MPSC 2022 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 55 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (1) — अधिक पाच. प्रश्नात छापलेल्या घटकात व्हॅनेडियमवर खालच्या बाजूला दोन, ऑक्सिजनवर खालच्या बाजूला सात आणि वरच्या बाजूला उणे चार असे छापले आहे; म्हणजे हा दोन व्हॅनेडियम अणू व सात ऑक्सिजन अणू असलेला आणि एकूण उणे चार भार वाहणारा आयन आहे. आकडेमोड दोन प्रमाणित नियमांवर उभी आहे. पहिला नियम असा की नेहमीच्या संयुगांत ऑक्सिजनला उणे दोन हा ऑक्सिडीकरण अंक दिला जातो; याला अपवाद म्हणजे पेरॉक्साइडे, जिथे तो उणे एक असतो, सुपरऑक्साइडे, आणि फ्लोरिनबरोबरची संयुगे — यांपैकी एकही इथे लागू होत नाही. दुसरा नियम असा की बहुअणुक आयनात सर्व अणूंच्या ऑक्सिडीकरण अंकांची बेरीज त्या आयनावरील भाराइतकी असली पाहिजे, जशी उदासीन संयुगात ती शून्य असली पाहिजे. प्रत्येक व्हॅनेडियम अणूची ऑक्सिडीकरण स्थिती x धरू. दोन व्हॅनेडियम अणू म्हणजे 2x, आणि सात ऑक्सिजन अणू म्हणजे सात गुणिले उणे दोन, म्हणजे उणे चौदा. या बेरजेने आयनावरील भार, म्हणजे उणे चार, इतकेच यायला हवे. म्हणून 2x – 14 = – 4; 2x = 10; आणि x = + 5. म्हणजे प्रत्येक व्हॅनेडियम अणू अधिक पाच या ऑक्सिडीकरण स्थितीत आहे आणि उत्तर पर्याय (1). दोन तपासण्या हा निकाल पक्का करतात. पहिली रासायनिक : अधिक पाच ही व्हॅनेडियमला उपलब्ध असलेली सर्वोच्च ऑक्सिडीकरण स्थिती आहे. व्हॅनेडियम संक्रमण मालिकेच्या पाचव्या गणात असून त्याच्या सर्वात बाहेरच्या s व d कक्षकांत पाच इलेक्ट्रॉन उपलब्ध असतात, म्हणून हे पाचही देऊन टाकणारा व्हॅनेडियम अणू अधिक पाचपर्यंत पोहोचतो आणि त्याहून पुढे जाऊ शकत नाही. हीच ती स्थिती जी व्हॅनेडियम पेंटॉक्साइडमध्ये आढळते — गंधकाम्लाच्या निर्मितीसाठीच्या संपर्क पद्धतीत उत्प्रेरक म्हणून वापरले जाणारे ऑक्साइड — आणि याच स्थितीत व्हॅनेडियम जी अनेक ऑक्सो-ऋणायने तयार करतो त्यांपैकी एक म्हणजे प्रश्नातील आयन. दुसरी तपासणी संरचनात्मक : हा आयन डायक्रोमेट आयनाचा व पायरोफॉस्फेट आयनाचा तंतोतंत समकक्ष आहे — एका सामायिक ऑक्सिजन अणूतून जोडलेली दोन एकके — आणि दोन क्रोमियम अणू, सात ऑक्सिजन अणू व उणे दोन भार असलेल्या डायक्रोमेटवर हीच आकडेमोड चालवली तर क्रोमियमसाठी अधिक सहा येते, जी क्रोमियमची स्वतःची सर्वोच्च स्थिती आहे. हा समांतरपणा लक्षात घेण्याजोगा आहे, कारण दोन धातू व सात ऑक्सिजन असलेल्या आयनांचे हे कुटुंब वारंवार येते आणि प्रत्येक वेळी आकडेमोड तशीच असते. अशा सर्व आकडेमोडींतील अत्यावश्यक दक्षता म्हणजे उत्तर एका अणूची स्थिती असते हे लक्षात ठेवणे : समीकरण 2x = 10 देते, आणि उत्तर लिहिण्याआधी त्या दहाला निम्मे करावेच लागते. उत्तर पर्याय (1).

