वायु और वायुमंडल (Air and Atmosphere)

• प्रक्रिया: मैंगनीज डाइऑक्साइड पाउडर ($MnO_2$) को एक थीस्ल फ़नल और डिलीवरी ट्यूब से सुसज्जित फ्लैट-बॉटम फ्लास्क के अंदर रखें। थीस्ल फ़नल के माध्यम से हाइड्रोजन पेरोक्साइड ($H_2O_2$) का $10\%$ घोल डालें। बिना किसी ताप के कमरे के तापमान पर तीव्र बुदबुदाहट होती है।
• रासायनिक समीकरण:

$$2H_2O_2(aq) \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O(l) + O_2(g) \uparrow$$

• $MnO_2$ की भूमिका: मैंगनीज डाइऑक्साइड एक सकारात्मक रासायनिक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। यह किसी भी स्थायी रासायनिक या बड़े पैमाने पर परिवर्तन के बिना हाइड्रोजन पेरोक्साइड अपघटन की दर को नाटकीय रूप से तेज कर देता है।

• (ए) थोड़े समय के लिए (दूधिया हो जाता है):
कार्बन डाइऑक्साइड कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड (चूने के पानी) के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट ($CaCO_3$) का अघुलनशील सफेद अवक्षेप बनाता है, जो घोल को दूधिया/गंदला कर देता है:

$$Ca(OH)_2(aq) + CO_2(g) \to \mathbf{CaCO_3(s) \downarrow \text{ [White Insoluble]} + H_2O(l)}$$

• (बी) जब अतिरिक्त $CO_2$ को बुलबुला किया जाता है (दूधियापन) गायब हो जाता है):
लगातार बुदबुदाहट अघुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट को घुलनशील कैल्शियम हाइड्रोजन कार्बोनेट / बाइकार्बोनेट ($Ca(HCO_3)_2$) में बदल देती है, जिससे सफेद दूधियापन पूरी तरह से घुल जाता है और घोल फिर से क्रिस्टल-सा साफ हो जाता है:

$$CaCO_3(s) + H_2O(l) + CO_2(g) \to \mathbf{Ca(HCO_3)_2(aq) \text{ [Soluble Clear]}}$$

.

• जब तनु सल्फ्यूरिक एसिड को संगमरमर के चिप्स ($CaCO_3$) में मिलाया जाता है, तो यह शुरू में प्रतिक्रिया करके कैल्शियम सल्फेट उत्पन्न करता है ($CaSO_4$):

$$CaCO_3 + H_2SO_4 \to CaSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$$

• कैल्शियम सल्फेट पानी में थोड़ा घुलनशील है और एक अभेद्य परत के रूप में तेजी से अवक्षेपित होता है जो अप्रयुक्त संगमरमर के चिप्स की सतह को कसकर कवर करता है।
• यह सुरक्षात्मक बाधा किसी भी अन्य एसिड को संगमरमर के संपर्क में आने से रोकती है, जिससे प्रतिक्रिया कुछ सेकंड के बाद पूरी तरह से बंद हो जाती है।

• परिभाषा: "मार्बल कैंसर" एसिड रेन के कारण ऐतिहासिक संगमरमर स्मारकों का प्रगतिशील क्षरण, गड्ढा और पीलापन है।
• ताजमहल में तंत्र:
आस-पास की तेल रिफाइनरियों और रबर कारखानों से औद्योगिक उत्सर्जन सल्फर डाइऑक्साइड ($SO_2$) का उत्सर्जन करता है वायुमंडल, जो ऑक्सीकरण करता है और बारिश में घुलकर पतला सल्फ्यूरिक एसिड ($H_2SO_4$) बनाता है।
• जब अम्ल वर्षा स्मारक के शुद्ध सफेद कैल्शियम कार्बोनेट संगमरमर ($CaCO_3$) पर गिरती है, तो यह पत्थर को नष्ट कर देती है:

$$CaCO_3(s) + H_2SO_4(aq) \to \mathbf{CaSO_4(s) + H_2O(l) + CO_2(g) \uparrow}$$

कैल्शियम कार्बोनेट नरम, पीले, टेढ़े-मेढ़े जिप्सम ($CaSO_4$) में परिवर्तित हो जाता है, जिससे स्मारक का हिस्सा उखड़ जाता है। सतह.

• (ए) ऑक्सीजन ($O_2$): पानी के नीचे की ओर विस्थापन द्वारा एकत्रित क्योंकि ऑक्सीजन **पानी में लगभग अघुलनशील (बहुत थोड़ा घुलनशील) है और इसका घनत्व लगभग हवा के समान है।
• (बी) कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$): वायु के ऊपर की ओर विस्थापन द्वारा एकत्रित क्योंकि कार्बन डाइऑक्साइड पानी में काफी घुलनशील है (इसलिए) इसे पानी के ऊपर एकत्रित नहीं किया जा सकता) और $1.5\text{ times}$ हवा से भारी (घना) है, जो हल्की हवा को ऊपर की ओर विस्थापित करता है।

• पारिस्थितिकी भूमिका: समताप मंडल में ओजोन परत ($O_3$) सूर्य के खतरनाक पराबैंगनी (यूवी-बी और यूवी-सी) विकिरण के $98\%$ से अधिक को अवशोषित करके एक ग्रह सुरक्षा कवच के रूप में कार्य करती है। इसके बिना, तीव्र यूवी किरणें त्वचा कैंसर, मोतियाबिंद, रेटिना क्षति का कारण बनेंगी और समुद्री फाइटोप्लांकटन को नष्ट कर देंगी।
• कमी का कारण: क्लोरीन और ब्रोमीन युक्त सिंथेटिक मानव निर्मित रसायनों की रिहाई, विशेष रूप से क्लोरोफ्लोरोकार्बन (सीएफसी) पुराने एरोसोल स्प्रे, रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनिंग कूलेंट से।

• सभी जीवित जीव (पौधे, जानवर, सूक्ष्मजीव) श्वसन के दौरान लगातार ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं, जबकि जीवाश्म ईंधन के दहन के दौरान भी ऑक्सीजन की खपत होती है और $CO_2$.
• हरे पौधे वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण के लिए दिन के उजाले घंटे, सूरज की रोशनी और क्लोरोफिल का उपयोग करके इसे ग्लूकोज में परिवर्तित करते हुए शुद्ध ऑक्सीजन गैस ($O_2$) की विशाल मात्रा को वापस हवा में छोड़ते हैं:

$$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{\text{Light}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \uparrow$$

• यह जैविक पारस्परिकता $\approx 21\% \, O_2$ और $\approx 0.04\% \, CO_2$ के वैश्विक संतुलन को बनाए रखती है।

• ग्रीनहाउस प्रभाव: प्राकृतिक घटना जहां कुछ वायुमंडलीय गैसें पृथ्वी की सतह से उत्सर्जित अवरक्त थर्मल विकिरण को रोकती हैं, जिससे ग्रह जीवन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त ($~15^\circ\text{C}$ औसत) गर्म रहता है।
• दो ग्रीनहाउस गैसें: कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) और मीथेन ($CH_4$) (जल वाष्प और नाइट्रस ऑक्साइड भी)।
• ग्लोबल वार्मिंग: जीवाश्म ईंधन के अत्यधिक जलने और वनों की कटाई ने ग्रीनहाउस गैसों की वायुमंडलीय सांद्रता में नाटकीय रूप से वृद्धि की है, जिससे अत्यधिक गर्मी फंस गई है और पृथ्वी के औसत वैश्विक तापमान में असामान्य वृद्धि हुई है।