલન અચળાંકો સરખા છે, પરંતુ આવું હંમેશાં બનતું નથી.

(B) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) માટે
K_p = \(\frac{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{NH}_3}\right]^2}{\left[\mathrm{p}_{\mathrm{N}_2}\right]\left[\mathrm{p}_{\mathrm{H}_2}\right]^3}\)
= \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3(\mathrm{~g})\right]^2[\mathrm{RT}]^2}{\left[\mathrm{~N}_2(\mathrm{~g})\right] \mathrm{RT} \cdot\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right]^3\left(\mathrm{RT}^3\right)}\)
= \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3(\mathrm{~g})\right]^2[\mathrm{RT}]^{-2}}{\left[\mathrm{~N}_2(\mathrm{~g})\right]\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})^3\right]}\) = K_c(RT)^-2
અથવા K_p = K_c (RT)^-2‘
કોષ્ટક 7.3 : કેટલીક પસંદ કરેલી પ્રક્રિયાઓ માટે સંતુલન અચળાંક K_p

પ્રક્રિયા	તાપમાન / K	K_p
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)	298 400 500	6.8 × 10⁵ 41 3.6 × 10^-2
2SO₂(g) + O₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2SO₃(g)	298 500 700	4.0 × 10²⁴ 2.5 × 10¹⁰ 3.0 × 10⁴
N₂O₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NO₂(g)	298 400 500	0.98 47.9 1700

પ્રશ્ન 20.
K_p અને K_x વચ્ચેનો સંબંધ તારવો.
ઉકેલ:
વ્યાપક સમીકરણઃ
aA(g) + bB(g) \(\rightleftharpoons\) cC(g) + dD(g) માટે,
K_P = \(\frac{\left(p_C\right)^c\left(p_D\right)^d}{\left(p_A\right)^a\left(p_B\right)^b}\) …………… (1)
જ્યાં, P_A, P_B, P_C અને p_D અનુક્રમે A, B, C અને Dની સંતુલને સાંદ્રતા આંશિક દબાણ વાતાવરણમાં છે.

K_X = \(\frac{\left(X_C\right)^c\left(X_D\right)^d}{\left(X_A\right)^a\left(X_B\right)^b}\) …………. (2)
જ્યાં, X_A, X_B, X_C અને X_D અનુક્રમે A, B, C અને Dની સંતુલને સાંદ્રતા મોલ-અંશમાં છે.

પ્રણાલીના ઘટકો વાયુમય હોય અને પ્રણાલીનું કુલ દબાણ P વાતાવરણ હોય, તો વાયુમય પ્રણાલીના કોઈ પણ ઘટકનું આંશિક દબાણ નીચે મુજબ થાય છે :
p = X · P
જ્યાં, P = કુલ દબાણ, p = આંશિક દબાણ, X = મોલ-અંશ આથી A, B, C અને Dનાં આંશિક દબાણ નીચે મુજબ થશે :
p_A = X_A · P
p_B = X_B · P
p_C = X_C · P
p_D = X_D · P
આ કિંમતો સમીકરણ (1)માં મૂકતાં,
K_p = \(\frac{\left(\mathrm{X}_{\mathrm{C}} \cdot \mathrm{P}\right)^{\mathrm{c}}\left(\mathrm{X}_{\mathrm{D}} \cdot \mathrm{P}\right)^{\mathrm{d}}}{\left(\mathrm{X}_{\mathrm{A}} \cdot \mathrm{P}\right)^{\mathrm{a}}\left(\mathrm{X}_{\mathrm{B}} \cdot \mathrm{P}\right)^{\mathrm{b}}}\)
∴ K_p = \(\frac{\left(X_C\right)^c\left(X_D\right)^d}{\left(X_A\right)^a\left(X_B\right)^b} \cdot \frac{P^{c+d}}{P^{a+b}}\)
∴ K_p = K_x · P^{(c + d) – (a + b)}
∴ K_p = K_x · P^Δn(g)જ્યાં, Δn_(g) = n_p – n_r
આ સમીકરણ K_p અને K_X વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે.
અહીં, જો Δn_(g) = 0 હોય, તો K_p = K_x
Δn_(g) > 0 હોય, તો K_p > K_x
Δn_(g) < 0 હોય, તો K_p < K_x

પ્રશ્ન 21.
K_c અને K_x વચ્ચેનો સંબંધ તારવો.
ઉકેલ:
વ્યાપક સમીકરણ:
aA(g) + bB(g) \(\rightleftharpoons\) cC(g) + dD(g) માટે,
K_p = K_c (RT)^Δn_(g) ……… (1)
K_p = K_x (P)^Δn_(g) ………. (2)
સમીકરણ (1) અને (2) પરથી,
K_c (RT)_{Δn_(g)} = K_x · (P)^Δn_(g)
∴ K_c = K_x · \(\frac{(\mathrm{P})^{\Delta n_{(g)}}}{(\mathrm{RT})^{\Delta n_{(\mathrm{g})}}}\)
∴ K_c = K_x (\(\frac{\mathrm{P}}{\mathrm{RT}}\))^Δn_(g) ………….. (3)
હવે, સામાન્ય વાયુ સમીકરણ PV = nRT
∴ \(\frac{\mathrm{P}}{\mathrm{RT}}=\frac{n}{\mathrm{~V}}[latex] = C
આ [latex]\frac{\mathrm{P}}{\mathrm{RT}}[latex] નું મૂલ્ય સમીકરણ (3)માં મૂકતાં,
K_c = K_x([latex]\frac{n}{V}\))^Δn_(g) ………. (4)
∴ K_c = K_x(C)^Δn_(g) ………….. (5)
જો n = 1 હોય, તો K_c= K_x(\(\frac{1}{V}\))^Δn_(g)
∴ K_c= K_x(V)^-Δn_(g) ……………. (6)

પ્રશ્ન 22.
સંતુલન અચળાંકના એકમો સમજાવો.
ઉકેલ:
સંતુલન અચળાંક K_cને દર્શાવવા માટે સાંદ્રતા મોલ લિટર^-1 અથવા M લેવામાં આવે છે.

સંતુલન અચળાંક K_pને દર્શાવવા માટે દબાણ પાસ્કલ Pa, K_pa, બાર અથવા વાતાવરણ લેવામાં આવે છે.
આ એકમો મૂક્યા પછી અંશ અને છેદ સરખા થાય, તો એકમ રહિત સંતુલન અચળાંક મળે.
જો તત્ત્વયોગમિતીય પ્રમાણે જુદા જુદા પદાર્થોની સાંદ્રતા તેને અનુરૂપ લખવામાં આવે, તો એકમ દાખલ થાય.

પ્રક્રિયા	એકમ
H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g)	એકમ રહિત
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)	(M · L^-1)^-2

પ્રશ્ન 23.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 500 K તાપમાને PCl₅, PCl₃ અને Cl₂ સંતુલનમાં છે અને તેમની સાંદ્રતા અનુક્રમે 1.59 M PCl₃, 1.59 M Cl₂ અને 1.41 M PCl₅ છે.
નીચેની પ્રક્રિયા માટે K_c ગણો :
PCl₅ \(\rightleftharpoons\) PCl₃ + Cl₂
ઉકેલ:
ઉપરની પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક K_c નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{PCl}_3\right]\left[\mathrm{Cl}_2\right]}{\left[\mathrm{PCl}_5\right]}=\frac{(1.59)^2}{1.41}\) = 1.79 M

2. CO(g) + H₂O(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(g) + H₂(g)
પ્રક્રિયા માટે K_c નું મૂલ્ય 800 K તાપમાને 4.24 છે. 800 K તાપમાને સંતુલને CO₂, H₂, CO અને H₂Oની સાંદ્રતા ગણો. શરૂઆતમાં માત્ર CO અને H₂O જ હાજર હતા અને તેમની દરેકની સાંદ્રતા 0.10 M હતી.
ઉકેલ:

જ્યાં, X, CO₂ અને H₂નો સંતુલને જથ્થો છે.
આથી સંતુલન અચળાંક
K_c = \(\frac{x^2}{(0.1-x)^2}\) = 4.24
∴ \(\frac{x^2}{(0.1-x)^2}\) = 4.24
∴ \(\frac{x^2}{(0.1-x)^2}\) = 2.06
∴ x = 2.06 (0.1 – x)
∴ x = 0.206 – 2.06x
∴ 3.06x = 0.206
∴ x = \(\frac{0.206}{3.06}\)
∴ x = 0.067
આથી સંતુલને સાંદ્રતા
[CO₂] = [H₂] = x = 0.067 M
[CO] = [H₂O] = 0.1 – 0.067 = 0.033 M

3. 2NOCl(g) \(\rightleftharpoons\) 2NO(g) + Cl₂(g) સંતુલન માટે સંતુલન અચળાંક K_cનું મૂલ્ય 1069 K તાપમાને 3.75 × 10^-6 M છે. આ તાપમાને પ્રક્રિયા માટે K_p ગણો.
ઉકેલ:
આપણે જાણીએ છીએ કે,
K_p = K_c (RT)^Δn
ઉપરની પ્રક્રિયા માટે,
Δn = (2 + 1) – 2 = 1
K_p = 3.75 × 10^-6 (0.0831 × 1069)
K_p = 3.33 × 10^-4

પ્રશ્ન 24.
(a) વિષમાંગ સંતુલન એટલે શું?
(b) તફાવત આપો : વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન અને સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન
ઉત્તર:
(a) વિષમાંગ સંતુલનઃ જે સંતુલનમાં પ્રક્રિયકો અને નીપજોમાંથી કોઈ પણ પદાર્થ એક કરતાં વધારે કલા ધરાવતાં હોય તેવાં સંતુલનને વિષમાંગ સંતુલન કહે છે.
દા. ત.,

બંધપાત્રમાંના પાણી (પ્રવાહી) અને પાણીની વરાળ (વાયુ) વચ્ચેનું સંતુલન વિષમાંગ સંતુલન છે.
H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₂O(g)
Ca(OH)₂(s) \(\rightleftharpoons\) Ca²⁺(aq) + 2OH^–(aq)
CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s)+CO₂(g)

(b ) વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન અને સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન વચ્ચેનો તફાવત :

વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન	સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન
1. જો સંતુલનમાં રહેલી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના બધા જ ઘટકોની ભૌતિક અવસ્થા જુદી હોય અને નીપજ તેમજ પ્રક્રિયકો વચ્ચે એકરૂપ મિશ્રણ બનતું ન હોય, તો તેને વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન કહે છે. દા. ત., CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s) + CO₂(g) NH₃(g) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) NH₄OH(l)	1. જો સંતુલનમાં રહેલી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના બધા જ ઘટકો સમાન ભૌતિક અવસ્થા ધરાવતા હોય અને બધા જ ઘટકો એકરૂપ મિશ્રણ નિપજાવતા હોય, તો તેને સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન કહે છે. દા. ત., CH₃COOH(l) + C₂H₅OH(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COOC₂H₅(l) + H₂O(l) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
2. આ પ્રકારના સંતુલનમાં પ્રણાલીમાં રહેલા ઘટકો એકબીજાથી ચોક્કસ સીમારેખા વડે અલગ કરી શકાય છે અને પ્રણાલીના ગુણધર્મો તેના સમગ્ર વિસ્તારમાં એકસમાન હોતા નથી.	2. આ પ્રકારના સંતુલનમાં પ્રણાલીમાં રહેલા ઘટકો એકબીજાથી ચોક્કસ સીમારેખા વડે અલગ પાડી શકાતા નથી અને પ્રણાલીના ગુણધર્મો તેના સમગ્ર વિસ્તારમાં એકસમાન હોય છે.

પ્રશ્ન 25.
કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ વિઘટન માટે સંતુલન અચળાંક મેળવો.
અથવા
બંધપાત્રમાં ઘન CaCO₃ના વિઘટન માટેના સંતુલન અચળાંક K_p = P_CO₂ સૂત્ર તારવો.
ઉત્તર:
બંધપાત્રમાં નિયત તાપમાને ઘન કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટને ગરમ કરવાથી તેનું વિઘટન થઈ ઘન કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વાયુ છૂટો પડે છે. પાત્રમાં નીચે પ્રમાણે સંતુલન સ્થપાય છે :
CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s) + CO₂(g)
તત્ત્વયોગમિતીય સમીકરણને આધારે લખી શકીએ કે,
K_c = \(\frac{[\mathrm{CaO}(\mathrm{s})]\left[\mathrm{CO}_2(\mathrm{~g})\right]}{\left[\mathrm{CaCO}_3(\mathrm{~s})\right]}\)
CaCO₃(s) અને CaO(s) બંને અચળ છે. તેથી કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટના ઉષ્મીય વિઘટનનો સંતુલન અચળાંક લખી શકાય.
K_c = [CO₂(g)]
અથવા K_p = P_CO₂
આ દર્શાવે છે કે કોઈ એક તાપમાને CO₂ની અચળ સાંદ્રતા અથવા દબાણ CaO(s) અને CaCO₃(s) સાથે સંતુલનમાં છે. પ્રાયોગિક રીતે એ નક્કી થયું છે કે 1100 K તાપમાને CaCO₃(s) અને CaO(s) સાથે સંતુલનમાં રહેલા CO₂નું દબાણ 2.0 × 10⁵ Pa છે. આથી સંતુલન અચળાંક 1100 K તાપમાને ઉપરની પ્રક્રિયા માટે,
K_p = P_CO₂ = 2.0 × 10⁵ Pa/10⁵ Pa = 2 bar
એ જ પ્રમાણે નિકલ, કાર્બન મોનૉક્સાઇડ અને નિકલ કાર્બોનિલ વચ્ચેના સંતુલન માટે (નિકલના શુદ્ધીકરણમાં વપરાય છે.)
Ni(s) + 4CO(g) \(\rightleftharpoons\) Ni(CO)₄(g)
સંતુલન અચળાંક નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{Ni}(\mathrm{CO})_4\right]}{[\mathrm{CO}]^4}\)
[નોંધ : વિષમાંગ સંતુલનના અસ્તિત્વ માટે શુદ્ધ ઘન અથવા પ્રવાહી સંતુલને (ગમે તેટલો ઓછો જથ્થો હોય તોપણ) હાજર હોવા જોઈએ, પરંતુ તેમની સાંદ્રતા અથવા દબાણ સંતુલન અચળાંકની અભિવ્યક્તિમાં દર્શાવાતા (appear) નથી. પ્રક્રિયા,
Ag₂O(s) + 2HNO₃(aq) \(\rightleftharpoons\) 2AgNO₃(aq) + H₂O(l)
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{AgNO}_3\right]^2}{\left[\mathrm{HNO}_3\right]^2}\)

પ્રશ્ન 26.
ઘન એમોનિયમ હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડના વિઘટનનો સંતુલન અચળાંક મેળવો.
અથવા
બંધપાત્રમાં ઘન NH₄HSના વિઘટન માટેનું સૂત્ર K_P = \(\frac{\mathbf{P}^2}{4}\) સૂત્ર તારવો.
ઉત્તર:
સામાન્ય તાપમાને એમોનિયમ હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ- (NH₄HS)ના વિઘટનથી NH₃ અને H₂S વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે અને નીચે પ્રમાણે વિષમાંગ સંતુલન સ્થપાય છે :
NH₄HS(s) \(\rightleftharpoons\) NH₃(g) + H₂S(g)
NH₄HSની સાંદ્રતાને તેની ઘનતા વડે દર્શાવાય છે, જે અચળ છે. NH₄HSના વિઘટનથી એક-એક મોલ NH₃ વાયુ અને H₂S વાયુ ઉત્પન્ન થતાં હોવાથી તેમના આંશિક દબાણ સરખાં હોય છે.
∴ K_e = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3\right]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{~S}\right]}{\left[\mathrm{NH}_4 \mathrm{HS}\right]}\)
∴ K_e × NH₄HS = P_NH₃ × P_H₂S
વાયુની સાંદ્રતા આંશિક દબાણમાં દર્શાવતાં,
K_P = P_NH₃ · P_H₂S જ્યાં, K_e × NH₄HS = K_P
પરંતુ, P_NH₃ = P_H₂S
K_P = P²_NH₃ = P²_H₂S …………. (1)
પ્રક્રિયા મુજબ વાયુના કુલ 2મોલ; અને NH₃ અને H₂Sના 1 મોલ ઉત્પન્ન થાય છે. તેથી
NH₃નો મોલ-અંશ = \(\frac{1}{1+1}=\frac{1}{2}\)
જો પ્રણાલીનું કુલ દબાણ P હોય, તો વાયુના આંશિક દબાણ નીચે પ્રમાણે આવશે :
P_NH₃ = P × \(\frac{1}{2}=\frac{P}{2}\) અને P_H₂S = P × \(\frac{1}{2}=\frac{P}{2}\)
સમીકરણ (1)માં P_NH₃ અને P_H₂S ની ઉપરની કિંમતો મૂકતાં,
K_p = P²_NH₃ P²_H₂S = \(\frac{\mathrm{P}^2}{4}\) = (bar)²
∴ P_NH₃ = P_H₂S = \(\sqrt{\mathrm{K}_{\mathrm{p}}}=\frac{\mathrm{P}}{2}\) bar

પ્રશ્ન 27.
ઘન એમોનિયમ કાર્બોનેટના વિઘટન માટેના અચળાંકનું સૂત્ર તારવી સાબિત કરો કે, K_p = \(\frac{4 P^3}{27}\) (bar)³ થાય.
ઉકેલ:
NH₄COONH₂(s) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) + CO₂(g)
ઉપરોક્ત સંતુલિત પ્રક્રિયા માટે,
K_e = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3(\mathrm{~g})\right]^2\left[\mathrm{CO}_2(\mathrm{~g})\right]}{\left[\mathrm{NH}_4 \mathrm{COONH}_2(\mathrm{~s})\right]}\)
અચળ તાપમાને ઘન પદાર્થની સાંદ્રતા ઘનતામાં, વાયુરૂપ પદાર્થની સાંદ્રતા આંશિક દબાણમાં લેવામાં આવે છે. ઘન પદાર્થની ઘનતા નિયત તાપમાને નિયત રહે છે.

પ્રશ્ન 28.
નીચેનો દાખલો ગણો :
CO₂(g) + C(s) \(\rightleftharpoons\) 2CO(g) પ્રક્રિયા માટે K_Pનું મૂલ્ય 1000 K તાપમાને 3.0 છે. જો પ્રારંભિક(શરૂઆત)માં p_CO₂ = 0.48 bar અને P_CO = 0 bar અને શુદ્ધ ગ્રૅફાઇટ હાજર હોય, તો CO અને CO₂ના સંતુલન આંશિક દબાણની ગણતરી કરો.
ઉકેલ:
પ્રક્રિયા માટે ધારો કે,
xCO₂ના દબાણમાં ઘટાડો છે, તો

K_p = \(\frac{\mathrm{p}^2 \mathrm{CO}}{\mathrm{p}_{\mathrm{CO}_2}}\)
K_p = (2x²) / (0.48 – x) = 3
4x² = 3 (0.48 – x)
4x² = 1.44 – 3x
4x² + 3x – 1.44 = 0
a = 4, b = 3, c = -1.44
x = \(\frac{-b \pm \sqrt{b^2-4 a c}}{2 a}\)
= [- 3 ± \(\left.\sqrt{(3)^2-4(4)(-1.44)}\right] / 2 \times 4\)
= (- 3 ± 5.66) / 8
= (− 3 + 5.66) / 8 (કારણ કે xનું મૂલ્ય ઋણ ન હોઈ શકે, તેથી તે મૂલ્યને નગણ્ય ગણી શકીએ (રદ કરી શકીએ)).
x = 2.66 / 8 = 0.33
સંતુલન આંશિક દબાણ થશે.
p_CO = 2x = 2 × 0.33 = 0.66 bar
P_CO₂ = 0.48 – x = 0.48 – 0.33 = 0.15 bar

પ્રશ્ન 29.
સંતુલન અચળાંકની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન અચળાંકની અગત્યની લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે :

સંતુલન અચળાંકની અભિવ્યક્તિ ત્યારે જ લાગુ પાડી શકાય, જ્યારે પ્રક્રિયકો અને નીપજોએ સંતુલન અવસ્થાએ અચળ મૂલ્યો પ્રાપ્ત કર્યાં હોય.
સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય પ્રક્રિયકો અને નીપજોની પ્રારંભિક સાંદ્રતાથી સ્વતંત્ર હોય છે.
સંતુલન અચળાંક તાપમાન પર આધારિત છે અને તેને કોઈ ખાસ પ્રક્રિયા જે આપેલ તાપમાને સંતુલિત સમીકરણ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવેલ હોઈ તે પ્રક્રિયા માટે એક અદ્વિતીય (unique) મૂલ્ય હોય છે.
પ્રતિગામી પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક પુરોગામી પ્રક્રિયા માટેના સંતુલન અચળાંક જેટલો જ પણ વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક K તેને અનુરૂપ પ્રક્રિયા સાથે સંબંધિત હોય છે. મૂળ પ્રક્રિયાના સમીકરણને નાના પૂર્ણાંક વડે ગુણવાથી અથવા ભાગવાથી તે સમીકરણ મળે છે.

પ્રશ્ન 30.
સંતુલન અચળાંકના અગત્યના અનુપ્રયોગો જણાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન અચળાકના કેટલાક અગત્યના અનુપ્રયોગો નીચે મુજબ છે :

પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ તેની માત્રાના આધાર પર પ્રાક્કથન કરવા. (પ્રક્રિયાની પૂર્ણતાનું પ્રાકથન)
પ્રક્રિયાની દિશાનું પ્રાક્કથન કરવું.
સંતુલને સાંદ્રતાની ગણતરી કરવી.

પ્રશ્ન 31.
સંતુલન અચળાંકની મદદથી પ્રક્રિયાના પ્રમાણ માટેનું પ્રાથન કેવી રીતે કરી શકાય તે ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
પ્રક્રિયા માટેના સંતુલન અચળાંકનું સાંખ્યિકીય મૂલ્ય (આંકડાકીય મૂલ્ય) પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ સૂચવે છે. પરંતુ આ મૂલ્ય સંતુલન કેવી રીતે પ્રાપ્ત થયું. તેના વિશે કોઈ માહિતી આપતું નથી.

K_c અને K_pની માત્રા નીપજોની સાંદ્રતાના સમપ્રમાણમાં જ્યારે પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
સંતુલન મિશ્રણના સંઘટન માટેનું સામાન્યીકરણ નીચે મુજબ કરી શકાય :

ટૂંકમાં, આ સામાન્યીકરણને આકૃતિ 7.5માં દર્શાવી શકીએ.

પ્રશ્ન 32.
પ્રક્રિયાની દિશાનું પ્રાકથન કરવાની પદ્ધતિ સમજાવો.
અથવા
K_C અને Q_C ના મૂલ્યને આધારે નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયાની અવસ્થાને કઈ રીતે તમે જાણી શકશો તે જણાવો.
(i) કુલ પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં જાય છે.
(ii) કુલ પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં જાય છે.
(iii) પ્રક્રિયા થશે નહિ.
ઉત્તર:
પ્રક્રિયાની દિશા(પુરોગામી કે પ્રતિગામી)નું પ્રાથન : કોઈ પણ તબક્કે રાસાયણિક પ્રક્રિયા કઈ દિશામાં થશે તેનું પ્રાક્કથન સંતુલન અચળાંકના મૂલ્ય પરથી કરી શકાય.
આ પ્રાકથન માટે પ્રક્રિયા ભાગળ (Quotient) Q ગણવો પડે.

અહીં, Q_Cની ગણતરી નીચે પ્રમાણે કરી શકાય :
aA + bB \(\rightleftharpoons\) cC + dD માટે,
Q_C = \(\frac{[\mathrm{C}]^{\mathrm{c}}[\mathrm{D}]^{\mathrm{d}}}{[\mathrm{A}]^{\mathrm{a}}[\mathrm{B}]^{\mathrm{b}}}\)

જ્યાં, [A], [B], [C] અને [D] એ ઘટક A, B, C અને Dની કોઈ પણ નક્કી કરેલ સમયે આપેલી સાંદ્રતા (M) [ધ્યાન રાખો અહીં સંતુલને સાંદ્રતા લેવાની નથી.]
આ જ પ્રમાણે,
Q_p = \(\frac{\left(\mathrm{p}_{\mathrm{C}}\right)^{\mathrm{c}}\left(\mathrm{p}_{\mathrm{D}}\right)^{\mathrm{d}}}{\left(\mathrm{p}_{\mathrm{A}}\right)^{\mathrm{a}}\left(\mathrm{p}_{\mathrm{B}}\right)^{\mathrm{b}}}\)
જ્યાં, P_A, P_B, P_C અને P_D એ ઘટક A, B, C અને Dની કોઈ પણ નક્કી કરેલ સમયે આપેલું આંશિક દબાણ (નહિ કે સંતુલને આંશિક દબાણ)

Q_c અને K_cનાં મૂલ્યની સરખામણીને આધારે પ્રાથન :

જો Q_c < K_c થાય અથવા K_c > Q_c થાય, તો પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં થશે એટલે કે પ્રક્રિયકમાંથી નીપજ તરફ જશે.
જો Q_c > K_c અથવા K_c < Q_c થાય, તો પ્રક્રિયા પ્રતિગામી
દિશામાં થશે એટલે કે નીપજથી પ્રક્રિયક તરફ થશે.
જો Q_c = K_c થાય, તો પ્રક્રિયા સંતુલનમાં રહે.

પ્રશ્ન 33.
ΔG અને Q વચ્ચેનો સંબંધ જણાવો તથા તેમાં આવતા દરેક પદ જણાવો તથા નીચેના ઉત્તર આપો :
(a) Q < K હોય તો પ્રક્રિયા થાય છે, પરંતુ Q = K હોય, તો પ્રક્રિયા થતી નથી? શા માટે?
(b) પ્રક્રિયા ભાગફળ Qને આધારે નીચેની પ્રક્રિયા માટે દબાણનો વધારો થતા સંતુલનમાં થતી અસર સમજાવો.
CO(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) CH₄(g) + H₂O(g)
ઉત્તર:
ΔG = ΔG^⊖ + RT In G;
ΔG = મુક્ત-ઊર્જામાં થતો ફેરફાર
ΔG^⊖ = પ્રમાણિત મુક્ત-ઊર્જામાં થતો ફેરફાર
Q = પ્રક્રિયા ભાગફળ, R = વાયુ-અચળાંક, T = તાપમાન (K)

(a) ΔG^⊖ = – RT ln K
∴ ΔG^⊖ = – RT ln K + RT ln Q
= – RT ln Q/K
ΔG^⊖ = 2.303 RT log\(\frac{\mathrm{Q}}{\mathrm{K}}\)

(i) Q_c < K હોય તો પ્રક્રિયા માટે ΔG < 0 થતા પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે.
(ii) Q_c = K થતાં ΔG = ૦ થતા પ્રક્રિયા સંતુલન અવસ્થાએ હોવાથી કોઈ પ્રક્રિયા થશે નહિ.

(b) K_c = \(\frac{\left[\mathrm{CH}_4\right]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}{[\mathrm{CO}]\left[\mathrm{H}_2\right]^3}\)
વાયુરૂપ પ્રક્રિયકના મોલ વધુ હોવાથી દબાણનો વધારો કરતાં પાત્રના કદમાં ઘટાડો થાય છે. આથી પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે.
જો દબાણનો વધારો બે ગણો થાય, તો કદ અડધું થતા સાંદ્રતા બે ગણી થશે.
∴ Q_c = \(\frac{\left\{2\left(\mathrm{CH}_4\right)\right\}\left\{2\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right)\right\}}{\{2(\mathrm{CO})\}\left\{2\left(\mathrm{H}_2\right)\right\}^3}=\frac{1}{4} \frac{\left[\mathrm{CH}_4\right]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}{[\mathrm{CO}]\left[\mathrm{H}_2\right]^3}=\frac{1}{4} \mathrm{~K}_{\mathrm{C}}\)
Q_c < K_c થતાં પ્રક્રિયા પુનઃસંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે.

પ્રશ્ન 34.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 2A \(\rightleftharpoons\) B + C પ્રક્રિયા માટે K_cનું મૂલ્ય 2 × 10^-3 છે. આપેલ સમયે પ્રક્રિયા મિશ્રણનું સંઘટન [A] = [B] = [C] = 3 × 10^-4M છે, તો કઈ દિશામાં પ્રક્રિયા આગળ વધશે ?
ઉકેલ:
પ્રક્રિયા માટે, પ્રક્રિયા ભાગફળ Q_c નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
Q_c = \(\frac{[\mathrm{B}][\mathrm{C}]}{[\mathrm{A}]^2}\)
[A] = [B] = [C] = 3 × 10^-4M છે.
આથી Q_c = \(\frac{\left(3 \times 10^{-4}\right)\left(3 \times 10^{-4}\right)}{\left(3 \times 10^{-4}\right)^2}\) = 1
Q_c > K_c મળે છે. તેથી પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં આગળ વધશે.