• (2)– 5 — आकडा बरोबर आहे आणि चिन्ह चुकीचे, म्हणून आकडेमोड निष्काळजीपणे केलेल्या किंवा आयनावरील भार व त्यातील धातूची ऑक्सिडीकरण स्थिती यांची गल्लत केलेल्या उमेदवाराचा हा पर्याय ठरतो. संपूर्ण आयन ऋण भार वाहतो हे खरे, पण त्या भाराचा हिशेब सात ऑक्सिजन अणू लावतात; त्यांचे मिळून उणे चौदा हे योगदान दोन व्हॅनेडियम अणूंच्या धन योगदानापेक्षा मोठे आहे, आणि या मांडणीत धातू हाच धन भागीदार आहे. ऋण मूल्य पाहताक्षणी नाकारण्याचे रासायनिक कारणही आहे. व्हॅनेडियम हा धातू आहे आणि ऑक्सिजन हे सर्वात विद्युतऋण मूलद्रव्यांपैकी एक, म्हणून त्यांच्यातील बंधात वाटलेले इलेक्ट्रॉन ऑक्सिजनच्या खात्यावर मोजले जातात आणि व्हॅनेडियम धन उरतो. केवळ ऑक्सिजनशी बंध असलेला धातू ऋण ऑक्सिडीकरण स्थिती कधीच वाहू शकत नाही, आणि एवढे लक्षात घेतले तरी कोणतेही समीकरण मांडण्याआधीच हा पर्याय बाद होतो.
• (3)+ 4 — अधिक चार ही व्हॅनेडियमची खरीखुरी ऑक्सिडीकरण स्थिती आहे, आणि म्हणूनच हा पर्याय विश्वासार्ह वाटतो : निळ्या व्हॅनेडिल आयनाची आणि व्हॅनेडियम डायऑक्साइडची तीच स्थिती आहे, आणि व्हॅनेडियम अनेक स्थितींत — अधिक दोन, अधिक तीन, अधिक चार व अधिक पाच — आढळण्यासाठी प्रसिद्ध आहे; प्रत्येक स्थितीचा द्रावणातील रंगही स्वतंत्र असतो. मात्र या विशिष्ट आयनातील स्थिती ती नाही, आणि आकडेमोड हे निकालात काढते : प्रत्येक व्हॅनेडियम अधिक चार असता तर दोघांचे मिळून अधिक आठ झाले असते, आणि ऑक्सिजनच्या उणे चौदासोबत एकूण भार उणे चार ऐवजी उणे सहा आला असता — जो सूत्रात दिलेला नाही. सर्वसाधारण इशारा असा की ऑक्सिडीकरण स्थिती विचारणाऱ्या प्रश्नात, मूलद्रव्य इतरत्र खरोखर धारण करत असलेल्या स्थितीचे नाव घेणारा पर्याय एवढ्यावरून उत्तर ठरत नाही; दिलेल्या सूत्रावरूनच स्थिती काढावी लागते, कारण मूलद्रव्याच्या अनेक शक्य स्थितींपैकी नाव घेतलेल्या घटकात ते कोणती स्थिती व्यापते हे ठरवणे हाच या कवायतीचा संपूर्ण हेतू आहे.
• (4)+ 10 — दहा हे 2x चे मूल्य आहे, x चे नाही; आणि समीकरण बरोबर सोडवूनही दोन व्हॅनेडियम अणू ती बेरीज वाटून घेतात हे विसरणाऱ्या उमेदवारासाठीचा हा सापळा आहे. ऑक्सिडीकरण स्थितीची व्याख्या प्रत्येक अणूमागे केलेली असते, म्हणून समीकरणातून 2x = 10 मिळाल्यावर उरलेली पायरी म्हणजे दोनने भागणे. शिवाय एक मर्यादा हे मूल्य लगेच बाद करते : मूलद्रव्याची ऑक्सिडीकरण स्थिती त्याच्याकडे गमावण्यासाठी उपलब्ध असलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येपेक्षा मोठी असू शकत नाही, आणि संक्रमण मालिकेच्या पाचव्या गणातील व्हॅनेडियमकडे असे पाच इलेक्ट्रॉन आहेत, म्हणून अधिक पाच हीच त्याची कमाल मर्यादा. चौथ्या आवर्तातील एकही मूलद्रव्य अधिक दहापर्यंत पोहोचत नाही, आणि नेहमीच्या रसायनशास्त्रात भेटणारी सर्वोच्च ऑक्सिडीकरण स्थिती अधिक आठ आहे — ऑस्मियम व रुथेनियमच्या अगदी थोड्या संयुगांत. काढलेली ऑक्सिडीकरण स्थिती मूलद्रव्याच्या आवर्तसारणीतील गणाशी ताडून पाहणे हा नेमकी अशीच चूक पकडण्याचा जलद मार्ग आहे.

