कौन देता है, कौन लेता है: रेडॉक्स अभिक्रिया, एक-एक इलेक्ट्रॉन करके

सिमुलेशन का उपयोग कैसे करें

1. शुरू में “जिंक और कॉपर सल्फेट” चुना होगा। पहले ऊपर की पंक्ति पढ़ो और अंदाज़ा लगाओ कि इलेक्ट्रॉन किसे चाहिए।
2. चलाओ तो नारंगी बिंदु धारीदार घुमावदार रास्ते पर जिंक से कॉपर की ओर बहते हैं, कुल 2 इलेक्ट्रॉन। फिर नीचे की पंक्ति नई संख्याओं के साथ उभरती है: जिंक +2, कॉपर 0।
3. “ऑक्सीकरण संख्या छिपाओ” पर टिक करके अभिक्रिया बदलो। हर परमाणु पर प्रश्नचिह्न दिखेगा, इसलिए नियमों से खुद हिसाब लगाना होगा।
4. हर अभिक्रिया में लाल लेबल (ऑक्सीकृत, यानी अपचायक) और नीले लेबल (अपचित, यानी ऑक्सीकारक) को मिलाकर देखो।
5. नीचे की पंक्ति के नीचे दो अर्ध-अभिक्रियाएँ हैं। उन्हें जोड़ो, इलेक्ट्रॉन कट जाएँगे और ऊपर वाला पूरा समीकरण मिल जाएगा।

सेब भूरा होता है, लोहे का गेट लाल

सेब काटकर मेज़ पर छोड़ दो। कुछ ही मिनटों में सफ़ेद गूदा भूरा हो जाता है। लोहे का गेट बारिश में पड़ा रहे तो महीने भर में नारंगी और झड़ने लगता है। गैस का चूल्हा जलाओ तो नीली लौ। तीन बिल्कुल अलग दृश्य, पर रसायन विज्ञान तीनों को एक ही खाते में लिखता है: ऑक्सीकरण। कोई इलेक्ट्रॉन दे रहा है, कोई ले रहा है।

दिक्कत यह है कि इलेक्ट्रॉन आँख से नहीं दिखते। इसलिए रसायनविदों ने हिसाब रखने का एक तरीका बनाया, ऑक्सीकरण संख्या, जिससे बताया जा सकता है कि किस परमाणु ने इलेक्ट्रॉन खोए और किसने पाए। इस पेज पर हिसाब और असली चलन साथ-साथ दिखते हैं।

रेडॉक्स का मतलब, तीन चरणों में

इस शब्द का अर्थ दो बार बदला है। पहले ऑक्सीकरण का मतलब था ऑक्सीजन से जुड़ना: लोहा और ऑक्सीजन मिलकर जंग, यानी लोहा ऑक्सीकृत। अपचयन उसका उल्टा, ऑक्सीजन खोना, जैसे लौह अयस्क को कार्बन के साथ गर्म करने पर लोहा वापस मिलता है।

फिर हाइड्रोजन में भी यही पैटर्न दिखा। हाइड्रोजन जुड़ना अपचयन है, हाइड्रोजन हटना ऑक्सीकरण।

सबसे अच्छी परिभाषा इलेक्ट्रॉन वाली है, जो सब मामलों को एक साथ ढक लेती है। ऑक्सीकरण यानी इलेक्ट्रॉन खोना। अपचयन यानी इलेक्ट्रॉन पाना। याद रखने का आसान तरीका अंग्रेज़ी का OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain। इलेक्ट्रॉन हवा में गायब नहीं होते, इसलिए एक खोए तो दूसरा पाएगा ही। इसी वजह से रेडॉक्स कहते हैं, कोई आधा अकेला नहीं होता।

ऑक्सीकरण संख्या: इलेक्ट्रॉन का बही-खाता

ऑक्सीकरण संख्या वह आवेश है जो परमाणु पर होता, अगर हर साझा इलेक्ट्रॉन-युग्म पूरी तरह अधिक विद्युतऋणात्मक परमाणु के पास चला जाता। Cu²⁺ जैसे आयन में यह असली आवेश है। HCl जैसे सहसंयोजी अणु में यह हिसाब का तरीका है, फिर भी बता देता है कि इलेक्ट्रॉन किधर सरके। नियम इसी क्रम में लगाओ:

