विलेयता साम्य: Difference between revisions

Latest revision as of 16:09, 11 April 2023

घुलनशीलता ऐसा गतिशील संतुलन है जो तब उपस्थित होता है जब ठोस अवस्था में यौगिक का समाधान रासायनिक संतुलन में होता है। पृथक्करण के समाधान में किसी अन्य घटक जैसे अम्ल या क्षार की रासायनिक प्रतिक्रिया में 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 संतुलित औषधि, पर्यावरण और अन्य परिदृश्यों में महत्वपूर्ण हैं।

परिभाषाएँ

घुलनशीलता संतुलन तब उपस्थित होता है जब ठोस अवस्था में 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 स्थान्तरित होते 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 होता 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 माध्यम में अम्ल या तनु आधारों के विघटन की विशेषता होती 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 को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

\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}}}

सामान्य-आयन प्रभाव

सामान्य-आयन प्रभाव लवण की घटी हुई घुलनशीलता का प्रभाव है, जब अन्य लवण जिसमें आयन होता है, वह भी उपस्थित होता है। उदाहरण के लिए, सिल्वर क्लोराइड, AgCl की घुलनशीलता अल्प हो जाती है, जब सोडियम क्लोराइड, सामान्य आयन क्लोराइड का स्रोत, पानी में AgCl के निलंबन में जोड़ा जाता है।^[5]

A

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

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 # 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 [[कमजोर आधार|तनु आधारों]] के विघटन की विशेषता है।
+# आयनीकरण प्रतिक्रिया के साथ विघटन होता है। यह भिन्न -भिन्न [[पीएच]] के जलीय माध्यम में अम्ल या [[कमजोर आधार|तनु आधारों]] के विघटन की विशेषता होती है।
 प्रत्येक स्थिति में संतुलन स्थिरांक को [[गतिविधि (रसायन विज्ञान)|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
+रासायनिक संतुलन को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:
 <math display="block">\mathrm A_p \mathrm B_q \leftrightharpoons p\mathrm A + q\mathrm B</math>
 यौगिक A<sub>''p''</sub>B<sub>''q''</sub> के लिए घुलनशीलता गुणनफल ''K''<sub>sp</sub> निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
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 स्थैतिक विधियों में मिश्रण को संतुलन में लाया जाता है और [[रासायनिक विश्लेषण]] द्वारा समाधान चरण में प्रजाति की एकाग्रता निर्धारित की जाती है। इसके लिए सामान्यतः ठोस और समाधान चरणों को भिन्न करने की आवश्यकता होती है। ऐसा करने के लिए थर्मोस्टेट वाले कक्ष में संतुलन और पृथक्करण किया जाना चाहिए।<ref>{{cite book|first1=F. J. C. |last1=Rossotti |first2=H. |last2=Rossotti |title=स्थिरता स्थिरांक का निर्धारण|url=https://archive.org/details/determinationofs0000ross |url-access=registration |publisher=McGraw-Hill |date=1961 |chapter=Chapter 9: Solubility}}</ref> ठोस चरण में [[रेडियोधर्मी]] अनुरेखक सम्मिलित होने पर अधिक अल्प सांद्रता को मापा जा सकता है।
-जलीय बफर समाधान मिश्रण में [[डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड]]  जैसे अन्य-जलीय विलायक में पदार्थ के घोल को जोड़ने के लिए स्थैतिक विधि का रूपांतर होता है।<ref>Aqueous solubility measurement – kinetic vs. thermodynamic methods {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20090711083258/http://www.moleculardevices.com/pdfs/pIon.pdf |date=July 11, 2009 }}</ref> तुरंत वर्षा हो सकती है जिससे मेघाच्छादित मिश्रण बन सकता है। इस प्रकार के मिश्रण के लिए मापी गई घुलनशीलता को गतिज घुलनशीलता के रूप में जाना जाता है। मेघाच्छादन इस तथ्य के कारण होता है कि अवक्षेप कण छोटे होते हैं जिसके परिणामस्वरूप टिंडल का प्रकीर्णन होता है। वास्तव में कण इतने छोटे होते हैं कि कण का आकार प्रभाव खेल में आता है और गतिज घुलनशीलता प्रायः संतुलन घुलनशीलता से अधिक होती है। समय के साथ-साथ स्फटिकों के आकार में वृद्धि के साथ बादल विलुप्त हो जाएगा, और अंतत: संतुलन उम्र बढ़ने के रूप में जाने वाली प्रक्रिया में संतुलन तक पहुंच जाएगा।<ref>{{VogelQuantitative}} Chapter 11: Gravimetric analysis</ref>
+जलीय बफर समाधान मिश्रण में [[डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड]]  जैसे अन्य-जलीय विलायक में पदार्थ के घोल को मिश्रित करने के लिए स्थैतिक विधि का रूपांतर होता है।<ref>Aqueous solubility measurement – kinetic vs. thermodynamic methods {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20090711083258/http://www.moleculardevices.com/pdfs/pIon.pdf |date=July 11, 2009 }}</ref> तात्कालिक वर्षा हो सकती है जिससे मेघाच्छादित मिश्रण बन सकता है। इस प्रकार के मिश्रण के लिए मापी गई घुलनशीलता को गतिज घुलनशीलता के रूप में जाना जाता है। मेघाच्छादन इस तथ्य के कारण होता है कि अवक्षेप कण छोटे होते हैं जिसके परिणामस्वरूप टिंडल का प्रकीर्णन होता है। वास्तव में कण इतने छोटे होते हैं कि कण का आकार प्रभावित हो जाता है और गतिज घुलनशीलता प्रायः संतुलन घुलनशीलता से अधिक होती है। समय के साथ-साथ स्फटिकों के आकार में वृद्धि के साथ बादल विलुप्त हो जाएगा, और अंतत: संतुलन उम्र बढ़ने के रूप में जाने वाली प्रक्रिया में संतुलन तक पहुंच जाएगा।<ref>{{VogelQuantitative}} Chapter 11: Gravimetric analysis</ref>
 === गतिशील विधि ===
 कार्बनिक अम्लों, क्षारों, और फार्मास्युटिकल रुचि के एम्फ़ोलिट्स के विलेयता मान प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किए जा सकते हैं जिसे चेज़िंग इक्विलिब्रियम घुलनशीलता नामक प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।<ref>{{cite journal|last1=Stuart|first1=M.|last2=Box|first2=K. |year=2005|title=Chasing Equilibrium: Measuring the Intrinsic Solubility of Weak Acids and Bases|journal=Analytical Chemistry| pmid=15858976| volume=77| issue=4| pages=983–990|doi=10.1021/ac048767n}}</ref> इस प्रक्रिया में, पदार्थ की मात्रा को पूर्व पीएच में घोला जाता है जहां यह मुख्य रूप से अपने आयनित रूप में उपस्थित होता है और फिर पीएच को परिवर्तित करके तटस्थ (अन-आयनित) प्रजातियों का अवक्षेप बनता है। इसके पश्चात, वर्षा या विघटन के कारण पीएच के परिवर्तन की दर का निरिक्षण किया जाता है, और दो दरों के समान होने पर संतुलन की स्थिति को ज्ञात करने के लिए पीएच को समायोजित करने के लिए दृढ़ अम्ल और क्षार टाइट्रेंट को जोड़ा जाता है। इस विधि का लाभ यह है कि यह अपेक्षाकृत तीव्र है क्योंकि बनने वाले अवक्षेप की मात्रा अधिक अल्प होती है। चूँकि, विधि का प्रदर्शन अतिसंतृप्ति समाधानों के निर्माण से प्रभावित हो सकता है।
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