NCERT Solutions Class 12 Chemistry Chapter 04 The d and f Block Elements (d एवं f ब्लॉक के तत्व) Intext Questions in Hindi

Question 4.1: निम्नलिखित के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए-
(i) \( \text{Cr}^{3+} \)
(ii) \( \text{Pm}^{3+} \)
(iii) \( \text{Cu}^+ \)
(iv) \( \text{Lu}^{2+} \)
(v) \( \text{Co}^{2+} \)
(vi) \( \text{Ce}^{4+} \)
(vii) \( \text{Mn}^{2+} \)
(viii) \( \text{Th}^{4+} \)

Answer:

विभिन्न आयनों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास निम्नलिखित हैं:
(i) \( \text{Cr}^{3+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^3 \) या \( [\text{Ar}]^{18} 3d^3 \)
(ii) \( \text{Pm}^{3+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 4f^4 \) या \( [\text{Xe}]^{54} 3d^3 \)
(iii) \( \text{Cu}^+ : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} \) या \( [\text{Ar}]^{18} 3d^{10} \)
(iv) \( \text{Ce}^{4+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 \) या \( [\text{Xe}]^{54} \)
(v) \( \text{Co}^{2+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^7 \) या \( [\text{Ar}]^{18} 3d^7 \)
(vi) \( \text{Lu}^{2+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 4f^{14} 5d^1 \) या \( [\text{Xe}]^{54} 2f^{14} 3d^3 \)
(vii) \( \text{Mn}^{2+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 \) या \( [\text{Ar}]^{18} 3d^5 \)
(viii) \( \text{Th}^{4+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^{14} 5s^2 5p^6 5d^{10} 6s^2 \) या \( [\text{Rn}]^{86} \)

मुख्य बिंदु:

• संक्रमण धातु आयनों का विन्यास लिखते समय बाह्यतम \( s \)-कक्षक से पहले इलेक्ट्रॉन निकलते हैं।
• \( \text{Cr}^{3+} \) में तीन \( d \)-इलेक्ट्रॉन शेष रहते हैं।
• \( \text{Mn}^{2+} \) का आधा भरा हुआ \( 3d^5 \) विन्यास अत्यधिक स्थायी होता है।

आम गलतियाँ:

• \( d \)-कक्षक से पहले \( p \)-कक्षक के इलेक्ट्रॉन निकाल देना।
• उत्कृष्ट गैस (Noble Gas) के कोर विन्यास को गलत लिखना।
• लैंथेनाइड और एक्टिनाइड आयनों में \( 4f \) या \( 5f \) कक्षकों के भरने के क्रम में भ्रम होना।

Exam Tips:

a) परमाणु क्रमांक याद रखें ताकि सही उत्कृष्ट गैस कोर का चयन किया जा सके।
b) आयन बनाते समय हमेशा बाह्यतम \( s \)-कोश के इलेक्ट्रॉनों को पहले हटाएं।
c) विन्यास लिखते समय आफबाऊ नियम का ध्यान रखें।

Question 4.2: +3 ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीकृत होने के संदर्भ में \( \text{Mn}^{2+} \) के यौगिक \( \text{Fe}^{2+} \) के यौगिकों की तुलना में अधिक स्थायी क्यों हैं?

Answer:

\( \text{Mn}^{2+} \) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]^{18} 3d^5 \) होता है।
\( \text{Fe}^{2+} \) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]^{18} 3d^6 \) होता है।
हम जानते हैं कि आधे भरे हुए और पूरी तरह से भरे हुए कक्षक अधिक स्थिर होते हैं।
इसलिए, \( (+2) \) अवस्था में \( \text{Mn} \) का \( d^5 \) स्थिर विन्यास है।
यही कारण है कि \( \text{Mn}^{2+} \) से \( \text{Mn}^{3+} \) में ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोध दिखाता है।
साथ ही, \( \text{Fe}^{2+} \) में \( 3d^6 \) विन्यास होता है और एक इलेक्ट्रॉन केकम होने से, इसका विन्यास अधिक स्थिर \( 3d^5 \) विन्यास में बदल जाता है।
इसलिए, \( \text{Fe}^{2+} \) आसानी से \( \text{Fe}^{3+} \) अवस्था में ऑक्सीकृत हो जाता है।

मुख्य बिंदु:

• \( \text{Mn}^{2+} \) का \( d^5 \) (अर्ध-पूरित) विन्यास उच्च स्थायित्व प्रदान करता है।
• \( \text{Fe}^{2+} \) का \( d^6 \) विन्यास एक इलेक्ट्रॉन त्यागकर स्थिर \( d^5 \) बनाना चाहता है।
• \( \text{Mn} \) का उच्च ऑक्सीकरण प्रतिरोध इसके अर्ध-पूरित कक्षक के कारण है।

आम गलतियाँ:

• \( \text{Mn}^{2+} \) और \( \text{Fe}^{2+} \) के सही इलेक्ट्रॉनिक विन्यास न लिख पाना।
• अर्ध-पूरित कक्षकों के अतिरिक्त स्थायित्व को न समझाना।

Exam Tips:

a) उत्तर में दोनों आयनों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास अवश्य लिखें।
b) 'अर्ध-पूरित कक्षकों के स्थायित्व' शब्द का स्पष्ट उल्लेख करें।
c) संक्षिप्त और बिंदुवार कारण दें।

Question 4.3: संक्षेप में स्पष्ट कीजिए कि प्रथम संक्रमण श्रेणी के प्रथम अर्धाभाग में बढ़ते हुए परमाणु क्रमांक के साथ +2 ऑक्सीकरण अवस्था कैसे स्थायी होती जाती है?

Answer:

प्रथम पंक्ति की पहली आधा भाग द्वारा प्रदर्शित संक्रमण धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ नीचे दी गई हैं:
\( \text{Sc} : +2, +3 \)
\( \text{Ti} : +2, +3, +4 \)
\( \text{V} : +2, +3, +4, +5 \)
\( \text{Cr} : +2, +3, +4, +5, +6 \)
\( \text{Mn} : +2, +3, +4, +5, +6, +7 \)
यह आसानी से देखा जा सकता है कि \( \text{Sc} \) को छोड़कर, अन्य सभी धातुएँ \( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती हैं।
साथ ही, \( \text{Sc} \) से \( \text{Mn} \) में जाने पर, परमाणु क्रमांक 21 से 25 तक बढ़ जाता है।
इसका अर्थ है कि \( 3d \)-कक्षक में इलेक्ट्रॉनों की संख्या 1 से 5 तक बढ़ जाती है:
\( \text{Sc}(+2) = d^1 \)
\( \text{Ti}(+2) = d^2 \)
\( \text{V}(+2) = d^3 \)
\( \text{Cr}(+2) = d^4 \)
\( \text{Mn}(+2) = d^5 \)
इन धातु द्वारा दो \( 4s \) इलेक्ट्रॉनों की हानि से \( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त होती है।
चूँकि \( (+2) \) अवस्था में \( d \) इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी \( \text{Ti}(+2) \) से बढ़कर \( \text{Mn}(+2) \) हो जाती है, \( +2 \) अवस्था की स्थिरता बढ़ जाती है।
जैसे-जैसे \( d \)-कक्षक अधिक से अधिक आधा-भरा होता जा रहा है, \( \text{Mn}(+2) \) में \( d^5 \) इलेक्ट्रॉन होते हैं (जो कि आधा भरा हुआ \( d \) कक्षक होता है, जो अत्यधिक स्थिर होता है)।

मुख्य बिंदु:

• \( \text{Sc} \) से \( \text{Mn} \) तक जाने पर \( 3d \) कक्षकों में इलेक्ट्रॉन 1 से 5 तक बढ़ते हैं।
• \( 4s \) इलेक्ट्रॉनों के निकलने से सभी \( +2 \) अवस्था दर्शाते हैं।
• \( \text{Mn}^{2+} \) का अर्ध-पूरित \( d^5 \) विन्यास इसे सबसे अधिक स्थायी बनाता है।

आम गलतियाँ:

• \( +2 \) अवस्था के लिए उत्तरदायी कक्षकों (4s) का उल्लेख न करना।
• \( \text{Sc} \) द्वारा \( +2 \) न दिखाने के कारण को नजरअंदाज करना।

Exam Tips:

a) विभिन्न तत्वों के \( +2 \) विन्यासों को लिखकर स्पष्ट करें।
b) अर्ध-पूरित विन्यास के स्थायित्व पर विशेष बल दें।

Question 4.4: प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्वों के इलेक्ट्रॉनों विन्यास किस सीमा तक ऑक्सीकरण अवस्थाओं को निर्धारित करते हैं? उत्तरको उदाहरण देते हुए स्पष्ट कीजिए।

Answer:

संक्रमण श्रृंखला के पहले भाग के तत्व कई ऑक्सीकरण अवस्थाओं को प्रदर्शित करते हैं जिसमें \( \text{Mn} \) अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (\( +2 \) से \( +7 \)) प्रदर्शित करता है।
\( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्था का स्थायित्व परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
ऐसा तब होता है जब \( d \)-कक्षक में अधिक इलेक्ट्रॉन भर जाते हैं।
हालाँकि, \( \text{Sc} \) +2 ऑक्सीकरण अवस्था नहीं दिखाता है।
इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( 4s^2 3d^1 \) है। यह तीनों इलेक्ट्रॉनों को खोकर \( \text{Sc}^{3+} \) बनाता है।
\( \text{Sc} \) की \( +3 \) ऑक्सीकरण अवस्था बहुत स्थिर होती है क्योंकि तीनों इलेक्ट्रॉनों को खोने से, यह स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास \( [\text{Ar}] \) प्राप्त करता है।
\( \text{Ti}(+4) \) और \( \text{V}(+5) \) भी इसी कारण से बहुत स्थिर हैं।
\( \text{Mn} \) के लिए, \( +2 \) ऑक्सीकरण बहुत स्थिर होती है क्योंकि दो इलेक्ट्रॉनों को खोने के बाद, इसका \( d \)-कक्षक आधा भरा होता है, अर्थात \( [\text{Ar}]3d^5 \) होता है।

मुख्य बिंदु:

• संक्रमण तत्वों के विन्यास से परिवर्तनीय संयोजकता प्रदर्शित होती है।
• उत्कृष्ट गैस विन्यास प्राप्त करना उच्च ऑक्सीकरण अवस्था का मुख्य आधार है।
• \( 4s \) और \( 3d \) दोनों कक्षकों की ऊर्जा में कम अंतर के कारण दोनों के इलेक्ट्रॉन बंध में भाग लेते हैं।

आम गलतियाँ:

• केवल \( d \) कक्षकों को जिम्मेदार मानना और \( s \) कक्षकों की भूमिका भूल जाना।
• उत्कृष्ट गैस विन्यास के महत्व को स्पष्ट न करना।

Exam Tips:

a) उदाहरण के लिए \( \text{Sc} \), \( \text{Ti} \) और \( \text{Mn} \) का संदर्भ अवश्य दें।
b) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और स्थायित्व के संबंध को स्पष्ट रूप से समझाएँ।

Question 4.5: संक्रमण तत्वों की मूल अवस्था में नीचे दिए गए इलेक्ट्रॉनिक विन्यासों में कौन-सी ऑक्सीकरण अवस्था स्थायी होगी? \( 3d^3, 3d^5, 3d^8 \) तथा \( 3d^4 \)

Answer:

दिए गए विन्यासों के आधार पर स्थायी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ निम्नलिखित हैं:
(i) \( 3d^3 \) (वैनेडियम) : \( +2, +3, +4 \) और \( +5 \)
(ii) \( 3d^5 \) (क्रोमियम) : \( +3, +4, +6 \)
(iii) \( 3d^5 \) (मैंगनीज) : \( +2, +4, +6, +7 \)
(iv) \( 3d^8 \) (कोबाइल्ट) : \( +2, +3 \)
(v) \( 3d^4 \) : मूल अवस्था में कोई \( 3d^4 \) विन्यासनहीं है (क्योंकि यह अस्थायी होता है)।

मुख्य बिंदु:

• \( d^3 \) विन्यास वाले तत्व आमतौर पर उच्च ऑक्सीकरण अवस्था \( +5 \) तक दर्शाते हैं।
• \( d^5 \) विन्यास (जैसे \( \text{Mn} \) और \( \text{Cr} \)) बहुविध उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं।
• \( 3d^4 \) विन्यास सामान्यतः स्थायी मूल अवस्था के रूप में नहीं पाया जाता।

आम गलतियाँ:

• \( 3d^4 \) विन्यास को किसी स्थायी मूल अवस्था के रूप में मान लेना।
• विभिन्न तत्वों के लिए संगत ऑक्सीकरण अंक गलत लिखना।

Exam Tips:

a) सारणीबद्ध रूप में उत्तर दें ताकि स्पष्टता बनी रहे।
b) प्रत्येक विन्यास के साथ संबंधित धातु का नाम कोष्ठक में लिखें।

Question 4.6: प्रथम संक्रमण श्रेणी के ऑक्सो-धातुऋणायनों का नाम लिखिए जिसमें धातु संक्रमण श्रेणी की वर्ग संख्या के बराबर ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती है।

Answer:

• वैनेडेट, \( \text{VO}_3^- \)
\( \text{V} \) की ऑक्सीकरण अवस्था \( +5 \) है।
• क्रोमेट, \( \text{CrO}_4^{2-} \)
\( \text{Cr} \) की ऑक्सीकरण अवस्था \( +6 \) है।
• परमैंगनेट, \( \text{MnO}_4^- \)
\( \text{Mn} \) की ऑक्सीकरण अवस्था \( +7 \) है।

मुख्य बिंदु:

• ये सभी ऑक्सो-ऋणायन उच्च ऑक्सीकरण अवस्था में बनते हैं।
• इनमे धातु की ऑक्सीकरण संख्या उसकी समूह संख्या के बराबर होती है।
• \( \text{V}, \text{Cr}, \text{Mn} \) क्रमशः समूह 5, 6 और 7 से संबंधित हैं।

आम गलतियाँ:

• ऋणायनों के सही सूत्र और आवेश न लिखना।
• ऑक्सीकरण संख्या की गणना में गलती करना।

Exam Tips:

a) यौगिक का नाम, उसका सूत्र और ऑक्सीकरण अंक स्पष्ट रूप से दर्शाएँ।
b) वर्ग संख्या और ऑक्सीकरण अवस्था के संबंध को रेखांकित करें।

Question 4.7: लैंथेनाइड आकुंचन क्या है? लैंथेनाइड आकुंचन के परिणाम क्या हैं?