एनिमेशन कैसे पढ़ें

कैनवास में दो पंक्तियाँ हैं। ऊपर की “पहले” पंक्ति में अभिकारक हैं। हर परमाणु एक वृत्त है, अंदर प्रतीक, ऊपर ऑक्सीकरण संख्या। रंगीन घेरे का मतलब है कि इस परमाणु की संख्या बदलेगी, धूसर घेरे का मतलब नहीं बदलेगी। सूत्र के आगे की संख्या बताती है कि कितनी इकाइयाँ हैं, चित्र में हर एक की एक इकाई बनी है।

नारंगी बिंदु इलेक्ट्रॉन हैं। वे लाल लेबल वाले पदार्थ (ऑक्सीकृत, “अपचायक”) से निकलकर धारीदार घुमावदार रास्ते से नीले लेबल वाले पदार्थ (अपचित, “ऑक्सीकारक”) की ओर जाते हैं। रास्ते के ऊपर की संख्या समीकरण जैसा लिखा है उसके हिसाब से कुल स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन है।

फिर “बाद में” पंक्ति उत्पादों के साथ उभरती है। रंगीन परमाणुओं की संख्याएँ मिलाओ। संख्या बढ़ी तो वह परमाणु ऑक्सीकृत, घटी तो अपचित। कैनवास के नीचे की दो अर्ध-अभिक्रियाएँ यही बात इलेक्ट्रॉन की भाषा में कहती हैं।

ऑक्सीकारक और अपचायक: कौन किसे बदलता है

यहीं लगभग सब गड़बड़ करते हैं। ऑक्सीकारक वह पदार्थ है जो दूसरे का ऑक्सीकरण कराता है, और ऐसा करते हुए खुद अपचित होता है। अपचायक दूसरे का अपचयन कराता है और खुद ऑक्सीकृत होता है। नाम इस पर पड़ा है कि वह दूसरे के साथ क्या करता है, इस पर नहीं कि उसके साथ क्या हुआ।

पहली अभिक्रिया में जाँचो। Cu²⁺ जिंक से इलेक्ट्रॉन लेता है। Cu²⁺ की वजह से जिंक ऑक्सीकृत होता है, इसलिए Cu²⁺ ऑक्सीकारक है, और वह खुद अपचित हुआ। जिंक इलेक्ट्रॉन देता है, इसलिए जिंक अपचायक है। सिमुलेशन की पाँचों अभिक्रियाएँ एक साथ:

अर्ध-अभिक्रियाएँ और उनसे संतुलन

अर्ध-अभिक्रिया स्थानांतरण का सिर्फ़ एक आधा हिस्सा दिखाती है, इलेक्ट्रॉन को साफ़ लिखकर। ऑक्सीकरण में इलेक्ट्रॉन दाईं ओर (उत्पाद में) होते हैं, अपचयन में बाईं ओर (अभिकारक में)। मज़े की बात यह कि दोनों जोड़ने पर इलेक्ट्रॉन कट जाते हैं और पूरा समीकरण मिल जाता है।

पर्मैंगनेट और आयरन(II) से तरीका देखो। चरण 1: दोनों आधे अलग लिखो। Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ (लोहा +2 से +3) और MnO₄⁻ → Mn²⁺ (मैंगनीज़ +7 से +2)। चरण 2: ऑक्सीजन H₂O से, हाइड्रोजन H⁺ से मिलाओ, फिर आवेश बराबर करने को इलेक्ट्रॉन जोड़ो: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O। चरण 3: इलेक्ट्रॉन बराबर करो। मैंगनीज़ 5 लेता है, लोहा 1 देता है, इसलिए मैंगनीज़ वाले आधे को 1 से और लोहे वाले को 5 से गुणा करो। चरण 4: जोड़ो और इलेक्ट्रॉन काटो।