संयुगातील अणूचा ऑक्सिडीकरण अंक म्हणजे त्याने केलेला प्रत्येक बंध पूर्णपणे आयनिक मानला — म्हणजे वाटलेले इलेक्ट्रॉन अधिक विद्युतऋण भागीदाराच्या खात्यावर टाकले — तर त्या अणूवर जो भार आला असता तो. हे प्रत्यक्ष भाराचे मोजमाप नसून हिशेब ठेवण्याचे साधन आहे, पण रेडॉक्स समीकरणे संतुलित करण्यासाठी व संयुगांच्या नामकरणासाठी ते अपरिहार्य आहे. तो ठरवण्याचे नियम थोडेच आहेत. मुक्त अवस्थेतील मूलद्रव्याचा अंक शून्य. एकअणुक आयन त्या आयनाचा भार घेतो. फ्लोरिन नेहमी उणे एक; ऑक्सिजन उणे दोन, पण पेरॉक्साइडांत उणे एक, सुपरऑक्साइडांत वेगळा, आणि फ्लोरिनबरोबरच्या संयुगांत धन; हायड्रोजन अधिक एक, पण धातूंच्या हायड्राइडांत उणे एक. अल्कली धातू त्यांच्या सर्व संयुगांत अधिक एक आणि अल्कधर्मी मृदा धातू अधिक दोन. आणि शेवटी, उदासीन रेणूत ऑक्सिडीकरण अंकांची बेरीज शून्य येते व बहुअणुक आयनात ती त्या आयनावरील भाराइतकी येते — हाच नियम अज्ञात राशी सोडवण्याजोगी करतो. या आकडेमोडी सर्वाधिक महत्त्वाच्या ठरतात त्या संक्रमण धातूंसाठी, कारण ते बदलत्या ऑक्सिडीकरण स्थिती दाखवतात : बाहेरच्या s व d इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा एकमेकींच्या जवळ असल्याने वेगवेगळ्या परिस्थितींत वेगवेगळ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन काढून घेता येतात, आणि त्यातून या गटाचे वैशिष्ट्य असलेली रंगीत आयनांची मालिका मिळते. व्हॅनेडियम हे याचे चांगले उदाहरण; तो अधिक दोन, अधिक तीन, अधिक चार व अधिक पाच या स्थितींत आढळतो आणि द्रावणात प्रत्येकीचा रंग वेगळा असतो. त्याचे पेंटॉक्साइड संपर्क पद्धतीचे उत्प्रेरक आहे, आणि पोलाद कठीण करण्यासाठी फेरोव्हॅनेडियम मिश्रधातूंत हा धातू वापरला जातो.

