GSEB Class 11 Chemistry Solutions Chapter 9 હાઇડ્રોજન

 

Question 1. આવર્તકોષ્ટકમાં હાઇડ્રોજન તત્ત્વના સ્થાનનું વાજબીપણું તેની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચનાના આધારે નક્કી કરો. અથવા હાઇડ્રોજનના આધુનિક આવર્તકોષ્ટકમાં સ્થાનની ચર્ચા કરો.
Answer:

• હાઇડ્રોજન આવર્તકોષ્ટકનું પ્રથમ તત્ત્વ છે, તેમ છતાં આવર્ત-કોષ્ટકમાં તેનું સ્થાન ચર્ચાનો વિષય બની રહ્યું હતું.
• હાઇડ્રોજનની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના \( 1s^1 \) છે, જે પ્રથમ સમૂહ (આલ્કલી સમૂહ)ની બાહ્ય ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના \( ns^1 \) જેવી છે. આથી, હાઇડ્રોજનને આલ્કલી ધાતુ સમૂહમાં મૂકી શકાય.
• હાઇડ્રોજનમાં હેલોજનની જેમ હિલિયમ ઉમદા વાયુ તત્ત્વની ઇલેક્ટ્રૉન રચના (\( 1s^2 \)) કરતાં એક ઇલેક્ટ્રૉન ઓછો છે.
• આલ્કલી ધાતુઓ એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને એક ધન વીજભારિત આયન બનાવે છે, તે રીતે હાઇડ્રોજન પણ એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને એક ધન વીજભારિત આયન બનાવે છે. આલ્કલી ધાતુઓની જેમ હાઇડ્રોજન પણ ઑક્સાઇડ, હેલાઇડ અને સલ્ફાઇડ બનાવે છે.
• આલ્કલી ધાતુઓની આયનીકરણ એન્થાલ્પી ઘણી ઓછી છે, જ્યારે હાઇડ્રોજન આલ્કલી તત્ત્વોની વિરુદ્ધ ઘણી ઊંચી આયનીકરણ એન્થાલ્પી ધરાવે છે. Li ની \( \Delta H \) નું મૂલ્ય \( 520 \text{ kJ mol}^{-1} \) અને H નું મૂલ્ય \( 1312 \text{ kJ mol}^{-1} \) છે.
• હેલોજન તત્ત્વોની જેમ હાઇડ્રોજન પણ દ્વિપરમાણ્વીય અણુ બનાવે છે. હેલોજન તત્ત્વોની જેમ તે અન્ય તત્ત્વો સાથે જોડાઈને હાઇડ્રાઇડ અને અનેક સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે. તેમ છતાં હાઇડ્રોજનની પ્રતિક્રિયાત્મકતા હેલોજન કરતાં ઘણી ઓછી છે.
• હાઇડ્રોજન આલ્કલી ધાતુઓ અને હેલોજન સાથે સમાનતા હોવા છતાં તેમની સાથે અસમાનતા પણ દર્શાવે છે. હાઇડ્રોજન પરમાણુમાંથી એક ઇલેક્ટ્રૉન દૂર કરવાથી કેન્દ્ર (\( \text{H}^+ \)) નું કદ \( \sim 1.5 \times 10^{-3} \text{ pm} \) જેટલું થાય છે. તે સામાન્ય પરમાણ્વીય અને આયનીય કદ \( 50 \) થી \( 200 \text{ pm} \) કરતાં અતિ નાનું છે.
• પરિણામે \( \text{H}^+ \) મુક્તપણે અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી, પરંતુ તે હંમેશાં અન્ય પરમાણુઓ કે અણુઓ સાથે જોડાયેલો હોય છે. તેથી હાઇડ્રોજનની વર્તણૂક અદ્વિતીય હોવાથી તેને આવર્તકોષ્ટકમાં અલગ રીતે દર્શાવાય છે.

In simple words: હાઇડ્રોજન એ આવર્તકોષ્ટકનું પ્રથમ તત્ત્વ છે, પરંતુ તેનું સ્થાન સ્પષ્ટ નથી. તે આલ્કલી ધાતુઓ અને હેલોજન બંને સાથે કેટલીક સમાનતાઓ અને અસમાનતાઓ દર્શાવે છે. તેના નાના કદ અને ઊંચી આયનીકરણ એન્થાલ્પીને કારણે, \( \text{H}^+ \) મુક્તપણે અસ્તિત્વમાં નથી, અને તેની વર્તણૂક અનન્ય રહે છે.

Exam Tip: જ્યારે હાઇડ્રોજનના સ્થાન વિશે લખો, ત્યારે આલ્કલી ધાતુઓ અને હેલોજન બંને સાથેની તેની સમાનતાઓ અને અસમાનતાઓ સ્પષ્ટપણે જણાવો. તેની અનન્ય વર્તણૂકને ટેકો આપવા માટે ઇલેક્ટ્રોનિક રચના અને આયનીકરણ એન્થાલ્પીનો ઉલ્લેખ કરો.

 

Question 2. હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકોના નામ લખો. આ સમસ્થાનિકોના દળ ગુણોત્તર શું છે ? અથવા હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકોની ટૂંકમાં સમજૂતી આપો.
Answer:

• હાઇડ્રોજનના ત્રણ સમસ્થાનિકો છે. તે પ્રોટિયમ (\( {}_1^1 \text{H} \)), ડ્યુટેરિયમ (\( {}_1^2 \text{H} \) અથવા D) અને ટ્રિટિયમ (\( {}_1^3 \text{H} \) અથવા T) ના નામથી ઓળખાય છે.
• ન્યુટ્રૉનની હાજરીના સંદર્ભે આ સમસ્થાનિકો એકબીજાથી જુદા પડે છે.
• સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજનના (પ્રોટિયમ) કેન્દ્રમાં કોઈ ન્યુટ્રૉન હોતા નથી, ડ્યુટેરિયમના (ભારે હાઇડ્રોજન તરીકે જાણીતો છે) કેન્દ્રમાં એક ન્યુટ્રૉન અને ટ્રિટિયમના કેન્દ્રમાં બે ન્યુટ્રૉન હોય છે.
• અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક હેરોલ્ડ સી. યૂરેને \( 2 \) પરમાણ્વીય દળવાળા હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકોને ભૌતિક પદ્ધતિઓ વડે અલગ કરવા બદલ નોબેલ પારિતોષિક \( 1934 \) માં મળેલું.

In simple words: હાઇડ્રોજનના ત્રણ સમસ્થાનિકો છે: પ્રોટિયમ, ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમ. તેઓ ન્યુટ્રોનની સંખ્યામાં અલગ પડે છે. પ્રોટિયમમાં કોઈ ન્યુટ્રોન નથી, ડ્યુટેરિયમમાં એક ન્યુટ્રોન છે, અને ટ્રિટિયમમાં બે ન્યુટ્રોન છે.

Exam Tip: હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકોના નામ અને દરેકના ન્યુટ્રોનની સંખ્યા યાદ રાખો. તેમની વિશિષ્ટતાઓ અને ઉપયોગો પણ ધ્યાનમાં રાખો.

 

Question 3. સામાન્ય સ્થિતિમાં હાઇડ્રોજન એક પરમાણ્વીય સ્વરૂપ કરતાં દ્વિપરમાણ્વીય સ્વરૂપમાં શા માટે જોવા મળે છે ? (સ્વાધ્યાય-9.3)
Answer: સામાન્ય સ્થિતિમાં હાઇડ્રોજન એક પરમાણ્વીય સ્વરૂપ કરતાં દ્વિપરમાણ્વીય સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે. કારણ કે હાઇડ્રોજનની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના \( 1s^1 \) છે. તેથી હાઇડ્રોજન પરમાણુ ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારીને તે ઉમદાવાયુ \( \text{He}(1s^2) \) જેવી રચના પ્રાપ્ત કરે છે. એક ઇલેક્ટ્રૉન મેળવીને, તે સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરે છે. આ સ્થિરતા દ્વિપરમાણ્વીય અણુ (\( \text{H}_2 \)) બનાવીને સરળતાથી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જ્યાં બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ એકબીજા સાથે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે. આનાથી તેમની ઊર્જા ઓછી થાય છે અને સ્થિરતા વધે છે. તેથી, પરમાણ્વીય સ્વરૂપ કરતાં દ્વિપરમાણ્વીય સ્વરૂપ વધુ સ્થિર હોય છે.

In simple words: હાઇડ્રોજન સામાન્ય રીતે એક પરમાણુને બદલે બે પરમાણુના જૂથ તરીકે જોવા મળે છે. કારણ કે, એક ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને હીલિયમ જેવી સ્થિર રચના બનાવવા માટે, બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ સરળતાથી એકબીજા સાથે જોડાઈને \( \text{H}_2 \) અણુ બનાવે છે, જે વધુ સ્થિર છે.

Exam Tip: હાઇડ્રોજનની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના અને સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરવાની તેની વૃત્તિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરો. સ્પષ્ટ કરો કે કેવી રીતે સહસંયોજક બંધ રચના ઊર્જાને ઘટાડીને સ્થિરતામાં વધારો કરે છે.

 

Question 4, 5. ડાયહાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કેવી રીતે વધારી શકાય ?
Answer: ડાયહાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન નીચેની પદ્ધતિઓ દ્વારા વધારી શકાય છે:

(i) પ્લેટિનમ વિદ્યુત્ક્રુવના ઉપયોગથી ઍસિડિક પાણીનું વિદ્યુત-વિભાજન ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે:

\( 2\text{H}_2\text{O(l)} \xrightarrow{\text{વિદ્યુતવિભાજન}} 2\text{H}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \)

(ii) શુદ્ધ ડાયહાઇડ્રોજન (\( > 99.95 \% \)) ગરમ બેરિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડના જલીય દ્રાવણનું નિકલનાં બે ધ્રુવોની મદદથી વિદ્યુતવિભાજન કરતાં મેળવી શકાય છે.

(iii) ક્ષારવાળા પાણીના (દરિયાનું પાણી) વિદ્યુતવિભાજનથી સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ અને ક્લોરિનના ઉત્પાદન દરમિયાન ઉપપેદાશ તરીકે ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે. વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન નીચે દર્શાવેલી પ્રક્રિયાઓ થાય છે.

ઍનોડ : \( 2\text{Cl}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{Cl}_2\text{(g)} + 2\text{e}^- \)
કૅથોડ : \( 2\text{H}_2\text{O(l)} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2\text{(g)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \)
એકંદર પ્રક્રિયા : \( 2\text{Na}^+\text{(aq)} + 2\text{Cl}^-\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow \text{Cl}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{(g)} + 2\text{Na}^+\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \)

(iv) ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોકાર્બન અથવા કોકની પાણીની વરાળ સાથે ઉદ્દીપકની હાજરીમાં પ્રક્રિયા થવાથી ડાયહાઇડ્રોજન નીપજ મળે છે.

\( \text{C}_\text{n}\text{H}_{2\text{n} + 2} + \text{nH}_2\text{O} \xrightarrow{1270 \text{ K / Ni}} \text{nCO} + (2\text{n} + 1) \text{H}_2 \)
દા.ત., \( \text{CH}_4\text{(g)} + \text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{1270 \text{ K / Ni}} \text{CO(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \)
આ \( \text{CO} \) અને \( \text{H}_2 \) વાયુના મિશ્રણને જળવાયુ કહે છે. આ જળવાયુનો ઉપયોગ મિથેનોલ અને અનેક હાઇડ્રોકાર્બનના સંશ્લેષણમાં થતો હોવાથી તેને સાંશ્લેષિત વાયુ અથવા 'સિનગૅસ (Syngas)' કહે છે.

• આધુનિક સમયમાં આ સિનગૅસ સુએઝ, લાકડાના બારિક ભૂકા, લાકડાના ટુકડા, સમાચારપત્રના કાગળ વગેરેમાંથી બને છે.
• કોલસામાંથી સિનગૅસ બનાવવાની પ્રક્રિયાને 'કોલગેસિફીકેશન' કહે છે.

\( \text{C(s)} + \text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{1270 \text{ K}} \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \)

• આયર્ન ક્રોમેટ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં સિનગૅસ મિશ્રણમાંના કાર્બન મોનૉક્સાઇડની પાણીની વરાળ સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી ડાયહાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન વધારી શકાય છે.

\( \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{\text{673 K / ઉદ્દીપક}} \text{CO}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \)

• આ પ્રક્રિયાને જળવાયુ સ્થાનાંતર પ્રક્રિયા કહે છે. આ જળવાયુને સોડિયમ આર્સેનાઇટના દ્રાવણમાંથી પસાર કરી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડને દૂર કરવામાં આવે છે.
• ઔદ્યોગિક ડાયહાઇડ્રોજનનું \( \sim 77\% \) જેટલું ઉત્પાદન પેટ્રોરસાયણમાંથી, \( 18\% \) કોલસામાંથી, \( 4\% \) જલીય દ્રાવણના વિદ્યુતવિભાજનથી અને \( 1\% \) અન્ય સ્રોતમાંથી થાય છે.

In simple words: ડાયહાઇડ્રોજન બનાવવા માટે ઘણી રીતો છે. પાણીના વિદ્યુત વિભાજનથી, ગરમ બેરિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડના દ્રાવણના વિદ્યુત વિભાજનથી, અથવા દરિયાના પાણીના વિદ્યુત વિભાજનથી ડાયહાઇડ્રોજન મેળવી શકાય છે. વધુમાં, હાઇડ્રોકાર્બન અથવા કોકની પાણીની વરાળ સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી "સિનગૅસ" બને છે, જેમાંથી ડાયહાઇડ્રોજન અલગ કરી શકાય છે.

Exam Tip: ડાયહાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની મુખ્ય ઔદ્યોગિક પદ્ધતિઓ અને તેમની સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓ યાદ રાખો, ખાસ કરીને વોટર-ગેસ શિફ્ટ રિએક્શન.

 

Question 6. નીચે જણાવેલી પ્રક્રિયાઓ પૂર્ણ કરો :
(i) \( \text{H}_2\text{(g)} + \text{M}_\text{m}\text{O}_\text{o}\text{(s)} \xrightarrow{\Delta} \)
(ii) \( \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{ઉદ્દીપક}} \)
(iii) \( \text{C}_3\text{H}_8\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{\Delta \text{ ઉદ્દીપક}} \)
(iv) \( \text{Zn(s)} + \text{NaOH(aq)} \xrightarrow{\text{ગરમી}} \)
Answer:
(i) \( \text{H}_2\text{(g)} + \text{M}_\text{m}\text{O}_\text{o}\text{(s)} \xrightarrow{\Delta} \text{mM(s)} + \text{oH}_2\text{O} \)
(ii) \( \text{CO(g)} + 2\text{H}_2\text{(g)} \xrightarrow{\Delta \text{ ઉદ્દીપક}} \text{CH}_3\text{OH(l)} \)
(iii) \( \text{C}_3\text{H}_8\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{\text{Ni, 1270K}} 3\text{CO(g)} + 7\text{H}_2\text{(g)} \)
(iv) \( \text{Zn(s)} + 2\text{NaOH(aq)} \xrightarrow{\text{ગરમી}} \text{Na}_2\text{ZnO}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \)
In simple words: આ પ્રતિક્રિયાઓમાં, હાઇડ્રોજન ધાતુ ઑક્સાઇડને ઘટાડી પાણી બનાવે છે; કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન મિથેનોલ બનાવે છે; પ્રોપેન અને પાણી કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન બનાવે છે; અને ઝીંક સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સોડિયમ ઝિંકેટ અને હાઇડ્રોજન ગેસ બનાવે છે.

Exam Tip: રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને પૂર્ણ કરતી વખતે, પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થો, ઉત્પાદનો અને પ્રતિક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ (તાપમાન, દબાણ, ઉત્પ્રેરક) પર ધ્યાન આપો.

 

Question 7. ડાયહાઇડ્રોજનની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાત્મકતાના સ્વરૂપે H – H બંધની ઊંચી એન્થાલ્પીના પરિણામોની ચર્ચા કરો. અથવા હાઇડ્રોજનના રાસાયણિક ગુણધર્મો સમજાવો.
Answer:

• ડાયહાઇડ્રોજનની રાસાયણિક વર્તણુક મોટા ભાગે બંધવિયોજન એન્થાલ્પી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
• \( \text{H} - \text{H} \) બંધવિયોજન એન્થાલ્પી કોઈ તત્ત્વના બે પરમાણુઓ વચ્ચેના એકલબંધ માટે ઉચ્ચતમ હોય છે.
• ડાયહાઇડ્રોજનનું તેના પરમાણુઓમાં વિયોજન \( 2000 \text{ K} \) તાપમાને માત્ર લગભગ \( 0.081\% \) જ થાય છે, જ્યારે \( 5000 \text{ K} \) તાપમાને તે વધીને \( 95.5\% \) સુધી પહોંચી જાય છે.
• ઊંચી \( \text{H} - \text{H} \) બંધ એન્થાલ્પીના કારણે તે ઓરડાના તાપમાને સાપેક્ષ રીતે નિષ્ક્રિય હોય છે. આમ, વિદ્યુતચાપ અથવા પારજાંબલી વિકિરણો દ્વારા ઊંચા તાપમાને પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે.
• તે અપૂર્ણ ભરાયેલી ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના \( 1s^1 \) ધરાવે છે, તેથી તે મોટા ભાગે બધાં તત્ત્વો સાથે જોડાઈ શકે છે.
• ડાયહાઇડ્રોજન પ્રક્રિયાઓમાં (i) એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને \( \text{H}^+ \) આપે છે. (ii) એક ઇલેક્ટ્રૉન મેળવીને \( \text{H}^- \) બનાવે છે અને (iii) ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરીને સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.

હેલોજન સાથે પ્રક્રિયા: ડાયહાઇડ્રોજન હેલોજન (\( \text{X}_2 \)) સાથે સંયોજાઈ હાઇડ્રોજન હેલાઇડ (\( \text{HX} \)) બનાવે છે.

\( \text{H}_2\text{(g)} + \text{X}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{HX(g)} \text{ [X = F, Cl, Br, I]} \)

• આયોડિન સાથેની પ્રક્રિયા માટે ઉદ્દીપકની જરૂર પડે છે.

ડાયઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા: તે ડાયઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને પાણી બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા પ્રબળ ઉષ્માક્ષેપક છે.

\( 2\text{H}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{ઉદ્દીપક અથવા ગરમી}} 2\text{H}_2\text{O(l)} \)
\( \Delta\text{H}^\theta = -285.9 \text{ kJ mol}^{-1} \)

ડાયનાઇટ્રોજન સાથે પ્રક્રિયા: હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજન સાથેની હેબર પદ્ધતિથી એમોનિયા બનાવે છે.

\( 3\text{H}_2\text{(g)} + \text{N}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{673K, 200 વાતાવરણ. / Fe}} 2\text{NH}_3\text{(g)} \)
\( \Delta\text{H}^\theta = -92.6 \text{ kJ mol}^{-1} \)

ધાતુ સાથે પ્રક્રિયા: તે ઊંચા તાપમાને ઘણી ધાતુઓ સાથે સંયોજાઈને ધાતુના અનુવર્તી હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.

\( \text{H}_2\text{(g)} + 2\text{M(g)} \rightarrow 2\text{MH(s)} \)
જ્યાં, M આલ્કલી ધાતુઓ છે.

ધાતુ આયન અને ધાતુ ઑક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયાઓ: ઘણા ધાતુ આયન જલીય સ્થિતિમાં અને ધાતુનો ઑક્સાઇડ (આયર્ન કરતાં ઓછી પ્રતિક્રિયાત્મકતા) ડાયહાઇડ્રોજન \( \text{H}_2 \) સાથે રિડક્શન કરીને ધાતુ આપે છે.

\( \text{H}_2\text{(g)} + \text{Pd}^{2+}\text{(aq)} \rightarrow \text{Pd(s)} + 2\text{H}^+\text{(aq)} \)
\( \text{yH}_2\text{(g)} + \text{M}_\text{x}\text{O}_\text{y}\text{(s)} \rightarrow \text{xM(s)} + \text{yH}_2\text{O(l)} \)

કાર્બનિક સંયોજનો સાથે પ્રક્રિયા: ડાયહાઇડ્રોજન ઉદ્દીપકની હાજરીમાં ઘણા કાર્બનિક સંયોજનો સાથે પ્રક્રિયા કરી ઉપયોગી ઔદ્યોગિક મહત્ત્વ ધરાવતી હાઇડ્રોજનીકૃત નીપજ બનાવે છે. દા.ત., (i) વનસ્પતિ તેલનું નિકલ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં હાઇડ્રોજનીકરણ કરતાં ખાધ ચરબી (માર્ગેરીન અને વનસ્પતિ ધી) બને છે. (ii) ઓલીફીનનું હાઇડ્રૉફોર્મિલીકરણ કરવાથી આલ્ડિહાઇડ બને છે. જેનું પછીથી રિડક્શન થઈ આલ્કોહોલ બને છે.

\( \text{H}_2 + \text{CO} + \text{RCH} = \text{CH}_2 – \text{RCH}_2\text{CH}_2\text{CHO} \)
\( \text{H}_2 + \text{RCH}_2\text{CH}_2\text{CHO} \rightarrow \text{RCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} \)

In simple words: ડાયહાઇડ્રોજનની પ્રતિક્રિયાત્મકતા તેના મજબૂત \( \text{H} - \text{H} \) બંધને કારણે ઓછી હોય છે. તે ઊંચા તાપમાને હેલોજન, ઑક્સિજન અને નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. તે ધાતુઓના હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે અને કાર્બનિક સંયોજનોના હાઇડ્રોજનીકરણમાં મદદ કરે છે, જેમાંથી વિવિધ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનો મળે છે.