नतीजा: MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O। “KMnO₄ और Fe²⁺” चुनकर रास्ते पर 5 इलेक्ट्रॉन चलते देखो: 5 आयरन आयनों में से हर एक एक-एक देता है।

पाँच अभिक्रियाएँ, एक-एक करके

हर अभिक्रिया रेडॉक्स का थोड़ा अलग पहलू दिखाती है। पढ़ते हुए अभिक्रिया बदलते रहो।

• जिंक और कॉपर सल्फेट: क्लासिक उदाहरण। नीले कॉपर सल्फेट में धूसर जिंक की पट्टी डालो तो उस पर धीरे-धीरे कॉपर की भूरी परत चढ़ती है और नीला रंग फीका पड़ता है। प्रति Zn 2 इलेक्ट्रॉन: जिंक 0 से +2, कॉपर +2 से 0।
• लोहे में जंग: 4 लोहे के परमाणु और तीन O₂ मिलकर दो Fe₂O₃ बनाते हैं। लोहा 0 से +3, ऑक्सीजन 0 से −2, और 12 इलेक्ट्रॉन चलते हैं। जंग धीमा रेडॉक्स है, पानी और नमक उसे तेज़ करते हैं।
• मैग्नीशियम और HCl: मैग्नीशियम +2 हो जाता है, हाइड्रोजन +1 से 0 पर आता है, और जो बुलबुले दिखते हैं वे H₂ हैं। क्लोरीन पूरे समय −1 रहता है, वह दर्शक आयन है, इसलिए एनिमेशन में उसका घेरा धूसर है।
• KMnO₄ और Fe²⁺: बैंगनी पर्मैंगनेट (मैंगनीज़ +7) अपचित होकर लगभग रंगहीन Mn²⁺ (+2) बन जाता है। इसीलिए अनुमापन में वह खुद ही सूचक का काम करता है।
• हाइड्रोजन और क्लोरीन: दोनों तत्व शुरू में 0। हाइड्रोजन अंत में +1, क्लोरीन −1। HCl गैस में आयन नहीं होते, क्लोरीन की ओर खिंची एक साझा जोड़ी होती है, फिर भी ऑक्सीकरण संख्या बता देती है कि किस परमाणु ने व्यवहार में इलेक्ट्रॉन खोया।

सिमुलेशन में खुद करके देखो

क्रम से करो। पहले अपना अंदाज़ा लिखो, फिर देखो।

• प्रयोग 1: संख्याएँ छिपाकर Mg + 2HCl के हर परमाणु की ऑक्सीकरण संख्या का अंदाज़ा लगाओ। चलाओ, फिर संख्याएँ दिखाकर खुद को अंक दो।
• प्रयोग 2: “लोहे में जंग” चुनो। रास्ते पर इलेक्ट्रॉन गिनो (12) और लोहे के परमाणुओं (4) से भाग दो। हर लोहे के आयन का आवेश मिल जाएगा।
• प्रयोग 3: “KMnO₄ और Fe²⁺” चुनो और वे परमाणु खोजो जिन पर रंगीन घेरा नहीं है (H⁺ और ऑक्सीजन)। उनकी संख्या नहीं बदलती, इसलिए वे इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण में हिस्सा नहीं लेते।
• प्रयोग 4: पाँचों अभिक्रियाओं में लेबल पढ़ने से पहले अपचायक का नाम बोलो। गलत निकले तो खोजो कि कौन-सा नियम चूका।
• प्रयोग 5: जिस पल बिंदु पहुँचें, रोक दो, और दोनों अर्ध-अभिक्रियाएँ कॉपी में जोड़कर देखो कि इलेक्ट्रॉन सच में कटते हैं या नहीं।