ऑक्सिडीकरण स्थितीचे प्रश्न एमपीएससीच्या रसायनशास्त्र भागातील सर्वाधिक भरवशाच्या घटकांपैकी आहेत, कारण त्यांना नियमांच्या एका छोट्या यादीपलीकडे काहीही पाठ करावे लागत नाही आणि एक समीकरण मांडून ते एका मिनिटाच्या आत सुटतात. आयोग असे प्रश्न मुद्दाम अपरिचित वाटणाऱ्या घटकांवर बांधतो — पायरोफॉस्फेट, डायक्रोमेट, थायोसल्फेट, परमँगनेट, आणि या प्रश्नातील व्हॅनेडेट — नेमके यासाठी की उमेदवाराला स्मरणावरून उत्तर देता येऊ नये व आकडेमोड करावीच लागावी. पर्यायसंच ही आकडेमोड ज्या तीन चुका घडवू शकते त्यांच्याभोवती रचलेले असतात, आणि तिन्ही इथे हजर आहेत : चिन्ह उलटे, प्रत्येक अणूमागच्या मूल्याऐवजी सर्व अणूंची बेरीज, आणि त्याच मूलद्रव्याची खरीखुरी पण इथे लागू नसलेली स्थिती. यांच्यापासून बचाव यांत्रिक आहे. मनातल्या मनात न सोडवता समीकरण लिहून काढा; भागीदाराच्या विद्युतऋणतेवरून चिन्ह तपासा, कारण ऑक्सिजनशी बंध असलेला धातू धनच असला पाहिजे; शेवटी त्या मूलद्रव्याच्या अणूंच्या संख्येने भागा; आणि निकाल मूलद्रव्याच्या आवर्तसारणीतील स्थानाशी ताडून पहा, कारण ते स्थान त्याच्या कमाल मूल्यावर मर्यादा घालते. इथे छापलेला आयन त्याचे कुटुंब ओळखणाऱ्या उमेदवारालाही बक्षीस देतो, कारण डायक्रोमेट आयनाचा आकार तंतोतंत तसाच असतो आणि त्याची आकडेमोडही तशीच.

• बहुअणुक आयनात सर्व अणूंच्या ऑक्सिडीकरण अंकांची बेरीज त्या आयनावरील भाराइतकी येते; उदासीन संयुगात ती शून्य येते.
• नेहमीच्या संयुगांत ऑक्सिजनला उणे दोन हा ऑक्सिडीकरण अंक दिला जातो; अपवाद म्हणजे पेरॉक्साइडे, जिथे तो उणे एक असतो, सुपरऑक्साइडे, आणि फ्लोरिनबरोबरची त्याची संयुगे.
• दोन व्हॅनेडियम अणू, सात ऑक्सिजन अणू व उणे चार भार असलेल्या आयनासाठी समीकरण 2x – 14 = – 4 असे येते, म्हणजे प्रत्येक व्हॅनेडियम अणूसाठी x = + 5.
• अधिक पाच ही व्हॅनेडियमला उपलब्ध असलेली सर्वोच्च ऑक्सिडीकरण स्थिती आहे; तो संक्रमण मालिकेच्या पाचव्या गणात असून त्याच्या बाहेरच्या s व d कक्षकांत पाच इलेक्ट्रॉन आहेत, आणि तो अधिक दोन, अधिक तीन व अधिक चार या स्थितीही दाखवतो.
• व्हॅनेडियम अधिक पाच स्थितीत असलेले व्हॅनेडियम पेंटॉक्साइड गंधकाम्लाच्या निर्मितीसाठीच्या संपर्क पद्धतीत उत्प्रेरक म्हणून वापरले जाते.

• प्रत्येक अणूमागच्या मूल्याऐवजी त्या मूलद्रव्याच्या सर्व अणूंची बेरीज सांगणे, ज्यामुळे या प्रश्नात अधिक पाचचे अधिक दहा होते
• चिन्ह उलटे करून धातूला ऋण ठरवणे, जेव्हा ऑक्सिजनशी बंध असलेला धातू नेहमीच धन भागीदार असतो
• दिलेल्या सूत्रावरून आवश्यक ती स्थिती काढण्याऐवजी, ते मूलद्रव्य दुसऱ्या एखाद्या संयुगात खरोखर धारण करत असलेली स्थिती निवडणे
• घटक पेरॉक्साइड वा सुपरऑक्साइड आहे का हे न तपासताच ऑक्सिजनसाठी उणे दोन हे मूल्य लावणे, कारण त्या ठिकाणी ते मूल्य वेगळे असते