Exam Tip: હાઇડ્રોજનની ઊંચી બંધ એન્થાલ્પી અને તેની નિષ્ક્રિયતા પર ધ્યાન આપો. વિવિધ તત્ત્વો સાથેની તેની મુખ્ય રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને તેમના ઔદ્યોગિક ઉપયોગો યાદ રાખો.

 

Question 8, 9. ઇલેક્ટ્રોન ઊણપવાળા (ii) ઇલેક્ટ્રોન પરિશુદ્ધ અને (iii) ઇલેકટ્રૉન ધનિક સંયોજનો અંગે તમારા સમજ રચુ છે ? તમારા ઉત્તરનું વાજબીપણું યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા સમજાવો.
Answer:

• ડાયહાઇડ્રોજન, p-વિભાગનાં તત્ત્વો સાથે સંયોજાઈ આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ આપે છે. જેમકે, \( \text{CH}_4 \), \( \text{NH}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{HF} \).
• અધાતુ તત્ત્વોના હાઇડ્રોજન સાથેના સંયોજનોને પણ હાઇડ્રાઇડ માનવામાં આવે છે. સહસંયોજક હોવાના કારણે તેઓ બાષ્પશીલ સંયોજનો છે.
• આણ્વીય હાઇડ્રાઇડને ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા અને તેમના લુઇસ બંધારણને આધારે નીચે પ્રમાણે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે:

(i) ઇલેક્ટ્રૉન ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ: આ હાઇડ્રાઇડ સૂચવે છે કે તેનું પરંપરાગત લુઇસ બંધારણ દર્શાવવા ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા અપૂરતી છે. ઉદાહરણ: ડાયબોરેન (\( \text{B}_2\text{H}_6 \)).
તે ઉપરાંત સમૂહ-13ના બધાં તત્ત્વો ઇલેક્ટ્રૉન ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે અને તેઓ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તતા હોવાથી ઇલેક્ટ્રૉનગ્રાહી તરીકે વર્તે છે.

(ii) ઇલેક્ટ્રૉન પરિશુદ્ધ હાઇડ્રાઇડ: આના પરંપરાગત લુઇસ બંધારણ દર્શાવવા માટે પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉન છે. ઉદાહરણ: \( \text{CH}_4 \), જે સમચતુલકીય આકાર ધરાવે છે.

(iii) ઇલેક્ટ્રૉન ધનિક હાઇડ્રાઇડ: આમાં વધારાના ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે જે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મ તરીકે રહેલા હોય છે. ઉદાહરણ: સમૂહ \( 15 \) થી \( 17 \) નાં તત્ત્વો આવાં સંયોજનો (\( \text{NH}_3 \) એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મ, \( \text{H}_2\text{O} \) બે અને \( \text{HF} \) ત્રણ અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મો ધરાવે છે.)
તે ઉપરાંત તેઓ લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તતા હોવાથી ઇલેક્ટ્રૉન દાતા તરીકે વર્તે છે. હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોમાં વધુ વિદ્યુતઋણમય પરમાણુઓ જેવા કે, \( \text{N} \), \( \text{O} \) અને \( \text{F} \) પર રહેલા અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મોને કારણે અણુ-અણુ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બંધ રચાય છે જેથી અણુઓનું સુયોજન થાય છે.

In simple words: આણ્વીય હાઇડ્રાઇડને તેમની ઇલેક્ટ્રોન સંખ્યાના આધારે ત્રણ પ્રકારમાં વહેંચવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ્સ (જેમ કે ડાયબોરેન) માં પૂરતા ઇલેક્ટ્રોન નથી, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન-પરિશુદ્ધ હાઇડ્રાઇડ્સ (જેમ કે મિથેન) માં પૂરતા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ઇલેક્ટ્રોન-સમૃદ્ધ હાઇડ્રાઇડ્સ (જેમ કે એમોનિયા, પાણી) માં વધારાના ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મો હોય છે, જે તેમને લુઇસ બેઝ તરીકે કાર્ય કરવા દે છે.

Exam Tip: આણ્વીય હાઇડ્રાઇડના ત્રણ પ્રકારો અને દરેકના યોગ્ય ઉદાહરણો યાદ રાખો. દરેક પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોન લક્ષણો અને લુઇસ એસિડ/બેઝ તરીકેની તેમની ભૂમિકા સમજાવો.

 

Question 10. શું તમે એવી અપેક્ષા રાખો છો કે \( \text{C}_\text{n} \text{H}_{2\text{n} + 2} \) પ્રકારના કાર્બન હાઇડ્રાઇડ સંયોજનો લુઇસ એસિડ કે બેઇઝની જેમ વર્તશે ? તમારા ઉત્તરનું વાજબીપણું જણાવો.
Answer: \( \text{C}_\text{n} \text{H}_{2\text{n} + 2} \) પ્રકારના કાર્બન હાઇડ્રાઇડ સંયોજનો લુઇસ ઍસિડ કે બેઇઝની જેમ વર્તશે નહિ. કારણ કે સમૂહ-13 ના તત્ત્વો ઇલેક્ટ્રૉન ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે માટે, તે લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે જ્યારે સમૂહ-14 ના બધાં તત્ત્વો લુઈસ બંધારણ સમજવા માટે પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવે છે જે લુઈસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે. \( \text{C}_\text{n} \text{H}_{2\text{n} + 2} \) એ ઇલેક્ટ્રોન-પરિશુદ્ધ હાઇડ્રાઇડ્સ છે, એટલે કે તેમાં મધ્યસ્થ પરમાણુ પર કોઈ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોતા નથી અને ઇલેક્ટ્રોનની ઊણપ પણ નથી. તેથી, તેઓ ન તો ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે (લુઇસ બેઝ) કે ન તો ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે (લુઇસ એસિડ) કાર્ય કરે છે.

In simple words: \( \text{C}_\text{n} \text{H}_{2\text{n} + 2} \) જેવા કાર્બન હાઇડ્રાઇડ લુઇસ એસિડ કે બેઝ તરીકે કામ કરશે નહિ. કારણ કે આ સંયોજનોમાં પૂરતા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે અને તેમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ કે ઇલેક્ટ્રોનની ઊણપ નથી. તેથી, તેઓ ઇલેક્ટ્રોન આપતા કે લેતા નથી.

Exam Tip: લુઇસ એસિડ અને બેઝની વ્યાખ્યા અને ઇલેક્ટ્રોન-પરિશુદ્ધ હાઇડ્રાઇડ્સના ગુણધર્મો યાદ રાખો. \( \text{C}_\text{n} \text{H}_{2\text{n} + 2} \) જેવા સંયોજનોનું વર્તન સમજાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન ગણતરીનો ઉપયોગ કરો.

 

Question 11, 12. "બિનતત્ત્વયોગમિતીય હાઇડ્રાઇડ” અંગે તમારી સમજ શું છે ? શું તમે એવી અપેક્ષા રાખો છો કે આલ્કલી ધાતુઓ આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ બનાવી શકે ? તમારા ઉત્તરનું વાજબીપણું આપો. અથવા હાઇડ્રોજન સંગ્રહ માટે ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ કેવી રીતે ઉપયોગી છે ? સમજાવો. અથવા ધાત્વીય અથવા બિનતત્ત્વયોગમિતીય હાઇડ્રાઇડ પર નોંધ લખો.
Answer:

• d-વિભાગનાં તેમજ f-વિભાગનાં ધાતુ તત્ત્વો હાઇડ્રોજન સાથે સંયોજાઈને ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ આપે છે.
• સમૂહ \( 7, 8 \) અને \( 9 \) ની ધાતુઓ હાઇડ્રાઇડ બનાવી શકતી નથી, તેવી જ રીતે છઠ્ઠા સમૂહની માત્ર \( \text{Cr} \) ધાતુ \( \text{CrH} \) સંયોજન બનાવે છે. આ હાઇડ્રાઇડ ઉષ્મા અને વિદ્યુતનું વહન કરે છે, પરંતુ તેમની જનક ધાતુઓ જેટલી ક્ષમતાથી વહન કરતાં નથી.
• આ સંયોજનોમાં હાઇડ્રોજનની ઊણપને કારણે ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ વિપરીત તેઓ હંમેશાં બિનતત્ત્વયોગમિતીય સ્વરૂપમાં હોય છે.
• દા.ત., \( \text{LaH}_{2.87} \), \( \text{Yb}_{2.55} \), \( \text{TiH}_{1.5-1.8} \), \( \text{ZrH}_{1.3-1.75} \), \( \text{VH}_{0.56} \), \( \text{NiH}_{0.6-0.7} \), \( \text{PdH}_{0.6-0.8} \) વગેરે આવા હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોમાં નિશ્ચિત સંરચનાનો નિયમ પળાતો નથી.
• હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોમાં હાઇડ્રોજન ધાતુના સ્ફટિક લેટિસના આંતરાલીય સ્થાનમાં સ્થાન મેળવે છે ત્યારે તેના પ્રકારમાં કોઈ પણ ફેરફાર વિનાની વિકૃતિ ઉત્પન્ન થાય છે. આથી તેઓને આંતરાલીય હાઇડ્રાઇડ કહેવામાં આવે છે.
• \( \text{Ni} \), \( \text{Pd} \), \( \text{Ce} \) અને \( \text{Ac} \) ના હાઇડ્રાઇડ સિવાયના આ વર્ગના અન્ય હાઇડ્રાઇડ તેઓના જનક ધાતુતત્ત્વોથી અલગ સ્ફટિક લેટિસ ધરાવે છે.
• સંક્રાંતિ ધાતુઓ પર હાઇડ્રોજનના અધિશોષણનો ગુણધર્મ વધુ સંખ્યામાં સંયોજનોની બનાવટ માટેની ઉદ્દીપકીય રિડક્શન/હાઇડ્રોજનીકરણ પ્રક્રિયાઓમાં વધુ ઉપયોગી થાય છે.
• કેટલીક ધાતુઓ (દા.ત., \( \text{Pd} \), \( \text{Pt} \)) ઘણા મોટા કદના હાઇડ્રોજનને સમાવી શકે છે તેથી તેઓને સંગ્રહ-માધ્યમ તરીકે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આ ગુણધર્મ હાઇડ્રોજન સંગ્રહમાં અને ઊર્જાસ્રોત તરીકે ઉપયોગી થઈ શકે છે. આલ્કલી ધાતુઓ બિનતત્ત્વયોગમિતીય હાઇડ્રાઇડ બનાવી શકતી નથી. તેઓ આયનીય હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે, જેમાં ધાતુ અને હાઇડ્રોજનનો ગુણોત્તર નિશ્ચિત હોય છે.

In simple words: બિનતત્ત્વયોગમિતીય હાઇડ્રાઇડ એ એવા ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ છે જેમાં ધાતુ અને હાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ નિશ્ચિત નથી. d- અને f-બ્લોકના તત્ત્વો આ બનાવે છે, પરંતુ આલ્કલી ધાતુઓ નથી બનાવતી. આ હાઇડ્રાઇડ ગરમી અને વીજળીનું વહન કરી શકે છે. કેટલીક ધાતુઓ (જેમ કે \( \text{Pd} \), \( \text{Pt} \)) મોટી માત્રામાં હાઇડ્રોજનને શોષી શકે છે, તેથી તેનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજનના સંગ્રહ માટે થાય છે, જે ઊર્જા માટે મદદરૂપ થાય છે.

Exam Tip: બિનતત્ત્વયોગમિતીય હાઇડ્રાઇડની વ્યાખ્યા અને તેમના ગુણધર્મો સમજાવો. કયા તત્ત્વો તેમને બનાવે છે અને કયા નથી બનાવતા તે યાદ રાખો. હાઇડ્રોજન સંગ્રહમાં તેમની ભૂમિકા ખાસ કરીને ભારપૂર્વક જણાવો.

 

Question 13. પૂરક પ્રશ્ન : પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન અથવા ઑક્સિ-હાઇડ્રોજન ટૉર્ચ કાપવાના અને વેડિંગના કામમાં કેવી રીતે ઉપયોગી બને છે સમજાવો.
Answer:

• પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિહાઇડ્રોજન ટૉર્ચ, કાપવાના અને વેલ્ડિંગના કામમાં વપરાય છે. પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન પરમાણુઓના (જે વિદ્યુત ચાપ દ્વારા ડાયહાઇડ્રોજનના વિયોજન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.) પુનર્જોડાણથી વેલ્ડિંગ કરવાની ધાતુઓની સપાટી પર લગભગ \( 4000 \text{ K} \) તાપમાન પેદા થાય છે.
• તેનો ઉપયોગ અવકાશ સંશોધનમાં રૉકેટના બળતણ તરીકે થાય છે.

In simple words: પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિહાઇડ્રોજન ટૉર્ચનો ઉપયોગ ધાતુઓને કાપવા અને જોડવા માટે થાય છે. આ ટૉર્ચમાં, વીજળીથી \( \text{H}_2 \) અણુઓને તોડીને પરમાણુઓમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, અને જ્યારે આ પરમાણુઓ ફરીથી જોડાય છે, ત્યારે ખૂબ જ ઊંચી ગરમી (\( \sim 4000 \text{ K} \)) ઉત્પન્ન થાય છે. આ ગરમી ધાતુઓને પીગળવા અને જોડવા માટે વપરાય છે. તેનો ઉપયોગ રોકેટના બળતણ તરીકે પણ થાય છે.

Exam Tip: પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન ટૉર્ચના કાર્યકારી સિદ્ધાંતને સમજાવો, ખાસ કરીને પરમાણુઓના પુનર્જોડાણથી ઉત્પન્ન થતી ઊંચી ગરમી. તેના મુખ્ય ઉપયોગો પર ભાર મૂકો.

 

Question 14. તમે એવી અપેક્ષા રાખો છો કે \( \text{N} \), \( \text{O} \) અને \( \text{F} \) ના હાઇડ્રાઇડના ઉત્કલનબિંદુ તે જ સમૂહના અન્ય સભ્યોના હાઇડ્રાઇડના ઉત્કલનબિંદુથી નીચાં હોય છે ? કારણ આપો. અથવા તમે \( \text{NH}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{HF} \) પૈકી કોના હાઇડ્રોજન બંધના ઊંચા પરિમાણની અપેક્ષા રાખો છો ? શા માટે ?
Answer: \( \text{NH}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{HF} \) ના આણ્વીયદળના આધારે કહી શકાય કે તેઓના ઉત્કલનબિંદુ તે જ સમૂહના અન્ય તત્ત્વોના હાઇડ્રાઇડ સંયોજનના ઉત્કલનબિંદુ કરતાં નીચાં હોવાં જોઈએ, પરંતુ \( \text{N} \), \( \text{O} \), \( \text{F} \) ની વધુ વિદ્યુતઋણતાના કારણે તેઓના હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોમાં હાઇડ્રોજન બંધ બનાવવાની ક્ષમતા વધારે હોય છે. તેથી \( \text{NH}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{HF} \) ના ઉત્કલનબિંદુ તે જ સમૂહના અન્ય તત્ત્વોના હાઇડ્રાઇડ સંયોજનના ઉત્કલનબિંદુથી ઊંચાં હોય છે. \( \text{HF} \) માં સૌથી પ્રબળ હાઇડ્રોજન બંધ જોવા મળે છે, કારણ કે \( \text{F} \) એ \( \text{N} \) અને \( \text{O} \) કરતાં વધુ વિદ્યુતઋણ તત્ત્વ છે અને તેનું કદ પણ સૌથી નાનું છે.

In simple words: \( \text{NH}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{HF} \) જેવા હાઇડ્રાઇડના ઉત્કલનબિંદુ સામાન્ય રીતે તેના સમૂહના અન્ય હાઇડ્રાઇડ કરતાં ઓછા હોવા જોઈએ. જોકે, \( \text{N} \), \( \text{O} \) અને \( \text{F} \) ની ઊંચી વિદ્યુતઋણતાને કારણે, તેઓ મજબૂત હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવે છે, જે તેમના ઉત્કલનબિંદુને ઊંચા રાખે છે. \( \text{HF} \) માં સૌથી મજબૂત હાઇડ્રોજન બોન્ડ જોવા મળે છે.

Exam Tip: હાઇડ્રોજન બંધના ખ્યાલ અને તે ઉત્કલનબિંદુને કેવી રીતે અસર કરે છે તે સમજાવો. વિદ્યુતઋણતા અને પરમાણુ કદ હાઇડ્રોજન બંધની શક્તિને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરે છે તે સ્પષ્ટ કરો.

 

Question 15. ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ પાણી સાથે વિસ્ફોટકીય પ્રક્રિયા કરી આગ ઉત્પન્ન કરે છે. આ કિસ્સામાં અગ્નિશામક તરીકે જાણીતા \( \text{CO}_2 \) નો ઉપયોગ કરી શકાય ? સમજાવો.
Answer: ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ પાણીની સાથે વિસ્ફોટકીય રીતે પ્રક્રિયા કરી ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ આપે છે.

\( \text{NaH(s)} + \text{H}_2\text{O(aq)} \rightarrow \text{NaOH(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \)

પરંતુ અગ્નિશામક તરીકે જાણીતા \( \text{CO}_2 \) નો ઉપયોગ કરીએ તો નીચે પ્રમાણેની પ્રક્રિયા મળે છે.

\( \text{NaH} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{HCOONa} \)
કારણ કે સોડિયમ હાઇડ્રાઇડ (\( \text{NaH} \)) \( \text{CO}_2 \) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સોડિયમ ફોર્મેટ (\( \text{HCOONa} \)) બનાવે છે. આ પ્રતિક્રિયામાં \( \text{CO}_2 \) વપરાઈ જાય છે અને તે આગને ઓલવવામાં મદદ કરી શકતું નથી, ઊલટાનું તે પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે. તેથી, ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ દ્વારા લાગતી આગને બુઝાવવા માટે \( \text{CO}_2 \) નો ઉપયોગ કરી શકાય નહિ. આવા કિસ્સામાં, રેતી અથવા ખાસ રસાયણિક અગ્નિશામકનો ઉપયોગ કરવો વધુ સલામત છે.

In simple words: ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ પાણી સાથે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરીને આગ લગાડે છે. \( \text{CO}_2 \) નો ઉપયોગ આ આગને બુઝાવવા માટે કરી શકાતો નથી, કારણ કે \( \text{NaH} \) \( \text{CO}_2 \) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સોડિયમ ફોર્મેટ બનાવે છે, જેનાથી આગ બુઝાવવાને બદલે પ્રતિક્રિયા ચાલુ રહે છે.

Exam Tip: ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડની પ્રતિક્રિયાઓ અને \( \text{CO}_2 \) સાથેની તેની વિશિષ્ટ પ્રતિક્રિયા પર ધ્યાન આપો. અગ્નિશામક તરીકે \( \text{CO}_2 \) ની યોગ્યતાના કારણો સમજાવો.

 

Question 16. નીચે દશવિલાની ગોઠવણી કરો :
(i) \( \text{CaH}_2 \), \( \text{BeH}_2 \) અને \( \text{TiH}_2 \) ને વિધુત વાહકતાના ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો.
(ii) \( \text{LiH} \), \( \text{NaH} \) અને \( \text{CsH} \) ને આયનીય લાક્ષણિકતાના ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો.
(iii) \( \text{H} – \text{H} \), \( \text{D} – \text{D} \) અને \( \text{F} – \text{F} \) ને બંધવિયોજન એન્થાલ્પીના ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો.
(iv) \( \text{NaH} \), \( \text{MgH}_2 \) અને \( \text{H}_2\text{O} \) ને રિડક્શન કરવાના ગુણધર્મના ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો.
Answer:
(i) \( \text{BeH}_2 < \text{CaH}_2 < \text{TiH}_2 \)
(ii) \( \text{LiH} < \text{NaH} < \text{CsH} \)
(iii) \( \text{F} - \text{F} < \text{H} - \text{H} < \text{D} - \text{D} \)
(iv) \( \text{H}_2\text{O} < \text{MgH}_2 < \text{NaH} \)
In simple words: (i) \( \text{BeH}_2 \) થી \( \text{TiH}_2 \) સુધી વીજળીનું વહન વધે છે. (ii) \( \text{LiH} \) થી \( \text{CsH} \) સુધી આયનીય ગુણધર્મો વધે છે. (iii) \( \text{F} - \text{F} \) થી \( \text{D} - \text{D} \) સુધી બંધ તોડવા માટે જરૂરી ઊર્જા વધે છે. (iv) \( \text{H}_2\text{O} \) થી \( \text{NaH} \) સુધી ઘટાડવાની શક્તિ વધે છે.

Exam Tip: હાઇડ્રાઇડના ગુણધર્મોનું તુલનાત્મક વિશ્લેષણ કરતી વખતે, પરમાણુ કદ, વિદ્યુતઋણતા અને બંધની શક્તિ જેવા મૂળભૂત સિદ્ધાંતો ધ્યાનમાં રાખો. ખાસ કરીને આયનીય અને ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ વચ્ચેનો તફાવત યાદ રાખો.

 

Question 17. \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{H}_2\text{O}_2 \) ના બંધારણોની તુલના કરો. અથવા પાણીનું બંધારણ સમજાવો. અથવા પાણીના અણુમાં બંધકોણ અને સંકરણનો પ્રકાર લખો.
Answer:

• વાયુ અવસ્થામાં પાણી કોણીય આકાર ધરાવે છે. તેમજ આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ તેનો બંધકોણ \( 104.5^\circ \) અને \( \text{O} – \text{H} \) બંધલંબાઈ \( 95.7 \text{ pm} \) છે.

