धडा ६: रेडॉक्स अभिक्रिया

९-१०वी शी जोड : ८-९वी मध्ये ऑक्सिजन मिळवणे म्हणजे ऑक्सिडीकरण असे शिकलात; येथे इलेक्ट्रॉनच्या देवाणघेवाणीने ती कल्पना सर्वत्र लागू होते.

आकृतीत : Zn + Cu²⁺ : दोन अर्ध-अभिक्रिया एकत्र.

नियम 1 : पारंपरिक कल्पना — ऑक्सिजन, हायड्रोजन किंवा विद्युतऋण/विद्युतधन घटकाची भर किंवा काढणे.

• सोपे : 2Mg + O₂ → 2MgO : Mg ला O मिळाला ⇒ ऑक्सिडीकरण.
• मध्यम : H₂S + Cl₂ → 2HCl + S : H₂S मधून H गेला ⇒ ऑक्सिडीकरण.
• परीक्षेसाठी : 2HgO → 2Hg + O₂ : HgO चे क्षपण (O गेला).

नियम 2 : इलेक्ट्रॉनिक कल्पना — ऑक्सिडीकरण : M → Mⁿ⁺ + ne⁻; क्षपण : X + ne⁻ → Xⁿ⁻. दोन्ही एकत्रच घडतात (रेडॉक्स).

• सोपे : Na → Na⁺ + e⁻ (ऑक्सिडीकरण).
• मध्यम : Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ (क्षपण).
• परीक्षेसाठी : Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺ क्षपण; Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ ऑक्सिडीकरण.

नियम 3 : ऑक्सिडीकारक आणि क्षपणकारक — ऑक्सिडीकारक e⁻ घेतो (O₂, Cl₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, H₂O₂); क्षपणकारक e⁻ देतो (Na, Zn, H₂, I⁻, Fe²⁺).

• सोपे : Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu : Zn क्षपणकारक, Cu²⁺ ऑक्सिडीकारक.
• मध्यम : Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂ : Cl₂ ऑक्सिडीकारक.
• परीक्षेसाठी : स्वतः ऑक्सिडित होणारा = क्षपणकारक.

उपपत्ती : Zn + CuSO₄ ची अर्ध-अभिक्रिया

• पायरी 1 : आयनिक समीकरण : Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu (SO₄²⁻ प्रेक्षक).
• पायरी 2 : ऑक्सिडीकरण : Zn → Zn²⁺ + 2e⁻; क्षपण : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu.
• पायरी 3 : e⁻ समान (2) ⇒ बेरीज = मूळ समीकरण ✓.

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) 2Mg + O₂ → 2MgO मध्ये क्षपित होणारे? 1) Mg 2) O₂ 3) MgO 4) कोणीही नाही — उत्तर : 2). (O₂ ने e⁻ घेतले.)
• CET 2) क्षपणकारक म्हणजे? 1) e⁻ घेणारा 2) e⁻ देणारा 3) H गमावणारा 4) O मिळवणारा — उत्तर : 2).

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: बॅटरीमध्ये, श्वसनात, गंज लागण्यात आणि ब्लीचिंगमध्ये रेडॉक्स; KMnO₄ चे द्रावण जंतुनाशक.

फरक ओळखा

आकृतीत : पाच संयुगांत O.N. काढणे.

नियम 1 : मूलभूत नियम — मुक्त मूलद्रव्य 0; एकाणू आयन = प्रभार; संयुगात बेरीज 0; बहुअणू आयनात बेरीज = प्रभार; गट 1 = +1, गट 2 = +2, F = −1.

• सोपे : O₂, S₈, Fe : 0.
• मध्यम : NaCl : Na +1, Cl −1.
• परीक्षेसाठी : SO₄²⁻ : S + 4(−2) = −2 ⇒ S = +6.

नियम 2 : H आणि O चे अपवाद — H सहसा +1, धातू हायड्राइडमध्ये −1; O सहसा −2, पेरॉक्साइडमध्ये −1, सुपरॉक्साइडमध्ये −½, OF₂ मध्ये +2.

• सोपे : H₂O₂ : O = −1.
• मध्यम : CaH₂ : H = −1.
• परीक्षेसाठी : OF₂ : O = +2.

नियम 3 : सरासरी / अपूर्णांक O.N. — काही संयुगांत समान अणूंची वेगळी अवस्था; सरासरी अपूर्णांक येतो.

• सोपे : Fe₃O₄ : 3x − 8 = 0 ⇒ x = +8/3.
• मध्यम : Na₂S₄O₆ : 2(+1) + 4x + 6(−2) = 0 ⇒ x = +2.5.
• परीक्षेसाठी : Na₂S₂O₃ : 2 + 2x − 6 = 0 ⇒ x = +2.

