धडा ४: पदार्थाचे मापन | राज्य मंडळ · इयत्ता 9 · विज्ञान आणि तंत्रज्ञान

रासायनिक संयोगाचे नियम

रोजच्या जीवनातून

मेणबत्ती जळताना ती नाहीशी झाल्यासारखी वाटते. पण सगळा धूर, वायू आणि मेणाचे थेंब गोळा केले तर त्यांचे एकूण वस्तुमान मेणबत्ती आणि वापरलेल्या ऑक्सिजनच्या वस्तुमानाइतकेच असेल. पदार्थाचे रूप बदलते, पण तो नाहीसा होत नाही.

सोपी व्याख्या

वस्तुमान अक्षय्यतेचा नियम (law of conservation of mass) : अभिक्रियाकारकांचे एकूण वस्तुमान = उत्पादितांचे एकूण वस्तुमान. स्थिर प्रमाणाचा नियम (law of constant proportion) : संयुगात मूलद्रव्ये नेहमी ठरलेल्या वस्तुमान गुणोत्तरात असतात.

आकृतीत : आकृतीत अभिक्रियेत काहीही नाहीसे होत नाही; एकूण वस्तुमान तेच राहते.

नियम 1 : वस्तुमान अक्षय्यतेचा नियम — लॅव्हॉइझिए यांनी 1785 मध्ये हा नियम मांडला. रासायनिक अभिक्रियेत अभिक्रियाकारकांचे एकूण वस्तुमान उत्पादितांच्या एकूण वस्तुमानाइतके असते. उदा. 56 g कॅल्शियम ऑक्साइड आणि 18 g पाणी यांपासून 74 g उत्पादित मिळते.

सोपे : 12 g कार्बन + 32 g ऑक्सिजन यांपासून 44 g कार्बन डायऑक्साइड मिळतो (12 + 32 = 44).
मध्यम : 10 g वायू आणि 25 g घन पदार्थ यांच्या अभिक्रियेत एकच संयुग तयार होते. त्याचे वस्तुमान 10 + 25 = 35 g.
परीक्षेसाठी : 48 g अभिक्रियाकारकांपासून 30 g घन उत्पादित आणि एक वायू मिळतो. वायूचे वस्तुमान 48 − 30 = 18 g.

नियम 2 : स्थिर प्रमाणाचा नियम — प्राउस्ट यांनी 1794 मध्ये हा नियम मांडला. संयुगातील मूलद्रव्यांचे वस्तुमान प्रमाण संयुग कोणत्याही स्रोताचे असले तरी ठरलेले असते. पाणी : हायड्रोजन : ऑक्सिजन = 1 : 8, म्हणून 9 g पाण्यात 1 g हायड्रोजन आणि 8 g ऑक्सिजन. कार्बन डायऑक्साइड : कार्बन : ऑक्सिजन = 3 : 8. कॉपर ऑक्साइड : कॉपर : ऑक्सिजन ≈ 4 : 1.

सोपे : 18 g पाण्यात 2 g हायड्रोजन आणि 16 g ऑक्सिजन (गुणोत्तर 2 : 16 = 1 : 8).
मध्यम : 22 g कार्बन डायऑक्साइड : कार्बन = 22 × 3 ÷ 11 = 6 g आणि ऑक्सिजन = 22 × 8 ÷ 11 = 16 g.
परीक्षेसाठी : 27 g पाण्यात हायड्रोजन व ऑक्सिजन किती? एकूण भाग 1 + 8 = 9. हायड्रोजन = 27 ÷ 9 = 3 g; ऑक्सिजन = 27 − 3 = 24 g.

लक्षात ठेवा

वस्तुमान अक्षय्य राहते. पाणी नेहमी वस्तुमानानुसार H : O = 1 : 8.

सामान्य चूक

1 : 8 हे गुणोत्तर अणूंच्या संख्येसाठी वापरणे. ते वस्तुमानाचे गुणोत्तर आहे.

