विलेयता साम्य: Difference between revisions

Revision as of 20:13, 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}}}

सामान्य-आयन प्रभाव

सामान्य-आयन प्रभाव नमक की घटी हुई घुलनशीलता का प्रभाव है, जब अन्य नमक 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]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

@@ Line 91: / Line 91: @@
 :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:
 <math display="block"> \mathrm{AB} \leftrightharpoons  \mathrm{A}^{p+} +  \mathrm{B}^{p-}</math>
-:<math>K_{sp}= \mathrm{[A][B]} = \mathrm{[A]^2}= \mathrm{[B]^2}</math> (विद्युत आवेशों को सामान्य भावों में छोड़ दिया जाता है, अंकन की सरलता के लिए)
+:<math>K_{sp}= \mathrm{[A][B]} = \mathrm{[A]^2}= \mathrm{[B]^2}</math> (विद्युत आवेशों को सामान्य भावों में, अंकन की सरलता के लिए त्याग दिया जाता है)
 Ca(OH)<sub>2</sub> जैसे असममित नमक के साथ विलेयता व्यंजक द्वारा दिया जाता है:
 <math display="block"> \mathrm{ Ca(OH)_2 \leftrightharpoons  {Ca}^{2+} +  2OH^- }</math>
 <math display="block">\mathrm{K_{sp} =  [Ca]  [OH]^2 }</math>
-चूँकि हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता कैल्शियम आयनों की सांद्रता से दोगुनी होती है, इसलिए यह अल्प हो जाती है <math>\mathrm{K_{sp} =  4[Ca]^3 }</math>
+चूँकि हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता कैल्शियम आयनों की सांद्रता से दोगुनी होती है, इसलिए यह अल्प हो जाती है:
+<math>\mathrm{K_{sp} =  4[Ca]^3 }</math>
 सामान्यतः, रासायनिक संतुलन के साथ
 <math display="block"> \mathrm{A_pB_q \leftrightharpoons  p{A}^{n+} +  q{B}^{m-} }</math>
 <math display="block"> \mathrm{[B] = \frac{q}{p}[A] }  </math>
-और निम्न तालिका, यौगिक की विलेयता और उसके विलेयता उत्पाद के मूल्य के मध्य के संबंध को दर्शाती है, प्राप्त की जा सकती है।<ref>{{Cite book|title=विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व|last=Skoog|first=Douglas A|last2=West|first2=Donald M| last3=Holler|first3=F James|publisher=Brooks/Cole|year=2004|edition=8th|pages=238–242|chapter=9B-5|ISBN = 0030355230}}</ref>
+निम्न तालिका, यौगिक की विलेयता और उसके विलेयता उत्पाद के मूल्य के मध्य संबंध को दर्शाती है, जो प्राप्त की जा सकती है।<ref>{{Cite book|title=विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व|last=Skoog|first=Douglas A|last2=West|first2=Donald M| last3=Holler|first3=F James|publisher=Brooks/Cole|year=2004|edition=8th|pages=238–242|chapter=9B-5|ISBN = 0030355230}}</ref>
 :{| class="wikitable"
-!Salt  ||p||q||Solubility, S
+!लवण  ||p||q||घुलनशीलता, S
 |-
 !AgCl<br>Ca(SO<sub>4</sub>)<br>Fe(PO<sub>4</sub>)
@@ Line 121: / Line 123: @@
 |<math chem="">\sqrt[p+q]{K_\ce{sp}\over p^p q^q}</math>
 |}