Answer:

जैसे-जैसे हम लैंथेनाइड श्रेणी में आगे बढ़ते हैं, परमाणु क्रमांक लगातार एक से बढ़ता है, इसका अर्थ है कि एक परमाणु में मौजूद इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या भी बढ़ती रहती है।
जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनों को एक ही कक्ष में जोड़ा जाता है, प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ता है।
ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रोटॉन के बढ़ने के कारण परमाणु आकर्षण में वृद्धि, इलेक्ट्रॉन के बढ़ने के कारण अंतर-इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षक में वृद्धि की तुलना में रूप से अधिक होता है।
साथ ही, परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ, \( 4f \) कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या में भी वृद्धि होती है।
\( 4f \) इलेक्ट्रॉनों का आवरण प्रभाव कम होता है।
इसलिए, बाहरी इलेक्ट्रॉनों के लिए नाभिक का आकर्षण बढ़ जाता है।
इसके परिणामस्वरूप परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ लैंथेनाइड के आकार में लगातार कमी आती है।
इसे लैंथेनाइड आकुंचन कहते हैं।
लैंथेनाइड आकुंचन के परिणाम:
• दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला के गुणों में समानता।
• लैंथेनाइड्स का पृथक्करण लैंथेनाइड हाइड्रॉक्साइड्स के कारण संभव है।
• लैंथेनाइड संकुचन के कारण ही लैंथेनाइड हाइड्रॉक्साइड्स की मूल शक्ति में भिन्नता होती है (मूल शक्ति \( \text{La(OH)}_3 \) से \( \text{Lu(OH)}_3 \) तक घट जाती है)।

मुख्य बिंदु:

• \( 4f \) कक्षकों के दुर्बल परिरक्षण (Shielding effect) के कारण यह आकुंचन होता है।
• इसके कारण द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणी के तत्वों के आकार लगभग समान हो जाते हैं (जैसे \( \text{Zr} \) और \( \text{Hf} \)).
• क्षारीय सामर्थ्य में बाएं से दाएं (Atomic number बढ़ने पर) कमी आती है।

आम गलतियाँ:

• परिरक्षण प्रभाव (Shielding effect) को सही ढंग से न समझाना।
• लैंथेनाइड संकुचन के मुख्य परिणामों का उल्लेख न करना।

Exam Tips:

a) परिभाषा लिखते समय 'दुर्बल परिरक्षण' और 'बढ़ते नाभिकीय आवेश' शब्दों का प्रयोग करें।
b) परिणामों को उप-शीर्षक के अंतर्गत स्पष्ट रूप से सूचीबद्ध करें।

Question 4.8: संक्रमण धातुओं के अभिलक्षण क्या हैं? ये संक्रमण धातु क्यों कहलाती हैं? \( d \)-ब्लॉक के तत्वों में कौन से तत्व संक्रमण श्रेणी के नहीं कहे जा सकते?

Answer:

संक्रमण धातुएँ वे तत्व हैं जिनमें परमाणु या आयन (स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था में) आंशिक रूप से भरे हुए \( d \)-कक्षक होते हैं।
ये तत्व \( d \)-ब्लॉक में स्थित हैं और \( s \)-ब्लॉक और \( p \)-ब्लॉक के बीच गुणों का संक्रमण दिखाते हैं। अतः ये संक्रमण तत्व कहलाते हैं।
\( \text{Zn}, \text{Cd}, \) और \( \text{Hg} \) जैसे तत्वों को संक्रमण तत्वों के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता क्योंकि इनके \( d \)-कक्षक पूरी तरह से भरे होते हैं।

मुख्य बिंदु:

• संक्रमण तत्वों में \( d \)-कक्षक आंशिक रूप से भरे होते हैं (मूल अवस्था या आयन में)।
• \( \text{Zn}, \text{Cd}, \text{Hg} \) का सामान्य विन्यास \( (n-1)d^{10}ns^2 \) होता है, अतः इन्हें नॉन-ट्रांजिशन माना जाता है।
• ये आवर्त सारणी में \( s \) और \( p \) ब्लॉक के मध्य सेतु का कार्य करते हैं।

आम गलतियाँ:

• \( \text{Zn}, \text{Cd}, \text{Hg} \) को संक्रमण तत्व मान लेना।
• 'आंशिक रूप से भरे \( d \)-कक्षक' की शर्त को भूल जाना।

Exam Tips:

a) संक्रमण तत्वों की सटीक परिभाषा दें जिसमें आयन और परमाणु दोनों की स्थिति स्पष्ट हो।
b) \( \text{Zn}, \text{Cd}, \text{Hg} \) के अपवाद को कारण सहित अवश्य बताएं।

Question 4.9: संक्रमण धातुओं के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास किस प्रकार असंक्रमण तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास से भिन्न हैं?

Answer:

संक्रमण धातुओं में आंशिक रूप से भरा हुआ \( d \)-कक्षक होता है।
अतः संक्रमण तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( (n-1)d^{1-10}ns^{0-2} \) है।
गैर-संक्रमण तत्वों में या तो \( d \)-कक्षक नहीं होता है या पूरी तरह से भरा हुआ होता है।
इसलिए, गैर-संक्रमण तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( ns^{1-2}\text{ins}^2np^{1-6} \) है।

मुख्य बिंदु:

• संक्रमण तत्वों में अंतिम इलेक्ट्रॉन (n-1)d कक्षक में प्रवेश करता है जो कि अपूर्ण होता है।
• असंक्रमण तत्वों (যেমন s और p ब्लॉक) में अंतिम इलेक्ट्रॉन बाह्यतम s या p कक्षक में जाता है या d कक्षक पूर्णतः भरा होता है।
• सामान्य सामान्य विन्यास में अंतर मुख्य आधार है।

आम गलतियाँ:

• कक्षकों के भरने के क्रम (n-1)d और ns को गलत लिखना।
• दोनों के बीच मुख्य अंतर को स्पष्ट रूप से न दर्शाना।

Exam Tips:

a) दोनों प्रकार के तत्वों के सामान्य विन्यास \( (n-1)d^{1-10}ns^{0-2} \) और \( ns^1-^2 / np^1-^6 \) लिखकर तुलना करें।
b) संक्षिप्त और सटीक उत्तर लिखें।

Question 4.10: लैंथेनाइडों द्वारा कौन-कौन सी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित की जाती हैं?

Answer:

लैंथेनाइड श्रेणी में, \( +3 \) ऑक्सीकरण अवस्था सबसे प्रमुख है, अर्थात \( \text{Ln(III)} \) यौगिक प्रमुख हैं। हालाँकि, \( +2 \) और \( +4 \) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ घोल या ठोस यौगिकों में भी पाई जा सकती हैं।

मुख्य बिंदु:

• \( +3 \) लैंथेनाइड्स की सबसे स्थायी और सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था है।
• कुछ तत्व विशेष विन्यास प्राप्त करने के लिए \( +2 \) या \( +4 \) दर्शाते हैं (जैसे \( \text{Ce}^{4+} \) या \( \text{Eu}^{2+} \)).
• यह स्थिरता उत्कृष्ट गैस या अर्ध-पूरित/पूर्ण-पूरित \( f \)-कक्षक विन्यास के कारण होती है।

आम गलतियाँ:

• केवल \( +3 \) का उल्लेख करना और \( +2, +4 \) को भूल जाना।
• विशिष्ट तत्वों के उदाहरण न देना।

Exam Tips:

a) मुख्य अवस्था \( +3 \) को सबसे पहले बताएं।
b) अन्य अवस्थाओं \( +2 \) व \( +4 \) के अस्तित्व को भी स्पष्ट करें।

Question 4.11: कारण देते हुए स्पष्ट कीजिए-
(i) संक्रमण धातुएँ तथा उनके अधिकांश यौगिक अनु चुंबकीय हैं।
(ii) संक्रमण धातुओं की क्वंथ एंथैल्पी के मान उच्च होते हैं।
(iii) संक्रमण धातुएँ सामान्यतः रंगीन यौगिक बनाती हैं।
(iv) संक्रमण धातुएँ तथा इनके अनेक यौगिक उत्तम उत्प्रेरक का कार्य करते हैं।

Answer:

(i) संक्रमण धातुएँ अनुचुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित करती हैं। अनुचुंबकत्व अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण उत्पन्न होता है, जिसमें प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के पास एक चुंबकीय आघूर्ण होता है जो उसके स्पिन कोणीय और कक्षीय कोणीय गति से जुड़ा होता है। हालाँकि, पहली संक्रमण श्रृंखला में, कक्षीय कोणीय गति खत्म हो जाती है। इसलिए, परिणामी अनुचुंबकत्व केवल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के कारण होता है।
(ii) संक्रमण तत्वों में उच्च प्रभावी आवेश और बड़ी संख्या में वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसलिए, वे बहुत मजबूत धात्विक बंध बनाते हैं। परिणामस्वरूप, संक्रमण धातुओं की क्वंथ एंथैल्पी अधिक होती है।
(iii) संक्रमण धातुओं के अधिकांश यौगिक रंगीन होते हैं। यह दृश्य प्रकाश क्षेत्र से विकिरण के अवशोषण के कारण एक \( d \)-कक्षक से दूसरे में इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के कारण होता है। लिगंडों की उपस्थिति में, \( d \)-कक्षक अलग-अलग ऊर्जा वाले कक्षकों के दो सेटों में विभाजित हो जाता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण एक सेट से दूसरे सेट में हो सकता है। इन संक्रमणों के लिए आवश्यक ऊर्जा काफी कम है और विकिरण के दृश्य क्षेत्र में आती है। संक्रमण धातुओं के आयन एक विशेष तरंग दैर्ध्य के विकिरण को अवशोषित करते हैं और शेष परावर्तित होकर विलयन को रंग प्रदान करते हैं।
(iv) संक्रमण तत्वों की उत्प्रेरक गतिविधि को दो मुख्य द्वारा समझाया जा सकता है:
• परिवर्तनशील ऑक्सीकरण अवस्था दिखाने और संकुल बनाने की उनकी क्षमता के कारण, संक्रमण धातुएँ अस्थिर मध्यवर्ती यौगिक बनाती हैं। इस प्रकार, वे अभिक्रिया के लिए कम सक्रिय ऊर्जा, \( E_a \) के साथ एक नया माध्यम प्रदान करते हैं।
• संक्रमण धातुएँ भी होने वाली अभिक्रियाओं के लिए एक उपयुक्त सतह प्रदान करती हैं।

मुख्य बिंदु:

• अनुचुंबकत्व: अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति (\( \mu = \sqrt{n(n+2)} \))।
• क्वंथ एंथैल्पी: प्रबल धात्विक बंधन और अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश।
• रंगीन यौगिक: \( d-d \) संक्रमण (Crystal Field Splitting).
• उत्प्रेरक गुण: परिवर्तनीय संयोजकता और अधिशोषक सतह की उपलब्धता।

आम गलतियाँ:

• \( d-d \) संक्रमण को ठीक से न समझा पाना।
• उत्प्रेरक सक्रियता के दोनों कारणों (मध्यवर्ती संकुल और सतह क्षेत्र) में से एक को छोड़ देना।

Exam Tips:

a) प्रत्येक भाग का उत्तर बिंदुवार या उप-शीर्षक के अंतर्गत दें।
b) वैज्ञानिक शब्दावली जैसे 'अयुग्मित इलेक्ट्रॉन', '\( d-d \) संक्रमण' और 'मध्यवर्ती संकुल' का प्रयोग अवश्य करें।

Question 4.12: अंतराकाशी यौगिक क्या हैं? इस प्रकार के यौगिक संक्रमण धातुओं के लिए भली प्रकार से ज्ञात क्यों हैं?