2. પ્રક્રિયા H₂(g) + I(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) માટે 700 K તાપમાને K_cનું મૂલ્ય 57.0 જણાયું છે. ધારો કે, પ્રક્રિયા મિશ્રણમાં પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતા કોઈ નક્કી કરેલા સમયે નીચે પ્રમાણે છેઃ
[H₂] = 0.05M, [I₂]=0.10M અને [HI] = 0.20 M પ્રક્રિયા કઈ દિશામાં આગળ વધશે તે નક્કી કરો.
ઉકેલ :
પ્રક્રિયા : H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) માટે,
Q_c = \(\frac{[\mathrm{HI}]^2}{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}\)
= \(\frac{(0.2)^2}{(0.05)(0.1)}=\frac{0.04}{0.005}\)
∴ Q_c = 8 તથા K_c = 57.0
અહીં, Q_c < K_c એટલે પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં એટલે કે પ્રક્રિયકમાંથી નીપજ મળવા તરફ આગળ વધશે.

પ્રશ્ન 35.
સંતુલન અચળાંકના અનુપ્રયોગ દ્વારા સંતુલને સાંદ્રતાની ગણતરી કેવી રીતે કરવામાં આવે છે? સમજાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન સાંદ્રતાની ગણતરી : સંતુલન સમયે નીપજો અને પ્રક્રિયકોની સાંદ્રતા જાણતા હોઈએ તો સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય ગણી શકીએ.
આ જ પ્રમાણે પ્રક્રિયકોની શરૂઆતની સાંદ્રતા અને સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય જાણતા હોઈએ, તો સંતુલને સાંદ્રતા ગણી શકાય. આ માટે નીચેના તબક્કાઓ અનુસરવા પડે ઃ
તબક્કો 1 : રાસાયણિક પ્રક્રિયાને સંતુલિત સ્વરૂપમાં લખો.

તબક્કો 2 : પ્રક્રિયાના પ્રક્રિયકો અને નીપજોની નીચે –

તેમની શરૂઆતની સાંદ્રતા દર્શાવો.
સંતુલન પ્રાપ્ત થતાં સાંદ્રતામાં થતો ફેરફાર દર્શાવો.
સંતુલને સાંદ્રતા mol L^-1 અથવા દબાણ barમાં દર્શાવો.
જે ઘટક માટે જાણકારી ના હોય તેને માટે x લખો અને પછી તેમની તત્ત્વયોગમિતિ જણાવો.

તબક્કો 3 : સંતુલન અચળાંક માટેનાં સમીકરણમાં સંતુલન સાંદ્રતાનાં મૂલ્યો મૂકી, સમીકરણનો ઉકેલ શોધો. જો દ્વિઘાત સમીકરણ આવે, તો તેના માટેનું સૂત્ર વાપરી બંને મૂલ્ય શોધો અને સ્વીકાર્ય મૂલ્ય નક્કી કરો.

તબક્કો 4 : xનાં મૂલ્યો પરથી સંતુલન સાંદ્રતા શોધો.

તબક્કો 5 : સંતુલન સાંદ્રતાનાં મૂલ્યો સંતુલન અચળાંકના સમીકરણમાં મૂકી સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય ચકાસો.

પ્રશ્ન 36.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. CO(g) + H₂O(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(g) + H₂(g) 810 K તાપમાને પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક (K_c)4.25 છે. ધારો કે આ પ્રક્રિયામાં શરૂઆતમાં 0.1 M સાંદ્રતા ધરાવતા પ્રક્રિયકોથી શરૂ કરવામાં આવી હોય, તો સંતુલન સમયે CO(g), H₂O(g), CO₂(g) અને H₂(g)ની સાંદ્રતા 810 K તાપમાને ગણો.
ઉકેલ:

બંને બાજુ વર્ગમૂળ લેતાં,
2.06 = \(\frac{x}{0.1-x}\)
∴ 0.206 – 2.06x = x
∴ 0.206 = 3.06x
∴ x = \(\frac{0.206}{3.06}\) = 0.0672
આથી [CO₂(g)] = [H₂(g)] = 0.0672 M
સંતુલને [CO] = [H₂O]
= 0.1 – 0.0672
= 0.0328 M

2. 13.8g N₂O₄ 1L કદના પ્રક્રિયા પાત્રમાં 400 K તાપમાને લેવામાં આવ્યો અને સંતુલન પ્રાપ્ત થવા દીધું.
N₂O₄(g) → 2NO₂(g)
સંતુલને કુલ દબાણ 9.15bar હતું. K_c, K_P અને સંતુલને આંશિક દબાણ ગણો.
ઉકેલ:
N₂O₄(g) \(\rightleftharpoons\) 2NO₂(g)
PV = nRT
કુલ કદ (V) = 1 L
N₂O₄ નું આણ્વીય દળ = 92 g mol^-1
વાયુના મોલની સંખ્યા (n) = \(\frac{13.8 \mathrm{~g}}{92 \mathrm{~g}}\) = 0.15
વાયુ અચળાંક (R) = 0.083 bar L mol^-1 K^-1
તાપમાન (T) = 400 K
pV = nRT
P × 1L = 0.15 mol × 0.083 bar L mol^-1K^-1 × 400 K
P = 4.98 bar

P_કુલ = P_N₂O₄ + P_NO₂
9.15 = (4.98 – x) + 2x
9.15 = 4.98 + x
x = 9.15 – 4.98 = 4.17 bar
સંતુલને આંશિક દબાણ,
P_N₂O₄ = 4.98 – 4.17 = 0.81 bar
P_NO₂ = 2x = 2 × 4.17 = 8.34 bar
K_P = \(\frac{\left(\mathrm{P}_{\mathrm{NO}_2}\right)^2}{\mathrm{P}_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}_4}}\)
= \(\frac{(8.34)^2}{0.81}\)
= 85.87
K_P = K_c(RT)^Δn
85.87 = K_c (0.083 × 400)¹
K_c = 2.586 = 2.6

3. 3.00 mol PCl₅ કદના બંધપાત્રમાં 380 K તાપમાને લેવામાં આવ્યો અને સંતુલન પ્રાપ્ત થવા દીધું. સંતુલને મિશ્રણનું સંઘટન નક્કી કરો. K_c = 1.80
ઉકેલઃ

[PCl₅] = 3.0 x = 3 – 1.59 = 1.41 M
[PCl₃] = [Cl₂] = x = 1.59 M

પ્રશ્ન 37.
સંતુલન અચળાંક, પ્રક્રિયા ભાગફળ અને ગીબ્સ મુક્ત- ઊર્જા વચ્ચેનો સંબંધ સમજાવો.
ઉત્તર:
રાસાયણિક સંતુલનને રાસાયણિક ગતિકી સાથે સંબંધ નથી, પરંતુ રાસાયણિક સંતુલન અને ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર વચ્ચે ચોક્કસ સંબંધ છે.

ઉષ્માગતિશાસ્ત્રમાં મુક્ત-ઊર્જા ફેરફાર (ΔG)ને ગીબ્સ મુક્ત-ઊર્જા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ તફાવત નીપજોની કુલ મુક્ત-ઊર્જા અને પ્રક્રિયકોની કુલ મુક્ત-ઊર્જાના તફાવત જેટલો હોય છે.
અર્થાત્ Δ_fG^⊖_{(પ્રક્રિયા)} = ΣΔ_fG^⊖_{(નીપજો)} ΣΔ_fG^⊖_{(પ્રક્રિયકો)}
ΔGના ઋણ, શૂન્ય અને ધન એમ ત્રણ મૂલ્યો સંભવી શકે છે.
સંતુલન અચળાંક અને ΔGના મૂલ્ય વચ્ચેના સંબંધ :
1. જો ΔG < 0 હોય, તો પ્રક્રિયા સ્વયંસ્ફુરિત (આપમેળે) થશે અને તે હંમેશાં નીપજ તરફ પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે.
2. જો ΔG > 0 હોય, તો પ્રક્રિયા સ્વયંસ્ફુરિત (આપમેળે) થશે નહિ અને હંમેશાં નીપજથી પ્રક્રિયક તરફ પ્રતિગામી દિશામાં આગળ વધશે.
3. જો ΔG = 0 હોય, તો પ્રક્રિયા સંતુલનમાં એટલે કે પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતાઓ સંતુલનમાં રહેશે અને પ્રક્રિયા પુરોગામી કે પ્રતિગામી દિશા પૈકી કોઈ પણ દિશામાં આગળ વધશે નહિ.
ઉષ્માગતિશાસ્ત્રમાં મુક્તશક્તિ ફેરફાર (ΔG) અને પ્રક્રિયા ભાગફળ (Q_c) વચ્ચેનો સંબંધ નીચે મુજબ છે :
ΔG = ΔG^⊖ + RT ln Q_c ………….. (1)
જ્યાં, ΔG = મુક્તશક્તિનો ફેરફાર
ΔG^⊖ = પ્રમાણિત મુક્તશક્તિનો ફેરફાર
R = વાયુ-અચળાંક
T = નિરપેક્ષ તાપમાન
Q_c = પ્રક્રિયા ભાગફળ
સંતુલન સ્થિતિએ ΔG = 0 ………… (2)
∴ Q_c = K_c ………. (3)
સમીકરણ (2) અને (3)નાં મૂલ્યો સમીકરણ (1)માં મૂકતાં,
ΔG = ΔG^⊖ + RT ln K
∴ 0 = ΔG^⊖ + RT ln K
∴ ΔG^⊖ = – RT ln K ……… (4)
સમીકરણ (4)નો પ્રતિઘાતાંક લઈ સમીકરણ લખવામાં આવે, તો
K = \(e^{\frac{-\Delta \mathrm{G}^{\ominus}}{\mathrm{RT}}}\) ………….. (5)
સમીકરણ (5)નો ઉપયોગ કરી પ્રક્રિયાની સ્વયંસ્ફુરિતાને ΔGના મૂલ્ય સાથે સાંકળી શકાય.
જેમ કે,
1. જો ΔG^⊖ < 0 હોય, તો – \(\frac{\Delta \mathrm{G}^{\ominus}}{\mathrm{RT}}\) નું મૂલ્ય ધન બનશે. તેથી K = e^{-ΔG^⊖/RT} > 1, જે દર્શાવે છે કે K > 1 થશે.
  આથી કહી શકાય કે, જો K> 1 હોય, તો AG<0 થશે. આથી આ સંજોગોમાં પ્રક્રિયા હંમેશાં પુરોગામી દિશામાં જ આગળ વધશે. આથી નીપજોનું પ્રમાણ વધારે મળશે.
2. જો ΔG^⊖ > 0 હોય, તો – \(\frac{\Delta \mathrm{G}^{\ominus}}{\mathrm{RT}}\) -નું મૂલ્ય ઋણ બનશે. તેથી e^{-ΔG^⊖/RT} < 1 એટલે કે K< 1 થશે.
  આથી કહી શકાય કે, જો K < 1 હોય, તો ΔG > 0 થશે. આથી આ સંજોગોમાં પ્રક્રિયા હંમેશાં પ્રતિગામી દિશામાં જ આગળ વધશે. આથી નીપજોનું પ્રમાણ પ્રક્રિયકોના પ્રમાણ કરતાં ઓછું થશે.

પ્રશ્ન 38.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. ગ્લાયકોલિસિસમાં ગ્લુકોઝના ફૉસ્ફોરાઇલેશન માટે ΔG^⊖નું મૂલ્ય 13.8 kJ/mol છે. 298 K તાપમાને K_cનું મૂલ્ય શોધો.
ઉકેલ:
Δ G^⊖ = 13.8 kJ/mol = 13.8 × 10³ J/mol
વળી, Δ G^⊖ = – RT ln K_c
તેથી ln K_c = \(\frac{-13.8 \times 10^3 \mathrm{~J} / \mathrm{mol}}{\left(8.314 \mathrm{~J} \mathrm{~mol}^{-1} \mathrm{~K}^{-1} \times 298 \mathrm{~K}\right)}\)
ln K_c = – 5.569
K_c = e^{– 5.569}
K_c = 3.81 × 10^-3

2. સુક્રોઝના જલવિભાજનનું સમીકરણ નીચે મુજબ છે :
C₁₂H₂₂O₁₂(s) + H₂O \(\rightleftharpoons\) C₆H₁₂O + C₆H₁₂O₆ આ પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક 300K તાપમાને 2× 10¹³ છે, તો ΔGનું મૂલ્ય શોધો.
ઉકેલઃ
ΔG = – 2.303RTlogK
= – 2.303 × 8.314 × 300 × log(2 × 10¹³)
= – 5744.14 × (13.3010)
= – 7.6402 × 10¹⁴Jmol^-1

3. 298K તાપમાને નીચેની એસ્ટરીકરણ પ્રક્રિયા માટે ΔG^⊖નું મૂલ્ય −3500 J છે, તો આ પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય કેટલું થશે?
CH₃COOH(l) + C₂H₅OH(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COOHC₂H₅(l) + H₂O(l)
ઉકેલઃ
ΔG^⊖ = – 2.303RTlogK
∴ – 3500 = – 2.303 × 8.314 × 298 × logK
∴ logK = \(\frac{3500}{5705.8}\) = 0.6134
∴ K = Antilog 0.6134
= 4.104

4. રાસાયણિક પ્રક્રિયા: PCl₅(g) \(\rightleftharpoons\) PCl₃(g) + Cl₂(g) 298K તાપમાને કોષ-પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક K_P = 6.022 × 10^-6 છે, તો આ પ્રક્રિયા માટે ΔG^⊖નું મૂલ્ય શોધો.
ઉકેલ:
ΔG^⊖ = – 2.303RTlogK_P
= – 2.303 × 8.314 × 298 × log(6.022 × 10^–)
= – 5705.84(\(\overline{6}\).7793)
= – 5705.84(- 5.2203)
= 29786.19 Jmol^-1
= 29.786 kJmol^-1

પ્રશ્ન 39.
લ-શૅટેલિયરનો નિયમ જણાવી, સંતુલન પર અસર કરતાં પરિબળો જણાવો.
ઉત્તર:
લ-શૅટેલિયરનો નિયમ : “સંતુલન અવસ્થા પર અસર કરતાં પરિબળોમાંથી કોઈ એક પરિબળમાં ફેરફાર કરવામાં આવે તો પ્રણાલીમાં એવો ફેરફાર થશે કે જેથી થયેલા ફેરફારની અસર શક્ય તેટલે અંશે નાબૂદ અથવા નહિવત્ થશે અને સંતુલન અચળાંક જે-તે તાપમાને અચળ રહેશે.”

આ નિયમ ભૌતિક અને રાસાયણિક એમ બંને સંતુલનને લાગુ પાડી શકાય છે.
સંતુલન પર અસર કરતાં પરિબળો આ મુજબ છે :
1. સાંદ્રતાના ફેરફારની અસર,
2. દબાણના ફેરફારની અસર,
3. નિષ્ક્રિય વાયુના ઉમેરાની અસર,
4. તાપમાનના ફેરફારની અસર અને
5. ઉદ્દીપકની અસર.

પ્રશ્ન 40.
સંતુલન પર સાંદ્રતાના ફેરફારની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
સામાન્ય રીતે જો કોઈ પ્રક્રિયક / નીપજને ઉમેરવાથી અથવા પ્રક્રિયામાંથી દૂર કરતાં સંતુલનને જ્યારે ખલેલ પહોંચે ત્યારે લ-શૅટેલિયરના સિદ્ધાંત મુજબ,

ઉમેરેલા પ્રક્રિયક / નીપજની સાંદ્રતા, તાણ(stress)માંથી એવી રીતે મુક્ત કરવામાં આવે છે, જેથી કુલ પ્રક્રિયા ઉમેરેલા પદાર્થનો વપરાશ થાય તે દિશામાં આગળ વધશે.
દૂર કરેલા પ્રક્રિયક / નીપજની સાંદ્રતા તાણમાંથી એવી રીતે મુક્ત થાય છે કે, જેથી ચોખ્ખી પ્રક્રિયા દૂર કરવામાં આવેલા પદાર્થને પરિપૂર્ણ કરે છે અથવા બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો,
“જ્યારે સંતુલનમાં રહેલી પ્રક્રિયામાં કોઈ પણ પ્રક્રિયક કે નીપજની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરવામાં આવે, તો પ્રક્રિયા મિશ્રણનું સંઘટન એવી રીતે બદલાશે કે સાંદ્રતાના ફેરફારની અસર ન્યૂનતમ થશે.’’
સમાંગ સંતુલનમાં સાંદ્રતાની અસર :
H₂(g) + I₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2HI(g) પ્રક્રિયામાં,
જો H₂ સંતુલને ઉમેરવામાં આવે તો પ્રક્રિયાના સંતુલનમાં ખલેલ થશે અને તેને પુનઃસ્થાપિત કરવા પ્રક્રિયા એવી રીતે આગળ વધશે, જેમાં H₂ વપરાશે. એટલે કે વધુ H₂ અને I₂ પ્રક્રિયા કરી વધુ HI બનાવશે અને છેવટે સંતુલન જમણી બાજુ (પુરોગામી દિશામાં) ખસશે. (આકૃતિ 7.7)
લ-શૅટેલિયરના સિદ્ધાંત પ્રમાણે આ સૂચવે છે કે જ્યારે પ્રક્રિયક કે નીપજ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે નવું સંતુલન સ્થપાશે. જેમાં પ્રક્રિયક / નીપજની સાંદ્રતા તેને ઉમેર્યા પછીથી ઓછી હશે, પરંતુ મૂળ મિશ્રણ કરતાં વધારે હશે.

આ જ મુદ્દો પ્રક્રિયા ભાગફળ Q_cના પર્યાયમાં પણ સમજાવી શકાય :
Q_c = \(\frac{[\mathrm{HI}]^2}{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}\)
સંતુલને હાઇડ્રોજન ઉમેરતાં Q_cનું મૂલ્ય K_c કરતાં ઓછું થાય છે. આથી ફરીથી સંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે. એ જ પ્રમાણે આપણે કહી શકીએ કે નીપજને દૂર કરવામાં આવે, તોપણ પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં થશે.
આનો મોટો ઓદ્યોગિક અનુપ્રયોગ એ છે કે જો નીપજ વાયુ અથવા બાષ્પશીલ પદાર્થ હોય, તો વધુ નીપજ મેળવી શકાય.
એમોનિયાના ઉત્પાદનમાં એમોનિયા વાયુનું પ્રવાહીકરણ કરવામાં આવે છે અને પ્રક્રિયા મિશ્રણમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે. આથી પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં ચાલુ રહે છે. વિષમાંગ સંતુલનમાં સાંદ્રતાની અસરઃ
CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s) + CO₂(g)
બંધપાત્રમાં ઘન CaCO₃નું વિઘટન ઉપ૨ મુજબ થાય છે.
જો આ પ્રક્રિયામાં વધુ CaO મેળવવો હોય, તો બનતા CO₂ વાયુને દૂર કરતાં રહેવું પડે, કારણ કે CO₂(g), CaO(s) સાથે જોડાઈને પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા કરે તો નીપજનું પ્રમાણ ઘટે.
આથી CO₂(g)ને પ્રક્રિયાપાત્રમાંથી દૂર કરવાથી Q_cભું મૂલ્ય K_cના મૂલ્ય કરતાં ઓછું જળવાઈ રહે છે. પરિણામે પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં ચાલુ રહે છે. આથી વધુ CaO(s) મેળવી શકાય, જે બાંધકામ માટેનો અગત્યનો પદાર્થ છે.

પ્રશ્ન 41.
સંતુલન પર સાંદ્રતાની અસર દર્શાવતો પ્રયોગ સમજાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન પર સાંદ્રતાની અસર દર્શાવતા પ્રયોગ નીચેની પ્રક્રિયાથી નિર્દેશિત કરી શકાય :

K_c = \(\frac{\left[\mathrm{Fe}(\mathrm{SCN})^{2+}(\mathrm{aq})\right]}{\left[\mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})\right]\left[\mathrm{SCN}^{-}(\mathrm{aq})\right]}\)

0.002 M પોટૅશિયમ થાયોસાયનેટનાં બે ટીપાં 1 mL 0.2 M આયર્ન (III) નાઇટ્રેટના દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવે, તો લાલાશ- પડતો રંગ દેખાય છે, જે [Fe(SCN)]²⁺ના સર્જનને કારણે છે.
લાલ રંગની તીવ્રતા સંતુલન પ્રાપ્ત થતાં અચળ બને છે.
આ સંતુલનને ડાબી કે જમણી તરફ આપણી પસંદગી પ્રમાણે પ્રક્રિયક અથવા નીપજ ઉમેરી ખસેડી શકાય છે.
Fe³⁺ અથવા SCN^– ને દૂર કરે તેવા પદાર્થો ઉમેરવામાં આવે, તો પ્રક્રિયા વિરુદ્ધ દિશામાં જશે. ઉદાહરણ તરીકે ઑક્ટ્રેલિક ઍસિડ (H₂C₂O₄), Fe³⁺ આયન સાથે પ્રક્રિયા કરે છે અને સ્થાયી સંકીર્ણ આયન [Fe(C₂O₄)₃]^3- બને છે.
આમ, મુક્ત Fe³⁺(aq) આયનની સાંદ્રતા ઘટે છે.
લ-શૅટેલિયરના સિદ્ધાંત પ્રમાણે દૂર થયેલા Fe³⁺ ની સાંદ્રતા તાણને [Fe(SCN)]²⁺ના વિયોજનથી મળતાં Fe³⁺ આયન વડે મુક્ત કરે છે. [Fe(SCN)]²⁺ની સાંદ્રતા ઘટે છે અને તેથી રંગની તીવ્રતા ઘટે છે.
જલીય HgCl₂ ઉમેરવાથી પણ લાલ રંગની તીવ્રતા ઘટે છે. કારણ કે Hg²⁺ આયન SCN^– આયન સાથે પ્રક્રિયા કરે છે અને સ્થાયી સંકીર્ણ [Hg(SCN)₄]^2- બનાવે છે. મુક્ત SCN^–(aq)ને દૂર કરતાં સમીકરણનું સંતુલન જમણેથી ડાબી તરફ ખસે છે. જેથી, SCN^– આયન પરિપૂર્ણ થાય છે. બીજી બાજુ પોટૅશિયમ થાયોસાયનેટ ઉમેરવાથી દ્રાવણના રંગની તીવ્રતા વધે છે. કારણ કે, સંતુલન જમણી તરફ ખસે છે.

પ્રશ્ન 42.
સંતુલન પર દબાણના ફેરફારની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
એવી વાયુમય રાસાયણિક પ્રક્રિયા જેમાં વાયુમય પ્રક્રિયકોના કુલ મોલની સંખ્યા વાયુમય નીપજોના કુલ મોલની સંખ્યા જુદી જુદી હોય તેવી પ્રક્રિયામાં કદના ફેરફાર દ્વારા દબાણમાં ફેરફાર ઉત્પન્ન કરતાં નીપજની માત્રાને અસર કરે છે. લ-શૅટેલિયરનો નિયમ વિષમાંગ સંતુલનને લાગુ પાડતાં ઘન અને પ્રવાહી ૫૨ દબાણ ફેરફારની અસર નગણ્ય હોય છે. કારણ કે દ્રાવણ/પ્રવાહીના કદ (અને સાંદ્રતા) દબાણની અસરથી લગભગ સ્વતંત્ર છે.
નીચેની પ્રક્રિયા ધ્યાનમાં લઈએ :
CO(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) CH₄(g) + H₂O(g)

અહીં, 4 મોલ વાયુમય પ્રક્રિયકો (CO + 3H₂), 2 મોલ નીપજો- (CH₄ + H₂O)માં ફેરવાય છે. ધારો કે (ઉપરની પ્રક્રિયા માટે) સંતુલન મિશ્રણને અચળ તાપમાને નળાકારમાં ફિટ કરેલ પિસ્ટન વડે સંકોચીને તેનું કદ મૂળ કદ કરતાં અડધું કરીએ, તો કુલ દબાણ બમણું થઈ જશે. (સમીકરણ PV = અચળાંક)
આથી પ્રક્રિયકો અને નીપજોના આંશિક દબાણો અને તેથી જ તેમની સાંદ્રતામાં ફેરફાર થાય છે. પરિણામે મિશ્રણ સંતુલનમાં રહેતું નથી.
લ-શૅટેલિય૨નો સિદ્ધાંત લાગુ પાડીને કઈ દિશામાં પ્રક્રિયા પરિણમીને ફરીથી સંતુલનનું પુનઃસ્થાપન કરશે, તેનું પ્રાથન કરી શકીશું. દબાણ બમણું થયું છે. તેથી સંતુલન પુરોગામી દિશામાં ખસશે. આ દિશામાં વાયુના મોલની સંખ્યા અથવા દબાણ ઘટશે. (આપણે જાણીએ છીએ કે દબાણ વાયુના મોલની સંખ્યાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.)
આ પ્રક્રિયા ભાગફળ Q_c નો ઉપયોગ કરીને સમજી શકીએ. ધારો કે મિથેનેશન પ્રક્રિયામાં સંતુલને [CO], [H₂], [CH₄] અને [H₂O] મોલર સાંદ્રતા છે, જ્યારે પ્રક્રિયા મિશ્રણનું કદ અડધું કરવામાં આવે છે, ત્યારે આંશિક દબાણ અને સાંદ્રતા બમણા થશે.
દરેક સંતુલન સાંદ્રતાને તેના બમણા મૂલ્યથી બદલીને પ્રક્રિયા ભાગફળ મેળવી શકીએ.
Q_c = \(\frac{\left[\mathrm{CH}_4(\mathrm{~g})\right]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{g})\right]}{[\mathrm{CO}(\mathrm{g})]\left[\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})\right]^3}\)
જ્યાં, Q_c < K_c હોવાથી પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધે છે.
C(s) + CO₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2CO(g) પ્રક્રિયામાં જ્યારે દબાણ વધારવામાં આવે છે ત્યારે પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં જાય છે, કારણ કે વાયુના મોલની સંખ્યા પુરોગામી પ્રક્રિયામાં વધે છે.

પ્રશ્ન 43.
સંતુલન સ્થિતિ ધરાવતી પ્રણાલીમાં નિષ્ક્રિય વાયુનો ઉમેરો કરવાથી શું ફેરફાર થશે? સમજાવો.
ઉત્તર:
જો પ્રણાલીનું કદ અચળ રાખી પ્રક્રિયામાં ભાગ ના લેતો હોય તેવો કોઈ નિષ્ક્રિય વાયુ ઉમેરવામાં આવે, તો સંતુલન પર કોઈ અસર પડતી નથી.

નિષ્ક્રિય વાયુ પ્રક્રિયક કે નીપજ સાથે પ્રક્રિયા કરતો ન હોવાથી તેમના વિભાગીય દબાણ બદલાશે નહિ. પરિણામે સંતુલન પર કોઈ અસર થશે નહિ.
Kના મૂલ્ય પર કોઈ અસર થશે નહિ.

પ્રશ્ન 44.
યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા સંતુલન પ્રણાલી પર તાપમાનની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય તાપમાન સાથે સંકળાયેલું છે એટલે કે નિયત તાપમાને સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય નિશ્ચિત હોય છે.

તાપમાન બદલાતાં સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય બદલાય છે.
તાપમાન એટલે પદાર્થમાં રહેલ ઉષ્મા-ઊર્જાનો સ્તર.
ઉષ્માની દૃષ્ટિએ પ્રક્રિયાઓના બે પ્રકાર પડે છે :
1. ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા અને
2. ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયા.
તાપમાનમાં ફેરફાર કરવાથી પ્રક્રિયામાંથી બહાર ફેંકાતી અથવા શોષાતી ઉષ્મામાં ફેરફાર થાય છે.
ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયામાં ઉષ્મા શોષાતી હોવાથી તે એક પ્રક્રિયકની જેમ વર્તે છે.
ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયામાં ઉષ્મા બહાર ફેંકાતી હોવાથી તે એક નીપજની જેમ વર્તે છે.
આથી કહી શકાય કે,
1. તાપમાનના વધારાથી ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક વધે છે.
2. તાપમાનના વધારાથી ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક ઘટે છે.
તાપમાનનો વધારો કે ઘટાડો પ્રક્રિયાદર (પ્રક્રિયાવેગ) પર પણ અસર કરે છે. દા. ત.,
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) ΔH = – 92.38 kJ mol^-1
અહીં, ΔH =H_b – H_r અર્થાત્ નીપજોની કુલ એન્થાલ્પી અને પ્રક્રિયકોની કુલ એન્થાલ્પીનો તફાવત છે.
ΔHનું ધન મૂલ્ય ઉષ્માશોષક અને ઋણ મૂલ્ય ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા સૂચવે છે.
ઉપરોક્ત પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે.
તાપમાનનો વધારો ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા માટે ફાયદાકારક નથી, કારણ કે પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં જઈ નીપજમાં ઘટાડો થશે. આથી તાપમાનમાં ઘટાડો વધુ નીપજ મેળવવા માટે ફાયદાકારક છે.
પરંતુ તાપમાનમાં ઘટાડો કરવાથી પ્રક્રિયાનો દર ઘટે છે, કારણ કે અથડામણ દર ઘટે છે. આથી પ્રક્રિયા પૂર્ણ થવામાં વધુ સમય લાગે છે.
કેટલીક પ્રક્રિયાઓમાં શક્ય તેટલું નીચું તાપમાન, જરૂર જેટલું વધારે દબાણ રાખી, ઉદ્દીપકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આથી શક્ય તેટલી વધુ નીપજ શક્ય તેટલા ઓછા સમયમાં મેળવી શકાય છે. આ પ્રકારની પરિસ્થિતિને ‘ઑપ્ટિમાઇઝેશન સ્ટેટ’ કહે છે.

