📁 सामान्य विज्ञान (General Science) 📖 रसायनशास्त्र: अणू रचना, मूलद्रव्यांचे आवर्ती वर्गीकरण व रासायनिक बंध (Atomic Structure & Periodic Table) ⏱️ 25 मिनिटे वाचन 👁️ 84 views
रासायनिक बंध (आयनिक, सहसंयुज), रासायनिक अभिक्रियांचे प्रकार व ऑक्सिडीकरण-क्षपण (Redox Reactions)
रासायनिक बंध (आयनिक, सहसंयुज), रासायनिक अभिक्रियांचे प्रकार व ऑक्सिडीकरण-क्षपण (Redox Reactions) या घटकामध्ये सहसंयुज बंध (Covalent Bond), क्षरण व खवटपणा (Corrosion & Rancidity), रासायनिक बंध (Chemical Bond) या मुद्द्यांचा सविस्तर समावेश आहे.
लेखक: Mahasarav Team• २५ ऑगस्ट, २०२६
१. रासायनिक बंधाचे प्रकार (Types of Chemical Bonds)
अणूंना आपले बाह्यतम कवच स्थिर करण्यासाठी (अष्टक किंवा द्विक पूर्ण करण्यासाठी) इलेक्ट्रॉनची देवाणघेवाण किंवा भागीदारी करावी लागते. यातून अणूंमध्ये निर्माण होणाऱ्या आकर्षणाला रासायनिक बंध (Chemical Bond) म्हणतात.
१. आयनिक बंध / विद्युत सहसंयुज बंध (Ionic / Electrovalent Bond)
- संकल्पना: एका अणूकडून दुसऱ्या अणूकडे इलेक्ट्रॉन्सची पूर्ण देवाणघेवाण (Transfer of electrons) होऊन तयार होणारा बंध.
- इलेक्ट्रॉन देणारा अणू (धातू) $\rightarrow$ धनायन (Cation - धनप्रभार) बनतो.
- इलेक्ट्रॉन घेणारा अणू (अधातू) $\rightarrow$ ऋणायन (Anion - ऋणप्रभार) बनतो.
- उदाहरणे: सोडियम क्लोराईड ($Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl$), मॅग्नेशियम ऑक्साईड ($MgO$), कॅल्शियम क्लोराईड ($CaCl_2$).
- आयनिक संयुगांचे गुणधर्म:
- स्थायूरूपात कठीण व ठिसूळ असतात.
- त्यांचे वितळण बिंदू (Melting point) व उत्कलन बिंदू (Boiling point) अतिउच्च असतात.
- पाण्यात विद्राव्य (Soluble) असतात.
- स्थायूरूपात विजेचे दुर्वाहक असतात, परंतु वितळलेल्या किंवा जलीय द्रावणात विजेचे उत्तम सुवाहक असतात.
२. सहसंयुज बंध (Covalent Bond)
⚠️ सहसंयुज संयुगांचे महत्त्वाचे अपवाद (Exceptions in Covalent Compounds):
- उत्कलन व वितळण बिंदूचा अपवाद: सहसंयुज संयुगांचे उत्कलन व वितळण बिंदू सामान्यतः कमी असतात; परंतु हिरा (Diamond) आणि सिलिका ($SiO_2$) यांसारख्या महाकाय सहसंयुज जाळीदार (Giant Covalent Network) स्फटिकांचे वितळण बिंदू अत्यंत उच्च (हिऱ्याचा वितळण बिंदू > ३५००°C) असतात.
- विद्युत वहनाचा अपवाद: सहसंयुज संयुगे सामान्यतः विजेची दुर्वाहक असतात; परंतु ग्रॅफाइट (Graphite) हे कार्बनचे सहसंयुज अपरूप असूनही त्याच्यातील मुक्त डीलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन्समुळे ते उत्कृष्ट विद्युत सुवाहक (Good Conductor of Electricity) असते.
- विद्राव्यतेचा अपवाद: बहुतांश सहसंयुज संयुगे पाण्यात अविद्राव्य असतात; परंतु ग्लुकोज, युरिया, अल्कोहोल व हायड्रोजन क्लोराईड ($HCl$) यांसारखी ध्रुवीय (Polar) सहसंयुज संयुगे पाण्यासोबत हायड्रोजन बंध तयार करून पाण्यात सहज विरघळतात.
- संकल्पना: दोन अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉन जोड्यांची समान भागीदारी (Sharing of electron pairs) होऊन तयार होणारा बंध. (सामान्यतः दोन अधातूंमध्ये घडतो).
- प्रकार:
- एकेरी बंध (Single Bond - १ जोडी भागीदारी): हायड्रोजन ($H-H$), मिथेन ($CH_4$), पाणी ($H_2O$), हायड्रोक्लोरिक आम्ल ($HCl$).