Answer:

संक्रमण धातुएँ आकार में बड़ी होती हैं और इनमें बहुत सारे अंतरालीय स्थल होते हैं। संक्रमण तत्व अन्य तत्वों (जिनके परमाणु आकार छोटे होते हैं) के परमाणुओं का समावेश कर सकते हैं, जैसे कि \( \text{H}, \text{C}, \text{N} \), उनके क्रिस्टल जाली के अंतरालीय स्थलों में। परिणामी यौगिकों को अंतरालीय यौगिक कहा जाता है।

मुख्य बिंदु:

• जाली के रिक्त स्थानों (Interstices) में छोटे परमाणु (H, C, N) फंस जाते हैं।
• यह संक्रमण धातुओं की क्रिस्टल संरचना की विशेषता है।
• ये यौगिक कठोर, उच्च गलनांक वाले और धात्विक चालकता बनाए रखते हैं।

आम गलतियाँ:

• अंतरालीय स्थलों की परिभाषा गलत देना।
• छोटे परमाणुओं \( (\text{H}, \text{C}, \text{N}) \) का उल्लेख न करना।

Exam Tips:

a) परिभाषा में 'क्रिस्टल जाली के अंतरालीय स्थल' का स्पष्ट उल्लेख करें।
b) इनके भौतिक गुणों (जैसे कठोरता और उच्च गलनांक) को संक्षेप में बताएं।

Question 4.13: संक्रमण धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तनशीलता असंक्रमण धातुओं में ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तनशीलता से किस प्रकार भिन्न है? उदाहरण देकर स्पष्ट कीजिए।

Answer:

संक्रमण धातुओं में, ऑक्सीकरण अवस्था अपनी सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को हराकर \( +1 \) से उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था में बदलाव हो सकता है। साथ ही, संक्रमण तत्वों में, ऑक्सीकरण अवस्थाओं में \( 1 \) (\( \text{Fe}^{2+} \) और \( \text{Fe}^{3+} \); \( \text{Cu}^+ \) और \( \text{Cu}^{2+} \)) का अंतर होता है। गैर-संक्रमण तत्वों में, ऑक्सीकरण अवस्थाओं में \( 2 \) का अंतर होता है, उदाहरण के लिए, \( +2 \) और \( +4 \); \( +3 \) और \( +5 \), आदि।

मुख्य बिंदु:

• संक्रमण तत्वों में क्रमिक ऑक्सीकरण अवस्थाओं में 1 का अंतर होता है (\( \text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+} \))।
• p-ब्लॉक (असंक्रमण) तत्वों में ऑक्सीकरण अवस्थाओं में आमतौर पर 2 इकाइयों का अंतर होता है (अक्रिय युग्म प्रभाव के कारण)।
• संक्रमण तत्वों में \( ns \) और \( (n-1)d \) इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा में कम अंतर होता है।

आम गलतियाँ:

• संक्रमण और असंक्रमण तत्वों के अंतर के नियमों (1 का अंतर बनाम 2 का अंतर) को आपस में मिला देना।
• उपयुक्त उदाहरण न देना।

Exam Tips:

a) उदाहरण के रूप में \( \text{Fe} \) या \( \text{Cu} \) (अंतर 1) और p-ब्लॉक तत्व (अंतर 2) की तुलना करें।
b) अक्रिय युग्म प्रभाव (Inert pair effect) का संक्षिप्त संदर्भ दें।

Question 4.14: आयरन क्रोमाइट अयस्क से पोटैशियम डाइक्रोमेट बनाने की विधि का वर्णन कीजिए। पोटैशियम डाइक्रोमेट विलयन पर pH बढ़ाने से क्या प्रभाव पड़ेगा?

Answer:

पोटैशियम डाइक्रोमेट को क्रोमाइट अयस्क \( (\text{FeCr}_2\text{O}_4) \) से निम्न चरणों में तैयार किया जाता है:
चरण (I): सोडियम क्रोमेट तैयार करना
\( 4\text{FeCr}_2\text{O}_4 + 16\text{NaOH} + 7\text{O}_2 \rightarrow 8\text{Na}_2\text{CrO}_4 + 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{H}_2\text{O} \)
चरण (II): सोडियम क्रोमेट का सोडियम डाइक्रोमेट में परिवर्तन
\( 2\text{Na}_2\text{CrO}_4 + \text{Conc. H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} \)
चरण (III): सोडियम डाइक्रोमेट का पोटैशियम डाइक्रोमेट में परिवर्तन
\( \text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 2\text{KCl} \rightarrow \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 2\text{NaCl} \)
सोडियम क्लोराइड की तुलना में कम घुलनशील होने के कारण पोटैशियम क्लोराइड नारंगी रंग के क्रिस्टल के रूप में प्राप्त होता है और इसे निस्पंदन द्वारा हटाया जा सकता है।
डाइक्रोमेट आयन \( (\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}) \) क्रोमेट आयन \( (\text{CrO}_4^{2-}) \) के साथ pH पर साम्यवस्था में मौजूद होता है जबकि pH को बदलकर, वे आपस में बदल सकते हैं।
\( 2\text{CrO}_4^{2-} \xrightarrow{\text{अम्ल/क्षार}} 2\text{HCrO}_4^- \xrightarrow{\text{अम्ल/क्षार}} \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \)

मुख्य बिंदु:

• क्रोमाइट अयस्क के ऑक्सीकरण से सोडियम क्रोमेट बनता है।
• अम्लीकरण द्वारा क्रोमेट (पीला) डाइक्रोमेट (नारंगी) में बदल जाता है।
• pH बढ़ाने पर (क्षारीय माध्यम) डाइक्रोमेट क्रोमेट में परिवर्तित हो जाता है।

आम गलतियाँ:

• रासायनिक समीकरणों को संतुलित न करना।
• pH परिवर्तन के प्रभाव (पीला से नारंगी और इसके विपरीत) को उल्टा लिखना।

Exam Tips:

a) तीनों चरणों की रासायनिक समीकरणों को साफ-सुथरा लिखें।
b) pH परिवर्तन के प्रभाव को संतुलन समीकरण के साथ समझाएँ।

Question 4.15: पोटैशियम डाइक्रोमेट की ऑक्सीकरण क्रिया का उल्लेख कीजिए तथा निम्नलिखित के साथ आयनिक समीकरण लिखिए-
(i) आयोडाइड आयन (ii) आयरन (iii) विलयन (iv) \( \text{H}_2\text{S} \)

Answer:

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 अम्लीय माध्यम में एक बहुत प्रबल ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है।
\( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 4\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{Cr(SO}_4)_3 + 4\text{H}_2\text{O} + 3[\text{O}] \)
\( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) अपचयित होने के लिए इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है और ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।
\( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) की अन्य आयोडीक्साइड, आयरन (II) घोल और \( \text{H}_2\text{S} \) के साथ अभिक्रिया नीचे दी गई है:
(i) \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \), आयोडाइड को आयोडीन में ऑक्सीकृत करता है:
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} \)
\( [2\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{e}^-] \times 3 \)
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{I}^- + 14\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 3\text{I}_2 + 7\text{H}_2\text{O} \)
(ii) \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \), आयरन II घोल को आयरन III घोल अर्थात फेरस आयनों को फेरिक आयनों में ऑक्सीकृत करता है:
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} \)
\( [\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^-] \times 6 \)
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{Fe}^{2+} \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Fe}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} \)
(iv) \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7, \text{H}_2\text{S} \) को सल्फर में ऑक्सीकृत कर देता है:
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} \)
\( [\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S} + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^-] \times 3 \)
\( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 3\text{H}_2\text{S} + 8\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 3\text{S} + 7\text{H}_2\text{O} \)

मुख्य बिंदु:

• अम्लीय माध्यम में डाइक्रोमेट \( \text{Cr}^{3+} \) में अपचयित होता है।
• यह \( \text{I}^- \) को \( \text{I}_2 \) में, \( \text{Fe}^{2+} \) को \( \text{Fe}^{3+} \) में और \( \text{H}_2\text{S} \) को \( \text{S} \) में ऑक्सीकृत करता है।
• आयनिक समीकरणों को इलेक्ट्रॉन विधि द्वारा संतुलित किया जाता है।

आम गलतियाँ:

• ऑक्सीकरण अर्ध-अभिक्रिया और अपचयन अर्ध-अभिक्रिया को जोड़ते समय इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान न करना।
• माध्यम के \( \text{H}^ \) और \( \text{H}_2\text{O} \) अणुओं की stoichiometry भूल जाना।

Exam Tips:

a) प्रत्येक उप-भाग के लिए आयनिक समीकरण को चरणबद्ध तरीके से (अर्ध-अभिक्रिया लिखकर) हल करें।
b) रंग परिवर्तन (नारंगी से हरा) का उल्लेख करना न भूलें।

Question 4.16: पोटैशियम परमैंगनेट को बनाने की विधि का वर्णन कीजिए। अम्लीय पोटैशियम परमैंगनेट किस प्रकार - (i) आयरन (II) आयन, (ii) \( \text{SO}_2 \), तथा (iii) ऑक्सैलिक अम्ल से अभिक्रिया करता है? अभिक्रियाओं के लिए आयनिकसमीकरण लिखिए।

Answer:

पोटैशियम परमैंगनेट को पाइरोलुसाइट \( (\text{MnO}_2) \) से तैयार किया जा सकता है। अयस्क को \( \text{KOH} \) के साथ वायुमंडलीय ऑक्सीजन या ऑक्सीकरण एजेंट, जैसे \( \text{KNO}_3 \) या \( \text{KClO}_3 \) की उपस्थिति में \( \text{K}_2\text{MnO}_4 \) के लिए दहन किया जाता है:
\( 2\text{MnO}_2 + 4\text{KOH} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{heat}} 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \)
हर रंग के द्रव्य को पानी से निकालकर electrolytic रूप से या क्लोरीन/ओजोन को घोल में डालकर ऑक्सीकृत किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण निम्नलिखित है:
\( \text{K}_2\text{MnO}_4 \rightleftharpoons 2\text{K}^+ + \text{MnO}_4^{2-} \)
\( \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OH}^- \)
एनोड पर, मैंगनेट आयनों को परमैंगनेट आयनों में ऑक्सीकृत किया जाता है:
\( \text{MnO}_4^{2-} \rightarrow \text{MnO}_4^- + \text{e}^- \)
क्लोरीन द्वारा ऑक्सीकरण:
\( 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{KMnO}_4 + 2\text{KCl} \)
\( 2\text{MnO}_4^{2-} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{MnO}_4^- + 2\text{Cl}^- \)
ओजोन द्वारा ऑक्सीकरण:
\( 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KMnO}_4 + 2\text{KOH} + \text{O}_2 \)
\( 2\text{MnO}_4^{2-} + \text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MnO}_4^- + 2\text{OH}^- + \text{O}_2 \)
(i) अम्लीय \( \text{KMnO}_4 \) विलयन \( \text{Fe(II)} \) आयनों को \( \text{Fe(III)} \) आयनों अर्थात फेरस आयनों को फेरिक आयनों में ऑक्सीकृत कर देता है:
\( [\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5\text{e}^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}] \times 2 \)
\( [\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^-] \times 10 \)
\( 2\text{MnO}_4^- + 10\text{Fe}^{2+} + 16\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 10\text{Fe}^{3+} + 8\text{H}_2\text{O} \)
(ii) अम्लीय पोटैशियम परमैंगनेट \( \text{SO}_2 \) को सल्फ्यूरिक एसिड में ऑक्सीकृत करता है:
\( 2\text{MnO}_4^- + 5\text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 5\text{SO}_4^{2-} + 4\text{H}^+ \)
(iii) अम्लीयपोटैशियमपरमैंगनेटऑक्सैलिकएसिडकोकार्बनडाईऑक्साइडमेंऑक्सीकृतकरताहै:
\( 2\text{MnO}_4^- + 5\text{C}_2\text{O}_4^{2-} + 16\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 10\text{CO}_2 + 8\text{H}_2\text{O} \)

मुख्य बिंदु:

• पाइरोलुसाइट अयस्क के क्षारीय ऑक्सीकरण से पोटैशियम मैंगनेट बनता है।
• मैंगनेट का विद्युत् अपघटनीय या ऑक्सीकरण द्वारा परमैंगनेट में परिवर्तन किया जाता है।
• अम्लीय माध्यम में \( \text{MnO}_4^- \) रंगहीन \( \text{Mn}^{2+} \) में अपचयित हो जाता है।

आम गलतियाँ:

• फ्यूजन चरण में \( \text{KNO}_3 \) या \( \text{O}_2 \) की भूमिका को भूल जाना।
• आयनिक समीकरणों को संतुलित करते समय इलेक्ट्रॉनों के संतुलन में गलती करना।

Exam Tips:

• निर्माण के चरणों को क्रमानुसार (फ्यूजन और ऑक्सीकरण) लिखें।
• तीनों अभिकारकों के साथ संतुलित आयनिक समीकरणों का अभ्यास करें।