પ્રશ્ન 45.
સંતુલન પર તાપમાનની અસર સમજાવતો પ્રયોગ વર્ણવો.
ઉત્તર:
સંતુલન પર તાપમાનની અસરનું નિર્દેશન નાઇટ્રોજન ડાયૉક્સાઇડ (NO₂, કથ્થઈ રંગનો વાયુ છે) વાયુની દ્વિઆણ્વીય રચના N₂O₄ વાયુ(રંગવિહીન)માં થાય છે, તેના દ્વારા સમજીશું.

2NO₂(g) \(\rightleftharpoons\) N₂O₄(g) ΔH = – 57.2 kJ mol^-1
NO₂ વાયુની બનાવટ Cu અને સાંદ્ર HNO₃ સાથેની પ્રક્રિયાથી કરી શકાય છે.
NO₂ વાયુને સમાન કદ ધરાવતી બે જુદી જુદી કસનળીમાં 5 mL જેટલો જથ્થો લઈ (અહીં, બંને કસનળીમાં કથ્થઈ રંગની તીવ્રતા સમાન હોવી જરૂરી છે), બૂચને ઍરેલડાઇટ લગાડીને સીલ કરી દેવામાં આવે છે.
ત્યારબાદ ત્રણ 250 mLના બીકર A, B અને C લઈ તેમાં અનુક્રમે ઠારણ મિશ્રણ, ઓરડાના તાપમાને પાણી અને ગરમ પાણી (363 K તાપમાન ધરાવતું) ભરવામાં આવે છે.
હવે બંને કસનળીઓને સૌપ્રથમ બીકર Bમાં 8 – 10 મિનિટ સુધી રાખવામાં આવે છે. ત્યારબાદ એક કસનળીને બીકર Aમાં અને બીજી કસનળીને બીક Cમાં મૂકવામાં આવે છે.

થોડા સમય બાદ કસનળીમાં રંગની તીવ્રતા ચકાસતાં માલૂમ પડે છે કે, બીકર Aમાં રાખેલી કસનળીમાં રંગની તીવ્રતા ઘટે છે. કારણ કે NO₂માંથી N₂O₄ બનવાની પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે. જે નીચા તાપમાને વધુ અનુકૂળ બને છે. આથી NO₂ને કારણે જણાતા કથ્થઈ રંગની તીવ્રતા ઘટે છે.
બીકર Cમાં ઊંચું તાપમાન પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાની તરફેણ કરે છે, જે NO₂ની બનાવટ છે. આથી કથ્થઈ રંગની તીવ્રતા વધે છે.
અન્ય ઉદાહરણ :

ઓરડાના તાપમાને સંતુલન મિશ્રણ વાદળી છે, જે [COCl₄]^2- ને લીધે છે. જ્યારે તેને ઠારણ મિશ્રણમાં ઠંડું પાડવામાં આવે છે ત્યારે મિશ્રણનો રંગ ગુલાબી બને છે, જે [CO(H₂O)₆]²⁺ને લીધે છે.

પ્રશ્ન 46.
લ-શૅટેલિયરના સિદ્ધાંતને આધારે સંતુલનમાં રહેલ નીચેની પ્રક્રિયા માટે તાપમાન અને દબાણના ફેરફારની અસર સમજાવો.
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g); ΔH = – 92.38 kJ mol^-1
સંતુલનમાં રહેલ ઉપરની પ્રક્રિયામાં આર્ગોન વાયુ અચળ કઠે ઉમેરવામાં આવે તો સંતુલનમાં થતી અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
તાપમાનની અસર : પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી તાપમાનનો વધારો પ્રક્રિયાને પ્રતિગામી દિશામાં આગળ વધારે છે. એટલે કે પ્રક્રિયા નીપજથી પ્રક્રિયક તરફ આગળ વધે છે જેથી સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય ઘટે છે.
દબાણનો ફેરફાર : પ્રક્રિયા માટે વાયુરૂપ પ્રક્રિયકના મોલ વાયુરૂપ નીપજના મોલ કરતાં વધુ હોવાથી દબાણનો વધારો કરવાથી પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધે છે.
આર્ગોન ઉમેરવાથી : અચળ કદે થતી પ્રક્રિયામાં આર્ગોનના ઉમેરાથી પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંક પર કોઈ અસર થતી નથી.

પ્રશ્ન 47.
ઉદ્દીપકની લાક્ષણિકતા જણાવી, સંતુલન પર ઉદ્દીપકની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
ઉદ્દીપક એ એક એવો પદાર્થ છે કે, જે પ્રક્રિયકમાંથી નીપજ મેળવવા માટેના કોઈ ઓછી ઊર્જાની જરૂરિયાતવાળા પથને પ્રાપ્ત કરી, રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો દર વધારે છે. તે પુરોગામી પ્રક્રિયાનો દર અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો દર વધારે છે, જે સમાન સંક્રાંતિ અવસ્થામાંથી પસાર થાય છે અને સંતુલનને અસર કરતો નથી.

ઉદ્દીપક પુરોગામી પ્રક્રિયા અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયા બંનેની સક્રિયકરણ એન્થાલ્પીમાં સરખા પ્રમાણમાં ઘટાડો કરે છે. ઉદ્દીપક પ્રક્રિયા મિશ્રણના સંઘટનને અસર કરતો નથી. તે સંતુલિત રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં દેખાતો નથી અથવા સંતુલન અચળાંકની રજૂઆતમાં પણ દેખાતો નથી.

સંતુલન પર ઉદ્દીપકની અસર :
(1) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) ΔH = – 92.38 kJ mol^-1
એમોનિયા વાયુની બનાવટ જે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે અને પ્રક્રિયકના વધુ (4) મોલમાંથી નીપજના ઓછા (2) મોલમાં ફેરવાય છે. તાપમાનના વધારા સાથે સંતુલન અચળાંક ઘટે છે. નીચા તાપમાને પ્રક્રિયાનો દર ઘટે છે અને સંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે ઘણો સમય લે છે, જ્યારે ઊંચા તાપમાને દર સંતોષકારક છે પણ નીપજ ઓછી છે.

જર્મન વૈજ્ઞાનિક ફ્રિટ્ઝ હેબરે (Fritz Haber) શોધ્યું છે કે આયર્ન ધરાવતો ઉદ્દીપક એ તાપમાને સંતોષકારક દરે પ્રક્રિયાને ઉદીપિત કરે છે, ત્યારે જે તાપમાને એમોનિયાની સંતુલને સાંદ્રતા વાજબી રીતે તરફેણવાળી હોય છે. પ્રક્રિયામાં પરિણમતી નીપજના મોલ પ્રક્રિયકના મોલ કરતાં ઓછા છે અને તેથી દબાણના વધારાથી NH₃ની નીપજ વધારી શકાય.

NH₃ના સંશ્લેષણમાં ઉદ્દીપકના ઉપયોગ સાથે તાપમાનના અને દબાણની અનુકૂળતમ પરિસ્થિતિ 500°C અને 200 atmની આસપાસ હોય છે.

(2) સંપર્ક પદ્ધતિથી સલ્ફ્યુરિક ઍસિડનું ઉત્પાદન નીચેની પ્રક્રિયાથી થઈ શકે છે. તેમાં,
2SO₂(g) + O₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2SO₃(g); K_c = 1.7 × 10²⁶
Kનું મૂલ્ય પ્રક્રિયા પૂર્ણ થવા તરફનું સૂચન કરે છે, પરંતુ પ્રાયોગિક દષ્ટિએ SO₂નું SO₃માં ઑક્સિડેશન ઘણી ધીમી પ્રક્રિયા છે. આથી પ્લેટિનમ અથવા ડાયવેનેડિયમ પેન્ટા- ઑક્સાઇડ (V₂O₅) ઉદ્દીપક તરીકે પ્રક્રિયાનો દર વધારવા માટે વપરાય છે.

જો રાસાયણિક પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંક K_c નું મૂલ્ય ઘણું જ ઓછું હોય, તો ઉદ્દીપકનો ઉપયોગ ખાસ કારગત નીવડતો નથી.

પ્રશ્ન 48.
નીચેનાં પદો સમજાવો :
1. વિદ્યુતવિભાજ્ય 2. વિદ્યુત અવિભાજ્ય 3. પ્રબળ વિદ્યુત- વિભાજ્ય 4. નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય 5. આયનીકરણ 6. આયોનિક સંતુલન 7. આયનીકરણ અચળાંક
ઉત્તર :
1. વિદ્યુતવિભાજ્ય : જલીય દ્રાવણમાં આયનો ઉત્પન્ન કરતા પદાર્થોને વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે.
દા. ત., NaCl, HCl, K₂SO₄ વગેરે.
વિદ્યુતવિભાજ્યનાં જલીય દ્રાવણો વિદ્યુતનું વહન કરે છે.

2. વિદ્યુત અવિભાજ્ય : કેટલાક પદાર્થો પાણીમાં દ્રાવ્ય થઈ દ્રાવણ બનાવે છે, પરંતુ આયનો ઉત્પન્ન કરતા નથી. આ પદાર્થોને વિદ્યુત અવિભાજ્ય કહે છે.
દા. ત., ખાંડ, યૂરિયા, ગ્લિસરીન વગેરે.
વિદ્યુત અવિભાજ્યનાં જલીય દ્રાવણો વિદ્યુતનું વહન કરતા નથી.

3. પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય જે પદાર્થોને પાણીમાં દ્રાવ્ય કરતા તેમનું લગભગ 100% આયનીકરણ થતું હોય તેવા પદાર્થોને પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે.
દા. ત., HCl, HNO₃, H₂SO₄, NaOH, KOH વગેરે.

4. નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય : જે પદાર્થોને પાણીમાં દ્રાવ્ય કરતા તેનું અલ્પ પ્રમાણમાં 2થી ૩%) આયનીકરણ થતું હોય તેવા પદાર્થોને નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે.
દા. ત., CH₃COOH, NH₄OH, CH₃NH વગેરે.

5. આયનીકરણઃ જ્યારે વિદ્યુતવિભાજ્ય પાણીમાં દ્રાવ્ય થાય છે ત્યારે આયનો ઉત્પન્ન કરે છે. આ ક્રિયાને આયનીકરણ કહે છે.

6. આયનિક સંતુલન : નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના જલીય દ્રાવણમાં આયનો અને બિનઆયનીકૃત અણુઓ વચ્ચે સંતુલન સ્થપાય છે, જેને આયનિક સંતુલન કહે છે.

7. આયનીકરણ અચળાંકઃ આયોનિક સંતુલનના સંતુલન અચળાંકને આયનીકરણ અચળાંક કહે છે.

પ્રશ્ન 49.
ઍસિડ, બેઇઝ અને ક્ષાર વિશે સામાન્ય સમજૂતી આપો. ઉત્તર : ઍસિડ, બેઇઝ અને ક્ષાર કુદરતમાં વિશાળ પ્રાપ્તિસ્થાન ધરાવે છે.

HCl કે જે પાચક રસ તરીકે આપણા જઠર(હોજરી)માંથી સાવ થાય છે, જે નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં એટલે કે એક દિવસમાં 1.2થી 1.5L સ્રવે છે અને તે પાચનક્રિયા માટે આવશ્યક છે.
ઍસિટિક ઍસિડ સરકો(વિનેગર)માં મુખ્ય ઘટક તરીકે જાણીતો છે. લીંબુ અને નારંગીના જ્યુસમાં સાઇટ્રિક ઍસિડ અને ઍસ્કોર્બિક ઍસિડ હોય છે. આંબલીમાં ટાર્ટરિક ઍસિડ હોય છે.
ઍસિડ એટલે એવા પદાર્થો
1. જે સ્વાદમાં ખાટા હોય છે.
2. ભીના ભૂરા લિટમસપત્રને લાલ બનાવે છે.
3. બેઇઝ સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર અને પાણી બનાવે છે.
4. ધાતુ સાથે પ્રક્રિયા કરી કેટલાક સંજોગોમાં ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.
બેઇઝ એટલે એવા પદાર્થો
1. જે સ્વાદમાં કડવા હોય છે અને સ્પર્શે ચીકણા હોય છે.
2. ભીના લાલ લિટમસપત્રને ભૂરા બનાવે છે.
3. ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર અને પાણી બનાવે છે.
જો ઍસિડ અને બેઇઝને તેના યોગ્ય પ્રમાણમાં ભેગા કરવામાં આવે, તો એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા કરીને ક્ષાર આપે છે. દા. ત., સોડિયમ ક્લોરાઇડ (NaCl), બેરિયમ સલ્ફેટ (BaSO₄) અને સોડિયમ નાઇટ્રેટ (NaNO₃).

પ્રશ્ન 50.
આયનીકરણ અને વિયોજન વચ્ચેનો ભેદ સમજાવો.
ઉત્તર:
સોડિયમ ક્લોરાઇડ (સામાન્ય ક્ષાર) આપણા ખોરાકનો અગત્યનો ઘટક છે. તે HCl અને NaOH વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી બને છે.

તે ઘન અવસ્થામાં ધનભારવાળા સોડિયમ આયન અને ઋણભારવાળા ક્લોરાઇડ આયનોનાં ઝૂમખાં તરીકે હોય છે. તે આકૃતિ 7.9માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે એકબીજાથી વિરુદ્ધ ભારવાળી સ્પીસીઝની પારસ્પરિક ક્રિયાને કારણે ખુબ જ જકડાયેલા રહે છે. બંને (વિરુદ્ધ) ભાર વચ્ચેના સ્થિરવિદ્યુતીય બળો માધ્યમના ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંકના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
∵ F = \(\frac{\mathrm{Z}_1 \mathrm{Z}_2 \mathrm{e}^2}{\mathrm{Dr}^2}\)

પાણી, સાર્વત્રિક દ્રાવક છે અને 80 જેટલો ઊંચો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક ધરાવે છે. આમ, સોડિયમ ક્લોરાઇડ પાણીમાં ઓગળે ત્યારે સ્થિરવિદ્યુતીય પારસ્પરિક આકર્ષણો 80ના ગુણાંકમાં ઘટે છે અને આયનોને દ્રાવણમાં મુક્ત રીતે ગતિ કરવાની સગવડ કરી આપે છે. વળી તેઓ સારા પ્રમાણમાં એકબીજાથી ભિન્ન હોય છે. તેનું કારણ પાણીના અણુ સાથેનું જલીયકરણ છે.
હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ અને ઍસિટિક ઍસિડ ધ્રુવીય સહસંયોજક પદાર્થ છે. પાણીમાં HClને ઓગાળતાં તેનું સંપૂર્ણ આયનીકરણ થાય છે. જેમ કે,
HCl(g) + H₂O(l) →H₂O⁺(aq) + Cl^–(aq)
CH₃COOHનું અંશતઃ આયનીકરણ થાય છે. જેમ કે,
CH₃COOH(l) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + CH₃COO^–(aq)
પાણી સાથેની આ પ્રકારની પ્રક્રિયાને જલીયકરણ પ્રક્રિયા (Hydration) કહે છે.
પાણી સિવાયના દ્રાવક માટે જલીયકરણની પ્રક્રિયાને ‘દ્રાવક યોજન’ (સૉલ્વેશન) કહે છે.
વિયોજનમાં મૂળ પદાર્થમાં રહેલા ધનાયન અને ઋણાયન અલગ પડી વિયોજન દર્શાવે છે. જેમ કે,
Na⁺Cl(s) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) Na⁺(aq) + Cl^–(aq)
આયનીકરણમાં મૂળ પદાર્થ જલીય દ્રાવણમાં આયન સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. જેમ કે,
CH₃COOH(l) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^–(aq) + H₃O⁺(aq)
આયનીકરણ કેટલે અંશે થશે તેની માત્રા બંધની પ્રબળતા અને ઉત્પન્ન થયેલા આયનોના દ્રાવક યોજન પર આધાર રાખે છે.
આ પ્રકરણ માટે આપણે આ બંને પર્યાયોને સમાન અર્થમાં જ સ્વીકારીશું.

પ્રશ્ન 51.
આર્ટેનિયસનો ઍસિડ-બેઇઝ સિદ્ધાંત સમજાવો તથા તેની ખામીઓ જણાવો.
ઉત્તર:
આર્હોનિયસની સંકલ્પના પ્રમાણે “જે પદાર્થો પાણીમાં વિયોજન પામી હાઇડ્રોજન આયન (H⁺) આપે તેને ઍસિડ અને જે પદાર્થો પાણીમાં વિયોજન પામી હાઇડ્રૉક્સિલ આયન (OH^–) આપે તેને બેઇઝ કહેવામાં આવે છે.’’

ઍસિડ HX_(aq)નું આયનીકરણ નીચેનાં સમીકરણોથી રજૂ કરી શકાય :
HX(aq) → H⁺(aq) + X^–(aq)
અથવા
HX(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + X^–(aq)
સ્વતંત્ર (bare) પ્રોટોન H⁺ ખૂબ જ સક્રિય છે અને જલીય દ્રાવણમાં સ્વતંત્ર રીતે અસ્તિત્વ ધરાવી શકતો નથી. આથી તે દ્રાવક પાણીના ઑક્સિજન સાથે બંધ રચે છે, જેથી ત્રિકોણીય પિરામિડલ હાઇડ્રોનિયમ આયન મળે છે. H₃O⁺ {[H(H₂O)]⁺} આ પ્રકરણમાં આપણે H⁺(aq) અને H₃O⁺(aq)નો એકબીજાની બદલીમાં ઉપયોગ કરીશું અને એનો અર્થ જળયુક્ત પ્રોટોન છે.
એ જ પ્રમાણે MOH જેવો બેઇઝ અણુ જલીય દ્રાવણમાં નીચેના સમીકરણ પ્રમાણે આયનીકરણ પામે છે.
MOH(aq) → M⁺(aq) + OH^–(aq)
હાઇડ્રૉક્સિલ આયન પણ જલીય દ્રાવણમાં જળયુક્ત સ્વરૂપમાં હોય છે.
ખામીઓ : આ સંકલ્પનાની ખામીઓ નીચે પ્રમાણે છે :
1. H⁺ (પ્રોટોન) ખૂબ જ અસ્થાયી છે.
2. તે સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવી શકતો નથી.
3. તે તરત જ દ્રાવક(પાણી)ના અણુઓ સાથે સંયોજાય છે અને H₃O⁺ આયન આપે છે. આ ઉપરાંત કેટલાક બેઇઝમાં OH^– હોતો જ નથી. છતાં પણ બેઇઝના ગુણધર્મો બતાવે છે. જેમ કે, NH₃. તે જ પ્રમાણે BF₃ જેવાં સંયોજનો H⁺ ધરાવતા નથી, છતાં ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.
4. આ સંકલ્પના માત્ર જલીય દ્રાવણને લાગુ પાડી શકાય છે, કારણ કે NH₄Cl જેવો ક્ષાર પ્રવાહી NH₃ જેવા દ્રાવકમાં ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.

પ્રશ્ન 52.
હાઇડ્રોનિયમ અને હાઇડ્રૉક્સિલ આયનની સમજૂતી આપો.
ઉત્તર:
હાઇડ્રોનિયમ અને હાઇડ્રૉક્સિલ આયનો :
હાઇડ્રોજન આયન પોતે સ્વતંત્ર પ્રોટોન છે. તેનું કદ ઘણું નાનું (~10^-15 m ત્રિજ્યા) છે અને તીવ્ર વિદ્યુતીય ક્ષેત્ર ધરાવે છે. તેથી ઑક્સિજન પર મળતાં બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન જોડમાંની એકસાથે પોતે બંધન રચે છે અને H₃O⁺ આપે છે. આ સ્પીસીઝની ઘણાં સંયોજનોની ઘન અવસ્થામાં પરખ થયેલ છે (ઉદા., H₃O⁺Cl^–). જલીય દ્રાવણમાં હાઇડ્રોનિયમ આયન ફરી જળયુક્ત થાય છે અને H₅\(\mathrm{O}_2^{+}\) અને H₇\(\mathrm{O}_3^{+}\) અને H₉\(\mathrm{O}_4^{+}\) જેવી સ્પીસીઝ આપે છે. એ જ પ્રમાણે હાઇડ્રૉક્સિલ આયન પણ જળયુક્ત થાય છે અને H₃\(\mathrm{O}_2^{-}\), H₅\(\mathrm{O}_3^{-}\) અને H₇\(\mathrm{O}_4^{-}\) વગેરે કેટલીક સ્પીસીઝ આપે છે.

પ્રશ્ન 53.
ઍસિડ અને બેઇઝ અંગેની બ્રૉન્ટેડ-લૉરીની સંકલ્પના ઉદાહરણ સહિત વિસ્તૃત સમજાવો.
અથવા
સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝ સિદ્ધાંત યોગ્ય ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
અથવા
બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ-બેઇઝ સિદ્ધાંત (પ્રોટોન-સ્થાનાંતર સિદ્ધાંત) યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા સમજાવો.
ઉત્તર:
ડેનિશ રસાયણવૈજ્ઞાનિક જોહાનીસ બ્રૉન્સ્ટેડ અને અંગ્રેજ રસાયણવૈજ્ઞાનિક થૉમસ એમ. લૉરીએ ઍસિડ અને બેઇઝની સંકલ્પનાઓ રજૂ કરી.

તેમણે H⁺(પ્રોટોન)ને પાયો બનાવ્યો.
તેમની સંકલ્પના મુજબ, “જે પદાર્થ પ્રોટોન (H⁺) આપે અથવા તેનું દાન કરે તેને ઍસિડ અને જે પદાર્થ પ્રોટોન (H⁺) મેળવે અથવા સ્વીકાર કરે તેને બેઇઝ કહેવામાં આવે છે.’’
આમ, ઍસિડ પ્રોટોનદાતા છે અને બેઇઝ પ્રોટોનગ્રાહી કે પ્રોટોનયાચક છે. ઉદાહરણ તરીકે,

હાઇડ્રૉક્સિલ આયનની હાજરીને લીધે બેઝિક દ્રાવણ બને છે. આ પ્રક્રિયામાં પાણીના અણુ પ્રોટોનદાતા તરીકે વર્તે છે અને એમોનિયાનો અણુ પ્રોટોનગ્રાહી તરીકે વર્તે છે અને આમ તે અનુક્રમે બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ અને બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.

પ્રતિગામી પ્રક્રિયામાં NH₄⁺માંથી H⁺, OH^– તરફ હેરફેર પામે છે. આ કિસ્સામાં NH₄⁺બ્રૉન્સ્ટેડ ઍસિડ તરીકે જ્યારે OH^– બ્રૉન્સ્ટેડ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.
ઍસિડ-બેઇઝની જોડ જે માત્ર એક પ્રોટોનથી જ અલગ પડે છે, તેને સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝ જોડ કહે છે. આથી OH^– ને H₂Oનો સંયુગ્મ બેઇઝ કહે છે અને NH₄⁺ને NH₃નો સંયુગ્મ ઍસિડ કહે છે.
જો બ્રૉન્ટેડ ઍસિડ પ્રબળ હોય, તો તેનો સંયુગ્મ બેઇઝ નિર્બળ બેઇઝ હોય છે અને તેનાથી ઊલટું પણ (vice-versa). એ નોંધશો કે સંયુગ્મ ઍસિડને એક વધારાનો પ્રોટોન હોય છે અને બેઇઝને એક પ્રોટોન ઓછો હોય છે.

(2) હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડના પાણીમાં આયનીકરણનું ઉદાહરણ લઈએ. HCl(aq), H₂O જે બેઇઝ તરીકે વર્તે છે. તે પ્રોટોનનું દાન કરીને ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.

ઉપરના સમીકરણમાં જોઈ શકાશે કે પાણી બેઇઝ તરીકે વર્તે છે, કારણ કે તે પ્રોટોન સ્વીકારે છે. H₃O⁺ સ્પીસીઝ પાણી જ્યારે HClમાંથી પ્રોટોન સ્વીકારે છે ત્યારે બને છે. આથી Cl^–, HClનો સંયુગ્મ બેઇઝ બને છે અને HCl બેઇઝ Cl^–નો સંયુગ્મ ઍસિડ બને છે. એ જ પ્રમાણે H₂O, ઍસિડ H₃O⁺નો સંયુગ્મ બેઇઝ બને છે અને H₃O⁺, બેઇઝ H₂Oનો સંયુગ્મ ઍસિડ બને છે.

પાણી, ઍસિડ અને બેઇઝ એમ બંને પ્રકારનો ભાગ ભજવે છે. HCl સાથેની પ્રક્રિયાના કિસ્સામાં પાણી બેઇઝ તરીકે, જ્યારે એમોનિયા સાથેની પ્રક્રિયાના કિસ્સામાં ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.
આમ, બ્રૉન્ટેડ-લૉરી સંકલ્પના આર્હોનિયસની સંકલ્પના કરતાં વધારે વ્યાપક અને સ્વીકાર્ય જણાઈ.
ઍસિડ પ્રોટોન ગુમાવીને સંયુગ્મી બેઇઝ ઉત્પન્ન કરે છે અને બેઇઝ પ્રોટોન સ્વીકારીને સંયુગ્મી ઍસિડ ઉત્પન્ન કરે છે.

પ્રશ્ન 54.
નીચેના પ્રશ્નોના ઉત્તર આપો :
1. નીચેના બ્રૉફ્ટેડ ઍસિડ માટે સંયુગ્મ બેઇઝ શું હશે?
HF, H₂SO₄ અને \(\mathrm{HCO}_3^{-}\)
ઉત્તર:
સંયુગ્મ બેઇઝને દરેક કિસ્સા કરતાં એક પ્રોટોન ઓછો હોવો જોઈએ. તેથી અનુવર્તી સંયુગ્મ બેઇઝ અનુક્રમે
F^–, \(\mathrm{HCO}_4^{-}\) અને \(\mathrm{CO}_3^{2-}\) છે.

2. નીચેના બ્રૉફ્ટેડ બેઇઝ માટે સંયુગ્મ ઍસિડ લખો :
NH₂^–, NH₃ અને HCOO^–
ઉત્તર:
સંયુગ્મ ઍસિડને દરેક કિસ્સા કરતાં એક પ્રોટોન વધારે હોવો જોઈએ. તેથી અનુવર્તી સંયુગ્મ ઍસિડ અનુક્રમે NH₃, \(\mathrm{NH}_4^{+}\) અને HCOO છે.

3. સ્પીસીઝ H₂O, \(\mathrm{HCO}_3^{-}\), \(\mathrm{HCO}_4^{-}\) અને NH₃ બ્રૉન્સ્ટેડ ઍસિડ અને બેઇઝ બંને તરીકે વર્તી શકે છે. દરેક કિસ્સા માટે અનુરૂપ સંયુગ્મ ઍસિડ અને સંયુગ્મ બેઇઝ જણાવો.
ઉત્તર:

સ્પીસીઝ	સંયુગ્મ ઍસિડ	સંયુગ્મ બેઇઝ
H₂O	H₃O⁺	OH^–
\(\mathrm{HCO}_3^{-}\)	H₂CO₃	CO₃^2-
\(\mathrm{HCO}_4^{-}\)	H₂SO₄	SO₄^2-
NH₃	NH₄⁺	\(\mathrm{NH}_2^{-}\)

પ્રશ્ન 55.
સંયુગ્મી ઍસિડ-બેઇઝ અને સંયુગ્મી બેઇઝ-ઍસિડનાં ત્રણ-ત્રણ ઉદાહરણો લખો :
1. સંયુગ્મી ઍસિડ લખો :
H₂O, OH^–, HCO₃^–, HNO₃, SO₃^2-, PO₄^3-, HF
ઉત્તર:

આપેલો પદાર્થ	સંયુગ્મી ઍસિડ
H₂O	H₃O⁺
OH^–	H₂O
HCO₃^–	H₂CO₃
HNO₃	H₂NO₃⁺
SO₃^2-	HSO₃^–
PO₄^3-	HPO₄^2-
HF	H₂F⁺

[નોંધઃ સંયુગ્મી ઍસિડમાં બેઇઝ કરતાં એક H⁺ (પ્રોટોન) વધુ હોય છે.]