- दुहेरी बंध (Double Bond - २ जोड्या भागीदारी): ऑक्सिजन ($O=O$), कार्बन डायऑक्साईड ($O=C=O$), इथिलीन ($C_2H_4$).
- तिहेरी बंध (Triple Bond - ३ जोड्या भागीदारी): नायट्रोजन ($N \equiv N$), अ‍ॅसिटिलीन ($C_2H_2$).
- सहसंयुज संयुगांचे गुणधर्म: वितळण व उत्कलन बिंदू कमी असतात; पाण्यात अविद्राव्य पण सेंद्रिय विद्रावकांत विरघळतात; विजेचे दुर्वाहक असतात (मुक्त आयन नसतात).
२. रासायनिक अभिक्रियांचे मुख्य प्रकार (Types of Chemical Reactions)
| अभिक्रियेचा प्रकार | संकल्पना / सामान्य रूप | संतुलित उदाहरण |
|---|---|---|
| १. संयोग अभिक्रिया (Combination Reaction) | दोन किंवा अधिक अभिक्रियाकारकांपासून एकच उत्पादित तयार होते. ($A + B \rightarrow AB$) | $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ (मॅग्नेशियमची फीत हवेत जळणे) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + \text{उष्णता}$ |
| २. अपघटन अभिक्रिया (Decomposition Reaction) | एकाच संयुगाचे तुकडे होऊन दोन किंवा अधिक साधे पदार्थ तयार होतात. ($AB \rightarrow A + B$) | $CaCO_3 \xrightarrow{\Delta} CaO + CO_2 \uparrow$ (चुनखडी तापवणे) $2H_2O \xrightarrow{\text{विद्युत}} 2H_2 + O_2$ (पाण्याचे विद्युत अपघटन) |
| ३. विस्थापन अभिक्रिया (Displacement Reaction) | अधिक क्रियाशील मूलद्रव्य कमी क्रियाशील मूलद्रव्याला त्याच्या संयुगातून विस्थापित करते. | $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$ (निळ्या द्रावणाचा रंग फिकट हिरवा होतो व लोखंडावर तांबे जमा होते). |
| ४. दुहेरी विस्थापन अभिक्रिया (Double Displacement) | अभिक्रियाकारकांमधील आयनांची परस्परांशी अदलाबदल होऊन अवक्षेप (Precipitate) तयार होतो. | $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow (\text{पांढरा अवक्षेप}) + NaNO_3$ $BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$ |
३. उष्मादायी वि. उष्माग्राही अभिक्रिया (Exothermic vs Endothermic)
- उष्मादायी अभिक्रिया (Exothermic): ज्या अभिक्रियेत उष्णता बाहेर टाकली जाते ($\Delta H < 0$).
उदा. नैसर्गिक वायूचे ज्वलन, चुना पाण्यात विरघळणे, श्वसन प्रक्रिया (Respiration), सेंद्रिय पदार्थांचे खतात रूपांतर होणे. - उष्माग्राही अभिक्रिया (Endothermic): ज्या अभिक्रियेत उष्णता शोषून घेतली जाते ($\Delta H > 0$).
उदा. प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रिया, बर्फ वितळणे, चुनखडीचे अपघटन.
४. ऑक्सिडीकरण, क्षपण आणि रेडॉक्स अभिक्रिया (Oxidation, Reduction & Redox)
| मुद्दा | ऑक्सिडीकरण (Oxidation) | क्षपण (Reduction) |
|---|---|---|
| ऑक्सिजन / हायड्रोजन | ऑक्सिजनचा संयोग होणे किंवा हायड्रोजन गमावणे. | हायड्रोजनचा संयोग होणे किंवा ऑक्सिजन गमावणे. |
| इलेक्ट्रॉन संकल्पना (Electronic) | इलेक्ट्रॉन गमावणे (Loss of electrons - OIL). | इलेक्ट्रॉन मिळवणे (Gain of electrons - RIG). |
| ऑक्सिडीकरण अंक | ऑक्सिडीकरण अंक वाढतो. | ऑक्सिडीकरण अंक कमी होतो. |
रेडॉक्स अभिक्रिया (Redox Reaction): ज्या अभिक्रियेत ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण या दोन्ही क्रिया एकाच वेळी घडतात, तिला रेडॉक्स अभिक्रिया म्हणतात.
$$\mathbf{CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O}$$ (येथे $CuO$ चे $Cu$ मध्ये क्षपण होते आणि $H_2$ चे $H_2O$ मध्ये ऑक्सिडीकरण होते).
५. क्षरण व खवटपणा (Corrosion & Rancidity)
- क्षरण (Corrosion - गंजणे): वातावरणातील ऑक्सिजन, ओलावा आणि आम्ल यांच्या संपर्कामुळे धातूंचे हळूहळू क्षय होणे.
