विलेयता साम्य: Difference between revisions

Revision as of 20:00, 1 April 2023

घुलनशीलता ऐसा गतिशील संतुलन है जो तब उपस्थित होता है जब ठोस अवस्था में रासायनिक यौगिक का समाधान रासायनिक संतुलन में होता है। पृथक्करण के साथ, या समाधान के किसी अन्य घटक जैसे अम्ल या क्षार की रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ ठोस अपरिवर्तित हो सकता है। प्रत्येक घुलनशीलता संतुलन को तापमान-निर्भर घुलनशीलता उत्पाद द्वारा चित्रित किया जाता है जो संतुलन स्थिरांक के जैसे कार्य करता है। घुलनशीलता संतुलन दवा, पर्यावरण और अन्य परिदृश्यों में महत्वपूर्ण हैं।

परिभाषाएँ

घुलनशीलता संतुलन तब उपस्थित होता है जब ठोस अवस्था में रासायनिक यौगिक का समाधान रासायनिक संतुलन में होता है। इस प्रकार गतिशील संतुलन का उदाहरण है जिसमें कुछ भिन्न-भिन्न अणु ठोस और समाधान चरणों के मध्य माइग्रेट करते हैं जैसे कि विघटन (रसायन विज्ञान) और वर्षा की दर समान होती है। जब संतुलन स्थापित हो जाता है और ठोस प्रत्येक प्रकार से भंग नहीं होता है, तो समाधान को संतृप्त कहा जाता है। संतृप्त विलयन में विलेय की सांद्रता को विलेयता के रूप में जाना जाता है। विलेयता की इकाइयां मोलर (mol dm^-3) हो सकती हैं या द्रव्यमान को प्रति इकाई आयतन के रूप में व्यक्त किया जाता है, जैसे μg mL^-1, घुलनशीलता तापमान पर निर्भर है। घुलनशीलता की तुलना में विलेय की उच्च सांद्रता वाले विलयन को अतिसंतृप्ति कहा जाता है। अतिसंतृप्ति घोल को बीज के अतिरिक्त संतुलन में आने के लिए प्रेरित किया जा सकता है जो विलेय का छोटा क्रिस्टल या ठोस कण हो सकता है, जो वर्षा प्रारंभ करता है।

घुलनशीलता संतुलन के तीन मुख्य प्रकार हैं।

सरल विघटन।
पृथक्करण प्रतिक्रिया के साथ विघटन होता है। यह लवण की विशेषता है। इस स्थिति में संतुलन स्थिरांक को घुलनशीलता उत्पाद के रूप में जाना जाता है।
आयनीकरण प्रतिक्रिया के साथ विघटन होता है। यह भिन्न -भिन्न पीएच के जलीय मीडिया में अम्ल या तनु आधारों के विघटन की विशेषता है।

प्रत्येक स्थिति में संतुलन स्थिरांक को गतिविधियों के भागफल के रूप में निर्दिष्ट किया जा सकता है। यह संतुलन स्थिरांक विमाहीन है क्योंकि गतिविधि विमाहीन मात्रा है। चूँकि, गतिविधियों का उपयोग अधिक असुविधाजनक है, इसलिए संतुलन स्थिरांक को सामान्यतः गतिविधि गुणांक के भागफल से विभाजित किया जाता है, जिससे कि सांद्रता का भागफल बन सके। विवरण के लिए इक्विलिब्रियम केमिस्ट्री इक्विलिब्रियम स्थिरांक देखें। इसके अतिरिक्त, ठोस की गतिविधि, परिभाषा के अनुसार, 1 के समान होती है, इसलिए इसे परिभाषित अभिव्यक्ति से विस्थापित कर दिया जाता है।

रासायनिक संतुलन के लिए

\mathrm {A} _{p}\mathrm {B} _{q}\leftrightharpoons p\mathrm {A} +q\mathrm {B}

यौगिक A_pB_q के लिए घुलनशीलता गुणनफल K_sp निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