एमपीएससी ऑक्सिडीकरण स्थितीचे प्रश्न तीन आकारांत मांडते. सर्वात नेहमीचा आकार म्हणजे इथे विचारलेली थेट आकडेमोड, जिच्यात एखादा आयन वा संयुग नाव घेऊन दिले जाते आणि त्यातील एका मूलद्रव्याची स्थिती विचारली जाते. दुसरा आकार दिलेल्या अभिक्रियेत कोणत्या मूलद्रव्याचे ऑक्सिडीकरण झाले व कोणत्याचे क्षपण असे विचारतो, ज्यासाठी तीच आकडेमोड दोनदा करून मूल्यांची तुलना करावी लागते. तिसरा आकार वर्णनात्मक — नाव घेतलेला संक्रमण धातू कोणकोणत्या ऑक्सिडीकरण स्थिती दाखवतो, किंवा कोणत्या संयुगात धातू त्याच्या सर्वोच्च स्थितीत आहे. हे तिन्ही आकार त्याच लहानशा नियमांच्या यादीवर उभे आहेत, म्हणून ते नियम नीट शिकण्याचा परतावा मोठा आहे; आणि आकडेमोडीचा सराव थायोसल्फेट, टेट्राथायोनेट, डायक्रोमेट व परमँगनेट अशा नेहमीच्या अवघड घटकांवर करावा, जोपर्यंत ती जलद व भरवशाची होत नाही.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  दोन क्रोमियम अणू, सात ऑक्सिजन अणू व उणे दोन भार असलेल्या डायक्रोमेट आयनात क्रोमियमची ऑक्सिडीकरण स्थिती किती असते ?

  • (a)+ 3
  • (b)+ 6
  • (c)+ 7
  • (d)+ 12

  उत्तर(b) + 6 — ऑक्सिजन उणे दोन धरल्यास सात ऑक्सिजन अणूंचे योगदान उणे चौदा येते, आणि बेरीज उणे दोन या भाराइतकीच यायला हवी; म्हणून 2x – 14 = – 2, म्हणजे 2x = 12 आणि प्रत्येक क्रोमियम अणूसाठी x = + 6. अधिक बारा हे 2x चे मूल्य असून क्रोमियम अणूंच्या संख्येने भागायचे विसरणाऱ्या उमेदवाराचे ते उत्तर ठरेल — व्हॅनेडियमच्या प्रश्नात अधिक दहा हा पर्याय नेमकी तीच चूक घडवण्यासाठी ठेवलेला आहे.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  खालीलपैकी कोणत्या संयुगात ऑक्सिजनचा ऑक्सिडीकरण अंक उणे दोन नसून उणे एक असतो ?

  • (a)पाणी
  • (b)कार्बन डायऑक्साइड
  • (c)हायड्रोजन पेरॉक्साइड
  • (d)सल्फर डायऑक्साइड

  उत्तर(c) हायड्रोजन पेरॉक्साइड — पेरॉक्साइडात दोन ऑक्सिजन अणू हायड्रोजनशी तर जोडलेले असतातच, पण एकमेकांशीही जोडलेले असतात; आणि दोन सारख्या अणूंमधला बंध कोणाच्याही ऑक्सिडीकरण अंकात भर घालत नाही, म्हणून प्रत्येक ऑक्सिजन उणे दोन ऐवजी उणे एकवर येतो. हायड्रोजन अधिक एक धरल्यास दोन हायड्रोजन अणू अधिक दोन देतात, म्हणून दोन ऑक्सिजन अणूंची बेरीज उणे दोन, म्हणजे प्रत्येकी उणे एक असली पाहिजे. पाणी, कार्बन डायऑक्साइड व सल्फर डायऑक्साइडमध्ये नेहमीचे उणे दोन हेच मूल्य लागू होते.