- लोखंडाचा गंज (Rusting of Iron): $Fe_2O_3 \cdot xH_2O$ (तांबूस-तपकिरी थर - लोखंड गंजल्यास त्याचे वजन वाढते!).
- तांब्यावर हिरवा थर: तांब्यावर कॉपर कार्बोनेटचा ($CuCO_3 \cdot Cu(OH)_2$) हिरवा थर साचतो.
- चांदी काळी पडणे: हवेतील हायड्रोजन सल्फाइडमुळे सिल्व्हर सल्फाइड ($Ag_2S$) तयार होतो.
- खवटपणा (Rancidity): तेल किंवा तुपाचे दीर्घकाळ हवेत ऑक्सिडीकरण होऊन त्याला दुर्गंधी व कडवट चव येणे.
(प्रतिबंध: चिप्सच्या पाकिटात ऑक्सिजन काढून नायट्रोजन वायू (Nitrogen gas) भरतात).
🧪 रासायनिक अभिक्रियांचे प्रमुख प्रकार व रेडॉक्स प्रक्रिया (Types of Chemical Reactions & Redox)
रासायनिक अभिक्रियेमध्ये रासायनिक बंध तुटतात व नवीन बंध तयार होऊन मूळ पदार्थांपेक्षा पूर्णपणे भिन्न गुणधर्मांची नवीन उत्पादिते तयार होतात:
| अभिक्रियेचा प्रकार | सामान्य रूप | रासायनिक उदाहरण व समीकरण | वैशिष्ट्ये व दैनंदिन संदर्भ |
|---|---|---|---|
| १) संयोग अभिक्रिया (Combination) | A + B → AB | C + O₂ → CO₂ CaO + H₂O → Ca(OH)₂ | दोन किंवा अधिक अभिक्रियाकारकांपासून एकच उत्पादित बनते. चुन्यात पाणी टाकणे. |
| २) अपघटन अभिक्रिया (Decomposition) | AB → A + B | CaCO₃ → CaO + CO₂ 2H₂O → 2H₂ + O₂ | एकाच संयुगाचे तुकडे होऊन दोन किंवा अधिक साधे पदार्थ तयार होतात. पाण्याचे विद्युत अपघटन. |
| ३) विस्थापन अभिक्रिया (Displacement) | A + BC → AC + B | Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu | जास्त क्रियाशील मूलद्रव्य कमी क्रियाशील मूलद्रव्याला त्याच्या संयुगातून विस्थापित करतो. मोरचुदाच्या द्रावणात लोखंडाचा खिळा टाकल्यास तांबे विस्थापित होते. |
| ४) दुहेरी विस्थापन (Double Displacement) | AB + CD → AD + CB | AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃ | अभिक्रियाकारकांमधील आयनांची अदलाबदल होऊन अविद्राव्य पांढरा अवक्षेप (Precipitate) तयार होतो. |
🔄 ऑक्सिडीकरण वि. क्षपण (Redox Reactions)
• ऑक्सिडीकरण (Oxidation): ऑक्सिजन मिळवणे / हायड्रोजन गमावणे किंवा इलेक्ट्रॉन गमावणे. (उदा. लोखंड गंजणे: $4Fe + 3O_2 + 2xH_2O \rightarrow 2Fe_2O_3\cdot xH_2O$).
• क्षपण (Reduction): हायड्रोजन मिळवणे / ऑक्सिजन गमावणे किंवा इलेक्ट्रॉन मिळवणे.
• ज्या अभिक्रियेत ऑक्सिडीकरण व क्षपण एकाच वेळी घडतात, तिला रेडॉक्स (Redox) अभिक्रिया म्हणतात.
• खवटपणा (Rancidity): तेलाचे किंवा तुपाचे दीर्घकाळ हवेशी संपर्क येऊन ऑक्सिडीकरण झाल्याने दुर्गंधी येणे. हे रोखण्यासाठी चिप्सच्या पाकिटात नायट्रोजन वायू भरतात.
⚡ उत्प्रेरक व प्रमुख उदाहरणे (Catalysts)
• व्याख्या: उत्प्रेरक (Catalyst) हा रासायनिक अभिक्रियेच्या मध्यस्थ पायऱ्यांमध्ये भाग घेऊन सक्रियीकरण ऊर्जा (Activation Energy) कमी करतो आणि अभिक्रियेचा वेग वाढवतो; अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर तो पुनर्निर्मित (Regenerated) होतो व अभिक्रियेत तो स्वतः खर्च होत नाही.
• वनस्पती तूप (Dalda): वनस्पती तेलाचे हायड्रोजनीकरण करताना निकेल (Ni) हा उत्प्रेरक वापरतात.
