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आयनिक यौगिक: Difference between revisions

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सोडियम क्लोराइड की स्फटिक संरचना, NaCl, एक विशिष्ट आयनिक यौगिक। बैंगनी गोले सोडियम कैटायन , Na+ का प्रतिनिधित्व करते हैं, और हरे गोले क्लोराइड आयनों, Cl- का प्रतिनिधित्व करते हैं. पीले रंग के स्टीपल स्थिर वैद्युत विक्षेप बलों को दिखाते हैं।

रसायन विज्ञान में, आयनिक यौगिक एक रासायनिक यौगिक होता है जो आयनों से बना होता है जो कूलम्ब के नियम द्वारा आयनिक बंधन कहा जाता है। यौगिक समग्र रूप से तटस्थ है, लेकिन धनात्मक रूप से आवेशित आयनों को धनायन कहा जाता है और ऋणात्मक रूप से आवेशित आयनों को आयन कहा जाता है। ये साधारण आयन हो सकते हैं जैसे सोडियम क्लोराइड में सोडियम (Na+) और क्लोराइड (Cl−), या बहुपरमाणुक आयन प्रजाति जैसे अमोनियम कार्बोनेट में अमोनियम (NH+
4) और कार्बोनेट (CO2−
3) आयन। एक आयनिक यौगिक के भीतर व्यक्तिगत आयनों में सामान्यतः कई निकटतम प्रतिवेशी होते हैं, इसलिए उन्हें अणुओं का हिस्सा नहीं माना जाता है, बल्कि एक सतत त्रि-आयामी संजाल का हिस्सा माना जाता है। ठोस होने पर आयनिक यौगिक सामान्यतः स्फटिकीय संरचना बनाते हैं।

आयनिक यौगिकों में मूल आयन हीड्राकसीड (OH-) या ऑक्साइड (O2−) को आधारों के रूप में वर्गीकृत किया गया है। इन आयनों के बिना आयनिक यौगिकों को लवण (रसायन विज्ञान) के रूप में भी जाना जाता है और इसे अम्ल-क्षार अभिक्रिया द्वारा बनाया जा सकता है। आयनिक यौगिकों को उनके घटक आयनों से उनके विलायक, वाष्पीकरण (रसायन विज्ञान), हिमीकरण, एक ठोस अवस्था अभिक्रिया, या प्रतिक्रियाशील गैर-धातु जैसे हलोजन गैस के साथ प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला धातुओं के अतिसूक्ष्म परमाणु स्थानांतरण प्रतिक्रिया से भी उत्पादित किया जा सकता है। ।

आयनिक यौगिकों में सामान्यतः उच्च [[गलनांक]] और क्वथनांक होते हैं, और कठोरता और भंगुरता होती है। ठोस के रूप में वे लगभग हमेशा विसंवाहक (बिजली) होते हैं, लेकिन पिघलने या विघटन (रसायन विज्ञान) के उपरान्त वे अत्यधिक विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता बन जाते हैं, क्योंकि आयन गतिशील होते हैं।

खोज का इतिहास

आयन शब्द ग्रीक ἰόν, आयन, "गोइंग", का वर्तमान कृदंत ἰέναι, इनाई, "टु गो" है। यह शब्द भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ माइकल फैराडे द्वारा 1834 में तत्कालीन अज्ञात प्रजातियों के लिए प्रस्तुत किया गया था जो एक जलीय माध्यम से एक विद्युतग्र से दूसरे तक जाती हैं।[1][2]

ब्रैग द्वारा विकसित एक्स-रे वर्णक्रममापी

1913 में विलियम हेनरी ब्रैग और विलियम लॉरेंस ब्रैग द्वारा सोडियम क्लोराइड की स्फटिक संरचना निर्धारित की गई थी।[3][4][5] इससे पता चला कि प्रत्येक परमाणु के लिए छह समदूरस्थ समन्वय संख्या थे, यह दर्शाता है कि घटकों को अणुओं या परिमित समुच्चय में व्यवस्थित नहीं किया गया था, बल्कि लंबी दूरी के स्फटिक संरचना क्रम वाले संजाल के रूप में व्यवस्थित किया गया था।[5] कई अन्य अकार्बनिक यौगिक में भी समान संरचनात्मक विशेषताएं पाई गईं।[5] इन यौगिकों को जल्द ही तटस्थ परमाणुओं के स्थान पर आयनों के गठन के रूप में वर्णित किया गया था, लेकिन इस परिकल्पना का प्रमाण 1920 के दशक के मध्य तक नहीं मिला था, जब एक्स-रे परावर्तन प्रयोग (जो अतिसूक्ष्म परमाणुों के घनत्व का पता लगाते हैं) का प्रदर्शन किया जाता था।[5][6]

आयनिक स्फटिक संरचनाओं के एक सैद्धांतिक उपचार के विकास में प्रमुख योगदानकर्ताओं में मैक्स बोर्न, फ्रिट्ज हैबर, अल्फ्रेड लैंडे, इरविन मैडेलुंग, पॉल पीटर इवाल्ड और काज़िमिर्ज़ फ़ाइयेंस थे।[7] आयनिक घटकों की धारणा के आधार पर उत्पन्न हुई अनुमानित स्फटिक ऊर्जा, जिसने ऊष्मारसायन मापन के लिए आगे धारणा का समर्थन करते हुए अच्छी समतुल्यता दिखाई।[5]


गठन

White crystals form a mineral sample of halite, shown against a black backgroundथंब, सोडियम क्लोराइड का खनिज रूप, तब बनता है जब खारा पानी वाष्पित होकर आयनों को पीछे छोड़ देता है।

आयनिक यौगिकों को उनके संघटक आयनों से वाष्पीकरण, अवक्षेपण (रसायन विज्ञान), या हिमीकरण द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। प्रतिक्रियाशील धातु जैसे क्षार धातु एक आयनिक उत्पाद बनाने के लिए अत्यधिक वैद्युतीयऋणात्मकता हलोजन गैसों के साथ सीधे प्रतिक्रिया कर सकते हैं।[8] उन्हें ठोस पदार्थों के बीच उच्च तापमान प्रतिक्रिया के उत्पाद के रूप में भी संश्लेषित किया जा सकता है।[9]