પાણીનો અણુ ત્રિપરિમાણીય રચનામાં કોણીય હોય છે, જેમાં કેન્દ્રીય ઑક્સિજન પરમાણુ \( \text{sp}^3 \) સંકરણ ધરાવે છે. ઑક્સિજન પર બે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે જે બંધકારક યુગ્મ પર અપાકર્ષણ પેદા કરે છે. આ અપાકર્ષણને કારણે, બંધકોણ આદર્શ \( 109.5^\circ \) થી ઘટીને \( 104.5^\circ \) થાય છે. ઑક્સિજન અને હાઇડ્રોજન વચ્ચેની બંધલંબાઈ \( 95.7 \text{ pm} \) છે.

• તે અત્યંત ધ્રુવીય અણુ છે. તેનું કક્ષકીય સંમિશ્રણ આકૃતિમાં દર્શાવેલું છે.
• પ્રવાહી અવસ્થામાં પાણીના અણુઓ એકબીજા સાથે હાઇડ્રોજન બંધથી જોડાયેલા હોય છે. બરફ પાણીનું સ્ફટિકીય સ્વરૂપ છે. વાતાવરણના દબાણે બરફ ષટકોણીય સ્વરૂપે સ્ફટિકીકરણ પામે છે, પરંતુ ખૂબ જ નીચા તાપમાને તે સમઘન સ્વરૂપે સંઘનિત થાય છે. બરફની ઘનતા તે પાણીની ઘનતા કરતાં ઓછી હોવાથી બરફ પાણી પર તરે છે.
• તે ઉપરાંત શિયાળામાં તળાવની સપાટી પર બરફ જામી જાય છે. જે ઉષ્મા અવરોધન પ્રદાન કરે છે, જેથી જલીય જીવસૃષ્ટિ સુરક્ષિત રહે છે.

In simple words: પાણીનો અણુ કોણીય આકારનો હોય છે, જેમાં \( \text{O} – \text{H} \) બંધ લંબાઈ \( 95.7 \text{ pm} \) અને બંધકોણ \( 104.5^\circ \) છે. \( \text{H}_2\text{O}_2 \) માં પણ બે \( \text{OH} \) જૂથો હોય છે, પરંતુ તે સહેજ ખુલ્લી પુસ્તક જેવી રચના ધરાવે છે. પાણી એક ધ્રુવીય અણુ છે અને હાઇડ્રોજન બંધ બનાવે છે, જે બરફને પાણી પર તરવા દે છે.

Exam Tip: \( \text{H}_2\text{O} \) અને \( \text{H}_2\text{O}_2 \) ના બંધારણની તુલના કરતી વખતે, બંધકોણ, બંધલંબાઈ અને તેમની ધ્રુવીયતાના તફાવતો પર ધ્યાન આપો.

 

Question 24. Write the chemical reactions that show the amphoteric nature of water.
Answer:
(i) Water shows an amphoteric nature, meaning it can act as both an acid and a base. According to the Bronsted concept, water behaves as an acid with \( \text{NH}_3 \) and as a base with \( \text{H}_2\text{S} \).
\( \text{H}_2\text{O}(\text{l}) + \text{NH}_3(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{OH}^{-}(\text{aq}) + \text{NH}_4^{+}(\text{aq}) \)
\( \text{H}_2\text{O}(\text{l}) + \text{H}_2\text{S}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^{+}(\text{aq}) + \text{HS}^{-}(\text{aq}) \)
In simple words: Water can behave like an acid or a base. It gives away a proton with ammonia and accepts one with hydrogen sulfide.

Exam Tip: Remember that amphoteric substances can donate and accept protons, and these reactions are key examples for water.

 

Question 25. Write chemical reactions to justify that hydrogen peroxide acts as both an oxidising and reducing agent. Alternatively, describe the chemical properties of hydrogen peroxide.
Answer: Hydrogen peroxide acts as both an oxidising and reducing agent in acidic and basic mediums. Some reactions are shown below:
(i) Oxidising effect in acidic medium:
\( 2\text{Fe}^{2+}_{(\text{aq})} + 2\text{H}^{+}_{(\text{aq})} + \text{H}_2\text{O}_2(\text{aq}) \rightarrow 2\text{Fe}^{3+}_{(\text{aq})} + 2\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \)
\( \text{PbS}(\text{s}) + 4\text{H}_2\text{O}_2(\text{aq}) \rightarrow \text{PbSO}_4(\text{s}) + 4\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \)
(ii) Reducing effect in acidic medium:
\( 2\text{MnO}_4^{-} + 6\text{H}^{+} + 5\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Mn}^{2+}_{(\text{aq})} + 8\text{H}_2\text{O} + 5\text{O}_2 \)
\( \text{HOCl} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+} + \text{Cl}^{-} + \text{O}_2 \)
(iii) Oxidising effect in basic medium:
\( 2\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}^{3+} + 2\text{OH}^{-} \)
\( \text{Mn}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Mn}^{4+} + 2\text{OH}^{-} \)
(iv) Reducing effect in basic medium:
\( \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{OH}^{-} \rightarrow 2\text{I}^{-} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \)
\( 2\text{MnO}_4^{-} + 3\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{MnO}_2 + 3\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{OH}^{-} \)
In simple words: Hydrogen peroxide can either add oxygen to other substances (oxidising agent) or take oxygen away from them (reducing agent), depending on the chemical environment.

Exam Tip: To score full marks, remember to provide balanced chemical equations for each example, clearly showing the change in oxidation states.

 

Question 26, 27. Explain in detail the methods to remove permanent hardness. Alternatively, what is demineralised water? How can it be obtained? Alternatively, can demineralised or distilled water be used for drinking? If not, what should be done to make it potable? Alternatively, explain the methods to remove permanent hardness of water.
Answer: Permanent hardness in water is caused by the dissolved chlorides and sulfates of calcium and magnesium.
(i) Treatment with washing soda (sodium carbonate): Washing soda reacts with the dissolved sulfates and chlorides of calcium and magnesium in hard water to form insoluble carbonates.
\( \text{MCl}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{MCO}_3 \downarrow + 2\text{NaCl} \)
(where \( \text{M} = \text{Mg, Ca} \))
\( \text{MSO}_4 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{MCO}_3 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4 \)
(ii) Calgon's method: Sodium hexametaphosphate \( (\text{Na}_6\text{P}_6\text{O}_{18}) \), commonly known as 'Calgon', is used. When added to hard water, the following reactions occur:
\( \text{Na}_6\text{P}_6\text{O}_{18} \rightarrow 2\text{Na}^{+} + \text{Na}_4\text{P}_6\text{O}_{18}^{2-} \)
\( \text{M}^{2+} + \text{Na}_4\text{P}_6\text{O}_{18}^{2-} \rightarrow [\text{Na}_2\text{MP}_6\text{O}_{18}]^{2-} + 2\text{Na}^{+} \)
(where \( \text{M} = \text{Mg, Ca} \))
This complex anion keeps \( \text{Mg}^{2+} \) and \( \text{Ca}^{2+} \) in solution.
In simple words: We can get rid of water's lasting hardness using two main methods. First, washing soda makes the hard salts turn into solids that sink. Second, a chemical called Calgon traps the hard metal ions so they can't cause hardness.

Exam Tip: When explaining methods for water softening, always mention the chemical name and its formula, along with the balanced chemical equations. Emphasize how the calcium and magnesium ions are removed or inactivated.

 

Question 28. Describe the importance of water in the biosphere and biological systems. Alternatively, give general information about water (H2O). Alternatively, state the importance of water for living organisms and write the percentage distribution of water sources.
Answer:

• Water plays a vital role in living organisms. The human body contains about 65% water, and some plants have as much as 95%.
• It is an important compound for living organisms and is essential for life itself.
• Water is a universal solvent. The distribution of water on Earth is uneven, as shown in the table below.
• The high heat of vaporisation and heat capacity of water help maintain the body temperature of living organisms and the general ambient temperature.
• Water is an important solvent for the transport of ions and molecules necessary for metabolic processes in plants and animals.

The estimated water supply in the world

In simple words: Water is very important for all living things and helps control body temperature. Most water is in the oceans, but some is in glaciers, groundwater, and lakes.

Exam Tip: Remember to list both the biological importance of water and its distribution across different sources. For the table, focus on categorising water bodies and their approximate percentages.

 

Question 29. Which property of water makes it useful as a solvent? What types of compounds can it (i) dissolve and (ii) hydrolyse? Alternatively, state the physical properties of water.
Answer:

• Water is a colorless and tasteless liquid. The unusual property of water in its condensed state (liquid and solid state) is due to the extensive hydrogen bonding between water molecules.
• Additionally, water has high values for specific heat, thermal conductivity, surface tension, dipole moment, and dielectric constant compared to other liquids.
• Water's high heat of vaporisation and heat capacity help maintain the body and atmospheric temperature of living organisms.
• Water acts as an important solvent for the transport of ions and molecules essential for metabolic processes in plants and animals.
• Water forms hydrogen bonds with polar molecules, so covalent compounds like alcohols and carbohydrates are soluble in water.

Properties of H2O and D2O

In simple words: Water is a great solvent because its molecules are polar and can form hydrogen bonds, allowing it to dissolve many substances. It also has high specific heat and a high boiling point.

Exam Tip: When discussing water's solvent properties, highlight its polarity and ability to form hydrogen bonds. For physical properties, cite key values like boiling point, melting point, and density, especially when comparing with D2O.

 

Question 30. Knowing the properties of H2O and D2O, do you think D2O can be used for drinking? Alternatively, what is heavy water (D2O)? State its uses.
Answer: Heavy water \( (\text{D}_2\text{O}) \) is harmful to humans because it slows down biochemical reactions. Therefore, heavy water cannot be used for drinking. Heavy water \( (\text{D}_2\text{O}) \) is the oxide of deuterium, an isotope of hydrogen.
Heavy water is used as a neutron moderator in nuclear reactors and for exchange reactions.
Heavy water is produced as a byproduct from the electrolysis of normal water.
Examples of reactions:
\( \text{CaC}_2 + 2\text{D}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{D}_2 + \text{Ca}(\text{OD})_2 \)
\( \text{SO}_3 + \text{D}_2\text{O} \rightarrow \text{D}_2\text{SO}_4 \)
\( \text{Al}_4\text{C}_3 + 12\text{D}_2\text{O} \rightarrow 3\text{CD}_4 + 4\text{Al}(\text{OD})_3 \)
In simple words: Heavy water can't be drunk because it slows down body processes. It's used to slow down neutrons in nuclear reactors and in special chemical reactions to swap hydrogen for deuterium.

Exam Tip: When explaining heavy water, define it, state why it's not potable, and list its key applications. Include balanced chemical equations to illustrate its reactions.

 

Question 31. What is the difference between the terms 'hydrolysis' and 'hydration'?
Answer:

• Hydrolysis reaction: Due to its high dielectric constant, water has strong hydrating properties. It dissolves many ionic compounds. Thus, some covalent and ionic compounds undergo hydrolysis in water.

\( \text{P}_4\text{O}_{10}(\text{s}) + 6\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow 4\text{H}_3\text{PO}_4(\text{aq}) \)
\( \text{SiCl}_4(\text{l}) + 2\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow \text{SiO}_2(\text{s}) + 4\text{HCl}(\text{aq}) \)
The formation of hydrated compounds: Many salts crystallise as their hydrated salts from aqueous solutions. This association of water occurs in different ways, such as:
(i) Coordinated water, e.g., \( [\text{Cr}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+}3\text{Cl}^{-} \)
(ii) Interstitial water, e.g., \( \text{BaCl}_2 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \)
(iii) Hydrogen-bonded water, e.g., \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \) where \( [\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_4]^{2+} \cdot \text{H}_2\text{O} \)
In simple words: Hydrolysis means water chemically breaks down a substance. Hydration means water molecules attach to a substance, often forming a crystal with water inside.

Exam Tip: Clearly distinguish between hydrolysis (chemical reaction with water leading to decomposition) and hydration (physical association of water molecules with a substance). Provide an example for each type of water association in hydrated compounds.

 

Question 34. What products do you expect in the solution when aluminium (III) chloride and potassium chloride are reacted separately with (i) normal water (ii) acidic water and (iii) basic water? Write chemical equations where necessary.
Answer:
AlCl3: Aqueous solution has an acidic nature.
(i) \( \text{AlCl}_3(\text{s}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow \text{Al}(\text{OH})_3(\text{s}) + 3\text{H}^{+}_{(\text{aq})} + 3\text{Cl}^{-}_{(\text{aq})} \)
(ii) In acidic water, \( \text{H}^{+} \) ions react with \( \text{Al}(\text{OH})_3 \) to form \( \text{Al}^{3+} \) ions and \( \text{H}_2\text{O} \). Thus, \( \text{Al}^{3+} \) and \( \text{Cl}^{-} \) ions are obtained from \( \text{AlCl}_3 \) in acidic \( \text{H}_2\text{O} \).
(iii) In basic water:
\( \text{AlCl}_3(\text{s}) \xrightarrow{\text{Basic water}} [\text{Al}(\text{OH})_4]^{-}_{(\text{aq})} + 3\text{Cl}^{-}_{(\text{aq})} \)
\( [\text{Al}(\text{OH})_4]^{-}_{(\text{aq})} \rightarrow \text{AlO}_2^{-} + 2\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \)
KCl: KCl is a salt formed from a strong acid and a strong base, so its reaction with \( \text{H}_2\text{O} \) only causes its dissociation to produce \( \text{K}^{+} \) and \( \text{Cl}^{-} \).
\( \text{KCl}(\text{s}) \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^{+}_{(\text{aq})} + \text{Cl}^{-}_{(\text{aq})} \)
The aqueous solution of KCl is neutral. No reaction occurs between the ions in acidic or basic solutions of KCl.
In simple words: Aluminium chloride reacts with water, forming aluminium hydroxide, which then changes based on whether the water is acidic or basic. Potassium chloride just dissolves in water, separating into potassium and chloride ions, and doesn't react with acidic or basic water.

Exam Tip: For such questions, identify the nature of the compounds (acidic/basic/neutral salt) and predict reactions based on the pH of the water. Always write balanced chemical equations for the reactions that occur.

 

Question 35. How does H2O2 act as a bleaching agent? Alternatively, state the uses of hydrogen peroxide.
Answer:
(i) In daily life, \( \text{H}_2\text{O}_2 \) is used as a hair bleach and a mild antiseptic. It is sold in the market as perhydrol as a germicide.
(ii) It is used in the production of chemicals such as sodium perborate and sodium percarbonate. Such chemicals are used in high-quality detergents.
(iii) It is used in the synthesis of hydroquinone, tartaric acid, and some food products and medicines (cephalosporin).
(iv) In modern times, it is also useful in environmental (green) chemistry. For example, \( \text{H}_2\text{O}_2 \) is used in pollution-free treatment of waste liquids discharged from domestic and industrial units, oxidation of cyanide compounds, and restoration of aerobic conditions in sewage waste.
(v) It is used as a bleaching agent for textiles, paper pulp, leather, oil, fats, etc.
In simple words: Hydrogen peroxide is used as a bleaching agent because it releases oxygen, which removes color. It's also used as an antiseptic, in detergents, and in various industrial processes.

Exam Tip: When asked about bleaching action, explain that it's due to the release of nascent oxygen. For uses, list at least three distinct applications, covering both everyday and industrial contexts.

 

Question 36. What do you understand by the following terms? (i) Hydrogen economy (ii) Hydrogenation (iii) Syngas (v) Fuel cell (iv) Water-gas shift reaction.
Answer:
(i) Hydrogen economy: The basic principle of the hydrogen economy is the conversion and storage of energy in the form of liquid or gaseous dihydrogen.
(ii) Hydrogenation: In the presence of a nickel catalyst, vegetable oils undergo hydrogenation to form edible fats (margarine and vanaspati ghee).
(iii) Syngas: Water gas is used in the synthesis of methanol and other hydrocarbons, so it is called synthesis gas or 'syngas'.
(iv) Water-gas shift reaction: The production of dihydrogen can be increased by reacting carbon monoxide in syngas with steam in the presence of an iron chromate catalyst. This process is called the water-gas shift reaction.
(v) Fuel cell: A cell that converts the heat energy produced by the combustion of gaseous fuels into electrical energy in a single step is called a fuel cell. Such a cell converts 70-85% of combustion heat into electrical energy.
In simple words: Hydrogen economy means using hydrogen for energy storage and transport. Hydrogenation is adding hydrogen to substances, like turning oil into solid fat. Syngas is a mix of carbon monoxide and hydrogen used to make other chemicals. The water-gas shift reaction boosts hydrogen production. A fuel cell turns chemical energy directly into electricity.

Exam Tip: Define each term clearly and concisely. For concepts involving reactions or processes, provide relevant examples or reaction types to illustrate your explanation.

 

I. Multiple Choice Questions (Type – I)

 

Question 1. Hydrogen shares many similarities with other elements, for which many factors are responsible. In this context, which of the following is the most important?
(a) Its tendency to lose electrons and form a positive ion
(b) Its tendency to gain one electron and achieve a stable electronic configuration in the valence shell
(c) Its low electron gain enthalpy value
(d) Its small size
Answer: (b) Its tendency to gain one electron and achieve a stable electronic configuration in the valence shell
In simple words: Hydrogen is similar to halogens because it likes to gain one electron to become stable, just like they do.

Exam Tip: When comparing hydrogen's properties, remember its dual nature: it can lose an electron like alkali metals or gain one like halogens. The ability to gain an electron for stability is a strong similarity to halogens.

 

Question 2. Why is the \( \text{H}^{+} \) ion always associated with another atom or molecule?
(a) The ionisation enthalpy of hydrogen is similar to that of alkali metals.
(b) Its reactivity is similar to that of halogens.
(c) It has similarities with both alkali metals and halogens.
(d) The positive ion formed by removing one electron from hydrogen is very small compared to other atoms or ions. Due to its very small size, its independent existence is not possible.
Answer: (d) The positive ion formed by removing one electron from hydrogen is very small compared to other atoms or ions. Due to its very small size, its independent existence is not possible.
In simple words: The \( \text{H}^{+} \) ion is extremely tiny because it's just a proton. This small size means it cannot exist alone and quickly attaches to other atoms or molecules.

Exam Tip: Understand that the \( \text{H}^{+} \) ion is essentially a naked proton. Its exceptionally small size and high charge density make it highly reactive and prevent its free existence in solution or as a gas.

 

Question 3. If metal hydrides are ionic, covalent, or molecular, then the increasing order of ionic character in LiH, NaH, KH, RbH, CsH is ..........
(a) LiH > NaH > CsH > KH > RbH
(b) LiH < NaH < KH < RbH < CsH
(c) RbH > CsH > NaH > KH > LiH
(d) NaH > CsH > RbH > LiH > KH
Answer: (b) LiH < NaH < KH < RbH < CsH
In simple words: For metal hydrides, as you go down the group (from lithium to caesium), the atoms get bigger, and their ability to attract electrons decreases. This means the bond becomes more ionic, so CsH is the most ionic.

Exam Tip: Remember that ionic character generally increases with increasing atomic size and decreasing electronegativity difference between the metal and hydrogen. For alkali metal hydrides, ionic character increases down the group.

 

Question 4. Which of the following is an electron-precise hydride?
(a) \( \text{B}_2\text{H}_6 \)
(b) \( \text{NH}_3 \)
(c) \( \text{H}_2\text{O} \)
(d) \( \text{CH}_4 \)
Answer: (d) \( \text{CH}_4 \)
In simple words: An electron-precise hydride has just the right number of electrons for its covalent bonds, with no extra or missing electrons. Methane (CH4) fits this description.

Exam Tip: To classify hydrides, check the central atom's electron count. Electron-deficient hydrides (like B2H6) have too few, electron-precise (like CH4) have just enough, and electron-rich (like NH3, H2O) have lone pairs.

 

Question 5. Radioactive elements emit \( \alpha, \beta \) and \( \gamma \) radiation. Their characteristics are shown by half-life. The radioactive isotope of hydrogen is ..........
(a) Protium
(b) Deuterium
(c) Tritium
(d) Hydronium
Answer: (c) Tritium
In simple words: Tritium is the special type of hydrogen that is radioactive. It has more neutrons than other types of hydrogen, making it unstable.

Exam Tip: Remember that hydrogen has three main isotopes: Protium (\( {}_1^1\text{H} \)), Deuterium (\( {}_1^2\text{H} \)), and Tritium (\( {}_1^3\text{H} \)). Only Tritium is radioactive.

 

Question 6. Considering the following reactions, which statement is true regarding H2O2? Hydrogen peroxide is. (i) \( \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{HI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \) (ii) \( \text{HOCl} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+} + \text{Cl}^{-} + \text{O}_2 \)
(a) Oxidising agent in both (i) and (ii)
(b) Oxidising agent in (i) and reducing agent in (ii)
(c) Reducing agent in (i) and oxidising agent in (ii)
(d) Reducing agent in both (i) and (ii)
Answer: (b) Oxidising agent in (i) and reducing agent in (ii)
In simple words: In the first reaction, hydrogen peroxide makes iodide lose electrons, so it's an oxidiser. In the second reaction, hydrogen peroxide helps hypochlorous acid gain electrons, so it's a reducer.

Exam Tip: To determine if a species is an oxidising or reducing agent, check the change in oxidation states of the other reactants. An oxidising agent itself gets reduced, and a reducing agent itself gets oxidised.