शॉर्टकट

आठवणीची युक्ती : "लॅव्हॉइझिए 1785 = काही हरवत नाही; प्राउस्ट 1794 = प्रमाण ठरलेले".

फरक ओळखा

मुद्दा	वस्तुमान अक्षय्यता	स्थिर प्रमाण
शास्त्रज्ञ	लॅव्हॉइझिए	प्राउस्ट
वर्ष	1785	1794
कल्पना	आधी = नंतर वस्तुमान	ठरलेले वस्तुमान गुणोत्तर

सरावासाठी प्रश्न

सोपे

1वस्तुमान अक्षय्यतेचा नियम सांगा.
2स्थिर प्रमाणाचा नियम कोणी आणि केव्हा मांडला?
3पाण्यात हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वस्तुमानानुसार कोणत्या गुणोत्तरात असतात?

मध्यम

4कार्बन डायऑक्साइडमध्ये कार्बन : ऑक्सिजन वस्तुमान गुणोत्तर काय?
556 g कॅल्शियम ऑक्साइड 18 g पाण्याशी अभिक्रिया करतो. उत्पादिताचे वस्तुमान किती?
645 g पाण्यात ऑक्सिजनचे वस्तुमान काढा.

आव्हानात्मक

740 g कॉपर ऑक्साइडमध्ये कॉपर : ऑक्सिजन ≈ 4 : 1. दोन्हींचे वस्तुमान काढा.
8पाणी नदीचे असो वा विहिरीचे, स्थिर प्रमाणाचा नियम लागू होतो का? स्पष्ट करा.

उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)

1रासायनिक अभिक्रियेत अभिक्रियाकारकांचे एकूण वस्तुमान उत्पादितांच्या एकूण वस्तुमानाइतके असते.
2प्राउस्ट, 1794 मध्ये.
31 : 8.
43 : 8.
556 + 18 = 74 g.
6ऑक्सिजन = 45 × 8 ÷ 9 = 40 g.
7कॉपर = 40 × 4 ÷ 5 = 32 g; ऑक्सिजन = 8 g.
8होय. पाण्याचा स्रोत कोणताही असला तरी H : O वस्तुमान गुणोत्तर 1 : 8 असते.

अणूचा आकार, वस्तुमान आणि संज्ञा

रोजच्या जीवनातून

धूलिकण लहान दिसतो, पण अणू त्यापेक्षा खूपच लहान असतो. इतक्या लहान गोष्टींबद्दल बोलण्यासाठी लहान एकके आणि वस्तुमानांच्या तुलनेसाठी एक मानक लागते.

सोपी व्याख्या

सापेक्ष अणुवस्तुमान (relative atomic mass) म्हणजे अणूच्या वस्तुमानाची मानकाशी तुलना; मानक कार्बन = 12. त्याचे एकक डाल्टन (u).

नियम 1 : अणूचा आकार — अणूची त्रिज्या नॅनोमीटर मध्ये मोजतात (1 m = 10⁹ nm). हायड्रोजन अणू सुमारे 10^-10 m असतो. कक्षांची संख्या वाढली की आकार वाढतो, म्हणून K हा Na पेक्षा मोठा. बाह्य कक्षा समान असताना इलेक्ट्रॉन जास्त असल्यास अणू लहान होतो, म्हणून Mg हा Na पेक्षा लहान.

सोपे : Li ला 2 कक्षा आणि Na ला 3, म्हणून Na मोठा.
मध्यम : Na आणि Cl ची तुलना (दोघांना 3 कक्षा) : Cl ला 17 इलेक्ट्रॉन, Na ला 11, म्हणून Cl लहान.
परीक्षेसाठी : Na, K आणि Mg मोठ्यापासून लहानाकडे लावा : K (4 कक्षा) सर्वांत मोठा; Na (3 कक्षा, 11 इलेक्ट्रॉन) हा Mg (3 कक्षा, 12 इलेक्ट्रॉन) पेक्षा मोठा. म्हणून K, Na, Mg.

नियम 2 : अणुवस्तुमान आणि संज्ञा — पूर्वी हायड्रोजन 1 धरला जाई. 1961 पासून मानक कार्बन = 12. एकक डाल्टन (u); 1 u = 1.66 × 10^-27 kg. संज्ञा IUPAC आणि बर्झेलियस पद्धतीनुसार : पहिले अक्षर मोठे आणि दुसरे लहान. हेलियम आणि निऑन एकअणुक आहेत; ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन द्विअणुक (O₂, N₂).

सोपे : कॅल्शियम Ca असे लिहितात, CA किंवा ca नाही.
मध्यम : O₂ मध्ये दोन अणू : वस्तुमान 2 × 16 = 32 u.
परीक्षेसाठी : कार्बनच्या 5 अणूंचे वस्तुमान = 5 × 12 = 60 u.

लक्षात ठेवा

मानक कार्बन = 12. संज्ञा : पहिले मोठे, दुसरे लहान.

सामान्य चूक

कोबाल्टसाठी CO लिहिणे (योग्य Co).

शॉर्टकट

आठवणीची युक्ती : "कार्बन 12, आधी मोठे मग लहान".

फरक ओळखा

मुद्दा	मूल्य
मानक	कार्बन = 12 (1961 पासून)
1 u	1.66 × 10^-27 kg
एकअणुक	He, Ne
द्विअणुक	O₂, N₂

सरावासाठी प्रश्न

सोपे

1अणूची त्रिज्या कोणत्या एककात मांडतात?
2सापेक्ष अणुवस्तुमानाचे आताचे मानक कोणते?
31 u म्हणजे किती kg?

मध्यम

4K की Na, कोणता मोठा?
5एकअणुक आणि द्विअणुक मूलद्रव्यांची प्रत्येकी दोन उदाहरणे द्या.
6N₂ चे वस्तुमान u मध्ये काढा (N = 14).

आव्हानात्मक

7Mg आणि Na दोघांना 3 कक्षा असूनही Mg लहान का?
8मोठे आणि लहान अक्षराच्या नियमानुसार सोडियम, सिलिकॉन आणि क्लोरीन यांच्या संज्ञा लिहा.

उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)

1नॅनोमीटर.
2कार्बन = 12.
31.66 × 10^-27 kg.
4K, कारण त्याला जास्त कक्षा आहेत.
5एकअणुक : He, Ne. द्विअणुक : O₂, N₂.
62 × 14 = 28 u.
7Mg मध्ये इलेक्ट्रॉन जास्त आणि केंद्रकाचा भार जास्त, त्यामुळे कक्षा जवळ ओढल्या जातात.
8Na, Si, Cl.

रेणुवस्तुमान, मोल आणि अॅव्होगॅड्रो संख्या

रोजच्या जीवनातून

दुकानदार तांदळाचे दाणे मोजत नाही; तो किलोने विकतो. रसायनशास्त्रज्ञही अणू एकेक मोजू शकत नाहीत, म्हणून ते 'मोल' नावाच्या मोठ्या पुड्यात मोजतात.

सोपी व्याख्या

मोल (mole) म्हणजे अशी पदार्थाची मात्रा की जिचे ग्रॅममधील वस्तुमान u मधील रेणुवस्तुमानाइतके असते. त्यात 6.022 × 10²³ रेणू असतात.

आकृतीत : आकृतीत एका मोलचे ग्रॅममधील वस्तुमान u मधील रेणुवस्तुमानाइतके असते.

नियम 1 : रेणुवस्तुमान — रेणुवस्तुमान म्हणजे रेणूतील सर्व अणूंच्या अणुवस्तुमानांची बेरीज. H₂O = 18 u, CO₂ = 44 u आणि NaCl = 58.5 u.

सोपे : O₂ = 2 × 16 = 32 u.
मध्यम : CH₄ = 12 + (4 × 1) = 16 u.
परीक्षेसाठी : H₂SO₄ = (2 × 1) + 32 + (4 × 16) = 2 + 32 + 64 = 98 u.

नियम 2 : मोल आणि ॲव्होगॅड्रो संख्या — ॲव्होगॅड्रो संख्या N_A = 6.022 × 10²³ रेणू प्रति मोल. मोल = ग्रॅममधील वस्तुमान ÷ रेणुवस्तुमान. उदा. 66 g CO₂ म्हणजे 66 ÷ 44 = 1.5 मोल, त्यात 1.5 × 6.022 × 10²³ = 9.033 × 10²³ रेणू असतात.

सोपे : 18 g पाणी म्हणजे 18 ÷ 18 = 1 मोल, त्यात 6.022 × 10²³ रेणू.
मध्यम : 9 g पाणी म्हणजे 9 ÷ 18 = 0.5 मोल, म्हणून रेणू = 0.5 × 6.022 × 10²³ = 3.011 × 10²³.
परीक्षेसाठी : 2 मोल NaCl चे वस्तुमान काढा : वस्तुमान = मोल × रेणुवस्तुमान = 2 × 58.5 = 117 g.

Live आकृती

रेणुवस्तुमान, मोल आणि अॅव्होगॅड्रो संख्या

ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.

ॲपमध्ये उघडा

लक्षात ठेवा

n = वस्तुमान ÷ रेणुवस्तुमान. 1 मोल = 6.022 × 10²³ रेणू.

सामान्य चूक

पदार्थ रेणू असताना एका अणूच्या वस्तुमानाने भागणे. रेणुवस्तुमान वापरा.

शॉर्टकट

आठवणीची युक्ती : "मोल = वस्तुमान ÷ रेणुवस्तुमान".

फरक ओळखा

मुद्दा	सूत्र
मोल	वस्तुमान ÷ रेणुवस्तुमान
वस्तुमान	मोल × रेणुवस्तुमान
रेणूंची संख्या	मोल × 6.022 × 10²³

सरावासाठी प्रश्न

सोपे

1पाण्याचे रेणुवस्तुमान किती?
2ॲव्होगॅड्रो संख्या किती?
3पदार्थाच्या मात्रेचे SI एकक कोणते?

मध्यम

4CO₂ चे रेणुवस्तुमान काढा (C = 12, O = 16).
536 g पाण्यात किती मोल असतात?
622 g CO₂ मधील रेणूंची संख्या काढा.

आव्हानात्मक

73 मोल H₂SO₄ चे वस्तुमान काढा.
818 g पाणी आणि 44 g CO₂ मध्ये रेणूंची संख्या सारखीच का असते?

उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)

118 u.
26.022 × 10²³.
3मोल (mol).
412 + 2 × 16 = 44 u.
536 ÷ 18 = 2 मोल.
622 ÷ 44 = 0.5 मोल; 0.5 × 6.022 × 10²³ = 3.011 × 10²³.
798 × 3 = 294 g.
8दोन्ही प्रत्येकी एक मोल आहेत (18 ÷ 18 = 1 आणि 44 ÷ 44 = 1) आणि एका मोलमध्ये 6.022 × 10²³ रेणू असतात.

संयुजा आणि बदलती संयुजा

रोजच्या जीवनातून

दोन रुपयांचे नाणे पाच वस्तू विकत घेत नाही. अणूंचाही व्यवहार पूर्ण इलेक्ट्रॉनांत चालतो : अणू पूर्ण संख्येत इलेक्ट्रॉन देतो किंवा घेतो, अर्धा कधीच नाही. ती संख्या म्हणजे संयुजा.

सोपी व्याख्या

आयनिक बंध तयार होताना अणू जेवढे इलेक्ट्रॉन देतो किंवा घेतो ती संख्या म्हणजे संयुजा (valency).

आकृतीत : आकृतीत संयुजा म्हणजे दिलेल्या किंवा घेतलेल्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या.