यदि आयनिक यौगिक विलायक में घुलनशील है, तो इस वैद्युतअपघट्य विलयन (रसायन) से विलायक को वाष्पित करके ठोस यौगिक के रूप में प्राप्त किया जा सकता है।[10] जैसे ही विलायक वाष्पित होता है, आयन वाष्प में नहीं जाते, बल्कि शेष घोल में बने रहते हैं, और जब वे पर्याप्त रूप से सघन हो जाते हैं, तो केंद्रक होता है, और वे एक आयनिक यौगिक में स्फटिकीकृत हो जाते हैं। यह प्रक्रिया व्यापक रूप से प्रकृति में होती है और वाष्पित खनिजों के निर्माण का साधन है।[11] समाधान से यौगिक को पुनर्प्राप्त करने की एक अन्य विधि में उच्च तापमान पर एक समाधान को संतृप्त करना और फिर तापमान को कम करके घुलनशीलता को कम करना सम्मिलित है जब तक कि समाधान अतिसंतृप्त और ठोस यौगिक न्यूक्लियेट्स न हो।[10]

अघुलनशील आयनिक यौगिकों को दो विलयन, धनायन के साथ और आयनों के साथ मिलाकर अवक्षेपित किया जा सकता है। क्योंकि सभी समाधान विद्युत रूप से तटस्थ हैं, मिश्रित दो समाधानों में विपरीत आवेशों के प्रतिरूप भी होने चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये अवक्षेपित आयनिक यौगिक को दूषित नहीं करते हैं, और यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि वे अवक्षेपण भी न करें।[12] यदि दो समाधानों में हाइड्रोजन आयन और हाइड्रॉक्साइड आयन काउंटरियन के रूप में हैं, तो वे एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करेंगे जिसे पानी बनाने के लिए अम्ल-क्षार अभिक्रिया या एक निराकरण प्रतिक्रिया कहा जाता है।[13] वैकल्पिक रूप से काउंटरों को यह सुनिश्चित करने के लिए चुना जा सकता है कि एक समाधान में संयुक्त होने पर भी वे प्रेक्षक आयन के रूप में घुलनशील रहेंगे।[12]

यदि विलायक वाष्पीकरण या गठन की वर्षा विधि में पानी है, तो कई स्तिथियों में बनने वाले आयनिक स्फटिक में स्फटिकीकरण जल भी सम्मिलित होता है, इसलिए उत्पाद को हाइड्रेट के रूप में जाना जाता है, और इसमें बहुत भिन्न रासायनिक गुण हो सकते हैं।[14]

गतिल लवण अपने हिमांक बिन्दु से नीचे ठंडा होने पर जम जाएगा।[15] यह कभी-कभी ठोस अभिकारकों से जटिल आयनिक यौगिकों के ठोस-अवस्था संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है, जो पहले एक साथ पिघल जाते हैं।[16] अन्य स्तिथियों में, ठोस अभिकारकों को पिघलाने की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि वे ठोस-अवस्था प्रतिक्रिया मार्ग के माध्यम से प्रतिक्रिया कर सकते हैं। इस विधि में, अभिकारकों को बार-बार बारीक पीसकर एक लेपी बनाया जाता है और फिर एक ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है, जहां प्रतिवेशी अभिकारकों में आयन एक साथ फैल सकते हैं, जब तक कि अभिकारक मिश्रण भट्टी में रहता है।[9] अन्य कृत्रिम मार्ग गैर-वाष्पशील आयनों के सही रससमीकरणमितीय अनुपात के साथ एक ठोस अग्रदूत का उपयोग करते हैं, जिसे अन्य प्रजातियों को दूर करने के लिए गर्म किया जाता है।[9]

अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातुओं (सामान्यतः क्षार धातु या क्षारीय पृथ्वी धातु से) और अत्यधिक विद्युतीय हलोजन गैसों, या पानी के बीच कुछ प्रतिक्रियाओं में, परमाणुओं को अतिसूक्ष्म परमाणु हस्तांतरण द्वारा आयनित किया जा सकता है,[17] यह बोर्न-हैबर चक्र का उपयोग करके ऊष्मागतिक रूप से समझी जाने वाली प्रक्रिया है।[18]

आबन्धन

[[File:NaF.gif|300px|thumb|right|सोडियम फ्लोराइड बनाने के लिए अपचयोपचय प्रतिक्रिया से पारित होने वाले सोडियम और एक अधातु तत्त्व परमाणुओं का एक योजनाबद्ध [[अतिसूक्ष्म परमाणु कवच]] आरेख। सोडियम अपने बाहरी अतिसूक्ष्म परमाणु को एक स्थिर अतिसूक्ष्म परमाणु विन्यास देने के लिए खो देता है, और यह अतिसूक्ष्म परमाणु फ्लोरीन परमाणु में ऊष्माक्षेपी रूप से प्रवेश करता है। विपरीत रूप से आवेशित आयन - सामान्यतः उनमें से बहुत से - फिर एक ठोस बनाने के लिए एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं।]]

Main article: आयनिक आबन्धन

आयनिक यौगिकों में आयन मुख्य रूप से इन पिंडों के आवेश वितरण के बीच विद्युत बल, और विशेष रूप से, आयनों के शुद्ध ऋणात्मक आवेश और आयनों के शुद्ध धनात्मक आवेश के बीच लंबे समय तक चलने वाले कूलम्ब के नियम आकर्षण से उत्पन्न आयनिक बंधन द्वारा एक साथ रखे जाते हैं।[19] वान्डरवाल्स अन्योन्य क्रिया से एक छोटा सा अतिरिक्त आकर्षक बल भी है जो छोटे आयनों के लिए लगभग 1-2% संसजक ऊर्जा का योगदान देता है।[20] जब आयनों की एक जोड़ी उनके रासायनिक संयोजन आवरण अतिसूक्ष्म परमाणु गोले (सबसे सरल आयनों के गोले बंद होते हैं) को अतिछादित करने के लिए पर्याप्त रूप से करीब आते हैं, तो एक छोटी दूरी की प्रतिकारक शक्ति उत्पन्न होती है,[21] पाउली अपवर्जन सिद्धांत के कारण।[22] जब नाभिक एक विशिष्ट संतुलन दूरी से अलग हो जाते हैं तो इन बलों के बीच संतुलन न्यूनतम ऊर्जा के साथ संभावित ऊर्जा की ओर जाता है।[21]