 

Question 7. Which of the following oxides reacts with dilute H2SO4 to give H2O2:
(a) \( \text{PbO}_2 \)
(b) \( \text{BaO}_2 \cdot 8\text{H}_2\text{O} \)
(c) \( \text{MnO}_2 \)
(d) \( \text{TiO}_2 \)
Answer: (b) \( \text{BaO}_2 \cdot 8\text{H}_2\text{O} \)
In simple words: Only certain oxides, called peroxides (like barium peroxide octahydrate and sodium peroxide), will react with weak sulphuric acid to produce hydrogen peroxide. Other oxides like lead, manganese, and titanium dioxide don't do this.

Exam Tip: Remember that only peroxides containing the O-O bond will react with dilute acids to form hydrogen peroxide. Other metal oxides are not peroxides and thus do not yield H2O2.

 

Question 8. Which of the following equations represents the oxidising property of H2O2?
(a) \( 2 \text{MnO}_4^{-} + 6\text{H}^{+} + 5\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 8\text{H}_2\text{O} + 5\text{O}_2 \)
(b) \( 2\text{Fe}^{3+} + 2\text{H}^{+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \)
(c) \( 2\text{I}^{-} + 2\text{H}^{+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \)
(d) \( \text{KIO}_4 + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{KIO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \)
Answer: (c) \( 2\text{I}^{-} + 2\text{H}^{+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \)
In simple words: Hydrogen peroxide acts as an oxidising agent when it makes other substances lose electrons. In this reaction, iodide ions lose electrons and become iodine, showing hydrogen peroxide's oxidising nature.

Exam Tip: In an oxidation-reduction (redox) reaction, an oxidising agent causes oxidation in another substance by undergoing reduction itself. Look for equations where H2O2's oxygen changes from -1 to -2 oxidation state.

 

Question 9. Which of the following equations represents the reducing property of H2O2?
(a) \( 2[\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-} + 2\text{H}^{+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2[\text{Fe}(\text{CN})_6]^{3-} + 2\text{H}_2\text{O} \)
(b) \( \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{OH}^{-} \rightarrow 2\text{I}^{-} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \)
(c) \( \text{Mn}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Mn}^{4+} + 2\text{OH}^{-} \)
(d) \( \text{PbS} + 4\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{PbSO}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \)
Answer: (b) \( \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{OH}^{-} \rightarrow 2\text{I}^{-} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \)
In simple words: Hydrogen peroxide acts as a reducing agent when it makes other substances gain electrons. In this reaction, iodine gains electrons and becomes iodide, showing hydrogen peroxide's reducing nature.

Exam Tip: In a redox reaction, a reducing agent causes reduction in another substance by undergoing oxidation itself. Look for equations where H2O2's oxygen changes from -1 to 0 oxidation state (forming O2).

 

Question 10. Hydrogen peroxide ..........
(a) is an oxidising agent
(b) is a reducing agent
(c) is both an oxidising and reducing agent
(d) is neither an oxidising nor a reducing agent
Answer: (c) is both an oxidising and reducing agent
In simple words: Hydrogen peroxide can act in two ways: it can either cause other chemicals to lose electrons (oxidising) or gain electrons (reducing). This dual role depends on what it's reacting with.

Exam Tip: Remember that hydrogen peroxide is versatile due to the -1 oxidation state of oxygen. It can be oxidised to O2 (0 oxidation state) or reduced to H2O (-2 oxidation state), making it both an oxidising and reducing agent.

 

Question 11. Which of the following reactions increases the production of dihydrogen from syngas:
(a) \( \text{CH}_4(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{1270 \text{ K} \\ \text{Ni}} \text{CO}(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \)
(b) \( \text{C}(\text{s}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{1270 \text{ K}} \text{CO}(\text{g}) + \text{H}_2(\text{g}) \)
(c) \( \text{CO}(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{673 \text{ K} \\ \text{catalyst}} \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2(\text{g}) \)
(d) \( \text{C}_2\text{H}_6 + 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{1270 \text{ K} \\ \text{Ni}} 2\text{CO} + 5\text{H}_2 \)
Answer: (c) \( \text{CO}(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{673 \text{ K} \\ \text{catalyst}} \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2(\text{g}) \)
In simple words: To get more hydrogen from syngas, we make carbon monoxide react with steam. This reaction, called the water-gas shift reaction, converts carbon monoxide into carbon dioxide and produces additional hydrogen.

Exam Tip: The water-gas shift reaction (CO + H2O → CO2 + H2) is crucial for increasing hydrogen yield from syngas. Remember the catalyst (iron chromate) and temperature (~673 K).

 

Question 12. Sodium peroxide reacts with dilute sulfuric acid to give ..........
(a) Sodium sulfate and water
(b) Sodium sulfate and oxygen
(c) Sodium sulfate, hydrogen and oxygen
(d) Sodium sulfate and hydrogen peroxide
Answer: (d) Sodium sulfate and hydrogen peroxide
In simple words: When sodium peroxide mixes with weak sulfuric acid, it creates two new chemicals: sodium sulfate and hydrogen peroxide.

Exam Tip: When a metal peroxide (containing the O2 2- ion) reacts with a dilute acid, it typically produces the metal salt and hydrogen peroxide. \( \text{Na}_2\text{O}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}_2 \).

 

Question 13. Hydrogen peroxide is obtained by the electrolysis of ..........
(a) Water
(b) Sulfuric acid
(c) Hydrochloric acid
(d) Molten sodium peroxide
Answer: (b) Sulfuric acid
In simple words: Hydrogen peroxide is made by using electricity to break down sulfuric acid. This process first forms peroxodisulfate, which then reacts with water to give hydrogen peroxide.

Exam Tip: Hydrogen peroxide is commercially produced by the electrolysis of 30% \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) or ammonium sulfate solution. The key is the formation of peroxodisulfuric acid \( (\text{H}_2\text{S}_2\text{O}_8) \), which then hydrolyses to \( \text{H}_2\text{O}_2 \).

 

Question 14. Which of the following reactions shows the use of water-gas in the synthesis of another substance?
(a) \( \text{CH}_4(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{1270 \text{ K} \\ \text{Ni}} \text{CO}(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \)
(b) \( \text{CO}(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{673 \text{ K} \\ \text{catalyst}} \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2(\text{g}) \)
(c) \( \text{C}_{\text{n}}\text{H}_{2\text{n}+2} + \text{n}\text{H}_2\text{O}(\text{g}) \xrightarrow{1270 \text{ K} \\ \text{Ni}} \text{nCO} + (2\text{n}+1) \text{H}_2 \)
(d) \( \text{CO}(\text{g}) + 2\text{H}_2(\text{g}) \xrightarrow{[\text{CO}] \\ \text{catalyst}} \text{CH}_3\text{OH}(\text{l}) \)
Answer: (d) \( \text{CO}(\text{g}) + 2\text{H}_2(\text{g}) \xrightarrow{[\text{CO}] \\ \text{catalyst}} \text{CH}_3\text{OH}(\text{l}) \)
In simple words: Water-gas is a mixture of carbon monoxide and hydrogen. This reaction shows how this mixture is used to make methanol, which is another useful chemical.

Exam Tip: Water gas (CO + H2) is also known as syngas, which is a key feedstock for the synthesis of various hydrocarbons and alcohols, including methanol.

 

Question 15. Which ion is responsible for hardness in water samples?
(a) \( \text{Ca}^{2+} \)
(b) \( \text{Na}^{+} \)
(c) \( \text{Cl}^{-} \)
(d) \( \text{K}^{+} \)
Answer: (a) \( \text{Ca}^{2+} \)
In simple words: Water hardness is mainly caused by the presence of calcium and magnesium ions, along with bicarbonate, chloride, and sulfate ions. Calcium ion (Ca2+) is a common culprit.

Exam Tip: Hardness in water is primarily due to the presence of dissolved multivalent metallic cations, especially \( \text{Ca}^{2+} \) and \( \text{Mg}^{2+} \). Other ions like \( \text{Na}^{+} \), \( \text{K}^{+} \), and \( \text{Cl}^{-} \) do not cause hardness.

 

Question 16. નીચેનામાંથી કયો પદાર્થ પાણીની કઠિનતા દૂર કરવા વપરાય છે ?
(A) \( \mathrm{Ca_3(PO_4)_2} \)
(B) \( \mathrm{Na_3PO_4} \)
(C) \( \mathrm{Na_6P_6O_{18}} \)
(D) \( \mathrm{Na_2HPO_4} \)
Answer: (C) \( \mathrm{Na_6P_6O_{18}} \)
In simple words: પાણીને નરમ બનાવવા માટે સોડિયમ હેક્ઝામેટાફોસ્ફેટનો ઉપયોગ થાય છે. તેનું આણ્વીય સૂત્ર \( \mathrm{Na_2[Na_4(PO_3)_6] = Na_6P_6O_{18}} \) છે.

Exam Tip: Remember the 'Calgon method' uses sodium hexametaphosphate to remove permanent hardness by forming soluble complexes with calcium and magnesium ions.

 

Question 17. આવર્તકોષ્ટકમાં નીચેનામાંથી કયા સમૂહનાં તત્ત્વો હાઇડ્રાઇડ સંયોજનો બનાવતાં નથી ?
(A) સમૂહ 7, 8, 9
(B) સમૂહ 13
(C) સમૂહ 15, 16, 17
(D) સમૂહ 14
Answer: (A) સમૂહ 7, 8, 9
In simple words: p-બ્લોકના બધા જ તત્ત્વો સામાન્ય રીતે હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે, પરંતુ 7, 8 અને 9 સમૂહના d-બ્લોક તત્ત્વો હાઇડ્રાઇડ બનાવતા નથી.

Exam Tip: The 'hydride gap' in the periodic table refers to the absence of hydrides for Group 7, 8, and 9 elements.

 

Question 18. એક જ તત્ત્વ હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે ?
(A) સમૂહ-6
(B) સમૂહ-7
(C) સમૂહ-8
(D) સમૂહ-9
Answer: (A) સમૂહ-6
In simple words: સમૂહ-6માં ફક્ત ક્રોમિયમ (Cr) એકમાત્ર તત્ત્વ છે જે CrH નામના હાઇડ્રાઇડ સંયોજન બનાવે છે. અન્ય d-બ્લોક અને f-બ્લોક તત્ત્વો ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.

Exam Tip: The hydride gap primarily affects groups 7, 8, and 9, but in group 6, only chromium forms a hydride, making it an exception.

II. બહુવિકલ્પ પ્રશ્નો (પ્રકાર – II)

 

Question 1. હાઇડ્રોજન માટે નીચેનામાંથી કયું વિધાન સાચું નથી ?
(A) તે દ્વિપરમાણ્વીય અણુ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
(B) તેના બાહ્યતમ કોષમાં એક ઇલેક્ટ્રૉન છે.
(C) તે એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને ધનાયન બનાવે છે જે સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
(D) તે ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને મોટા પ્રમાણમાં આયનીય સંયોજનો બનાવે છે.
Answer: (C) તે એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને ધનાયન બનાવે છે જે સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવે છે., (D) તે ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને મોટા પ્રમાણમાં આયનીય સંયોજનો બનાવે છે.
In simple words: \( \mathrm{H^+} \) આયન ખૂબ નાનો હોવાથી તે ક્યારેય મુક્ત રહી શકતો નથી અને હંમેશાં બીજા અણુઓ સાથે જોડાય છે. હાઇડ્રોજન આલ્કલી ધાતુઓની જેમ ઑક્સાઇડ, હેલાઇડ અને સલ્ફાઇડ બનાવે છે, પરંતુ તેની ઉચ્ચ આયનીકરણ એન્થાલ્પીને કારણે તે ધાત્વિક લક્ષણ દર્શાવતો નથી.

Exam Tip: Remember that hydrogen's small size and high ionization enthalpy prevent its cation \( \mathrm{H^+} \) from existing independently.

 

Question 2. ડાયહાઇડ્રોજન ઔધોગિક રીતે અલગ-અલગ પદ્ધતિથી બનાવવામાં આવે છે. તેની એક બનાવટમાં વરાળ સાથે હાઇડ્રોકાર્બનની પ્રક્રિયામાં \( \mathrm{CO} \) અને \( \mathrm{H_2} \) વાયુનું મિશ્રણ મળે છે જેને કહે છે.
(A) જળવાયુ
(B) સિનગૅસ (syngas)
(C) ઉત્પાદન વાયુ
(D) ઔદ્યોગિક વાયુ
Answer: (A) જળવાયુ, (B) સિનગૅસ (syngas)
In simple words: જ્યારે વરાળ સાથે હાઇડ્રોકાર્બનની પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, ત્યારે કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુઓનું મિશ્રણ મળે છે. આ મિશ્રણને જળવાયુ અથવા સિનગૅસ કહેવાય છે.

Exam Tip: The terms "water gas" and "syngas" are often used interchangeably to refer to the mixture of \( \mathrm{CO} \) and \( \mathrm{H_2} \) obtained from steam reforming of hydrocarbons or coal gasification.

 

Question 3. ભારે પાણીના કિસ્સામાં નીચેનામાંથી કયું વિધાન સાચું છે ?
(A) ભારે પાણીનો ઉપયોગ ન્યુક્લિયર રિઍક્ટરમાં નિયંત્રક (moderator) તરીકે થાય છે.
(B) ભારે પાણી, સામાન્ય પાણી કરતાં વધારે સક્ષમ દ્રાવક છે.
(C) ભારે પાણી, સામાન્ય પાણી કરતાં વધુ સંગઠિત (associated) હોય છે.
(D) ભારે પાણીનું ગલનબિંદુ સામાન્ય પાણી કરતાં નીચું છે.
Answer: (A) ભારે પાણીનો ઉપયોગ ન્યુક્લિયર રિઍક્ટરમાં નિયંત્રક (moderator) તરીકે થાય છે., (C) ભારે પાણી, સામાન્ય પાણી કરતાં વધુ સંગઠિત (associated) હોય છે.
In simple words: ભારે પાણી ન્યુક્લિયર રિએક્ટરમાં મોડરેટર તરીકે ઉપયોગી બને છે. તે સામાન્ય પાણી કરતાં વધુ સંગઠિત હોય છે. જોકે, તેનું ઉત્કલનબિંદુ સામાન્ય પાણી કરતાં ઊંચું હોય છે અને તે સારું દ્રાવક નથી, કારણ કે તેનો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક ઓછો છે.

Exam Tip: Heavy water's effectiveness as a moderator comes from its ability to slow down neutrons without absorbing them significantly, due to the deuterium nucleus.

 

Question 4. હાઇડ્રોજનના સંદર્ભમાં નીચેનામાંથી કયાં વિધાનો સાચાં છે ?
(A) હાઇડ્રોજનના ત્રણ સમસ્થાનિકો છે જેમાં પ્રોટિયમ સૌથી વધુ મળે છે.
(B) આયનીય ધનમાં હાઇડ્રોજન ધનાયન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી.
(C) હાઇડ્રોજન આયન \( \mathrm{H^+} \), દ્રાવણમાં મુક્ત અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
(D) ડાયહાઇડ્રોજન રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તતો નથી.
Answer: (A) હાઇડ્રોજનના ત્રણ સમસ્થાનિકો છે જેમાં પ્રોટિયમ સૌથી વધુ મળે છે., (B) આયનીય ધનમાં હાઇડ્રોજન ધનાયન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી.
In simple words: હાઇડ્રોજનના ત્રણ સમસ્થાનિકો પ્રોટિયમ, ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમ છે, જેમાં પ્રોટિયમ સૌથી વધુ હોય છે. આયનીય સંયોજનોમાં, હાઇડ્રોજન ધન આયન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી, તે હંમેશાં ઋણ આયન તરીકે હોય છે.

Exam Tip: Remember that \( \mathrm{H^+} \) is never free in solution; it always associates with other molecules, such as forming \( \mathrm{H_3O^+} \) (hydronium ion).

 

Question 5. પાણીના કેટલાક ગુણધર્મો નીચે વર્ણવેલા છે તેમાંના કયા સાચાં નથી ?
(A) પાણી સાર્વત્રિક દ્રાવક (universal solvent) તરીકે જાણીતું છે.
(B) પ્રવાહી અવસ્થામાં પાણીમાં મોટા પ્રમાણમાં હાઇડ્રોજનબંધ હાજર છે.
(C) થીજી ગયેલ અવસ્થામાં પાણીમાં હાઇડ્રોજનબંધ હોતા નથી.
(D) થીજી ગયેલું પાણી, પ્રવાહી પાણી કરતાં ભારે હોય છે.
Answer: (C) થીજી ગયેલ અવસ્થામાં પાણીમાં હાઇડ્રોજનબંધ હોતા નથી., (D) થીજી ગયેલું પાણી, પ્રવાહી પાણી કરતાં ભારે હોય છે.
In simple words: બરફ, જે પાણીનું ઘન સ્વરૂપ છે, તેમાં પણ હાઇડ્રોજન બંધ હોય છે. બરફ પાણી કરતાં હલકો હોય છે, તેથી તે પાણી પર તરે છે.

Exam Tip: Ice's unique open, cage-like structure formed by hydrogen bonds makes it less dense than liquid water, which is crucial for aquatic life.

 

Question 6. પાણીની કઠિનતા સ્થાયી કે અસ્થાયી હોય છે. સ્થાયી કઠિનતા મુખ્યત્વે
(A) પાણીમાં Ca અને Mg ના ક્લોરાઇડ
(B) પાણીમાં Ca અને Mg ના સલ્ફેટ
(C) પાણીમાં Ca અને Mg ના હાઇડ્રોજનકાર્બોનેટ
(D) પાણીમાં આલ્કલી ધાતુના કાર્બોનેટ
Answer: (A) પાણીમાં Ca અને Mg ના ક્લોરાઇડ, (B) પાણીમાં Ca અને Mg ના સલ્ફેટ
In simple words: પાણીમાં કાયમી કઠિનતા કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના ક્લોરાઇડ અને સલ્ફેટ ક્ષારોને કારણે થાય છે. આ કઠિનતાને ઉકાળવાથી દૂર કરી શકાતી નથી.

Exam Tip: Distinguish between temporary hardness (due to bicarbonates, removed by boiling) and permanent hardness (due to chlorides and sulfates, requiring chemical treatment).

 

Question 7. નીચેનામાંથી કયું વિધાન સાચું છે ?
(A) સમૂહ-15નાં તત્ત્વો ઇલેક્ટ્રૉનની ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.
(B) સમૂહ-14નાં બધાં તત્ત્વો પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.
(C) પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ સમચતુલકીય ભૂમિતિ ધરાવે છે.
(D) ઇલેક્ટ્રૉન ધનિક હાઇડ્રાઇડ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.
Answer: (B) સમૂહ-14નાં બધાં તત્ત્વો પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે., (C) પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ સમચતુલકીય ભૂમિતિ ધરાવે છે.
In simple words: સમૂહ 14 ના તત્ત્વોના હાઇડ્રાઇડમાં પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે અને તેમની રચના ટેટ્રાહેડ્રલ (સમચતુલકીય) હોય છે.

Exam Tip: Remember the classification of hydrides based on electron count: electron-deficient (Group 13), electron-precise (Group 14), and electron-rich (Groups 15-17).

 

Question 8. નીચેનામાંથી કયાં વિધાનો સાચાં છે ?
(A) સમૂહ-13 ના હાઇડ્રાઇડ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.
(B) સમૂહ-14ના હાઇડ્રાઇડ ઇલેક્ટ્રૉન ઊણપવાળા હાઇડ્રાઇડ છે.
(C) સમૂહ-14ના હાઇડ્રાઇડ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.
(D) સમૂહ-15ના હાઇડ્રાઇડ લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.
Answer: (A) સમૂહ-13 ના હાઇડ્રાઇડ લુઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે., (D) સમૂહ-15ના હાઇડ્રાઇડ લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.
In simple words: સમૂહ-13ના હાઇડ્રાઇડમાં ઇલેક્ટ્રૉનની ઉણપ હોય છે, તેથી તે લુઇસ એસિડ તરીકે વર્તે છે. સમૂહ-15ના હાઇડ્રાઇડમાં અબંધકારક ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મ હોય છે, તેથી તે લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.

Exam Tip: Understand that electron-deficient species act as Lewis acids (electron acceptors), while electron-rich species with lone pairs act as Lewis bases (electron donors).

 

Question 9. નીચેનામાંથી કયું વિધાન સાચું છે ?
(A) ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ હાઇડ્રોજનની ઊણપ ધરાવે છે.
(B) ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ ઉષ્મા અને વિદ્યુતનું વહન કરે છે.
(C) આયનીય હાઇડ્રાઇડ ઘન અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરતા નથી.
(D) આયનીય હાઇડ્રાઇડ ઘન અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરે છે.
Answer: (A) ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ હાઇડ્રોજનની ઊણપ ધરાવે છે., (B) ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ ઉષ્મા અને વિદ્યુતનું વહન કરે છે., (C) આયનીય હાઇડ્રાઇડ ઘન અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરતા નથી.
In simple words: ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડમાં હાઇડ્રોજનની ઉણપ હોય છે અને તે ઉષ્મા તથા વિદ્યુતનું વહન કરે છે. આયનીય હાઇડ્રાઇડ ઘન અવસ્થામાં વિદ્યુતના અવાહક હોય છે, પરંતુ તેમની પિગળેલ અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરે છે.

Exam Tip: Remember that metallic hydrides are non-stoichiometric and conduct electricity, while ionic hydrides are crystalline solids that are non-conductors in solid state but conductors in molten state.