-घुलनशीलता उत्पादों को अक्सर लघुगणकीय रूप में व्यक्त किया जाता है। इस प्रकार, कैल्शियम सल्फेट के साथ {{math|1=''K''<sub>sp</sub> = {{val|4.93|e=-5}} mol<sup>2</sup> dm<sup>−6</sup>}}, {{math|1=log ''K''<sub>sp</sub> = −4.32}}. K<sub>sp</sub> का मान जितना छोटा होगा, या लॉग मान जितना अधिक ऋणात्मक होगा, विलेयता उतनी ही अल्प होगी।
+घुलनशीलता उत्पादों को प्रायः लघुगणकीय रूप में व्यक्त किया जाता है। इस प्रकार, कैल्शियम सल्फेट के साथ {{math|1=''K''<sub>sp</sub> = {{val|4.93|e=-5}} mol<sup>2</sup> dm<sup>−6</sup>}}, {{math|1=log ''K''<sub>sp</sub> = −4.32}}. K<sub>sp</sub> का मान उतना छोटा होगा, या लॉग मान जितना अधिक ऋणात्मक होगा, विलेयता उतनी ही अल्प होगी।
 कुछ लवण विलयन में पूर्णतः वियोजित नहीं होते हैं। उदाहरणों में  MgSO<sub>4</sub> सम्मिलित हैं, प्रसिद्ध रूप से [[मैनफ्रेड ईजेन]] द्वारा [[समुद्री जल]] में आंतरिक क्षेत्र परिसर और [[आयन संघ]] दोनों के रूप में उपस्थित होने के लिए शोध किया गया।<ref>{{cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1967/eigen-lecture.pdf |first=Manfred |last=Eigen|author-link=Manfred Eigen |title=नोबेल व्याख्यान|date=1967|website=Nobel Prize}}</ref> ऐसे लवणों की विलेयता की गणना अभिक्रिया के साथ विघटन में उल्लिखित विधि द्वारा की जाती है।
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 <math display="block">\mathrm{M(OH)_n + nH^+ \leftrightharpoons M^{n+} + n H_2O }</math>
   <math display="block">K^*_\text{sp} = \mathrm{[M^{n+}][H^+]^{-n}} </math>
-हाइड्रॉक्साइड्स के लिए, घुलनशीलता उत्पादों को अक्सर संशोधित रूप में दिया जाता है, K*<sub>sp</sub>हाइड्रॉक्साइड आयन सांद्रता के स्थान पर हाइड्रोजन आयन सांद्रता का उपयोग करना। दो मूल्य पानी के स्व-आयनीकरण से संबंधित हैं। पानी के लिए स्व-आयनीकरण स्थिरांक, ''K''<sub>w</sub> होता है।<ref name="bm">{{cite book|last1=Baes |first1=C. F.|last2= Mesmer |first2=R. E. |title=उद्धरणों का हाइड्रोलिसिस|date=1976|publisher=Wiley|location= New York}}</ref>
+हाइड्रॉक्साइड्स के लिए, घुलनशीलता उत्पादों को प्रायः संशोधित रूप में दिया जाता है, K*<sub>sp</sub> हाइड्रॉक्साइड आयन सांद्रता के स्थान पर हाइड्रोजन आयन का उपयोग करता है। दो मूल्य पानी के स्व-आयनीकरण से संबंधित हैं। पानी के लिए स्व-आयनीकरण स्थिरांक, ''K''<sub>w</sub> होता है।<ref name="bm">{{cite book|last1=Baes |first1=C. F.|last2= Mesmer |first2=R. E. |title=उद्धरणों का हाइड्रोलिसिस|date=1976|publisher=Wiley|location= New York}}</ref>
 <math display="block">K_\mathrm{w} = [\mathrm{H^+}] [\mathrm{OH^-}]</math>
 <math display="block">K^*_\text{sp} =  \frac{K_\text{sp}}{(K_\text{w})^n}</math>
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 === प्रतिक्रिया के साथ विघटन ===
-[[File:Silver Chloride dissolution.png|thumb|220px| जब सिल्वर क्लोराइड के निलंबन में अमोनिया का सांद्र घोल मिलाया जाता है, तो यह घुल जाता है क्योंकि Ag<sup>+</sup> का परिसर बनता है।]]विघटन के साथ विशिष्ट प्रतिक्रिया में तनु आधार, B, अम्लीय [[जलीय घोल]] में घुलना सम्मिलित है।