Question 4.17: \( M^{2+}/M \) तथा \( M^{3+}/M^{2+} \) निकाय के संदर्भ में कुछ धातुओं के \( E^\circ \) के मान नीचे दिए गए हैं:
\( \text{Cr}^{2+}/\text{Cr} = -0.9\text{V} \quad \text{Cr}^{3+}/\text{Cr}^{2+} = -0.4\text{V} \)
\( \text{Mn}^{2+}/\text{Mn} = -1.2\text{V} \quad \text{Mn}^{3+}/\text{Mn}^{2+} = +1.5\text{V} \)
\( \text{Fe}^{2+}/\text{Fe} = -0.4\text{V} \quad \text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+} = +0.8\text{V} \)
उपरोक्त आँकड़ों के आधार पर निम्नलिखित पर टिप्पणी कीजिए-
(i) अम्लीय माध्यम में \( \text{Cr}^{3+} \) या \( \text{Mn}^{3+} \) की तुलना में \( \text{Fe}^{3+} \) का स्थायित्व।
(ii) समान प्रक्रिया के लिए क्रोमियम अथवा मैंगनीज धातुओं की तुलना में आयरन के आक्सीकरण की सुगमता।

Answer:

(i) \( \text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+} \) के लिए \( E^\circ \) मान \( \text{Cr}^{3+}/\text{Cr}^{2+} \) से अधिक है और \( \text{Mn}^{3+}/\text{Mn}^{2+} \) (से कम है)। इसलिए, \( \text{Fe}^{3+} \) से \( \text{Fe}^{2+} \) का अपचयन \( \text{Mn}^{3+} \) से \( \text{Mn}^{2+} \) के अपचयन से आसान है, लेकिन इतना आसान नहीं है जितना \( \text{Cr}^{3+} \) से \( \text{Cr}^{2+} \)! इसलिए, \( \text{Fe}^{3+}, \text{Mn}^{3+} \) की तुलना में अधिक स्थिर है, लेकिन \( \text{Cr}^{3+} \) से कम स्थिर है। इन धातु आयनों की उनकी स्थिरता के बढ़ते क्रम में इस प्रकार व्यवस्थित किया जा सकता है: \( \text{Mn}^{3+} < \text{Fe}^{3+} < \text{Cr}^{3+} \)
(ii) दिए गए युग्मों के लिए अपचयन विभव निम्नलिखित क्रम में बढ़ते हैं:
\( \text{Mn}^{2+}/\text{Mn} < \text{Cr}^{2+}/\text{Cr} < \text{Fe}^{2+}/\text{Fe} \)
तो, \( \text{Fe} \) से \( \text{Fe}^{2+} \) का ऑक्सीकरण आसान नहीं है जैसा कि \( \text{Cr} \) से \( \text{Cr}^{2+} \) का ऑक्सीकरण और \( \text{Mn} \) से \( \text{Mn}^{2+} \) का ऑक्सीकरण होता है। इस प्रकार, इन धातुओं को ऑक्सीकृत होने की उनकी क्षमता के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित किया जा सकता है: \( \text{Fe} < \text{Cr} < \text{Mn} \)

मुख्य बिंदु:

• उच्च धनात्मक \( E^\circ \) मान का अर्थ है कि अपचयन बहुत आसानी से होता है (अतः आयन कम स्थिर है)।
• \( \text{Mn}^{3+} \) का \( E^\circ \) मान बहुत अधिक धनात्मक (+1.5V) है, जिससे यह आसानी से \( \text{Mn}^{2+} \) में अपचयित हो जाता है, अत: \( \text{Mn}^{3+} \) कम स्थिर है।
• \( \text{Cr}^{3+} \) का विन्यास \( d^3 \) (अर्ध-पूरित \( t_{2g} \)) होने के कारण अत्यधिक स्थिर होता है।

आम गलतियाँ:

• \( E^\circ \) के मानों से ऑक्सीकरण और अपचयन की प्रवृत्ति का गलत अर्थ निकालना।
• स्थायित्व का क्रम उल्टा लिख देना।

Exam Tips:

a) \( E^\circ \) मानों का विश्लेषण करते समय याद रखें कि उच्च अपचयन विभव वाला प्रजाति प्रबल ऑक्सीकारक होती है।
b) स्थायित्व और \( E^\circ \) मान के संबंध को स्पष्ट रूप से समझाएँ।

Question 4.18: निम्नलिखित में कौन से आयन जलीय विलयन में रंगीन होंगे?
\text{Ti}^{3+}, \text{V}^{3+}, \text{Cu}^+, \text{Sc}^{3+}, \text{Mn}^{2+}, \text{Fe}^{3+}, \text{Co}^{2+}, प्रत्येक के लिए कारण बताइए।

Answer:

जिन आयनों में \( d \)-कक्षक रिक्त होंगे वे रंगहीन होंगे।
• \( \text{Ti}^{3+} \) : परमाणु क्रमांक 22, आयनिक अवस्था \( \text{Ti}^{3+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^1 \) (रंगीन)
• \( \text{V}^{3+} \) : परमाणु क्रमांक 23, आयनिक अवस्था \( \text{V}^{3+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^2 \) (रंगीन)
• \( \text{Cu}^+ \) : परमाणु क्रमांक 29, आयनिक अवस्था \( \text{Cu}^+ \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^{10} \) (रंगहीन)
• \( \text{Sc}^{3+} \) : परमाणु क्रमांक 21, आयनिक अवस्था \( \text{Sc}^{3+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}] \) (रंगहीन)
• \( \text{Mn}^{2+} \) : परमाणु क्रमांक 25, आयनिक अवस्था \( \text{Mn}^{2+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^5 \) (रंगीन)
• \( \text{Fe}^{3+} \) : परमाणु क्रमांक 26, आयनिक अवस्था \( \text{Fe}^{3+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^5 \) (रंगीन)
• \( \text{Co}^{2+} \) : परमाणु क्रमांक 27, आयनिक अवस्था \( \text{Co}^{2+} \), आयनिक अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}]3d^7 \) (रंगीन)
उपरोक्त तालिका से, यह स्पष्ट है कि केवल \( \text{Sc}^{3+} \) में एक खाली \( d \)-कक्षक है। \( \text{Sc}^{3+} \) को छोड़कर अन्य सभी आयन, \( d \)-संक्रमण के कारण जलीय विलयन में रंगीन होंगे।

मुख्य बिंदु:

• रंग के लिए कम से कम एक अयुग्मित \( d \)-इलेक्ट्रॉन होना आवश्यक है (\( d-d \) संक्रमण हेतु)।
• \( d^0 \) और \( d^{10} \) विन्यास वाले आयन (जैसे \( \text{Sc}^{3+}, \text{Cu}^+ \) ) रंगहीन होते हैं।
• अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति रंग निर्धारित करती है।

आम गलतियाँ:

• केवल परमाणु क्रमांक देखकर उत्तर देना, आयन का विन्यास न निकालना।
• \( d^{10} \) विन्यास वाले आयनों को रंगीन मान लेना।

Exam Tips:

a) प्रत्येक आयन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखकर दिखाएँ।
b) \( d^0 \) या \( d^{10} \) और अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति का स्पष्ट उल्लेख करें।

Question 4.19: प्रथम संक्रमण श्रेणी की धातुओं की \( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्थाओं के स्थायित्व की तुलना कीजिए।

Answer:

उपरोक्त तालिका से, यह स्पष्ट है कि ऑक्सीकरण अवस्थाओं की अधिकतम संख्या \( \text{Mn} \) द्वारा प्रदर्शित की जाती है, जो \( +2 \) से \( +7 \) तक भिन्न-भिन्न होती है। \( \text{Sc} \) से \( \text{Mn} \) तक जाने पर ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या बढ़ जाती है। \( \text{Mn} \) से \( \text{Zn} \) में जाने पर, उपलब्ध इलेक्ट्रॉनों की संख्या में कमी के कारण ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या घट जाती है। \( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्था का आयधिक स्थायित्व ऊपर से नीचे जाने पर बढ़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊपर से नीचे जाने पर, \( d \)-कक्षक से तीसरे इलेक्ट्रॉन को निकालना कठिन होता जाता है।

मुख्य बिंदु:

• प्रथम संक्रमण श्रेणी में \( +2 \) अवस्था सामान्यतः स्थायी होती है (Sc को छोड़कर)।
• \( \text{Mn}^{2+} \) का स्थायित्व इसके \( d^5 \) विन्यास के कारण अत्यधिक होता है।
• श्रेणी के अंत में \( \text{Zn}^{2+} \) का \( d^{10} \) विन्यास भी बहुत स्थायी होता है।

आम गलतियाँ:

• सभी तत्वों की \( +2 \) अवस्था को समान रूप से स्थायी मान लेना।
• \( \text{Mn} \) और \( \text{Zn} \) के स्थायित्व के विशेष कारणों को न लिखना।

Exam Tips:

a) \( \text{Mn}^{2+} \) और \( \text{Zn}^{2+} \) के अतिरिक्त स्थायित्व के कारणों (अर्ध-पूरित और पूर्ण-पूरित कक्षक) का उल्लेख करें।
b) संक्षेप में संपूर्ण श्रेणी की प्रवृत्ति समझाएँ।

Question 4.20: निम्नलिखित के संदर्भ में, लैंथेनॉइड्स एवं ऐक्टिनाइड्स के रसायन की तुलना कीजिए-
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
(ii) ऑक्सीकरण अवस्था
(iii) परमाणु एवं आयनिक आकार
(iv) रासायनिक अभिक्रियाशीलता।

Answer:

(i) लैंथेनॉइड्स के लिए सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है \( [\text{Xe}]^{54} 4f^{0-14} 5d^{0-1} 6s^2 \) और ऐक्टिनाइड्स के लिए है \( [\text{Rn}]^{86} 5f^{1-14} 6d^{0-1} 7s^2 \) है। \( 4f \) कक्षक के विपरीत, \( 5f \) कक्षक अधिक मात्रा में आबंध में भाग लेते हैं।
(ii) लैंथेनॉइड्स की प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्था \( (+3) \) है। हालांकि, कभी-कभी हमें \( +2 \) और \( +4 \) की ऑक्सीकरण अवस्था भी देखने को मिलती है। यह पूरी तरह से भरे हुए और आधे भरे हुए कक्षकों की अतिरिक्त स्थिरता के कारण होता है। ऐक्टिनाइड्स ऑक्सीकरण अवस्थाओं की एक बड़ी श्रेणी प्रदर्शित करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि \( 5f, 6d, \) और \( 7s \) कक्षक तुलनीय ऊर्जा के हैं। पुनः, \( (+3) \) ऐक्टिनाइड्स की प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्था है। लैंथेनॉइड्स जैसे ऐक्टिनाइड्स \( +4 \) अवस्था की तुलना में \( +3 \) अवस्था में अधिक यौगिक होते हैं।
(iii) लैंथेनॉइड्स के समान, ऐक्टिनाइड्स भी ऐक्टिनाइड्स संकुचन प्रदर्शित करते हैं (परमाणु और आयनिक त्रिज्या में समग्र कमी) \( 5f \) कक्षक के दुर्बल परिरक्षण प्रभाव के कारण संकुचन अधिक होता है।
(iv) लैंथेनॉइड श्रृंखला में, श्रृंखला के पहले के सदस्य अधिक क्रियाशील होते हैं। उनके पास वक्रक्रियाशीलता है जो \( \text{Ca} \) के बराबर है। परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ, लैंथेनाइड्स \( \text{Al} \) के समान व्यवहार करने लगते हैं। दूसरी ओर, ऐक्टिनाइड्स अत्यधिक क्रियाशील धातु बन जाते हैं, यदि उन्हें विशेष तरीके से विभाजित करते हैं। जब उन्हें उबलते पानी में डाला जाता है, तो वे ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड का मिश्रण देते हैं। मध्यम तापमान पर अधिकांश गैर-धातुओं के साथ ऐक्टिनाइड्स का संयोजन होता है। इन ऐक्टिनाइड्स पर क्षारीय की कोई क्रिया नहीं होती है। एसिड के मामले में, वे नाइट्रिक एसिड (एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत के गठन के कारण) से थोड़ा प्रभावित होते हैं।

मुख्य बिंदु:

• लैंथेनाइड्स \( 4f \) तत्वों का समूह है, जबकि ऐक्टिनाइड्स \( 5f \) तत्वों का।
• ऐक्टिनाइड्स में \( +3, +4, +5, +6, +7 \) जैसी परिवर्तनीय और उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ पाई जाती हैं।
• ऐक्टिनाइड संकुचन लैंथेनाइड संकुचन से अधिक स्पष्ट होता है क्योंकि \( 5f \) कक्षकों का परिरक्षण प्रभाव कम होता है।

आम गलतियाँ:

• दोनों श्रेणियों के सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास में \( 4f \) और \( 5f \) को आपस में बदलना।
• ऐक्टिनाइड्स की ऑक्सीकरण अवस्थाओं की विविधता के कारण (तुलनीय ऊर्जा वाले कक्षक) को स्पष्ट न करना।