III. ટૂંક જવાબી પ્રકારના પ્રશ્નો

 

Question 1. જળવાયુ સ્થાનાંતર પ્રક્રિયાથી જળવાયુમાંથી કેવી રીતે હાઈડ્રોજનનું ઉત્પાદન વધારી શકાય ?
Answer: જળવાયુ બનાવવા માટે વરાળને \( \mathrm{1270\,K} \) જેટલા ઊંચા તાપમાને લાલ રક્ત તપ્ત કોક અથવા કોલસા ઉપરથી Ni ઉદ્દીપકની હાજરીમાં પસાર કરવાથી મળે છે. જળવાયુના આ મિશ્રણમાંથી શુદ્ધ હાઇડ્રોજન વાયુ મેળવવો મુશ્કેલ છે, કારણ કે \( \mathrm{CO} \) ને સહેલાઈથી અલગ પાડી શકાતો નથી. આથી \( \mathrm{H_2} \) વાયુનું ઉત્પાદન વધારવા માટે \( \mathrm{CO} \) વાયુનું ઑક્સિડેશન કરીને \( \mathrm{CO_2} \) વાયુ મેળવાય છે. આ માટે આ મિશ્રણને વધુ વરાળ તથા \( \mathrm{FeCrO_4} \) ઉદ્દીપક વડે \( \mathrm{673\,K} \) તાપમાને પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે. આ સમીકરણને જળવાયુ રૂપાંતરણ (શિફ્ટિંગ) પ્રક્રિયા કહે છે. \( \mathrm{CO_2} \) વાયુને દૂર કરવા આ મિશ્રણને સોડિયમ આર્સેનાઇટમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે અથવા આ મિશ્રણને \( \mathrm{30\,bar} \) દબાણે પાણીમાંથી પસાર કરવામાં આવતાં \( \mathrm{CO_2} \) વાયુ પાણીમાં ઓગળી જાય છે અને \( \mathrm{H_2} \) મેળવવામાં આવે છે.
In simple words: હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન વધારવા માટે, જળવાયુમાંના \( \mathrm{CO} \) ને પાણીની વરાળ સાથે પ્રક્રિયા કરાવી \( \mathrm{CO_2} \) માં બદલવામાં આવે છે. પછી \( \mathrm{CO_2} \) ને સોડિયમ આર્સેનાઇટ અથવા પાણી વડે દૂર કરીને શુદ્ધ હાઇડ્રોજન મેળવવામાં આવે છે.

Exam Tip: The water-gas shift reaction is crucial for increasing hydrogen yield and purifying the hydrogen stream by converting harmful \( \mathrm{CO} \) into removable \( \mathrm{CO_2} \).

 

Question 2. ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ એટલે શું? તે આણ્વીય હાઇડ્રાઇડથી કેવી રીતે જુદા પડે છે ?
Answer: ધાત્વીય/અંતઃકેન્દ્રિત હાઇડ્રાઇડ એ ઘણા d-બ્લોક તથા f-બ્લોકની ધાતુઓ બનાવે છે. આ હાઇડ્રાઇડ ઉષ્મા તેમજ વિદ્યુતના સુવાહક હોય છે. સેલાઇન હાઇડ્રાઇડ સિવાયના લગભગ બધા જ હાઇડ્રાઇડ મુખ્યત્વે બિનતત્ત્વયોગમિતીય હોય છે અને તેઓમાં \( \mathrm{H_2} \) ની ઉણપ હોય છે. દા.ત., \( \mathrm{LaH_{2.87}, YbH_{2.55}, TiH_{1.5-1.8}, VH_{0.56}, NiH_{0.6-0.7}, PdH_{0.6-0.8}} \) વગેરે. આ ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડમાં સપ્રમાણતાનો નિયમ લાગુ પડતો નથી.

In simple words: ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડ d- અને f-બ્લોક ધાતુઓ દ્વારા બને છે અને તે ગરમી અને વીજળીના સારા વાહક હોય છે. તે મોટાભાગે બિનતત્ત્વયોગમિતીય હોય છે. આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ p-બ્લોક તત્ત્વો દ્વારા બને છે અને તે અસ્થિર, ઓછા ગલનબિંદુવાળા હોય છે અને વિદ્યુતનું વહન કરતા નથી.

Exam Tip: Pay attention to the distinction between the stoichiometry, conductivity, and stability of metallic versus molecular hydrides for full marks.

 

Question 3. \( \mathrm{H_2O, B_2H_6} \) અને \( \mathrm{NaH} \) જે પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ હોય તે પ્રમાણે તેમને નામ આપો.
Answer:
\( \mathrm{H_2O} \): સહસંયોજક અથવા આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ (વધારે \( \mathrm{e^-} \) ધરાવતો હાઇડ્રાઇડ)
\( \mathrm{B_2H_6} \): સહસંયોજક અથવા આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ (\( \mathrm{e^-} \) ઊણપ વાળો હાઇડ્રાઇડ)
\( \mathrm{NaH} \): આયનીય અથવા ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ
In simple words: \( \mathrm{H_2O} \) એ ઇલેક્ટ્રોન સમૃદ્ધ આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ છે. \( \mathrm{B_2H_6} \) એ ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ આણ્વીય હાઇડ્રાઇડ છે. \( \mathrm{NaH} \) એ આયનીય હાઇડ્રાઇડ છે.

Exam Tip: Classify hydrides based on their electron count and bonding characteristics (ionic, molecular, metallic) to understand their chemical behavior.

 

Question 4. સમાન દળ ધરાવતા પ્રવાહી પાણી અને બરફનો ટુકડો લેવામાં આવે, તો બરફની ઘનતા પ્રવાહી પાણી કરતાં કેમ ઓછી હોય છે ?
Answer: બરફમાં પાણી (પ્રવાહી)ની સ્થિતિ જેટલા \( \mathrm{H_2O} \) ના અણુઓ નજીક હોતા નથી. તેઓ સ્ફટિક રચનામાં વધારે ખાલી જગ્યા રાખે છે. આથી તે કદ વધારે રોકે છે અને ઘનતા ઓછી હોય છે. બીજા શબ્દોમાં કહી શકાય કે પાણી કરતાં બરફની ઘનતા ઓછી હોવાથી તે પાણી ઉપર તરી શકે છે. બરફમાં \( \mathrm{H_2O} \) ના અણુઓ મધપૂડા જેવી રચના ધરાવે છે.

બરફનું બંધારણ

In simple words: બરફમાં પાણીના અણુઓ પ્રવાહી પાણી કરતાં એકબીજાથી દૂર ગોઠવાયેલા હોય છે, જેનાથી ખાલી જગ્યા વધે છે અને કદ મોટું થાય છે. આ કારણે, બરફની ઘનતા પાણી કરતાં ઓછી હોય છે અને તે પાણી પર તરે છે.

Exam Tip: Understanding the open, cage-like structure of ice formed by hydrogen bonds is key to explaining its lower density compared to liquid water.

 

Question 5. નીચેનાં સમીકરણો પૂર્ણ કરો :
(i) \( \mathrm{PbS_{(s)} + H_2O_{2(aq)} \rightarrow } \)
(ii) \( \mathrm{CO_{(g)} + 2H_{2(g)} \xrightarrow{\text{કોબાલ્ટ ઉદ્દીપક}} } \)
Answer:
(i) જ્યારે \( \mathrm{PbS} \) ની હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા થાય ત્યારે \( \mathrm{PbSO_4} \) અને પાણી મળે છે.
\( \mathrm{PbS_{(s)} + 4H_2O_{2(aq)} \rightarrow PbSO_{4(s)} + 4H_2O_{(l)}} \)
(ii) જ્યારે કાર્બન મોનૉક્સાઇડ \( \mathrm{H_2} \) વાયુ સાથે કૉબાલ્ટ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં પ્રક્રિયા કરે છે ત્યારે મિથેનોલ મળે છે.
\( \mathrm{CO_{(g)} + 2H_{2(g)} \xrightarrow{Co} CH_3OH_{(l)}} \)
In simple words: (i) લીડ સલ્ફાઇડ અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ભેગા થઈને લીડ સલ્ફેટ અને પાણી બનાવે છે. (ii) કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન કોબાલ્ટ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં મિથેનોલ બનાવે છે.

Exam Tip: For balancing redox reactions, ensure that both mass and charge are balanced on both sides of the equation.

 

Question 6. કારણ આપો :
(i) સરોવરમાં બરફ ઉપરથી નીચે તરફ બને છે.
(ii) બરફ પાણી ઉપર તરે છે.
Answer:
(i) બરફની ઘનતા પાણીની ઘનતા કરતાં ઓછી હોય છે. આથી શિયાળાની શરૂઆતમાં તળાવના પાણીનું તાપમાન ઉપરથી નીચે જાય છે અને નીચેથી ગરમ પાણી ઉપર આવે છે અને આ પ્રક્રિયા સતત ચાલતી રહે છે. પાણીની ઘનતા \( \mathrm{277\,K} \) તાપમાને મહત્તમ હોય છે. ત્યારબાદ થતો તાપમાનનો ઘટાડો એ સપાટી પરના પાણીની ઘનતા ઘટાડે છે અને આમ, તાપમાન ઘટતાં ઘટતાં સપાટી થીજી જાય છે.
(ii) આમ, પાણી ઉપર આ બરફનું સ્તર તરતું રહે છે અને નીચે પાણી જ રહે છે. આ પ્રક્રિયા થકી પાણી ઉપરથી નીચેની દિશામાં થીજવા લાગે છે.
In simple words: (i) તળાવમાં પાણી ઠંડું થતાં, સૌથી ગરમ પાણી નીચે જાય છે જ્યારે ઠંડું પાણી ઉપર આવે છે, જ્યાં તે થીજીને બરફ બનાવે છે. (ii) બરફ પાણી કરતાં ઓછો ઘન હોય છે, તેથી તે પાણી પર તરે છે, જે જળચર જીવોને જીવવામાં મદદ કરે છે.

Exam Tip: The anomalous expansion of water, where its density is maximum at \( \mathrm{4\,^\circ C} \) (\( \mathrm{277\,K} \)), is a key concept for explaining ice formation in lakes and its ecological importance.

 

Question 7. “પાણીના સ્વયં પ્રોટોનોલિસિસ" પદથી તમે શું સમજ્યા ? તેનું મહત્ત્વ શું છે ?
Answer:
સ્વયં આયનીકરણ પ્રક્રિયાને સ્વયં પ્રોટોનેટેડ પ્રક્રિયા પણ કહે છે.
\( \mathrm{H_2O_{(l)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_3O^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}} \)
પાણી એ ઍસિડ તેમજ બેઇઝ એમ બંને સાથે પ્રક્રિયા કરી શકે છે. દા.ત.,
\( \mathrm{H_2O + NH_{3(aq)} \rightarrow OH^-_{(aq)} + NH^+_{4(aq)}} \)
\( \mathrm{H_2O_{(l)} + H_2S_{(aq)} \rightarrow H_3O^+_{(aq)} + HS^-_{(aq)}} \)
પાણી સ્વયં આયનીકરણ પ્રક્રિયા દ્વારા ઍસિડ અને બેઇઝ આપી શકે છે.
In simple words: પાણીના સ્વયં પ્રોટોનોલિસિસ એટલે પાણીના અણુઓ એકબીજાને પ્રોટોન આપીને \( \mathrm{H_3O^+} \) અને \( \mathrm{OH^-} \) આયનો બનાવવાની પ્રક્રિયા. આ પાણીના એસિડિક અને બેઝિક બંને ગુણધર્મો દર્શાવે છે.

Exam Tip: Autoionization or autoprotolysis is a fundamental property of amphoteric substances like water, where they can act as both an acid and a base. Its significance lies in maintaining pH balance.

 

Question 8. આયન વિનિમય રેઝીન વડે પાણીનું બિનક્ષારીયકરણ ટૂંકમાં ચર્ચો.
Answer: પ્રવર્તમાન સમયમાં કઠિન પાણીને નરમ બનાવવા માટે સાંશ્લેષિત ધન આયન વિનિમયકર્તાનો ઉપયોગ થાય છે. આ પદ્ધતિ ઝીઓલાઇટ પદ્ધતિ કરતાં વધુ અસરકારક છે. ધન આયન વિનિમય રેઝીન-SO3H સમૂહ ધરાવતો મોટો ધન કાર્બનિક અણુ છે. ધન આયન વિનિમય રેઝીનનો (\( \mathrm{RSO_3H} \)) સોડિયમ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરી (\( \mathrm{RNa} \)) માં ફેરવવામાં આવે છે. કઠિન પાણીને આ રેઝીન (\( \mathrm{RNa} \)) માંથી પસાર કરતાં કઠિન પાણીમાં રહેલા \( \mathrm{Ca^{2+}} \), \( \mathrm{Mg^{2+}} \) એ \( \mathrm{Na^+} \) આયનો દ્વારા વિનિમય પામે છે એટલે કે \( \mathrm{Ca^{2+}} \) અને \( \mathrm{Mg^{2+}} \) રેઝીન સાથે સંયોજાયેલા રહે છે. આમ, કઠિન પાણીમાંથી \( \mathrm{Mg^{2+}} \) અને \( \mathrm{Ca^{2+}} \) આયનો દૂર કરવાથી પાણી નરમ બને છે. \( \mathrm{2RNa_{(s)} + M^{2+}_{(aq)} \rightarrow R_2M_{(s)} + 2Na^+_{(aq)}} \) જ્યાં \( \mathrm{M^{2+} = Ca^{2+}, Mg^{2+}} \). આમ, રેઝીનને ફરીથી કાર્યક્ષમ બનાવવા તેમાંથી \( \mathrm{NaCl} \) પસાર કરવામાં આવે છે. આવી જ રીતે પાણીમાંથી ઋણ આયનને દૂર કરવા માટે ઋણ આયન વિનિમય રેઝીનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
\( \mathrm{RNH_3OH_{(s)} + X^-_{(aq)} \rightleftharpoons RNH_3X_{(s)} + OH^-_{(aq)}} \)
In simple words: આયન વિનિમય રેઝીન પદ્ધતિમાં, કઠિન પાણીને ધન આયન વિનિમય રેઝીન પરથી પસાર કરીને \( \mathrm{Ca^{2+}} \) અને \( \mathrm{Mg^{2+}} \) આયનોને દૂર કરવામાં આવે છે, જેનાથી પાણી નરમ બને છે. રેઝીનને \( \mathrm{NaCl} \) વડે ફરીથી સક્રિય કરી શકાય છે.

Exam Tip: Focus on the chemical reactions involved in replacing unwanted hard-water ions ( \( \mathrm{Ca^{2+}} \), \( \mathrm{Mg^{2+}} \) ) with benign ions ( \( \mathrm{Na^+} \) , \( \mathrm{OH^-} \) ) from the resin.

 

Question 9. આણ્વીય હાઇડ્રાઇડનું વર્ગીકરણ અપૂરતા ઇલેક્ટ્રોનવાળા, પૂરતા ઇલેક્ટ્રોનવાળા અને ઇલેક્ટ્રોન સમૃદ્ધ સંયોજનોમાં કરવામાં આવે છે. દરેક પ્રકાર બે ઉદાહરણ સહિત સમજાવો.
Answer: આણ્વીય હાઇડ્રાઇડને ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા અને તેમના લુઇસ બંધારણને આધારે નીચે મુજબ વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે :
(i) અપૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ : આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડમાં મધ્યસ્થ પરમાણુ પાસે આઠ કરતાં ઓછા ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. સમૂહ-13 નાં તત્ત્વો આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. દા.ત., \( \mathrm{BH_3, AlH_3} \) વગેરે. આ હાઇડ્રાઇડ સ્વભાવે લુઇસ ઍસિડ છે.
(ii) પૂરતા ઇલેક્ટ્રૉનવાળા હાઇડ્રાઇડ : આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડમાં મધ્યસ્થ પરમાણુ પાસે આઠ ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. સમૂહ-14 નાં તત્ત્વો આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. દા.ત., \( \mathrm{CH_4, SiH_4} \)
(iii) વધારે ઇલેક્ટ્રોનવાળા હાઇડ્રાઇડ : આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ મધ્યસ્થ પરમાણુ પાસે 8 કરતાં વધારે ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. સમૂહ-15, 16 અને 17 નાં તત્ત્વો આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. તેઓ લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે. દા.ત., \( \mathrm{NH_3, H_2O, HF} \) વગેરે.
In simple words: આણ્વીય હાઇડ્રાઇડના ત્રણ પ્રકાર છે: ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ (જેમ કે \( \mathrm{BH_3} \)), જેમાં પૂરતા ઇલેક્ટ્રોન નથી અને તે લુઇસ એસિડ છે; ઇલેક્ટ્રોન-પૂરતા (જેમ કે \( \mathrm{CH_4} \)), જેમાં બરાબર આઠ ઇલેક્ટ્રોન છે; અને ઇલેક્ટ્રોન-સમૃદ્ધ (જેમ કે \( \mathrm{NH_3} \)), જેમાં વધારાના ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે અને તે લુઇસ બેઇઝ તરીકે વર્તે છે.

Exam Tip: When explaining each type, ensure to include the group number, the electron count around the central atom, and a relevant example with its Lewis acid/base character.

 

Question 10. ભારે પાણી કેવી રીતે બનાવાય છે ? તેના ભૌતિક ગુણધર્મોથી સરખામણી સાદા પાણી સાથે કરો.
Answer: ભારે પાણી સાદા પાણીનું વિદ્યુતવિભાજન લાંબા સમય સુધી કરીને બનાવવામાં આવે છે. તેના ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે પ્રમાણે છે :

In simple words: ભારે પાણી લાંબા સમય સુધી સાદા પાણીના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા બને છે. ભારે પાણીના ગલનબિંદુ, ઉત્કલનબિંદુ, ઘનતા અને સ્નિગ્ધતા જેવા ભૌતિક ગુણધર્મો સાદા પાણી કરતાં થોડા જુદા હોય છે.

Exam Tip: When comparing \( \mathrm{H_2O} \) and \( \mathrm{D_2O} \), focus on the small but significant differences in their physical properties due to the isotopic mass difference, which impacts intermolecular forces.

 

Question 11. \( \mathrm{D_2O_2} \) ની બનાવટ માટેની એક રાસાયણિક પ્રક્રિયા લખો.
Answer: \( \mathrm{D_2SO_4} \) ને \( \mathrm{BaO_2} \) વડે પાણીમાં ઓગાળી \( \mathrm{D_2O_2} \) બનાવી શકાય છે :
\( \mathrm{BaO_2 + D_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 + D_2O_2} \)
In simple words: બેરિયમ પેરોક્સાઇડને ડ્યુટેરિયમ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે મિશ્ર કરીને ડ્યુટેરિયમ પેરોક્સાઇડ બનાવી શકાય છે.

Exam Tip: Remember this specific reaction for the preparation of heavy hydrogen peroxide, contrasting it with the normal hydrogen peroxide preparation.

 

Question 12. 5 કદના \( \mathrm{H_2O_2} \) ની પ્રબળતા ગણો.
Answer: વ્યાખ્યા પ્રમાણે 5 કદ \( \mathrm{H_2O_2} \) ની પ્રબળતાનો મતલબ 1 લિટર \( \mathrm{H_2O_2} \) ના દ્રાવણના વિઘટનથી 5 લિટર \( \mathrm{O_2} \) વાયુ STP એ મળશે.
\( \mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2} \)
\( \mathrm{2 \times 34\,gm \rightarrow 22.7\,L} \) STP એ
STP એ એક મોલ વાયુનું કદ \( \mathrm{22.7\,L} \) થાય. માટે \( \mathrm{22.7\,L\,O_2} \) વાયુમાં \( \mathrm{68\,gm\,H_2O_2} \) હોવો જોઈએ.
તેથી, \( \mathrm{5\,L\,O_2} \) વાયુમાં કેટલા \( \mathrm{gm\,H_2O_2} \) હોવો જોઈએ.
\( \mathrm{= \frac{5 \times 68}{22.7}\,gm = 14.98\,gm \approx 15\,gm} \)
તેથી, 1 L દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય થયેલ \( \mathrm{15\,g\,H_2O_2} \) 5 L ઑક્સિજન આપશે અથવા \( \mathrm{1.5\,g\,H_2O_2 / 100\,mL} \) દ્રાવણ 500 mL ઑક્સિજન આપશે. આમ, \( \mathrm{H_2O_2} \) નું \( \mathrm{15\,g/L} \) અથવા \( \mathrm{15\%} \) દ્રાવણ 5V દ્રાવણ તરીકે ઓળખાય છે.
In simple words: 5 કદ \( \mathrm{H_2O_2} \) નો અર્થ છે કે 1 લિટર \( \mathrm{H_2O_2} \) ના દ્રાવણમાંથી 5 લિટર ઑક્સિજન STP પર મુક્ત થાય છે. આ ગણતરીથી \( \mathrm{15\,g\,H_2O_2} \) 1 લિટર દ્રાવણમાં હાજર હોય છે.

Exam Tip: Understanding the definition of "volume strength" for \( \mathrm{H_2O_2} \) and the stoichiometry of its decomposition reaction is vital for solving such numerical problems.

 

Question 13.
(i) \( \mathrm{H_2O_2} \) ના વાયુકલા અને ઘનકલાના બંધારણ દોરો.
(ii) \( \mathrm{H_2O_2} \) એ પાણી કરતાં સારો ઑક્સિડેશનકર્તા છે સમજાવો.
Answer:
(i) \( \mathrm{H_2O_2} \) નો અણુ અસમતલીય છે.