यदि दो परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना एक दूसरे की उपस्थिति से प्रभावित होती है, तो सहसंयोजक अन्योन्यक्रिया (गैर-आयनिक) भी गठित यौगिक की समग्र ऊर्जा में योगदान करती है।[23] आयनिक यौगिक संभवतः ही कभी पूरी तरह से आयनिक होते हैं, यानी केवल स्थिर वैद्युत विक्षेप बलों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। सीज़ियम फ्लोराइड जैसे सबसे अधिक ऋण विद्युती/विद्युत् घनात्मक जोड़े के बीच के बंधन सहसंयोजक बंधन की एक छोटी सी घात प्रदर्शित करते हैं।[24][25] इसके विपरीत, असमान परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन प्रायः कुछ आवेश पृथक्करण प्रदर्शित करते हैं और इसे आंशिक आयनिक वर्ण माना जा सकता है।[23] जिन परिस्थितियों में एक यौगिक में आयनिक या सहसंयोजक चरित्र होगा, उसे सामान्यतः फजन्स के नियमों का उपयोग करके समझा जा सकता है, जो केवल आवेशों और प्रत्येक आयन के आकार का उपयोग करते हैं। इन नियमों के अनुसार, सबसे अधिक आयनिक वर्ण वाले यौगिकों में कम आवेश वाले बड़े धनात्मक आयन होंगे, जो एक उच्च आवेश वाले छोटे ऋणात्मक आयन से बंधे होंगे।[26] अधिक सामान्यतः एचएसएबी सिद्धांत को लागू किया जा सकता है, जिससे सबसे अधिक आयनिक चरित्र वाले यौगिक छोटे, अत्यधिक आवेशित आयन, आयनों और कैटायन के बीच ऋण विद्युती में उच्च अंतर के साथ कठोर अम्ल और कठोर आधारों से युक्त होते हैं।[27][28] वैद्युतीयऋणात्मकता में इस अंतर का अर्थ है कि आवेश पृथक्करण, और परिणामी द्विध्रुवीय क्षण तब भी बना रहता है जब आयन संपर्क में होते हैं (आयनों पर अतिरिक्त अतिसूक्ष्म परमाणुों को स्थानांतरित नहीं किया जाता है या धनायनों को बेअसर करने के लिए ध्रुवीकृत नहीं किया जाता है)।[29]

संरचना

जस्ता मिश्रण संरचना की इकाई कोशिका

आयन सामान्यतः अत्यधिक नियमित स्फटिकीय संरचनाओं में संविष्ट होते हैं, एक ऐसी व्यवस्था में जो जालक ऊर्जा को कम करता है (आकर्षण को अधिकतम करता है और प्रतिकर्षण को कम करता है)। जालक ऊर्जा अन्य सभी स्थलों के साथ सभी स्थलों के पारस्परिक प्रभाव का संकलन है। अध्रुवीय गोलाकार आयनों के लिए, स्थिर वैद्युत विक्षेप पारस्परिक प्रभाव ऊर्जा को निर्धारित करने के लिए केवल आवेशों और दूरियों की आवश्यकता होती है। किसी विशेष आदर्श स्फटिक संरचना के लिए, सभी दूरी ज्यामितीय रूप से सबसे छोटी आंतरिक दूरी से संबंधित होती हैं। तो प्रत्येक संभावित स्फटिक संरचना के लिए, कुल स्थिर वैद्युत विक्षेप ऊर्जा को मैडेलुंग स्थिरांक नामक गुणक स्थिरांक द्वारा निकटतम प्रतिवेशी दूरी पर इकाई आवेशों की स्थिर वैद्युत विक्षेप ऊर्जा से संबंधित किया जा सकता है।[21] जिसे इवाल्ड योग का उपयोग करके कुशलतापूर्वक गणना की जा सकती है।[30] जब अतिरिक्त प्रतिकूल ऊर्जा के लिए एक उचित रूप ग्रहण किया जाता है, तो बोर्न-लैंडे समीकरण, बोर्न-मेयर समीकरण, या संरचनात्मक जानकारी के अभाव में, कपुस्टिंस्की समीकरण का उपयोग करके कुल जालक ऊर्जा का प्रतिरूप तैयार किया जा सकता है। [31][32]

अभेद्य कठिन क्षेत्रों के रूप में आयनों के एक और भी सरल सन्निकटन का उपयोग करते हुए, गोलाकारों की संलग्न-संकुलन व्यवस्था, चतुष्फलकीय या अष्टफलकीय अंतरालीय स्थलों पर कब्जा करने के साथ इन प्रणालियों में आयनों की व्यवस्था प्रायः समान क्षेत्रों के संलग्न-संकुलन से संबंधित होती है।[33][34] आयनिक यौगिक के रससमीकरणमिति के आधार पर, और धनायन और आयनों के समन्वय क्षेत्र (मुख्य रूप से कैटायन-आयन त्रिज्या अनुपात द्वारा निर्धारित), विभिन्न प्रकार की संरचनाएं सामान्यतः देखी जाती हैं और पॉलिंग के नियमों द्वारा सैद्धांतिक रूप से युक्तिसंगत करे जाते हैं। [35] [36]

क्लोज़-पैक्ड आयनों के साथ सामान्य आयनिक यौगिक संरचनाएँ[35]
रससमीकरणमिति धनायन: ऋणायन

समन्वय

अंतराकाशी स्थल ऋणायन की घनीय निविड संकुलन ऋणायनों की षटकोणीय निविड संकुलन
अधिरोधण समीक्षात्मक त्रिज्या