+[[File:Silver Chloride dissolution.png|thumb|220px| जब सिल्वर क्लोराइड के निलंबन में अमोनिया का सांद्र घोल मिलाया जाता है, तो यह घुल जाता है क्योंकि Ag<sup>+</sup> का परिसर बनता है।]]विघटन के साथ विशिष्ट प्रतिक्रिया में तनु आधार, B, अम्लीय [[जलीय घोल]] में सम्मिलित है।
 <math display="block">\mathrm {B} \mathrm{(s)} + \mathrm H^+ \mathrm {(aq)} \leftrightharpoons \mathrm {BH}^+ (\mathrm{aq)}</math>
 यह प्रतिक्रिया फार्मास्युटिकल उत्पादों के लिए अधिक महत्वपूर्ण है।<ref>{{cite web|url=http://www.pharmainfo.net/reviews/potential-solubility-drug-discovery-and-development |title=ड्रग डिस्कवरी और विकास में विलेयता की क्षमता|last=Payghan |first=Santosh |year=2008 |publisher=Pharminfo.net |access-date=5 July 2010 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20100330171700/http://www.pharmainfo.net/reviews/potential-solubility-drug-discovery-and-development |archive-date=March 30, 2010 }}</ref> क्षारीय माध्यम में दुर्बल अम्लों का विलयन भी इसी प्रकार महत्वपूर्ण है।
-<math display="block">\mathrm{ HA(s) + OH^-(aq) \leftrightharpoons A^- (aq) + H_2O}</math> अनावेशित अणु में सामान्यतः आयनिक रूप की तुलना में अल्प घुलनशीलता होती है, इसलिए विलेयता pH और विलेय के [[अम्ल पृथक्करण स्थिरांक]] पर निर्भर करती है। अम्ल या क्षार की अनुपस्थिति में आयनित रूप की घुलनशीलता का वर्णन करने के लिए आंतरिक विलेयता शब्द का उपयोग किया जाता है।
+<math display="block">\mathrm{ HA(s) + OH^-(aq) \leftrightharpoons A^- (aq) + H_2O}</math> अनावेशित अणु में सामान्यतः आयनिक रूप की तुलना में अल्प घुलनशीलता होते है, इसलिए विलेयता pH और विलेय के [[अम्ल पृथक्करण स्थिरांक]] पर निर्भर करती है। अम्ल या क्षार की अनुपस्थिति में आयनित रूप की घुलनशीलता का वर्णन करने के लिए आंतरिक विलेयता शब्द का उपयोग किया जाता है।
-[[अम्ल वर्षा|अम्लीय वर्षा]] द्वारा चट्टानों और मिट्टी से एल्यूमीनियम लवणों का निक्षालन प्रतिक्रिया के साथ विघटन का और उदाहरण है: [[alumino-सिलिकेट|एल्युमिनो-सिलिकेट]] ऐसे आधार हैं जो अम्ल के साथ प्रतिक्रिया करके घुलनशील प्रजातियों का निर्माण करते हैं, जैसे Al<sup>3+</sup>(aq) है।
+[[अम्ल वर्षा|अम्लीय वर्षा]] द्वारा चट्टानों और मिट्टी से एल्यूमीनियम लवणों का निक्षालन प्रतिक्रिया के साथ विघटन का उदाहरण है: [[alumino-सिलिकेट|एल्युमिनो-सिलिकेट]] ऐसे आधार हैं जो अम्ल के साथ प्रतिक्रिया करके घुलनशील प्रजातियों का निर्माण करते हैं, जैसे Al<sup>3+</sup>(aq) है।
 रासायनिक परिसर का निर्माण भी विलेयता को परिवर्तित कर सकता है। प्रसिद्ध उदाहरण सिल्वर क्लोराइड के निलंबन के लिए [[अमोनिया]] के केंद्रित समाधान को जोड़ना है, जिसमें अमाइन कॉम्प्लेक्स के गठन से विघटन का पक्ष लिया जाता है।

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