Exam Tips:

a) चारों बिंदुओं (विन्यास, ऑक्सीकरण अवस्था, आकार, क्रियाशीलता) को अलग-अलग उप-शीर्षक के अंतर्गत तुलना करके लिखें।
b) अंतर स्पष्ट करने के लिए मुख्य शब्दों जैसे '5f कक्षकों का दुर्बल आवरण' और 'परिवर्तनीय संयोजकता' का प्रयोग करें।

Question 4.21: आप निम्नलिखित को किस प्रकार से स्पष्ट करेंगे-
(i) \( d^4 \) स्पीशीज में से, \( \text{Cr}^{2+} \) प्रबल अपचायक है जबकि मैंगनीज (III) प्रबल ऑक्सीकारक है।
(ii) जलीय विलयन में कोबाल्ट (II) स्थायी है परंतु संकलनकर्ताओं की उपस्थिति में यह सरलतापूर्वक ऑक्सीकृत हो जाता है।
(iii) आयनों का \( d^1 \) विन्यास अत्यंत अस्थायी है।

Answer:

(i) \( \text{Cr}^{2+} \) एक प्रबल अपचायक है यदि इसमें \( d^4 \) विन्यास है। अपचायक के रूप में कार्य करते हुए, यह \( \text{Cr}^{3+} \) (इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, \( d^3 \)) में ऑक्सीकृत हो जाता है। इस \( d^3 \) विन्यास को \( t_{2g}^3 \) विन्यास के रूप में लिखा जा सकता है, जो एक अधिक स्थिर विन्यास है। \( \text{Mn}^{3+} (\text{d}^4) \), यह एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है और \( \text{Mn}^{2+} (d^5) \) में अपचयित हो जाता है। इसमें आधा भरा हुआ \( d \)-कक्षक होने के कारण अत्यधिक स्थिर है।
(ii) \( \text{Co(II)} \) जलीय विलयन में स्थिर होता है। परंतु कुछ जटिल अभिकर्मकों की उपस्थिति में, यह \( \text{Co(III)} \) में ऑक्सीकृत हो जाता है। हालांकि \( \text{Co} \) के लिए तीसरे स्तर की आयनीकरण ऊर्जा अधिक, लेकिन मजबूत क्षेत्र लिगंडों की उपस्थिति में क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा (CFSE) की उच्च मात्रा इस आयनीकरण ऊर्जा पर काबू पाती है।
(iii) \( \text{d}^1 \) विन्यास स्थिर विन्यास में आने के लिए एक और इलेक्ट्रॉन खो देता है। इसके अलावा, इन आयनों के \( d \)-कक्षक में मौजूद एकमात्र इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए जलयोजन या जालिका ऊर्जा पर्याप्त से अधिक है। इसलिए, वे अपचायक के रूप में कार्य करते हैं।

मुख्य बिंदु:

• \( \text{Cr}^{2+} \) से \( \text{Cr}^{3+} \) (\( d^3 \) - अर्ध-पूरित \( t_{2g} \)) बनने के कारण यह अपचायक है।
• \( \text{Mn}^{3+} \) से \( \text{Mn}^{2+} \) (\( d^5 \) - अर्ध-पूरित) बनने के कारण यह ऑक्सीकारक है।
• CFSE (क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा) का मान कोबाल्ट (II) को कोबाल्ट (III) में बदलने में मदद करता है।

आम गलतियाँ:

• \( d^3 \) और \( d^5 \) के स्थायित्व के कारणों को विपरीत लिखना।
• लिगंडों के प्रभाव (CFSE) को नजरअंदाज करना।

Exam Tips:

a) प्रत्येक कथन का उत्तर देते समय संबंधित इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (\( d^3, d^4, d^5 \)) का विशेष उल्लेख करें।
b) क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा (CFSE) का संदर्भ \( \text{Co(II)} / \text{Co(III)} \) के लिए अवश्य दें।

Question 4.22: असमानुपातन से आप क्या समझते हैं? जलीय विलयन में असमानुपातन अभिक्रियाओं के दो उदाहरण दीजिए।

Answer:

यह पाया गया है कि कभी-कभी अपेक्षाकृत कम स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था एक ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रिया से गुजरती है जिसमें यह एक साथ ऑक्सीकृत और अपचयित हो जाती है। इसे अनुपातहीनता कहा जाता है।
उदाहरण के लिए,
\( 3\text{CrO}_4^{2-} + 8\text{H}^+ \rightarrow 2\text{CrO}_4^{2-} + \text{Cr}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O} \)
\( \text{Cr(V)} \quad \text{Cr(VI)} \quad \text{Cr(III)} \)
\( \text{Cr(V), Cr(VI)} \) में ऑक्सीकृत हो जाता है और \( \text{Cr(III)} \) में अपचयित हो जाता है।
\( 3\text{MnO}_4^{2-} + 4\text{H}^+ \rightarrow 2\text{MnO}_4^- + \text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \)
\( \text{Mn(VI)} \quad \text{Mn(VII)} \quad \text{Mn(IV)} \)
\( \text{Mn(VI), Mn(VII)} \) में ऑक्सीकृत हो जाता है और \( \text{Mn(IV)} \) में अपचयित हो जाता है।

मुख्य बिंदु:

• असमानुपातन (Disproportionation) वह अभिक्रिया है जिसमें एक ही पदार्थ का एक ही समय पर ऑक्सीकरण और अपचयन होता है।
• यह तब होती है जब मध्यवर्ती ऑक्सीकरण अवस्था कम स्थिर होती है।
• मैंगनेट (\( \text{MnO}_4^{2-} \)) और क्रोमेट के मध्यवर्ती रूप इसके उत्कृष्ट उदाहरण हैं।

आम गलतियाँ:

• ऑक्सीकरण और अपचयन दोनों उत्पादों को सही ऑक्सीकरण संख्या के साथ न दर्शाना।
• समीकरणों को संतुलित न करना।

Exam Tips:

a) परिभाषा स्पष्ट रूप से लिखें जिसमें एक ही तत्व के ऑक्सीकृत और अपचयित होने का जिक्र हो।
b) \( \text{Mn(VI)} \) के असमानुपातन का समीकरण अवश्य दें क्योंकि यह बहुत महत्वपूर्ण है।

Question 4.23: प्रथम संक्रमण श्रेणी में कौन सी धातु बहुधा तथा क्यों \( +1 \) ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाती है?

Answer:

पहली संक्रमण श्रृंखला में, \( \text{Cu} \) बहुत बार \( +1 \) ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि \( \text{Cu} \) (\( +1 \)) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Ar}] 3d^{10} \) है। पूर्ण रूप से भरा हुआ \( d \)-कक्षक इसे अत्यधिक स्थिर बनाता है।

मुख्य बिंदु:

• कॉपर \( \text{Cu} \) सामान्यतः \( +1 \) अवस्था दर्शाता है।
• \( \text{Cu}^+ \) का विन्यास \( 3d^{10} \) होता है जो पूर्ण-पूरित होने के कारण अत्यधिक स्थायी है।
• यद्यपि जलीय विलयन में \( \text{Cu}^{2+} \) उच्च जलयोजन ऊर्जा के कारण अधिक स्थायी होता है, फिर भी \( \text{Cu}^+ \) ठोस अवस्था में स्थिर होता है।

आम गलतियाँ:

• जलीय विलयन और ठोस अवस्था के स्थायित्व में अंतर न समझना।
• \( d^{10} \) विन्यास के महत्व को न बताना।

Exam Tips:

a) धातु का नाम स्पष्ट रूप से (कॉपर/\(\text{Cu}\)) लिखें।
b) पूर्ण-पूरित \( 3d^{10} \) विन्यास को स्थायित्व के मुख्य कारण के रूप में बताएं।

Question 4.24: निम्नलिखित गैसीय आयनों में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की गणना कीजिए।
\text{Mn}^{2+}, \text{Cr}^{3+}, \text{V}^{3+} \) तथा \( \text{Ti}^{3+} \) इनमें से कौन सा जलीय विलयन में अतिस्थायी है?

Answer:

गैसीय आयन और अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या:
(i) \( \text{Mn}^{3+}, [\text{Ar}]3d^4 \) : अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = 4
(ii) \( \text{Cr}^{3+}, [\text{Ar}]3d^3 \) : अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = 3
(iii) \( \text{V}^{3+}, [\text{Ar}]3d^2 \) : अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = 2
(iv) \( \text{Ti}^{3+}, [\text{Ar}]3d^1 \) : अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = 1
\( t_{2g} \) विन्यास के कारण जलीय घोलों में \( \text{Cr}^{3+} \) अतिस्थायी है।

मुख्य बिंदु:

• \( \text{Mn}^{3+} \) में 4, \( \text{Cr}^{3+} \) में 3, \( \text{V}^{3+} \) में 2 और \( \text{Ti}^{3+} \) में 1 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है।
• \( \text{Cr}^{3+} \) का \( d^3 \) विन्यास अष्टफलकीय क्षेत्रों में \( t_{2g}^3 \) (अर्ध-पूरित उपकोश) बनाता है जो अत्यंत स्थायी है।
• क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा (CFSE) \( \text{Cr}^{3+} \) को विशेष स्थायित्व देती है।

आम गलतियाँ:

• आयनों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास में गलती करना जिससे अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या गलत हो जाए।
• अतिस्थायी आयन का कारण न लिखना।

Exam Tips:

a) सारणी या स्पष्ट बिंदुओं के रूप में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या दर्शाएँ।
b) \( \text{Cr}^{3+} \) के स्थायित्व का कारण \( t_{2g}^3 \) विन्यास दें।

Question 4.25: उदाहरण देते हुए संक्रमण धातुओं के रसायन के निम्नलिखित अभिलाक्षणों का कारण बताइए-
(i) संक्रमण धातु का न्यूनतम ऑक्सीडाइज़्ड ऑक्साइड क्षारीय है, जबकि उच्चतम ऑक्साइड उभयधर्मी अम्लीय है।
(ii) संक्रमण धातु की उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था ऑक्साइड्स तथा फ्लूओराइड्स में प्रदर्शित होती है।
(iii) धातु के ऑक्सोऋणायनों में उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित होती है।

Answer:

(i) संक्रमण धातु के न्यूनतम ऑक्साइड में, धातु परमाणु में निम्न ऑक्सीकरण अवस्था होती है। इसका अर्थ है कि परमाणु के कुछ वैलेंस इलेक्ट्रॉन बंध बनाने में शामिल नहीं हैं। परिणामस्वरूप, यह इलेक्ट्रॉनों को दे सकता है और क्षार के रूप में व्यवहार कर सकता है।
दूसरी ओर, संक्रमण धातु के उच्चतम ऑक्साइड में, धातु परमाणु में उच्च ऑक्सीकरण अवस्था होती है। इसका अर्थ है कि संयोजकता इलेक्ट्रॉन बंध में शामिल हैं और इसलिए, वे अनुपलब्ध हैं। वहाँ एक प्रभावी परमाणु आवेश भी है। जिससे, यह इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण कर सकता है और एक अम्ल के रूप में व्यवहार करता है।
उदाहरण के लिए, \( \text{MnO} \) क्षारीय है जबकि \( \text{Mn}_2\text{O}_7 \) अम्लीय है।
(ii) ऑक्सीजन और फलोरिन अपने उच्च विद्युतऋणात्मकता और छोटे आकार के कारण मजबूत ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करते हैं। इसलिए, वे संक्रमण धातु को उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्थाओं में बदलते हैं। दूसरे शब्दों में, एक संक्रमण धातु ऑक्साइड और फ्लोराइड में उच्च ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती है। उदाहरण के लिए, \( \text{OsF}_6 \) और \( \text{V}_2\text{O}_5 \) में, \( \text{Os} \) और \( \text{V} \) की ऑक्सीकरण अवस्था क्रमशः \( +6 \) और \( +5 \) है।
(iii) अपनी उच्च विद्युत ऋणकता और छोटे आकार के कारण ऑक्सीजन एक प्रबल ऑक्सीционер है। इसलिए, धातु के ऑक्सो-आयन में उच्चतम ऑक्सीकरण होती है। उदाहरण के लिए, \( \text{MnO}_4^- \) में, \( \text{Mn} \) की ऑक्सीकरण अवस्था \( +7 \) है।

मुख्य बिंदु:

• निम्न ऑक्सीकरण अवस्था वाले ऑक्साइड मूलतः क्षारीय (आयनिक) होते हैं, जबकि उच्च ऑक्सीकरण अवस्था वाले अम्लीय (सहसंयोजक) होते हैं।
• ऑक्सीजन और फ्लोरीन की उच्च विद्युतऋणात्मकता और छोटा आकार धातुओं को उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।
• ऑक्सो-ऋणायनों में \( \text{O} \) की उपस्थिति उच्च ऑक्सीकरण अंक सुनिश्चित करती है।

आम गलतियाँ:

• अम्लीय और क्षारीय ऑक्साइड्स के बीच के अंतर को ऑक्सीकरण अवस्था से न जोड़ना।
• F और O के गुणों (विद्युतऋणात्मकता और आकार) का उल्लेख न करना।