हल किए गए सवाल

यहाँ की सारी संख्याएँ एनिमेशन वाली गणना से ही निकली हैं।

जो गलतियाँ सब करते हैं

हर साल यहीं अंक कटते हैं।

• ऑक्सीकारक और बदलने वाले परमाणु को गड्डमड्ड करना: ऑक्सीकारक वह है जो खुद अपचित होता है।
• ऑक्सीकरण संख्या में चिह्न बाद में लिखना: +2 लिखो, 2+ नहीं। आवेश उल्टा लिखा जाता है: Cu²⁺।
• ऑक्सीजन को हर जगह −2 मान लेना। H₂O₂ जैसे परऑक्साइड में वह −1 है।
• एक से ज़्यादा परमाणु हों तो एक का ही हिसाब करना: Cr₂O₇²⁻ में दोनों क्रोमियम के लिए साथ में समीकरण बनाओ।
• हर अभिक्रिया को रेडॉक्स समझना। NaOH + HCl → NaCl + H₂O में कोई ऑक्सीकरण संख्या नहीं बदलती।
• अर्ध-अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉन गलत तरफ़ लिखना: ऑक्सीकरण में वे खोए जाते हैं, इसलिए उत्पाद की ओर।

आसपास की रेडॉक्स दुनिया

हम दिन भर इन्हीं अभिक्रियाओं के बीच जीते हैं।

• बैटरी: हर सेल में एक स्वतः रेडॉक्स अभिक्रिया जमा रहती है, इलेक्ट्रॉन तुम्हारे फ़ोन से होकर दूसरे सिरे तक जाते हैं।
• श्वसन: ग्लूकोज़ ऑक्सीकृत होकर CO₂ बनता है, ऑक्सीजन अपचित होकर पानी। कोशिका ऊर्जा को चरण-दर-चरण पकड़ती है।
• ब्लीच और कीटाणुनाशक: क्लोरीन वाले यौगिक ऑक्सीकारक हैं, जो जीवाणुओं और दाग़ की रसायन बिगाड़ देते हैं।
• धातु निष्कर्षण: ब्लास्ट फ़र्नेस में कार्बन से लौह अयस्क अपचित होता है; एल्युमिनियम का अपचयन विद्युत अपघटन से होता है।
• जंग से बचाव: गैल्वनीकरण में इस्पात पर जिंक चढ़ाते हैं। जिंक प्रबल अपचायक है, इसलिए वह पहले ऑक्सीकृत होता है और इस्पात बच जाता है।

परीक्षा का कोना

बिना देखे करो, फिर मिलाओ।

• KMnO₄ में Mn की ऑक्सीकरण संख्या क्या है? (उत्तर: +7) K₂Cr₂O₇ में Cr की? (उत्तर: +6)
• Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ में ऑक्सीकारक, अपचायक और ऑक्सीकृत पदार्थ कौन-सा है? उत्तर: ऑक्सीकारक HCl, अपचायक Mg, ऑक्सीकृत पदार्थ Mg।
• Zn + Cu²⁺ की दोनों अर्ध-अभिक्रियाएँ लिखो और बताओ कि कितने इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होते हैं (2)।
• H₂O₂ ऑक्सीकारक और अपचायक दोनों क्यों बन सकता है? (ऑक्सीजन −1 पर है, जो 0 और −2 के बीच है।)
• एक मोल MnO₄⁻ अम्लीय माध्यम में कितने मोल Fe²⁺ का ऑक्सीकरण करता है? उत्तर: 5 मोल।

दोहराव: एक मिनट में पूरा पेज

परीक्षा से पहले इतना पढ़ लो।

• ऑक्सीकरण = इलेक्ट्रॉन खोना = ऑक्सीकरण संख्या बढ़ती है। अपचयन = इलेक्ट्रॉन पाना = संख्या घटती है।
• ऑक्सीकारक खुद अपचित होता है; अपचायक खुद ऑक्सीकृत।
• तत्व 0; O −2, H +1; सब संख्याओं का योग = आवेश।
• अर्ध-अभिक्रिया में ऑक्सीकरण में इलेक्ट्रॉन उत्पाद की ओर, अपचयन में अभिकारक की ओर।
• संतुलन के चरण: आधे अलग करो, O के लिए H₂O, H के लिए H⁺, इलेक्ट्रॉन जोड़ो, बराबर करो, जोड़ दो।
• जितने इलेक्ट्रॉन खोए जाते हैं, ठीक उतने पाए जाते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न