अनुपात

नाम मैडैलुंग नियतांक नाम मैडैलुंग नियतांक
MX 6:6 सभी अष्टभुजाकार 0.4142[33] सोडियम क्लोराइड 1.747565[37] निकैलिन <1.73[lower-alpha 1][38]
4:4 वैकल्पिक चतुष्फलकीय 0.2247[39] यशद ब्लैंड 1.6381[37] वुर्ट्जाइट 1.641[5]
MX2 8:4 सभी चतुष्फलकीय 0.2247 फ्लुओराइट 5.03878[40]
6:3 अर्द्ध अष्टभुजाकार (वैकल्पिक परतें पूर्णतः व्याप्त) 0.4142 कैडमियम क्लोराइड 5.61[41] कैडिमियम आयोडाइड 4.71[40]
MX3 6:2 एक-तिहाई अष्टभुजाकार 0.4142 रोडियम(III) पिष्टोक्ति[lower-alpha 2][42][43] 6.67[44][lower-alpha 3] बिस्मथआयोडाइड 8.26[44][lower-alpha 4]
M2X3 6:4 दो-तिहाई अष्टभुजाकार 0.4142 कुरूबिन्द 25.0312[40]
ABO3 दो-तिहाई अष्टभुजाकार 0.4142 इल्मेनाइट शुल्क और संरचना पर निर्भर करता है [lower-alpha 5]
AB2O4 एक-आठवाँ चतुष्फलकीय और एक-अर्द्ध अष्टभुजाकार rA/rO = 0.2247,
rB/rO = 0.4142[lower-alpha 6]		 स्पिनेल, व्युत्क्रम स्पिनेल स्थल वितरण कैटायन पर निर्भर करता है[47][48][49] ऑलिवीन कैटायन स्थल वितरण पर निर्भर करता है[50]

कुछ स्तिथियों में, आयन एक साधारण क्यूबिक संकुलन पर ले जाते हैं और परिणामी सामान्य संरचनाएँ देखी जाती हैं:

साधारण घन संकुलित आयनों के साथ सामान्य आयनिक यौगिक संरचनाएँ[43]
रससमीकरणमिति धनायन: ऋणायन

समन्वय

अंतराकाशी स्थल अधिकृत उदाहरण संरचना
नाम समीक्षात्मक त्रिज्या अनुपात मैडैलुंग नियतांक
MX 8:8 सम्पूर्णतया भरित सीज़ियम विरंजक 0.7321[51] 1.762675[37]
MX2 8:4 अर्ध भरित चूर्णातु फ्लोराइड
M2X 4:8 अर्ध भरित लिथियम ऑक्साइड

कुछ आयनिक तरल पदार्थ, विशेष रूप से आयनों या धनायनों के मिश्रण के साथ, इतनी तेजी से ठंडा किया जा सकता है कि स्फटिक केंद्रक होने के लिए पर्याप्त समय नहीं है, इसलिए एक आयनिक खुर्दबीन बनता है (बिना किसी लंबी दूरी के क्रम के)।[52]


दोष

Diagram of charged ions with a positive ion out of place in the structure
फ्रेन्केल दोष
Diagram of charged ions with a positive and negative missing from the structure
शॉटकी दोष
See also: क्रिस्टलोग्राफिक दोष

एक आयनिक स्फटिक के भीतर सामान्यतः कुछ बिंदु दोष होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रोन्यूट्रलिटी बनाए रखने के लिए ये दोष जोड़े में आते हैं।[53] फ्रेनकेल दोषों में एक कैटायन रिक्तिका होती है जो एक केशन अंतराकाशी के साथ बनती है और स्फटिक के परिमाण में कहीं भी उत्पन्न हो सकती है,[53]सामान्यतः कम समन्वय संख्या वाले यौगिकों और आयनों की तुलना में बहुत छोटे धनायनों में होता है।[54]शॉट्की दोषों में प्रत्येक प्रकार की एक रिक्ति होती है, और एक स्फटिक की सतहों पर उत्पन्न होती है,[53] सामान्यतः उच्च समन्वय संख्या वाले यौगिकों में होता है और जब ऋणायन और धनायन समान आकार के होते हैं।[54] यदि धनायन में कई संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाएँ हैं, तो उच्च ऑक्सीकरण संख्या वाले धनायन स्थलों पर अतिसूक्ष्म परमाणु की कमी की भरपाई के लिए धनायन रिक्तियों के लिए संभव है, जिसके परिणामस्वरूप एक अरससमीकरणमितीय यौगिक होता है।[53] एक अन्य अरससमीकरणमितीय संभावना एक एफ-केंद्र का गठन है, एक मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणु जो एक आयनों की रिक्ति पर कब्जा कर रहा है।[55] जब यौगिक में तीन या अधिक आयनिक घटक होते हैं, तो और भी अधिक दोष प्रकार संभव होते हैं।[53] ये सभी बिंदु दोष ऊष्मीय कंपन के माध्यम से उत्पन्न हो सकते हैं और और इनके पास ऊष्मागतिक संतुलन एकाग्रता है। क्योंकि वे ऊर्जावान रूप से महंगे हैं लेकिन एन्ट्रापी फायदेमंद हैं, वे उच्च तापमान पर अधिक एकाग्रता में होते हैं। एक बार उत्पन्न होने के बाद, जालक स्थलों के बीच रुककर दोषों के ये जोड़े अधिकतर एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से फैल सकते हैं। यह दोष गतिशीलता एक आयनिक स्फटिक के भीतर अधिकांश परिवहन घटनाओं का स्रोत है, जिसमें प्रसार और ठोस अवस्था आयनिक चालकता सम्मिलित है।[53] जब रिक्तियां अंतराकाशी (फ्रेनकेल) से टकराती हैं, तो वे एक दूसरे को फिर से जोड़ सकते हैं और नष्ट कर सकते हैं। इसी तरह, स्फटिक (शॉटकी) की सतह तक पहुंचने पर रिक्तियां हटा दी जाती हैं। स्फटिक संरचना में दोष सामान्यतः जालक मापदंडों का विस्तार करते हैं, जिससे स्फटिक का समग्र घनत्व कम हो जाता है।[53]दोषों के परिणामस्वरूप अलग-अलग स्थानीय वातावरण में आयन होते हैं, जो विशेष रूप से जालक स्थलों का आदान-प्रदान करने वाले विभिन्न उद्धरणों की स्तिथि में एक अलग स्फटिक स्थल सिद्धांत का अनुभव करने का कारण बनता है।[53]इसका परिणाम डी-अतिसूक्ष्म परमाणु कक्षीय के एक अलग स्फटिक-स्थल विभाजन मापदण्ड में होता है, ताकि दृक् अवशोषण (और इसलिए रंग) दोष एकाग्रता के साथ बदल सके।[53]