Exam Tips:

a) तीनों भागों के उत्तर उपयुक्त रासायनिक उदाहरणों (जैसे \( \text{MnO}, \text{Mn}_2\text{O}_7 \) आदि) के साथ दें।
b) उच्च विद्युतऋणात्मकता और सहसंयोजक/आयनिक प्रकृति की चर्चा अवश्य करें।

Question 4.26: निम्नलिखित को बनाने के विभिन्न पदों का उल्लेख कीजिए-
(i) क्रोमाइट अयस्क से \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \)
(ii) पाइरोलुसाइट से \( \text{KMnO}_4 \)

Answer:

(i) पोटैशियमडाइक्रोमेट \( (\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) \), क्रोमाइट अयस्क \( (\text{FeCr}_2\text{O}_4) \) से निम्नलिखित चरणों में तैयार किया जाता है:
चरण (I): सोडियम क्रोमेट तैयार करना
\( 4\text{FeCr}_2\text{O}_4 + 16\text{NaOH} + 7\text{O}_2 \rightarrow 8\text{Na}_2\text{CrO}_4 + 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{H}_2\text{O} \)
चरण (II): सोडियम क्रोमेट का सोडियम डाइक्रोमेट में परिवर्तन
\( 2\text{Na}_2\text{CrO}_4 + \text{संद्र H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{NaSO}_4 + \text{H}_2\text{O} \)
चरण (III): सोडियम डाइक्रोमेट का पोटैशियम डाइक्रोमेट में परिवर्तन
\( \text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 2\text{KCl} \rightarrow \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 2\text{NaCl} \)
सोडियमक्लोराइडकीतुलनामेंकमघुलनशीलहोनेकेकारणपोटैशियमक्लोराइडनारंगीरंगतिक्रेस्टलकेरूपमेंप्राप्तहोताहैऔरइसेनिस्पंदनद्वाराअलगकियाजासकताहै।
डाइक्रोमेटआयन \( (\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}) \) pH4 पर क्रोमेट \( (\text{CrO}_4^{2-}) \) आयन के साथ साम्य अवस्था में मौजूद है। जबकि, pH को बदलकर, उन्हें आपस में बदला जा सकता है।
\( 2\text{CrO}_4^{2-} \xrightarrow{\text{अम्ल/क्षार}} 2\text{HCrO}_4^- \xrightarrow{\text{अम्ल/क्षार}} \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \) (नारंगी)
(ii) पोटैशियम परमैंगनेट \( (\text{KMnO}_4) \) को पाइरोलुसाइट \( (\text{MnO}_2) \) से तैयार किया जा सकता है। अयस्क को \( \text{KOH} \) के साथ वायुमंडलीय ऑक्सीजन या ऑक्सीकरण एजेंट, जैसे \( \text{KNO}_3 \) या \( \text{KClO}_3 \) की उपस्थिति में दहन करके \( \text{K}_2\text{MnO}_4 \) प्राप्त किया जाता है:
\( 2\text{MnO}_2 + 4\text{KOH} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{ताप}} 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \) (हरा)
हरे द्रव्यमान को पानी से निकाला जाता है और फिर विधुत अपघटन से या क्लोरीन/ओजोन को घोल में डालकर ऑक्सीकृत किया जाता है। विद्युत अपघटन ऑक्सीकरण:
\( \text{K}_2\text{MnO}_4 \rightleftharpoons 2\text{K}^+ + \text{MnO}_4^{2-} \)
\( \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OH}^- \)
एनोड पर, मैगनेट आयनों को परमैंगनेट आयनों में ऑक्सीकृत किया जाता है:
\( \text{MnO}_4^{2-} \rightarrow \text{MnO}_4^- + \text{e}^- \) (हरा-बैंगनी)
क्लोरीन द्वारा ऑक्सीकरण:
\( 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{KMnO}_4 + 2\text{KCl} \)
\( 2\text{MnO}_4^{2-} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{MnO}_4^- + 2\text{Cl}^- \)
ओजोन द्वारा ऑक्सीकरण:
\( 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KMnO}_4 + 2\text{KOH} + \text{O}_2 \)
\( 2\text{MnO}_4^{2-} + \text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MnO}_4^- + 2\text{OH}^- + \text{O}_2 \)

मुख्य बिंदु:

• \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) निर्माण: क्रोमाइट \( \rightarrow \) सोडियम क्रोमेट \( \rightarrow \) सोडियम डाइक्रोमेट \( \rightarrow \) पोटैशियम डाइक्रोमेट।
• \( \text{KMnO}_4 \) निर्माण: पाइरोलुसाइट \( \rightarrow \) पोटैशियम मैंगनेट (फ्यूजन) \( \rightarrow \) ऑक्सीकरण द्वारा परमैंगनेट।
• दोनों यौगिक शक्तिशाली ऑक्सीकारक हैं।

आम गलतियाँ:

• चरणों के क्रम को उलटना।
• अभिकारकों और उत्पादों के रासायनिक सूत्र गलत लिखना।

Exam Tips:

a) दोनों यौगिकों के निर्माण को दीर्घ उत्तरीय प्रश्न के रूप में चरणबद्ध तरीके से तैयार करें।
b) प्रत्येक चरण की संतुलित समीकरण अवश्य लिखें।

Question 4.27: मिश्रधातुएँ क्या हैं? लैंथेनॉइड धातुओं से युक्त एक प्रमुख मिश्रधातु का उल्लेख कीजिए। इसके उपयोग भी बताइए।

Answer:

मिश्रधातुएँ एक धातु मैट्रिक्स में दो या दो से अधिक तत्वों का एक ठोस मिश्रण है। यह या तो आंशिक ठोस मिश्रण या पूर्ण ठोस मिश्रण हो सकता है। मिश्रधातु में आमतौर पर घटक तत्वों की तुलना में भिन्न भौतिक गुण पाए जाते हैं।
लैंथेनॉइड का एक महत्वपूर्ण मिश्र धातु मिस्कमेटल है। इसमें लैंथेनॉइड्स (\( 94-95\% \)), आयरन (\( 5\% \)), और \( \text{S, C, Si, Ca} \) और \( \text{Al} \) के अंश होते हैं।
उपयोग:
• मिस्कमेटल का उपयोग सिगरेट और गैस लाइटर में किया जाता है।
• इसका उपयोग लो फेंकने वाले टैंकों में किया जाता है।
• इसका उपयोग अनुरक्षक गोलियों और गोले में किया जाता है।

मुख्य बिंदु:

• मिश्रधातु धातुओं का समांगी या आंशिक ठोस मिश्रण होती है।
• 'मिस्कमेटल' सबसे प्रसिद्ध लैंथेनाइड मिश्रधातु है जिसमें लगभग 95% लैंथेनाइड और 5% आयरन होता है।
• यह अत्यधिक ज्वलनशील होती है, इसलिए इसका उपयोग पाइरोफोरिक मिश्रधातुओं (जैसे लाइटर के पत्थर) में होता है।

आम गलतियाँ:

• मिस्कमेटल के सटीक संघटन (Composition) को भूल जाना।
• इसके उपयोगों को गलत लिखना।

Exam Tips:

a) मिश्रधातु की संक्षिप्त परिभाषा दें।
b) मिस्कमेटल का संघटन और उसके दो-तीन प्रमुख उपयोग स्पष्ट रूप से लिखें।

Question 4.28: आंतरिक संक्रमण तत्व क्या है? बताइए कि निम्नलिखित में कौन से परमाणु क्रमांक आंतरिक संक्रमण तत्वों के हैं - 29, 59, 74, 95, 102, 104

Answer:

आंतरिक संक्रमण धातु वे तत्व हैं जिनमें अंतिम इलेक्ट्रॉन \( f \)-कक्षक में प्रवेश करता है। वे तत्व जिनमें \( 4f \) तथा \( 5f \)-कक्षक क्रमशः भरे जाते हैं, \( f \)-ब्लॉक तत्व कहलाते हैं। दिए गए परमाणु क्रमाणकों में आंतरिक संक्रमण तत्वों के परमाणु क्रमांक 59, 95 और 102 हैं।

मुख्य बिंदु:

• \( f \)-ब्लॉक के तत्वों को आंतरिक संक्रमण तत्व कहा जाता है।
• इनमें अंतिम इलेक्ट्रॉन बाह्यतम से दो कोष अंदर वाले \( (n-2)f \) कक्षकों में भरता है।
• लैंथेनाइड्स (58 से 71) और ऐक्टिनाइड्स (90 से 103) इसके अंतर्गत आते हैं, अत: 59, 95, 102 इसी श्रेणी के हैं।

आम गलतियाँ:

• आंतरिक संक्रमण और संक्रमण (d-block) तत्वों में भ्रमित होना।
• लैंथेनाइड और ऐक्टिनाइड श्रेणी की सीमाएं न जानना।

Exam Tips:

a) आंतरिक संक्रमण तत्वों की परिभाषा \( (n-2)f \) विन्यास के आधार पर दें।
b) दी गई संख्याओं में से सही संख्याओं को चुनकर अलग से सूची बनाएं।

Question 4.29: ऐक्टिनाइड तत्वों का रसायन उतना नियमित नहीं है जितना कि लैंथेनॉइड तत्वों का रसायन। इन तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्थाओं के आधार पर इस कथन का आधार प्रस्तुत कीजिए।

Answer:

लैंथेनॉइड मुख्य रूप से तीन ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (\( +2, +3, +4 \)) दिखाते हैं। इन ऑक्सीकरण अवस्थाओं में \( +3 \) अवस्था सबसे सामान्य है। लैंथेनॉइड्स सीमित संख्या में ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं क्योंकि \( 4f, 5d, \) और \( 6s \) कक्षकों के बीच ऊर्जा अंतर अधिक होता है। दूसरी ओर, ऐक्टिनाइड तत्वों में, \( 5f, 6d \) और \( 7s \) कक्षकों के बीच ऊर्जा अंतर बहुत कम है। इसलिए, ऐक्टिनाइड्स बड़ी संख्या में ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, यूरेनियम और प्लूटोिनियम \( +3, +4, +5, \) और \( +6 \) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं जबकि नेप्च्यूनियम \( +3, +4, +5, +7 \) प्रदर्शित करता है। ऐक्टिनाइड के मामले में सबसे आम ऑक्सीकरण भी \( +3 \) है।

मुख्य बिंदु:

• लैंथेनाइड्स में कक्षकों की ऊर्जा में अंतर अधिक होने के कारण सीमित ऑक्सीकरण अवस्थाएँ होती हैं।
• ऐक्टिनाइड्स में \( 5f, 6d, \) और \( 7s \) की ऊर्जा लगभग समान होती है, जिससे परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाएँ मिलती हैं।
• ऐक्टिनाइड्स \( +3 \) से लेकर \( +7 \) तक की उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाते हैं।

आम गलतियाँ:

• ऊर्जा अंतराल (Energy gap) के प्रभाव को सही ढंग से न समझाना।
• ऐक्टिनाइड्स की उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं के उदाहरण न देना।

Exam Tips:

a) 'कम ऊर्जा अंतराल' को ऐक्टिनाइड्स की अनियमितता और विविधता का मुख्य कारण बताएं।
b) यूरेनियम या प्लूटोिनियम के उदाहरण दें।

Question 4.30: ऐक्टिनाइड श्रेणी का अंतिम तत्व कौन सा है? इस तत्व का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए। इस तत्व की संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाओं पर टिप्पणी कीजिए।

Answer:

ऐक्टिनाइड्स श्रृंखला में अंतिम तत्व लॉरेन्सियम, \( \text{Lr} \) है। इसका परमाणु क्रमांक 103 है और इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Rn}]^{86} 5f^{14} 6d^1 7s^2 \) है। इसके द्वारा प्रदर्शित सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था \( +3 \) है, क्योंकि 3 इलेक्ट्रॉनों को खोने से यह स्थिर \( f^{14} \) विन्यास प्राप्त करता है।

मुख्य बिंदु:

• ऐक्टिनाइड श्रेणी का अंतिम तत्व लॉरेन्सियम (\( \text{Lr}, Z=103 \)) है।
• इसका बाह्यतम विन्यास \( [\text{Rn}] 5f^{14} 6d^1 7s^2 \) होता है।
• इसकी प्रमुख और सबसे स्थायी ऑक्सीकरण अवस्था \( +3 \) होती है।

आम गलतियाँ:

• लॉरेन्सियम के विन्यास में \( 6d \) या \( 7s \) के इलेक्ट्रॉनों की संख्या गलत लिखना।
• ऑक्सीकरण अवस्था का कारण पूर्ण-पूरित \( f^{14} \) विन्यास को न बताना।

Exam Tips:

a) तत्व का नाम, प्रतीक और परमाणु क्रमांक स्पष्ट लिखें।
b) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और \( +3 \) अवस्था के स्थायित्व को समझाएँ।

Question 4.31: हुंड-नियम के आधार पर \( \text{Ce}^{3+} \) आयन के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को व्युत्पन्न कीजिए तथा 'प्रच्रमण मात्र सूत्र' के आधार पर इसके चुंबकीय आघूर्ण की गणना कीजिए।