K_{\mathrm {sp} }=[\mathrm {A} ]^{p}[\mathrm {B} ]^{q}

जहां [A] और [B] संतृप्त समाधान में A और B की सांद्रता हैं। विलेयता उत्पाद में संतुलन स्थिरांक के समान कार्यक्षमता होती है, चूँकि औपचारिक रूप से K_sp (एकाग्रता)^p+q का आयाम है।

परिस्थितियों का प्रभाव

तापमान प्रभाव

घुलनशीलता तापमान में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील है। उदाहरण के लिए, चीनी ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी में अधिक घुलनशील होती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि घुलनशीलता उत्पाद, जैसे अन्य प्रकार के संतुलन स्थिरांक, तापमान के कार्य होते हैं। ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, जब विघटन प्रक्रिया एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया (गर्मी अवशोषित होती है) होती है, तो बढ़ते तापमान के साथ घुलनशीलता बढ़ जाती है। यह प्रभाव पुनर्संरचना की प्रक्रिया का आधार है, जिसका उपयोग रासायनिक यौगिक को शुद्ध करने के लिए किया जा सकता है। जब विघटन एक्ज़ोथिर्मिक होता है तो बढ़ते तापमान के साथ घुलनशीलता अल्प हो जाती है।^[1] सोडियम सल्फेट लगभग 32.4 °C से नीचे के तापमान के साथ बढ़ती घुलनशीलता, किन्तु उच्च तापमान पर घटती घुलनशीलता दिखाता है।^[2] ऐसा इसलिए है क्योंकि ठोस चरण डिकाहाइड्रेट है (Na
₂SO
₄·10H
₂O) संक्रमण तापमान के नीचे, किन्तु उस तापमान के ऊपर भिन्न हाइड्रेट होते हैं।

आदर्श समाधान (अल्प घुलनशीलता वाले पदार्थों के लिए प्राप्त) के लिए घुलनशीलता के तापमान पर निर्भरता निम्नलिखित अभिव्यक्ति द्वारा दी जाती है जिसमें पिघलने की तापीय धारिता Δ_mH, और मोल अंश संतृप्ति पर विलेय का $x_{i}$ होता है:

\left({\frac {\partial \ln x_{i}}{\partial T}}\right)_{P}={\frac {{\bar {H}}_{i,\mathrm {aq} }-H_{i,\mathrm {cr} }}{RT^{2}}}

जहाँ

{\bar {H}}_{i,\mathrm {aq} }

अनंत तनुता पर विलेय की आंशिक मोलर एन्थैल्पी है और

H_{i,\mathrm {cr} }

शुद्ध क्रिस्टल की एन्थैल्पी प्रति मोल है।^[3]

अन्य-इलेक्ट्रोलाइट के लिए यह अंतर अभिव्यक्ति तापमान अंतराल पर देने के लिए एकीकृत किया जा सकता है:^[4]

\ln x_{i}={\frac {\Delta _{m}H_{i}}{R}}\left({\frac {1}{T_{f}}}-{\frac {1}{T}}\right)

अन्य-आदर्श समाधानों के लिए तापमान के संबंध में डेरिवेटिव में मोल अंश विलेयता के अतिरिक्त संतृप्ति पर विलेय की गतिविधि प्रकट होती है:

\left({\frac {\partial \ln a_{i}}{\partial T}}\right)_{P}={\frac {H_{i,\mathrm {aq} }-H_{i,\mathrm {cr} }}{RT^{2}}}

[1]

[2]

[3]

[4]

@@ Line 51: / Line 51: @@
 जहां *''K''<sub>A</sub> मोलर सतह क्षेत्र A, के साथ विलेय कणों के लिए विलेयता स्थिरांक है *K<sub>''A''→0</sub> मोलर सतह क्षेत्र के साथ पदार्थ के लिए घुलनशीलता स्थिरांक शून्य है (अर्थात, जब कण बड़े होते हैं), γ विलायक में विलेय कण का सतही तनाव है, ''A''<sub>m</sub> विलेय का मोलर सतह क्षेत्र है (m2/mol में), R [[सार्वभौमिक गैस स्थिरांक]] है, और T परम तापमान है।<ref name="hefter">{{cite book|editor1-last=Hefter|editor1-first=G. T.|editor2-last=Tomkins|editor2-first=R. P. T.| title=घुलनशीलता का प्रायोगिक निर्धारण|year=2003|publisher=Wiley-Blackwell |isbn= 0-471-49708-8 }}</ref>
 === नमक प्रभाव ===
-नमक प्रभाव<ref>{{VogelQuantitative}} Section 2.14</ref> ([[ में नमकीन बनाना |नमकीन बनाना]] एंड [[अलग कर रहा है|भिन्न  कर रहा है]]) इस तथ्य को संदर्भित करता है कि नमक की उपस्थिति जिसका विलेय के साथ [[सामान्य आयन प्रभाव]] होता है, का समाधान की आयनिक शक्ति पर प्रभाव पड़ता है और इसलिए [[गतिविधि गुणांक]] पर, जिससे कि संतुलन स्थिरांक व्यक्त किया जा सके एकाग्रता भागफल के रूप में, परिवर्तित करता है।
+नमक प्रभाव<ref>{{VogelQuantitative}} Section 2.14</ref> ([[ में नमकीन बनाना |नमकीन बनाना]] एंड [[अलग कर रहा है|भिन्न  कर रहा है]]) इस तथ्य को संदर्भित करता है कि नमक की उपस्थिति जिसका विलेय के साथ [[सामान्य आयन प्रभाव]] होता है, और समाधान की आयनिक शक्ति पर प्रभाव पड़ता है इसलिए [[गतिविधि गुणांक]] पर, जिससे कि संतुलन स्थिरांक व्यक्त किया जा सके एकाग्रता भागफल के रूप में, परिवर्तित करता है।
 === चरण प्रभाव ===
 संतुलन को विशिष्ट क्रिस्टल [[चरण (पदार्थ)]] के लिए परिभाषित किया गया है। इसलिए, ठोस के चरण के आधार पर घुलनशीलता उत्पाद भिन्न होने की अपेक्षा है। उदाहरण के लिए, [[एंरेगोनाइट]] और [[केल्साइट]] के भिन्न -भिन्न  घुलनशीलता उत्पाद होंगे, भले ही उनके निकट रासायनिक पहचान ([[कैल्शियम कार्बोनेट]]) हो। किसी भी परिस्थिति में चरण दूसरे की तुलना में थर्मोडायनामिक रूप से अधिक स्थिर होगा; इसलिए, यह चरण तब बनेगा जब थर्मोडायनामिक संतुलन स्थापित हो जाएगा। चूँकि, काइनेटिक कारक प्रतिकूल अवक्षेपण (जैसे अर्गोनाइट) के गठन का पक्ष ले सकते हैं, जिसे तब [[मेटास्टेबल]] अवस्था कहा जाता है।
-फार्माकोलॉजी में, मेटास्टेबल राज्य को कभी-कभी अनाकार राज्य कहा जाता है। क्रिस्टल जाली में निहित लंबी दूरी की बातचीत की अनुपस्थिति के कारण अनाकार दवाओं में उनके क्रिस्टलीय समकक्षों की तुलना में उच्च घुलनशीलता होती है। इस प्रकार, अनाकार चरण में अणुओं को घोलने में अल्प ऊर्जा लगती है। विलेयता पर अनाकार चरण के [[विवो सुपरसेटेशन में]] व्यापक रूप से दवाओं को अधिक घुलनशील बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Hsieh|first1=Yi-Ling|last2=Ilevbare|first2=Grace A.|last3=Van Eerdenbrugh|first3=Bernard|last4=Box|first4=Karl J.|last5=Sanchez-Felix|first5=Manuel Vincente|last6=Taylor|first6=Lynne S.| date=2012-05-12|title=pH-Induced Precipitation Behavior of Weakly Basic Compounds: Determination of Extent and Duration of Supersaturation Using Potentiometric Titration and Correlation to Solid State Properties|journal=Pharmaceutical Research|language=en|volume=29|issue=10|pages=2738–2753|doi=10.1007/s11095-012-0759-8|pmid=22580905|s2cid=15502736|issn=0724-8741}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Dengale|first1=Swapnil Jayant| last2=Grohganz|first2=Holger| last3=Rades|first3=Thomas| last4=Löbmann|first4=Korbinian| date=May 2016|title=सह-अनाकार दवा योगों में हालिया प्रगति|journal=Advanced Drug Delivery Reviews|volume=100|pages=116–125|doi=10.1016/j.addr.2015.12.009|pmid=26805787|issn=0169-409X}}</ref>
+फार्माकोलॉजी में, मेटास्टेबल राज्य को कभी-कभी अनाकार राज्य कहा जाता है। क्रिस्टल जाली में निहित लंबी दूरी के सम्बन्ध की अनुपस्थिति के कारण अनाकार दवाओं में उनके क्रिस्टलीय समकक्षों की तुलना में उच्च घुलनशीलता होती है। इस प्रकार, अनाकार चरण में अणुओं को घोलने में अल्प ऊर्जा लगती है। विलेयता पर अनाकार चरण के [[विवो सुपरसेटेशन में]] व्यापक रूप से दवाओं को अधिक घुलनशील बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Hsieh|first1=Yi-Ling|last2=Ilevbare|first2=Grace A.|last3=Van Eerdenbrugh|first3=Bernard|last4=Box|first4=Karl J.|last5=Sanchez-Felix|first5=Manuel Vincente|last6=Taylor|first6=Lynne S.| date=2012-05-12|title=pH-Induced Precipitation Behavior of Weakly Basic Compounds: Determination of Extent and Duration of Supersaturation Using Potentiometric Titration and Correlation to Solid State Properties|journal=Pharmaceutical Research|language=en|volume=29|issue=10|pages=2738–2753|doi=10.1007/s11095-012-0759-8|pmid=22580905|s2cid=15502736|issn=0724-8741}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Dengale|first1=Swapnil Jayant| last2=Grohganz|first2=Holger| last3=Rades|first3=Thomas| last4=Löbmann|first4=Korbinian| date=May 2016|title=सह-अनाकार दवा योगों में हालिया प्रगति|journal=Advanced Drug Delivery Reviews|volume=100|pages=116–125|doi=10.1016/j.addr.2015.12.009|pmid=26805787|issn=0169-409X}}</ref>
 ===दबाव प्रभाव===
 संघनित चरणों (ठोस और तरल पदार्थ) के लिए, घुलनशीलता की दबाव निर्भरता सामान्यतः तनुता होती है और सामान्यतः व्यवहार में उपेक्षित होती है। [[आदर्श समाधान]] मानते हुए, निर्भरता को इस प्रकार निर्धारित किया जा सकता है:
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 घुलनशीलता की दबाव निर्भरता का कभी-कभी व्यावहारिक महत्व होता है। उदाहरण के लिए, [[कैल्शियम सल्फेट]] (जो दबाव में अल्पता के साथ इसकी घुलनशीलता को अल्प करता है) द्वारा तेल क्षेत्रों और कुओं के दूषित होने से समय के साथ उत्पादकता में अल्पता आ सकती है।
-== मात्रात्मक पहलू ==
+== मात्रात्मक विषय ==
 === सरल विघटन ===
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 जहां ''K''<sup><s>o</s></sup> को थर्मोडायनामिक घुलनशीलता स्थिरांक कहा जाता है। जो ब्रेसिज़ गतिविधि का संकेत देते हैं। शुद्ध ठोस की गतिविधि, परिभाषा के अनुसार, एकता है। इसलिए:
 <math display="block">K^\ominus = \left\{\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}(aq)}\right\}</math>
-पदार्थ की गतिविधि, A, समाधान में एकाग्रता के उत्पाद के रूप में व्यक्त की जा सकती है, [A], और गतिविधि गुणांक, γ। जब K<sup><s>o</s></sup> को γ, से विभाजित किया जाता है, तो विलेयता स्थिरांक K<sub>s,</sub>
+पदार्थ की गतिविधि, A, समाधान में एकाग्रता के उत्पाद के रूप में व्यक्त की जा सकती है, [A], और गतिविधि गुणांक, γ जब K<sup><s>o</s></sup> को γ, से विभाजित किया जाता है, तो विलेयता स्थिरांक K<sub>s</sub> द्वारा:
 <math display="block">K_\mathrm{s} = \left[\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}(aq)}\right]</math>
-प्राप्त होता है। यह [[मानक स्थिति]] को संतृप्त समाधान के रूप में परिभाषित करने के समान है जिससे कि गतिविधि गुणांक के समान हो। विलेयता स्थिरांक केवल वास्तविक स्थिरांक है यदि गतिविधि गुणांक किसी अन्य विलेय की उपस्थिति से प्रभावित नहीं होता है जो उपस्थित हो सकता है। घुलनशीलता स्थिरांक की इकाई विलेय की सांद्रता की इकाई के समान होती है। सुक्रोज के लिए ''K''<sub>s</sub>= 1.971 मोल डीएम<sup>-3</sup> 25 डिग्री सेल्सियस पर। इससे ज्ञात होता है कि 25 डिग्री सेल्सियस पर सुक्रोज की घुलनशीलता लगभग 2 मोल डीएम है<sup>−3</sup> (540 जी/एल)। सुक्रोज इस मायने में असामान्य है कि यह सरलता से उच्च सांद्रता पर सुपरसैचुरेटेड घोल नहीं बनाता है, जैसा कि अधिकांश अन्य [[कार्बोहाइड्रेट]] करते हैं।
+प्राप्त होता है। यह [[मानक स्थिति]] को संतृप्त समाधान के रूप में परिभाषित करने के समान है जिससे कि गतिविधि गुणांक के समान हो। विलेयता स्थिरांक केवल वास्तविक स्थिरांक है यदि गतिविधि गुणांक किसी अन्य विलेय की उपस्थिति से प्रभावित नहीं होता है जो उपस्थित हो सकता है। घुलनशीलता स्थिरांक की इकाई विलेय की सांद्रता की इकाई के समान होती है। सुक्रोज के लिए ''K''<sub>s</sub>= 1.971 mol dm<sup>-3</sup> 25 डिग्री सेल्सियस पर ज्ञात होता है कि 25 डिग्री सेल्सियस पर सुक्रोज की घुलनशीलता लगभग 2  mol dm<sup>−3</sup> है (540 g/L)। सुक्रोज इस अर्थ में असामान्य है कि यह सरलता से उच्च सांद्रता पर अतिसंतृप्ति घोल नहीं बनाता है, जैसा कि अधिकांश अन्य [[कार्बोहाइड्रेट]] करते हैं।
 === पृथक्करण के साथ विघटन ===
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 =\left\{\ce{Ag+}_\ce{(aq)}\right\}\left\{\ce{Cl-}_\ce{(aq)}\right\}
 </math>
-जहाँ <math>K^\ominus</math> थर्मोडायनामिक संतुलन स्थिरांक है और ब्रेसिज़ गतिविधि का संकेत देते हैं। शुद्ध ठोस की गतिविधि, परिभाषा के अनुसार, के समान होती है।
+जहाँ <math>K^\ominus</math> थर्मोडायनामिक संतुलन स्थिरांक है और ब्रेसिज़ गतिविधि का संकेत देते हैं। शुद्ध ठोस की गतिविधि, परिभाषा के अनुसार, समान होती है।
-जब नमक की विलेयता अधिक अल्प होती है तो विलयन में आयनों के सक्रियता गुणांक लगभग के समान होते हैं। उन्हें वास्तव में के समान व्यस्थापित करके यह अभिव्यक्ति घुलनशीलता उत्पाद अभिव्यक्ति को अल्प कर देती है:
+जब नमक की विलेयता अधिक अल्प होती है तो विलयन में आयनों के सक्रियता गुणांक लगभग समान होते हैं। उन्हें वास्तव में व्यस्थापित करके यह अभिव्यक्ति घुलनशीलता उत्पाद को अल्प कर देता है:
 <math chem display="block">K_\ce{sp} = [\ce{Ag+}][\ce{Cl-}]= [\ce{Ag+}]^2= [\ce{Cl-}]^2.</math>
 :2 और 3:3 लवणों के लिए, जैसे CaSO<sub>4</sub> और FePO<sub>4</sub>, घुलनशीलता उत्पाद के लिए सामान्य अभिव्यक्ति 1:1 इलेक्ट्रोलाइट के समान है:

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