गुण

अम्लता/क्षारकता

हाइड्रोजन आयन युक्त आयनिक यौगिक (H+) को अम्ल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, और वे जिनमें विद्युत् घनात्मकिटी केशन [56] और बुनियादी आयन आयन हाइड्रॉक्साइड (OH-) या ऑक्साइड (O2−) होते हैं उनको आधारों के रूप में वर्गीकृत किया गया है। अन्य आयनिक यौगिकों को लवण (रसायन विज्ञान) के रूप में जाना जाता है और इसे अम्ल-क्षार अभिक्रिया द्वारा बनाया जा सकता है।[57] यदि यौगिक एक शक्तिशालि अम्ल और एक शक्तिहीन आधार के बीच प्रतिक्रिया का परिणाम है, तो परिणाम एक अम्लीय लवण है। यदि यह एक शक्तिशालि आधार और एक शक्तिहीन अम्ल के बीच प्रतिक्रिया का परिणाम है, तो परिणाम एक मूल लवण है। यदि यह एक शक्तिशालि अम्ल और एक शक्तिशालि आधार के बीच प्रतिक्रिया का परिणाम है, तो परिणाम एक तटस्थ लवण है। शक्तिहीन आधारों के साथ प्रतिक्रिया करने वाले शक्तिहीन अम्ल, अम्मोणिउम असेटट जैसे संयुग्मित आधार आयन और संयुग्मित अम्ल आयन दोनों के साथ आयनिक यौगिकों का उत्पादन कर सकते हैं।

कुछ आयनों को उभयधर्मिता के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो अम्ल या आधार के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं।[58] यह आयनिक चरित्र वाले कुछ यौगिकों के बारे में भी सच है, सामान्यतः कम-विद्युत् घनात्मक धातुओं के ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड (इसलिए यौगिक में भी महत्वपूर्ण सहसंयोजक चरित्र होता है), जैसे कि ज़िंक ऑक्साइड, एल्यूमीनियम हाइड्रोक्साइड,अल्यूमिनियम ऑक्साइड और लेड (II) ऑक्साइड।[59]


गलनांक और क्वथनांक

आवेश अधिक होने पर कणों के बीच स्थिर वैद्युत विक्षेप बल सबसे शक्तिशालि होते हैं, और आयनों के नाभिक के बीच की दूरी कम होती है। ऐसे स्तिथियों में, यौगिकों में सामान्यतः बहुत अधिक गलनांक और क्वथनांक और कम वाष्प दबाव होता है।[60] जब संरचना और आयनिक आकार अनुपात को ध्यान में रखा जाता है तो गलनांक के रुझानों को और भी बेहतर ढंग से समझाया जा सकता है।[61] उनके गलनांक के ऊपर आयनिक ठोस पिघल जाते हैं और पिघले हुए लवण बन जाते हैं (हालांकि कुछ आयनिक यौगिक जैसे एल्यूमीनियम क्लोराइड और लोहा (III) क्लोराइड तरल चरण में अणु जैसी संरचना दिखाते हैं)।[62] साधारण आयनों वाले अकार्बनिक यौगिकों में सामान्यतः छोटे आयन होते हैं, और इस प्रकार उच्च गलनांक होते हैं, इसलिए कमरे के तापमान पर ठोस होते हैं। हालांकि, बड़े आयनों वाले कुछ पदार्थों का गलनांक कमरे के तापमान के नीचे या उसके निकट होता है (प्रायः इसे 100 °C तक परिभाषित किया जाता है), और इन्हें आयनिक तरल पदार्थ कहा जाता है।[63] आयनिक तरल पदार्थों में आयनों में प्रायः असमान आवेश वितरण होते हैं, या हाइड्रोकार्बन श्रृंखला जैसे भारी पदार्थ होते हैं, जो परस्पर क्रिया की शक्ति और पिघलने की प्रवृत्ति को निर्धारित करने में भी भूमिका निभाते हैं।[64]

यहां तक ​​​​कि जब एक आयनिक ठोस की स्थानीय संरचना और बंधन इसे पिघलाने के लिए पर्याप्त रूप से बाधित हो जाता है, तब भी तरल को एक साथ रखने और गैस चरण बनाने के लिए उबलते हुए आयनों को रोकने के अन्वयाकर्षण की लंबी दूरी की स्थिर वैद्युत विक्षेप ताकतें होती हैं।[65] इसका मतलब यह है कि कमरे के तापमान वाले आयनिक तरल पदार्थों में वाष्प का दबाव कम होता है, और उबालने के लिए काफी अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।[65] क्वथनांक आयनों के आकार और अन्य अंतःक्रियाओं की शक्ति के संदर्भ में गलनांक के समान रुझान प्रदर्शित करते हैं।[65] वाष्पीकृत होने पर, आयन अभी भी एक दूसरे से मुक्त नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, वाष्प चरण में सोडियम क्लोराइड डायटोमिक अणुओं के रूप में उपस्थित होता है।[66]


