“हाइड्रोजन, ब्रह्मांड में सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व है और पृथ्वी के सतह पर तीसरा सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व है, इसे भविष्य के ऊर्जा स्रोत के रूप में देखा जा रहा है।”

हाइड्रोजन सभी प्रकृति में उपस्थित तत्वों में सबसे सरल परमाणु संरचना रखता है। परमाणु रूप में इसमें केवल एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होते हैं। हालांकि, तत्व के रूप में यह एक द्विपरमाणुक $\left(\mathrm{H_2}\right)$ अणु के रूप में मौजूद होता है और इसे द्विहाइड्रोजन कहा जाता है। यह किसी अन्य तत्व की तुलना में अधिक संख्या में यौगिक बनाता है। क्या आप जानते हैं कि ऊर्जा संबंधी वैश्विक चिंता को बहुत अधिक मात्रा में दूर किया जा सकता है जब हाइड्रोजन को ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाए? वास्तव में, हाइड्रोजन बहुत अधिक औद्योगिक महत्व रखता है जैसा कि आप इस इकाई में सीखेंगे।

9.1 आवर्त सारणी में हाइड्रोजन की स्थिति

हाइड्रोजन आवर्त सारणी का पहला तत्व है। हालांकि, इसकी आवर्त सारणी में स्थिति पिछले समय एक विवाद का विषय रही है। आप अब जानते हैं कि आवर्त सारणी में तत्वों को उनकी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के आधार पर व्यवस्थित किया जाता है।

हाइड्रोजन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1 s^{1}$ है। एक ओर, इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास अल्कली धातुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ($n s^{1}$) के समान है, जो आवर्त सारणी के पहले समूह में स्थित होते हैं। दूसरी ओर, जैसे हैलोजन (जिनका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $n s^{2} n p^{5}$ होता है और आवर्त सार णी के सत्रहवें समूह में स्थित होते हैं), इसके पास उपस्थित नोबल गैस विन्यास, हीलियम ($1 s^{2}$) के लिए एक इलेक्ट्रॉन कम है। इसलिए, हाइड्रोजन अल्कली धातुओं के समान है, जो एक इलेक्ट्रॉन खोकर एक धनावेशी आयन बनाते हैं, तथा हैलोजन के समान है, जो एक इलेक्ट्रॉन लेकर एक ऋणावेशी आयन बनाते हैं। अल्कली धातुओं के समान, हाइड्रोजन ऑक्साइड, हैलाइड और सल्फाइड बनाता है। हालांकि, अल्कली धातुओं के विपरीत, इसकी उच्च आयनन एंथैल्पी होती है और यह नहीं

सामान्य अवस्थाओं में धात्विक गुणों का अत्यधिक अधिकार रखता है। वास्तव में, आयनन एन्थैल्पी के अनुसार, हाइड्रोजन के फ्लूओरीन के साथ अधिक समानता होती है, $\Delta_{i} H$ के मान $\mathrm{Li}$ के लिए $520 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}, \mathrm{~F}$ के लिए $1680 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ और $\mathrm{H}$ के लिए $131 जे \mathrm{~mol}^{-1}$ है। फ्लूओरीन की तरह, यह एक द्विपरमाणुक अणु बनाता है, तत्वों के साथ संयोजन करके हाइड्राइड बनाता है और एक बड़ी संख्या में सहसंयोजक यौगिक बनाता है। हालांकि, अभिक्रियाशीलता के अनुसार, यह फ्लूओरीन की तुलना में बहुत कम होता है।

हाइड्रोजन के अतिरिक्त, यह आवर्त सारणी में कहाँ रखा जाना चाहिए इस प्रश्न के उत्तर के लिए अब एक महत्वपूर्ण प्रश्न उठता है। हाइड्रोजन परमाणु से इलेक्ट्रॉन के नुकसान से नाभिक $\left(\mathrm{H}^{+}\right)$ बनता है जिसका आकार $\sim 1.510^{-3} \mathrm{pm}$ होता है। यह आम परमाणु और आयन आकार के तुलना में बहुत छोटा होता है, जो 50 से $200 \mathrm{pm}$ के बीच होता है। इस कारण, $\mathrm{H}^{+}$ स्वतंत्र रूप से नहीं मौजूद रहता और हमेशा अन्य परमाणुओं या अणुओं के साथ संबंधित रहता है। इसलिए, इसका व्यवहार अद्वितीय होता है और इसलिए यह आवर्त सारणी में अलग से स्थान देना उचित होता है (इकाई 3)।

9.2 डाइहाइड्रोजन, $\mathrm{H_2}$

9.2.1 उपस्थिति

डाइहाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे अधिक पाया जाने वाला तत्व है ($70 \%$ ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान के बराबर) और यह सौर वातावरण में मुख्य तत्व है। बृहस्पति और शनि ग्रहों में अधिकांश रूप से हाइड्रोजन होता है। हालांकि, इसके लघु गुण के कारण, यह पृथ्वी के वातावरण में कहीं तक कम मात्रा में होता है ($0.15 \%$ द्रव्यमान द्वारा)। निश्चित रूप से, संयोजित रूप में यह पृथ्वी के खंड और समुद्रों के $15.4 \%$ बनता है। संयोजित रूप में, जल के अतिरिक्त, यह पौधों और जानवरों के ऊतकों, कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, हाइड्राइड्स जैसे हाइड्रोकार्बन और कई अन्य यौगिकों में भी पाया जाता है।

9.2.2 हाइड्रोजन के समस्थानिक

हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक होते हैं: प्रोटियम, ${ _1}^{1} \mathrm{H}$, ड्यूटेरियम, ${ _1}^{2} \mathrm{H}$ या D और ट्रिटियम, ${ _1}^{3} \mathrm{H}$ या T। आप बता सकते हैं कि इन समस्थानिकों में कैसे अंतर होता है? इन समस्थानिकों में न्यूट्रॉन की उपस्थिति के आधार पर अंतर होता है। सामान्य हाइड्रोजन, प्रोटियम, में कोई न्यूट्रॉन नहीं होते, ड्यूटेरियम (जिसे भारी हाइड्रोजन के रूप में भी जाना जाता है) में एक न्यूट्रॉन होता है और ट्रिटियम में नाभिक में दो न्यूट्रॉन होते हैं। 1934 में, एक अमेरिकी वैज्ञानिक, हारोल्ड सी. यूरे, भौतिक विधियों द्वारा हाइड्रोजन के समस्थानिक के द्रव्यमान संख्या 2 के अलग करने के लिए नोबेल पुरस्कार जीत गए।

प्रमुख रूप से प्रोटियम होता है। भूमि के हाइड्रोजन में $0.0156 \%$ ड्यूटेरियम होता है, जो अधिकतर HD के रूप में होता है। ट्रिटियम की सांद्रता लगभग प्रोटियम के $10^{18}$ परमाणुओं में एक परमाणु होता है। इन इसोटोप में से केवल ट्रिटियम रेडियोएक्टिव होता है और कम ऊर्जा वाले $\beta^{-}$ कण उत्सर्जित करता है ( $t, 12.33$ वर्ष)।

तालिका 9.1 हाइड्रोजन के परमाणु और भौतिक गुण

| गलनांक / K | 13.96 | 18.73 | 20.62 | | उबलना बिंदु/ K | 20.39 | 23.67 | 25.0 | | घनत्व / gL | 0.09 | 0.18 | 0.27 | | गलन की एंथैल्पी $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | 0.117 | 0.197 | - | | वाष्पीकरण की एंथैल्पी $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | 0.904 | 1.226 | - | | आबंध वियोजन की एंथैल्पी $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ तापमान पर $298.2 \mathrm{~K}$ | 435.88 | 443.35 | - | | आयनीकरण एंथैल्पी $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | 1312 | - | - |

| इलेक्ट्रॉन ग्रहण py $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | -73 | - | - | | सहसंयोजक त्रिज्या $/ \mathrm{pm}$ | 37 | - | | | आयनिक त्रिज्या $\left(\mathrm{H}^{-}\right) / \mathrm{pm}$ | 208 | | |

क्योंकि आइसोटोप एक ही इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के होते हैं, इनके लगभग समान रासायनिक गुण होते हैं। इनका एकमात्र अंतर उनके अभिक्रिया दरों में होता है, जो मुख्य रूप से उनके भिन्न आबंध विखंडन एंथैल्पी के कारण होता है (सारणी 9.1)। हालांकि, इन आइसोटोप के भौतिक गुण उनके बड़े द्रव्यमान अंतर के कारण बहुत अलग होते हैं।

9.3 डाइहाइड्रोजन, $\mathrm{H_2}$ के तैयार करना

मेटल और मेटल हाइड्राइड से डाइहाइड्रोजन के तैयार करने के कई तरीके होते हैं।

9.3.1 लैब में डाइहाइड्रोजन के तैयार करना

(i) यह सामान्य रूप से तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ ग्रानुलेटेड जिंक के अभिक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है।

$\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+\mathrm{H_2}$

(ii) इसे जिंक के जलीय क्षार के साथ अभिक्रिया द्वारा भी तैयार किया जा सकता है।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{Zn}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \underset{\text { Sodium zincate }}{\mathrm{Na_2} \mathrm{ZnO_2}} +\mathrm{H_2} \\

\end{aligned} $$

9.3.2 डाइहाइड्रोजन के व्यावसायिक उत्पादन के नीचे:

नीचे आम रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रक्रमों का सारांश दिया गया है:

(i) प्लेटिनम इलेक्ट्रोड के प्रयोग से अम्लीय पानी के विद्युत अपघटन से हाइड्रोजन प्राप्त किया जाता है।

$$ 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(1) \xrightarrow[\text { अम्ल } / \text { क्षार के ट्रेस }]{\text { विद्युत अपघटन }} 2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) $$

(ii) उच्च शुद्धता (>99.95 %) डाइहाइड्रोजन निकल इलेक्ट्रोड के बीच गर्म जलीय बेरियम हाइड्रॉक्साइड घोल के विद्युत अपघटन से प्राप्त किया जाता है।

(iii) यह नैत्रिक जल के विद्युत अपघटन द्वारा सोडियम हाइड्रॉक्साइड और क्लोरीन के निर्माण के दौरान एक उपउत्पाद के रूप में प्राप्त किया जाता है। विद्युत अपघटन के दौरान होने वाले अभिक्रियाएं निम्नलिखित हैं:

एनोड पर: $2 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Cl_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{e}^{-}$

कैथोड पर: $2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ (l) $+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})$

कुल अभिक्रिया है

$$ \begin{gathered} 2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \\ $$

\downarrow \\ \mathrm{Cl_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \end{gathered} $$

(iv) उच्च तापमान पर हाइड्रोकार्बन या कोक पर भाप के अधिकार के उपस्थिति में कैटलिस्ट के साथ अभिक्रिया हाइड्रोजन उत्पन्न करती है।

$\mathrm{C_\mathrm{n}} \mathrm{H_2 \mathrm{n} 2} \quad \mathrm{nH_2} \mathrm{O} \quad \underset{\mathrm{Ni}}{1270 \mathrm{~K}} \quad \mathrm{nCO} \quad\left(\begin{array}{lll}2 \mathrm{n} & 1\end{array}\right) \mathrm{H_2}$

उदाहरण के लिए,

$\mathrm{CH_4}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow[N i]{1270 \mathrm{~K}} \mathrm{CO}(\mathrm{g})+3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

The mixture of $\mathrm{CO}$ and $\mathrm{H_2}$ is called water gas. As this mixture of $\mathrm{CO}$ and $\mathrm{H_2}$ is used for the synthesis of methanol and a number of hydrocarbons, it is also called synthesis gas or ‘syngas’. Nowadays ‘syng’ is produced from sewage, saw-dust, scrap wood, newspapers etc. The process of producing ‘syngas’ from coal is called ‘coal gasification’.

$\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow{1270 \mathrm{~K}} \mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

दिहाइड्रोजन के उत्पादन को बढ़ाया जा सकता है सिंगैस गैस मिश्रण में कार्बन मोनोऑक्साइड को जल (स्टीम) के साथ अभिक्रिया कराकर, लोहा क्रोमेट की उपस्थिति में।

$\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow[\text { catalyst }]{673 \mathrm{~K}} \mathrm{CO_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H}{2}(\mathrm{~g})$

इसे पानी-गैस शिफ्ट अभिक्रिया कहते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड को सोडियम आर्सेनाइट विलयन के साथ स्क्रैब्बिंग करके हटाया जाता है।

वर्तमान में $\sim 77 \%$ औद्योगिक डाइहाइड्रोजन पेट्रोकेमिकल्स से, $18 \%$ कोयला से, $4 \%$ जलीय विलयन के विद्युत अपघटन से और $1 \%$ अन्य स्रोतों से उत्पादित किया जाता है।

9.4 डाइहाइड्रोजन के गुण

9.4.1 भौतिक गुण

डाइहाइड्रोजन एक रंगहीन, गंधहीन, रसायनहीन, ज्वलनशील गैस है। यह हवा की तुलना में हल्का होता है और पानी में घुलनशील नहीं होता। इसके अतिरिक्त भौतिक गुण तथा ड्यूटेरियम के गुण तालिका 9.1 में दिए गए हैं।

9.4.2 रासायनिक गुण

डाइहाइड्रोजन (और इसके अलावा किसी भी अणु) के रासायनिक व्यवहार को बॉंड वियोजन एंथैल्पी द्वारा बहुत बड़े हद तक निर्धारित किया जाता है। $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ बॉंड वियोजन एंथैल्पी दो तत्वों के बीच किसी भी एकल बॉंड में सबसे अधिक होती है। इस तथ्य से आप कौन से निष्कर्ष निकालेंगे? इस कारण से डाइहाइड्रोजन के अपने परमाणुओं में वियोजन केवल $2000 \mathrm{~K}$ के आसपास $ \sim 0.081 \% $ होता है जो $5000 \mathrm{~K}$ पर $95.5 \%$ तक बढ़ जाता है। इसके अतिरिक्त, कमरे के तापमान पर यह अपेक्षाकृत अक्रिय होता है कारण के लिए कि

उच्च $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ आबन्ध py। इसलिए, परमाणु हाइड्रोजन को विद्युत चार या अति बौछार किरणों के अंतरगत उच्च तापमान पर उत्पन्न किया जाता है। इसके ऑर्बिटल अपूर्ण होते हैं $1 s^{1}$ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण, इसके लगभग सभी तत्वों के साथ संयोजन होता है। यह अभिक्रियाएं निम्नलिखित तीन तरीकों से करता है: (i) एकमात्र इलेक्ट्रॉन के नुकसान से $\mathrm{H}^{+}$ बनाना, (ii) एक इलेक्ट्रॉन लेने से $\mathrm{H}^{-}$ बनाना, और (iii) इलेक्ट्रॉन साझा करके एकल सहसंयोजक आबन्ध बनाना।

डाइहाइड्रोजन के रासायनिक गुणों को निम्नलिखित अभिक्रियाओं द्वारा दर्शाया जा सकता है:

प्रतिक्रिया विलयन के साथ: यह विलयन के साथ प्रतिक्रिया करता है, $\mathrm{X_2}$ के साथ हाइड्रोजन विलयन, $\mathrm{HX}$, $\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{X_2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{HX}(\mathrm{g}) \quad(\mathrm{X}=\mathrm{F}, \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}, \mathrm{I})$

फ्लूओरीन के साथ प्रतिक्रिया अंधकार में भी होती है, जबकि आयोडीन के साथ इसके लिए एक उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है।

प्रतिक्रिया डाइऑक्सीजन के साथ: यह डाइऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है और जल बनाता है। प्रतिक्रिया बहुत ऊष्माक्षेपी होती है।

$2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\text { catalyst or heating }} 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})$;

$$ \Delta H^{\ominus}=-285.9 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1} $$

द्वितीय नाइट्रोजन के साथ अभिक्रिया: द्वितीय नाइट्रोजन के साथ यह अमोनिया बनाता है।

$$ \begin{aligned} & & 3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{N_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\text { 673K, 200atm }} 2 \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g}) ; \\ & & \Delta H^{\omin $$

हैबर प्रक्रिया द्वारा अमोनिया के निर्माण की विधि है।

मैटल के साथ अभिक्रिया: कई धातुओं के साथ उच्च तापमान पर इसके संगत हाइड्राइड बनाता है (अनुच्छेद 9.5)

$\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{M}(\mathrm{g}) \rightarrow 2 \mathrm{MH}(\mathrm{s})$

जहाँ $\mathrm{M}$ एक क्षार धातु है

मैटल आयनों और मैटल ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया: यह कुछ धातु आयनों को जलीय विलयन में और धातु के ऑक्साइड (लोहे के कम सक्रिय ऑक्साइड) को संगत धातु में घटाता है।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{Pd}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Pd}(\mathrm{s})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \\ & \mathrm{yH_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{M_\mathrm{x}} \mathrm{O_\mathrm{y}}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{xM}(\mathrm{s})+\mathrm{yH_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) $$

\end{aligned} $$

कार्बनिक यौगिकों के साथ अभिक्रिया: यह कई कार्बनिक यौगिकों के साथ उत्प्रेरक की उपस्थिति में अभिक्रिया करता है और व्यापारिक महत्व के उपयोगी हाइड्रोजनीकृत उत्पाद देता है। उदाहरण के लिए: (i) निकेल के उत्प्रेरक के साथ वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण से खाद्य वसा (मार्गरीन और वनस्पति घी) प्राप्त होते हैं।

(ii) एलिफिन के हाइड्रोफॉर्मिलेशन से एल्डिहाइड प्राप्त होते हैं जो आगे रिडक्शन के अंतर्गत एल्कोहल बनाते हैं।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H_2}+\mathrm{CO}+\mathrm{RCH}=\mathrm{CH_2} \rightarrow \mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CHO} \\

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H_2}+\mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CHO} \rightarrow \mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{OH} \end{aligned} $$

समस्या 9.1

डाइहाइड्रोजन के क्लोरीन, (ii) सोडियम, और (iii) कॉपर(II) ऑक्साइड के साथ अभिक्रियाओं पर टिप्पणी करें।

हल

(i) डाइहाइड्रोजन क्लोरीन को क्लोराइड $\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)$ आयन में अपचयित करता है और खुद क्लोरीन द्वारा हाइड्रोजन आयन $\mathrm{H}^{+}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है ताकि हाइड्रोक्लोरिक अम्ल बनता है। $\mathrm{H}$ और $\mathrm{Cl}$ के बीच एक इलेक्ट्रॉन युग्म साझा करने से सहसंयोजक अणु के निर्माण होता है।