\( \mathrm{H_2O_2} \) નું બંધારણ: (a) વાયુ અવસ્થા, (b) ઘન અવસ્થા

(ii) \( \mathrm{H_2O_2} \) એ \( \mathrm{KI} \) નું ઑક્સિડેશન કરી \( \mathrm{I_2} \) વાયુ આપે છે જે સ્ટાર્ચ જોડે પ્રક્રિયા કરી વાદળી રંગ આપે છે. આ પ્રક્રિયા પાણી આપતું નથી.
\( \mathrm{2KI + H_2SO_4 + H_2O_2 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O + I_2} \)
\( \mathrm{H_2SO_4} \) વડે કાળા \( \mathrm{PbS} \) નું સફેદ \( \mathrm{PbSO_4} \) માં રૂપાંતર થઈ શકે છે. આ પ્રક્રિયા \( \mathrm{H_2O} \) આપી શકશે નહીં.
\( \mathrm{PbS + 4H_2O_2 \rightarrow PbSO_4 + 4H_2O} \)
In simple words: (i) \( \mathrm{H_2O_2} \) અણુ વાયુ અને ઘન બંને અવસ્થામાં અસમતલીય બંધારણ ધરાવે છે. (ii) \( \mathrm{H_2O_2} \) પાણી કરતાં વધુ સારો ઑક્સિડેશનકર્તા છે, કારણ કે તે \( \mathrm{KI} \) ને \( \mathrm{I_2} \) માં અને \( \mathrm{PbS} \) ને \( \mathrm{PbSO_4} \) માં રૂપાંતરિત કરી શકે છે.

Exam Tip: For \( \mathrm{H_2O_2} \) structure, note the non-planar nature due to the dihedral angle, which differs in gas and solid phases. For its oxidizing property, remember it readily provides oxygen atoms for oxidation reactions.

 

Question 14. \( \mathrm{H_2O} \) અને \( \mathrm{D_2O} \) ના ગલનબિંદુ, બાષ્પાયન એન્થાલ્પી અને સ્નિગ્ધતા નીચે આપેલી છે :

ઉપર્યુક્ત માહિતીને આધારે કયા પ્રવાહીમાં આંતરઆણ્વીય આકર્ષણ બળો પ્રબળ હશે ? સમજાવો.
Answer: સામાન્ય સમજણ: ઉપરના મૂલ્ય દર્શાવે છે કે ગલનબિંદુ, બાષ્પાયન ઉષ્મા અને સ્નિગ્ધતાના મૂલ્ય \( \mathrm{D_2O} \) ના \( \mathrm{H_2O} \) કરતાં વધારે છે અને આંતરઆણ્વીય બળ આ ત્રણેય રાશિના સમપ્રમાણમાં છે. ઉપરના ત્રણેય મૂલ્યો (ગલનબિંદુ, બાષ્પાયન ઉષ્મા તથા સ્નિગ્ધતા) \( \mathrm{D_2O} \) માટે \( \mathrm{H_2O} \) કરતાં વધારે છે અને કહી શકાય કે જેટલું મૂલ્ય આ ત્રણેય રાશિનું વધારે તેટલા આંતરઆણ્વીય બળો વધારે લાગે છે. આમ, આંતર આણ્વીય બળો \( \mathrm{D_2O} \) માં પાણી (\( \mathrm{H_2O} \)) કરતાં વધારે હશે.
In simple words: \( \mathrm{D_2O} \) (ભારે પાણી) માં આંતરઆણ્વીય બળો વધુ મજબૂત હશે, કારણ કે તેના ગલનબિંદુ, બાષ્પાયન એન્થાલ્પી અને સ્નિગ્ધતાના મૂલ્યો \( \mathrm{H_2O} \) (સાદા પાણી) કરતાં વધુ છે. આ મૂલ્યો પ્રવાહીમાં આંતરઆણ્વીય બળોની તાકાત દર્શાવે છે.

Exam Tip: Higher values for melting point, boiling point, and viscosity generally indicate stronger intermolecular forces within a substance.

 

Question 15. ડાયહાઇડ્રોજન, ડાયઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયાથી પાણી બનાવે છે. કેન્દ્રમાં એક પ્રોટોન અને એક ન્યૂટ્રોન ધરાવતા હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકની ઓક્સિજન સાથેની પ્રક્રિયાથી બનતી નીપજનું નામ અને સૂત્ર લખો. શું બંને સમસ્થાનિકની ઓક્સિજન પ્રત્યેની પ્રતિક્રિયાત્મકતા સરખી હશે ? તમારા જવાબ માટે વાજબી કારણ આપો.
Answer: હાઇડ્રોજનનો એવો સમસ્થાનિક કે જે એક પ્રોટોન અને એક ન્યૂટ્રૉન ધરાવે તે ડ્યુટેરિયમ છે. તે \( \mathrm{O_2} \) સાથે પ્રક્રિયા કરી ભારે પાણી (\( \mathrm{D_2O} \)) આપે છે.
\( \mathrm{2D_2 + O_2 \xrightarrow{ઉષ્મા} 2D_2O} \)
\( \mathrm{D_2} \) અને \( \mathrm{H_2} \) ની પ્રતિક્રિયાત્મકતા અલગ હોય છે. કેમ કે D–D બંધ એ H–H બંધ કરતાં વધારે પ્રબળ હોય છે. આથી \( \mathrm{H_2} \) એ \( \mathrm{D_2} \) કરતાં વધારે પ્રતિક્રિયાત્મક છે.
In simple words: એક પ્રોટોન અને એક ન્યુટ્રોન ધરાવતો હાઇડ્રોજનનો સમસ્થાનિક ડ્યુટેરિયમ છે, જે ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને ભારે પાણી (\( \mathrm{D_2O} \)) બનાવે છે. \( \mathrm{D_2} \) અને \( \mathrm{H_2} \) ની પ્રતિક્રિયાત્મકતા સરખી હોતી નથી, કારણ કે D–D બંધ H–H બંધ કરતાં વધુ મજબૂત હોય છે, તેથી \( \mathrm{H_2} \) વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક છે.

Exam Tip: Isotopic effects, particularly on bond strength (D-D vs H-H), explain differences in reactivity between isotopes, with lighter isotopes often reacting faster.

 

Question 16. સમજાવો શા માટે \( \mathrm{HCI} \) વાયુ છે અને \( \mathrm{HF} \) પ્રવાહી છે.
Answer: F એ કદમાં નાનો છે તથા તેની વિદ્યુતઋણતા \( \mathrm{CI} \) કરતાં વધારે છે. આથી તે હાઇડ્રોજન (H) સાથે \( \mathrm{CI} \) ની સરખામણીમાં પ્રબળ બંધ બનાવે છે. આથી \( \mathrm{HF} \) માં રહેલા H–F બંધને તોડવા H–CI બંધ કરતાં વધારે ઊર્જા આપવી પડે છે. આથી \( \mathrm{HF} \) નું ઉત્કલનબિંદુ \( \mathrm{HCI} \) કરતાં વધારે છે. આથી \( \mathrm{HF} \) પ્રવાહી છે જ્યારે \( \mathrm{HCI} \) વાયુ છે.
In simple words: ફ્લોરિન નાનો અને વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ હોવાથી, \( \mathrm{HF} \) મજબૂત હાઇડ્રોજન બંધ બનાવે છે જેને તોડવા માટે વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે. તેથી, \( \mathrm{HF} \) નું ઉત્કલનબિંદુ \( \mathrm{HCI} \) કરતાં વધુ હોય છે, જેના કારણે \( \mathrm{HF} \) પ્રવાહી છે અને \( \mathrm{HCI} \) વાયુ છે.

Exam Tip: Hydrogen bonding is a key intermolecular force that significantly raises boiling points, especially for compounds like \( \mathrm{HF} \), \( \mathrm{H_2O} \), and \( \mathrm{NH_3} \).

 

Question 17. આવર્તકોષ્ટકનું પ્રથમ તત્ત્વ જ્યારે ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરે છે ત્યારે મળતા સંયોજનની ઘન અવસ્થા તે તેની પ્રવાહી અવસ્થા પર તરે છે. આ સંયોજન ઍસિડ અને બેઇઝ તરીકે વર્તવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. આ સંયોજનનું સ્વ આયનીકરણ થતાં કઈ નીપજ મળે છે ?
Answer: આવર્તકોષ્ટકનું પ્રથમ તત્ત્વ હાઇડ્રોજન (\( \mathrm{H_2} \)) છે જે \( \mathrm{O_2} \) સાથે પ્રક્રિયા દ્વારા પાણી આપે છે. પાણીનું ઘન સ્વરૂપ બરફ છે. બરફની ઘનતા પાણી કરતાં ઓછી હોવાથી તે પાણી ઉપર તરે છે. તે ઍસિડ અને બેઇઝ બંને સાથે પ્રક્રિયા આપતું હોવાથી ઉભયગુણધર્મી છે. દા.ત.,
\( \mathrm{H_2O_{(l)} + H_2S_{(aq)} \rightarrow H_3O^+_{(aq)} + HS^-_{(aq)}} \)
\( \mathrm{H_2O_{(l)} + NH_{3(aq)} \rightarrow NH_4^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}} \)
આમ, પાણી ઉભયગુણધર્મી સ્વભાવના કારણે સ્વયં આયનીકરણ પામે છે. આ પ્રક્રિયાને સ્વયંપ્રોટોનેટેડ પ્રક્રિયા પણ કહે છે.
\( \mathrm{H_2O_{(l)} + H_2O_{(l)} \rightarrow H_3O^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}} \)
In simple words: આવર્તકોષ્ટકનું પ્રથમ તત્ત્વ હાઇડ્રોજન ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને પાણી બનાવે છે. બરફ (\( \mathrm{H_2O} \) નું ઘન સ્વરૂપ) પાણી પર તરે છે કારણ કે તેની ઘનતા ઓછી છે. પાણી એસિડ અને બેઝ બંને તરીકે વર્તે છે. તેના સ્વયં આયનીકરણથી \( \mathrm{H_3O^+} \) અને \( \mathrm{OH^-} \) આયનો મળે છે.

Exam Tip: Connect the unique properties of water (density anomaly, amphoteric nature) to its role as the product of hydrogen's reaction with oxygen and its autoionization.

 

Question 18. રોહને સાંભળ્યું કે પ્રયોગશાળા મદદનીશને કોઈ ખાસ પ્રકારના રાસાયણિક પદાર્થમાં યુરિયા મિશ્ર કરીને અંધારા રૂમમાં ઘૂળથી દૂર રાખવાની સૂચના આપવામાં આવી છે. આ સંયોજન ઍસિડિક અને બેઝિક માધ્યમમાં ઑક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે. આ રસાયણ ઘરગથ્થુ અને ઔધોગિક કચરાથી થતા પ્રદૂષણ-નિયંત્રણ કરવામાં ઉપયોગી છે.
(i) આ સંયોજનનું નામ લખો.
(ii) આ રસાયણના સંગ્રહ માટે રાખવાની સાવચેતીઓ સમજાવો.
Answer:
(i) આ રસાયણનું નામ હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ (\( \mathrm{H_2O_2} \)) છે. તે ઑક્સિડેશનકર્તા તરીકે તથા રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તી શકે છે, એ પણ ઍસિડિક તથા બેઝિક એમ બંને માધ્યમમાં.
(ii) \( \mathrm{H_2O_2} \) નું ધૂળ અથવા પ્રકાશની હાજરીમાં વિઘટન પામે છે તે થોડા પણ ધાતુ (ઍસિડિક) તથા આલ્કલી (બેઇઝ)ની હાજરી ઉદ્દીપક તરીકે વર્તે છે. જેથી \( \mathrm{H_2O_2} \) નું વિઘટન ઝડપી બને છે. આથી તેને મીણયુક્ત કરેલ કાચ કે પ્લાસ્ટિકના પાત્રમાં અંધારામાં રાખવામાં આવે છે અને પ્રક્રિયા વેગ ધીમો કરવા યુરિયા નાખવામાં આવે છે.
In simple words: (i) આ સંયોજન હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (\( \mathrm{H_2O_2} \)) છે, જે એસિડિક અને બેઝિક બંને વાતાવરણમાં ઑક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા તરીકે કામ કરી શકે છે. (ii) \( \mathrm{H_2O_2} \) ને સૂર્યપ્રકાશ, ધૂળ અથવા ધાતુઓની હાજરીથી દૂર રાખવું જોઈએ, કારણ કે તે ઝડપથી વિઘટિત થાય છે. તેને સ્થિર કરવા માટે યુરિયા ઉમેરીને પ્લાસ્ટિકની બોટલોમાં અંધારામાં સંગ્રહિત કરવું જોઈએ.

Exam Tip: Highlight the amphoteric nature of \( \mathrm{H_2O_2} \) (both oxidizing and reducing agent) and the importance of proper storage conditions (dark, cool, non-catalytic containers) due to its instability.

 

Question 19. હાઇડ્રોજન આલ્કલી ધાતુઓ સાથે શા માટે સામ્યતા ધરાવે છે. કારણ આપો.
Answer: હાઇડ્રોજન વાયુ નીચેના કારણોસર આલ્કલી ધાતુ તત્ત્વો જેવા કે Li, Na, k, b, Cs અને F ને મળતો આવે છે.
(i) આલ્કલી તત્ત્વોની જેમ જ હાઇડ્રોજનની બાહ્યતમ કક્ષામાં 1 જ ઇલેક્ટ્રૉન છે અને તે આલ્કલીની જેમ જ +1 ઑક્સિડેશન અવસ્થા આપે છે.
(ii) આલ્કલી ધાતુની જેમ હાઇડ્રોજન પણ એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવી ધન આયન બને છે. દા.ત., \( \mathrm{H^+} \)
(iii) આલ્કલી ધાતુની જેમ જ હાઇડ્રોજન વધારે વિદ્યુતઋણ તત્ત્વ સાથે પ્રક્રિયા કરી શકે છે. દા.ત., હાઇડ્રોજન અનુક્રમે ઑક્સિજન, હેલોજન અને સલ્ફર સાથે સંયોજાઈ અનુક્રમે ઑક્સાઇડ, હેલાઇડ અને સલ્ફાઇડ આપે છે.
(iv) આલ્કલી ધાતુની જેમ હાઇડ્રોજન પણ પ્રબળ રિડક્શનકર્તા છે.
In simple words: હાઇડ્રોજન આલ્કલી ધાતુઓ સાથે સમાનતા ધરાવે છે કારણ કે તેની બાહ્યતમ કક્ષામાં એક ઇલેક્ટ્રોન છે અને તે +1 ઑક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે. તે એક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવી શકે છે અને ઑક્સાઇડ, હેલાઇડ અને સલ્ફાઇડ બનાવે છે, ઉપરાંત તે પ્રબળ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.

Exam Tip: When discussing hydrogen's similarities to alkali metals, focus on its electronic configuration, tendency to lose an electron, and chemical reactivity to form similar compounds.

 

Question 20. સામાન્ય રીતે સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે. કારણ આપો.
Answer: હાઇડ્રોજન પરમાણુ પાસે માત્ર એક જ ઇલેક્ટ્રૉન છે તે ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને કે મેળવીને અથવા ભાગીદારી દ્વારા નિષ્ક્રિય વાયુ બનવા પ્રયત્ન કરે છે. દા.ત., તે હિલિયમ જેવી રચના પ્રાપ્ત કરવા પ્રયત્ન કરે છે. આમ, નિયમ મુજબ તે સહસંયોજક અથવા આયનીય બંધ બનાવી શકે પણ તેની આયનીકરણ ઊર્જાનું મૂલ્ય ખૂબ જ ઊંચું છે. દા.ત., \( \mathrm{1312\,kJ\,mol^{-1}} \) અને તેની ઇલેક્ટ્રૉન પ્રાપ્તિ એન્થાલ્પી ઘણી ઓછી ઋણ છે. દા.ત., \( \mathrm{-73\,kJ\,mol^{-1}} \) આ કારણે તે સરળતાથી આયનીય બંધ બનાવતો નથી. તે સહસંયોજક બંધ સહેલાઈથી બનાવે છે.
In simple words: હાઇડ્રોજન સામાન્ય રીતે સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે કારણ કે તેની ઉચ્ચ આયનીકરણ ઊર્જાને કારણે તે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને આયનીય બંધ સરળતાથી બનાવતો નથી. તેના બદલે, તે ઇલેક્ટ્રોનની ભાગીદારી કરીને સ્થિર અણુઓ બનાવવાનું પસંદ કરે છે.

Exam Tip: Emphasize hydrogen's high ionization energy and low electron gain enthalpy, which favor covalent bond formation over ionic bonding in most scenarios.

 

Question 21. હાઇડ્રોજનની આયનીકરણ એન્થાલ્પી એ સોડિયમની આયનીકરણ એન્થાલ્પી કરતાં વધુ છે, શા માટે ?
Answer: હાઇડ્રોજન પરમાણુની આયનીકરણ એન્થાલ્પી સોડિયમ કરતાં વધુ હોય છે. આનું મુખ્ય કારણ એ છે કે હાઇડ્રોજન પરમાણુનું કદ સોડિયમ ધાતુ કરતાં ઘણું નાનું હોય છે, ભલેને બંને પાસે એક ઇલેક્ટ્રૉન હોય. આ કારણે હાઇડ્રોજનની આયનીકરણ એન્થાલ્પી (496 kJ mol-1) વધારે જોવા મળે છે.
In simple words: હાઇડ્રોજનનું પરમાણુ સોડિયમ કરતાં ખૂબ નાનું હોવાથી, તેના ઇલેક્ટ્રૉનને દૂર કરવા માટે વધુ શક્તિની જરૂર પડે છે. તેથી, તેની આયનીકરણ ઊર્જા સોડિયમ કરતાં વધારે હોય છે.

Exam Tip: જ્યારે બે તત્ત્વોની આયનીકરણ એન્થાલ્પીની સરખામણી કરવામાં આવે, ત્યારે કદ અને ઇલેક્ટ્રોન રચના જેવા મુખ્ય પરિબળો પર ધ્યાન આપો.

 

Question 22. હાઇડ્રોજન અર્થવ્યવસ્થાનો મૂળ સિદ્ધાંત ઊર્જાનું પ્રવાહી અથવા વાયુમય હાઇડ્રોજનના સ્વરૂપમાં વહન તથા સંગ્રહ છે. આ હેતુ પાર પાડવામાં હાઇડ્રોજનનો કયો ગુણધર્મ ઉપયોગી થઈ પડે ? તમારા ઉત્તરને જો જરૂર હોય, તો રાસાયણિક સમીકરણ વડે ટેકો પૂરો પાડો.
Answer: હાઇડ્રોજન અર્થવ્યવસ્થાનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત ઊર્જાને પ્રવાહી અથવા વાયુમય હાઇડ્રોજનના રૂપમાં વહન અને સંગ્રહ કરવાનો છે. આ ઉદ્દેશ્ય સિદ્ધ કરવા માટે હાઇડ્રોજનનો ગુણધર્મ કે તેને પ્રવાહી અથવા વાયુ સ્વરૂપમાં સરળતાથી રૂપાંતરિત કરી શકાય તે ઉપયોગી થાય છે. સામાન્ય તાપમાને, હાઇડ્રોજન વાયુ સ્વરૂપમાં રહે છે. H2 વાયુને નીચા તાપમાને અને ઉચ્ચ દબાણે પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. પ્રવાહીનું કદ વાયુ કરતાં ખૂબ નાનું હોય છે, જેનાથી તેનું વહન સરળ બને છે. આ લાક્ષણિકતા હાઇડ્રોજન અર્થવ્યવસ્થામાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.
In simple words: હાઇડ્રોજનને પ્રવાહી કે વાયુ રૂપે સંગ્રહ અને લઈ જવાનું સરળ છે. તેને ઠંડું પાડીને દબાવવાથી પ્રવાહી બને છે, જે ઓછી જગ્યા રોકે છે અને તેને એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ લઈ જવામાં મદદ કરે છે.

Exam Tip: હાઇડ્રોજન અર્થવ્યવસ્થાના મુખ્ય ગુણધર્મો અને તેના ફાયદાઓ પર ભાર મૂકો, ખાસ કરીને તેના પરિવહન અને સંગ્રહ પાસાં પર.

 

Question 23. ભારે પાણીનું મહત્ત્વ શું છે ?
Answer: ભારે પાણી (D2O) નું મહત્વ નીચે મુજબ છે:
(i) તે ન્યુક્લિયર રિએક્ટરમાં મોડરેટર તરીકે વ્યાપકપણે વપરાય છે. તે ન્યુટ્રોનની ગતિ ધીમી કરવામાં મદદ કરે છે.
(ii) પ્રક્રિયાની કાર્યપદ્ધતિ સમજવા માટે તેનો ઓછા પ્રમાણમાં ઉપયોગ થાય છે. તે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં મિકેનિઝમનો અભ્યાસ કરવામાં ઉપયોગી છે.
(iii) તે CD4, D2SO4 જેવા ડ્યુટેરિયમના અન્ય સંયોજનો બનાવવા માટે ઉપયોગી છે. તે નવા સંયોજનોના ઉત્પાદનમાં મદદ કરે છે.
In simple words: ભારે પાણી પરમાણુ ભઠ્ઠીઓમાં ન્યુટ્રોનને ધીમા કરવા, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ કેવી રીતે થાય છે તે સમજવા, અને ડ્યુટેરિયમવાળા નવા રસાયણો બનાવવા માટે ખૂબ ઉપયોગી છે.

Exam Tip: ભારે પાણીના ઉપયોગો યાદ રાખતી વખતે, ખાસ કરીને તેના ઔદ્યોગિક અને સંશોધન સંબંધિત ઉપયોગો પર ધ્યાન આપો.

 

Question 24. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડનું લુઈસ બંધારણ દોરો.
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) નું લુઈસ બંધારણ H-O-O-H છે. દરેક ઓક્સિજન પરમાણુ બે ઇલેક્ટ્રોન જોડી (લોન પેર) ધરાવે છે અને દરેક H-O બોન્ડ સિંગલ હોય છે. આ બોન્ડ સ્ટ્રક્ચર નોન-પ્લાનર છે. \[ \mathrm{H} - \ddot{\mathrm{O}} - \ddot{\mathrm{O}} - \mathrm{H} \]
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડમાં બે હાઇડ્રોજન અને બે ઓક્સિજન હોય છે. ઓક્સિજન એકબીજા સાથે અને પછી એક-એક હાઇડ્રોજન સાથે જોડાયેલા હોય છે. દરેક ઓક્સિજન પર બે વધારાની જોડી ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.

Exam Tip: લુઈસ બંધારણ દોરતી વખતે બધા અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મો (લોન પેર) દર્શાવવાનું યાદ રાખો અને દરેક પરમાણુના અષ્ટક નિયમનું પાલન થતું હોય તેની ખાતરી કરો.

 

Question 25. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઈડનું ઍસિડિક દ્રાવણ ઑક્સિડેશનકર્તા તેમજ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે. રાસાયણિક પ્રક્રિયા સહિત સમજાવો.
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) ઍસિડિક માધ્યમમાં ઑક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા બંને તરીકે કામ કરે છે. તેની પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે:
(i) H2O2, KI નું ઑક્સિડેશન કરીને I2 માં રૂપાંતરિત કરે છે.
\( 2KI + H2O2 + H2SO4 \rightarrow I2 + K2SO4 + 2H2O \)
(ii) H2O2 KMnO4 નું રિડક્શન કરીને MnO2 બનાવે છે.
\( 2KMnO4 + 3H2O2 \rightarrow 2MnO2 + 2KOH + 3O2 + 2H2O \)
In simple words: ઍસિડિક દ્રાવણમાં, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અન્ય પદાર્થોને ઇલેક્ટ્રોન આપી શકે છે (રિડક્શનકર્તા) અને ઇલેક્ટ્રોન લઈ પણ શકે છે (ઑક્સિડેશનકર્તા).

Exam Tip: ઑક્સિડેશન-રિડક્શન પ્રક્રિયાઓમાં, H2O2 ના ઑક્સિડેશન નંબરમાં થતા ફેરફારો પર ધ્યાન આપો. ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે, O2- નો ઑક્સિડેશન નંબર -1 થી -2 થાય છે, જ્યારે રિડક્શનકર્તા તરીકે, તે -1 થી 0 થાય છે.

 

Question 26. યોગ્ય ઉદાહરણ દ્વારા દર્શાવો કે વિરંજન ક્રિયામાં H₂O2 નો કયો ગુણધર્મ ઉપયોગી છે ?
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડનો બ્લીચિંગ ગુણધર્મ તેના વિઘટન દ્વારા મુક્ત થતા ઑક્સિજનને કારણે હોય છે. તે ઓક્સિજન રંગીન પદાર્થો સાથે સંયોજાય છે અને તેમને રંગવિહીન બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા H2O2 ના બ્લીચિંગ ગુણધર્મ માટે જવાબદાર છે.
\( H2O2 \rightarrow H2O + [O] \)
રંગીન પદાર્થ \( + [O] \rightarrow \) રંગવિહીન પદાર્થ
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ કપડાં કે વાળનો રંગ ઉડાડવામાં મદદ કરે છે. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે તે તૂટે ત્યારે ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે, અને આ ઓક્સિજન રંગીન વસ્તુઓને રંગહીન બનાવી દે છે.

Exam Tip: બ્લીચિંગ ગુણધર્મ સમજાવતી વખતે, મુક્ત થતા પરમાણુ ઓક્સિજનની ભૂમિકા અને તે રંગીન પદાર્થોને કેવી રીતે અસર કરે છે તે સ્પષ્ટ કરો.

 

Question 27. પાણીનો અણુ શા માટે ધ્રુવીય છે ?
Answer: ઓક્સિજન તત્વ હાઇડ્રોજન કરતાં વધારે વિદ્યુતઋણ હોય છે. આથી, O-H બંધ ધ્રુવીય હોય છે. આ બંને O-H બંધ એકબીજા સાથે 104.5° ખૂણેથી ગોઠવાયેલા હોય છે. આ બંને દ્વિધ્રુવી ચાકમાત્રાની પરિણામી ચાકમાત્રા 1.84 ડિબાય મળે છે. આથી, પાણીનો અણુ ધ્રુવીય છે એમ કહી શકાય. ઓક્સિજન પરમાણુ પર હાજર બે લોન પેર પણ ધ્રુવીયતામાં ફાળો આપે છે.
In simple words: પાણીનો અણુ ધ્રુવીય છે કારણ કે ઓક્સિજન હાઇડ્રોજન કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રોન ખેંચે છે. આનાથી O-H બોન્ડમાં ઇલેક્ટ્રોન અસમાન રીતે વહેંચાય છે. ઉપરાંત, પાણીના અણુનો આકાર વાંકો હોય છે, જેથી બધી ખેંચાણ શક્તિ એક દિશામાં ભેગી થાય છે અને તે ધ્રુવીય બની જાય છે.

Exam Tip: પાણીના અણુની ધ્રુવીયતા સમજાવતી વખતે, વિદ્યુતઋણતાનો તફાવત, અણુનો ભૌમિતિક આકાર અને લોન પેરની હાજરી જેવા મુખ્ય મુદ્દાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરો.

 

Question 28. H₂S કરતાં પાણીનું ઉત્કલનબિંદુ શા માટે ઘણું ઊંચું છે ? તમારા ઉત્તર માટેનાં કારણો આપો.
Answer: પાણીનું ઉત્કલનબિંદુ હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ (H2S) કરતાં ઊંચું હોય છે. આનું કારણ એ છે કે પાણીમાં રહેલો ઓક્સિજન ખૂબ જ વધારે વિદ્યુતઋણ હોય છે. આ કારણે પાણીમાં વધારાના હાઇડ્રોજન બંધ બને છે, જે પાણીના અણુઓને એકબીજા સાથે મજબૂત રીતે જોડી રાખે છે.

આ હાઇડ્રોજન બંધને તોડવા માટે ઉચ્ચ ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આથી, તેનું ઉત્કલનબિંદુ ઊંચું હોય છે. બીજી બાજુ, સલ્ફરની વિદ્યુતઋણતા ઓછી હોય છે અને તેમાં હાઇડ્રોજન બંધ બનતા નથી. આથી, H2S નું ઉત્કલનબિંદુ ઓછું હોય છે અને તે ઓરડાના તાપમાને વાયુ સ્વરૂપમાં રહે છે.
In simple words: પાણીનું ઉત્કલનબિંદુ H2S કરતાં વધારે છે કારણ કે પાણીમાં ઓક્સિજન વધુ ઇલેક્ટ્રોન ખેંચે છે, જેથી H2O અણુઓ એકબીજા સાથે મજબૂત હાઇડ્રોજન બંધથી જોડાયેલા રહે છે. આ બંધોને તોડવા માટે વધુ ગરમીની જરૂર પડે છે. H2S માં આવા બંધ નથી બનતા, તેથી તે સરળતાથી ઊકળી જાય છે.

Exam Tip: ઉત્કલનબિંદુની સરખામણી કરતી વખતે, હાઇડ્રોજન બંધની હાજરી અને તેની મજબૂતાઈ એ મુખ્ય કારણ છે. ઓક્સિજન અને સલ્ફરની વિદ્યુતઋણતાના તફાવતને ધ્યાનમાં રાખો.

 

Question 29. H₂O₂ના મંદ દ્રાવણને શા માટે ગરમ કરીને સાંદ્ર બનાવી શકાતું નથી ? H₂O₂નું સાંદ્ર કેવી રીતે મેળવાય ?
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના મંદ દ્રાવણને ગરમ કરીને સાંદ્ર બનાવી શકાતું નથી. કારણ કે તે તેના ઉત્કલનબિંદુ કરતાં નીચા તાપમાને વિઘટન પામે છે.
\( 2H2O2 \rightarrow 2H2O + O2 \)
H2O2 નું સાંદ્ર દ્રાવણ મેળવવા માટે, લગભગ 1% H2O2 ધરાવતા પાણીમાંથી 30% સાંદ્રતાવાળું H2O2 મેળવવા માટે નીચા દબાણે નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. આ પછી, બાકી રહેલા પાણીને જમાવી દઈને દૂર કરીને તેને 85% સાંદ્રતાવાળું H2O2 બનાવવામાં આવે છે.
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ગરમ કરવાથી તૂટી જાય છે, તેથી તેને ગરમ કરીને ઘટ્ટ ન કરી શકાય. તેને ઘટ્ટ બનાવવા માટે, પાણીને ઠારવા અને બાકીના H2O2 ને ભેગું કરવા માટે ખાસ ઠંડું કરવાની રીતનો ઉપયોગ થાય છે.

Exam Tip: H2O2 ના અસ્થાયી સ્વભાવને યાદ રાખો, જે તેને ગરમ કરીને સાંદ્ર બનાવવામાં રોકે છે. તેની બનાવટ અને સંગ્રહ પદ્ધતિઓ તેના વિઘટનને રોકવા પર આધારિત છે.

 

Question 30. હાઈડ્રોજન પેરોક્સાઇડનો સંગ્રહ મીણનું પડ ચઢાવેલ શીશીમાં કરવામાં આવે છે, શા માટે ?
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) કાચની ખરબચડી સપાટી પર રહેલા આલ્કલીના ઓક્સાઇડ દ્વારા અથવા પ્રકાશ દ્વારા વિઘટન પામી O2 આપે છે.
\( 2H2O2 \rightarrow 2H2O + O2 \)
આ વિઘટન અટકાવવા માટે, H2O2 ને મીણના આવરણ કરેલી પ્લાસ્ટિક અથવા ટેફલોનની બોટલમાં ભરવામાં આવે છે. આ આવરણ કાચના સંપર્કને અટકાવે છે અને પ્રકાશને પ્રવેશતા રોકે છે.
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ પ્રકાશ અથવા કાચની સપાટી પરના રસાયણો સાથે સંપર્કમાં આવવાથી બગડી જાય છે. આથી, તેને પ્લાસ્ટિક અથવા ટેફલોનની બોટલમાં રાખવામાં આવે છે જે અંદરથી મીણથી ઢાંકેલી હોય છે, જેથી તે સુરક્ષિત રહે.

Exam Tip: H2O2 ના સંગ્રહ માટે યોગ્ય શરતોનું મહત્વ સમજાવતી વખતે, પ્રકાશ અને સપાટીના સંપર્ક જેવા પરિબળો યાદ રાખો જે તેના વિઘટનને વેગ આપે છે.

 

Question 31. કઠિન પાણી સાબુ સાથે શા માટે ફીણ આપતું નથી ?
Answer: કઠિન પાણી સાબુ સાથે ફીણ ઉત્પન્ન કરતું નથી કારણ કે તેમાં કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના ક્ષારો હાજર હોય છે. સાબુ, જેમાં સોડિયમ સ્ટિયરેટ (C17H35COONa) હોય છે, તે આ કેલ્શિયમ અથવા મેગ્નેશિયમના ક્ષારો સાથે પ્રક્રિયા કરીને અદ્રાવ્ય અવક્ષેપો બનાવે છે.
\( 2C17H35COONa + M^{2+} \rightarrow (C17H35COO)2 M\downarrow + 2Na^+ \)
(જ્યાં \( M = Ca/Mg \))
આ અવક્ષેપો મેલ તરીકે દેખાય છે અને ફીણ બનતા અટકાવે છે. તેથી, કઠિન પાણી અને સાબુનું મિશ્રણ કપડાં ધોવા માટે ઉપયોગી નથી.
In simple words: કઠિન પાણીમાં કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના રસાયણો હોય છે. જ્યારે સાબુ આ પાણી સાથે ભળે છે, ત્યારે તે રસાયણો સાબુ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ગંદો અવક્ષેપ બનાવે છે, જેને કારણે સાબુ ફીણ બનાવતો નથી અને સફાઈ બરાબર થતી નથી.

Exam Tip: કઠિન પાણી અને સાબુ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા સમજાવતી વખતે, અદ્રાવ્ય અવક્ષેપો (સ્કમ) ની રચના અને તે કેવી રીતે ફીણને અટકાવે છે તે મુખ્ય મુદ્દો છે.

 

Question 32. પેરોક્સાઇડમાંથી હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ બનાવવા માટે ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ એ સલ્ફ્યુરિક એસિડ કરતાં સુગમ છે ? શા માટે ?
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ બનાવવા માટે ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ કરતાં વધુ અનુકૂળ છે. આનું કારણ એ છે કે H2SO4, H2O2 ના વિઘટનમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે કામ કરે છે, જ્યારે ફોસ્ફોરિક ઍસિડ (H3PO4) ઉત્પ્રેરક તરીકે કામ કરતો નથી. તેથી, H2O2 ના ઉત્પાદન દરમિયાન તેનું વિઘટન થતું નથી, જેના પરિણામે વધુ H2O2 મળે છે.
\( 2BaO2 + 2H3PO4 \rightarrow Ba3(PO4)2 + 3H2O2 \)
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ બનાવવા માટે ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ સારો છે કારણ કે સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડને તોડી નાખે છે, જ્યારે ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ તેને સ્થિર રાખે છે.

Exam Tip: પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરકની ભૂમિકા અને તે ઇચ્છિત ઉત્પાદનની ઉપજને કેવી રીતે અસર કરે છે તે સમજાવતી વખતે, સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અને ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ વચ્ચેનો તફાવત યાદ રાખો.

 

Question 33. પાણીમાં બંધકોણ 104.5° હોવાનું સ્પષ્ટીકરણ તમે કેવી રીતે આપશો ?
Answer: પાણીના અણુમાં ઓક્સિજનનું sp³ સંકરણ થાય છે. આથી, H-O-H બંધકોણ આદર્શ 109°28′ હોવો જોઈએ. પરંતુ, પાણીમાં રહેલા ઓક્સિજન પાસે બે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે. VSEPR (વેલેન્સ શેલ ઇલેક્ટ્રોન પેર રિપલ્ઝન) સિદ્ધાંત મુજબ, આ અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મો વચ્ચે પ્રબળ અપાકર્ષણ હોય છે. આથી, આ અપાકર્ષણને કારણે, H-O-H બંધકોણ 109°28′ ની જગ્યાએ ઘટીને 104.5° થઈ જાય છે.

In simple words: પાણીના અણુમાં ઓક્સિજન પર બે ઇલેક્ટ્રોનની વધારાની જોડી હોય છે. આ જોડીઓ બીજા ઇલેક્ટ્રોનને ધક્કો મારે છે. આ ધક્કાને કારણે, અણુનો આકાર થોડો વાંકો વળી જાય છે અને બોન્ડનો ખૂણો આદર્શ 109.5° ને બદલે 104.5° થઈ જાય છે.

Exam Tip: VSEPR સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને બંધકોણનું સમજૂતી આપતી વખતે, અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મો-બંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મો (lp-bp) વચ્ચેના અપાકર્ષણની તુલના lp-lp અને bp-bp અપાકર્ષણ સાથે કરવાનું યાદ રાખો.

 

Question 34. ફ્લોરિન અને પાણી વચ્ચેની રેડોક્ષ-પ્રક્રિયા લખો.
Answer: ફ્લોરિન પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તે H2O ને O2 અને O3 માં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે.
\( 2F2(g) + 2H2O(l) \rightarrow O2(g) + 4H^+(aq) + 4F^-(aq) \)

\( 3F2(g) + 3H2O(l) \rightarrow O3(g) + 6H^+(aq) + 6F^-(aq) \)
In simple words: ફ્લોરિન ખૂબ જ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝર છે. તે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઓક્સિજન વાયુ અથવા ઓઝોન વાયુ અને હાઇડ્રોજન ફ્લોરાઇડ બનાવે છે.

Exam Tip: ફ્લોરિન એક મજબૂત ઓક્સિડાઇઝર તરીકે કાર્ય કરે છે તે યાદ રાખો. આ પ્રતિક્રિયાઓમાં, પાણીનું ઓક્સિડેશન થાય છે જ્યારે ફ્લોરિનનું રિડક્શન થાય છે.

 

Question 36. પાણી ઉભયગુણધર્મી સ્વભાવ ધરાવે છે. આ ગુણધર્મ સમજાવતી બે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ લખો.
Answer: પાણી ઉભયગુણધર્મી સ્વભાવ ધરાવે છે, એટલે કે તે ઍસિડ અને બેઇઝ બંને તરીકે વર્તી શકે છે. આ ગુણધર્મ દર્શાવતી બે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
\( H2O(l) + NH3(aq) \rightarrow OH^-(aq) + NH4^+(aq) \)
અહીં, H2O (ઍસિડ) NH3 (બેઇઝ) સાથે પ્રક્રિયા કરીને હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન અને એમોનિયમ આયન આપે છે.
\( H2O(l) + H2S(aq) \rightarrow H3O^+(aq) + HS^-(aq) \)
અહીં, H2O (બેઇઝ) H2S (ઍસિડ) સાથે પ્રક્રિયા કરીને હાઇડ્રોનિયમ આયન અને હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ આયન આપે છે.
In simple words: પાણી એસિડ અને બેઝ બંને જેવું વર્તન કરી શકે છે. જેમ કે, જ્યારે તે એમોનિયા સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે ત્યારે તે એસિડ તરીકે કામ કરે છે, અને જ્યારે તે હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે ત્યારે તે બેઝ તરીકે કામ કરે છે.

Exam Tip: ઉભયગુણધર્મી પદાર્થોની વ્યાખ્યા અને તેઓ ઍસિડિક તેમજ બેઝિક માધ્યમમાં કેવી રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે તેના ઉદાહરણો યાદ રાખો.

 

IV. જોડકાં પ્રકારના પ્રશ્નો

Question 1. કૉલમ- Iમાં આપેલી વિગતોને કૉલમ – IIની વિગતો સાથે સહસંબંધિત કરો. બને તેટલા વધુ આવા સહસંબંધો શોધો :

Answer:
(A) સાંશ્લેષિત વાયુ - (9) મિથેનોલનું સંશ્લેષણ, (10) CO અને H2 નું મિશ્રણ
(B) ડાયહાઇડ્રોજન - (4) રિડક્શનકર્તા પ્રક્રિયક, (5) s-વિભાગનાં તત્ત્વોનાં તત્ત્વ-યોગમિતીય સંયોજનો, (7) Zn + NaOH, (8) Zn + મંદ H2SO4, (9) મિથેનોલનું સંશ્લેષણ
(C) ભારે પાણી - (6) પાણીનું લાંબા સમય સુધી વિદ્યુતવિભાજન
(D) કાલગૉન - (1) \( Na2[Na4(PO3)6] \), (3) પાણીને નરમ બનાવવું
(E) હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ - (2) ઑક્સિડેશનકર્તા પ્રક્રિયક, (4) રિડક્શનકર્તા પ્રક્રિયક
(F) ક્ષારીય હાઇડ્રાઇડ - (5) s-વિભાગનાં તત્ત્વોનાં તત્ત્વ-યોગમિતીય સંયોજનો
In simple words: અહીં, કોલમ I માં આપેલા રસાયણો અને પદ્ધતિઓને કોલમ II માં આપેલા તેમના ગુણધર્મો અથવા ઉપયોગો સાથે જોડવામાં આવ્યા છે. દરેક રસાયણના એકથી વધુ ઉપયોગો અથવા ગુણધર્મો હોઈ શકે છે.

Exam Tip: આવા જોડકાંવાળા પ્રશ્નોમાં, દરેક વિકલ્પને કાળજીપૂર્વક વાંચો અને તેના સંબંધિત ગુણધર્મો અથવા ઉપયોગો સાથે જોડો. કેટલીકવાર એક વિકલ્પના એક કરતાં વધુ જવાબો હોઈ શકે છે.

 

Question 2. કૉલમ – Iને કૉલમ – IIમાં આપેલ ગુણધર્મો / ઉપયોગો સાથે જોડો :

Answer:
(A) H - (4) કાપવા માટે અને વેલ્ડિંગ માટે વપરાય છે.
(B) H2 - (3) ઓલિફિનના હાયડ્રોફોર્માઇલેશનમાં વપરાય છે.
(C) H2O - (2) તેનું NaH વડે ડાયહાઇડ્રોજનમાં રિડક્શન કરી શકાય છે.
(D) H2O2 - (1) પરહાઇડ્રોલ નામથી વપરાય છે.
In simple words: આ જોડકાંમાં, ડાબી બાજુના રસાયણોને તેમના મુખ્ય ઉપયોગો અથવા ગુણધર્મો સાથે જમણી બાજુના વિકલ્પોમાંથી જોડવામાં આવ્યા છે.

Exam Tip: દરેક રાસાયણિક સંયોજનના મુખ્ય ગુણધર્મો અને ઉપયોગો યાદ રાખો. આ જોડકાં પ્રકારના પ્રશ્નોમાં સીધા જ જ્ઞાનનું પરીક્ષણ થાય છે.

 

Question 65) કૉલમ – Iમાં આપેલા પર્યાયોને કૉલમ – IIમાં આપેલી પ્રસ્તુત વિગતો સાથે જોડો :

Answer:
(A) પાણીના વિદ્યુતવિભાજનથી ઉત્પન્ન થાય છે. - (5) હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન
(B) લિથિયમ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ - (4) રિડક્શનકર્તા પ્રક્રિયક
(C) હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ - (2) ધ્રુવીય અણુ છે.
(D) ભારે પાણી વપરાય છે. - (1) પરમાણુ રિએક્ટરમાં
(E) પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન - (3) ધાતુની સપાટી પર ઊંચું તાપમાન ઉત્પન્ન કરવા પુનઃ સંયોજાય છે.
In simple words: આ જોડકાંમાં, ડાબી બાજુના રાસાયણિક પદાર્થો અથવા પ્રક્રિયાઓને તેમના સંબંધિત ગુણધર્મો, ઉપયોગો અથવા ઉત્પાદનો સાથે જમણી બાજુના વિકલ્પોમાંથી જોડવામાં આવ્યા છે.

Exam Tip: દરેક રાસાયણિક પદાર્થના ગુણધર્મો અને તેના ઉપયોગો યાદ રાખો. પાણીના વિદ્યુતવિભાજનના ઉત્પાદનો અને પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજનના ઉપયોગો પર વિશેષ ધ્યાન આપો.

 

Question 3. કૉલમ – Iની વિગતોને કૉલમ – IIમાં આપેલી પ્રસ્તુત વિગતો સાથે જોડો :

Answer:
(A) હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ વપરાય છે. - (2) પરહાઇડ્રલ તરીકે, (4) બળતણ તરીકે
(B) કાલગૉન પદ્ધતિમાં વપરાય છે. - (3) સોડિયમ હેકઝામેટાફોસ્ફેટ
(C) કઠિન પાણીની સ્થાયી કઠિનતાને દૂર કરી શકાય છે. - (1) ઝીયોલાઇટ વડે, (3) સોડિયમ હેકઝામેટાફોસ્ફેટ
In simple words: અહીં, વિવિધ રસાયણો અને પદ્ધતિઓને તેમના ઉપયોગો અથવા ઘટકો સાથે જોડવામાં આવ્યા છે, ખાસ કરીને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અને પાણીની કઠિનતા દૂર કરવાની પદ્ધતિઓ.

Exam Tip: કઠિન પાણીને નરમ બનાવવાની વિવિધ પદ્ધતિઓ અને તેમાં વપરાતા રસાયણોના નામ યાદ રાખો.

 

V. વિધાન અને કારણ પ્રકારના પ્રશ્નો

Question 1. વિધાન (A) : પાણીની સ્થાયી કઠિનતા ધોવાના સોડા સાથે પ્રક્રિયા કરી દૂર કરી શકાય છે.
કારણ (R) : ધોવાના સોડા દ્રાવ્ય મૅગ્નેશિયમ અને કેલ્શિયમ સલ્ફેટ સાથે પ્રક્રિયા કરી અદ્રાવ્ય કાર્બોનેટ બનાવે છે.
(A) A અને R બંને સાચાં છે અને R એ Aની સાચી સમજૂતી છે
(B) A સાચું છે પણ R સાચું નથી.
(C) A અને R બંને સાચાં છે, પરંતુ R એ Aની સાચી સમજૂતી નથી.
(D) A અને R બંને ખોટાં છે.
Answer: (A) A અને R બંને સાચાં છે અને R એ Aની સાચી સમજૂતી છે
In simple words: પાણીની કાયમી કઠિનતાને ધોવાના સોડાથી દૂર કરી શકાય છે, કારણ કે ધોવાનો સોડા પાણીમાં રહેલા મેગ્નેશિયમ અને કેલ્શિયમ સલ્ફેટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને એવા કાર્બોનેટ બનાવે છે જે પાણીમાં ઓગળતા નથી.

Exam Tip: કારણ અને વિધાન બંનેને ધ્યાનથી વાંચો. ખાતરી કરો કે કારણ, વિધાનને યોગ્ય રીતે સમજાવે છે. અહીં, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને પણ ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે.

 

VI. દીર્ઘ જવાબી પ્રકારના પ્રશ્નો

Question 1. પરમાણ્વીય હાઇડ્રોજન લગભગ બધાં જ તત્ત્વો સાથે સંયોજાય છે પરંતુ આણ્વીય હાઇડ્રોજન સંયોજાતું નથી. સમજાવો.
Answer: હાઇડ્રોજન પરમાણુ ઘણો અસ્થાયી હોય છે. કારણ કે હાઇડ્રોજન પરમાણુનું ઇલેક્ટ્રોનિક બંધારણ 1s1 છે. તેને સ્થિર થવા માટે એક વધુ ઇલેક્ટ્રોન મેળવવો પડે છે. આથી, હાઇડ્રોજન પરમાણુ સખત ક્રિયાશીલ હોય છે અને લગભગ બધા તત્ત્વો સાથે સંયોજાય છે. તે ત્રણ અલગ-અલગ રીતે સંયોજન બનાવે છે:
(i) તે એક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને H+ આયન બનાવે છે.
(ii) તે એક ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને H- આયન બનાવે છે.
(iii) તે એક ઇલેક્ટ્રોનની ભાગીદારી કરીને પણ સહસંયોજક એકલબંધ બનાવે છે.
આનાથી વિપરીત, H2 અણુમાં H-H બંધની વિયોજન ઊર્જા ઘણી ઊંચી છે, જે 435.88 kJ mol-1 છે. આથી, H2 અણુ ઓરડાના તાપમાને લગભગ નિષ્ક્રિય છે અને તે ઘણા ઓછા તત્ત્વો સાથે પ્રક્રિયા આપે છે.
In simple words: એકલો હાઇડ્રોજન પરમાણુ ખૂબ જ સક્રિય હોય છે કારણ કે તેને સ્થિર થવા માટે એક ઇલેક્ટ્રોન જોઈએ છે, તેથી તે લગભગ દરેક વસ્તુ સાથે ભળી જાય છે. પરંતુ, બે હાઇડ્રોજન પરમાણુ જ્યારે H2 બનાવે છે ત્યારે તેઓ ખૂબ મજબૂત રીતે જોડાયેલા હોય છે. આ બંધ તોડવા માટે ઘણી શક્તિ જોઈએ છે, તેથી H2 વાયુ એટલો સક્રિય નથી.

Exam Tip: હાઇડ્રોજન પરમાણુ અને હાઇડ્રોજન અણુ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાત્મકતાના તફાવતને સમજાવતી વખતે, તેમની ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી અને બંધ વિયોજન ઉર્જા પર ભાર મૂકો.

 

Question 2. પાણીમાંથી D₂O કેવી રીતે બનાવી શકાય ? H₂O થી D₂O જુદું પડતું હોય તેવા ભૌતિક ગુણધર્મો દર્શાવો. હાઇડ્રોજનનો ડ્યુટેરિયમ સાથે વિનિમય થતો હોય તેવી D₂O ની ઓછામાં ઓછી ત્રણ પ્રક્રિયાઓ દર્શાવો.
Answer: ભારે પાણી (D2O) ને લાંબા સમય સુધી પાણીનું વિદ્યુતવિભાજન કરીને બનાવી શકાય છે.
ભૌતિક ગુણધર્મો:
(i) D2O રંગવિહીન, વાસવિહીન અને સ્વાદવિહીન પ્રવાહી છે. તેની મહત્તમ ઘનતા -1.1073 g ml-1 છે અને 11.6 °C તાપમાને હોય છે. જ્યારે પાણીની મહત્તમ ઘનતા 4 °C એ હોય છે.
(ii) ભારે પાણીમાં ક્ષારોની દ્રાવ્યતા સાદા પાણી કરતાં ઓછી હોય છે. ભારે પાણીની સ્નિગ્ધતા પણ સાદા પાણી કરતાં વધારે હોય છે.
(iii) લગભગ બધી ભૌતિક લાક્ષણિકતા D2O ની H2O કરતાં વધારે હોય છે. કારણ કે તેનો કેન્દ્રીય વીજભાર વધારે હોય છે અને હાઇડ્રોજન બંધ પણ D2O માં H2O કરતાં પ્રબળ હોય છે.
હાઇડ્રોજનનું ડ્યુટેરિયમ વડે વિસ્થાપન થતું હોય તેવી D2O ની ત્રણ પ્રક્રિયાઓ:
\( NaOH + D2O \rightarrow NaOH + HOD \)
\( HCI + D2O \rightarrow DCI + HOD \)
\( NH3Cl + D2O \rightarrow NH3DCl + HOD \)
In simple words: D2O પાણીમાંથી લાંબા સમય સુધી વીજળી પસાર કરીને બને છે. D2O પાણી કરતાં ભારે, વધુ સ્નિગ્ધ અને તેમાં ઓછું દ્રાવ્ય થાય છે. તે હાઇડ્રોજનને ડ્યુટેરિયમ સાથે બદલી શકે છે, જેમ કે NaOH, HCl, NH3Cl માંથી હાઇડ્રોજનને બદલવાની પ્રક્રિયાઓમાં.

Exam Tip: D2O અને H2O ના ગુણધર્મોની તુલના કરતી વખતે, મોલેક્યુલર વજન, ઘનતા, ઉત્કલનબિંદુ અને દ્રાવ્યતા જેવા મુખ્ય ભૌતિક પરિમાણો પર ધ્યાન આપો. વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓમાં, H ને D દ્વારા બદલવાનું યાદ રાખો.

 

Question 3. તમે H2O2નું સાંદ્રણ કેવી રીતે વધારશો ? H2O2 અને H₂Oના અવકાશીય બંધારણો દોરી તેમનાં બંધારણોનો તફાવત દર્શાવો. H2O2ના ત્રણ અગત્યના ઉપયોગો પણ દર્શાવો.
Answer: H2O2 નું સાંદ્રણ વધારવા માટે:
H2O2 ઔદ્યોગિક રીતે 2-આલ્કાઇલ એન્થ્રાક્વિનોલના સ્વયં ઓક્સિડેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા દ્વારા 1% H2O2 મળે છે. આને 30% સાંદ્રતાવાળું H2O2 બનાવવા માટે પાણી સાથે ભેળવીને નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ, આશરે 85% સાંદ્રતાવાળું H2O2 મેળવવા માટે નીચા દબાણે વધુ નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. બાકીના પાણીને જમાવી દઈને દૂર કરતાં વધુ સાંદ્રતાવાળું H2O2 મળે છે.

H2O2 અને H2O ના અવકાશીય બંધારણો:
H2O નો આકાર કોણીય હોય છે.

H2O2 નો અણુ અસમતલીય છે.

H2O2 ના અગત્યના ઉપયોગો:
(i) તે રોજિંદા જીવનમાં વાળ રંગવા માટે અને ચેપનાશક તરીકે "પરહાઇડ્રોલ" સ્વરૂપમાં વપરાય છે.
(ii) હાઇડ્રોક્વિનોન, ટાર્ટરિક ઍસિડ, ખાદ્ય પદાર્થો અને દવાઓ જેવા અન્ય સંયોજનો બનાવવામાં ઉપયોગી છે.
(iii) તે કાગળ, કાપડ, ચામડા ઉદ્યોગ અને ખનીજતેલના શુદ્ધિકરણમાં બ્લીચિંગ એજન્ટ તરીકે એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે.
In simple words: H2O2 ને ધીમે ધીમે નિસ્યંદન કરીને ઘટ્ટ કરી શકાય છે. પાણીનો આકાર વાંકો હોય છે, જ્યારે H2O2 નો આકાર ખૂલેલા પુસ્તક જેવો હોય છે. H2O2 નો ઉપયોગ વાળ રંગવામાં, દવા બનાવવામાં અને કાગળ બ્લીચ કરવામાં થાય છે.

Exam Tip: H2O2 ના બંધારણની નોન-પ્લાનર પ્રકૃતિ યાદ રાખો અને તેના ગેસ અને સોલિડ સ્ટેટ બંને માટેના આંકડાકીય મૂલ્યો પર ધ્યાન આપો.

 

Question 4. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના ઉત્પાદનની પદ્ધતિ આપો તથા તેમાં સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓ સમજાવો. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના ઑક્સિડેશનકર્તા, રિડક્શનકર્તા અને એસિડિક ગુણનાં ઉદાહરણો પ્રક્રિયા સહિત આપો.
Answer: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) ઔદ્યોગિક રીતે 2-આલ્કાઇલ એન્થ્રાક્વિનોલના સ્વયં ઓક્સિડેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
\( 2\text{-આલ્કાઇલ એન્થ્રાક્વિનોલ} + O2(\text{હવા}) \xrightarrow{H2/Pd} H2O2 + \text{ઑક્સિડાઇઝ્ડ નીપજ} \)

H2O2 ઍસિડિક તેમજ બેઝિક માધ્યમમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ બંને તરીકે કામ કરી શકે છે. જે નીચેના સમીકરણો પરથી જોઈ શકાય છે.
ઍસિડિક માધ્યમમાં ઑક્સિડેશનકર્તા તરીકે:
\( 2Fe^{2+}(aq) + 2H^+(aq) + H2O2(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 2H2O(l) \)
ઍસિડિક માધ્યમમાં રિડક્શનકર્તા તરીકે:
\( 2MnO4^-(aq) + 6H^+(aq) + 5H2O2(l) \rightarrow 2Mn^{2+}(aq) + 8H2O(l) + 5O2(g) \)
બેઝિક માધ્યમમાં ઑક્સિડેશનકર્તા તરીકે:
\( 2Fe^{2+}(aq) + H2O2(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 2OH^-(aq) \)
બેઝિક માધ્યમમાં રિડક્શનકર્તા તરીકે:
\( I2 + H2O2 + 2OH^- \rightarrow 2I^- + 2H2O + O2 \)
In simple words: હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ખાસ પ્રક્રિયા દ્વારા બને છે. તે ઍસિડિક કે બેઝિક બંને વાતાવરણમાં અન્ય પદાર્થોને ઇલેક્ટ્રોન આપી (રિડક્શન) કે લઈ (ઑક્સિડેશન) શકે છે.

Exam Tip: H2O2 ની દ્વિગુણ પ્રકૃતિ (ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ) ને સમજાવતી વખતે, દરેક કિસ્સામાં ઑક્સિડેશન નંબરના ફેરફારો દર્શાવતી સંતુલિત પ્રતિક્રિયાઓ આપો.

 

Question 5. 2 લિટર 5 મોલર દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડનું કેટલું દળ હશે ? આ દ્રાવણના 200 mLના વિઘટનથી મુક્ત થતા ઓક્સિજનના દળની ગણતરી કરો.
Answer:
(i) H2O2 નું આણ્વીય દળ = 34 ગ્રામ/મોલ.
જો 1 લિટર 5 મોલર દ્રાવણમાં H2O2 નું દળ \( = 34 \times 5 = 170 \) gm હોય.
તો, 2 લિટર 5 મોલર દ્રાવણમાં H2O2 નું દળ \( = 170 \times 2 = 340 \) gm.

(ii) 0.2 L અથવા 200 mL, 5 મોલર દ્રાવણમાં H2O2 નું દળ \( = \frac{340 \times 0.2}{2} = 34 \) gm.

વિઘટન પ્રતિક્રિયા:
\( 2H2O2 \rightarrow 2H2O + O2 \)
\( 2 \times 34 = 68 \) gm \( \rightarrow 2 \times 16 = 32 \) gm
68 ગ્રામ H2O2 ના વિઘટનથી 32 ગ્રામ O2 મળે છે.
તો 34 ગ્રામ H2O2 ના વિઘટનથી (X) ગ્રામ O2 મળશે.
\( X = \frac{32 \times 34}{68} = 16 \) gm O2.
In simple words: 2 લિટર H2O2 ના દ્રાવણમાં 340 ગ્રામ H2O2 હોય છે. 200 mL દ્રાવણમાં 34 ગ્રામ H2O2 હોય છે. આ 34 ગ્રામ H2O2 ના વિઘટનથી 16 ગ્રામ ઓક્સિજન વાયુ છૂટો પડશે.

Exam Tip: મોલારિટી અને મોલેક્યુલર માસનો ઉપયોગ કરીને દ્રાવણમાં દ્રાવ્યનું દળ શોધવાનું યાદ રાખો. સ્ટીચિયોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયામાંથી ઉત્પન્ન થતા ઉત્પાદનનું દળ ગણતરી કરો.

 

Question 6. એક રંગવિહીન પ્રવાહી ‘A' માત્ર H અને O તત્ત્વો ધરાવે છે. તેને પ્રકાશમાં ખુલ્લું રાખતાં તે ધીમેથી વિઘટન પામે છે. તેને પ્રકાશની હાજરીમાં સંગ્રહ કરવા યુરિયા સાથે મિશ્ર કરી સ્થિરતા બક્ષવામાં આવે છે. (i) Aનું શક્ય બંધારણ સૂચવો. (ii) પ્રકાશની હાજરીમાં થતી તેની વિઘટન-પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ લખો.
Answer:
(i) રંગવિહીન પ્રવાહી A એ હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) છે. તેમાં માત્ર હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન તત્ત્વો હોય છે. તે પ્રકાશની હાજરીમાં વિઘટન પામે છે અને યુરિયા સાથે મિશ્ર કરતાં તે સ્થિર બને છે. તેનું બંધારણ નીચે મુજબ છે:

(ii) પ્રકાશની હાજરીમાં થતી H2O2 ની વિઘટન-પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ:
\( 2H2O2 \xrightarrow{hv \text{ (સૂર્યપ્રકાશ)}} 2H2O + O2 \)
In simple words: પ્રવાહી 'A' હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) છે, જે H અને O થી બનેલું છે. પ્રકાશમાં તે પાણી અને ઓક્સિજનમાં તૂટી જાય છે. તેને યુરિયા સાથે રાખવાથી તે સ્થિર રહે છે.

Exam Tip: H2O2 ના વિઘટનને અસર કરતા પરિબળો (પ્રકાશ, તાપમાન) અને તેના સ્થિરીકરણ માટેના માધ્યમો (યુરિયા) પર ધ્યાન આપો.

 

Question 7. આલ્કલી ધાતુના એક આયનીય હાઇડ્રાઇડમાં નોંધપાત્ર સહસંયોજક લક્ષણ રહેલું છે અને તે ઓક્સિજન તથા ક્લોરિન પ્રત્યે લગભગ ઉદાસીન છે. આ અન્ય ઉપયોગી હાઇડ્રાઇડ બનાવટમાં વપરાય છે. આ હાઇડ્રાઇડનું સૂત્ર લખો. તેની Al₂Cl‰ સાથેની પ્રક્રિયા લખો.
Answer: તે સંયોજન લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ (LiH) છે. લિથિયમના નાના કદને કારણે તેમાં સહસંયોજક સ્વભાવ હોય છે. LiH ખૂબ જ સ્થાયી છે, આથી તે O2 અને Cl2 પ્રત્યે નિષ્ક્રિય છે. LiH, Al2Cl6 સાથે નીચેની પ્રક્રિયા આપે છે:
\( 8LiH + Al2Cl6 \rightarrow 2LiAlH4 + 6LiCl \)
In simple words: અહીં લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ (LiH) વિશે વાત થઈ રહી છે, જે ઓક્સિજન કે ક્લોરિન સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરતું નથી. તે Al2Cl6 સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને લિથિયમ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.

Exam Tip: નાના આયન કદવાળા હાઇડ્રાઇડમાં સહસંયોજક લક્ષણ કેવી રીતે વધે છે તે સમજાવો. LiAlH4 જેવા મહત્વપૂર્ણ સંયોજનોના ઉત્પાદનમાં LiH ના ઉપયોગો યાદ રાખો.

 

Question 8. સોડિયમ, ડાયહાઇડ્રોજન સાથે સંયોજાઈ સ્ફટિકમય આયનીય ધન બનાવે છે. આ ધન સ્વભાવે અબાષ્પશીલ અને અવાહક છે. તે પાણી સાથે ખૂબ જ ઉગ્ર રીતે પ્રક્રિયા કરી ડાયહાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. આ સંયોજનનું સૂત્ર અને તેની પાણી સાથેની પ્રક્રિયા લખો. આ ઘન પદાર્થના પિગલિત સ્વરૂપનું વિદ્યુતવિભાજન કરતાં શું થશે ?
Answer: સોડિયમ ધાતુ ડાયહાઇડ્રોજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને સોડિયમ હાઇડ્રાઇડ (NaH) બનાવે છે.
\( 2Na + H2 \rightarrow 2Na^+H^- \)
તે પાણી સાથે ધડાકાભેર પ્રક્રિયા કરીને H2 વાયુ આપે છે.
\( 2NaH + 2H2O \rightarrow 2NaOH + 2H2 \)
NaH ઘન સ્વરૂપમાં વિદ્યુતનું વહન કરતો નથી, પરંતુ પિગાળેલા સ્વરૂપનું વિદ્યુતવિભાજન કરતાં, એનોડ પર H2 વાયુ અને કેથોડ પર Na ધાતુ મળે છે.

In simple words: સોડિયમ હાઇડ્રાઇડ (NaH) એક મજબૂત સંયોજન છે જે પાણી સાથે ખૂબ જ ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે NaH ને ગરમ કરીને પ્રવાહી બનાવવામાં આવે અને તેમાંથી વીજળી પસાર કરવામાં આવે, ત્યારે કેથોડ પર સોડિયમ અને એનોડ પર હાઇડ્રોજન વાયુ છૂટા પડે છે.

Exam Tip: NaH જેવા આયનીય હાઇડ્રાઇડની પ્રતિક્રિયાત્મકતા (ખાસ કરીને પાણી સાથે) અને તેના ગલિત સ્વરૂપના વિદ્યુતવિભાજનના ઉત્પાદનો યાદ રાખો.