भंगुरता

अधिकांश आयनिक यौगिक बहुत भंगुर होते हैं। एक बार जब वे अपनी ताकत की सीमा तक पहुँच जाते हैं, तो वे आघात वर्धनीयता को ख़राब नहीं कर सकते, क्योंकि सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के कड़े संरेखण को बनाए रखना चाहिए। इसके स्थान पर सामग्री विपाटन (स्फटिक) के माध्यम से विभंजन से होकर जाती है।[67] जैसा कि तापमान ऊंचा होता है (सामान्यतः गलनांक के करीब) तब तन्य-भंगुर संक्रमण घटित होता है, और संधि च्युति की गति से सुघट्य प्रवाह संभव हो जाता है।[67][68]


संपीड्यता

एक आयनिक यौगिक की संपीड्यता दृढ़ता से इसकी संरचना और विशेष रूप से समन्वय संख्या द्वारा निर्धारित होती है। उदाहरण के लिए, सीज़ियम क्लोराइड संरचना (समन्वय संख्या 8) वाले हलाइड्स सोडियम क्लोराइड संरचना (समन्वय संख्या 6) की तुलना में कम संकुचित होते हैं, और समन्वय संख्या 4 वाले लोगों की तुलना में कम होते हैं।[69]


घुलनशीलता

जब आयनिक यौगिकों का विघटन (रसायन विज्ञान), अलग-अलग आयनों का पृथक्करण (रसायन विज्ञान) होता है और विलायक द्वारा सोलेशन किया जाता है और परिणामी घोल में फैल जाता है।[70] क्योंकि घुलने पर आयन घोल में छोड़े जाते हैं, और आवेश का संचालन कर सकते हैं, घुलनशील आयनिक यौगिक शक्तिशालि वैद्युतअपघट्य का सबसे सामान्य वर्ग है, और उनके समाधान में उच्च विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता होती है।[71]

तापमान के एक फलन के रूप में विभिन्न प्रकार के आयनिक यौगिकों की जलीय घुलनशीलता। असामान्य घुलनशीलता व्यवहार प्रदर्शित करने वाले कुछ यौगिकों को सम्मिलित किया गया है।

घुलनशीलता ध्रुवीय सॉल्वैंट्स (जैसे पानी) या आयनिक तरल पदार्थों में सबसे अधिक होती है, लेकिन ध्रुवीय विलायक (जैसे [[पेट्रोल]]/गैसोलीन) में कम होती है।[72] यह मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि परिणामी आयन-द्विध्रुवीय और आयन-द्विध्रुवीय अन्योन्यक्रियाएँ आयन-प्रेरित द्विध्रुव अंतःक्रियाओं की तुलना में काफी अधिक शक्तिशालि होती हैं, इसलिए विलयन का एन्थैल्पी परिवर्तन अधिक होता है। जब ठोस आयनिक जालक में विपरीत रूप से आवेशित आयन एक ध्रुवीय अणु के विपरीत ध्रुव से घिरे होते हैं, तो ठोस आयन जालक से बाहर निकलकर तरल में चले जाते हैं। यदि विलायक ऊर्जा जालक ऊर्जा से अधिक हो जाती है, तो विलयन का ऋणात्मक नेट एन्थैल्पी परिवर्तन आयनों को स्फटिक में उनकी स्थिति से हटाने और द्रव में घुलने के लिए एक ऊष्मागतिक अंतर्नोद प्रदान करता है। इसके अलावा, आयनिक यौगिकों जैसे अधिकांश ठोस विलेय के लिए मिश्रण की एन्ट्रापी सामान्यतः सकारात्मक होती है, जिसका अर्थ है कि तापमान बढ़ने पर उनकी घुलनशीलता बढ़ जाती है।[73] कुछ असामान्य आयनिक यौगिक हैं जैसे कि सेरियम (III) सल्फेट, जहां यह एन्ट्रॉपी परिवर्तन ऋणात्मक है, समाधान पर पानी में प्रेरित अतिरिक्त आदेश के कारण, और घुलनशीलता तापमान के साथ घट जाती है।[73]

विद्युत चालकता

हालांकि आयनिक यौगिकों में आवेशित परमाणु या समूह होते हैं, लेकिन पदार्थ के ठोस होने पर इन सामग्रियों में सामान्यतः किसी भी महत्वपूर्ण सीमा तक विद्युत चालकता नहीं होती है। आचरण करने के लिए, आवेशित कणों को स्फटिक संरचना में स्थिर होने के स्थान पर विद्युत गतिशीलता होना चाहिए। यह उच्च तापमान पर कुछ हद तक प्राप्त किया जाता है जब दोष एकाग्रता आयनिक गतिशीलता को बढ़ाती है और ठोस अवस्था आयनिक चालकता देखी जाती है। जब आयनिक यौगिक विलयन (रसायन) होते हैं या तरल में पिघल जाते हैं, तो वे विद्युत का संचालन कर सकते हैं क्योंकि आयन पूरी तरह से गतिशील हो जाते हैं।[74] घुलने या पिघलने पर यह चालकता लाभ कभी-कभी आयनिक यौगिकों की परिभाषित विशेषता के रूप में उपयोग किया जाता है।[75]

कुछ असामान्य आयनिक यौगिकों में: तेज़ आयन निदेशक, और आयनिक ग्लास,[52] एक या अधिक आयनिक घटकों में एक महत्वपूर्ण गतिशीलता होती है, जिससे चालकता की अनुमति मिलती है, जबकि सामग्री समग्र रूप से ठोस रहती है।[76] यह प्रायः अत्यधिक तापमान पर निर्भर होता है, और यह चरण परिवर्तन या उच्च दोष एकाग्रता का परिणाम हो सकता है।[76] इन सामग्रियों का उपयोग सभी ठोस-अवस्था सुपरकैपेसिटर , बैटरी (बिजली), और ईंधन सेल, और विभिन्न प्रकार के रासायनिक अधिशोधन में किया जाता है।[77][78]


रंग

blue powder on a watch glass
निर्जल कोबाल्ट(II) विरंजक,
CoCl2
a pile of red granules on white paper
कोबाल्ट(II) विरंजक हैक्साहाइड्राइट,
CoCl2·6H2O
See also: रसायनों का रंग