(ii) डाइहाइड्रोजन सोडियम द्वारा अपचयित होकर $\mathrm{NaH}$ बनाता है। एक इलेक्ट्रॉन $\mathrm{Na}$ से $\mathrm{H}$ में स्थानांतरित होता है जिसके परिणामस्वरूप $\mathrm{Na}^{+} \mathrm{H}^{-}$ के आयनिक यौगिक का निर्माण होता है।

(iii) डाइहाइड्रोजन कॉपर(II) ऑक्साइड को शून्य ऑक्सीकरण अवस्था में कॉपर में अपचयित करता है और अपने आप को $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है, जो एक सहसंयोजक अणु है।

9.4.3 डाइहाइड्रोजन के उपयोग

• डाइहाइड्रोजन का सबसे बड़ा एकल उपयोग अमोनिया के संश्लेषण में होता है, जिसका उपयोग नाइट्रिक अम्ल और नाइट्रोजन युक्त उर्वरक बनाने में किया जाता है।

• डाइहाइड्रोजन का उपयोग वनस्पति तेलों जैसे सोयाबीन, कपास के बीज आदि के पॉलीअनसैटुरेटेड तेलों के हाइड्रोजनीकरण द्वारा वनस्पति वसा (वानस्पति वसा) के उत्पादन में किया जाता है।

• यह बड़े पैमाने पर कार्बनिक रसायनों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से मेथनॉल के लिए।

$$ \mathrm{CO}(\mathrm{g})+2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow[\text { catalyst }]{\text { cobalt }} \mathrm{CH_3} \mathrm{OH}(\mathrm{l}) $$

• यह धातु हाइड्राइड के उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है (अनुच्छेद 9.5)

• इसका उपयोग हाइड्रोजन क्लोराइड के तैयार करने में किया जाता है, जो एक बहुत उपयोगी रसायन है।

• धातु उद्योग प्रक्रियाओं में, इसका उपयोग भारी धातु ऑक्साइड को धातु में बदलने के लिए किया जाता है।

• परमाणु हाइड्रोजन और ऑक्सी-हाइड्रोजन लौह उपकरण उत्पादन और वेल्डिंग के उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाते हैं। परमाणु हाइड्रोजन अणु (द्वि-हाइड्रोजन के विघटन के माध्यम से विद्युत चालन के सहायता से उत्पन्न किए जाते हैं) वेल्डिंग के सतह पर पुनः संयोजित कर दिए जाते हैं ताकि $4000 \mathrm{~K}$ के तापमान को उत्पन्न किया जा सके।

• अंतरिक्ष अनुसंधान में इसका उपयोग रॉकेट ईंधन के रूप में किया जाता है।

• द्वि-हाइड्रोजन का उपयोग ईलेक्ट्रिकल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ईंधन सेल में किया जाता है। यह पारंपरिक ईंधन ईंधन और विद्युत शक्ति के तुलना में कई लाभों के साथ है। यह कोई भी प्रदूषण नहीं उत्पन्न करता और ईंधन के इकाई द्रव्यमान पर तुलना में अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है।

9.5 हाइड्राइड

द्विहाइड्रोजन, निश्चित अभिक्रिया शर्तों के तहत, वर्ग गैसों के अतिरिक्त लगभग सभी तत्वों के साथ संयोग करके द्वितीयक यौगिक बनाती है, जिन्हें हाइड्राइड कहते हैं। यदि ’ $\mathrm{E}$ ’ एक तत्व का चिह्न है तो हाइड्राइड को $\mathrm{EH_\mathrm{x}}$ (उदाहरण के लिए $\mathrm{MgH_2}$ ) या $\mathrm{E_\mathrm{m}} \mathrm{H_\mathrm{n}}$ (उदाहरण के लिए $\mathrm{B_2} \mathrm{H_6}$ ) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

हाइड्राइड को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है :

(i) आयनिक या लवणीय या लवण-जैसे हाइड्राइड

(ii) सहसंयोजक या अणुक हाइड्राइड

(iii) धात्विक या अनुपाती नहीं हाइड्राइड

9.5.1 आयनिक या लवणीय हाइड्राइड

ये डाइहाइड्रोजन के साथ अधिकांश s-ब्लॉक तत्वों के अनुपाती संयोजन हैं जो बहुत विद्युत धनात्मक प्रकृति के होते हैं। हालांकि, हल्के धातु हाइड्राइड में अपेक्षाकृत अधिक सहसंयोजक प्रकृति पाई जाती है, जैसे $\mathrm{LiH}, \mathrm{BeH_2}$ और $\mathrm{MgH_2}$। वास्तव में $\mathrm{BeH_2}$ और $\mathrm{M, MgH_2}$ की संरचना बहुलक के रूप में होती है। आयनिक हाइड्राइड ठोस अवस्था में क्रिस्टलीय, अवाष्पशील और विद्युत अचालक होते हैं। हालांकि, उनके पिघलने पर विद्युत का चालन करते हैं और विद्युत अपघटन के दौरान एनोड पर डाइहाइड्रोजन गैस उत्सर्जित होती है, जो $\mathrm{H}^{-}$ आयन के अस्तित्व की पुष्टि करती है।

$2 \mathrm{H}^{-} \text{melt} \xrightarrow{\text { anode }} \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{e}^{-}$

सलीन हाइड्राइड जल के साथ तीव्र रूप से अभिक्रिया करते हैं और डाइहाइड्रोजन गैस उत्पन्न करते हैं।

$\mathrm{NaH}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{NaOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

लिथियम हाइड्राइड मध्यम तापमान पर $\mathrm{O_2}$ या $\mathrm{Cl_2}$ के साथ बहुत कम अभिक्रियाशील होता है। इसलिए, इसका उपयोग अन्य उपयोगी हाइड्राइड के संश्लेषण में किया जाता है, जैसे कि,

$$ \begin{aligned}

$$ \begin{aligned} & 8 \mathrm{LiH}+\mathrm{Al_2} \mathrm{Cl_6} \rightarrow 2 \mathrm{LiAlH_4}+6 \mathrm{LiCl} \\ & 2 \mathrm{LiH}+\mathrm{B_2} \mathrm{H_6} \rightarrow 2 \mathrm{LiBH_4} \end{aligned} $$

9.5.2 सहसंयोजक या अणुक एविड्राइड

द्विहाइड्रोजन $p$-ब्लॉक तत्वों के अधिकांश से अणुक यौगिक बनाती है। सबसे परिचित उदाहरण $\mathrm{CH_4}, \mathrm{NH_3}, \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ और $\mathrm{HF}$ हैं। सुविधा के लिए अधातुओं के हाइड्रोजन यौगिकों को भी एविड्राइड के रूप में विचार किया गया है। इनके सहसंयोजक प्रकृति के कारण ये वाष्पशील यौगिक होते हैं।

मोलेक्यूलर हाइड्राइड को उनके लेविस संरचना में इलेक्ट्रॉन और बंध की संख्या के आधार पर निम्नलिखित तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है:

(i) इलेक्ट्रॉन-अभावी, (ii) इलेक्ट्रॉन-सटीक, और (iii) इलेक्ट्रॉन-अधिक हाइड्राइड।

एक इलेक्ट्रॉन-अभावी हाइड्राइड, जैसा कि नाम से स्पष्ट है, अपनी सामान्य लेविस संरचना के लिखने के लिए इलेक्ट्रॉन की कमी होती है। डाइबोरेन $\left(\mathrm{B_2} \mathrm{H_6}\right)$ इसका एक उदाहरण है। वास्तव में, समूह 13 के सभी तत्व इलेक्ट्रॉन-अभावी यौगिक बनाते हैं। उनके व्यवहार के बारे में आप क्या अपेक्षा करेंगे? वे लेविस अम्ल के रूप में कार्य करते हैं, अर्थात इलेक्ट्रॉन ग्रहणकर्ता होते हैं।

इलेक्ट्रॉन-सटीक यौगिकों में इलेक्ट्रॉन की आवश्यक संख्या होती है जिसके लिए उनके सामान्य लेविस संरचनाएं लिखी जा सकती हैं। समूह 14 के सभी तत्व ऐसे यौगिक बनाते हैं (उदाहरण के लिए, $\mathrm{CH_4}$) जो ज्यामिति में चतुष्फलकीय होते हैं।

इलेक्ट्रॉन-समृद्ध हाइड्राइड में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो अकेले युग्म के रूप में मौजूद होते हैं। समूह 15-17 के तत्व ऐसे यौगिक बनाते हैं। ($\left(\mathrm{NH_3}\right.$ में 1-अकेला युग्म, $\mathrm{H_2} \mathrm{O}-2$ और $\mathrm{HF}-3$ अकेले युग्म होते हैं)। ऐसे यौगिकों के व्यवहार के बारे में आप क्या अपेक्षा करेंगे? वे लेविस आधार के रूप में व्यवहार करेंगे, अर्थात इलेक्ट्रॉन दाता। हाइड्राइड में उच्च विद्युत ऋणात्मक तत्वों जैसे $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ और $\mathrm{F}$ पर अकेले युग्म की उपस्थिति अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन के निर्माण के लिए ज़िम्मेदार होती है। इसके परिणामस्वरूप अणुओं के संगठन के लिए जाता है।

समस्या 9.2

क्या आप उम्मीद करेंगे कि $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ और $\mathrm{F}$ के हाइड्राइड अपने अगले समूह सदस्यों के हाइड्राइड के तुलना में कम उबलने के बिंदु रखेंगे? कारण बताएं।