2. સંયુગ્મી બેઇઝ લખો : H₂SO₄, HBF₄, H₂PO₄^–, H₂O.
ઉત્તર:

આપેલો પદાર્થ	સંયુગ્મી બેઇઝ
H₂SO₄	HSO₄^–
HBF₄	BF₄^–
H₂PO₄^–	HPO₄^2-
H₂O	OH^–

[નોંધ : સંયુગ્મી બેઇઝમાં ઍસિડ કરતાં એક H⁺ (પ્રોટોન) ઓછો હોય છે.]

3. પ્રવાહી HFમાં HNO₃ની બેઇઝ તરીકેની પ્રક્રિયા લખો.
ઉત્તર:

પ્રશ્ન 56.
ઍસિડ અને બેઇઝ અંગેની લુઇસ સંકલ્પના સમજાવો.
અથવા
લુઇસ ઍસિડ અને બેઇઝ અંગેની સંકલ્પના સમજાવો.
ઉત્તર:
ઈ. સ. 1923માં જી. એન. લુઇસ નામના વૈજ્ઞાનિકે ઍસિડ અને બેઇઝ અંગેની સંકલ્પના રજૂ કરી હતી.

લુઇસ સિદ્ધાંત મુજબ “ઍસિડ એટલે એવો પદાર્થ કે જે ઇલેક્ટ્રૉન- યુગ્મ સ્વીકારે અને બેઇઝ એટલે એવો પદાર્થ કે જે ઇલેક્ટ્રૉન- યુગ્મનું દાન કરે.”
NH₃ને બેઇઝ અને BF₃ને ઍસિડ કહેવાય કે નહિ તેનું નિરાકરણ આ સંકલ્પનાથી મળી ગયું, જે નીચેની પ્રક્રિયાથી સ્પષ્ટ થાય છેઃ

આમ, BF₃ ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ સ્વીકારે છે, માટે તે ઍસિડ છે અને NH₃ ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મનું દાન કરે છે, માટે બેઇઝ છે. AlCl₃, BCl₃, CO₂, Co³⁺, Mg²⁺ જેવા ઇલેક્ટ્રૉનની ઊણપવાળા પદાર્થો કે આયનો ઍસિડ તરીકે વર્તશે અને H₂O, NH₃, OH^–, F^– જેવા પદાર્થો કે આયનો બેઇઝ તરીકે વર્તશે. તેમને અનુક્રમે લુઇસ ઍસિડ અને લુઇસ બેઇઝ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 57.
ઉદાહરણ આપી સમજાવો કે લુઇસ બેઇઝ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી બેઇઝ છે, પણ બધા લુઇસ ઍસિડ બ્રૉડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી.
અથવા
બધા જ બ્રૉન્ટેડ-લૉરી ઍસિડ એ લુઇસ ઍસિડ હોઈ શકે પણ બધા જ લુઇસ ઍસિડ એ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી. યોગ્ય ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
ઍસિડ અને બેઇઝની વ્યાખ્યાઓ સમજાવતા બે સિદ્ધાંત મહત્ત્વના છેઃ (1)બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી સિદ્ધાંત અને (2)લુઇસ સિદ્ધાંત. આ બંને સિદ્ધાંતોમાં સમાયેલી વ્યાખ્યાઓ પ્રમાણે બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી બેઇઝ અને લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તતા પદાર્થોની વચ્ચે તફાવત નથી. આ બંને સિદ્ધાંત અનુસાર : \(: \mathrm{OH}^{-}, \quad: \mathrm{Cl}^{-}, \quad: \mathrm{NH}_3, \quad \mathrm{H}_2 \ddot{\mathrm{O}}\) વગેરે બેઇઝ છે, કારણ કે તેઓ પ્રોટોનનો સ્વીકાર કરી શકે છે અને ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મના દાતા પણ છે. બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી સિદ્ધાંત અનુસાર ઍસિડ પાસે મુક્ત થઈ શકે તેવું હાઇડ્રોજન આયન હોવું જરૂરી છે. પરિણામે બ્રૉન્ટેડ-લૉરી ઍસિડ લુઇસ ઍસિડ હોઈ શકે, પરંતુ બધા લુઇસ ઍસિડ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી. દા. ત., BF₃ અને CO₂ લુઇસ ઍસિડ છે, પરંતુ તેમની પાસે મુક્ત થઈ શકે તેવો પ્રોટોન નથી. પરિણામે તેઓ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ તરીકે વર્તી શકતા નથી. તેમની લુઇસ ઍસિડ તરીકેની પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે છે :

ટૂંકમાં, લુઇસ બેઇઝ બ્રૉન્ટેડ-લૉરી બેઇઝ છે, પણ બધા લુઇસ ઍસિડ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી.

પ્રશ્ન 58.
નીચેના પ્રશ્નોના ઉત્તર આપોઃ
1. નીચેની સ્પીસીઝને લુઇસ ઍસિડ અને લુઇસ બેઇઝમાં વર્ગીકૃત કરો અને દર્શાવો કે તે કેવી રીતે વર્તે છે?
(a) HO^– (b) F (c) H⁺ (d) BCl₃
ઉકેલ:
(a) હાઇડ્રૉક્સિલ આયન લુઇસ બેઇઝ છે, કારણ કે તે અબંધકા૨ક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ(:OH^–)નું દાન કરી શકે છે.

(b) ફ્લોરાઇડ આયન લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે, કારણ કે તે ચારમાંથી કોઈ પણ એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મોનું દાન કરી શકે છે.

(c) પ્રોટોન લુઇસ ઍસિડ છે, કારણ કે તે અબંધકા૨ક ઇલેક્ટ્રૉન- યુગ્મ ધરાવતા હાઇડ્રૉક્સિલ આયન અને ફ્લોરાઇડ આયન જેવા બેઇઝમાંથી અબંધકા૨ક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ મેળવી શકે છે.

(d) BCl₃ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે, કારણ કે તે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ એમોનિયા અથવા એમાઇન જેવા અણુમાંથી સ્વીકારી શકે છે.

2. નીચેના પદાર્થોનું લુઇસ ઍસિડ અને લુઇસ બેઇઝમાં વર્ગીકરણ કરોઃ
NO₂⁺, BF₃, H₂O, NH₃, R-NH₂, Cl^–, C₂H₅OH અને Cu²⁺.
ઉત્તર:
આપેલા પદાર્થોનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે છે :
લુઇસ ઍસિડ : NO₂⁺, BF₃ અને Cu²⁺
લુઇસ બેઇઝ : H₂O, NH₃, R-NH₂, Cl^– અને C₂H₅OH

પ્રશ્ન 59.
ઍસિડ અને બેઇઝનું આયનીકરણ સમજાવો.
ઉત્તર:
ઍસિડ અને બેઇઝના આયનીકરણને સમજવા આર્હોનિયસની ઍસિડ અને બેઇઝ અંગેની સંકલ્પના ઉપયોગી છે, કારણ કે મોટા ભાગે રાસાયણિક અને જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ જલીય માધ્યમમાં આયનીકરણ પામે છે.

HCl, HNO₃, HBr, HI, H₂SO₄ અને HClO₄ (૫૨-ક્લોરિક ઍસિડ) જેવા ઍસિડને પ્રબળ ઍસિડ ગણવામાં આવે છે, કારણ કે જલીય દ્રાવણમાં તેમનું સંપૂર્ણ આયનીકરણ થયેલું હોય છે. જેથી તેઓ પ્રોટોનદાતા તરીકે વર્તે છે.

LiOH, NaOH, KOH, CsOH અને Ba(OH)₂ જેવા બેઇઝને પ્રબળ બેઇઝ ગણવામાં આવે છે, કારણ કે જલીય દ્રાવણમાં તેમનું સંપૂર્ણ આયનીકરણ થયેલું હોય છે અને OH^– આયનો માધ્યમમાં આપે છે.

આયનીકરણની માત્રા ઍસિડ અથવા બેઇઝની પ્રબળતા નક્કી કરે છે.

બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરીના મત મુજબ પ્રોટોન દાન કરવા કે સ્વીકારવાની માત્રા પર તેમને પ્રબળ અથવા નિર્બળ ઍસિડ કે બેઇઝ તરીકે સ્વીકારવામાં આવે છે.

નિર્બળ ઍસિડ HAના ઍસિડ-બેઇઝ વિયોજન સંતુલનને ધ્યાનમાં લઈએ.

ઍસિડ(અથવા બેઇઝ)નું વિયોજન સંતુલન ગતિશીલ છે, જેમાં પ્રોટોનની હેરફેર પુરોગામી અને પ્રતિગામી દિશામાં થયા કરે છે. ઉપરોક્ત ઍસિડ-વિયોજન સંતુલનમાં HA ઍસિડ H₃O⁺ ઍસિડ કરતાં વધારે પ્રબળ છે, કારણ કે HA પ્રોટોનનું દાન કરશે અને H₃O⁺ કરી શકશે નહિ. તેથી દ્રાવણમાં મુખ્યત્વે A^– અને H₃O⁺ આયનો હશે. સંતુલન નિર્બળ ઍસિડની રચના અને નિર્બળ બેઇઝની રચનાની દિશામાં ખસશે, કારણ કે પ્રબળ ઍસિડ પ્રબળ બેઇઝને પ્રોટોનનું દાન કરશે.

પ્રબળ ઍસિડ પાણીમાં સંપૂર્ણપણે વિયોજિત થાય છે અને પરિણામે બનતો બેઇઝ વધુ નિર્બળ હોય છે. એટલે કે પ્રબળ ઍસિડને વધુ નિર્બળ સંયુગ્મ બેઇઝ હોય છે. પરક્લોરિક ઍસિડ (HClO₄), હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ (HCl), હાઇડ્રોબ્રોમિક ઍસિડ (HBr), હાઇડ્રોઆયોડિક ઍસિડ (HI), નાઇટ્રિક ઍસિડ (HNO₃) અને સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ (H₂SO₄) નિર્બળ સંયુગ્મ બેઇઝ આયનો અનુક્રમે ClO₄^–, Cl^–, Br^–, l^–, NO₃^– અને HSO₄^– આપે છે. જે પાણી કરતાં પણ વધારે નિર્બળ બેઇઝ છે. એ જ પ્રમાણે પ્રબળ બેઇઝ ઍસિડ નિર્બળ સંયુગ્મ ઍસિડ આપશે. બીજી તરફ નિર્બળ ઍસિડ ધારો કે HA આંશિક વિયોજિત થાય છે, તો તે મુખ્યત્વે અવિયોજિત HA અણુ ધરાવશે. જાણીતા નિર્બળ ઍસિડમાં નાઇટ્રસ ઍસિડ (HNO₂), હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ (HF) અને ઍસિટિક ઍસિડ (CH₃COOH) છે. એ નોંધવું જોઈએ કે, નિર્બળ ઍસિડને ઘણા પ્રબળ સંયુગ્મ બેઇઝ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે NH₂^–, O^2- અને H^– ઘણા સારા પ્રોટોનગ્રાહી છે અને આમ પાણી કરતાં વધારે પ્રબળ બેઇઝ હોય છે.

કેટલાક દ્રાવ્ય કાર્બનિક પદાર્થો જેવાં કે ફિનોલ્ફથેલીન અને બ્રોમોથાયમોલ પાણીમાં નિર્બળ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે અને તેઓ તેમના ઍસિડ સ્વરૂપ [HIn]માં અને સંયુગ્મ બેઇઝ [In^–] સ્વરૂપમાં જુદા જુદા રંગ દર્શાવે છે.

આવા પદાર્થો ઍસિડ-બેઇઝ અનુમાપનમાં અને H⁺ આયનની સાંદ્રતા શોધવામાં ઉપયોગી સૂચકો છે.

પ્રશ્ન 60.
પાણીના આયનીય ગુણાકારનું સૂત્ર ઉપજાવો.
અથવા
પાણીનો આયનીય ગુણાકાર એટલે શું? તેનું સમીકરણ તારવો.
ઉત્તર:
પાણી ઉભયગુણધર્મી ઑક્સાઇડ છે.

તેમાં ઍસિડ ઉમેરતાં તે પ્રોટોન સ્વીકારી બેઇઝ બને છે.
તેમાં બેઇઝ ઉમેરતાં તે પ્રોટોનનું દાન કરી ઍસિડ બને છે.
પાણીના બે અણુ જ્યારે પ્રક્રિયા કરે છે, ત્યારે એક અણુ પ્રોટોન આપે છે અને બીજો અણુ પ્રોટોન સ્વીકારે છે અને સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.

આ પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક,
K_a = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}\)
જ્યાં, K_a = ઍસિડનો વિયોજન અચળાંક
શુદ્ધ પાણીની ઘનતા 1000 gL^-1 છે અને તેનું મોલ૨ દળ 18.0 gmol^-1 છે. આથી શુદ્ધ પાણીની મોલારિટી નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
[H₂O] = 1000 g L^-1) (1 mol 18.0 g) = 55.55 M
પાણીની સાંદ્રતા(55.55 M)માં ખાસ ફેર પડતો નથી, કારણ કે H₂O નિર્બળ ઍસિડ છે. આમ, [H₂O]ને અચળ ગણવામાં આવે છે. આથી K_a × [H₂O]² = [H₃O⁺][OH^–].
∴ K_w = [H₃O⁺][OH^–]
જ્યાં, K_w = પાણીનો આયનીય ગુણાકાર
પાણી તટસ્થ છે, કારણ કે તેમાં [H₃O⁺] = [OH^–] = 1 × 10^-7 M
હવે, K_w = [H₃O⁺][OH^–]
= (10^-7) (10^-7)
= 10^-14M², જે અચળ છે.
સંતુલન અચળાંક જે-તે તાપમાને અચળ રહેતો હોવાથી K_w નું મૂલ્ય પણ નિયત તાપમાને અચળ રહેશે. જેમ કે, 298K તાપમાને તેનું મૂલ્ય 1 × 10^-14 છે.
વિયોજિત અને અવિયોજિત પાણીની સાંદ્રતાનો ગુણોત્તર શોધીએ, તો \(\frac{10^{-7}}{55.55}\) = 1.8 × 10^-9 ≅ 2 × 10^-9થશે. તેથી સંતુલન ડાબી
બાજુ રહેશે એટલે કે પાણીમાં અવિયોજિત અણુની સંખ્યા અથવા સાંદ્રતા વધુ રહેશે.
ઉપરના અભ્યાસ પરથી ત્રણ પરિસ્થિતિઓ સંભવી શકે:
1. [H₃O⁺] > [OH^–] એટલે કે દ્રાવણમાં [H₃O⁺]ની સાંદ્રતા વધારે માટે દ્રાવણ ઍસિડિક રહેશે.
2. [H₃O⁺] < [OH^–] એટલે કે દ્રાવણમાં [OH^–]ની સાંદ્રતા વધારે રહેશે માટે દ્રાવણ બેઝિક રહેશે.
3. [H₃O⁺] = [OH^–] એટલે કે દ્રાવણમાં બંનેની [H₃O⁺] અને [OH^–] સાંદ્રતા સરખી થવાથી દ્રાવણ તટસ્થ રહેશે.

પ્રશ્ન 61.
ટૂંક નોંધ લખો : pH માપક્રમ
ઉત્તર:
જલીય દ્રાવણમાં હાઇડ્રોનિયમ આયનની મોલારિટી સાંદ્રતાને વધારે અનુકૂળતાથી લઘુગણકીય મૂલ્ય દ્વારા દર્શાવવાના માપક્રમને pH માપક્રમ કહે છે.

વ્યાખ્યા : જલીય દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન આયનની સક્રિયતા (aH⁺)નો 10ના આધારના ઋણ લઘુગુણકને pH કહે છે.
∴ pH = – log [aH⁺]
= – log {H⁺}
∴ [H⁺] = 10^-PH
અહીં, સક્રિયતાની માત્રા H⁺ વડે દર્શાવાતી માત્રા જેટલી જ હોય છે.
ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર પ્રમાણે સાંદ્રતાને બદલે સક્રિયતા વધુ યોગ્ય શબ્દ છે, પરંતુ મંદ દ્રાવણોમાં સક્રિયતા અને સાંદ્રતા સમાન ગણી શકાય.
[H₃O⁺] = 10^-7M સાંદ્રતા ધરાવતું દ્રાવણ તટસ્થ હોય છે.
તેથી pH = – log₁₀[H₃O⁺]
= – log(10^-7)
= 7
અને ઍસિડિક દ્રાવણ [H₃O⁺]>10^-7M માટે pH < 7 તે જ પ્રમાણે બેઝિક દ્રાવણ [H₃O⁺]< 10^-7M માટે pH > 7
આથી લખી શકાય કે,
pH < 7 દ્રાવણ ઍસિડિક pH > 7 દ્રાવણ બેઝિક
pH = 7 દ્રાવણ તટસ્થ
K_w = [H₃O⁺][OH^–] મૂલ્યો મૂકતાં,
K_w = 10^-7)(10^-7) = (10^-14)
– logK_w = – log(10^-14)
∴ PK_w = 14
∴ pH + pOH = pK_w
= 14
અહીં, K એ તાપમાનના ફેરફાર સાથે બદલાય છે.

* દ્રાવણની pHનું માપન :
દ્રાવણની pHનું માપન આવશ્યક છે, કારણ કે જ્યારે જૈવરાસાયણિક કે સૌંદર્ય પ્રસાધન પદાર્થો સાથે કાર્ય કરીએ ત્યારે તેની જાણકારી જરૂરી બને છે. દ્રાવણની અંદાજિત pH, pH પેપરની મદદથી નક્કી કરી શકાય. pH પેપર પર જુદા જુદા pHને અનુસાર જુદા જુદા રંગ દર્શાવે છે. હવે ચાર પટ્ટીઓવાળા pH પેપર મળે છે. જુદી જુદી પટ્ટીને જુદા જુદા રંગ હોય છે. (આકૃતિ 7.10). 1 – 14ના ગાળામાં pHનું મૂલ્ય ~ 0.5ની ચોકસાઈ સાથે pH પેપ૨ વાપરીને નક્કી કરી શકીએ છીએ.

વધારે ચોકસાઈ માટે pH મીટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. pH મીટર એક એવું સાધન છે, જે પરખ માટેના દ્રાવણની pH 0.001 પરિશુદ્ધતા સાથે નક્કી કરવા pH આધારિત વિદ્યુતીય પોટૅન્શિયલ હોય છે. હવે બજારમાં લખવાની પેનના માપના pH મીટર પ્રાપ્ય છે. કેટલાક સામાન્ય પદાર્થોની pH કોષ્ટક 7.4માં દર્શાવેલ છે.
કોષ્ટક 7.4 : કેટલાક સામાન્ય પદાર્થોની pH

પ્રશ્ન 62.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. એક ઠંડા પીણાના નમૂનામાં હાઇડ્રોજન આયનની સાંદ્રતા 3.8 × 10^-3M છે. તેની pH કેટલી હશે?
ઉકેલઃ
pH = – log [3.8 × 10^-3]
= – {log [3.8] + log [10^-3]}
= {(0.58) + (- 3.0)}
= – {- 2.42} = 2.42
આથી ઠંડા પીણાની pH 2.42 થશે. તેથી તે ઍસિડિક છે.

2. 1.0 × 10^-8 M HClની pH ગણો.
ઉકેલ:
2H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + OH^–(aq)
K_w = [OH^–] [H₃O⁺]
= 10^-14
ધારો કે, x= [OH^–] = [H₃O⁺] (H₂Oમાંથી). H₃O⁺
સાંદ્રતા (i) ઓગાળેલા HClના આયનીકરણથી એટલે કે
HCl(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + Cl^–(aq) અને
(ii) H₂Oના આયનીકરણમાંથી. આ ઘણાં મંદ દ્રાવણોમાં H₃O⁺ની સાંદ્રતાના બંને સ્રોતોને ગણતરીમાં લેવા જોઈએ. [H₃O⁺] = 10^-8 + x
K_w = (10^-8 + x) (x) = 10^-14
અથવા x² + 10^-8 x – 10^-14 = 0
[OH^–] = x = 9.5 × 10^-8
આથી pOH = 7.02 અને pH = 6.98

પ્રશ્ન 63.
નિર્બળ ઍસિડના વિયોજન અચળાંકનું સૂત્ર ઉપજાવો. ઉત્તર : નિર્બળ મૉનોબેઝિક ઍસિડ(HX)નું જલીય દ્રાવણમાં અંશતઃ આયનીકરણ થવાથી નીચે પ્રમાણે સંતુલન પ્રાપ્ત થાય છે :
HX(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + X^– (aq)
ધારો કે, ઍસિડ(HX)ની પ્રારંભિક સાંદ્રતા C M અને આયનીકરણ અંશ (α) હોય, તો નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :

K_e = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{X}^{-}\right]}{[\mathrm{HA}]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}=\frac{(\mathrm{c} \alpha)(\mathrm{c} \alpha)}{(1-\alpha) \mathrm{C} \times\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}\)
[H₂O] અચળ સ્વીકારવામાં આવે છે. તેથી
K_e[H₂O] = \(\frac{(\cos )(\mathrm{c} \alpha)}{(1-\alpha) \mathrm{C}}\)
∴ K_a = \(\frac{c \alpha^2}{(1-\alpha)}\)
(∵ K_e [H₂O] = K_a લેતાં)
જ્યાં, K_a = ઍસિડ(HX)નો આયનીકરણ અથવા વિયોજન અચળાંક

કોઈ પણ મૉનોબેઝિક નિર્બળ ઍસિડ માટે સંતુલન અચળાંક નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_a = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{X}^{-}\right]}{[\mathrm{HX}]}\)
∴ pK_a – log K_a
K_aનાં મૂલ્યો [H₃O⁺] પર આધાર રાખતાં હોઈ ઓછા નિર્બળ કે વધુ નિર્બળ ઍસિડની જુદી જુદી [H₃O⁺]ને લીધે K_aનાં મૂલ્યો જુદાં જુદાં હશે.
જેમ K_aનું મૂલ્ય જેટલું ઓછું તેટલો વધુ નિર્બળ ઍસિડ અને K_a નું મૂલ્ય જેટલું વધારે તેટલો ઓછો નિર્બળ ઍસિડ હોય છે.
કોઈ પણ નિશ્ચિત તાપમાને K_a નું મૂલ્ય નિશ્ચિત હોય છે.
K_a પરિમાણ રહિત રાશિ છે.
કેટલાક પસંદ કરેલા નિર્બળ ઍસિડના આયનીકરણ અચળાંક કોષ્ટક 7.5માં દર્શાવ્યા છે.
કોષ્ટક 7.5 : કેટલાક પસંદ કરેલા નિર્બળ ઍસિડના આયનીકરણ અચળાંક (298 K તાપમાને)

ઍસિડ	આયનીકરણ અચળાંક K_a
હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ (HF)	3.5 × 10^-4
નાઇટ્સ ઍસિડ (HNO₂)	4.5 × 10^-4
ફૉર્મિક ઍસિડ (HCOOH)	1.8 × 10^-4
નિયાસીન (C₅H₄NCOOH)	1.5 × 10^-5
ઍસિટિક ઍસિડ (CH₃COOH)	1.74 × 10⁵
બેન્ઝોઇક ઍસિડ (C₆H₅COOH)	6.5 × 10^-5
હાઇપોક્લોરસ ઍસિડ (HClO)	3.0 × 10^-8
હાઇડ્રોસાયનિક ઍસિડ (HCN)	4.9 × 10^-10
ફિનોલ (C₆H₅OH)	1.3 × 10^-10

પ્રશ્ન 64.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય(ઍસિડ)ના જલીય દ્રાવણની pHના મૂલ્યાંકન માટે તબક્કાઓ જણાવો.
ઉત્તર:
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યની pHના મૂલ્યાંકન માટે સામાન્ય તબક્કાવાર અભિગમ (approach) નીચે મુજબ છે :

તબક્કો 1 : વિયોજન પહેલાંની હાજર સ્પીસીઝને બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ / બેઇઝ તરીકે ઓળખો.

તબક્કો 2 : શક્ય બધી જ પ્રક્રિયાઓ માટે સંતુલિત સમીકરણ એટલે કે ઍસિડ અને બેઇઝ બંને તરીકે વર્તતી સ્પીસીઝ લખો.

તબક્કો 3 : ઊંચા K_aવાળી પ્રક્રિયાને પ્રાથમિક પ્રક્રિયા તરીકે જ્યારે બીજી પ્રક્રિયાઓને ગૌણ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવી જોઈએ.

તબક્કો 4 : પ્રાથમિક પ્રક્રિયામાંથી દરેક સ્પીસીઝ માટે નીચેનાં મૂલ્યોની કોષ્ટક સ્વરૂપમાં યાદી બનાવીએ :
(a) પ્રારંભિક સાંદ્રતા, c
(b) સંતુલન તરફ આગળ વધતી પ્રક્રિયામાં સાંદ્રતા ફેરફાર આયનીકરણ અંશ α ના પર્યાયોમાં દર્શાવીએ.
(c) સંતુલન સાંદ્રતા

તબક્કો 5 : મુખ્ય પ્રક્રિયા માટેના સંતુલન અચળાંક સમીકરણમાં સંતુલન સાંદ્રતાઓ મૂકી અને α માટે ઉકેલ મેળવીએ.

તબક્કો 6 : મુખ્ય પ્રક્રિયામાં સ્પીસીઝની સાંદ્રતા ગણો.

તબક્કો 7 : pH = – log [H₃O⁺] ગણો.

પ્રશ્ન 65.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. HFનો આયનીકરણ અચળાંક 3.2 × 10^-4 છે. HFનો તેના 0.02 Mદ્રાવણમાં વિયોજન અંશ ગણો. દ્રાવણમાં હાજર બધી જ સ્પીસીઝ (H₃O⁺, F^– અને HF)ની સાંદ્રતા અને તેની pH ગણો.
ઉકેલઃ
નીચેની પ્રોટોન ફેરબદલી પ્રક્રિયાઓ શક્ય છે :
(1) HF + H₂O \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺ + F^–K_a = 3.2 × 10^-4
(2) H₂O + H₂O \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺ + OH^– K_w = 1.0 × 10^-14
K_a >> K_w માટે પ્રક્રિયા (1) મુખ્ય પ્રક્રિયા છે.