रासायनिक लवणों का रंग प्रायः रासायनिक आयनों के रंग से भिन्न होता है, जलीय विलयन में घटक आयन होते हैं,[79] या उसी यौगिक का जलयोजित रूप होते हैं।[14]

सबसे अधिक आयनिक वर्ण वाले आबंध वाले यौगिकों में आयन रंगहीन होते हैं (वर्णक्रम के पराबैंगनी भाग में एक अवशोषण वर्णक्रम के साथ)।[80] कम आयनिक वर्ण वाले यौगिकों में, उनका रंग पीले, नारंगी, लाल और काले रंग के माध्यम से गहरा होता है (क्योंकि अवशोषण वर्णक्रम दृश्यमान वर्णक्रम में लंबी तरंग दैर्ध्य में बदल जाता है)। [80]

साधारण धनायन का अवशोषण वर्णक्रम एक छोटी तरंग दैर्ध्य की ओर जाता है जब वे अधिक सहसंयोजक अंतःक्रियाओं में सम्मिलित होते हैं।[80] यह धातु आयनों के विलयन के दौरान होता है, इसलिए रंगहीन निर्जल आयनिक यौगिक अवरक्त में अवशोषित आयनों के साथ विलयन में रंगीन हो सकते हैं।[80]

उपयोग

आयनिक यौगिकों के लंबे समय से उपयोग और अनुप्रयोगों की एक विस्तृत विविधता रही है। कई खनिज आयनिक होते हैं।[81] मनुष्यों ने 8000 से अधिक वर्षों के लिए आम लवण (सोडियम क्लोराइड) को संसाधित किया है, इसका उपयोग पहले भोजन के संशोषण और परिरक्षक के रूप में किया जाता है, और अब विनिर्माण, कृषि, जल कंडीशनिंग, डी-आइसिंग सड़कों और कई अन्य उपयोगों के लिए भी किया जाता है।[82] कई आयनिक यौगिक समाज में इतने व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं कि वे अपनी रासायनिक पहचान से असंबंधित सामान्य नामों से जाने जाते हैं। इसके उदाहरणों में बोरेक्रस, कैलौमेल , मैग्नीशिया का दूध, मूरियाटिक अम्ल, विट्रियल का तेल, शोरा और बुझा हुआ चूना सम्मिलित हैं।[83]

वैद्युतअपघट्य समाधान प्रदान करने के लिए लवण जैसे घुलनशील आयनिक यौगिकों को आसानी से भंग किया जा सकता है। यह एकाग्रता और आयनिक शक्ति को नियंत्रित करने का एक आसान तरीका है। विलेय की सांद्रता आसमाटिक दबाव को बढ़ाने और हिमांक-बिंदु अवसाद और क्वथनांक-उन्नयन सहित कई संपार्श्विक गुणों को प्रभावित करती है।[84] चूँकि विलेय आवेशित आयन होते हैं इसलिए वे विलयन की विद्युत चालकता भी बढ़ाते हैं।[85] बढ़ी हुई आयनिक शक्ति कोलाइडल कणों के चारों ओर विद्युत दोहरी परत की मोटाई को कम करती है, और इसलिए पायसन और निलंबन (रसायन) की स्थिरता होती है।[86]

जोड़े गए आयनों की रासायनिक पहचान भी कई उपयोगों में महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, फ्लोराइड युक्त यौगिकों को पानी के फ्लोराइडेशन के लिए फ्लोराइड आयनों की आपूर्ति के लिए भंग कर दिया जाता है।[87]

ठोस आयनिक यौगिकों को लंबे समय से पेंट वर्णक के रूप में उपयोग किया जाता है, और कार्बनिक सॉल्वैंट्स के प्रतिरोधी होते हैं, लेकिन अम्लता या मूलभूतता के प्रति संवेदनशील होते हैं।[88] 1801 के बाद से आतिशबाज़ी बनाने वालों ने आतिशबाज़ी में रंग के स्रोत के रूप में वर्णित और व्यापक रूप से धातु युक्त आयनिक यौगिकों का उपयोग किया है।[89] तीव्र ताप के तहत, धातु के आयनों या छोटे अणुओं में अतिसूक्ष्म परमाणु उत्तेजित हो सकते हैं।[90] ये अतिसूक्ष्म परमाणु बाद में कम ऊर्जा वाले अवस्थाों में लौटते हैं, और उपस्थित प्रजातियों के रंग वर्णक्रम विशेषता के साथ प्रकाश छोड़ते हैं।[91][92]

रसायन विज्ञान में, आयनिक यौगिकों को प्रायः उच्च तापमान ठोस-अवस्था संश्लेषण के लिए अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जाता है।[93]

कई धातुएं अयस्कों के भीतर आयनिक यौगिकों के रूप में भूगर्भीय रूप से सबसे अधिक प्रचुर मात्रा में हैं।[94] रासायनिक तत्व सामग्री प्राप्त करने के लिए, इन अयस्कों को गलाने या विद्युत् अपघटन द्वारा संसाधित किया जाता है, जिसमें अपचयोपचय प्रतिक्रियाएं होती हैं (प्रायः कार्बन जैसे कम करने वाले एजेंट के साथ) जैसे कि धातु के आयन अतिसूक्ष्म परमाणुों को तटस्थ परमाणु बनने के लिए प्राप्त करते हैं।[95][96]


नामपद्धति

See also: IUPAC अकार्बनिक रसायन शास्त्र की नामपद्धति

आईयूपीएसी द्वारा अनुशंसित नामपद्धति के अनुसार, आयनिक यौगिकों को उनकी संघटक के अनुसार नामित किया जाता है, उनकी संरचना के अनुसार नहीं।[97] युग्मक आयनिक यौगिक की सबसे सरल स्तिथि में आरोपों के बारे में कोई संभावित अस्पष्टता नहीं है और इस प्रकार रससमीकरणमिति, सामान्य नाम दो शब्दों का उपयोग करके लिखा गया है।[98] धनायन का नाम (एकपरमाणुक धनायनों के लिए असंशोधित तत्व नाम) पहले आता है, उसके बाद ऋणायन का नाम आता है।[99][100] उदाहरण के लिए, MgCl2 मैग्नीशियम क्लोराइड नाम दिया गया है, और Na2SO4 सोडियम सल्फेट नाम दिया गया है (SO2−
4, सल्फेट, बहुपरमाणुक आयन का एक उदाहरण है)। इन नामों से अनुभवजन्य सूत्र प्राप्त करने के लिए, रससमीकरणमिति को आयनों पर आवेशों और समग्र आवेश तटस्थता की आवश्यकता से घटाया जा सकता है।[101]