हल

$\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ और $\mathrm{HF}$ के अणुभार के आधार पर, उनके उबलने के बिंदु अपने अगले समूह सदस्यों के हाइड्राइड के तुलना में कम रहने की उम्मीद होती है। हालांकि, $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ और $\mathrm{F}$ की उच्च विद्युत ऋणात्मकता के कारण उनके हाइड्राइड में हाइड्रोजन बंधन के मात्रा काफी अधिक होगी। अतः $\mathrm{NH_3}, \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ और $\mathrm{HF}$ के उबलने के बिंदु अपने अगले समूह सदस्यों के हाइड्राइड के तुलना में अधिक होंगे।

9.5.3 धात्विक या अनुपाती (या अंतरालक) हाइड्राइड

इनका निर्माण कई $d$-ब्लॉक और $f$-ब्लॉक तत्वों द्वारा होता है। हालांकि, समूह 7, 8 और 9 के धातुएँ हाइड्राइड नहीं बनाते हैं। समूह 6 से केवल क्रोमियम $\mathrm{CrH}$ बनाता है। ये हाइड्राइड ऊष्मा और विद्युत का चालन करते हैं, लेकिन उनके मूल धातुओं की तुलना में अधिक कुशल नहीं होते हैं। नमकीय हाइड्राइड के विपरीत, वे लगभग हमेशा अनुपाती होते हैं, जिनमें हाइड्रोजन की कमी होती है। उदाहरण के लिए, $\mathrm{LaH_2.87}, \mathrm{YbH_2.55}, \mathrm{TiH_1.5-1.8}, \mathrm{ZrH_1.3-1.75}, \mathrm{VH_0.56}, \mathrm{NiH_0.6-0.7}, \mathrm{PdH_0.6-0.8}$ आदि। इस प्रकार के हाइड्राइड में स्थिर संघटन के नियम काम नहीं करता।

पहले यह सोचा जाता था कि इन हाइड्राइड में हाइड्रोजन धातु जालक में अंतराल में बस जाता है जिसके कारण जालक में विकृति होती है लेकिन इसके प्रकार में कोई बदलाव नहीं होता। इसलिए, इन्हें अंतरालक जालक हाइड्राइड कहा जाता था। हालांकि, नवीनतम अध्ययनों ने दिखाया है कि अपवाद के रूप में Ni, Pd, Ce और Ac के हाइड्राइड के अलावा, इस श्रेणी के अन्य हाइड्राइड के जालक मूल धातु के जालक से अलग होता है। हाइड्रोजन के अवशोषण के गुण अंतरालक धातुओं पर व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है जो बड़ी संख्या में यौगिकों के निर्माण के लिए कैटलिस्ट रिडक्शन/हाइड्रोजनेशन अभिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है। कुछ धातुएं (जैसे Pd, Pt) हाइड्रोजन के बहुत बड़े आयतन को स्थान दे सकती हैं और इसलिए इन्हें इसके संग्रहण माध्यम के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस गुण के उच्च भण्डारण क्षमता हाइड्रोजन के लिए है और ऊर्जा के एक स्रोत के रूप में भी उच्च उत्पादकता है।

समस्या 9.3

$3 s^{2} 3 p^{3}$ बाह्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास वाले फॉस्फोरस के $\mathrm{PH_5}$ बनाने की क्या संभावना है?

हल

हालांकि फॉस्फोरस +3 और +5 ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाता है, लेकिन यह $\mathrm{PH_5}$ बना नहीं सकता। अन्य कई विचारों के अलावा, डाइहाइड्रोजन के उच्च $\Delta_{\mathrm{a}} H$ मान और हाइड्रोजन के $\Delta_{e q} H$ मान फॉस्फोरस की सर्वोच्च ऑक्सीकरण अवस्था को प्रदर्शित करने के लिए अनुकूल नहीं हैं, और इसलिए $\mathrm{PH_5}$ के निर्माण के लिए अनुकूल नहीं है।

9.6 पानी

सभी जीवित जीवों के एक महत्वपूर्ण हिस्सा पानी से बना होता है। मनुष्य के शरीर में लगभग $65 \%$ और कुछ पौधों में तक $95 \%$ पानी होता है। यह सभी जीवन रूपों के जीवन के लिए एक महत्वपूर्ण यौगिक है। यह एक महत्वपूर्ण विलायक है। पृथ्वी के सतह पर पानी के वितरण असमान है। विश्व के पानी की सप्लाई के अनुमानित मान तालिका 9.2 में दिए गए हैं।

तालिका 9.2 अंतर्राष्ट्रीय जल संसाधन का अनुमानित आपूर्ति

9.6.1 जल के भौतिक गुण

जल एक रंगहीन और रसहीन तरल पदार्थ है। इसके भौतिक गुण तालिका 9.3 में दिए गए हैं, जिसमें भारी जल के भौतिक गुण भी दिए गए हैं।

जल के संघनित अवस्था (तरल और ठोस अवस्था) में असामान्य गुण जल अणुओं के बीच व्यापक हाइड्रोजन बंधन की उपस्थिति के कारण होते हैं। इसके कारण जल के तुलनात्मक रूप से बर्फ बनने के बिंदु, उबलने के बिंदु, वाष्पीकरण की ऊष्मा और गलन की ऊष्मा अधिक होती हैं $\mathrm{H_2} \mathrm{~S}$ और $\mathrm{H_2} \mathrm{Se}$ के तुलना में। अन्य तरल पदार्थों की तुलना में, जल के विशिष्ट ऊष्मा, ऊष्माक्षेपण, सतह तनाव, द्विध्रुव आघूर्ण और विद्युतशीलता आदि अधिक होते हैं। इन गुणों के कारण जल जीवमंडल में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

तालिका 9.3 $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ और $\mathrm{D_2} \mathrm{O}$ के भौतिक गुण

| वाष्पीकरण की ऊष्मा $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | 6.01 | - | | अधिकतम घनत्व के तापमान/केल्विन | 276.98 | 284.2 | | घनत्व $(298 \mathrm{~K}) / \mathrm{g} \mathrm{cm}^{-3}$ | 1.0000 | 1.1059 | | श्यानता/सेंटीपॉइज़ | 0.8903 | 1.107 | | विद्युतशीलता नियतांक/ $\mathrm{C}^{2} / \mathrm{N} \cdot \mathrm{m}^{2}$ | 78.39 | 78.06 | | विद्युत चालकता $\left(293 \mathrm{~K} / \mathrm{ohm}^{-1} \mathrm{~cm}^{-1}\right)$ | $5.710^{-8}$ | - |

उच्च वाष्पीकरण ऊष्मा और ऊष्माधारिता जल के जलवायु और जीवों के शारीरिक तापमान के नियंत्रण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह पौधों और जानवरों के चयन के लिए आवश्यक आयन और अणुओं के परिवहन के लिए एक उत्कृष्ट विलायक है। हाइड्रोजन बंधन के कारण, यह तकनीकी यौगिक जैसे अल्कोहल और कार्बोहाइड्रेट भी जल में घुल जाते हैं।

9.6.2 पानी की संरचना

गैस अवस्था में पानी एक वक्र अणु होता है, जिसका बंधन कोण $104.5^{\circ}$ होता है, और $\mathrm{O}-\mathrm{H}$ बंधन की लंबाई 95.7 पिकोमीटर होती है, जैसा कि चित्र 9.1(a) में दिखाया गया है। यह एक बहुत ही

ध्रुवी अणु है, (चित्र 9.1(b))। इसका ऑर्बिटल ओवरलैप चित्र 9.1(c) में दिखाया गया है। तरल अवस्था में पानी के अणु एक दूसरे के साथ हाइड्रोजन बंधों द्वारा संबद्ध होते हैं।

जल का क्रिस्टलीय रूप बर्फ होता है। वायुमंडलीय दबाव पर बर्फ षष्टकोणीय रूप में क्रिस्टलीकृत होती है, लेकिन बहुत कम तापमान पर यह घन रूप में संघनित हो जाती है। बर्फ का घनत्व जल के घनत्व से कम होता है। इसलिए, एक बर्फ का घन पानी पर तैरता है। सर्दियों के मौसम में झील के सतह पर बनी बर्फ ऊष्मा आइनिसेशन के लिए एक तापीय आइनिसेशन प्रदान करती है जो जलीय जीवन के जीवन के लिए सुनिश्चित करती है। यह तथ्य बहुत बड़े पर्यावरणीय महत्व का है।

9.6.3 बर्फ की संरचना

बर्फ के एक उच्च आदेश वाला तीन आयामी हाइड्रोजन बंधन संरचना होती है जैसा कि चित्र 9.2 में दिखाया गया है। बर्फ के क्रिस्टल के साथ अध्ययन करने पर,

X-rays दिखाते हैं कि प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु चार अन्य ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा $276 \mathrm{pm}$ की दूरी पर चतुष्फलकीय रूप से घिरा हुआ है।

हाइड्रोजन बंधन बर्फ को एक बहुत खाली संरचना देता है जिसमें बड़े छेद होते हैं। ये छेद उपयुक्त आकार के कुछ अन्य अणुओं को अंतरित रूप से रख सकते हैं।

9.6.4 पानी के रासायनिक गुण

पानी कई वस्तुओं के साथ अभिक्रिया करता है। नीचे कुछ महत्वपूर्ण अभिक्रियाएं दी गई हैं।

(1) अम्ल-क्षार गुण: यह अम्ल के रूप में भी क्षार के रूप में भी कार्य कर सकता है, अर्थात यह एक अम्ल-क्षार विपरीत पदार्थ के रूप में व्यवहार करता है। ब्रॉन्स्टेड के अर्थ में, इसके साथ $\mathrm{NH_3}$ के साथ यह एक अम्ल के रूप में और $\mathrm{H_2} \mathrm{~S}$ के साथ एक क्षार के रूप में कार्य करता है।

$$ \begin{array}{lll} \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{NH_3}(\mathrm{aq}) \rightarrow& \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{NH_4}^{+}(\mathrm{aq}) \\ \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{H_2} \mathrm{~S}(\mathrm{aq}) \rightarrow & \mathrm{H_3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{HS}^{-}(\mathrm{aq})

\end{array} $$

पानी के स्व-प्रोटोलिज़ (स्व-आयनीकरण) के अग्रिम निम्नलिखित होता है :

$$ \begin{aligned} & \underset{ \substack {\text{acid -1} \\ \text{(acid)} }}{\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})} + \underset{\substack {\text{base -1} \\ \text{(base)} }}{\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow} \quad \underset{\substack{\text{acid-2} \\ \text{(conjugate acid)}}}{\mathrm{H_3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})}+ \underset{\substack{\text{base -1 }\\ \text{(conjugate base)}}}{\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})} \\

\end{aligned} $$

(2) पानी के साथ रेडॉक्स अभिक्रियाएं: पानी को उच्च धनात्मक धातुओं द्वारा आसानी से डाइहाइड्रोजन में अपचयित किया जा सकता है।

$$ 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+2 \mathrm{Na}(\mathrm{s}) \rightarrow 2 \mathrm{NaOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g}) $$

इसलिए, यह डाइहाइड्रोजन के एक बड़े स्रोत है।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान पानी को $\mathrm{O_2}$ में ऑक्सीकृत किया जाता है।

$6 \mathrm{CO_2}(\mathrm{~g})+12 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6}(\mathrm{aq})+6 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) +6 \mathrm{O_2}(\mathrm{~g})$

फ्लूरीन के साथ भी यह $\mathrm{O_2}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है।

$2 \mathrm{~F_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 4 \mathrm{H}^{+}$(aq) $+4 \mathrm{~F}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g})$

(3) हाइड्रोलिज़ अभिक्रिया: उच्च विद्युतशीलता के कारण, इसकी बहुत तीव्र जलयोजन प्रवृत्ति होती है। यह कई आयनिक यौगिकों को घोल देता है। हालांकि, कुछ सहसंयोजक एवं कुछ आयनिक यौगिक पानी में हाइड्रोलिज़ कर देते हैं।

$\mathrm{P_4} \mathrm{O_10}(\mathrm{~s})+6 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(1) \rightarrow 4 \mathrm{H_3} \mathrm{PO_4}(\mathrm{aq})$

$\mathrm{SiCl_4}(\mathrm{l})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{SiO_2}(\mathrm{~s})+4 \mathrm{HCl}(\mathrm{aq})$

$$ \mathrm{N}^{3-}(\mathrm{s})+3 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) $$

(4) जलयोजित यौगिकों के निर्माण: जलीय विलयन से कई लवण जलयोजित लवण के रूप में क्रिस्टलीकृत किए जा सकते हैं। ऐसे जल के संयोजन के विभिन्न प्रकार होते हैं, जैसे कि,

(i) सह-संयोजक जल, उदाहरण के लिए,

$\left[\mathrm{Cr}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_{6}\right]^{3+} 3 \mathrm{Cl}^{-}$

(ii) अंतर्गत जल, उदाहरण के लिए, $\mathrm{BaCl_2} \cdot 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$

(iii) हाइड्रोजन-बंधित जल, उदाहरण के लिए,

$$ \left[\mathrm{Cu}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_{4}\right]^{2+} \mathrm{SO_4}^{2-} \cdot \mathrm{H_2} \mathrm{O} \text { in } \mathrm{CuSO_4} \cdot 5 \mathrm{H_2} \mathrm{O} $$

समस्या 9.4

$\mathrm{CuSO_4} \cdot 5 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ में कितने हाइड्रोजन-बंधित जल अणु संगत हैं?

हल

केवल एक जल अणु, जो ब्रैकेट के बाहर (सह-कоор्डिनेशन क्षेत्र) है, हाइड्रोजन-बंधित है। अन्य चार जल अणु सह-कоор्डिनेशन में हैं।

9.6.5 कठोर और मृदु जल

वर्षा जल लगभग शुद्ध होता है (वातावरण से कुछ घुले हुए गैसों के साथ हो सकता है)। एक अच्छा घोलक होने के कारण, जब यह पृथ्वी के सतह पर बहता है, तो यह कई लवणों को घोल लेता है। जल में कैल्शियम और मैग्नीशियम के लवणों की उपस्थिति, जैसे हाइड्रोजन कार्बोनेट, क्लोराइड और सल्फेट के रूप में, जल को ‘कठोर’ बनाती है। कठोर जल साबुन के साथ बुलबुला नहीं बनाता। कैल्शियम और मैग्नीशियम के घुलनशील लवणों से मुक्त जल को मृदु जल कहते हैं। यह साबुन के साथ आसानी से बुलबुला बनाता है।

कठोर जल साबुन के साथ एक धुंआ/अवक्षेप बनाता है। सोडियम स्टीयरेट वाला साबुन $\left(\mathrm{C_{17}} \mathrm{H_{35}} \mathrm{COONa}\right)$ कठोर जल के साथ अभिक्रिया करके $\mathrm{Ca} / \mathrm{Mg}$ स्टीयरेट के रूप में अवक्षेपित हो जाता है।

$2 \mathrm{C_{17}} \mathrm{H_{35}} \mathrm{COONa}(\mathrm{aq})+\mathrm{M}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow$

$\left(\mathrm{C_{17}} \mathrm{H_{35}} \mathrm{COO}\right)_{2} \mathrm{M} \downarrow+2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{M}$ है $\mathrm{Ca} / \mathrm{Mg}$

इसलिए, यह लॉन्ड्री के लिए उपयुक्त नहीं है। इसके अलावा, बोइलर के लिए भी खतरनाक है, क्योंकि लवण के रूप में अपचयन के कारण इकट्ठा हो जाता है। यह बोइलर के दक्षता को कम करता है। पानी की कठोरता दो प्रकार की होती है: (i) अस्थायी कठोरता, और (ii) स्थायी कठोरता।

9.6.6 अस्थायी कठोरता

अस्थायी कठोरता मैग्नीशियम और कैल्शियम हाइड्रोजनकार्बोनेट की उपस्थिति के कारण होती है। इसे निम्नलिखित तरीकों से हटाया जा सकता है :

(i) कुक्कुटन: कुक्कुटन के दौरान, विलेय $\mathrm{Mg} (\mathrm{HCO_3} )_2$ अविलेय $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2$ में बदल जाता है और $\mathrm{Ca} \left(\mathrm{HCO_3} \right)_3$ अविलेय $\mathrm{CaCO_3}$ में बदल जाता है। इसके कारण $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2$ के उच्च विलेयता उत्परिवर्तन उत्परिवर्तन के तुलना में $\mathrm{MgCO_3}$ के तुलना में $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2$ अवसादित हो जाता है। इन अवसादों को फिल्टर करके हटाया जा सकता है। इस तरह प्राप्त फिल्ट्रेट एक नरम पानी होगा।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{Mg}\left(\mathrm{HCO_3}\right)_2 \xrightarrow{\text { Heating }} \mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2 \downarrow+2 \mathrm{CO_2} \uparrow \\ & \mathrm{Ca}\left(\mathrm{HCO_3}\right)_2 \xrightarrow{\text { Heating }} \mathrm{CaCO_3} \downarrow+\mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{CO_2} \uparrow \end{aligned} $$

(ii) क्लैर्क की विधि: इस विधि में कठिन पानी में गणना किए गए मात्रा में लाइम (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) मिलाया जाता है। यह कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित हो जाता है जिसे फ़िल्टर करके बाहर निकाला जा सकता है।

$$ \begin{aligned} \mathrm{Ca} \left(\mathrm{HCO_3} \right)_2+\mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_2 & \rightarrow 2 \mathrm{CaCO_3} \downarrow+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} \mathrm{Mg} \left(\mathrm{HCO_3} \right)_2+2 \mathrm{Ca}(\mathrm{OH}) \right)_2 & \rightarrow 2 \mathrm{CaCO_3} \downarrow + \mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2 \downarrow+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}\\ \end{aligned} $$

9.6.7 स्थायी कठोरता

यह पानी में मैग्नीशियम और कैल्शियम के घुलनशील लवणों की उपस्थिति के कारण होती है, जो क्लोराइड और सल्फेट के रूप में होते हैं। स्थायी कठोरता को उबालकर दूर नहीं किया जा सकता। इसे निम्न विधियों द्वारा हटाया जा सकता है:

(i) धुलाई नमक (सोडियम कार्बोनेट) के साथ उपचार: धुलाई नमक कठिन पानी में विलेय कैल्शियम और मैग्नीशियम के क्लोराइड और सल्फेट के साथ अभिक्रिया करता है और अविलेय कार्बोनेट बनाता है।

$$ \begin{aligned} \mathrm{MCl_2}+\mathrm{Na_2} \mathrm{CO_3} \rightarrow \mathrm{MCO_3} \downarrow+ & 2 \mathrm{NaCl} \\ & (\mathrm{M}=\mathrm{Mg}, \mathrm{Ca}) \\ \mathrm{MSO_4}+\mathrm{Na_2} \mathrm{CO_3} \rightarrow \mathrm{MCO_3} \downarrow+ & \mathrm{Na_2} \mathrm{SO_4} \end{aligned} $$

(ii) कैल्गॉन के विधि: सोडियम हेक्सामेटाफॉस्फेट $\left(\mathrm{Na_6} \mathrm{P_6} \mathrm{O_18}\right)$, जिसे बाजार में ‘कैल्गॉन’ के रूप में जाना जाता है, कठिन पानी में मिलाने पर निम्नलिखित अभिक्रियाएं होती हैं। $\mathrm{Na_6} \mathrm{P_6} \mathrm{O_18} \rightarrow 2 \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{Na_4} \mathrm{P_6} \mathrm{O_18}^{2-}$

$$ (\mathrm{M}=\mathrm{Mg}, \mathrm{Ca}) $$

$\mathrm{M}^{2+}+\mathrm{Na_4} \mathrm{P_6} \mathrm{O_18}^{2-} \rightarrow\left[\mathrm{Na_2} \mathrm{MP_6} \mathrm{O_18}\right]^{2-}+2 \mathrm{Na}^{+}$

एक जटिल ऋणायन $\mathrm{Mg}^{2+}$ और $\mathrm{Ca}^{2+}$ आयनों को विलयन में बनाए रखता है।

(iii) आयन-विनिमय विधि: यह विधि बर्फीले पानी के उपचार के लिए भी जानी जाती है। जेलीट/परमुटिट प्रक्रिया के रूप में भी जानी जाती है। जलयुक्त सोडियम एल्यूमिनियम सिलिकेट जेलीट/परमुटिट होता है। सरलता के लिए, सोडियम एल्यूमिनियम सिलिकेट $\left(\mathrm{NaAlSiO_4}\right)$ को $\mathrm{NaZ}$ के रूप में लिखा जा सकता है। जब इसे बर्फीले पानी में मिलाया जाता है, तो आयन-विनिमय अभिक्रियाएं होती हैं।

$$ \begin{array}{r} 2 \mathrm{NaZ}(\mathrm{s})+\mathrm{M}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{MZ_2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \\ (\mathrm{M}=\mathrm{Mg}, \mathrm{Ca}) \end{array} $$

परम्यूटिट/जिओलाइट कहा जाता है कि जब इसमें सोडियम पूरी तरह से उपयोग कर दिया जाए। इसे आगे के उपयोग के लिए जलीय सोडियम क्लोराइड विलयन के साथ उपचार करके पुनः बनाया जाता है।

$\mathrm{MZ_2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}) \rightarrow 2 \mathrm{NaZ}(\mathrm{s})+\mathrm{MCl_2}(\mathrm{aq})$

(iv) संश्लेषित रेजिन विधि: अब लाख जल को अपचायक रेजिन के माध्यम से नरम किया जाता है। यह विधि जिओलाइट प्रक्रिया की तुलना में अधिक कुशल है। धनायन आदान-प्रदान रेजिन में बड़े आंतरिक अणु होते हैं जिनमें - $\mathrm{SO_3} \mathrm{H}$ समूह होता है और ये जल में घुलनशील नहीं होते। आयन आदान-प्रदान रेजिन $\left(\mathrm{RSO_3} \mathrm{H}\right)$ को $\mathrm{RNa}$ में बदला जाता है जब इसे $\mathrm{NaCl}$ के साथ उपचार किया जाता है। रेजिन धनायन आदान-प्रदान के माध्यम से लाख जल में उपस्थित $\mathrm{Na}^{+}$ आयनों के साथ $\mathrm{Ca}^{2+}$ और $\mathrm{Mg}^{2+}$ आयनों का आदान-प्रदान करता है ताकि जल नरम हो जाए। यहाँ $\mathrm{R}$ रेजिन के ऋणायन है।

$2 \mathrm{RNa}(\mathrm{s})+\mathrm{M}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{R_2} \mathrm{M}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})$

एक रेजिन को पुनः उत्पादन करने के लिए जलीय $\mathrm{NaCl}$ विलयन मिलाया जा सकता है।

शुद्ध डिमिनरलाइज्ड (डी-आयनाइज्ड) जल, सभी विलेय खनिज नमकों से मुक्त, एक तरफ से एक धनायन आदान-प्रदान (H⁺ रूप में) और एक ऋणायन आदान-प्रदान (OH⁻ रूप में) रेजिन के माध्यम से जल के माध्यम से गुजराने से प्राप्त किया जाता है:

$$ 2 \mathrm{RH}(\mathrm{s})+\mathrm{M}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \quad \mathrm{MR_2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) $$

$$

इस कैटियन विनिमय प्रक्रिया में, $\mathrm{H}^{+}$, $\mathrm{Na}^{+}, \mathrm{Ca}^{2+}, \mathrm{Mg}^{2+}$ और पानी में उपस्थित अन्य कैटियन के साथ विनिमय करता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप प्रोटॉन के विस्थापन होता है और इस प्रकार पानी अम्लीय बन जाता है। इस एनियन विनिमय प्रक्रिया में:

$$ \begin{array}{rr} \mathrm{RNH_2}(\mathrm{~s})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \quad \mathrm{RNH_3}^{+} \cdot \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{s}) \\ \mathrm{RNH_3}^{+} \cdot \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{s})+\mathrm{X}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \quad \mathrm{RNH_3}^{+} \cdot \mathrm{X}^{-}(\mathrm{s}) +\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \\

\end{array} $$

$\mathrm{OH}^{-}$, $\mathrm{Cl}^{-}, \mathrm{HCO_3}^{-}, \mathrm{SO_4}^{2-}$ आदि जल में उपस्थित एनियन के लिए आदान-प्रदान करता है। इस प्रकार, $\mathrm{OH}^{-}$ आयन विलयन में मुक्त होने वाले $\mathrm{H}^{+}$ आयनों को उदासीन कर देते हैं।

$$ \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) $$

क्षमता खो चुके केनियन और एनियन एक्ज़चेंज रेजिन बेड को क्रमशः कम तीव्रता वाले अम्ल और क्षारक विलयन के साथ पुनः उत्पादन किया जाता है।

9.7 हाइड्रोजन परॉक्साइड $\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}\right)$

हाइड्रोजन पेरॉक्साइड घरेलू और औद्योगिक अपशिष्ट जल के प्रदूषण नियंत्रण उपचार में एक महत्वपूर्ण रासायनिक पदार्थ है।

9.7.1 तैयारी

इसे निम्नलिखित विधियों द्वारा तैयार किया जा सकता है।

(i) बेरियम पेरॉक्साइड को अम्लीय करके और कम दबाव पर अतिरिक्त पानी को वाष्पीकरण द्वारा हटाकर हाइड्रोजन पेरॉक्साइड प्राप्त किया जा सकता है।

$$ \begin{array}{r} \mathrm{BaO_2} \cdot 8 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{BaSO_4}(\mathrm{~s})+ \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{aq})+8 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})

\end{array} $$

(ii) अम्लीय सल्फेट विलयन के उच्च धारा घनत्व पर विद्युत अपघटन द्वारा प्राप्त परॉक्सोडी सल्फेट, हाइड्रोजन पेरॉक्साइड के अपघटन द्वारा उत्पादित होता है।

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{HSO_4}^{-}(\mathrm{aq}) \xrightarrow{\text { विद्युत अपघटन }} \mathrm{HO_3} \mathrm{SOOSO_3} \mathrm{H}(\mathrm{aq}) \\ & \xrightarrow{\text { अपघटन }} 2 \mathrm{HSO_4}^{-}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{aq}) \end{aligned} $$

इस विधि का अब उपयोग प्रयोगशाला में $\mathrm{D_2} \mathrm{O_2}$ के तैयारी के लिए किया जाता है।

$$ \mathrm{K_2} \mathrm{~S_2} \mathrm{O_8}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{D_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{KDSO_4}(\mathrm{aq})+\mathrm{D_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{l}) $$

(iii) उद्योग में इसे 2-एल्किल एंथ्राक्विनोल के स्व-ऑक्सीकरण द्वारा तैयार किया जाता है।

$ \begin{aligned} \text{ 2- ethylanthraquinol }\underset{\mathrm{H_2} / \mathrm{Pd}}{\stackrel{\mathrm{O_2} \text { (air) }}{\rightleftarrows}} \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}+ \\ & \text{(oxidised product)} \end{aligned} $

इस मामले में $1 \% \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ बनता है। इसे पानी के साथ निष्कर्षित किया जाता है और आंतरिक दबाव के अंतर्गत उबलाकर लगभग $30 \%$ (द्रव्यमान द्वारा) तक सांद्रित किया जाता है। ध्यानपूर्वक निम्न दबाव के अंतर्गत इसे और भी $85 \%$ तक सांद्रित किया जा सकता है। शेष पानी को तापमान कम करके बर्फ के रूप में निकाला जा सकता है ताकि शुद्ध $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ प्राप्त किया जा सके।

9.7.2 भौतिक गुण

शुद्ध अवस्था में $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ लगभग रंगहीन (बहुत हलका नीला) तरल होता है। इसके महत्वपूर्ण भौतिक गुण तालिका 9.4 में दिए गए हैं।

$\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ पानी के सभी अनुपात में मिश्रण कर सकता है और एक जलीय यौगिक $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \cdot \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ (क्वथनांक 221K) बनाता है। एक $30 \%$ $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के घोल को ‘100 आयतन’ हाइड्रोजन परॉक्साइड के रूप में बाजार में बेचा जाता है। इसका अर्थ यह है कि 30 \% $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के 1 मिलीलीटर घोल 100 $\mathrm{~mL}$ ऑक्सीजन को STP पर उत्पन्न करेगा। बाजार में उपलब्ध नमूना $10 \mathrm{~V}$ होता है, जिसका अर्थ यह है कि नमूना में $3 \%$ $\mathrm{H_2} \mathrm{O }$ होता है।

समस्या 9.5

हाइड्रोजन पेरॉक्साइड के 10 आयतन वाले विलयन की शक्ति गणना करें।

हल

$\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के 10 आयतन वाले विलयन का अर्थ है कि इस $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ विलयन के $1 \mathrm{~L}$ से STP पर $10 \mathrm{~L}$ ऑक्सीजन प्राप्त होता है

$2 \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{O_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})$

$234 \mathrm{~g} \quad 22.7 \mathrm{~L}$ एसटीपी पर

$68 \mathrm{~g}$

उपरोक्त समीकरण के आधार पर, एसटीपी पर $22.7 \mathrm{~L}$ ऑक्सीजन $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के $68 \mathrm{~g}$ से उत्पन्न होता है

$10 \mathrm{~L}$ ऑक्सीजन $\mathrm{O_2}$ के STP पर उत्पादन के लिए

$$ \frac{6810}{22.7} \mathrm{~g}=29.9 \mathrm{~g} \quad 30 \mathrm{~g} \mathrm{H_2} \mathrm{O_2} $$

इसलिए, 10 आयतन $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ विलयन में $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ की शक्ति $=30 \mathrm{~g} / \mathrm{L}=3 \% \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ विलयन

सारणी 9.4 हाइड्रोजन पेरॉक्साइड के भौतिक गुण

| गलनांक $/ \mathrm{K}$ | 272.4 | तरल (298 $\mathrm{~K}$ पर) घनत्व $/ \mathrm{g} \mathrm{cm}^{-3}$ | 1.44 |

| :— | :— | :— | :— | | उबलने का बिंदु (अपसारित) $/ \mathrm{K}$ | 423 | चिकनाई $(290 \mathrm{~K}) /$ सेंटीपॉइज़ | 1.25 | | वाष्प दबाव $(298 \mathrm{~K}) / \mathrm{mmHg}$ | 1.9 | विद्युतशीलता नियतांक $(298 \mathrm{~K}) / \mathrm{C}^{2} / \mathrm{N} \mathrm{m}^{2}$ | 70.7 | | घनत्व (ठोस $268.5 \mathrm{~K}) / \mathrm{g} \mathrm{cm}^{-3}$ | 1.64 | विद्युत चालकता $(298 \mathrm{~K}) / \Omega^{-1} \mathrm{~cm}^{-1}$ | $5.110^{-8}$ |

9.7.3 संरचना

हाइड्रोजन परॉक्साइड की गैस अवस्था और ठोस अवस्था में अणुक आकार चित्र 9.3 में दिखाए गए हैं।

9.7.4 रासायनिक गुण

यह अम्लीय एवं क्षारीय माध्यम दोनों में एक ऑक्सीकारक एवं अपचायक एजेंट के रूप में कार्य करता है। नीचे सरल अभिक्रियाएं दी गई हैं।

(i) अम्लीय माध्यम में ऑक्सीकारक क्रिया

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{Fe}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+ \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{aq}) \rightarrow 2 \mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(1) \\

$$ \begin{aligned} & \mathrm{PbS}(\mathrm{s})+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{PbSO_4}(\mathrm{~s})+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \end{aligned} $$

(ii) अम्लीय माध्यम में अपचायक क्रिया

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{MnO_4}^{-}+6 \mathrm{H}^{+}+5 \mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \rightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+8 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+5 \mathrm{O_2} \\ & \mathrm{HOCl}+\mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{H_3} \mathrm{O}^{+}+\mathrm{Cl}^{-}+\mathrm{O_2} \end{aligned} $$

(iii) क्षारीय माध्यम में ऑक्सीकारक क्रिया

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \rightarrow 2 \mathrm{Fe}^{3+}+2 \mathrm{OH}^{-} \\ & \mathrm{Mn}^{2+}+\mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{Mn}^{4+}+2 \mathrm{OH}^{-} \end{aligned} $$

(iv) क्षारीय माध्यम में अपचायक क्रिया

$$ \begin{aligned} & \mathrm{I_2}+\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{I}^{-}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{O_2} \\ & 2 \mathrm{MnO_4}^{-}+3 \mathrm{H_2} \mathrm{O_2} \rightarrow 2 \mathrm{MnO_2}+3 \mathrm{O_2}+ 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+2 \mathrm{OH}^{-}

\end{aligned} $$

9.7.5 संग्रहण

$\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ प्रकाश के विकिरण पर धीरे-धीरे अपघटित होता है।

$$ 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O_2}(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) $$

धातु सतहों या क्षारक (जिसे काँच के बरतन में पाया जाता है) की उपस्थिति में उपरोक्त अभिक्रिया उत्प्रेरित होती है। इसलिए, इसे काले रंग के बरतनों में वेज़ लाइन के काँच या प्लास्टिक बरतनों में संग्रहित किया जाता है। यूरिया को एक स्थायकक के रूप में जोड़ा जा सकता है। यह धूल से दूर रखा जाता है क्योंकि धूल यह यौगिक के विस्फोटक अपघटन को प्रेरित कर सकती है।

9.7.6 उपयोग

इसके व्यापक उपयोग के कारण $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के औद्योगिक उत्पादन में विशाल वृद्धि हुई है। कुछ उपयोग नीचे सूचीबद्ध हैं:

(i) दैनिक जीवन में यह बाल ब्लीच और एक निम्न शक्ति वाले अपशिष्ट निरोधक के रूप में उपयोग किया जाता है। एंटीसेप्टिक के रूप में इसे बाजार में परहाइड्रॉल के रूप में बेचा जाता है।

(ii) इसका उपयोग सोडियम परबोरेट और पर-कार्बोनेट जैसे रासायनिक उत्पादों के निर्माण में किया जाता है, जो उच्च गुणवत्ता वाले धुलाई साबुन में उपयोग किए जाते हैं।

(iii) इसका उपयोग हाइड्रोक्विनोन, टार्टारिक अम्ल और कुछ खाद्य पदार्थ और चिकित्सा उत्पाद (सीफ़ैलोस्पोरिन) आदि के संश्लेषण में किया जाता है।

(iv) यह कपड़ा, कागज के रसायन, चमड़ा, तेल, वसा आदि के ब्लीचिंग एजेंट के रूप में उद्योगों में प्रयोग किया जाता है।

(v) आजकल यह पर्यावरण (ग्रीन) रसायन विज्ञान में भी प्रयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, घरेलू और औद्योगिक अपशिष्ट जल के प्रदूषण नियंत्रण, साइनाइड के ऑक्सीकरण, अपशिष्ट जल के एरोबिक अवस्था के पुनः स्थापन आदि में।

9.8 भारी जल, $\mathrm{D_2} \mathrm{O}$

यह परमाणु रिएक्टर में एक मॉडरेटर के रूप में व्यापक रूप से प्रयोग किया जाता है और अभिक्रिया यांत्रिकी के अध्ययन के लिए आदान-प्रदान अभिक्रियाओं में। इसे पानी के विद्युत अपघटन के अत्यधिक विधि द्वारा या कुछ उर्वरक उद्योगों में एक उत्पाद के रूप में तैयार किया जा सकता है। इसके भौतिक गुण तालिका 9.3 में दिए गए हैं। इसका उपयोग अन्य डीटेरियम यौगिकों के तैयार करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए:

$$ \begin{aligned} & \mathrm{CaC_2}+2 \mathrm{D_2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{C_2} \mathrm{D_2}+\mathrm{Ca}(\mathrm{OD})_2 \\ & \mathrm{SO_3}+\mathrm{D_2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{D_2} \mathrm{SO_4} \\ & \mathrm{Al_4} \mathrm{C_3}+12 \mathrm{D_2} \mathrm{O} \rightarrow 3 \mathrm{CD_4}+4 \mathrm{Al}(\mathrm{OD})_3 \end{aligned} $$

9.9 डाइहाइड्रोजन एक ईंधन के रूप में

डाइहाइड्रोजन जलाने पर बहुत अधिक ऊष्मा उत्पन्न करता है। डाइहाइड्रोजन, मेथेन, एलपीजी आदि ईंधनों के जलाने से उत्पन्न ऊर्जा के डेटा की तुलना एक ही आधार पर की जाती है।

मोल, द्रव्यमान और आयतन में मात्राएँ, तालिका 9.5 में दिखाई गई हैं।

इस तालिका से स्पष्ट होता है कि द्रव्यमान के आधार पर डाइहाइड्रोजन पेट्रोल की तुलना में अधिक ऊर्जा उत्सर्जित कर सकता है (लगभग तीन गुना)। इसके अलावा, डाइहाइड्रोजन के दहन के दौरान प्रदूषक वस्तुएँ पेट्रोल की तुलना में कम होंगी। एकमात्र प्रदूषक डाइनाइट्रोजन के ऑक्साइड होंगे (कारण डाइहाइड्रोजन में डाइनाइट्रोजन के अशुद्धि के उपस्थिति के कारण)। यह, बेशक, बर्बादी को कम करने के लिए सिलेंडर में थोड़ी मात्रा में पानी के प्रवेश कराकर तापमान को कम करके डाइनाइट्रोजन और डाइऑक्सीजन के बीच अभिक्रिया के नहीं होने की संभावना हो सकती है। हालाँकि, डाइहाइड्रोजन के रखरखाव के लिए उपयोग किए जाने वाले बर्तनों के द्रव्यमान को ध्यान में रखना आवश्यक है। एक संपीड़ित डाइहाइड्रोजन के सिलेंडर का भार उतना ही अधिक होता है जितना कि उसी ऊर्जा के समान मात्रा वाले पेट्रोल के टैंक का होता है, लगभग 30 गुना। इसके अलावा, डाइहाइड्रोजन गैस को $20 \mathrm{~K}$ तक ठंडा करके तरल अवस्था में परिवर्तित किया जाता है। इसके लिए विशेष रूप से बने अच्छी तरह से आइसोलेट किए गए टैंक की आवश्यकता होती है। धातु एलाय के टैंक जैसे $\mathrm{NaNi_5}, \mathrm{Ti}-\mathrm{TiH_2}$, $\mathrm{Mg}-\mathrm{MgH_2}$ आदि छोटी मात्रा में डाइहाइड्रोजन के भंडारण के लिए उपयोग में हैं। इन सीमाओं के कारण वैज्ञानिकों ने डाइहाइड्रोजन के दक्ष रूप से उपयोग के लिए विकल्प तकनीकों की खोज करना शुरू कर दिया है।

इस दृष्टि से हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था एक विकल्प है। हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था का मूल सिद्धांत ऊर्जा के रूप में तरल या गैसीय हाइड्रोजन के रूप में परिवहन और संग्रहण है। हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था का लाभ यह है कि ऊर्जा को हाइड्रोजन के रूप में नहीं बल्कि विद्युत शक्ति के रूप में प्रसारित किया जाता है। भारत के इतिहास में यह पहली बार है कि अक्टूबर 2005 में एक प्रायोगिक परियोजना शुरू की गई जिसमें हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग किया गया था ताकि वाहनों को चलाया जा सके। प्रारंभ में $5 \%$ हाइड्रोजन को CNG में मिश्रित किया गया था ताकि चार वाहन वाले वाहनों के लिए उपयोग किया जा सके। हाइड्रोजन के प्रतिशत को धीरे-धीरे बढ़ाया जाएगा ताकि अपतटी दर तक पहुंच जाए।

अब भी इसका उपयोग ईंधन सेल में विद्युत शक्ति के उत्पादन के लिए किया जाता है। आगे चलकर यह अर्थव्यवस्था में उपयोगयोग्य और सुरक्षित डाइहाइड्रोजन के स्रोतों की पहचान की जाएगी, जिसका उपयोग ऊर्जा के सामान्य स्रोत के रूप में किया जा सके।

तालिका 9.5 विभिन्न ईंधनों के दहन से मोल, द्रव्यमान और आयतन में विमुक्त ऊर्जा

| प्रति मोल | 286 | 285 | 2220 | 880 | 5511 | | प्रति ग्राम | 143 | 142 | 50 | 53 | 47 | | प्रति लीटर | 12 | 9968 | 25590 | 35 | 34005 |

सारांश

हाइड्रोजन सबसे हल्का परमाणु है जिसमें केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है। इस इलेक्ट्रॉन के नुकसान से एक मूल भौतिक वस्तु, प्रोटॉन का निर्माण होता है। इसलिए, इसकी विशिष्टता है। इसके तीन समस्थानिक होते हैं, जैसे : प्रोटियम $\left( _1^1 \mathrm{H}\right)$, ड्यूटेरियम (D या $\left. _1^2 \mathrm{H}\right)$ और ट्रिटियम $\left(\mathrm{T}\right.$ या $\left. _1^3 \mathrm{H}\right)$. इन तीन में से केवल ट्रिटियम रेडियोएक्टिव होता है। इसके अलकली धातुओं और हैलोजनों के समान विशेषताएं होती हैं, लेकिन इसके विशिष्ट गुणों के कारण इसका अपना अलग स्थान आवर्त सारणी में है।

हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व है। मुक्त अवस्था में यह पृथ्वी के वातावरण में लगभग नहीं पाया जाता है। हालांकि, संयोजित अवस्था में यह पृथ्वी के सतह पर तीसरा सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व है।

अपचयन उद्योग में हाइड्रोजन को पेट्रोकेमिकल्स से पानी के गैस विस्थापन अभिक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। इसे लवण के विद्युत अपघटन के द्वारा एक उपज के रूप में प्राप्त किया जाता है।

हाइड्रोजन के $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ बंध वियोजन एंथैल्पी $\left(435.88 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}\right)$ दो तत्वों के बीच के एकल बंध के लिए सबसे अधिक होती है। इस गुण का उपयोग परमाणु हाइड्रोजन तीर में किया जाता है जो लगभग $\sim 4000 \mathrm{~K}$ के तापमान को उत्पन्न करता है और उच्च गलनांक धातुओं के जोड़ने के लिए आदर्श होता है।

हालांकि डाइहाइड्रोजन कमरे के तापमान पर बहुत अक्रिय होता है क्योंकि इसका बहुत उच्च नकारात्मक वियोजन एंथैल्पी होती है, लेकिन उचित शर्तों के तहत यह लगभग सभी तत्वों के साथ संयोजन करके हाइड्राइड बनाता है। सभी प्रकार के हाइड्राइड को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: आयनिक या लवणीय हाइड्राइड, सहसंयोजक या अणुक हाइड्राइड और धातुई या अनुपातिक असमानुपाती हाइड्राइड। अल्कली धातुओं के हाइड्राइड अन्य हाइड्राइड यौगिक बनाने के लिए अच्छे रासायनिक अभिकर्मक होते हैं। अणुक हाइड्राइड (उदाहरण के लिए, $\mathrm{B_2} \mathrm{H_6}, \mathrm{CH_4}, \mathrm{NH_3}, \mathrm{H_2} \mathrm{O}$) दैनिक जीवन में बहुत महत्वपूर्ण होते हैं। धातुई हाइड्राइड डाइहाइड्रोजन के अत्यधिक शुद्धीकरण और डाइहाइड्रोजन के भंडारण के लिए उपयोगी होते हैं।

अन्य रासायनिक अभिक्रियाओं में से, डाइहाइड्रोजन के अपचायक अभिक्रियाएं जो हाइड्रोजन हैलाइड, पानी, अमोनिया, मेथनॉल, वनस्पति घी आदि के निर्माण के लिए जाती हैं, बहुत महत्वपूर्ण हैं। धातु उद्योग में, इसका उपयोग धातु ऑक्साइड के अपचायक के रूप में किया जाता है। अंतरिक्ष कार्यक्रमों में, इसका उपयोग रॉकेट ईंधन के रूप में किया जाता है। वास्तव में, इसका उत्पादन भविष्य के नॉन-पॉल्लुटिंग ईंधन के रूप में उपयोग के लिए उत्कृष्ट संभावना है (हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था)।

पानी सबसे आम और अधिक उपलब्ध पदार्थ है। यह बहुत बड़े रासायनिक और जैविक महत्व का है। पानी के तरल से ठोस और गैसीय अवस्था में आसानी से परिवर्तित होने के कारण, यह जीवाणु विश्व में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। पानी के अणु के विषम आकार के कारण यह अत्यधिक ध्रुवीय प्रकृति का होता है। इस गुण के कारण हाइड्रोजन बंधन उत्पन्न होता है जो बर्फ में अधिकतम और वाष्प में न्यूनतम होता है। पानी की ध्रुवीय प्रकृति इसे निम्न रूप से उपयोगी बनाती है: (क) आयनिक और आंशिक आयनिक यौगिकों के लिए एक बहुत अच्छा विलायक; (ख) एम्फोटेरिक (एसिड और बेस दोनों के रूप में) पदार्थ के रूप में कार्य करना; और (ग) विभिन्न प्रकार के हाइड्रेट बनाना। इसकी अनेक लवणों को घोलने की क्षमता, विशेषकर बड़ी मात्रा में, इसे औद्योगिक उपयोग के लिए कठिन और खतरनाक बना देती है। अस्थायी और स्थायी कठोरता को जेलाइट्स और संश्लेषित आयन-विस्थापक द्वारा दूर किया जा सकता है।

भारी पानी, $\mathrm{D_2} \mathrm{O}$ एक अन्य महत्वपूर्ण यौगिक है जो सामान्य पानी के विद्युत रासायनिक समृद्धीकरण द्वारा निर्मित किया जाता है। यह नाभिकीय रिएक्टर में एक मॉडरेटर के रूप में मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन परॉक्साइड, $\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$ के एक दिलचस्प अपोलर संरचना होती है और यह औद्योगिक रूप से एक ब्लीच के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और औद्योगिक एवं घरेलू अपशिष्ट जल के औषधीय एवं प्रदूषण नियंत्रण उपचार में भी उपयोग किया जाता है।