મુખ્ય પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંકમાં સંતુલન સાંદ્રતાનાં મૂલ્યો
K_a = Cα² /1 – α
= 0.02 α² / (1 – α) = 3.2 × 10^-4
આ દ્વિઘાત સમીકરણનો ઉકેલ શોધી શકાય અને તેના બે મૂળ-(ઉકેલ)નાં મૂલ્યો થશે,
α = + 0.12 અને – 0.12
ઋણ ઉકેલ સ્વીકાર્ય નથી અને તેથી α = 0.12
આનો અર્થ એમ થાય છે કે આયનીકરણ અંશ α = 0.12,
પછી બીજી સ્પીસીઝ જેવી કે (HF, F^– અને H₃O⁺)ની સંતુલન સાંદ્રતા નીચે પ્રમાણે આપી શકાશે :
[H₃O⁺] = [F^–] = cα = 0.02 × 0.12
= 2.4 × 10^-3 M
[HF] c [1 – α] = 0.02 (1 – 0.12)
= 17.6 × 10^-3 M
pH = – log [H⁺] = – log (2.4 × 10^-3) = 2.62
અથવા
K_a = \(\frac{\alpha^2 \mathrm{c}}{1-\alpha}\)
∴ 3.2 × 10^-4 = \(\frac{\alpha^2 \times 0.02}{1-\alpha}\)
∴ α² = \(\frac{3.2 \times 10^{-4}}{0.02}\) (∴ 1 – αને અવગણતાં)
∴ α² = 1.6 × 10^-2
∴ α = 0.12
હવે, [H₃O⁺] = [F^–] = ac = 0.02 × 0.12
= 2.4 × 10^-3M

2. 0.1 M મૉનોબેઝિક ઍસિડની pH 4.50 છે. સ્પીસીઝ H⁺, A^– અને HAની સંતુલને સાંદ્રતા ગણો. વળી, મૉનોબેઝિક ઍસિડનો K_a અને pK_aનાં મૂલ્યો નક્કી કરો.
ઉકેલઃ
pH = – log [H⁺]
માટે [H⁺] = 10^-pH = 10^-4.50 = 3.16 × 10^-5 M
[H⁺] = [latex]\bar{A}[/latex] = 3.16 × 10^-5
હવે, K_a = [H⁺] [A^–] / [HA]
[HA]_aq = 0.1 – (3.16 × 10^-5) ≈ 0.1
K_a = (3.16 × 10^-5)² / 0.1 = 1.0 × 10^-8
pK_a = – log (10^-8) = 8

3. 0.08 M હાયપોક્લોરસ ઍસિડ(HOCl)ના દ્રાવણની pH ગણો. ઍસિડનો આયનીકરણ અચળાંક 2.5 × 10^-5 છે. HOClનું ટકામાં વિયોજન ગણો.
ઉકેલઃ

K_a = [H₃O⁺] [ClO^–]/[HOCl]
= x² / (0.08 – x)
x << 0.08 હોવાથી 0.08 – x ≈ 0.08
x² / 0.08 = 2.5 × 10^-5
x² = 2.0 × 10^-6 અને x = 1.41 × 10^-3
[H⁺] = 1.41 × 10^-3M
હવે, pH = – log (1.41 × 10^-3) = 2.85
માટે % વિયોજન
=
= 1.41 × 10^-3 × 10^-3 / 0.08 = 1.76%

પ્રશ્ન 66.
મૉનોઍસિડિક બેઇઝ માટે આયનીકરણ અચળાંકનું સૂત્ર ઉપજાવો.
અથવા
નિર્બળ બેઇઝના વિયોજન અચળાંકનું સૂત્ર ઉપજાવો.
ઉત્તર:
મૉનોઍસિડિક બેઇઝ(MOH)નું જલીય દ્રાવણમાં આયનીકરણ નીચે મુજબ થશેઃ
MOH(aq) + H₂O \(\rightleftharpoons\) M⁺(aq) + OH^–(aq)

બેઇઝ નિર્બળ હોવાથી અંશતઃ અથવા અપૂર્ણ આયનીકરણ થશે, માટે સંતુલન પ્રાપ્ત થશે. તેને નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાયઃ
K_e = \(\frac{\left[\mathrm{M}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{[\mathrm{MOH}]\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]}\)
∴ K_e × [H₂O] = \(\frac{\left[\mathrm{M}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{[\mathrm{MOH}]}\)
∴ K_b = \(\frac{\left[\mathrm{M}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{[\mathrm{MOH}]}\)
જ્યાં, K_b એ મૉનોઍસિડિક નિર્બળ બેઇઝનો આયનીકરણ અચળાંક અથવા વિયોજન અચળાંક છે.
જો નિર્બળ બેઇઝની પ્રારંભિક સાંદ્રતા જાણતા હોઈએ, તો અને આયનીકરણ અંશ જાણતા હોઈએ, તો K_bનું મૂલ્ય શોધી શકાય.
વૈકલ્પિક રીતે જો, C = બેઇઝની પ્રારંભિક સાંદ્રતા અને α = બેઇઝનો આયનીકરણ અંશ એટલે કે બેઇઝ કેટલી માત્રામાં આયનીકરણ પામે છે, જ્યારે સંતુલન પ્રાપ્ત થાય છે ત્યારે. સંતુલન અચળાંક નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :
K_b = (Cα)² / C(1 – α) = Cα² / (1 – α)
કેટલાક પસંદ કરેલા નિર્બળ બેઇઝના આયનીકરણ અચળાંક K_b કોષ્ટક 7.6માં દર્શાવેલ છે.
કોષ્ટક 7.6 : કેટલાક નિર્બળ બેઇઝના આયનીકરણ અચળાંકનાં મૂલ્યો 298 K તાપમાને

બેઇઝ	K_b
ડાયમિથાઇલ એમાઇન (CH₃)₂NH	5.4 × 10^-4
ટ્રાઇઇથાઇલ એમાઇન (C₂H₅)₃N	6.45 × 10^-5
એમોનિયા NH₃ અથવા NH₄OH	1.77 × 10^-5
ક્વિનાઇન (એક વૃક્ષ નીપજ)	1.10 × 10^-6
પિરિડીનC₅H₅N	1.77 × 10^-9
એનિલીનC₆H₅NH₂	4.27 × 10^-10
યૂરિયા CO(NH₂)₂	1.3 × 10^-14

ઘણાં કાર્બનિક સંયોજનો જેવાં કે એમાઇન નિર્બળ બેઇઝ છે. એમાઇન એમોનિયાની વ્યુત્પત્તિ છે, જેમાં એક અથવા વધુ હાઇડ્રોજન પરમાણુ બીજા સમૂહથી વિસ્થાપિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, મિથાઇલ એમાઇન, કોડીન, ક્વિનાઇન અને નિકોટીન બધા જ વધુ નિર્બળ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે, કારણ કે તેમના K_bનાં મૂલ્યો ઘણાં નીચાં (ઓછાં) છે. એમોનિયા જલીય દ્રાવણમાં OH^– ઉત્પન્ન કરે છે.
NH₃(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺(aq) + OH^–(aq) pK_b = – log (K_b)

પ્રશ્ન 67.
નિર્બળ બેઇઝ એનિલીનના જલીય દ્રાવણમાં આયનીકરણ અચળાંક સાથે મૂળ સાંદ્રતા તથા OH^– ની સાંદ્રતા વચ્ચેનો સંબંધ તારવો.
ઉત્તર:

હવે, પાણીની સાંદ્રતા અચળ હોવાથી તેને K_e સાથે ગુણી તેના બરાબર નવો સંતુલન અચળાંક K_b તથા [C₆H₅NH₃⁺] = [OH^–] લેતાં,
K_b = \(\frac{\left[\mathrm{OH}^{-}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\mathrm{c}_{\mathrm{o}}}\)
= \(\frac{\left[\mathrm{OH}^{-}\right]^2}{c_o}\)
∴ [OH^–] = \(\sqrt{\mathrm{K}_{\mathrm{b}} \cdot \mathrm{c}_{\mathrm{o}}}\)

પ્રશ્ન 68.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 0.004 M હાઇડ્રેઝિનના દ્રાવણની pH 9.7 છે. તેનો આયનીકરણ અચળાંક K_b અને pK_b ગણો.
ઉકેલ:
NH₂NH₂(aq) + H₂O \(\rightleftharpoons\)NH₂NH₃⁺(aq) + OH^–(aq)
pH પરથી આપણે હાઇડ્રોજન આયનની સાંદ્રતા ગણી શકીએ. હાઇડ્રોજન આયનની સાંદ્રતા જાણીને અને પાણીના આયનીય ગુણાકારનો ઉપયોગ કરી હાઇડ્રૉક્સિલ આયનની સાંદ્રતા ગણી શકીએ.
[H⁺] = antilog (- pH)
= antilog (- 9.7) = 1.995 × 10^-10 M
[OH^–] = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\left[\mathrm{H}^{+}\right]}=\frac{1 \times 10^{-14}}{1.995 \times 10^{-10}}\) = 5.012 × 10^-5 M
તેને અનુરૂપ હાઇડ્રોઝીનિયમ આયનની સાંદ્રતા હાઇડ્રૉક્સિલ આયનની સાંદ્રતા જેટલી થશે. આ બંને આયનોની સાંદ્રતા ઘણી ઓછી હોઈ અવિયોજિત બેઇઝની સાંદ્રતા બરાબર 0.004 M લઈ શકાય.
આમ,
K_b = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_2 \mathrm{NH}_3{ }^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\left[\mathrm{NH}_2 \mathrm{NH}_2\right]}=\frac{\left[\mathrm{OH}^{-}\right]^2}{\mathrm{Co}}\)
= \(\frac{\left(5.012 \times 10^{-5}\right)^2}{0.004}\) = 6.28 × 10^-7
pK_b = – log K_b = – log (6.28 × 10^-7) = 6.202

2. 0.2 M NH₄Cl અને 0.1 M NH₃ ધરાવતા દ્રાવણની PH ગણો. એમોનિયાના દ્રાવણ માટે pK_b = 4.75 છે.
ઉકેલ:

K_bનું મૂલ્ય ઓછું છે. તેથી ને 0.1 M અને 0.2 Mની સરખામણીમાં અવગણી x શોધતાં,
x = [OH^–] = 0.88 × 10^-5 M મળે.
હવે K_w = [H⁺] [OH^–] મુજબ
[H⁺] = 1.136 × 10^-9 M થાય.
હવે, pH = – log [H⁺] = 8.446

પ્રશ્ન 69.
K_a અને K_b વચ્ચેનો સંબંધ મેળવો.
ઉત્તર:
K_a અને K_bનાં મૂલ્યો અનુક્રમે ઍસિડ અને બેઇઝની પ્રબળતા દર્શાવે છે.
સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝના સંદર્ભમાં દરેક ઍસિડનો સંયુગ્મ બેઇઝ અને દરેક બેઇઝનો સંયુગ્મ ઍસિડ હોય છે.

પ્રશ્ન 70.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 0.05 M એમોનિયાના દ્રાવણનો આયનીકરણ અંશ અને pH શોધો. એમોનિયાનો આયનીકરણ અચળાંક 1.77 × 10^-5 છે. વળી, એમોનિયાના સંયુગ્મ ઍસિડનો આયનીકરણ અચળાંક પણ ગણો.
ઉકેલ:
એમોનિયાનું પાણીમાં આયનીકરણ નીચેના સમીકરણથી દર્શાવી શકાય :
NH₃(g) + H₂O \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)
આપણે હાઇડ્રૉક્સિલ આયનની સાંદ્રતા ગણવા સમીકરણનો ઉપયોગ કરીએ.
[OH^–] = cα = 0.05α
K_b = \(\frac{0.05 \alpha^2}{(1-\alpha)}\)
1 ની સાપેક્ષ α ને અવગણતાં
K_b = 0.05α²
∴ α² = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{b}}}{0.05}\) ∴ α = \(\sqrt{\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{b}}}{0.05}}\) ∴ α = \(\sqrt{\frac{1.77 \times 10^{-5}}{0.05}}\)
હવે, [OH^–] = cα = 0.05 × 0.018 9.4 × 10^-4 M
[H⁺] = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}=\frac{10^{-14}}{\left(9.4 \times 10^{-4}\right)}\)
pH = -log (1.06 × 10^-11) = 10.97
હવે, સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝ સંબંધનો ઉપયોગ કરીને
K_a × K_b = K_w
∴ K_a = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{b}}}=\frac{10^{-14}}{1.77 \times 10^{-5}}\)
= 5.64 × 10^-10

2. ફૉર્મિક ઍસિડ(HCOOH)નો વિયોજન અચળાંક 1.8 × 10^-4 છે, તો સંયુગ્મ બેઇઝ ફૉર્મેટ આયન(HCOO^–)નો વિયોજન અચળાંક કેટલો હશે?
ઉકેલ:
K_a = 1.8 × 10^-4 અને K_w = 1.0 × 10^-14
K_a × K_b = K_w
∴ K_b = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{a}}}=\frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.8 \times 10^{-4}}\) = 5.5 × 10^-9

3. જો એનિલીનનો વિયોજન અચળાંક 298 K તાપમાને 4.27 × 10^-10 હોય, તો તેના સંયુગ્મ ઍસિડનો વિયોજન અચળાંક કેટલો થશે? [K_w = 1.04 × 10^-14]
K_b = 4.27 × 10^-10
K_w = 1.04 × 10^-14
K_a = ?
હવે, K_a × K_b = K_w
∴ K_a = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{b}}}=\frac{1.04 \times 10^{-14}}{4.27 \times 10^{-10}}\)
= 0.244 × 10^-4 = 2.44 × 10^-5

4. જો ઍસિટિક ઍસિડનો વિયોજન અચળાંક 298 K તાપમાને 1.76 × 10^-5 હોય, તો તેના સંયુગ્મ બેઇઝનો વિયોજન અચળાંક tacì ad? [K_w = 1.04 × 10^-14]
ઉકેલ:
અહીં, K_a = 1.76 × 10^-5
K_w = 1.0 × 10^-14
K_b = ?
હવે, K_w = K_a × K_b
∴ K_b = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{K}_{\mathrm{a}}}\)
= \(\frac{1.04 \times 10^{-14}}{1.76 \times 10^{-5}}\)
= 0.590 × 10^-9 = 5.90 × 10^-10

પ્રશ્ન 71.
ડાયબેઝિક (દ્વિપ્રોટિક) અથવા પૉલિબેઝિક (બહુપ્રોટિક) ઍસિડનો વિયોજન અચળાંક સમજાવો.
ઉત્તર:
સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અને ઑક્ટ્રેલિક ઍસિડ વગેરે ડાયબેઝિક ઍસિડ છે.

જ્યારે ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ અને સાઇટ્રિક ઍસિડ (વિટામિન C) વગે૨ે ટ્રાયબેઝિક ઍસિડ છે.
તેમનાં આયનીકરણ અચળાંકો અનુક્રમે ડાયબેઝિક ઍસિડ માટે બે K_a₁ અને K_a₂ છે. જ્યારે ટ્રાયબેઝિક ઍસિડ માટે ત્રણ K_a₁, K_a₂ અને K_a₃ છે.
ધારો કે, નિર્બળ ડાયબેઝિક ઍસિડને H₂X તરીકે દર્શાવીએ, તો તેનું આયનીકરણ નીચે મુજબ બે તબક્કામાં થશે. તેને અનુરૂપ K_a₁ અને K_a₂ મળશે.
1. H₂X(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + HX^–(aq)
  ∴ K_a₁ = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{HX}^{-}\right]}{\left[\mathrm{H}_2 \mathrm{X}\right]}\)
2. HX^–(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + X^2-(aq)
  ∴ K_a₂ = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{X}^{2-}\right]}{\left[\mathrm{HX}^{-}\right]}\)
આ જ પ્રમાણે ટ્રાયબેઝિક ઍસિડનું આયનીકરણ ત્રણ તબક્કામાં થશે. તેથી તેને અનુરૂપ K_a₁, K_a₂‚ તથા K_a₃ મળશે.
પ્રાયોગિક પરિણામોને આધારે જાણવા મળ્યું છે કે K_a₁ > K_a₂ > K_a₃ ···
[નોંધઃ આ જ સિદ્ધાંત પૉલિઍસિડિક બેઇઝ માટે લાગુ પાડી શકાય છે.]

પ્રશ્ન 72.
ઍસિડની પ્રબળતા પર અસર કરતાં પરિબળો સમજાવો.
ઉત્તર:
જુદાં જુદાં ઍસિડ માટે વિયોજન અચળાંક અને pHનાં મૂલ્યો તેમની H₃O⁺ની સાંદ્રતાને કારણે ભિન્ન હોય છે.

પ્રબળ ઍસિડ માટે [H₃O⁺] વધુ તેથી K_aનું મૂલ્ય વધુ પરંતુ p^Hનું મૂલ્ય ઓછું હોય છે.
જો ઍસિડ પ્રબળ હોય, તો વધુ [H₃O⁺] આપે અને તેથી K_aનું મૂલ્ય વધી જાય તથા pHનું મૂલ્ય ઘટી જાય.
ઍસિડનું વિયોજન (i) ઍસિડની પ્રબળતા અને (ii) H – A બંધની ધ્રુવીયતા પર આધાર રાખે છે.
જેમ જેમ H – A બંધની પ્રબળતા ઘટતી જશે તેમ તેમ તે બંધને તોડવા માટેની ઊર્જા ઘટતી જશે અને HA વધુ પ્રબળ ઍસિડ બનશે. જ્યારે H – A બંધ વધુ ધ્રુવીય બનશે, ત્યારે H અને A પરમાણુઓ વચ્ચેની વિદ્યુતઋણતાનો તફાવત વધશે અને તેમના વીજભાર અલગીકરણ નોંધપાત્ર હોય છે. તેથી બંધનું માળખું તોડવું વધુ સહેલું બનશે. તેથી ઍસિડિકતા વધતી જશે.
આવર્ત કોષ્ટકના એક જ સમૂહનાં તત્ત્વોને સરખાવતાં H – A બંધની પ્રબળતા, ધ્રુવીય સ્વભાવ કરતાં અગત્યનું પરિબળ ગણાશે.
જેમ સમૂહમાં ઉપરથી નીચે તરફ જઈએ તેમ Aનું કદ વધશે, તો H – A બંધની પ્રબળતા ઘટશે અને ઍસિડની પ્રબળતા વધશે. કદમાં વધારો થાય છે.

આ જ પ્રમાણે H₂O કરતાં H₂S વધારે પ્રબળ ઍસિડ છે.
એક જ આવર્તમાંનાં તત્ત્વોમાં H – A બંધની ધ્રુવીયતા ઍસિડની પ્રબળતા નક્કી કરશે. Aની વિદ્યુતઋણતા જેમ વધે તેમ ઍસિડની પ્રબળતા વધે.

પ્રશ્ન 73.
નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝના આયનીકરણ અચળાંક પર સમાન આયનની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
નિર્બળ ઍસિડ ઍસિટિક ઍસિડનું જલીય દ્રાવણમાં સંતુલન નીચે મુજબ છે :
CH₃COOH(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^–(aq) + H₃O⁺(aq)
અથવા
વ્યાપક રીતે,
HAc(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + Ac^–(aq)
∴ K_a = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{Ac}^{-}\right]}{[\mathrm{HAc}]}\)
જ્યાં, Ac^– = CH₃COO^–; HAc = CH₃COOH

ધારો કે, આ સંતુલનમાં રહેલા દ્રાવણમાં સમાન આયન ધરાવતો પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય CH₃COONa અથવા HCl ઉમેરવામાં આવે, તો સંતુલને HCl ઉમેરવાથી [H₃O⁺] વધશે અને CH₃COONa ઉમેરવાથી [Ac^–] વધશે.
તેથી લ-શૅટેલિયરના નિયમ પ્રમાણે સંતુલન આ ફેરફારની અસરને નહિવત્ બનાવી (નાબૂદ કરી) સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય જાળવી રાખવા પ્રયત્ન કરશે. આનો અર્થ એમ થાય કે સંતુલન ડાબી બાજુ જશે. પરિણામે [HAc]ની સાંદ્રતા વધશે એટલે કે અવિયોજિત ઍસિડનું પ્રમાણ વધશે. તેથી [H₃O⁺]માં ઘટાડો થશે એટલે pH વધશે.
સંતુલને HCl ઉમેરવાથી મળતાં [H₃O⁺]ની સાંદ્રતા વધવાથી આવું જ પરિણામ આવશે.
આ અસર નિર્બળ ઍસિડના વિયોજન પર સમાન આયનની અસર કહેવાય છે.
આ જ પ્રમાણે નિર્બળ બેઇઝ NH₃ના આયનીકરણની બાબતમાં પણ NH₄Cl જેવો ક્ષાર ઉમેરી [NH₄⁺] વધારીએ, તો લ-શૅટેલિયરના નિયમ પ્રમાણે [NH₄⁺] વધશે. તેથી સંતુલન ડાબી બાજુ ખસશે અને અવિયોજિત NH₃ વધશે, એટલે કે [OH^–] ઘટશે. પરિણામે pH ઘટશે.

પ્રશ્ન 74.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. 0.10 M એમોનિયા દ્રાવણની pH ગણો. આ દ્રાવણના 50.0 mL દ્રાવણમાં 25.0 mL 0.10 M HCl ઉમેરવામાં આવે પછી મળતી pH ગણો. એમોનિયાનો વિયોજન અચળાંક K_b = 1.77 × 10^-5.
ઉકેલ:

સમીકરણ પરથી,
[NH₄⁺] = [OH^–] = x થાય.
તથા [NH₃] = 0.10 – x ≈ 0.10 થાય.
આ કિંમતો સમીકરણ (1)માં મૂકતાં,
1.77 × 10^-5 = \(\frac{x^2}{0.10}\)
∴ x = 1.33 × 10^-3 = [OH^–] થાય.
આથી, [H⁺] = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{w}}}{\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}\)
= \(\frac{10^{-14}}{\left(1.33 \times 10^{-3}\right)}\) = 7.51 × 10^-12
pH = -log (7.5 × 10^-12) = 11.12

25 mL 0.1 M HCl નું દ્રાવણ (એટલે કે 2.5 mmol HCl) 50 mL 0.1 M એમોનિયા દ્રાવણ (5 mmol NH₃) ઉમેરતાં 2.5 mmol NH₃ના અણુઓ તટસ્થીકરણ પામ્યા છે. પરિણમતું 75 mL દ્રાવણ તટસ્થીકરણ નહિ પામેલો 2.5 mmol NH₃ અણુ અને 2.5 mmol NH₄⁺ આયન ધરાવે છે.

પરિણમતું 75 mL દ્રાવણ 2.5 mmol ₄⁺ આયન (એટલે કે 0.033 M) અને 2.5 mmol (એટલે કે 0.033 M) તટસ્થીકરણ
નહિ પામેલા NH₃ અણુઓ. આ એમોનિયા નીચેના સંતુલનમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

જ્યાં, y = [OH^–] = [NH₄⁺]
અહીં, 75 mL દ્રાવણ તટસ્થીકરણ બાદ 2.5 mmol NH₄⁺ (એટલે કે 0.033 M) અગાઉ ધરાવે. આથી NH₄⁺ની કુલ સાંદ્રતા,
[NH₄⁺] = 0.33 + y
yનું મૂલ્ય ઓછું હોવાથી [NH₄OH] \(\simeq\) 0.033 M અને [NH₄⁺ \(\simeq\) 0.033 M
આપણે જાણીએ છીએ કે,
K_b = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_4{ }^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\left[\mathrm{NH}_4 \mathrm{OH}\right]}\)
= \(\frac{y(0.033)}{(0.033)}\) = 1.77 × 10^-5 M
આથી y = 1.77 × 10^-5 = [OH^–]
[H⁺] = \(\frac{10^{-14}}{1.77 \times 10^{-5}}\) = 0.56 × 10^-9
આથી pH = 9.24

પ્રશ્ન 75.
ક્ષારનું જળવિભાજન એટલે શું? તેમના દ્રાવણની pH કેવી રીતે શોધી શકાય? તે સમજાવો.
ઉત્તર:
ઍસિડ અને બેઇઝના નિશ્ચિત પ્રમાણમાંની પ્રક્રિયાથી ક્ષાર બને છે. આ ક્ષારને પાણીમાં ઓગાળતાં આયનીકરણ પામે છે.

ક્ષારના બનવાથી રચાતા ધનાયન અથવા ઋણાયન કાં તો જળયુક્ત આયન તરીકે જલીય દ્રાવણમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અથવા પાણી સાથે પારસ્પરિક ક્રિયા કરે છે અને ક્ષારના સ્વભાવ પ્રમાણે તેને અનુરૂપ ઍસિડ કે બેઇઝની પુર્નરચના કરે છે.
ક્ષારના ધનાયન અને / અથવા ઋણાયન અને પાણી વચ્ચેની પારસ્પરિક ક્રિયાને જળવિભાજન કહે છે.
આ પારસ્પરિક ક્રિયાથી દ્રાવણની pH પર અસર પડે છે. (ફેરફાર થાય છે.)
પ્રબળ બેઇઝના ધનાયન (માત્ર; Na⁺, K⁺, Ba²⁺, Ca²⁺ વગેરે) અને પ્રબળ ઍસિડના ઋણાયન (માત્ર; Cl^–, Br^–, \(\mathrm{NO}_3^{-}\), \(\mathrm{ClO}_4^{-}\), \(\mathrm{SO}_4^{2-}\) વગેરે) જળયુક્ત થાય છે, પણ જળવિભાજન પામતા નથી. આથી પ્રબળ ઍસિડ અને પ્રબળ બેઇઝમાંથી બનેલા ક્ષારના જલીય દ્રાવણ તટસ્થ હોય છે. અર્થાત્ તેમના જલીય દ્રાવણની pH 7 હોય છે.
આ સિવાયના બાકીના ક્ષાર જળવિભાજન પામે છે.

(i) નિર્બળ ઍસિડ અને પ્રબળ બેઇઝના ક્ષાર
ઉદા., CH₃COONa
CH₃COONa જે નિર્બળ ઍસિડ CH₃COOH અને પ્રબળ બેઇઝ NaOHનો ક્ષાર છે. તે જલીય દ્રાવણમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ પામે છે.
CH₃COONa(aq) → CH₃COO^–(aq) + Na⁺(aq)
આ રીતે બનેલો એસિટેટ આયન પાણી સાથે જળવિભાજન પામે છે અને નિર્બળ ઍસિટિક ઍસિડ અને OH^– આયન આપે છે.
CH₃COO^–(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COOH(aq) + OH^–(aq)
ઍસિટિક ઍસિડ નિર્બળ ઍસિડ (K_a = 1.8 × 10^-5) હોવાથી મોટે ભાગે દ્રાવણમાં અવિયોજિત રહે છે. આને પરિણામે OH^– ના આયનની સાંદ્રતામાં વધારો થાય છે અને તેથી દ્રાવણ આલ્કલાઇન (બેઝિક) બને છે. આવા દ્રાવણની pH 7 કરતાં વધારે હોય છે.

(ii) પ્રબળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝના ક્ષાર
(ઉદા., NH₄Cl
NH₄Cl જે નિર્બળ બેઇઝ NH₄OH અને પ્રબળ ઍસિડ HClનો ક્ષાર છે. તે જલીય દ્રાવણમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ પામે છે. NH₄Cl(aq) → NH₄⁺(aq) + Cl^–(aq)
એમોનિયમ આયન પાણી સાથે જળવિભાજન કરી NH₄OH અને H⁺ આયન રચે છે.
NH₄⁺(aq) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) NH₄OH(aq) + H⁺(aq)
એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ નિર્બળ બેઇઝ (K_b = 1.77 × 10^-5) છે. તેથી દ્રાવણમાં લગભગ અવિયોજિત રહે છે. આને પરિણામે દ્રાવણમાં H⁺ આયનની સાંદ્રતા દ્રાવણમાં વધે છે. તેથી દ્રાવણ ઍસિડિક બને છે. આમ, NH₄Clના પાણીમાં દ્રાવણની pH 7 કરતાં ઓછી હોય છે.

(iii) નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝના ક્ષાર
ઉદા., CH₃COONH₄
નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝમાંથી બનેલો ક્ષાર CH₃COONH₄ને ધ્યાનમાં લઈ. તેમાંથી મળતા આયનો પાણી સાથે નીચે પ્રમાણે જળવિભાજન ક૨ે છે :
CH₃COO^– + NH₄⁺ + H₂O \(\rightleftharpoons\) CH₃COOH + NH4OH
CH₃COOH અને NH₄OH આંશિક વિયોજિત સ્વરૂપમાં રહે છે.
CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^– + H⁺
NH₄OH \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺ + OH^–
H₂O \(\rightleftharpoons\) H⁺ + OH^–
વિગતવાર ગણતરીમાં ગયા સિવાય કહી શકીએ કે જળવિભાજનનો અંશ દ્રાવણની સાંદ્રતાથી સ્વતંત્ર છે અને આવાં દ્રાવણોની pH તેમનાં pKનાં મૂલ્યો પરથી નક્કી કરાય છે.
pH = 7 + \(\frac{1}{2}\)(pK_a – pK_b)
જો pK_a અને pK_bનો તફાવત ધન હોય, તો દ્રાવણની pH > 7 તથા જો તફાવત ઋણ હોય, તો દ્રાવણની pH < 7.

પ્રશ્ન 76.
નીચેનો દાખલો ગણો :
ઍસિટિક ઍસિડનો pK_a 4.76 અને એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનો pK_b 4.76 છે. એમોનિયમ એસિટેટ દ્વાવણની pH ગણો.
ઉકેલઃ
pH = 7 + \(\frac{1}{2}\) [pK_a – pK_b]
= 7 + \(\frac{1}{2}\) [4.76 – 4.75]
= 7 + \(\frac{1}{2}\) [0.01]
= 7 +0.005
= 7.005

પ્રશ્ન 77.
બફર દ્રાવણની વ્યાખ્યા આપી, ઍસિડિક, બેઝિક અને તટસ્થ બફર દ્રાવણ યોગ્ય ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
અથવા
બફર દ્રાવણો વિશે ટૂંક નોંધ લખો.
ઉત્તર:
બફર દ્રાવણ : “જે દ્રાવણોમાં અલ્પ પ્રમાણમાં ઍસિડ કે બેઇઝ (આલ્કલી) ઉમેરવામાં આવે અથવા તે દ્રાવણોનું પાણી વડે મંદન કરવામાં આવે તોપણ તેઓ તેમના pHમાં થતા ફેરફારનો પ્રતિકાર કરે છે અને pHનું મૂલ્ય લગભગ અચળ રહે છે તેવાં દ્રાવણોને બફર દ્રાવણો કહે છે.’’

બફર દ્રાવણો ઍસિડિક કે બેઝિક કે તટસ્થ હોઈ શકે છે.
જો નિર્બળ ઍસિડનો pK_a અથવા નિર્બળ બેઇઝનો pK_b જાણતા હોઈએ, તો 7 pHવાળાં બફર દ્રાવણો બનાવી શકાય.
બફર દ્રાવણો ત્રણ પ્રકારનાં હોય છે :
1. ઍસિડિક બફર દ્રાવણો : નિર્બળ ઍસિડ અને તેના પ્રબળ બેઇઝ સાથેના ક્ષારના મિશ્રણથી ઍસિડિક બફર દ્રાવણ બનાવી શકાય.
2. બેઝિક બફર દ્રાવણ : નિર્બળ બેઇઝ અને તેના પ્રબળ ઍસિડ સાથેના ક્ષારના મિશ્રણથી બેઝિક બફર દ્રાવણ બનાવી શકાય.
3. તટસ્થ બફર દ્રાવણ : નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝના તટસ્થીકરણથી તટસ્થ બફર દ્રાવણ બનાવી શકાય. નીચેના કોષ્ટકમાં આ પ્રકારનાં બફર દ્રાવણો દર્શાવ્યાં છે :

પ્રકાર	પદાર્થો	pHનું મૂલ્ય
ઍસિડિક	CH₃COOH + CH₃COONa	< 7
બેઝિક	NH₄OH + NH₄Cl	> 7
તટસ્થ	CH₃COOH + NH₄OH	≈ 7

• બફર દ્રાવણની અગત્યઃ

ઘણાં શ૨ી૨-દ્રવ્યો, ઉદાહરણ તરીકે લોહી અથવા પેશાબની pH નિશ્ચિત હોય છે અને તેમની pHમાં વિચલન શરીરનાં કાર્યોની વિકૃતિ (malfunctioning) કરે છે.
pHનું નિયંત્રણ ઘણા રાસાયણિક અને જૈવરાસાયણિક પ્રક્રમોમાં ઘણું અગત્યનું છે.
ઘણી વૈદકીય અને સૌંદર્યપ્રસાધન બનાવટોમાં જરૂરી હોય છે કે તેમને કોઈ ખાસ pHવાળી રાખવામાં આવે અને વાપરવામાં આવે.