नियम 1 : संयुजा — Na 1 इलेक्ट्रॉन देऊन Na⁺ (2, 8) बनतो. Cl 1 इलेक्ट्रॉन घेऊन Cl^- (2, 8, 8) बनतो. दोघांची संयुजा 1. संयुजा नेहमी पूर्ण संख्या असते.

सोपे : Mg 2 इलेक्ट्रॉन देतो, म्हणून त्याची संयुजा 2.
मध्यम : ऑक्सिजन 2 इलेक्ट्रॉन घेऊन O^2- बनतो, म्हणून त्याची संयुजा 2.
परीक्षेसाठी : Al (2, 8, 3) ला 3 बाह्य इलेक्ट्रॉन. तो 3 इलेक्ट्रॉन देऊन Al³⁺ (2, 8) बनतो, म्हणून संयुजा 3.

नियम 2 : बदलती संयुजा — काही मूलद्रव्ये एकापेक्षा जास्त संयुजा दाखवतात. Fe : 2 आणि 3 (फेरस, फेरिक). Cu : 1 आणि 2 (क्युप्रस, क्युप्रिक). Hg : 1 आणि 2 (मर्क्युरस, मर्क्युरिक).

सोपे : FeCl₂ मध्ये Fe ची संयुजा 2 (फेरस क्लोराइड).
मध्यम : FeCl₃ मध्ये Fe ची संयुजा 3 (फेरिक क्लोराइड), कारण 3 Cl^- साठी Fe³⁺ लागते.
परीक्षेसाठी : Cu₂O मध्ये एका O^2- साठी दोन Cu⁺ : क्युप्रस ऑक्साइड. CuO मध्ये O^2- साठी Cu²⁺ : क्युप्रिक ऑक्साइड.

लक्षात ठेवा

संयुजा = दिलेले किंवा घेतलेले इलेक्ट्रॉन (पूर्ण संख्या). Fe : 2, 3; Cu : 1, 2; Hg : 1, 2.

सामान्य चूक

संयुजा अपूर्णांकात सांगणे. संयुजा नेहमी पूर्ण संख्या असते.

शॉर्टकट

आठवणीची युक्ती : "फेरस = कमी संयुजा (2); फेरिक = जास्त (3)".

फरक ओळखा

मूलद्रव्य	कमी संयुजा	जास्त संयुजा
लोखंड	2 (फेरस)	3 (फेरिक)
तांबे	1 (क्युप्रस)	2 (क्युप्रिक)
पारा	1 (मर्क्युरस)	2 (मर्क्युरिक)

सरावासाठी प्रश्न

सोपे

1संयुजा म्हणजे काय?
2Na आणि Cl ची संयुजा किती?
3संयुजा अपूर्णांक असू शकते का?

मध्यम

4बदलती संयुजा म्हणजे काय? उदाहरण द्या.
5तांब्याच्या संयुजा कोणत्या?
62, 8, 2 या इलेक्ट्रॉन मांडणीवरून Mg ची संयुजा काढा.

आव्हानात्मक

7FeCl₂ आणि FeCl₃ ची नावे सांगा आणि प्रत्येकात लोखंडाची संयुजा सांगा.
8S^2- बनताना S (2, 8, 6) ची संयुजा 6 नसून 2 का?

उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)

1आयनिक बंध तयार होताना अणू जेवढे इलेक्ट्रॉन देतो किंवा घेतो ती संख्या.
2प्रत्येकी 1.
3नाही, ती नेहमी पूर्ण संख्या असते.
4मूलद्रव्य एकापेक्षा जास्त संयुजा दाखवते, उदा. Fe (2 आणि 3).
51 (क्युप्रस) आणि 2 (क्युप्रिक).
6तो 2 बाह्य इलेक्ट्रॉन देतो, म्हणून संयुजा 2.
7फेरस क्लोराइड (2) आणि फेरिक क्लोराइड (3).
8बाह्य कक्षा पूर्ण (8) करण्यासाठी 2 इलेक्ट्रॉन घेणे 6 देण्यापेक्षा सोपे आहे.

मूलके आणि आयन

रोजच्या जीवनातून

शाळेत प्रत्येक विद्यार्थ्याची स्वतःची ओळख असते, पण चार विद्यार्थ्यांचा संघ एक गट असतो. तसेच आयन एकटा किंवा गटात काम करू शकतो. संयुगांमध्ये काम करणाऱ्या या घटकांना मूलके म्हणतात.

सोपी व्याख्या

धन आयन म्हणजे धनायन (cation); ऋण आयन म्हणजे ऋणायन (anion). आयनिक संयुगांत हे स्वतंत्रपणे मूलक (radical) म्हणून वागतात.

नियम 1 : basic आणि acidic मूलके — धनायनी मूलके म्हणजे basic मूलके, उदा. Na⁺ आणि NH₄⁺. ऋणायनी मूलके म्हणजे acidic मूलके, उदा. Cl^- आणि MnO₄^-.

सोपे : NaCl मध्ये Na⁺ basic मूलक आणि Cl^- acidic मूलक.
मध्यम : NH₄Cl मध्ये basic मूलक NH₄⁺ आणि acidic मूलक Cl^-.
परीक्षेसाठी : K⁺ धनायन, म्हणून basic मूलक; Br^- ऋणायन, म्हणून acidic मूलक.

नियम 2 : साधी आणि संयुक्त मूलके — एक विद्युतभारित अणू म्हणजे साधे मूलक. विद्युतभारित अणूंचा गट म्हणजे संयुक्त मूलक, उदा. SO₄^2- आणि NH₄⁺. मूलकावरील भार म्हणजे त्याची संयुजा.

सोपे : Mg²⁺ हे साधे मूलक, संयुजा 2.
मध्यम : SO₄^2- हे संयुक्त मूलक (S आणि चार O अणू एकत्र), संयुजा 2.
परीक्षेसाठी : Na₂SO₄ मध्ये : दोन Na⁺ (साधे, basic) आणि एक SO₄^2- (संयुक्त, acidic); एकूण भार +2 − 2 = 0.

लक्षात ठेवा

धनायन = basic मूलक; ऋणायन = acidic मूलक. भार = संयुजा.

सामान्य चूक

NH₄⁺ ला acidic मूलक म्हणणे. ते धन आहे, म्हणून basic.

शॉर्टकट

आठवणीची युक्ती : "धनायन = प्लस = basic".

फरक ओळखा

मुद्दा	basic मूलक	acidic मूलक
भार	धन	ऋण
आयन	धनायन	ऋणायन
उदाहरण	Na⁺, NH₄⁺	Cl^-, MnO₄^-

सरावासाठी प्रश्न

सोपे

1धनायन म्हणजे काय?
2ऋणायन म्हणजे काय?
3basic मूलके कोणती?

मध्यम

4acidic मूलकांची दोन उदाहरणे द्या.
5संयुक्त मूलक म्हणजे काय? उदाहरण द्या.
6KCl मधील basic आणि acidic मूलक सांगा.

आव्हानात्मक

7साधे की संयुक्त : Ca²⁺, NH₄⁺, F^-, SO₄^2-.
8(NH₄)₂SO₄ मध्ये एका SO₄^2- साठी किती NH₄⁺ लागतात?

उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)

1धन भारित आयन.
2ऋण भारित आयन.
3धनायनी (धन) मूलके, उदा. Na⁺.
4Cl^- आणि MnO₄^-.
5विद्युतभारित अणूंचा गट, उदा. SO₄^2-.
6basic : K⁺; acidic : Cl^-.
7साधे : Ca²⁺, F^-. संयुक्त : NH₄⁺, SO₄^2-.
82, म्हणजे +2 आणि −2 बरोबर होतात.

झटपट उजळणी

वस्तुमान अक्षयता (1785); स्थिर प्रमाण (1794).
मोल : 6.022 × 10²³ कण; n = वस्तुमान / रेणुवस्तुमान.
संयुजा = आयनिक बंधात दिलेले किंवा घेतलेले इलेक्ट्रॉन.