उदाहरण : K₂Cr₂O₇ मध्ये Cr चा O.N.

• पायरी 1 : K = +1, O = −2; Cr = x.
• पायरी 2 : 2(+1) + 2x + 7(−2) = 0.
• पायरी 3 : 2x = 12 ⇒ x = +6.

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) KMnO₄ मध्ये Mn चा O.N.? 1) +2 2) +4 3) +6 4) +7 — उत्तर : 4). (1 + x − 8 = 0.)
• CET 2) H₂O₂ मध्ये O चा O.N.? 1) −2 2) −1 3) 0 4) +1 — उत्तर : 2).

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: औषधे/रसायने बनवताना कोणता अणू क्षपित होईल हे O.N. वरून आधीच कळते.

फरक ओळखा

आकृतीत : N, S, Cl, Mn च्या O.N. श्रेणी.

नियम 1 : स्टॉक नोटेशन — नाव = मूलद्रव्य(रोमन अंक) + संयुग; Fe²⁺ = आयर्न(II), Fe³⁺ = आयर्न(III).

• सोपे : FeCl₃ : आयर्न(III) क्लोराइड.
• मध्यम : Cu₂O : कॉपर(I) ऑक्साइड; CuO : कॉपर(II) ऑक्साइड.
• परीक्षेसाठी : MnO₂ : मँगनीज(IV) ऑक्साइड.

नियम 2 : क्लोरीनचे ऑक्सोआम्ल — HClO +1, HClO₂ +3, HClO₃ +5, HClO₄ +7. HClO₄ मध्ये Cl फक्त ऑक्सिडीकारक; Cl⁻ (−1) फक्त क्षपणकारक.

• सोपे : HClO₄ : 1 + x − 8 = 0 ⇒ +7.
• मध्यम : HClO₃ : 1 + x − 6 = 0 ⇒ +5.
• परीक्षेसाठी : HClO : 1 + x − 2 = 0 ⇒ +1.

नियम 3 : दोन्ही भूमिका करणारे — मधला O.N. : SO₂ (+4), H₂O₂ (−1), NO₂⁻ (+3), Fe²⁺ (+2) दोन्ही भूमिका करू शकतात.

• सोपे : H₂O₂ + 2I⁻ + 2H⁺ → 2H₂O + I₂ : H₂O₂ ऑक्सिडीकारक.
• मध्यम : 2MnO₄⁻ + 5H₂O₂ + 6H⁺ → … : H₂O₂ क्षपणकारक.
• परीक्षेसाठी : SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O : SO₂ ऑक्सिडीकारक.

पद्धत : भूमिका ठरवणे

• पायरी 1 : अणूचा O.N. आणि त्याची शक्य श्रेणी लिहा.
• पायरी 2 : O.N. श्रेणीच्या शेवटी असेल तर एकच भूमिका; मधे असेल तर दोन्ही.
• पायरी 3 : साथीदाराशी तुलना : कोण कमी E° ला ऑक्सिडित होईल ते ठरवा.

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) केवळ ऑक्सिडीकारक असणारे? 1) H₂S 2) SO₂ 3) H₂SO₄ 4) Na₂S — उत्तर : 3). (S = +6 उच्चतम.)
• CET 2) Cu₂O चे स्टॉक नाव? 1) कॉपर(I) ऑक्साइड 2) कॉपर(II) ऑक्साइड 3) कॉपर(III) 4) डाय-कॉपर — उत्तर : 1).

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: H₂O₂ जंतुनाशक (ऑक्सिडीकारक) आणि ब्लीच; SO₂ वाइनमध्ये परिरक्षक (क्षपणकारक).

फरक ओळखा

आकृतीत : पाच प्रकारच्या रेडॉक्स अभिक्रिया.

नियम 1 : रेडॉक्स ओळखणे — कोणत्याही अणूचा O.N. बदलला तर रेडॉक्स; कोणाचाच बदलला नाही तर नाही.

• सोपे : AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃ : O.N. अपरिवर्तित ⇒ रेडॉक्स नाही.
• मध्यम : 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ : Cl +5 → −1, O −2 → 0 ⇒ रेडॉक्स.
• परीक्षेसाठी : NaOH + HCl → NaCl + H₂O : रेडॉक्स नाही.

नियम 2 : विषमीकरण — एकच अणू एकाच वेळी ऑक्सिडित आणि क्षपित. मधला O.N. आवश्यक.

• सोपे : Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O : Cl 0 → −1 आणि +1.
• मध्यम : 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ : O −1 → −2 आणि 0.
• परीक्षेसाठी : 3I₂ + 6OH⁻ → 5I⁻ + IO₃⁻ + 3H₂O.