• हेबर पद्धत (अमोनिया निर्मिती): लोखंडाची भुकटी (Fe) व मॉलिब्डेनम (Mo).
• जैविक उत्प्रेरक (Biocatalysts): सजीवांच्या शरीरातील सर्व पाचक विकरे (Enzymes) ही प्रथिनयुक्त जैविक उत्प्रेरके असतात.
👮♂️ पोलीस भरती व सरळसेवा 'गोल्डन' वन-लाइनर तथ्ये (Bonding & Reactions)
📌 आयनिक बंध कोणत्या घटकांमध्ये तयार होतो: धातू आणि अधातू यांच्यात (उदा. खाण्याचे मीठ - NaCl).
📌 सहसंयुज बंध कशामध्ये तयार होतो: अधातू आणि अधातू यांच्यात इलेक्ट्रॉन भागीदारीने (उदा. पाणी - H₂O, मिथेन - CH₄).
📌 लोखंड गंजणे ही कोणती अभिक्रिया आहे: मंद गतीची ऑक्सिडीकरण व रेडॉक्स रासायनिक अभिक्रिया.
📌 लोखंड गंजल्यावर त्याचे वजन: वाढते (ऑक्सिजन व पाण्याचे रेणू जोडल्यामुळे).
📌 चुन्याची कळी पाण्यात टाकल्यास उष्णता बाहेर पडते: ही उष्मादायी (Exothermic) अभिक्रिया आहे.
📌 प्रकाशसंश्लेषण ही कोणती अभिक्रिया आहे: उष्माशोषी (Endothermic) अभिक्रिया.
📌 खाद्यतेलाचे हायड्रोजनीकरण करून वनस्पती तूप बनवताना उत्प्रेरक: निकेल (Nickel - Ni).
📌 चिप्सच्या पॅकेटमध्ये हवेऐवजी कोणता वायू भरतात: नायट्रोजन वायू (ऑक्सिडीकरण व खवटपणा रोखण्यासाठी).
📌 पाण्याचे रासायनिक सूत्र व रेणुभार: H₂O (रेणुभार = १८ ग्रॅम/मोल). हायड्रोजन व ऑक्सिजनचे वस्तुमानी गुणोत्तर = १:८.
📌 हायड्रोजन पेरॉक्साईडचे सूत्र: H₂O₂ (जखमा स्वच्छ करण्यासाठी वापरतात).
📝 MPSC Combine व राज्यसेवा सराव प्रश्न
प्र. १. वनस्पती तेलाचे हायड्रोजनीकरण (Hydrogenation) करून वनस्पती तूप तयार करण्याच्या प्रक्रियेत कोणता उत्प्रेरक वापरला जातो? [MPSC Group B & C]
(A) लोखंड (Fe)
(B) निकेल (Ni)
(C) तांबे (Cu)
(D) प्लॅटिनम (Pt)
उत्तर: (B) निकेल (Ni). स्पष्टीकरण: असंतृप्त वनस्पती तेलामध्ये निकेल उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत हायड्रोजन वायू सोडल्यास त्याचे रूपांतर संतृप्त वनस्पती तुपात होते.
प्र. २. जेव्हा कॉपर सल्फेटच्या (CuSO₄) निळ्या द्रावणात लोखंडाचा खिळा ठेवला जातो, तेव्हा द्रावणाचा रंग हिरवट होतो. ही खालीलपैकी कोणत्या प्रकारची अभिक्रिया आहे? [MPSC State Service]
(A) संयोग अभिक्रिया
(B) विस्थापन अभिक्रिया
(C) अपघटन अभिक्रिया
(D) दुहेरी विस्थापन अभिक्रिया
उत्तर: (B) विस्थापन अभिक्रिया. स्पष्टीकरण: लोखंड हे तांब्यापेक्षा जास्त क्रियाशील असल्याने ते तांब्याला विस्थापित करून फेरस सल्फेट ($FeSO_4$ - हिरवा रंग) तयार करते.
🎯 सराव परीक्षा (Practice Quiz)
रसायनशास्त्र: अणू रचना, आवर्तसारणी व रासायनिक बंध सराव चाचणी ०३
या घटकाचा अभ्यास पूर्ण झाला असल्यास लगेच चाचणी सोडून सराव करा.
📝
4 टेस्ट्स या घटकावर आधारित मोफत सराव टेस्ट्स (Free Practice Tests)
1
रसायनशास्त्र: अणू रचना, आवर्तसारणी व रासायनिक बंध सराव चाचणी ०३
⏱️ 15 मि.•🏆 20 गुण मोफत
3
रसायनशास्त्र - द्रव्याची रचना, मूलद्रव्ये, संयुगे व मिश्रणे - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत
4
रसायनशास्त्र - अणूची रचना, समस्थानिके व आवर्तसारणी - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत