BPSC 70वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 10 / 143

सही — B, AgNO3 विलयन और कॉपर धातु। कोई धातु किसी दूसरी धातु को उसके लवण-विलयन से तभी विस्थापित करती है जब मुक्त धातु दोनों में अधिक क्रियाशील हो, अर्थात सक्रियता शृंखला में ऊपर हो। मानक क्रम लीजिए — पोटैशियम, सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम, एल्युमिनियम, ज़िंक, आयरन, लेड, (हाइड्रोजन), कॉपर, मरकरी, सिल्वर, गोल्ड — इसमें कॉपर सिल्वर से ऊपर है, इसलिए कॉपर सिल्वर को उसके लवण से बाहर धकेलकर उसकी जगह ले सकता है: Cu + 2AgNO3 से Cu(NO3)2 + 2Ag बनता है। यह इस विचार का पाठ्यपुस्तकीय प्रदर्शन ठीक इसीलिए है कि इसे होते हुए देखा जा सकता है। रंगहीन सिल्वर नाइट्रेट विलयन में साफ़ ताँबे का तार लटकाइए और कुछ ही मिनटों में विलयन नीला होने लगता है क्योंकि कॉपर(II) नाइट्रेट बनता है, जबकि तार पर धात्विक चाँदी की चमकीली धूसर सूइयाँ जमती जाती हैं। इसके नीचे यह एक रेडॉक्स परिवर्तन है: हर कॉपर परमाणु 0 से +2 पर ऑक्सीकृत होकर दो इलेक्ट्रॉन देता है, और हर सिल्वर आयन एक इलेक्ट्रॉन लेकर +1 से 0 पर अपचयित होता है — इसीलिए इस आकार की अभिक्रियाओं को एकल विस्थापन या एकल प्रतिस्थापन रेडॉक्स अभिक्रिया भी कहते हैं। शेष तीनों को भी इसी तरह जाँचिए, मुक्त धातु को लवण में पहले से मौजूद धातु के सामने रखकर: सोडियम के सामने कॉपर, मैग्नीशियम के सामने एल्युमिनियम, आयरन के सामने सिल्वर। इनमें से हर एक में मुक्त धातु जोड़े की नीचे वाली है, इसलिए कोई अभिक्रिया नहीं होती। प्रश्न में आया बहुवचन 'जोड़ा' ढीली भाषा है, यह संकेत नहीं कि एक से अधिक विकल्प चलते हैं — चारों संयोजनों में ठीक एक ऐसा है जिसमें मुक्त धातु लवण की धातु से ऊपर है।

• (a)NaCl विलयन और कॉपर धातु — NaCl विलयन और कॉपर धातु — कॉपर सक्रियता शृंखला में लगभग नीचे बैठता है और सोडियम लगभग सबसे ऊपर, इसलिए कॉपर सोडियम क्लोराइड से सोडियम को विस्थापित नहीं कर सकता और कुछ नहीं होता। यहाँ एक सूक्ष्म झाँसा दबा हुआ है: सिल्वर नाइट्रेट और सोडियम क्लोराइड आपस में अभिक्रिया करते ज़रूर हैं, द्वि-विस्थापन से, और सिल्वर क्लोराइड का सफ़ेद दहीनुमा अवक्षेप देते हैं। पर यह विकल्प सोडियम क्लोराइड को किसी सिल्वर लवण के साथ नहीं, कॉपर धातु के साथ जोड़ता है, और धातु-जमा-लवण वाला जोड़ा केवल सक्रियता शृंखला से तय होता है।
• (c)MgCl2 विलयन और एल्यूमिनियम धातु — MgCl2 विलयन और एल्यूमिनियम धातु — वही विकल्प जो शृंखला रट चुके अभ्यर्थियों को बाक़ी से अलग कर देता है। मैग्नीशियम एल्युमिनियम से ऊपर है, नीचे नहीं, इसलिए एल्युमिनियम मैग्नीशियम क्लोराइड से मैग्नीशियम को विस्थापित नहीं कर सकता। जोड़े को उलट दीजिए तो चल जाएगा: एल्युमिनियम क्लोराइड के विलयन में डाली गई मैग्नीशियम धातु एल्युमिनियम को विस्थापित कर देगी। जो केवल इतना सोचकर चलेगा कि 'एल्युमिनियम तो क्रियाशील धातु है', वह यही चुनेगा और आस-पास वाले जोड़े के क्रम पर अंक गँवा देगा।
• (d)FeSO4 विलयन और सिल्वर धातु — FeSO4 विलयन और सिल्वर धातु — सिल्वर सबसे कम क्रियाशील धातुओं में से है और आयरन से काफ़ी नीचे पड़ता है, इसलिए वह फ़ेरस सल्फ़ेट से आयरन को विस्थापित नहीं कर सकता। यही निष्क्रियता वह कारण है कि सिल्वर, सोने की तरह, प्रकृति में मुक्त धात्विक अवस्था में मिलता है और संक्षारित होकर नष्ट नहीं होता, और यही वह गुण है जिसके चलते सही विकल्प में वह विस्थापित होने वाली धातु है, विस्थापित करने वाली नहीं।

सक्रियता शृंखला, जिसे क्रियाशीलता शृंखला भी कहते हैं, धातुओं को इस क्रम में रखती है कि वे कितनी सहजता से इलेक्ट्रॉन छोड़कर धनायन बनाती हैं। पोटैशियम, सोडियम और कैल्शियम यह सबसे सहजता से करते हैं; सोना और चाँदी सबसे अनिच्छा से। यही एक क्रम चार अलग-अलग प्रकार के परीक्षा-प्रश्नों का उत्तर देता है, इसलिए उसे निकालने के बजाय याद कर लेना ही फ़ायदे का है। पहला, विस्थापन: शृंखला में ऊपर की धातु अपने से नीचे वाली धातु को उसके लवण-विलयन से विस्थापित कर देती है। दूसरा, जल और अम्लों के साथ अभिक्रिया: हाइड्रोजन से ऊपर की धातुएँ तनु अम्लों से हाइड्रोजन गैस मुक्त करती हैं, इसीलिए ज़िंक तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल में बुदबुदाता है जबकि कॉपर और सिल्वर, दोनों हाइड्रोजन से नीचे होने के कारण, ज्यों के त्यों बैठे रहते हैं। तीसरा, निष्कर्षण: सबसे क्रियाशील धातुएँ, पोटैशियम से लेकर एल्युमिनियम तक, कार्बन से अपचयित नहीं की जा सकतीं और उन्हें उनके पिघले यौगिकों के विद्युत-अपघटन से पाना पड़ता है; बीच का समूह — ज़िंक, आयरन और लेड — भट्ठी में कार्बन या कोक से उनके ऑक्साइड को अपचयित करके मिलता है; और सबसे कम क्रियाशील, सिल्वर और गोल्ड, मुक्त अवस्था में मिलते हैं या उन्हें बहुत हल्के उपचार की ही ज़रूरत होती है। चौथा, संक्षारण-नियंत्रण: गैल्वनीकरण लोहे पर जस्ते की परत चढ़ाता है और भूमिगत पाइपलाइनों की रक्षा बलि-एनोड करते हैं, दोनों इसलिए कि कम क्रियाशील धातु के साथ रखी गई अधिक क्रियाशील धातु पहले संक्षारित होकर उसे बचा लेती है।

चारों विकल्पों को याद की जाने वाली रसायन के रूप में मत पढ़िए; हर एक को दो नामों की तुलना में बदलिए और उसकी दिशा शृंखला के सामने जाँचिए। विकल्प (a) है सोडियम के सामने कॉपर। विकल्प (b) है सिल्वर के सामने कॉपर। विकल्प (c) है मैग्नीशियम के सामने एल्युमिनियम। विकल्प (d) है आयरन के सामने सिल्वर। नियम एक पंक्ति का है: अभिक्रिया तभी चलेगी जब पहला नाम दूसरे से ऊपर हो। सोडियम के सामने कॉपर बुरी तरह गिरता है और आयरन के सामने सिल्वर भी, इसलिए दोनों लगभग बिना सोचे हटाए जा सकते हैं — शृंखला के तल की धातु से कहा जा रहा है कि वह अपने से कहीं ऊपर की धातु को विस्थापित कर दे। बचते हैं (b) और (c), और ये दोनों समान रूप से कठिन नहीं हैं। सिल्वर से ऊपर कॉपर शृंखला के उस दूरस्थ, कम-क्रियाशील छोर पर है जहाँ क्रम याद रखना आसान है, क्योंकि सिल्वर और गोल्ड प्रसिद्ध रूप से वही धातुएँ हैं जो संक्षारित नहीं होतीं। मैग्नीशियम के सामने एल्युमिनियम ही सचमुच जाँचने योग्य जोड़ा है, क्योंकि दोनों को आम तौर पर क्रियाशील धातु कहा जाता है और उनका आपसी क्रम अनुभव से नहीं, याद से आना पड़ता है। इस क्रम को एक निश्चित माला की तरह साथ रखिए — पोटैशियम, सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम, एल्युमिनियम, ज़िंक, आयरन, लेड, हाइड्रोजन, कॉपर, मरकरी, सिल्वर, गोल्ड — और यह सोचने के बजाय कि कौन-सी धातु अधिक क्रियाशील 'लगती' है, दोनों नाम सीधे उसी माला से पढ़ लीजिए।