પ્રશ્ન 78.
બફર દ્રાવણો કેવી રીતે બનાવી શકાય ? તે ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
જો નિર્બળ ઍસિડનો pK_a અને નિર્બળ બેઇઝનો pK_b જાણતાં હોઈએ, તો 7 pHવાળાં બફર દ્રાવણો બનાવી શકાય.

• ઍસિડિક બફરની બનાવટ :
ઍસિડિક pHવાળા બફર બનાવવા માટે આપણે નિર્બળ ઍસિડ અને તેનો પ્રબળ બેઇઝ સાથેનો ક્ષાર લઈશું. pH, સંતુલન અચળાંક, નિર્બળ ઍસિડનો K_a અને નિર્બળ ઍસિડ અને તેના સંયુગ્મ બેઇઝના ગુણોત્તરને સંબંધિત કરીને સમીકરણ નિરૂપિત કરી શકીએ. સામાન્ય કિસ્સામાં જેમાં નિર્બળ ઍસિડ HA પાણીમાં આયનીકરણ પામે છે.

સમીકરણ (A – 2) હેન્ડરસન-હેસલબેક (Henderson-Hasselback) સમીકરણ તરીકે ઓળખાય છે. \(\frac{\left[\mathrm{A}^{-}\right]}{[\mathrm{HA}]}\) ગુણોત્તર મિશ્રણમાં રહેલા ઍસિડના સંયુગ્મ બેઇઝ (ઋણાયન) અને મિશ્રણમાં હાજર ઍસિડની સાંદ્રતાઓનો ગુણોત્તર છે. ઍસિડ નિર્બળ છે. તેથી ઘણી ઓછી માત્રામાં આયનીકરણ પામે છે. તેથી [HA]ની સાંદ્રતા બફર બનાવવા માટે લીધેલા ઍસિડની સાંદ્રતાથી નહિવત્ (નગણ્ય) અલગ પડે છે. વળી, સંયુગ્મ બેઇઝ [A^–]નો મોટો જથ્થો ઍસિડના ક્ષારના આયનીકરણમાંથી આવે છે. જેથી સંયુગ્મ બેઇઝની સાંદ્રતા ક્ષારની સાંદ્રતાથી નગણ્ય (નહિવત્) અલગ પડશે. આમ, સમીકરણ (A – 2) નીચેનું સ્વરૂપ પ્રાપ્ત કરશે :
pH = pK_a + log

સમીકરણ (A – 1)માં [A^–]ની સાંદ્રતા [HA]ની સાંદ્રતા જેટલી થાય, તો pH = pK_a કા૨ણે log 1નું મૂલ્ય શૂન્ય થશે. આથી જો આપણે ઍસિડ અને સંયુગ્મ બેઇઝની સરખી સાંદ્રતાઓ લઈએ, તો બફર દ્રાવણની pH ઍસિડના pK_a મૂલ્ય જેટલી થશે. આથી ઇચ્છિત pHનું બફર દ્રાવણ બનાવવા માટે એવા ઍસિડને પસંદ કરવો કે જેનું pK_aનું મૂલ્ય pHના મૂલ્યની નજીક હોય. ઍસિટિક ઍસિડ માટે pK_aનું મૂલ્ય 4.76 છે. આથી ઍસિટિક ઍસિડ અને સોડિયમ એસિટેટની સરખી મોલર સાંદ્રતાવાળાં દ્રાવણો લઈ બફર દ્રાવણ બનાવવામાં આવે, તો તે દ્રાવણની pH 4.76ની આસપાસ હોય.

બેઝિક બફરની બનાવટ :
બેઝિક બફર દ્રાવણ નિર્બળ બેઇઝ અને તેના પ્રબળ ઍસિડના ક્ષારનું દ્રાવણ લઈ બનાવી શકાય. જેની pOH શોધવાનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે :

બફર દ્રાવણની pH સમીકરણ pH + pOH = 14નો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય.
pH + pOH = pK_w અને pK_a + pK_b = pK_w. સમીકરણ (A – 3)માં આ મૂલ્યો મૂકતાં તે નીચેના સ્વરૂપમાં મળશે :

જો બેઇઝ અને તેના સંયુગ્મ ઍસિડ(ધનાયન)ની મોલર સાંદ્રતા સરખી હશે, તો બફર દ્રાવણની pH બેઇઝના pK_a મૂલ્ય જેટલી થશે. એમોનિયાનો pK_a = 9.25 છે. તેથી 9.25ની નજીકનું બફર દ્રાવણ એમોનિયા અને એમોનિયમ ક્લોરાઇડની સરખી સાંદ્રતા લઈને મેળવી શકીશું. એમોનિયમ ક્લોરાઇડ અને એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડથી બનતા બફર દ્રાવણ માટે સમીકરણ (A – 4) નીચે પ્રમાણે થશે :

મંદનથી અસર પામતું નથી, કારણ ઘાતાંકીય પર્યાયોનો ગુણોત્તર ફેરફાર વગર રહે છે.

પ્રશ્ન 79.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. એક ઍસિડિક બફર દ્રાવણ બનાવવા માટે 0.25M ઍસિટિક ઍસિડના દ્રાવણમાં 0.125M સોડિયમ એસિટેટ ઉમેરવામાં આવ્યો. જો ઍસિટિક ઍસિડનો વિયોજન અચળાંક 1.8 × 10^-5 હોય, તો આ બફર દ્રાવણનો pH કેટલો હશે?
ઉકેલ:
pK_a = – logK_a
= – log(1.8 × 10^-5)
= 5log 10 – log 1.8
= 5.0000 – 0.2553 = 4.7447
હવે, pH = pK_a + log
∴ pH = 4.7447 + log \(\frac{0.125}{0.25}\)
= 4.7447 + log0.5
= 4.7447 + log \(\frac{5}{10}\)
= 4.7447 + (- log \(\frac{10}{5}\)
= 4.7447 – log 2
= 4.7447 – 0.3010
= 4.4437

2. એક બેઝિક બફર દ્રાવણ બનાવવા માટે 0.125M એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડના દ્રાવણમાં 0.250M એમોનિયમ ક્લોરાઇડ ઉમેરવામાં આવ્યો. જો એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનો વિયોજન અચળાંક 1.8 × 10^-5 હોય, તો આ બફર દ્રાવણનો pH કેટલો હશે?
ઉકેલ:
pK_b = – log(K_b)
= – log(1.8 × 10^-5)
= 5log10 – log 1.8
= 5.0000 – 0.2553
= 4.7447
હવે, pOH = pK_b + log \(\frac{\left[\mathrm{NH}_4 \mathrm{Cl}\right]}{\left[\mathrm{NH}_4 \mathrm{OH}\right]}\)
= 4.7447 + log \(\frac{0.250}{0.125}\)
= 4.7447 + log 2
= 4.7447 +0.3010
POH =5.0457
હવે pH + pOH = 14
∴ pH = 14 – pOH
= 14 – 5.0457
= 8.9543

પ્રશ્ન 80.
દ્રાવ્યતા એટલે શું? તે કયા કયા પરિબળો પર આધાર રાખે છે? દ્રાવ્યતાના આધારે પદાર્થનું વર્ગીકરણ કરો.
ઉત્તર:
દ્રાવ્યતાઃ નિયત તાપમાને નિયત જથ્થાના દ્રાવકમાં દ્રાવ્ય થતા ક્ષારના મહત્તમ જથ્થાને તે ક્ષાર(પદાર્થ)ની દ્રાવ્યતા (Solubility) કહે છે.
• દ્રાવ્યતા પર અસર કરતાં પરિબળો :
દ્રાવ્યતા બે પરિબળો પર આધાર રાખે છે : (1) ક્ષારની વૅટિસ એન્થાલ્પી અને (2) દ્રાવણમાં આયનની દ્રાવક યોજન (solvation) એન્થાલ્પી. ક્ષારને દ્રાવકમાં ઓગળવા માટે આયનો વચ્ચેના પ્રબળ આકર્ષણ બળો હૅટિસ એન્થાલ્પીને આયન-દ્રાવક પારસ્પરિક ક્રિયા વડે ઉપરવટ થવું પડે છે. આયનની દ્રાવક યોજન એન્થાલ્પી દ્રાવક યોજન પર્યાયના અર્થમાં જોઈએ તો હંમેશાં ઋણ હોય છે, એટલે કે દ્રાવક યોજન પ્રક્રમ દરમિયાન ઊર્જા મુક્ત થાય છે. દ્રાવક યોજન એન્થાલ્પીનું પ્રમાણ દ્રાવકના સ્વભાવ પર આધાર રાખે છે. અધ્રુવીય (સહસંયોજક) દ્રાવકની બાબતમાં, દ્રાવક યોજન એન્થાલ્પી ઓછી છે અને તેથી ક્ષારની વૅટિસ એન્થાલ્પીની ઉપરવટ થઈ શકતી નથી. પરિણામે ક્ષાર અધ્રુવીય દ્રાવકમાં ઓગળતો નથી. સામાન્ય નિયમ પ્રમાણે, કોઈ પણ ક્ષારને કોઈ ખાસ દ્રાવકમાં ઓગળવા માટે તેની દ્રાવક યોજન એન્થાલ્પી તેની વૅટિસ એન્થાલ્પી કરતાં વધારે હોવી જોઈએ. જેથી દ્રાવક યોજન એન્થાલ્પી વડે લૅટિસ એન્થાલ્પીની ઉપરવટ જઈ શકાય. દરેક ક્ષારને પોતાની લાક્ષણિક દ્રાવ્યતા હોય છે, જેનો આધાર તાપમાન પર હોય છે.

ધ્રુવીય પદાર્થો ધ્રુવીય દ્રાવકોમાં ઓગળે છે અને અધ્રુવીય પદાર્થો અધ્રુવીય દ્રાવકોમાં ઓગળે છે. દા. ત., NaCl જેવો ધ્રુવીય પદાર્થ પાણી જેવા ધ્રુવીય દ્રાવકમાં ઓગળે અને નેપ્થેલીન જેવો અધ્રુવીય પદાર્થ બેન્ઝિન જેવા અધ્રુવીય દ્રાવકમાં ઓગળે છે.

દ્રાવ્યતાને આધારે પદાર્થોના નીચે મુજબ ત્રણ પ્રકાર પાડી શકાય છે :
પ્રકાર 1 – સુદ્રાવ્ય : જે પદાર્થોની પાણીમાં દ્રાવ્યતા 0.1 M હોય તેમને સુદ્રાવ્ય પદાર્થ કહે છે. દા. ત., NaCl, HCl, NaOH
પ્રકાર 2 – અદ્રાવ્ય : જે પદાર્થોની પાણીમાં દ્રાવ્યતા ઘણી જ ઓછી હોય તેમને અદ્રાવ્ય પદાર્થ કહે છે. દા. ત., CdS, PbS
પ્રકાર 3 – અલ્પદ્રાવ્ય : જે પદાર્થોની પાણીમાં દ્રાવ્યતા 0.01 M કરતાં ઓછી હોય તેમને અલ્પદ્રાવ્ય પદાર્થ કહે છે.
દા. ત., AgCl, BaSO₄, PbSO₄

પ્રકાર 1	દ્રાવ્ય	દ્રાવ્યતા > 0.1 M
પ્રકાર 2	ઓછું દ્રાવ્ય	0.01 M < દ્રાવ્યતા < 0.1 M
પ્રકાર 3	અલ્પદ્રાવ્ય	દ્રાવ્યતા < 0.01 M

પ્રશ્ન 81.
અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર વિશે માહિતી આપો.
ઉત્તર:
અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારો બહુ ઓછા પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય હોવાથી તેઓ જલીય દ્રાવણમાં સંતુલન ધરાવે છે અને જેટલો પદાર્થ ઓગળેલો હોય છે તે સંપૂર્ણ આયનીકરણ પામેલો હોય છે.

અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના જલીય દ્રાવણમાં ક્ષારના આયનો અને અલ્પ-દ્રાવ્ય ક્ષારના અણુઓ વચ્ચે સંતુલન સ્થપાયેલું હોય છે. આ સંતુલનના સંતુલન અચળાંકને દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (K_sp) કહે છે.

દા. ત., બેરિયમ સલ્ફેટ જેવો ઘન તેના સંતૃપ્ત જલીય દ્રાવણ સાથે સંપર્કમાં છે. નહિ ઓગળેલા ઘન અને સંતૃપ્ત દ્રાવણમાંના આયન વચ્ચે સંતુલન નીચેના સમીકરણથી દર્શાવી શકાય.

સંતુલન અચળાંક નીચેના સમીકરણથી આપી શકાય :
K = {[Ba²⁺][latex]\mathrm{SO}_4^{2-}[/latex]} / [BaSO₄]
શુદ્ધ ઘન પદાર્થ માટે તેની સાંદ્રતા અચળ રહે છે અને આપણે લખી શકીએ કે,
K_sp = K[BaSO₄] = [Ba²⁺][latex]\mathrm{SO}_4^{2-}[/latex]
K_spને આપણે દ્રાવ્યતા ગુણાકાર અચળાંક અથવા સાદી રીતે દ્રાવ્યતા ગુણાકાર કહીશું. ઉપરના સમીકરણનું પ્રાયોગિક મૂલ્ય 298 K તાપમાને 1.1 × 10^-10 છે. આનો અર્થ એમ છે કે ઘન બેરિયમ સલ્ફેટ તેના સંતૃપ્ત દ્રાવણ સાથે સંતુલનમાં છે અને બેરિયમ અને સલ્ફેટ આયનોની સાંદ્રતાનો ગુણાકાર તેનો દ્રાવ્યતા ગુણાકાર અચળાંક છે. બંને આયનોની સાંદ્રતા બેરિયમ સલ્ફેટની મોલ૨ સાંદ્રતા બરાબર થશે. જો મોલ૨ દ્રાવ્યતા S હોય, તો
1.1 × 10^-10 = (S) (S) = S²
અથવા S = 1.05 × 10^-5
આમ, બેરિયમ સલ્ફેટની મોલર સાંદ્રતા
1.05 × 10^-5 mol L^-1 છે.

પ્રશ્ન 82.
નીચેનાં સંયોજનો માટે K_spનું સૂત્ર તારવો :
1. CaF₂ 2. Bi₂S₃ 3. Zr₃(PO₄)₄
ઉત્તર:
1. CaF₂ માટે,
CaF₂(s) \(\rightleftharpoons\) Ca²⁺(aq) + 2F^–(aq)
∴ K_e = \(\frac{\left[\mathrm{Ca}^{2+}\right]\left[\mathrm{F}^{-}\right]^2}{\left[\mathrm{CaF}_2\right]}\)
∴ K_e × [CaF₂] = [Ca²⁺][F^–]²
K_sp = (S) (2S)²
∴ K_sp = 4S³(M)³

2. Bi₂S₃ માટે,
Bi₂S₃(s) \(\rightleftharpoons\) 2Bi³⁺(aq) + 3S^2-(aq)
∴ K_sp = [Bi³⁺]²[S^-2]³
= (2S)²(3S)³
= 4S² × 27S³
= 108S⁵(M)⁵

3. Zr₃ (PO₄)₄ માટે,
Zr₃(PO₄)₄(s) \(\rightleftharpoons\)
3Zr⁴⁺(aq) + 4PO₄^3- (aq)
∴ K_sp = [Zr⁴⁺]³[PO₄^3-]⁴
= (3S)³(4S)⁴
= 6912S⁷(M)⁷

પ્રશ્ન 83.
જુદા જુદા પ્રકારના ક્ષારો માટે K_spનાં સૂત્રો જણાવો.
ઉત્તર:

ક્ષારના પ્રકાર	K_spનું સૂત્ર	એકમ
MX	S²	M²
MX₂	4S³	M³
MX₃	27S⁴	M⁴
MX₄	256S⁵	M⁵
M₂X₃	108S⁵	M⁵
M_xX_y	X^xY^y(S) ^x+y	M^(x+y)

જ્યાં, S = દ્રાવ્યતા mol L^-1માં અથવા M
જો દ્રાવ્યતા ગ્રામમાં આપેલ હોય અને કદ મિલિલિટરમાં આપેલ હોય, તો દ્રાવ્યતા g L^-1માં ગણી દ્રાવ્યના આણ્વીય દળ વડે ભાગીને દ્રાવ્યતા mol L^-1 અથવા M એકમમાં મેળવી શકાય.

પ્રશ્ન 84.
દ્રાવ્યતા ગુણાકારની ઉપયોગિતા જણાવો.
ઉત્તરઃ
દ્રાવ્યતા ગુણાકારની ઉપયોગિતા નીચે મુજબ છે :
(1) દ્રાવ્યતા ગુણાકારનાં મૂલ્યો જાણતા હોઈએ તો દ્રાવણમાં રહેલા પદાર્થોની દ્રાવ્યતા સરખાવી શકાય.

(2) દ્રાવ્ય પદાર્થનું અદ્રાવ્ય પદાર્થમાં અવક્ષેપન થશે કે નહિ તે પણ નક્કી કરી શકાય. જેમ કે, AgNO₃ના દ્રાવણમાં NaCl ઉમેરતાં AgClના અવક્ષેપ મળશે તેમ જાણવું છે. આ માટે લીધેલા AgNO₃ દ્રાવણની સાંદ્રતા પરથી [Ag⁺]Mમાં મેળવો અને ઉમેરેલા NaClની સાંદ્રતા પરથી [Cl^–]Mમાં મેળવો. તેમનો ગુણાકાર કરો. આ ગુણાકારને આયનીય ગુણાકાર Q_sp તરીકે દર્શાવો અને તેના મૂલ્યને તેના K_spના મૂલ્ય સાથે સરખાવો. તેની ત્રણ શક્યતાઓ છે, જેને અનુરૂપ અવક્ષેપન વિશે પ્રાકથન કરી શકાય.
(i) Q_sp > K_sp અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના અવક્ષેપ મળશે અથવા અવક્ષેપન થશે.
(ii) Q_sp < K_sp અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના અવક્ષેપ મળશે નહિ અથવા અવક્ષેપન થશે નહિ.
(iii) Q_sp = K_sp સંતુલન દર્શાવે છે માટે અવક્ષેપન થશે નહિ પરંતુ દ્રાવણ સંતૃપ્ત અવસ્થામાં રહેશે.

પ્રશ્ન 85.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. A₂X₃ની દ્રાવ્યતા શુદ્ધ પાણીમાં ગણો. એમ ધારી લો કે કોઈ પણ પ્રકારનો આયન પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરતો નથી. A₂X₃નો દ્રાવ્યતા ગુણાકાર K_sp = 1.1 × 10^-23 છે.
ઉકેલઃ
A₂X₃ → 2A³⁺ + 3x^2-
K_sp = [A³⁺]² [X^2-]³ = 1.1 x 10^-23
ધારો કે, S = A₂X₃ની દ્રાવ્યતા હોય, તો
[A³⁺] = 2S; [X^2-] = 3S
K_sp = (2S)²(3S)³ = 108 S⁵
= 1.1 × 10^-25
આથી S⁵ = 1 × 10^-25
S = 1.0 × 10^-5 mol L^-1

2. બે અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષાર Ni(OH)₂ અને AgCNના K_spનાં મૂલ્યો અનુક્રમે 2.0 × 10^-15 અને 6 x 10^-17 છે, તો કયો ક્ષાર વધારે દ્રાવ્ય હશે? સમજાવો.
ઉકેલ:
AgCN \(\rightleftharpoons\) Ag⁺ + CN^–
K_sp = [Ag⁺][CN^–] = 6 × 10^-17
Ni(OH)₂ \(\rightleftharpoons\) Ni²⁺ + 2OH^–
K_sp = [Ni²⁺][OH^–]² = 2 × 10^-15
ધારો કે, [Ag⁺] = S₁, તો, [CN^–] = S₁
ધારો કે, [Ni²⁺] = S₂, તો, [OH^–] = 2S₂
S₁² = 6 × 10^-17, S₁ = 7.8 × 10^-9
(S₂)(2S₂)² = 2 × 10^-15, S₂ = 0.58 × 10^-4
Ni(OH)₂, AgCN કરતાં વધારે દ્રાવ્ય છે.

3. Mg(OH)₂ના સંતૃપ્ત દ્રાવણની સાંદ્રતા 298 K તાપમાને 8.2 × 10^-4 g L^-1 જણાઈ છે, તો Mg(OH)₂ નો K_sp ગણો. Mg(OH)₂નું આણ્વીય દળ 58.0 u છે.
ઉકેલ:
Mg(OH)₂ ની દ્રાવ્યતા 8.2 × 10^-4 g L^-1 છે.
આથી Mg(OH)₂ની દ્રાવ્યતા mol L^-1
\(\frac{8.2 \times 10^{-4}}{58}\) = 1.41 × 10^-5 M
હવે, Mg(OH)₂(s) \(\rightleftharpoons\) Mg²⁺(aq) + 2OH^–(aq)
આથી [Mg²⁺] = 1.41 × 10^-5M થશે.
પરંતુ [OH^–]= 2 × 1.41 × 10^-5M થશે.
તેથી K_sp =[Mg²⁺][OH^–]² પ્રમાણે,
K_sp = (1.41 × 10^-5) (2 × 1.41 × 10^-5)²
= 1.121 × 10^-14 M³ થશે.

4. 1.7 × 10^-10 દ્રાવ્યતા ગુણાકાર ધરાવતા CaF₂ ની પાણીમાં દ્રાવ્યતા શોધો.
ઉકેલઃ
ધારો કે, CaF₂ની દ્રાવ્યતા S mol L^-1 છે.

5. 1.0 × 10^-3M દ્રાવ્યતા ધરાવતા Fe(OH)₃નો K_sp શોધો.
ઉકેલ:
ધારો કે, Fe(OH)ની દ્રાવ્યતા SM છે.

હવે, Fe(OH)₃નો K_sp = [Fe³⁺][OH^–]³
= (S) (3S)³
= 27S⁴
∴ K_sp = 27(1.0 × 10^-3)⁴
= 27 × 10^-12
= 2.7 × 10^-11(M/L)⁴

6. અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષાર Ax^+p By^q- માટે જો મોલ સાંદ્રતા S મોલ લિટર^-1 હોય, તો તેના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના દ્રાવ્યતા ગુણાકારનું સૂત્ર મેળવો.
ઉત્તર:

K_sp = [A^p+]^x [B^q-]^y
= (xs)^x (ys)^y
∴ K_sp = x^xy^y S^x+y

પ્રશ્ન 86.
આયનીય ક્ષારની દ્રાવ્યતા પર સમાન આયનની અસર સમજાવો.
ઉત્તર:
લ-શૅટેલિયરના સિદ્ધાંત પરથી એ અપેક્ષિત છે કે જો કોઈ પણ આયનની સાંદ્રતા વધારવામાં આવે તો તે તેનાથી વિરુદ્ધ ભારવાળા આયન સાથે સંયોજાય અને જ્યાં સુધી K_sp = Q_sp ના થાય ત્યાં સુધી ક્ષાર અવક્ષેપિત થશે. એ જ પ્રમાણે, કોઈ પણ આયનની સાંદ્રતા ઘટાડવામાં આવે તો વધારે ક્ષાર ઓગળશે અને બંને આયનોની સાંદ્રતા જ્યાં સુધી K_sp = Q_sp ના થાય ત્યાં સુધી ઓગળશે. આ દ્રાવ્ય ક્ષાર જેવા કે સોડિયમ ક્લોરાઇડને લાગુ પાડી શકાય છે, ફરક એટલો છે કે આયનોની ઊંચી સાંદ્રતાએ આપણે Q_sp અભિકલ્પનામાં મોલારિટીને બદલે સક્રિયતા (activity) ગણીએ છીએ.

આમ, જો સોડિયમ ક્લોરાઇડનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ લઈ તેમાંથી HCl વાયુ પસાર કરીએ તો સોડિયમ ક્લોરાઇડ અવક્ષેપિત થશે, કારણ કે HClના વિયોજનથી મળતા ક્લોરાઇડ આયનની સાંદ્રતા (સક્રિયતા) વધી જશે. આ રીતે મેળવેલ સોડિયમ ક્લોરાઇડ ખૂબ જ ઊંચી શુદ્ધતા ધરાવે છે અને સોડિયમ તેમજ મૅગ્નેશિયમ સલ્ફેટ જેવી અશુદ્ધિઓને દૂર કરી શકાય.

સમાન આયન અસરનો ઉપયોગ ભારમાપક પૃથક્કરણ માટે દ્રાવ્યતા ગુણાકારનું મૂલ્ય ઘણું ઓછું હોય તેનું સંપૂર્ણ અવક્ષેપન તેના અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારને મેળવવામાં થાય છે. આથી સિલ્વર આયનને સિલ્વર ક્લોરાઇડ તરીકે, ફેરિક આયનને તેના હાઇડ્રૉક્સાઇડ (અથવા જલયુક્ત ફેરિક ઑક્સાઇડ) અને બેરિયમ આયનને તેના સલ્ફેટ સ્વરૂપે જથ્થાત્મક પૃથક્કરણમાં અવક્ષેપિત કરી શકાય.

નિર્બળ ઍસિડના ક્ષાર જેવા કે ફૉસ્ફેટની દ્રાવ્યતા નીચા pH મૂલ્યે વધે છે. આનું કારણ એ છે કે નીચા pH મૂલ્યે એનાયનની સાંદ્રતા પ્રોટોનેશનને (પ્રોટોન સાથે જોડાવું) કારણે ઘટે છે. આને પરિણામે ક્ષારની દ્રાવ્યતા વધે છે જેથી K_sp = Q_sp થશે. અહીં બે સંતુલનો એકસાથે સંતોષવા પડશે. એટલે કે,

હવે ફરીથી વ્યસ્ત લેતાં, આપણને મળશે.
[X^–]/ {[X^–] + [HX]} = f = K_a /(K_a + [H⁺]) અને એ
સ્પષ્ટ થાય છે pH ઘટે છે તેમ f” ઘટે છે. જો આપેલ pH મૂલ્યે ક્ષારની દ્રાવ્યતા S હોય, તો
K_sp = [S] [f S] = S² {K_a /(K_a + [H⁺]}} અને
S = {K_sp ([H⁺] + K_a) / K_a}^1/2
આમ [H⁺]માં વધારાથી અથવા pH મૂલ્યમાં ઘટાડાથી દ્રાવ્યતા Sમાં વધારો થશે.

પ્રશ્ન 87.
સમાન આયન અસરનો ગુણદર્શક પૃથક્કરણમાં ઉપયોગ દર્શાવો.
અથવા
સમાન આયન અસર એટલે શું? ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં III-A સમૂહના આયનોનું અવક્ષેપન કરવા માટે NH₄OH ઉમેરતાં પહેલાં NH₄Cl ઉમેરવામાં આવે છે. કારણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
સમાન આયન અસરનો ઉપયોગ ગુણાત્મક પૃથક્કરણમાં એક આયનની હાજરીમાં બીજા આયનને અદ્રાવ્ય બનાવી અલગ કરવા માટે થાય છે.

ગુણાત્મક પૃથક્કરણમાં બીજા સમૂહના ધાતુ આયનોના સલ્ફાઇડના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (K_sp) એ તૃતીય-બ સમૂહના ધાતુ આયનોનાં સલ્ફાઇડના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (K_sp) કરતાં ઓછા છે, માટે બીજા સમૂહના પરીક્ષણમાં H₂S જળ ઉમેરતાં પહેલાં HCl ઉમેરવામાં આવે છે.
H₄S(aq) \(\rightleftharpoons\) 2H⁺ (aq) + S^2- (aq)
HCl(aq) → H⁺ (aq) + Cl^– (aq)
સંતુલન પર HClમાંથી મળતા H⁺ આયન સમાન આયન અસર ઉપજાવે છે અને S^2- આયનની સાંદ્રતા ઘટાડે છે. તેથી બીજા સમૂહમાં સમાવાયેલા ધાતુ આયનો તેમના સલ્ફાઇડ તરીકે H₂S જળ ઉમેરતાં અવક્ષેપન પામે છે, કારણ કે આ ધાતુ સલ્ફાઇડના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર ઓછા છે.
આ જ પ્રમાણે તૃતીય-અ સમૂહના આયનોના અવક્ષેપન માટે NH₄OH ઉપરાંત NH₄Cl (અધિક પ્રમાણમાં) ઉમેરવામાં આવે છે.
NH₄OHમાંથી મળતા OH^– ની સાંદ્રતા NH₄Clમાંથી મળતા સમાન આયન NH₄⁺ને લીધે ઘટે છે. માટે તૃતીય-અ સમૂહના ધાતુ આયનો હાઇડ્રૉક્સાઇડ તરીકે અવક્ષેપન પામે છે, કારણ કે તેમના અલ્પદ્રાવ્ય હાઇડ્રૉક્સાઇડ ક્ષારોના દ્રાવ્યતા ગુણાકારનાં મૂલ્યો નીચાં છે.
આ ઉપરાંત, NaClના દ્રાવણમાં HCl વાયુ પસાર કરવાથી સમાન આયન Cl^–ની અસરને લીધે NaCl દ્રાવ્યતા ઘટે છે. આથી NaClના સફેદ અવક્ષેપ મળે છે.
અહીં, એ નોંધવું જરૂરી છે કે કેટલાક સંજોગોમાં દ્રાવ્યતા ઘટવાને બદલે વધે છે. નિર્બળ ઍસિડના ક્ષારો જેવા કે ફૉસ્ફેટ ક્ષારોની દ્રાવ્યતા ઍસિડ ઉમેરવાથી અથવા pH ઘટાડવાથી વધે છે. આનું કારણ એ છે કે ફૉસ્ફેટ આયન ઍસિડમાંના H⁺ સાથે સંયોજાઈ પ્રોટોન મેળવી ઍસિડમાં ફેરવાય છે. તેથી ફૉસ્ફેટ ક્ષારોની દ્રાવ્યતા વધે છે.

પ્રશ્ન 88.
નીચેના દાખલા ગણો :
1. Ni(OH)₂ની 0.10 M NaOHમાં મોલર દ્રાવ્યતા ગણો.
Ni(OH)₂નો દ્રાવ્યતા ગુણાકાર 2.0 × 10^-15 છે.
ઉકેલ:
ધારો કે, Ni(OH)₂ની દ્રાવ્યતા S છે. S mol L^-1 Ni(OH)₂ના વિલયન માટે S mol L^-1 Ni²⁺ અને 2S mol L^-1 OH^– ની જરૂર પડશે. પણ OH^– ની કુલ સાંદ્રતા (0.10 + 2S) mol L^-1, કારણ કે દ્રાવણ 0.10 mol L^-1 OH^– તો NaOHમાં હાજર છે જ.
K_sp = 2.0 × 10^-15 = [Ni²⁺] [OH^–]²
= (S) (0.10 + 2S)²
K_spનું મૂલ્ય ઓછું છે. 2S << 0.10,
આમ, (0.10 + 2S) = 0.10 થાય.
હવે, Ni(OH)₂ માટે K_sp = [Ni⁺²][OH^–]²
∴ 2.0 × 10^-15 = S (0.10)²
S = 2.0 × 10^-13 M = [Ni²⁺]

2. પાણીના એક નમૂનામાં F^–ની સાંદ્રતા 3.0 × 10^-5M છે. F^–ના અવક્ષેપન માટે તેમાં ઓછામાં ઓછું કેટલું ઘન CaCl₂ ઉમેરવું પડે? CaF₂નો K_sp = 1.7 × 10^-10 અને CaCl₂નું આણ્વીય દળ = 111 u
ઉકેલઃ
ધારો કે, CaCl₂નું x mol L^-1 સાંદ્રતા ધરાવતું દ્રાવણ CaF₂ માટે સંતૃપ્ત બને છે.

હવે, CaF₂ માટે દ્રાવણ સંતૃપ્ત હોવાથી,
Q_sp = K_sp = [Ca²⁺][F^–]²
∴ 1.7 × 10^-10 = (x) (3.0 × 10^-5)²
∴ x = \(\frac{1.7 \times 10^{-10}}{9.0 \times 10^{-10}}\)
1.7 × 10^-10 = 0.189M
આમ, CaCl₂ની 0.189M સાંદ્રતાએ આ મિશ્રણ CaF₂ માટે સંતૃપ્ત દ્રાવણ બનશે. એટલે કે, Q_sp = K_spથશે.
હવે, અવક્ષેપન માટે Q_sp > K_sp હોવું જોઈએ એટલે કે CaCl₂ની મોલારિટી 0.189M કરતાં વધુ એટલે કે લગભગ 0.2M હોવી જોઈએ.
∴ CaCl₂નું વજન = મોલ × આણ્વીય દળ
= 0.2 × 111
= 22.2 g

હેતુલક્ષી પ્રશ્નોત્તર
નીચેના પ્રશ્નોના ટૂંકમાં ઉત્તર લખો :

પ્રશ્ન 1.
સંતુલન એટલે શું?
ઉત્તર :
પ્રણાલીનો એવો તબક્કો કે જ્યાં પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાના વેગ સમાન થાય તેને સંતુલન કહે છે.

પ્રશ્ન 2.
સામાન્ય ગલનબિંદુ અથવા ઠારણબિંદુ એટલે શું?
ઉત્તર:
કોઈ પણ શુદ્ધ પદાર્થ માટે વાતાવરણના દબાણે, જે તાપમાને ઘન અને પ્રવાહી કલાઓ વચ્ચે સંતુલન હોય તે તાપમાનને પદાર્થનું સામાન્ય ગલનબિંદુ અથવા ઠારણબિંદુ કહે છે.

પ્રશ્ન 3.
કોઈ પણ પ્રવાહીના સંપૂર્ણ બાષ્પીભવનનો આધાર કયાં કયાં પરિબળો પર રહેલો છે?
ઉત્તર :
પ્રવાહીના સંપૂર્ણ બાષ્પીભવનનો આધાર

પ્રવાહીનો સ્વભાવ,
પ્રવાહીનો જથ્થો (પ્રમાણ) અને
તાપમાન પર રહેલો છે.

પ્રશ્ન 4.
સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ એટલે શું?
ઉત્તર:
કોઈ પણ શુદ્ધ પ્રવાહી માટે એક વાતાવરણ દબાણે (1.013 bar) જે તાપમાને પ્રવાહી અને બાષ્પ સંતુલનમાં હોય તે તાપમાનને સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ કહે છે.

પ્રશ્ન 5.
પ્રવાહીનું ઉત્કલનબિંદુ શેના પર આધાર રાખે છે?
ઉત્તર:
પ્રવાહીનું ઉત્કલનબિંદુ વાતાવરણના દબાણ અને ઊંચાઈ પર આધાર રાખે છે.

પ્રશ્ન 6.
સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં દ્રાવ્યની સાંદ્રતા શેના પર આધાર રાખે છે?
ઉત્તર:
સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં દ્રાવ્યની સાંદ્રતા તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

પ્રશ્ન 7.
હેન્રીનો નિયમ જણાવો.
ઉત્તર:
કોઈ પણ તાપમાને, આપેલા દ્રાવકના દળમાં, દ્રાવ્ય થતા વાયુનું દળ એ દ્રાવકની ઉપરના વાયુના દબાણનાં સમપ્રમાણમાં હોય છે. અર્થાત્ વાયુની દ્રાવ્યતા ∝ વાયુનું દબાણ.

પ્રશ્ન 8.
અચળ તાપમાને પાણી, ડાયમિથાઇલ ઈથર અને એસિટોનનાં બાષ્પદબાણ અનુક્રમે 23.3, 56 અને 24.60 bar છે, તો આ પ્રવાહીઓને તેમના ઉત્કલનબિંદુના ઊતરતા ક્રમમાં ગોઠવો.
ઉત્તર:
સામાન્ય રીતે, ઉત્કલનબિંદુ એ બાષ્પદબાણના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. આથી જેનું બાષ્પદબાણ ઓછું તેનું ઉત્કલનબિંદુ વધુ. આમ, ઉત્કલનબિંદુનો ઊતરતો ક્રમ : પાણી > એસિટોન > ડાય- મિથાઇલ ઈથર.

પ્રશ્ન 9.
નીચેની પૈકી કઈ પ્રણાલીઓ સંતુલન અવસ્થામાં નથી? તે જણાવો.
(a) ખુલ્લા પાત્રમાં ખાંડનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ
(b) અચળ તાપમાને થરમૉમીટરનો પારો અને તેની બાષ્પ
(c) ખુલ્લા પાત્રમાં 473 K તાપમાને ઊકળતું પાણી
(d) 273 K તાપમાને પાણીમાં તરતો બરફ
(e) 288 K તાપમાને પાણીમાં તરતો બરફ
ઉત્તર:
(a) અને
(b) સંતુલન અવસ્થામાં નથી.

પ્રશ્ન 10.
ગતિશીલ સંતુલનની લાક્ષણિકતા જણાવો.
ઉત્તર:
ગતિશીલ સંતુલન દરમિયાન પુરોગામી અને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો વેગ (દર) સમાન હોય છે.

પ્રશ્ન 11.
સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ શેની મદદથી નક્કી કરી શકાય છે?
ઉત્તર:
સંતુલનનો ગતિશીલ સ્વભાવ રેડિયો-સક્રિય તત્ત્વો દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે.

પ્રશ્ન 12.
સંતુલન નિયમ અથવા રાસાયણિક સંતુલનનો નિયમ જણાવો.
ઉત્તર:
આપેલ તાપમાને પ્રક્રિયાની નીપજોની વ્યક્તિગત સાંદ્રતાને સંતુલિત સમીકરણમાંના અનુરૂપ તત્ત્વયોગમિતીય ગુણાંકને ઘાતાંક તરીકે લેતાં અને તેને પ્રક્રિયકોની વ્યક્તિગત સાંદ્રતાઓને અનુરૂપ તત્ત્વયોગમિતીય ગુણાંકને ઘાતાંક તરીકે લઈને ભાગવાથી અચળ મૂલ્ય મળે છે. આને સંતુલન નિયમ અથવા રાસાયણિક સંતુલનનો નિયમ કહે છે.

પ્રશ્ન 13.
પ્રતિગામી પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક અને પુરોગામી પ્રક્રિયા માટેના સંતુલન અચળાંક વચ્ચેનો સંબંધ જણાવો.
ઉત્તર:
પ્રતિગામી પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક અને પુરોગામી પ્રક્રિયા માટેનો સંતુલન અચળાંક એકબીજાના વ્યસ્ત (પ્રતીપ) હોય છે.

પ્રશ્ન 14.
સક્રિય જથ્થાના નિયમનું ગાણિતિક સ્વરૂપ દર્શાવો.
ઉત્તર:
સામાન્ય પ્રક્રિયા : aA + bB \(\rightleftharpoons\) cC + dD માટે,
K_c = \(\frac{[\mathrm{C}]^{\mathrm{c}}[\mathrm{D}]^{\mathrm{d}}}{[\mathrm{A}]^{\mathrm{a}}[\mathrm{B}]^{\mathrm{b}}}\)ને સક્રિય જથ્થાનો નિયમ કહે છે.

પ્રશ્ન 15.
સંતુલિત પ્રક્રિયા : \(\frac{1}{2}\)H₂(g) + \(\frac{1}{2}\)I₂(g) \(\rightleftharpoons\) HI(g) માટે સંતુલન અચળાંક લખો.
ઉત્તર:
K_c = \(\frac{[\mathrm{HI}]}{\left[\mathrm{H}_2\right]^{\frac{1}{2}}\left[\mathrm{I}_2\right]^{\frac{1}{2}}}\)

પ્રશ્ન 16.
સમાંગ સંતુલન એટલે શું?
ઉત્તર:
જે સંતુલનમાં બધા જ પ્રક્રિયકો અને નીપજો એક જ કલામાં (સમાન કલામાં) હોય તેને સમાંગ સંતુલન કહે છે.

પ્રશ્ન 17.
N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g) માટે K_p અને K_c વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવો.
ઉત્તર:
K_p = K_c (RT)^-2

પ્રશ્ન 18.
K_p અને K_c વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવો.
ઉત્તર:
K_p = K_c(RT)^Δn(g) જ્યાં, Δn_(g) = n_p(g) – n_p(r)

પ્રશ્ન 19.
વિષમાંગ સંતુલન એટલે શું?
ઉત્તર:
જો પ્રણાલીમાં એક કરતાં વધારે કલા હોય, તો તેમની વચ્ચે સ્થપાતા સંતુલનને વિષમાંગ સંતુલન કહે છે.

પ્રશ્ન 20.
Ni(s) + 4CO(g) \(\rightleftharpoons\) Ni(CO)₄(g) માટે સંતુલન અચળાંકનું સૂત્ર લખો.
ઉત્તર:
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{Ni}(\mathrm{CO})_4\right]}{[\mathrm{CO}]^4}\)

પ્રશ્ન 21.
Ag₂O(s) + 2HNO₃(aq) \(\rightleftharpoons\)
2AgNO₃(aq) + H₂O(l)
પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંકનું સૂત્ર લખો.
ઉત્તર:
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{AgNO}_3\right]^2}{\left[\mathrm{HNO}_3\right]^2}\)

પ્રશ્ન 22.
સંતુલન અચળાંકના અનુપ્રયોગો જણાવો.
ઉત્તર:
સંતુલન અચળાંકના અનુપ્રયોગો નીચે મુજબ છે :

પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ તેની માત્રાના આધાર પર પ્રાક્કથન કરવા.
પ્રક્રિયાની દિશાનું પ્રાથન કરવા.
સંતુલન સાંદ્રતા ગણવા માટે.

પ્રશ્ન 23.
કોઈ એક સંતુલિત પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક નિયત તાપમાને 10³ છે, તો તેનું અર્થઘટન શું થશે?
ઉત્તર:
સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય 10³ હોય, તો પ્રક્રિયા લગભગ પૂર્ણ થવા તરફ આગળ ધપે છે અને પ્રક્રિયાને અંતે નીપજો વધુ મળે છે.

પ્રશ્ન 24.
2A \(\rightleftharpoons\) B + C પ્રક્રિયા માટે K_c = 2 × 10^-3 જ્યારે Q_c = 1 હોય, તો પ્રક્રિયા કઈ દિશામાં આગળ વધશે?
ઉત્તર:
અહીં, Q_c > K_c હોવાથી પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં આગળ વધશે.

પ્રશ્ન 25.
K_eq = K_cનું અર્થઘટન કરો.
ઉત્તર:
સંતુલન સમયે જો ઘટકોની સાંદ્રતા મોલ૨ એકમમાં દર્શાવવામાં આવે, તો સંતુલન અચળાંક K_eq = K_c થાય.

પ્રશ્ન 26.
K_eq = K_pનું અર્થઘટન કરો.
ઉત્તર:
સંતુલન સમયે જો ઘટકોની સાંદ્રતા આંશિક દબાણ (p) દ્વારા દર્શાવવામાં આવે, તો K_eq = K_p થાય.

પ્રશ્ન 27.
NH₄COONH₂(s) → 2NH₃(g) + CO₂(g) માટે K_pનું સૂત્ર જણાવો.
ઉત્તર:
K_p = \(\frac{4 \mathrm{P}^3}{27}\) (bar)³

પ્રશ્ન 28.
NH₄HS(S)ના વિઘટન માટે સંતુલન અચળાંકનું સૂત્ર જણાવો.
ઉત્તર:
K_p = \(\frac{\mathrm{P}^2}{4}\) (bar)²

પ્રશ્ન 29.
નીચેના પૈકી કઈ કઈ સંતુલિત પ્રક્રિયા માટે K_p = K_c હોઈ શકે?
(1) CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s) + CO₂(g)
(2) CO(g) + H₂O(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(g) + H₂(g)
(3) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
(4) C₆H₁₂O(s) + 6O₂(g) \(\rightleftharpoons\) 6CO₂(g) + 6H₂O(l)
(5) 2HI(g) \(\rightleftharpoons\) H₂(g) + I₂(g)
(6) C(s) + O₂(g) \(\rightleftharpoons\) CO₂(g)
ઉત્તર:
ઉપરોક્ત પ્રક્રિયાઓ પૈકી પ્રક્રિયા (2), (4) અને (5) માટે K_p = K_c છે.

પ્રશ્ન 30.
વિદ્યુતવિભાજ્ય એટલે શું?
ઉત્તર:
જે પદાર્થો તેમના જલીય દ્રાવણમાં વિદ્યુતનું વહન કરે તેમને વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે.

પ્રશ્ન 31.
આયનીય સંતુલન એટલે શું?
ઉત્તર:
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના જલીય દ્રાવણમાં આયનો અને બિનઆયનીકરણ પામેલા અણુઓ વચ્ચે સ્થપાતા સંતુલનને આયનીય સંતુલન કહે છે.

પ્રશ્ન 32.
માનવજઠરમાં હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડનું પ્રમાણ જણાવો.
ઉત્તર:
માનવજઠરમાં હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડનું પ્રમાણ 1.2 – 1.5 L / દિવસ છે.

પ્રશ્ન 33.
પાણીનો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક જણાવો.
ઉત્તર:
પાણીનો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક 80 છે.

પ્રશ્ન 34.
જલીય દ્રાવણમાં આયનીકરણ કયાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે?
ઉત્તર:
જલીય દ્રાવણમાં આયનીકરણ બંધની પ્રબળતા અને ઉત્પન્ન થયેલા આયનોના દ્રાવક યોજન પર આધાર રાખે છે.

પ્રશ્ન 35.
હાઇડ્રોનિયમ આયનનો આકાર જણાવો.
ઉત્તર:
હાઇડ્રોનિયમ આયન ત્રિકોણીય પિરામિડલ આકાર ધરાવે છે.

પ્રશ્ન 36.
સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝની જોડ શેના દ્વારા અલગ પડે છે?
ઉત્તર:
સંયુગ્મ ઍસિડ-બેઇઝની જોડ માત્ર એક પ્રોટોનથી જ અલગ પડે છે.

પ્રશ્ન 37.
પ્રબળ ઍસિડનાં ઉદાહરણ આપો.
ઉત્તર:
HCIO₄, HCl, HBr, HI, HNO₃ અને H₂SO₄ જેવા ઍસિડ પ્રબળ ઍસિડ છે.

પ્રશ્ન 38.
પ્રબળ બેઇઝનાં ઉદાહરણ આપો.
ઉત્તર:
LiOH, KOH, NaOH, CSOH અને Ba(OH)₂ જેવા બેઇઝ પ્રબળ બેઇઝ છે.

પ્રશ્ન 39.
વિયોજિત અને અવિયોજિત પાણીની સાંદ્રતાનો ગુણોત્તર દર્શાવો.
ઉત્તર:
વિયોજિત અને અવિયોજિત પાણીની સાંદ્રતાનો ગુણોત્તર 1.8 × 10^-9 છે.

પ્રશ્ન 40.
બફર દ્રાવણ એટલે શું?
ઉત્તર:
દ્રાવણો જેનું મંદન કરવાથી અથવા તેમનામાં થોડા પ્રમાણમાં ઍસિડ અથવા આલ્કલી ઉમેરવામાં આવે તોપણ તેઓ pHમાં થતા ફેરફારનો પ્રતિકાર કરે છે. તેવાં દ્રાવણોને બફર દ્રાવણો કહે છે.

પ્રશ્ન 41.
ઝિરકોનિયમ ફૉસ્ફેટના જલીય દ્રાવણ માટે K_sp નું સૂત્ર જણાવો.
ઉત્તર:
K_sp = 6912(S)⁷

પ્રશ્ન 42.
CH₃OHનો સંયુગ્મ બેઇઝ જણાવો.
ઉત્તર:
CH₃OHનો સંયુગ્મ બેઇઝ CH₃O^– છે.

પ્રશ્ન 43.
પાણીના સ્વયંપ્રોટોનેશનનું સમીકરણ જણાવો.
ઉત્તર:
પાણીના સ્વઆયનીકરણને સ્વયંપ્રોટોનેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જેનું સમીકરણ નીચે મુજબ છે :
H₂O(l) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺(aq) + OH^–(aq)

પ્રશ્ન 44.
K_wના મૂલ્ય પર તાપમાનની અસર જણાવો તથા K_w નો એકમ લખો.
ઉત્તર:
સામાન્ય રીતે જેમ તાપમાન વધે તેમ K_wનું મૂલ્ય વધે છે. K_w નો એકમ Mol² L^-2 છે.

પ્રશ્ન 45.
NH₃માં OH^– હાજર ના હોવા છતાં પણ તે શા માટે બેઇઝ તરીકે વર્તે છે?
ઉત્તર:
NH₃માં મધ્યસ્થ નાઇટ્રોજન પરમાણુ પાસે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ હોવાથી તે ઇલેક્ટ્રોનયુગ્મ-દાતા તરીકે વર્તે છે. જેથી NH₃માં OH^– હાજર ના હોવા છતાં તે બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.

પ્રશ્ન 46.
CuSO₄નું જલીય દ્રાવણ શા માટે ઍસિડિક છે?
ઉત્તર:
CuSO₄ના જળવિભાજનનું કુલ સમીકરણ નીચે મુજબ છે :
Cu²⁺(aq) + SO₄^2-(aq) + 2H₂O \(\rightleftharpoons\) Cu(OH)₂ + 2H⁺ + SO₄^2-
આ સમીકરણ પરથી કહી શકાય કે, CuSO₄નું જલીય દ્રાવણ ઍસિડિક છે.

પ્રશ્ન 47.
નિર્બળ બેઇઝનો આયનીકરણ-અંશ અને મોલારિટી વચ્ચેનો સંબંધ જણાવો.
ઉત્તર:
α = \(\sqrt{\mathrm{K}_{\mathrm{b}} / \mathrm{M}}\)

પ્રશ્ન 48.
નિયત તાપમાને ક્ષારના જલીય દ્રાવણના આયનીય ગુણાકારનું મહત્તમ મૂલ્ય કેટલું હોય છે?
ઉત્તર:
નિયત તાપમાને ક્ષારના જલીય દ્રાવણના આયનીય ગુણાકારનું મૂલ્ય દ્રાવ્યતા ગુણાકારના મૂલ્ય જેટલું હોય છે.

પ્રશ્ન 49.
સંતુલિત પ્રક્રિયા પર ઉદ્દીપકની શું અસર થાય છે?
ઉત્તર:
સંતુલિત પ્રક્રિયા પર ઉદ્દીપકની કોઈ અસર થતી નથી.

પ્રશ્ન 50.
બે જલીય દ્રાવણોની pH અનુક્રમે 3 અને 4 છે, તો આ પૈકી કયું દ્રાવણ ઍસિડિક છે?
ઉત્તર:
બે દ્રાવણો પૈકી pH 3 ધરાવતું દ્રાવણ વધુ ઍસિડિક દ્રાવણ છે.

પ્રશ્ન 51.
HCl માટે સંયુગ્મી બેઇઝ તથા H₂O માટે સંયુગ્મી ઍસિડ લખો.
ઉત્તર:
HClનો સંયુગ્મી બેઇઝ Cl^– થશે.
H₂Oનો સંયુગ્મી ઍસિડ H₃O⁺ થશે.

પ્રશ્ન 52.
ખાંડનું જલીય દ્રાવણ વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરી શકતો નથી. પરંતુ સોડિયમ ક્લોરાઇડનું જલીય દ્રાવણ વિદ્યુતનું વહન કરી શકે છે. આયનીકરણ ઘટનાને આધારે આ વિધાન સમજાવો. તથા આ ઘટના NaClની સાંદ્રતા સાથે કઈ રીતે આધાર રાખે છે તે પણ સમજાવો.
ઉત્તર:
ખાંડ વિદ્યુત અવિભાજ્ય પદાર્થ હોવાથી તેનું આયનીકરણ થતું નથી. આથી દ્રાવણમાં મુક્ત આયન ન હોવાથી તેનું જલીય દ્રાવણ વિદ્યુતનું વહન કરી શકતા નથી.

NaCl વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ હોવાથી તેનાં જલીય દ્રાવણમાં Na⁺ અને Cl^– આયનો હોવાથી દ્રાવણમાંથી વિદ્યુતનું વહન કરી શકે છે.
NaClની સાંદ્રતા વધતાં દ્રાવણમાં Na⁺ અને Cl^–ની સાંદ્રતા વધતાં વિદ્યુતવાહકતા વધે છે.

પ્રશ્ન 53.
BF₃માં પ્રોટોન ન હોવા છતાં તે ઍસિડ તરીકે વર્તે છે તથા બેઇઝ NH₃ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે. બંને વચ્ચે કયા કારણસર પ્રક્રિયા થાય છે અને તેમની વચ્ચે કયો બંધ બને છે?
ઉત્તર:
BF₃ અણુ NH₃માં રહેલ અબંધકા૨ક ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મનો સ્વીકાર કરી શકતો હોવાથી BF₃ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે, જ્યારે NH, ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ પ્રદાન કરતો હોવાથી તે લુઇસ બેઇઝ છે.
F₃B ← : NH₃
તેમની વચ્ચે સવર્ગ સહસંયોજક બંધ બને છે.

પ્રશ્ન 54.
એક નિર્બળ બેઇઝ MOHના સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય K_b = \(\frac{\left[\mathbf{M}^{+}\right]\left[\mathbf{O H}^{-}\right]}{[\mathbf{M O H}]}\) દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે. ચોક્કસ તાપમાને કેટલાક નિર્બળ બેઇઝ માટે K_bનાં મૂલ્યો નીચે મુજબ છે :

તેમના આયોનિક અચળાંક K_bના ઊતરતા ક્રમમાં બેઇઝને ગોઠવો તથા જણાવો કે કયો બેઇઝ સૌથી વધુ પ્રબળ છે?
ઉત્તર:
ડાયમિથાઇલ એમાઇન > એમોનિયા > પિરિડિન > યૂરિયા
ડાયમિથાઇલ એમાઇનનો K_b વધુ હોવાથી ડાયમિથાઇલ એમાઇન સૌથી વધુ પ્રબળ બેઇઝ બનશે.

પ્રશ્ન 55.
નિર્બળ બેઇઝનો સંયુગ્મી ઍસિડ પ્રબળ હોય છે. નીચે દર્શાવેલ કેટલાક સંયુગ્મી બેઇઝ માટે તેમની પ્રબળતાના ઘટકોનો ક્રમ જણાવો.
OH^–, OR^–, CH₃COO^–, Cl^–
ઉત્તર:
આપેલ સંયુગ્મી બેઇઝના સંયુગ્મી ઍસિડ નીચે મુજબ છે :
H₂O, ROH, CH₃COOH, HCl
તેમની ઍસિડિક પ્રબળતાનો ક્રમ: HCl > CH₃COOH > H₂O > ROH
આથી સંયુગ્મી બેઇઝની પ્રબળતાનો ક્રમ :
OR^– > OH^– > CH₃COO^– > Cl^–

પ્રશ્ન 56.
નીચે દર્શાવેલ પદાર્થ માટે તેમની pHના મૂલ્યને આધારે ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો :
KNO₃(aq), CH₃COONa(aq), NH₄Cl(aq), C₆H₅COONH₄
ઉત્તર:

પદાર્થ	ક્ષાર	PH
KNO₃(aq)	પ્રબળ ઍસિડ અને પ્રબળ બેઇઝનો ક્ષાર છે.	= 7
CH₃COONa(aq)	પ્રબળ બેઇઝ અને નિર્બળ ઍસિડનો ક્ષાર છે.	> 7
NH₄Cl(aq)	નિર્બળ બેઇઝ અને પ્રબળ ઍસિડનો ક્ષાર છે.	< 7
C₆H₅COONH₄	નિર્બળ બેઇઝ અને નિર્બળ ઍસિડનો ક્ષાર છે.	> 7

K_b(NH₄OH) > K_a (C₆H5COOH) હોવાથી દ્રાવણ થોડું બેઝિક થશે. આથી pHનો ક્રમ : NH₄Cl < KNO₃ < C₆H₅COONH₄ < CH₃COONa

પ્રશ્ન 57.
પ્રક્રિયા 2HI(g) \(\rightleftharpoons\) H₂(g) + I₂(g) માટે K_c નું મૂલ્ય 1 × 10^-4 છે. પ્રક્રિયાની કોઈ ચોક્કસ સમયે પ્રક્રિયક અને નીપજનું પ્રમાણ નીચે મુજબ છે :
[HI] = 2 × 10^-5 મોલ
[H₂] = 1 × 10^-5 મોલ
[I₂] = 1 × 10^-2 મોલ
પ્રક્રિયા કઈ દિશામાં આગળ વધશે તે જણાવો.
ઉત્તર:
પ્રક્રિયા માટે Q_c = \(\frac{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}{[\mathrm{HI}]^2}\)
= \(\frac{\left(1 \times 10^{-5}\right)\left(1 \times 10^{-5}\right)}{\left(2 \times 10^{-5}\right)^2}\)
= 0.25
Q_c > K_c હોવાથી પ્રક્રિયા પ્રતિગામી દિશામાં આગળ વધશે.

પ્રશ્ન 58.
સમીકરણ pH = – log [H₃O⁺] મુજબ 10^-8M HClના દ્રાવણની pH = 8 થવી જોઈએ, પરંતુ તેના જલીય દ્રાવણની pH = 7 કરતાં ઓછી છે. આમ થવાનું કારણ સમજાવો.
ઉત્તર:
જલીય દ્રાવણમાં ઍસિડના વિયોજનથી ઉત્પન્ન થતા [H₃O⁺] ઉપરાંત પાણીના સ્વઆયનીકરણથી પણ [H₃O⁺] ઉત્પન્ન થાય છે, જેનું મૂલ્ય 25 °C તાપમાને 1.0 × 10^-7M છે.
હવે, જો 10^-8 M HCIનું જલીય દ્રાવણ લેવામાં આવે, તો તેમાં નીચે મુજબનું સંતુલન સ્થપાશે :

આમ, જલીય દ્રાવણમાં કુલ [H₃O⁺]
= [H₃O⁺] ઍસિડના વિયોજન દ્વારા +[H₃O⁺] પાણીના સ્વઆયનીકરણ દ્વારા
= 0.1 × 10^-7 + 1 × 10^-7
= 1.1 × 10^-7 M
pH = – log [H₃O⁺]
= – log [1.1 × 10^-7]
= – [log 1.1 + log 10^-7]
= – [(0.0414) – 7 log 10]
= – 0.0414 + 7
= 6.95

પ્રશ્ન 59.
એક પ્રબળ ઍસિડના દ્રાવણની pH = 5 છે. આ દ્રાવણને 100 ગણું મંદ કરવામાં આવે, તો પરિણામી દ્રાવણની pH કેટલી થશે?
ઉત્તર:
[H₃O⁺] = Antilog (- pH) = Antilog (- 5) = 10^-5M
હવે, 100 ગણું મંદ કરવામાં આવે, તો પરિણામી દ્રાવણમાં થતો ફેરફાર,
[H₃O⁺] = \(\frac{10^{-5}}{100}\) = 10^-7M
હવે, જલીય દ્રાવણમાં [H₃O⁺]ની કુલ સાંદ્રતા
[H₃O⁺]_{દ્રાવણ} = [H₃O⁺]_ઍસિડ + [H₃O⁺]_પાણી
= [1 × 10^-7] + [1 × 10^-7]
= 2 × 10^-7 mol.L^-1
∴ pH = – log[H₃O⁺]
= – log [2 × 10^-7]
= – [log 2 + log 10^-7]
= – [0.3010 + (- 7 log 10)]
= 7 – 0.3010
∴ pH = 6.699

પ્રશ્ન 60.
જ્યારે કોઈ અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના જલીય દ્રાવણ માટે તેના આયોનિક ગુણાકાર (I_p)નું મૂલ્ય તેના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (K_sp)ના મૂલ્ય કરતાં વધારે થાય ત્યારે જે-તે ક્ષારનું અવક્ષેપન થાય છે. જો BaSO₄ના જલીય દ્રાવણમાં દ્રાવ્યતા 8 × 10^-4 \(\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}\) હોય, તો તેની દ્રાવ્યતા 0.01 \(\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}\) H₂SO₄ના દ્રાવણમાં કેટલી થશે?
ઉત્તર:

પ્રશ્ન 61.
0.08 \(\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}\) HOClના દ્રાવણની pH 2.85 છે, તો તેના વિયોજન અચળાંકનું મૂલ્ય શોધો.
ઉત્તર:
[H₃O⁺] = Antilog (- pH) = Antilog (- 2.85) (∵ pH = 2.85)
∴ [H₃O⁺] = 1.413 × 10^-3
નિર્બળ ઍસિડ માટે, [H₃O⁺] = \(\sqrt{\mathrm{K}_{\mathrm{a}} \cdot \mathrm{Co}}\)
∴ K_a = \(\frac{\left[\mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}\right]^2}{\mathrm{Co}}\)
∴ K_a = \(\frac{\left(1.413 \times 10^{-3}\right)^2}{0.08}\)
∴ K_a = 2.4957 × 10^-5

પ્રશ્ન 62.
pH = 6 27 pH =4 ધરાવતાં બે પ્રબળ ઍસિડ A અને Bને સરખા કદથી મિશ્ર કરતાં બનતા પરિણામી દ્રાવણની PH શોધો.
ઉત્તર:
(i) ઍસિડ Aના દ્રાવણમાં [H₃O⁺]
[H₃O⁺] = Antilog (- pH)
= Antilog (- 6)
= 10^-6 M

(ii) ઍસિડ Bના દ્રાવણમાં [H₃O⁺]
[H₃O⁺] = Antilog (- pH)
= Antilog (- 4)
= 10^-4 M
બંને ઍસિડના સરખા કદને મિશ્ર કરેલ હોવાથી મિશ્રણમાં તેમની સાંદ્રતા મૂળ સાંદ્રતાથી અડધી થશે.
∴ [H₃O⁺]_કુલ [H₃O⁺]_{ઍસિડ A} + [H₃O⁺]_{ઍસિડ B}
= (0.5 × 10^-6) + (0.5 × 10^-4)
= (0.005 × 10^-4) + (0.5 × 10^-4)
= 0.505 × 10^-4 mol·L^-1
= 5.05 × 10^-5 mol·L^-1
pH = – log [H₃O⁺]
= – log[5.05 × 10^-5]
= – [log 5.05 + (- 5) log 10]
= – [0.7033+ (- 5)]
= 5 – 0.7033
≅ 4.2977
≅ 4.3

પ્રશ્ન 63.
Al(OH)₃ના દ્રાવ્યતા ગુણાકારનું મૂલ્ય 2.7 × 10^-11 છે, તો દ્રાવણની pH તથા ક્ષારની દ્રાવ્યતા gm/Lમાં શોધો. [Alનું પરમાણ્વીય દળ = 27 u]
ઉત્તર:

K_sp = [Al³⁺] [OH^–]³
= (S) (3S)³
∴ K_sp = 27 S⁴
S⁴ = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{sp}}}{27}\)
= \(\frac{2.7 \times 10^{-11}}{27}\)
= 0.1 × 10^-11
= 1 × 10^-12
∴ S = \(\sqrt[4]{1}\) × 10^-3
= 10^-3 M
દ્રાવ્યતા (મોલારિટીમાં) = દ્રાવ્યતા mol·L^-1 x અણુભાર
= 10^-3 mol·L^-1 × 78 g.mol^-1
= 7.8 × 10^-3g.L^-1
[OH^–] = 3S = 3 × (1 × 10^-3)
= 3 × 10^-3
pOH = – log[OH^–]
= – log (3 × 10^-3)
= 3 – 0.4771
= 2.5229
pH = 14 – pOH
= 14 – 2.5229
= 11.4771

પ્રશ્ન 64.
0.1 gm લેડ (II) ક્લોરાઇડનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ બનાવવા માટે પાણીનું કેટલું કદ જરૂર પડે?
K_sp (PbCl₂) = 3.2 × 10^-8 Pb = 207 u
ઉત્તર:

K_sp = [Pb²⁺[Cl^–]²
= (S) (2S)²
= 4S³
S³ = \(\frac{\mathrm{K}_{\mathrm{sp}}}{4}\)
= \(\frac{3.2 \times 10^{-8}}{4}\)
= 0.8 × 10^-8
= 8.0 × 10^-9
∴ S = 3/8 × 10^-3
= 2 × 10^-3 M
દ્રાવ્યતા (મોલારિટીમાં) = દ્રાવ્યતા (g·L^-1) × અણુભાર
= 2 × 10^-3 × 278
= 0.556 g.L^-1
0.556 gm PbCl₂નું સંતૃપ્ત દ્રાવણ બનાવવા 1L દ્રાવણની જરૂર પડે.
∴ 0.1 gm PbCl₂નું દ્રાવણ બનાવવા = ?
= \(\frac{0.1}{0.556}\)
= 0.1798 L
= 179.8 mL

પ્રશ્ન 65.
પ્રક્રિયા : NH₃ + BF₃ → H₃N : BF₃ પ્રક્રિયા માટે ઍસિડ અને બેઇઝ સંયોજનો જણાવી .તે કઈ સંકલ્પનાને આધારે ઍસિડ અને બેઇઝ વ્યાખ્યાયિત થાય છે? BF₃ અને NH₃માં B અને Nનું સંકરણ જણાવો.
ઉત્તર:
NH₃ : લુઇસ બેઇઝ
BF₃ : લુઇસ ઍસિડ
લુઇસ ઍસિડ-બેઇઝ સંકલ્પનાને આધારે તે વ્યાખ્યાયિત થશે.
NH₃માં Nનું સંકરણ : sp³
BF₃માં Bનું સંકરણ : sp²

પ્રશ્ન 66.
પ્રક્રિયા : CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) માટે નીચેની માહિતીને આધારે સંતુલન અચળાંક પર તાપમાનની અસર સમજાવો :
Δ_fH^⊖ [CaO(s)] = – 635.1 kJ mol^-1
Δ_fH^⊖ [CO2(g)] = – 398.5 kJ mol^-1
Δ_fH^⊖ [CaCO3(s)] = – 1206.9 kJ mol^-1
ઉત્તર:
આપેલ પ્રક્રિયા માટે પ્રક્રિયા એન્થાલ્પી
Δ_fHr × n = {[Δ_fH_{CaO_(s)}] + [Δ_fH_CO₂] } – {Δ_fH_CaCO₃(s)}
= [- 635.1 + (- 393.5)] – [- 1206.9]
= 178.3 kJ mol^-1
પ્રક્રિયા એન્થાલ્પીનું મૂલ્ય ધન હોવાથી પ્રક્રિયા ઉષ્માશોષક છે. આથી પ્રક્રિયા તાપમાન વધારવામાં આવે, તો પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં આગળ વધશે અને સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય વધે છે.

ખાલી જગ્યા પૂરો :

(1) 1 bar = ……………. Pa
ઉત્તર:
10⁵

(2) 2C(s) + 2O₂(g) → 2CO(g) માટે K_p અને K_c નો ગુણોત્તર ……………… થાય.
ઉત્તર:
RT

(3) જોΔ G° = 0, તો K = …………………. .
ઉત્તર:
1

(4) ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયામાં તાપમાન વધે તેમ K_c નું મૂલ્ય ………………. છે.
ઉત્તર:
વધે

(5) આંબલીમાં ………………….. ઍસિડ હોય છે.
ઉત્તર:
ટાર્ટરિક

(6) H⁺ આયનની ત્રિજ્યા આશરે ……………………. m છે.
ઉત્તર:
10^-15

(7) સમાન આયન અસરથી નિર્બળ ઍસિડમાં H⁺ની સાંદ્રતા ………………… છે.
ઉત્તર:
ઘટે

(8) મોહ્ર ક્ષારનું અણુસૂત્ર ……………….. છે.
ઉત્તર:
FeSO₄ · (NH₄)₂SO₄ · 6H₂O

(9) બધા જ નાઇટ્રેટ ક્ષારો પાણીમાં …………………… હોય છે.
ઉત્તર:
દ્રાવ્ય

(10) બીજા સમૂહના ધાતુ આયનોનાં સલ્ફાઇડ ક્ષારના અવક્ષેપન …………………. દરમિયાન H₂S જળ પહેલાં ઉમેરવામાં આવે છે.
ઉત્તર:
HCl

તફાવત આપો :

પ્રશ્ન 1.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ અને પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ
ઉત્તર:

નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ	પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ
1. નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થો પાણીમાં ઓગળતા તેનું અંશત આયનીકરણ થાય છે.	1. પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થો પાણીમાં ઓગળતા તેનું સંપૂર્ણ આયનીકરણ થાય છે.
2. તેમનાં જલીય દ્રાવણો ઉષ્મા / વિદ્યુતનાં મંદ હોય છે.	2. તેમનાં જલીય દ્રાવણો ઉષ્મા / વિદ્યુતનાં સુવાહક હોય છે.
3. દા. ત., પ્રબળ ઍસિડ (HCl), પ્રબળ બેઇઝ (NaOH) અને ક્ષાર (NaCl)	૩. દા. ત., નિર્બળ ઍસિડ (CH₃COOH), નિર્બળ બેઇઝ (NH₄OH) અને ક્ષાર (CH₃COONH₄)

પ્રશ્ન 2.
ઍસિડ અને બેઇઝ
ઉત્તર:

ઍસિડ	બેઇઝ
1. ઍસિડ સ્વાદે ખાટાં હોય છે.	1. બેઇઝ સ્વાદે તૂરા (કડવા) હોય છે.
2. તે ભૂરા (વાદળી) લિટમસપત્રને લાલ કરે છે.	2. તે લાલ લિટમસપત્રને ભૂરું (વાદળી) કરે છે.
3. તે બેઇઝ સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર બનાવે છે.	3. તે ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર બનાવે છે.
4. દા. ત., HCl + NaOH → NaCl + H₂O	4. દા. ત., 2NaOH + H₂CO₃ → Na₂CO₃ + 2H2O

પ્રશ્ન 3.
વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન અને સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન
ઉત્તર:

વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન	સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન
1. જો સંતુલનમાં રહેલી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના બધા જ ઘટકોની ભૌતિક અવસ્થા જુદી હોય અને નીપજ તેમજ પ્રક્રિયકો વચ્ચે એકરૂપ મિશ્રણ બનતું ન હોય, તો તેને વિષમાંગ રાસાયણિક સંતુલન કહે છે. દા. ત., CaCO₃(s) \(\rightleftharpoons\) CaO(s) + CO₂(g) NH₃(g) + H₂O(l) \(\rightleftharpoons\) NH₄OH(l)	1. જો સંતુલનમાં રહેલી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના બધા જ ઘટકો સમાન ભૌતિક અવસ્થા ધરાવતા હોય અને બધા જ ઘટકો એકરૂપ મિશ્રણ નિપજાવતા હોય, તો તેને સમાંગ રાસાયણિક સંતુલન કહે છે. દા. ત., CH₃COOH(l) + C₂H₅OH(l) \(\rightleftharpoons\) CH₃COOC₂H₅(l) + H₂O(l) N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₃(g)
2. આ પ્રકારના સંતુલનમાં પ્રણાલીમાં રહેલા ઘટકો એકબીજાથી ચોક્કસ સીમારેખા વડે અલગ કરી શકાય છે અને પ્રણાલીના ગુણધર્મો તેના સમગ્ર વિસ્તારમાં એકસમાન હોતા નથી.	2. આ પ્રકારના સંતુલનમાં પ્રણાલીમાં રહેલા ઘટકો એકબીજાથી ચોક્કસ સીમારેખા વડે અલગ પાડી શકાતા નથી અને પ્રણાલીના ગુણધર્મો તેના સમગ્ર વિસ્તારમાં એકસમાન હોય છે.

વૈજ્ઞાનિક કારણો આપો :

પ્રશ્ન 1.
KCNનું જલીય દ્રાવણ બેઝિક હોય છે.
ઉત્તર:
KCNનું જલીય દ્રાવણ પ્રબળ બેઇઝ (KOH) અને નિર્બળ ઍસિડ (HCN) ધરાવે છે. આમ, KCN ક્ષાર એ પ્રબળ બેઇઝ અને નિર્બળ ઍસિડનો બનેલો છે. આથી તેના જલીય દ્રાવણમાં [H₃O⁺] < [OH^–] થવાથી દ્રાવણ બેઝિક બને છે. આમ, KCNનું જલીય દ્રાવણ બેઝિક હોય છે.

પ્રશ્ન 2.
NaClના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં HCl(g) પસાર કરતાં સફેદ અવક્ષેપ મળે છે.
ઉત્તર:
NaCl(s) \(\rightleftharpoons\) Na⁺(aq) + Cl^–(aq)
HCl → H⁺(aq) + Cl^–(aq)
NaClના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં NaClનું પ્રમાણ પૂરતું હોય છે. હવે તેમાં HCl(g) પસાર કરતાં Cl^–(aq) સમાન બને છે. આથી Cl^–(aq)ની સાંદ્રતા વધતાં તે કેટલાંક Na⁺(aq) સાથે સંયોજાઈને વધુ NaCl(s) બનાવે છે. પરિણામે NaCl(s) ક્ષારની દ્રાવ્યતા ઘટે છે. આથી NaCl(s)ના સફેદ અવક્ષેપ મળે છે.

પ્રશ્ન 3.
બધા જ બ્રૉન્ટેડ-લૉરી ઍસિડ એ લુઇસ ઍસિડ હોઈ શકે, પરંતુ બધા જ લુઇસ ઍસિડ એ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી.
ઉત્તર:
ઍસિડ અને બેઇઝની વ્યાખ્યાઓ સમજાવતા બે સિદ્ધાંત મહત્ત્વના છેઃ (1)બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી સિદ્ધાંત અને (2)લુઇસ સિદ્ધાંત. આ બંને સિદ્ધાંતોમાં સમાયેલી વ્યાખ્યાઓ પ્રમાણે બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી બેઇઝ અને લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તતા પદાર્થોની વચ્ચે તફાવત નથી. આ બંને સિદ્ધાંત અનુસાર : \(: \mathrm{OH}^{-}, \quad: \mathrm{Cl}^{-}, \quad: \mathrm{NH}_3, \quad \mathrm{H}_2 \ddot{\mathrm{O}}\) વગેરે બેઇઝ છે, કારણ કે તેઓ પ્રોટોનનો સ્વીકાર કરી શકે છે અને ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મના દાતા પણ છે. બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી સિદ્ધાંત અનુસાર ઍસિડ પાસે મુક્ત થઈ શકે તેવું હાઇડ્રોજન આયન હોવું જરૂરી છે. પરિણામે બ્રૉન્ટેડ-લૉરી ઍસિડ લુઇસ ઍસિડ હોઈ શકે, પરંતુ બધા લુઇસ ઍસિડ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી. દા. ત., BF₃ અને CO₂ લુઇસ ઍસિડ છે, પરંતુ તેમની પાસે મુક્ત થઈ શકે તેવો પ્રોટોન નથી. પરિણામે તેઓ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ તરીકે વર્તી શકતા નથી. તેમની લુઇસ ઍસિડ તરીકેની પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે છે :

ટૂંકમાં, લુઇસ બેઇઝ બ્રૉન્ટેડ-લૉરી બેઇઝ છે, પણ બધા લુઇસ ઍસિડ બ્રૉન્સ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ હોતા નથી.

પ્રશ્ન 4.
III-A સમૂહના ઘનાયનના હાઇડ્રૉક્સાઇડોના અવક્ષેપન માટે NH₄OH પહેલાં NH₄Cl ઉમેરવામાં આવે છે.
ઉત્તર :

NH₄OH \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)
NH₄Cl \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺(aq) + Cl^–(aq)

NH₄OHના દ્રાવણમાં NH₄Cl ઉમેરતાં NH₄⁺(aq) સમાન બને છે. આથી NH₄⁺(aq)ની સાંદ્રતા વધે છે અને OH^–(aq)ની સાંદ્રતા ઘટે છે. હવે, OH^–(aq)ની સાંદ્રતા ઘટવા છતાં III-A સમૂહના ઘનાયન અને OH^–(aq)નો આયનીય ગુણાકાર (I_p) તેમના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (K_sp) કરતાં વધી જાય છે. આથી III-A સમૂહના ઘનાયનો, હાઇડ્રૉક્સાઇડ રૂપે અવક્ષેપિત થાય છે અને III-A સમૂહ સિવાયના ઘનાયનો, OH^–(aq) સાથે અવક્ષેપ આપતા નથી. આમ, III-A સમૂહના ઘનાયનના હાઇડ્રૉક્સાઇડના અવક્ષેપન માટે NH₄OH પહેલાં NH₄Cl ઉમેરવામાં આવે છે.

જોડકાં જોડો :

પ્રશ્ન 1.
નીચે દર્શાવેલ સંતુલન અવસ્થાને યોગ્ય અવસ્થાની જોડ સાથે સરખાવો :

વિભાગ A	વિભાગ B
1. પ્રવાહી \(\rightleftharpoons\) બાષ્પ	a. સંતૃપ્ત દ્રાવણ
2. ઘન \(\rightleftharpoons\) પ્રવાહી	b. ઉત્કલનબિંદુ
3. ઘન \(\rightleftharpoons\) વાયુ	c. ઊર્ધીકરણ બિંદુ
4. ધન દ્રાવ્ય \(\rightleftharpoons\) દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય	d. ગલનબિંદુ
	e. અસંતૃપ્ત દ્રાવણ

ઉત્તર:
(1 – b), (2 – d), (3 – c), (4 – a).

વિભાગ A	વિભાગ B
1. પ્રવાહી \(\rightleftharpoons\) બાષ્પ	b. ઉત્કલનબિંદુ
2. ઘન \(\rightleftharpoons\) પ્રવાહી	d. ગલનબિંદુ
3. ઘન \(\rightleftharpoons\) વાયુ	c. ઊર્ધીકરણ બિંદુ
4. ધન દ્રાવ્ય \(\rightleftharpoons\) દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય	a. સંતૃપ્ત દ્રાવણ

પ્રશ્ન 2.
પ્રક્રિયા N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 2NH₂(g) માટે સંતુલન
અચળાંક K_c = \(\frac{\left[\mathrm{NH}_3\right]^2}{\left[\mathbf{N}_2\right]\left[\mathbf{H}_2\right]^3}\) કેટલીક પ્રક્રિયા વિભાગ Aમાં દર્શાવેલ છે એને જુદા જુદા સંતુલન અચળાંકના મૂલ્ય વિભાગ Bમાં દર્શાવેલ છે. જે-તે પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય સંતુલન અચળાંકની પસંદગી કરો :

વિભાગ A	વિભાગ B
1. 2N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 4NH₃(g)	a. 2K_c
2. 2NH₃(g) \(\rightleftharpoons\) N₂(g) + 3H₂(g)	b. \(\mathrm{K}_{\mathrm{c}}^{\frac{1}{2}}\)
3. \(\frac{1}{2}\)N₂(g) + \(\frac{1}{2}\)H₂(g) \(\rightleftharpoons\) NH₃(g)	c. \(\frac{1}{\mathrm{~K}_{\mathrm{c}}}\)
	d. K_c²

ઉત્તર:
(1 – d), (2 – c), (3 – b).

વિભાગ A	વિભાગ B
1. 2N₂(g) + 3H₂(g) \(\rightleftharpoons\) 4NH₃(g)	d. K_c²
2. 2NH₃(g) \(\rightleftharpoons\) N₂(g) + 3H₂(g)	c. \(\frac{1}{\mathrm{~K}_{\mathrm{c}}}\)
3. \(\frac{1}{2}\)N₂(g) + \(\frac{1}{2}\)H₂(g) \(\rightleftharpoons\) NH₃(g)	b. \(\mathrm{K}_{\mathrm{c}}^{\frac{1}{2}}\)

પ્રશ્ન 3.
પ્રમાણિત મુક્ત-ઊર્જાના ફેરફારના મૂલ્ય અને સંતુલન અચળાંકના મૂલ્ય સાથે જોડો :

વિભાગ A	વિભાગ B
1. Δ G^⊖ > 0	a. K > 1
2. Δ G^⊖ < 0	b. K = 1
3. Δ G^⊖ = 0	c. K = 0
	d. K < 1

ઉત્તર:
(1 – d), (2 – a), (3 – b).

વિભાગ A	વિભાગ B
1. Δ G^⊖ > 0	d. K < 1
2. Δ G^⊖ < 0	a. K > 1
3. Δ G^⊖ = 0	b. K = 1

પ્રશ્ન 4.
નીચે દર્શાવેલ સ્પીસીઝને તેને અનુવર્તી સંયુગ્મી ઍસિડ સાથે સરખાવો :

વિભાગ A	વિભાગ B
1. NH₃	a. CO₃^2-
2. HCO₃^–	b. NH₄⁺
3. H₂O	c. H₃O⁺
4. HSO₄^–	d. H₂SO₄
	e. H₂CO₃

ઉત્તર:
(1 – b), (2 – e), (3 – c), (4 – d).

વિભાગ A	વિભાગ B
1. NH₃	b. NH₄⁺
2. HCO₃^–	e. H₂CO₃
3. H₂O	c. H₃O⁺
4. HSO₄^–	d. H₂SO₄

પ્રશ્ન 5.
બાજુમાં દર્શાવેલ વર્ણન પરથી યોગ્ય આલેખની પસંદગી કરો.

ઉત્તર:
(1 – c), (2 – a), (3 – b).

પ્રશ્ન 6.
વિભાગ A અને વિભાગ Bને સરખાવો.

વિભાગ A	વિભાગ B
1. સંતુલન	a. Δ G > 0, K < 1
2. આપમેળે થતી પ્રક્રિયા	b. Δ G = 0
3. અપ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા	c. Δ G<sup>⊖</sup> = 0
	d. Δ G < 0, K > 1

ઉત્તર:
(1 – b), (2 – d), (3 – a).

વિભાગ A	વિભાગ B
1. સંતુલન	b. Δ G = 0
2. આપમેળે થતી પ્રક્રિયા	d. Δ G < 0, K > 1
3. અપ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા	a. Δ G > 0, K < 1

નીચેના દરેક પ્રશ્નમાં બે વિધાનો આપેલાં છે. તેમાં એક વિધાન A અને બીજું કારણ R છે. વિધાનનો કાળજીપૂર્વક અભ્યાસ કરી નીચે આપેલી સૂચના મુજબ યોગ્ય વિકલ્પ પસંદ કરો.

A. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે અને કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી છે.
B. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે, પરંતુ કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી નથી.
C. વિધાન A સાચું છે અને કારણ R ખોટું છે.
D. વિધાન A અને કારણ R બંને ખોટાં છે.

પ્રશ્ન 1.
વિધાન A : હાઇડ્રોજન હેલાઇડની ઍસિડ પ્રબળતાનો ક્રમ HF < HCl < HBr < HI
કારણ R : એક જ સમૂહમાં રહેલ તત્ત્વોના હાઇડ્રાઇડની ઍસિડ પ્રબળતાનો આધાર H – A બંધની ધ્રુવીયતાને બદલે H – A બંધની પ્રબળતા પર રહેલો છે.
ઉત્તર:
A. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે અને કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી છે.

પ્રશ્ન 2.
વિધાન A : ઍસિટિક ઍસિડ અને સોડિયમ એસિટેટના મિશ્રણમાં થોડા પ્રમાણમાં ઍસિડ કે બેઇઝ ઉમેરવાથી પણ મિશ્રણની pH બદલાતી નથી.
કા૨ણ R : ઍસિટિક ઍસિડ અને સોડિયમ એસિટેટનું મિશ્રણ બફર દ્રાવણની જેમ વર્તે છે. જેની pH 4.75 હોય છે.
ઉત્તર:
A. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે અને કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી છે.

પ્રશ્ન 3.
વિધાન A : હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડનું જલીય દ્રાવણમાં આયનીકરણ હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડની હાજરી હોય તો ઘટે છે.
કારણ R : હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ નિર્બળ ઍસિડ છે.
ઉત્તર:
B. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે, પરંતુ કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી નથી.

પ્રશ્ન 4.
વિધાન A : કોઈ પણ રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે જે-તે તાપમાને સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય ચોક્કસ હોય છે જે તેની લાક્ષણિકતા છે.
કારણ R : સંતુલન અચળાંકનું મૂલ્ય તાપમાનથી સ્વતંત્ર છે.
ઉત્તર:
C. વિધાન A સાચું છે અને કારણ R ખોટું છે.

પ્રશ્ન 5.
વિધાન A : એમોનિયમ કાર્બોનેટનું જલીય દ્રાવણ બેઝિક હોય છે.
કારણ R : કોઈ પણ નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઇઝથી બનતા ક્ષારના જલીય દ્રાવણ ઍસિડિક હશે કે બેઇઝ એ તેમના K_a અને K_b ના મૂલ્ય પર આધાર રાખે છે.
ઉત્તર :
A. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે અને કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી છે.

પ્રશ્ન 6.
વિધાન A : એમોનિયમ એસિટેટનું જલીય દ્રાવણ બફર તરીકે વર્તે છે. કારણ
R : ઍસિટિક ઍસિડ એ નિર્બળ ઍસિડ છે તથા એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ નિર્બળ બેઇઝ છે.
ઉત્તર:
B. વિધાન A અને કારણ R બંને સાચાં છે, પરંતુ કારણ R એ વિધાન Aની સાચી સમજૂતી નથી.

પ્રશ્ન 7.
વિધાન A : અચળ તાપમાને અને દબાણે સંતુલનમાં રહેલ PCl₅ના વિઘટન સાથેની પ્રક્રિયામાં જો હિલિયમ વાયુ ઉમેરવામાં આવે, તો PCl₅ના વિઘટન દરમાં વધારો થાય છે.
કારણ R : હિલિયમ પ્રક્રિયા મિશ્રણમાંથી Cl₅ મુક્ત કરે છે.
ઉત્તર:
C. વિધાન A સાચું છે અને કારણ R ખોટું છે.

GSEB Class 11 Chemistry Important Questions Chapter 7 સંતાન

Leave a Comment Cancel Reply