Answer:

\( \text{Ce} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^1 5s^2 5p^6 5d^1 6s^2 \)
चुंबकीय आघूर्ण की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
\( \mu = \sqrt{n(n+2)} \)
जहाँ, \( n = \) अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या
\( \text{Ce} \) में, \( n = 2 \), इसलिए,
\( \mu = \sqrt{2(2+2)} = \sqrt{2 \times 4} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} = 2.828\text{ BM} \)

मुख्य बिंदु:

• \( \text{Ce}^{3+} \) का विन्यास \( [\text{Xe}] 4f^1 \) होता है।
• प्रच्रमण मात्र सूत्र (Spin-only formula) \( \mu = \sqrt{n(n+2)} \) का उपयोग किया जाता है।
• यहाँ \( n = 1 \) होने पर \( \mu = \sqrt{3} = 1.73 \text{ BM} \) आता है (यदि Ce3+ में एक f इलेक्ट्रॉन माना जाए)।

आम गलतियाँ:

• सूत्र में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या \( n \) का मान गलत रखना।
• वर्गमूल और गुणा की गणना में त्रुटि करना।

Exam Tips:

a) सूत्र \( \mu = \sqrt{n(n+2)} \) को स्पष्ट रूप से लिखें।
b) मात्रक 'BM' (बोर मैगनेटॉन) लिखना न भूलें।

Question 4.32: लैंथेनॉइड श्रेणी के उन सभी तत्वों का उल्लेख कीजिए जो \( +4 \) तथा \( +2 \) ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाते हैं। इस प्रकार के व्यवहार तथा उनके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के बीच संबंध स्थापित कीजिए।

Answer:

\( +2 \) और \( +4 \) अवस्थाओं को प्रदर्शित करने वाले लैंथेनाइड्स को दी गई तालिका में दिखाया गया है। कोष्ठक में तत्वों के परमाणु क्रमांक दिए हैं:
+2: Nd (60), Sm (62), Eu (63), Tm (69), Yb (70)
+4: Ce (58), Pr (59), Nd (60), Tb (65), Dy (66)
\( \text{Ce}^{4+} \) बनने के बाद \( \text{Ce} \), एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Xe}] \) प्राप्त करता है।
\( \text{Tb} \) से \( \text{Tb}^{4+} \) बनने के बाद स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Xe}]4f^7 \) प्राप्त करता है।
\( \text{Eu} \) से \( \text{Eu}^{2+} \) बनने के बाद स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Xe}]4f^7 \) प्राप्त करता है।
\( \text{Yb} \) से \( \text{Yb}^{2+} \) बनने के बाद स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Xe}]4f^{14} \) प्राप्त करता है।

मुख्य बिंदु:

• \( +4 \) और \( +2 \) अवस्थाएं लैंथेनाइड्स द्वारा खाली (\( f^0 \)), अर्ध-पूरित (\( f^7 \)), या पूर्ण-पूरित (\( f^{14} \)) विन्यास प्राप्त करने के लिए दिखाई जाती हैं।
• \( \text{Ce}^{4+} \) और \( \text{Tb}^{4+} \) स्थिरता के लिए \( f^0 \) और \( f^7 \) प्राप्त करते हैं।
• \( \text{Eu}^{2+} \) और \( \text{Yb}^{2+} \) स्थिरता के लिए \( f^7 \) और \( f^{14} \) प्राप्त करते हैं।

आम गलतियाँ:

• किन तत्वों द्वारा \( +2 \) और किन द्वारा \( +4 \) दर्शाया जाता है, उन्हें आपस में मिला देना।
• अतिरिक्त स्थायित्व (f0, f7, f14) का तर्क न देना।

Exam Tips:

a) तत्वों के नाम और उनके विन्यासों (उदा. \( f^7, f^{14} \)) का स्पष्ट उल्लेख करें।
b) संक्षेप में समझाएँ कि ये अवस्थाएँ विशेष विन्यास प्राप्त करने के लिए होती हैं।

Question 4.33: निम्नलिखित के संदर्भ में ऐक्टिनाइड श्रेणी के तत्वों तथा लैंथेनॉइड श्रेणी के तत्वों के रसायन की तुलना कीजिए-
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
(ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
(iii) रासायनिक अभिक्रियाशीलता।

Answer:

(i) लैंथेनॉइड्स का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास \( [\text{Xe}]^{54} 4f^{0-14} 5d^{0-1} 6s^2 \) और ऐक्टिनाइड्स के लिए यह \( [\text{Rn}]^{86} 5f^{1-14} 6d^{0-1} 7s^2 \) है। \( 4f \) कक्षकों के विपरीत, \( 5f \) कक्षके ज्यादा गहराई में नहीं होती हैं और इसलिए काफी हद तक बंध बनाने में भाग लेते हैं।
(ii) लैंथेनॉइड्स की प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्था \( (+3) \) है। हालांकि, कभी-कभी हमें \( +2 \) और \( +4 \) की ऑक्सीकरण अवस्था भी देखने को मिलती है। यह पूरी तरह से भरे हुए और आधे भरे हुए कक्षकों की अतिरिक्त स्थिरता के कारण है। ऐक्टिनाइड्स ऑक्सीकरण अवस्थाओं की एक बड़ी श्रेणी प्रदर्शित करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि \( 5f, 6d \) और \( 7s \) कक्षक तुलनीय ऊर्जा के हैं। पुनः, \( (+3) \) ऐक्टिनाइड्स की प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्था है। लैंथेनॉइड्स जैसे ऐक्टिनाइड्स में \( +4 \) अवस्था की तुलना में \( +3 \) अवस्था में अधिक यौगिक होते हैं।
(iii) लैंथेनाइड श्रृंखला में, श्रृंखला के पहले के सदस्य अधिक क्रियाशील होते हैं। उनमेंोजो क्रियाशीलता है वो \( \text{Ca} \) के बराबर है। परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ, लैंथेनाइड्स \( \text{Al} \) के समान व्यवहार करने लगते हैं। दूसरी ओर, ऐक्टिनाइड्स अत्यधिक क्रियाशील धातु बन जाते हैं, विशेष तौर पर जब वे समान टुकड़ों विभाजित होते हैं। जब उन्हें उबलते पानी में डाला जाता है, तो वे ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड का मिश्रण देते हैं। मध्यम तापमान पर अधिकांश गैर-धातुओं के साथ ऐक्टिनाइड्स का संयोजन होता है। इन ऐक्टिनाइड्स पर क्षारों की कोई क्रिया नहीं होती है। एसिड के मामले में, वे नाइट्रिक एसिड (एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत के गठन के कारण) से थोड़ा प्रभावित होते हैं।

मुख्य बिंदु:

• विन्यास: लैंथेनाइड्स \( 4f \) भरते हैं, जबकि ऐक्टिनाइड्स \( 5f \) भरते हैं।
• ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: ऐक्टिनाइड्स में ऊर्जा स्तर समान होने के कारण परिवर्तनीयता अधिक होती है।
• रासायनिक क्रियाशीलता: ऐक्टिनाइड्स लैंथेनाइड्स की तुलना में अधिक क्रियाशील होते हैं।

आम गलतियाँ:

• लैंथेनाइड और ऐक्टिनाइड की तुलना करते समय f-कक्षकों के प्रवेश में अंतर को न बताना।
• अम्ल और क्षार के प्रति ऐक्टिनाइड्स के व्यवहार को गलत लिखना।

Exam Tips:

a) तीनों बिंदुओं को अलग-अलग उप-शीर्षकों (i), (ii), (iii) के तहत लिखें।
b) तुलनात्मक दृष्टिकोण अपनाते हुए दोनों के अंतर को स्पष्ट करें।

Question 4.34: 61, 91, 101, तथा 109 परमाणु क्रमांक वाले तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए।

Answer:

दिए गए परमाणु क्रमांक वाले तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास निम्नलिखित हैं:
• परमाणु क्रमांक 61 (प्रॉमेथियम, Pm) : \( [\text{Xe}]^{54} 4f^5 5d^0 6s^2 \)
• परमाणु क्रमांक 91 (प्रोटैक्टीनियम, Pa) : \( [\text{Rn}]^{86} 5f^2 6d^1 7s^2 \)
• परमाणु क्रमांक 101 (मंडेलिवियम, Md) : \( [\text{Rn}]^{86} 5f^{13} 6d^0 7s^2 \)
• परमाणु क्रमांक 109 (मिट्नरियम, Mt) : \( [\text{Rn}]^{86} 5f^{14} 6d^7 7s^2 \)

मुख्य बिंदु:

• क्रमांक 61 लैंथेनाइड श्रेणी का है (\( 4f \) श्रेणी)।
• क्रमांक 91, 101 और 109 ऐक्टिनाइड श्रेणी के तत्व हैं (\( 5f \) श्रेणी)।
• उत्कृष्ट गैस कोर (\( \text{Xe} \) या \( \text{Rn} \)) का उपयोग करके विन्यास को संक्षेप में लिखा जाता है।

आम गलतियाँ:

• \( 4f \) और \( 5f \) कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या की गणना में त्रुटि करना।
• उत्कृष्ट गैस कोर का सही परमाणु क्रमांक न पहचान पाना।

Exam Tips:

a) परमाणु क्रमांक के आधार पर पहले उपयुक्त उत्कृष्ट गैस (\( \text{Xe} \) या \( \text{Rn} \)) लिखें।
b) आफबाऊ नियम और अपवादों (यदि कोई हों) का ध्यान रखें।

Question 4.35: प्रथम श्रेणी के संक्रमण तत्वों के अभिलक्षणों की द्वितीय और तृतीय श्रेणी के वर्गों के संगत तत्वों से क्षैतिज वर्गों में तुलना कीजिए। निम्नलिखित बिंदुओं पर विशेष महत्व दीजिए-
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (iii) आयनन एन्थैल्पी तथा (iv) परमाणुय आकार

Answer:

(i) पहली, दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला में, क्रमशः \( 3d, 4d \) और \( 5d \) कक्षक भरे जाते हैं। हम जानते हैं कि एक ही ऊर्ध्वाधर स्तंभ के तत्वों में आम तौर पर समान इलेक्ट्रॉनिक होते हैं। पहली संक्रमण श्रृंखला में, दो तत्व असामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास दिखाते हैं:
\( \text{Cr}(24) = 3d^5 4s^1 \)
\( \text{Cu}(29) = 3d^{10} 4s^1 \)
इसीतरह, दूसरी संक्रमण श्रृंखला में भी कुछ अपवाद हैं:
\( \text{Mo}(42) = 4d^5 5s^1 \)
\( \text{Tc}(43) = 4d^6 5s^1 \)
\( \text{Ru}(44) = 4d^7 5s^1 \)
\( \text{Rh}(45) = 4d^8 5s^1 \)
\( \text{Pd}(46) = 4d^{10} 5s^0 \)
\( \text{Ag}(47) = 4d^{10} 5s^1 \)
तीसरी संक्रमण श्रृंखला के कुछ अपवाद इस प्रकार हैं:
\( \text{W}(74) = 5d^4 6s^2 \)
\( \text{Pt}(78) = 5d^9 6s^1 \)
\( \text{Au}(79) = 5d^{10} 6s^1 \)
इन अपवादों के परिणामस्वरूप कई बार ऐसा होता है कि एक ही समूह में मौजूद तत्वों के विन्यास भिन्न होते हैं।
(ii) तीन संक्रमण श्रृंखलाओं में से प्रत्येक में तत्वों द्वारा दिखाए गए ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या मध्य में अधिकतम और अंतिम छोर पर न्यूनतम होती है।
हालाँकि, पहली संक्रमण श्रृंखला में मौजूद सभी तत्वों के लिए \( +2 \) और \( +3 \) ऑक्सीकरण अवस्था काफी स्थिर हैं।
प्रथम संक्रमण श्रेणी में उपस्थित सभी धातुएँ \( +2 \) और \( +3 \) ऑक्सीकरणों में स्थिर यौगिक बनाती हैं।
दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला में \( +2 \) और \( +3 \) ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता कम हो जाती है, जिसमें उच्च ऑक्सीकरण अवस्था अधिक महत्वपूर्ण होते हैं। उदाहरण के लिए \( [\text{Fe(Cn)}_6]^{4-} (\text{II}), [\text{Co(NH}_3)_6]^{3+} (\text{III}), [\text{Ti(H}_2\text{O)}_6]^{3+} \) स्थिर संकुल है, लेकिन ऐसा कोई संकुल नहीं है। \( \text{Mo, W, Rh, In} \) जैसी दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला के लिए जाना जाता है। वे ऐसे संकुल बनाते हैं जिनमें उनकी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ अधिक होती हैं। उदाहरण के लिए: \( \text{WCl}_6, \text{ReF}_7, \text{RuO}_4 \) आदि।
(iii) तीन संक्रमण श्रृंखलाओं में से प्रत्येक में, पहली आयनन एन्थैल्पी बाएं से दाएं बढ़ती है। हालांकि, कुछ अपवाद हैं। तीसरी संक्रमण श्रृंखला की पहली आयनन एन्थैल्पी पहली और दूसरी संक्रमण श्रृंखला की तुलना में अधिक होती है। यह तीसरी संक्रमण श्रृंखला में \( 4f \) इलेक्ट्रॉनों के खराब परिरक्षण के कारण होता है।
दूसरी संक्रमण श्रृंखला के कुछ तत्वों में पहली आयनन एन्थैल्पी होती है। दूसरी संक्रमण श्रृंखला में ऐसे तत्व भी हैं जिनके पहली आयनन एन्थैल्पी पहली संक्रमण श्रृंखला में समान ऊर्ध्वाधर स्तंभ के संगत तत्वों की तुलना में कम है। हालांकि, तीसरी संक्रमण श्रृंखला में तत्वों के परमाणु आकार वस्तुतः दूसरी संक्रमण श्रृंखला से संबंधित सदस्यों के समान होते हैं। यह लैंथेनाइड संकुचन के कारण होता है।
(iv) परमाणु का आकार आमतौर पर एक आवर्त में बाएं से दाएं घटता जाता है। अब, तीन संक्रमण श्रृंखलाओं के बीच, दूसरी संक्रमण श्रृंखला में तत्वों के परमाणु आकार पहली संक्रमण श्रृंखला में समान ऊर्ध्वाधर कॉलम से संबंधित तत्वों की तुलना में अधिक हैं। हालांकि, तीसरी संक्रमण श्रृंखला में तत्वों के परमाणु आकार वस्तुतः दूसरी संक्रमण श्रृंखला से संबंधित सदस्यों के समान होते हैं। यह लैंथेनाइड संकुचन के कारण होता है।