• अवरोही क्रम में सक्रियता शृंखला: पोटैशियम, सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम, एल्युमिनियम, ज़िंक, आयरन, लेड, हाइड्रोजन, कॉपर, मरकरी, सिल्वर, गोल्ड। कोई धातु लवण-विलयन से केवल उन्हीं धातुओं को विस्थापित करती है जो उससे नीचे हों।
• विकल्प (b) की अभिक्रिया: Cu + 2AgNO3 से Cu(NO3)2 + 2Ag। रंगहीन विलयन कॉपर(II) आयनों से नीला हो जाता है और ताँबे पर धूसर क्रिस्टलीय चाँदी जम जाती है।
• विस्थापन एक रेडॉक्स परिवर्तन है — कॉपर ऑक्सीकरण अवस्था 0 से +2 पर ऑक्सीकृत होता है और सिल्वर +1 से 0 पर अपचयित — इसीलिए इस अभिक्रिया को द्वि-विस्थापन नहीं, एकल विस्थापन में गिना जाता है।
• शृंखला में हाइड्रोजन से ऊपर की धातुएँ ही तनु अम्लों से हाइड्रोजन गैस मुक्त करती हैं। ज़िंक और आयरन करते हैं; कॉपर और सिल्वर नहीं, इसीलिए तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल का कॉपर पर कोई असर नहीं पड़ता।
• शृंखला में स्थान तय करता है कि धातु का निष्कर्षण कैसे होगा: पोटैशियम से एल्युमिनियम तक पिघले यौगिकों का विद्युत-अपघटन, ज़िंक, आयरन और लेड के लिए कार्बन या कोक से ऑक्साइड का अपचयन, और सिल्वर तथा गोल्ड के लिए मुक्त अवस्था में प्राप्ति।
• यही क्रम गैल्वनीकरण भी समझाता है। लोहे पर जस्ते की परत इसलिए चढ़ाई जाती है कि जस्ता लोहे से ऊपर है और उसकी जगह संक्षारित होता है, और यह परत वहाँ भी रक्षा करती है जहाँ वह खरोंच से कट चुकी हो।

• एल्युमिनियम को मैग्नीशियम से ऊपर रख देना। दोनों में अधिक क्रियाशील मैग्नीशियम है, और विकल्प (c) ठीक इसी को पकड़ने के लिए बनाया गया है।
• प्रश्न के बहुवचन 'जोड़ा' को एक से अधिक चलने वाले संयोजन खोजने का न्योता मान लेना। केवल एक ही जोड़े में मुक्त धातु लवण की धातु से ऊपर है।
• विस्थापन और द्वि-विस्थापन को गड्डमड्ड कर देना। सिल्वर नाइट्रेट और सोडियम क्लोराइड आपस में अभिक्रिया करते हैं और सिल्वर क्लोराइड का सफ़ेद अवक्षेप देते हैं, पर विकल्प (a) सोडियम क्लोराइड को कॉपर धातु के साथ रखता है, और लवण के सामने धातु का मामला केवल सक्रियता शृंखला से तय होता है।

BPSC विद्यालयी रसायन को कक्षा 9 और 10 के पाठ्यक्रम से सीधे उठाए गए एक-पंक्ति के प्रयोग के रूप में पूछता है — वह जोड़ा चुनिए जो अभिक्रिया करे, अम्ल का नाम बताइए, मॉडल का नाम बताइए — और अपेक्षा करता है कि सक्रियता शृंखला आँकड़ों से निकाली न जाकर सूची के रूप में रटी गई हो, जिसमें विभेदक विकल्प हमेशा एल्युमिनियम और मैग्नीशियम जैसा कोई पास-पास वाला जोड़ा होता है। UPSC अब शृंखला को इस नंगे रूप में शायद ही पूछता है। जब वह धातुओं के पास जाता है तो औद्योगिक या पर्यावरणीय अनुप्रयोग पूछता है — वात्या भट्टी के भीतर कोक वास्तव में करता क्या है, या ताँबा गलाने वाले संयंत्र नियामक चिंता क्यों खींचते हैं — इसलिए वही रसायन वहाँ किसी प्रक्रिया-प्रश्न में लिपटकर आती है।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  निम्नलिखित में से कौन-सी एक धातु तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से हाइड्रोजन गैस विस्थापित करेगी ?

  • (a)कॉपर
  • (b)सिल्वर
  • (c)ज़िंक
  • (d)गोल्ड

  उत्तर(c) ज़िंक — सक्रियता शृंखला में हाइड्रोजन से ऊपर की धातुएँ ही तनु अम्लों से हाइड्रोजन मुक्त करती हैं। कॉपर, सिल्वर और गोल्ड तीनों हाइड्रोजन से नीचे हैं और तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से अप्रभावित रहते हैं।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  जब लोहे की कील नीले कॉपर सल्फ़ेट विलयन में खड़ी छोड़ दी जाती है तो नीला रंग फीका पड़ जाता है। इसका कारण यह है कि

  • (a)लोहा विलयन से कॉपर को विस्थापित कर देता है
  • (b)कॉपर विलयन से लोहे को विस्थापित कर देता है
  • (c)लोहे के संपर्क में आते ही कॉपर सल्फ़ेट वियोजित हो जाता है
  • (d)आयरन सल्फ़ेट अघुलनशील है और तली में बैठ जाता है

  उत्तर(a) लोहा विलयन से कॉपर को विस्थापित कर देता है — सक्रियता शृंखला में आयरन कॉपर से ऊपर है, इसलिए Fe + CuSO4 से FeSO4 + Cu बनता है। नीले कॉपर(II) आयन विलयन छोड़कर कील पर लाल-भूरी ताँबे की परत के रूप में जम जाते हैं, और नीले रंग की जगह फ़ेरस सल्फ़ेट का हल्का हरा रंग ले लेता है।