यदि कई अलग-अलग धनायन और/या ऋणायन हैं, तो बहुगुणक उपसर्ग (डाई-, ट्राईi-, टेट्रा-, ...) प्रायः सापेक्ष रचनाओं को इंगित करने के लिए आवश्यक होते हैं,[102] और धनायन तो ऋणायन वर्णानुक्रम में सूचीबद्ध हैं।[103] उदाहरण के लिए, KMgCl3 इसे K2MgCl4 से अलग करने के लिए मैग्नीशियम पोटेशियम ट्राइक्लोराइड नाम दिया गया है, मैग्नीशियम डिपोटेशियम टेट्राक्लोराइड[104] (ध्यान दें कि अनुभवजन्य सूत्र और लिखित नाम दोनों में, धनायन वर्णानुक्रम में दिखाई देते हैं, लेकिन उनके बीच क्रम भिन्न होता है क्योंकि दहातु के लिए प्रतीक (रसायन विज्ञान) K है)।[105] जब आयनों में से किसी एक के नाम में पहले से गुणक उपसर्ग होता है, तो वैकल्पिक गुणक उपसर्ग (बिस-, टिस-, टेट्राटिस-, ...) का उपयोग किया जाता है।[106] उदाहरण के लिए, बा (BrF4)2 बेरियम बीआईएस (टेट्राफ्लुओरिडोब्रोमेट) नाम दिया गया है।[107]

एक या एक से अधिक तत्वों वाले यौगिक जो विभिन्न आवेश/ऑक्सीकरण अवस्थाओं में उपस्थित हो सकते हैं, में एक रससमीकरणमिति होगी जो समग्र तटस्थता सुनिश्चित करने के लिए ऑक्सीकरण अवस्थाओं पर निर्भर करती है। इसे या तो उपस्थित तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्था या आयनों पर आवेश को निर्दिष्ट करके नाम में इंगित किया जा सकता है।[107] ऑक्सीकरण अवस्थाओं के आवंटन में अस्पष्टता के जोखिम के कारण, IUPAC आयनिक आवेश संख्याओं के प्रत्यक्ष संकेत को प्राथमिकता देता है।[107] इन्हें एक अरबी अंकों के पूर्णांक के रूप में लिखा जाता है, जिसके बाद चिह्न (... , 2−, 1−, 1+, 2+, ...) कोष्ठक में सीधे धनायन के नाम के बाद लिखा जाता है (उन्हें अलग करने के लिए कोई स्थान नहीं है) .[107] उदाहरण के लिए, FeSO4 आयरन (2+) सल्फेट नाम दिया गया है (Fe2+ आयन सल्फेट आयन पर 2− आवेश को संतुलित करते हैं), जबकि Fe2(SO4)3 आयरन (3+) सल्फेट नाम दिया गया है (क्योंकि प्रत्येक सूत्र इकाई में दो लोहे के आयनों में 3+ का प्रभार होता है, तीन सल्फेट आयनों में से प्रत्येक पर 2− को संतुलित करने के लिए)।[107] स्टॉक नामपद्धति, अभी भी सामान्य उपयोग में है, रोमन अंकों (... , -II, -I, 0, I, II, ...) में ऑक्सीकरण संख्या लिखता है। तो ऊपर दिए गए उदाहरणों का नाम क्रमशः आयरन (II) सल्फेट और आयरन (III) सल्फेट होगा।[108] सरल आयनों के लिए आयनिक आवेश और ऑक्सीकरण संख्या समान होती है, लेकिन बहुपरमाणुक आयनों के लिए वे प्रायः भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, यूरेनिल (2+) आयन, UO2+
2, +6 की ऑक्सीकरण स्थिति में यूरेनियम है, इसलिए इसे स्टॉक नामपद्धति में डाइऑक्सौरेनियम (VI) आयन कहा जाएगा।[109] धातु के धनायन के लिए एक और भी पुरानी नामपद्धति प्रणाली, जो अब भी व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, नाम के लैटिन मूल में प्रत्यय -ous और -ic को जोड़ती है, ताकि निम्न और उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं के लिए विशेष नाम दिए जा सकें।[110] उदाहरण के लिए, यह योजना आयरन (II) और आयरन (III) के लिए क्रमशः फेरस और फेरिक का उपयोग करती है,[110] इसलिए ऊपर दिए गए उदाहरणों को चिरसम्मत रूप से फेरस सल्फेट और फेरिक सल्फेट नाम दिया गया।[citation needed]

यह भी देखें

  • ठोस में बंधन
  • इलिओमिक्स
  • आयोनिक बंध
  • लवण विपर्यय प्रतिक्रिया

टिप्पणियाँ

  1. ↑ This structure type has a variable lattice parameter c/a ratio, and the exact Madelung constant depends on this.
  2. ↑ This structure has been referred to in references as yttrium(III) chloride and chromium(III) chloride, but both are now known as the RhBr3 structure type.
  3. ↑ The reference lists this structure as MoCl3, which is now known as the RhBr3 structure.
  4. ↑ The reference lists this structure as FeCl3, which is now known as the BiI3 structure type.
  5. ↑ This structure type can accommodate any charges on A and B that add up to six. When both are three the charge structure is equivalent to that of corrundum.[45] The structure also has a variable lattice parameter c/a ratio, and the exact Madelung constant depends on this.
  6. ↑ However, in some cases such as MgAl2O4 the larger cation occupies the smaller tetrahedral site.[46]


संदर्भ

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