नियम 3 : विस्थापन अभिक्रिया — धातू विस्थापन : जास्त क्रियाशील धातू कमी क्रियाशील धातूला क्षारातून काढतो. अधातू विस्थापन : Cl₂ Br⁻ ला विस्थापित करतो (हॅलोजन क्रम).

• सोपे : Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu.
• मध्यम : Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂.
• परीक्षेसाठी : Cu + ZnSO₄ → अभिक्रिया नाही (Cu कमी क्रियाशील).

पद्धत : रेडॉक्स तपासणे (O.N. सारणी)

• पायरी 1 : प्रत्येक अणूचा O.N. डावीकडे आणि उजवीकडे लिहा.
• पायरी 2 : बदललेले अणू शोधा : वाढले = ऑक्सिडित, घटले = क्षपित.
• पायरी 3 : एकूण वाढ = एकूण घट ✓ (नाहीतर चूक).

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) कोणती रेडॉक्स नाही? 1) Zn + CuSO₄ 2) AgNO₃ + NaCl 3) 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ 4) Cl₂ + 2KBr — उत्तर : 2).
• CET 2) विषमीकरण कोणते? 1) 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ 2) H₂ + Cl₂ → 2HCl 3) CaCO₃ → CaO + CO₂ 4) Zn + 2HCl — उत्तर : 1).

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: ब्लीचिंग पावडर विषमीकरणातून बनते; श्वसन आणि ज्वलन हे रेडॉक्सचे उदाहरण.

फरक ओळखा

आकृतीत : पाच पायऱ्या : MnO₄⁻ + Fe²⁺ चे उदाहरण.

नियम 1 : आम्ल माध्यम — प्रभार H⁺ ने, उरलेला H आणि O साठी H₂O.

• सोपे : MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O.
• मध्यम : Cr₂O₇²⁻ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O.
• परीक्षेसाठी : 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

नियम 2 : क्षारीय माध्यम — प्रभार OH⁻ ने, मग H₂O ने H आणि O संतुलित.

• सोपे : 2MnO₄⁻ + 6I⁻ + 4H₂O → 2MnO₂ + 3I₂ + 8OH⁻.
• मध्यम : प्रभार तपासणी : डावीकडे −2 − 6 = −8; उजवीकडे −8 ✓.
• परीक्षेसाठी : Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O ✓.

नियम 3 : आण्विक समीकरणातील संतुलन — प्रेक्षक आयन (K⁺, SO₄²⁻) शेवटी जुळवा; आधी redox भागाचे गुणक ठरवा.

• सोपे : 2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O.
• मध्यम : Cu + 4HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.
• परीक्षेसाठी : Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂.

उपपत्ती : 3Cu + 8HNO₃ (सौम्य) ची संतुलन पद्धत

• पायरी 1 : Cu 0 → +2 (2e⁻ गेले); N +5 → +2 (3e⁻ आले).
• पायरी 2 : e⁻ समान : Cu × 3, NO × 2.
• पायरी 3 : Cu(NO₃)₂ मधील 6 NO₃⁻ + 2 NO साठी N = 8 ⇒ 8 HNO₃; H साठी 4 H₂O.
• पायरी 4 : O तपासा : 24 = 18 + 2 + 4 ✓.

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) MnO₄⁻ + Fe²⁺ (आम्ल) मध्ये Fe²⁺ चा गुणक? 1) 1 2) 2 3) 5 4) 8 — उत्तर : 3). (Mn बदल 5.)
• CET 2) Cr₂O₇²⁻ → Cr³⁺ मध्ये e⁻ चे एकूण बदल? 1) 3 2) 6 3) 2 4) 4 — उत्तर : 2). (2 Cr × 3.)

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: टायट्रेशनमध्ये KMnO₄ ने Fe²⁺ चे प्रमाण मोजण्यासाठी हेच संतुलित समीकरण वापरतात.

फरक ओळखा

आकृतीत : MnO₄⁻ / Fe²⁺ ची अर्ध-अभिक्रिया.

नियम 1 : अर्ध-अभिक्रिया कशी संतुलित करावी — (1) मुख्य अणू (2) O साठी H₂O (3) H साठी H⁺ (4) प्रभारासाठी e⁻.

• सोपे : MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O.
• मध्यम : Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O.
• परीक्षेसाठी : 2I⁻ → I₂ + 2e⁻.

नियम 2 : क्षारीय माध्यम — आम्लाप्रमाणे संतुलित करून प्रत्येक H⁺ बरोबर OH⁻ जोडा (दोन्ही बाजूंना) ⇒ H₂O.

• सोपे : MnO₄⁻ + 2H₂O + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻.
• मध्यम : ×2 आणि ×3 : 2MnO₄⁻ + 4H₂O + 6I⁻ → 2MnO₂ + 8OH⁻ + 3I₂.
• परीक्षेसाठी : Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ ; Cl₂ + 4OH⁻ → 2ClO⁻ + 2H₂O + 2e⁻.

नियम 3 : दोन्ही अर्ध-अभिक्रिया जोडणे — e⁻ समान करा; e⁻ दोन्ही बाजूंनी वगळा; उरलेले H⁺/H₂O सोपे करा.

• सोपे : MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5Fe²⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O.
• मध्यम : Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6I⁻ → 2Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O (प्रभार +6 = +6 ✓).
• परीक्षेसाठी : Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.

उपपत्ती : MnO₄⁻/Fe²⁺ आम्ल माध्यम

• पायरी 1 : क्षपण : MnO₄⁻ → Mn²⁺; O साठी 4H₂O; H साठी 8H⁺; प्रभार जुळवायला 5e⁻.
• पायरी 2 : ऑक्सिडीकरण : Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ (× 5).
• पायरी 3 : बेरीज करून e⁻ वगळा ⇒ अंतिम समीकरण; प्रभार : −1 + 8 + 10 = +17 = 2 + 15 ✓.

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) MnO₄⁻ → Mn²⁺ (आम्ल) मध्ये e⁻ ची संख्या? 1) 1 2) 3 3) 5 4) 7 — उत्तर : 3).
• CET 2) Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ साठी H⁺? 1) 7 2) 14 3) 6 4) 3 — उत्तर : 2).

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: बॅटरी आणि विद्युतविलेपनात प्रत्येक इलेक्ट्रोडवर अर्ध-अभिक्रिया घडते; तीच पद्धत येथे वापरतात.

फरक ओळखा

आकृतीत : विद्युतरासायनिक श्रेणी आणि Zn–Cu सेल.

नियम 1 : श्रेणीचा वापर — कमी E° ⇒ प्रबळ क्षपणकारक (सहज ऑक्सिडित); जास्त E° ⇒ प्रबळ ऑक्सिडीकारक. वरचा धातू खालच्याला विस्थापित करतो.

• सोपे : Zn (−0.76) Cu²⁺ (+0.34) ला विस्थापित करतो.
• मध्यम : Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂ : E° = 0 − (−0.44) = +0.44 V शक्य.
• परीक्षेसाठी : Cu + 2H⁺ : E° = −0.34 V ⇒ अशक्य (Cu आम्लात H₂ देत नाही).

नियम 2 : E°कोश आणि ΔG° — ΔG° = −nFE°; F = 96500 C/mol. K साठी : log K = nE° ÷ 0.0592 (298 K).

• सोपे : Zn–Cu : E° = 0.34 + 0.76 = 1.10 V.
• मध्यम : ΔG° = −2 × 96500 × 1.10 = −212 kJ/mol.
• परीक्षेसाठी : log K = 2 × 1.10 ÷ 0.0592 = 37.2.

नियम 3 : हॅलोजन आणि इतर जोड्यांसाठी शक्यता — जास्त E° असलेला ऑक्सिडीकारक कमी E° वाल्याला ऑक्सिडित करतो.

• सोपे : Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂ : 1.36 − 1.09 = +0.27 V शक्य.
• मध्यम : Cl₂ + 2F⁻ → F₂ : 1.36 − 2.87 = −1.51 V अशक्य.
• परीक्षेसाठी : Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag : 0.80 − 0.34 = +0.46 V शक्य.

उपपत्ती : ΔG° = −nFE°

• पायरी 1 : सेलमधून n मोल e⁻ वाहतात ⇒ विद्युत प्रभार = nF.
• पायरी 2 : कमाल विद्युत कार्य = प्रभार × विभवांतर = nF × E°.
• पायरी 3 : मुक्त ऊर्जेतील घट = कार्य ⇒ ΔG° = −nFE°.

सूत्रे, एकक आणि मितीय सूत्र

CET स्तर (MCQ)

• CET 1) Zn–Cu सेलचा E°? (E° Zn²⁺/Zn = −0.76, Cu²⁺/Cu = +0.34) 1) 0.42 2) 1.10 3) −1.10 4) 0.76 — उत्तर : 2). (0.34 + 0.76.)
• CET 2) कोणता सर्वात प्रबळ क्षपणकारक? 1) Li 2) Zn 3) Cu 4) Ag — उत्तर : 1). (सर्वात कमी E°.)

प्रत्यक्ष जीवनातील उपयोग: लोखंडावर जस्त (गॅल्व्हनायझेशन) चढवतात कारण Zn चा E° कमी, तोच आधी ऑक्सिडित होतो; बॅटरी आणि इंधन-सेलचा पाया.

फरक ओळखा