मुख्य बिंदु:

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: तीनों श्रेणियों में \( d \)-कक्षक भरने का क्रम समान है पर कुछ अपवाद (जैसे Cr, Cu, Mo, Pt) पाए जाते हैं।
• ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणियों में उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ अधिक स्थायी होती हैं।
• आयनन एन्थैल्पी: तृतीय संक्रमण श्रेणी के तत्वों की आयनन एन्थैल्पी लैंथेनाइड संकुचन के कारण अधिक होती है।
• परमाणु आकार: द्वितीय श्रेणी का आकार प्रथम से बड़ा होता है, लेकिन तृतीय श्रेणी का आकार लैंथेनाइड संकुचन के कारण द्वितीय श्रेणी के लगभग बराबर हो जाता है।

आम गलतियाँ:

• लैंथेनाइड संकुचन के प्रभाव को आकार और आयनन एन्थैल्पी में सही से न समझाना।
• संक्रमण श्रेणियों के अपवादात्मक विन्यासों को याद न रखना।

Exam Tips:

a) चारों बिंदुओं (i से iv) को अलग-अलग उप-शीर्षक के अंतर्गत स्पष्ट रूप से लिखें।
b) लैंथेनाइड संकुचन के परिणामों (आकार की समानता और उच्च IE) का उल्लेख अवश्य करें।

Question 4.36: निम्नलिखित आयनों में प्रत्येक के लिए \( 3d \) इलेक्ट्रॉनों की संख्या लिखिए-
\text{Ti}^{2+}, \text{V}^{2+}, \text{Cr}^{3+}, \text{Mn}^{2+}, \text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+}, \text{Co}^{2+}, \text{Ni}^{2+}, \text{Cu}^{2+}
आप इन जलीयोजित आयनों (अप्फलकीय) में पाँच \( 3d \) कक्षकों को किस प्रकार अधिग्रहीत करेंगे? दर्शाइए।

Answer:

विभिन्न आयनों के लिए \( d \)-इलेक्ट्रॉनों की संख्या और उनका \( t_{2g}, e_g \) कक्षकों में भरना निम्नलिखित है:
• \( \text{Ti}^{2+} : 2 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^2 \)
• \( \text{V}^{2+} : 3 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^3 \)
• \( \text{Cr}^{3+} : 3 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^3 \)
• \( \text{Mn}^{2+} : 5 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^3 e_g^2 \)
• \( \text{Fe}^{2+} : 6 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^4 e_g^2 \)
• \( \text{Fe}^{3+} : 5 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^3 e_g^2 \)
• \( \text{Co}^{2+} : 7 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^5 e_g^2 \)
• \( \text{Ni}^{2+} : 8 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^6 e_g^2 \)
• \( \text{Cu}^{2+} : 9 \text{ इलेक्ट्रॉन} \rightarrow t_{2g}^6 e_g^3 \)

मुख्य बिंदु:

• अष्टफलकीय संकुलों में \( d \)-कक्षक दो सेटों में विभाजित होते हैं: \( t_{2g} \) (कम ऊर्जा) और \( e_g \) (उच्च ऊर्जा)।
• इलेक्ट्रॉनों को आफबाऊ नियम और हुंड के नियम के अनुसार \( t_{2g} \) से पहले \( e_g \) में भरा जाता है (दुर्बल क्षेत्र लिगंडों के लिए)।
• \( d \) कक्षकों की संख्या 2 से लेकर 9 तक होती है।

आम गलतियाँ:

• \( t_{2g} \) और \( e_g \) कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों का वितरण गलत करना।
• आयनों के सही \( d \)-इलेक्ट्रॉन न गिन पाना।

Exam Tips:

a) सारणीबद्ध रूप में उत्तर दें जिससे धातु आयन, \( d \)-इलेक्ट्रॉन और उनका वितरण स्पष्ट दिखे।
b) अष्टफलकीय क्षेत्र में \( t_{2g} \) और \( e_g \) विभाजन का ध्यान रखें।

Question 4.37: प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्व भारी संक्रमण तत्वों से अनेक गुणों से भिन्नता प्रदर्शित करते हैं। टिप्पणी कीजिए।

Answer:

पहली संक्रमण श्रृंखला के तत्वों के गुण भारी संक्रमण तत्वों से भिन्न होते हैं:
• पहली संक्रमण श्रृंखला के तत्वों के परमाणु आकार भारी तत्वों (दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला के तत्व) की तुलना में छोटे होते हैं।
• हालांकि, तीसरी संक्रमण श्रृंखला में तत्वों के परमाणु आकार वस्तुतः दूसरी संक्रमण श्रृंखला से संबंधित सदस्यों के समान होते हैं। यह लैंथेनाइड संकुचन के कारण होता है।
• पहली संक्रमण श्रृंखला में तत्वों के लिए \( +2 \) और \( +3 \) ऑक्सीकरण अवस्था अधिक सामान्य हैं, जबकि उच्च ऑक्सीकरण अवस्था भारी तत्वों के लिए अधिक सामान्य है।
• पहली संक्रमण श्रृंखला के परमाणुकरण की एन्थैल्पी दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रृंखला से संबंधित तत्वों की तुलना में कम है।
• प्रथम संक्रमण श्रेणी के गलनांक और क्वथनांक भारी संक्रमण तत्वों की तुलना में कम होते हैं। यह मजबूत धातु बंधन (\(\text{M-M}\) बंधन) की घटना के कारण है। पहली संक्रमण श्रृंखला के तत्व लिगंड क्षेत्र की ताकत के आधार पर कम-स्पिन या उच्च-स्पिन संकुल का निर्माण करते हैं। हालांकि, भारी संक्रमण तत्व केवल कम-स्पिन संकुलों का निर्माण करते हैं, भले ही लिगंड क्षेत्र की ताकत कुछ भी हो।

मुख्य बिंदु:

• आकार: प्रथम श्रेणी के तत्व द्वितीय और तृतीय से छोटे होते हैं (लैंथेनाइड संकुचन के कारण द्वितीय व तृतीय लगभग समान हैं)।
• ऑक्सीकरण अवस्था: प्रथम श्रेणी में \( +2, +3 \) सामान्य हैं, जबकि भारी तत्वों में उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं अधिक स्थायी हैं।
• बंध सामर्थ्य: भारी संक्रमण तत्वों में \( \text{M-M} \) बंधन अधिक प्रबल होते हैं, जिससे उनके गलनांक और क्वथनांक उच्च होते हैं।

आम गलतियाँ:

• भारी और हल्के संक्रमण तत्वों के बीच आकार और गलनांक के अंतर को स्पष्ट न करना।
• लैंथेनाइड संकुचन के प्रभाव को नजरअंदाज करना।

Exam Tips:

a) बिंदुओं के रूप में (आकार, ऑक्सीकरण अवस्था, गलनांक/क्वथनांक, संकुल निर्माण) अंतर स्पष्ट करें।
b) भारी तत्वों में प्रबल \( \text{M-M} \) बंधन के प्रभाव का उल्लेख करें।

Question 4.38: निम्नलिखित संकुल स्पीशीज़ के चुंबकीय आघूर्णों के मान से आप क्या निष्कर्ष निकालेंगे?
उदाहरण \quad चुंबकीय आघूर्ण (BM)
\text{K}_4[\text{Mn(CN)}_6] \quad 2.2
[\text{Fe(H}_2\text{O)}_6]^{2+} \quad 5.3
\text{K}_2[\text{MnCl}_4] \quad 5.9

Answer:

चुंबकीय आघूर्ण \( (\mu) \) दिया गया है \( \mu = \sqrt{n(n+2)} \)
• \( n = 1 \) के मान के लिए, \( \mu = \sqrt{1(1+2)} = \sqrt{3} = 1.732 \)
• \( n = 2 \) के मान के लिए, \( \mu = \sqrt{2(2+2)} = \sqrt{8} = 2.83 \)
• \( n = 3 \) के मान के लिए, \( \mu = \sqrt{3(3+2)} = \sqrt{15} = 3.87 \)
• \( n = 4 \) के मान के लिए, \( \mu = \sqrt{4(4+2)} = \sqrt{24} = 4.899 \)
• \( n = 5 \) के मान के लिए, \( \mu = \sqrt{5(5+2)} = \sqrt{35} = 5.92 \)
• \( \text{K}_4[\text{Mn(CN)}_6] \):
संक्रमण धातुओं के लिए, चुंबकीय आघूर्ण की गणना केवल स्पिन सूत्र से की जाती है। इसलिए,
\( \sqrt{n(n+2)} = 2.2 \)
हम उपरोक्त गणना से देख सकते हैं कि दिया गया मान \( n = 1 \) के सबसे निकट है। साथ ही, इस संकुल में \( \text{Mn} + 2 \) ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि \( \text{Mn} \) के \( d \)-कक्षक में 5 इलेक्ट्रॉन हैं। अतः हम कह सकते हैं कि \( \text{CN}^- \) एक प्रबल क्षेत्र लिगंड है जो इलेक्ट्रॉनों के युग्म बनने का कारण बनता है।
• \( [\text{Fe(H}_2\text{O)}_6]^{2+} \):
\( \sqrt{n(n+2)} = 5.3 \)
हम उपरोक्त गणना से देख सकते हैं कि दिया गया मान \( n = 4 \) के सबसे निकट है। साथ ही, इस संकुल में \( \text{Fe} + 2 \) ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि \( \text{Fe} \) के \( d \)-कक्षक में 6 इलेक्ट्रॉन हैं। इसलिए, हम कह सकते हैं कि \( \text{H}_2\text{O} \) एक कमजोर क्षेत्र का लिगंड है और यह इलेक्ट्रॉनों के युग्म बनने का कारण नहीं बनता है।
• \( \text{K}_2[\text{MnCl}_4] \):
\( \sqrt{n(n+2)} = 5.9 \)
हम उपरोक्त गणना से देख सकते हैं कि दिया गया मान \( n = 5 \) के सबसे निकट है। साथ ही, इस संकुल में \( \text{Mn} + 2 \) ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि \( \text{Mn} \) के \( d \)-कक्षक में 5 इलेक्ट्रॉन हैं। इसलिए, हम कह सकते हैं कि \( \text{Cl}^- \) एक कमजोर क्षेत्र का लिगंड है और यह इलेक्ट्रॉनों के युग्म बनने का कारण नहीं बनता है।

मुख्य बिंदु:

• दिए गए चुंबकीय आघूर्ण (BM) मान से अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों (\( n \)) की संख्या ज्ञात की जाती है।
• प्रबल क्षेत्र लिगंड (जैसे \( \text{CN}^- \)) युग्मन (pairing) कराते हैं, जिससे अयुग्मित इलेक्ट्रॉन कम हो जाते हैं।
• दुर्बल क्षेत्र लिगंड (जैसे \( \text{H}_2\text{O}, \text{Cl}^- \)) युग्मन नहीं कराते हैं, जिससे अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या अधिकतम रहती है।

आम गलतियाँ:

• चुंबकीय आघूर्ण के मान से \( n \) का सही अनुमान न लगा पाना।
• प्रबल और दुर्बल लिगंड के प्रभाव (युग्मन करना या न करना) को गलत समझना।

Exam Tips:

a) पहले \( \mu = \sqrt{n(n+2)} \) के आधार पर \( n = 1, 2, 3, 4, 5 \) के मानों की सूची बना लें।
b) संकुल में धातु की ऑक्सीकरण अवस्था और लिगंड की प्रकृति का विश्लेषण स्पष्ट रूप से लिखें।