अम्ल, क्षारक और लवण (Acids, Bases and Salts)

(क) सूचकों के प्रकार एवं रंग परिवर्तन

सूचक (Indicators) वे रासायनिक पदार्थ होते हैं जो अम्लीय या क्षारीय माध्यम में अपना रंग अथवा गंध बदलकर विलयन की प्रकृति दर्शाते हैं:

(ख) अम्ल एवं क्षारक के रासायनिक गुणधर्म

1. धातुओं के साथ अभिक्रिया (हाइड्रोजन गैस का उत्सर्जन):
   अम्ल धातुओं से क्रिया करके संगत लवण और हाइड्रोजन गैस बनाते हैं: $$\text{अम्ल} + \text{धातु} \to \text{लवण} + H_2(g)↑$$ $$Zn(s) + 2HCl(aq) \to ZnCl_2(aq) + H_2(g)↑$$ $$Zn(s) + H_2SO_4(aq) \to ZnSO_4(aq) + H_2(g)↑$$ हाइड्रोजन गैस की पहचान: परखनली के मुँह के पास जलती हुई मोमबत्ती ले जाने पर गैस 'पॉप' (Pop) ध्वनि के साथ जलती है।
   क्षारक के साथ: कुछ धातुएँ (उदा. Zn, Al) प्रबल क्षारों से भी क्रिया करके $H_2$ गैस मुक्त करती हैं: $$2NaOH(aq) + Zn(s) \to Na_2ZnO_2(aq) \text{ (सोडियम जिंकेट)} + H_2(g)↑$$
2. धातु कार्बोनेट तथा धातु हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ अभिक्रिया:
   अम्ल धातु कार्बोनेटों से क्रिया करके लवण, जल तथा कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) गैस उत्पन्न करते हैं: $$Na_2CO_3(s) + 2HCl(aq) \to 2NaCl(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)↑$$ $$NaHCO_3(s) + HCl(aq) \to NaCl(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)↑$$ $CO_2$ गैस की जांच: जब इस गैस को चूने के पानी में प्रवाहित किया जाता है, तो अविलेय कैल्शियम कार्बोनेट बनने के कारण चूने का पानी दूधिया (Milky) हो जाता है: $$Ca(OH)_2(aq) + CO_2(g) \to CaCO_3(s)↓ \text{ (दूधिया अवक्षेप)} + H_2O(l)$$ अत्यधिक मात्रा में $CO_2$ प्रवाहित करने पर दूधियापन समाप्त हो जाता है क्योंकि विलेय कैल्शियम हाइड्रोजनकार्बोनेट बन जाता है: $$CaCO_3(s) + H_2O(l) + CO_2(g) \to Ca(HCO_3)_2(aq) \text{ (विलेय)}$$
3. उदासीनीकरण अभिक्रिया (Neutralisation Reaction):
   अम्ल एवं क्षारक की परस्पर अभिक्रिया से लवण तथा जल का निर्माण: $$\text{अम्ल} + \text{क्षारक} \to \text{लवण} + \text{जल} + \text{ऊष्मा}$$ $$HCl(aq) + NaOH(aq) \to NaCl(aq) + H_2O(l)$$
4. धात्विक ऑक्साइड की प्रकृति (क्षारीय): धातु ऑक्साइड अम्लों से क्रिया करके लवण व जल बनाते हैं, अतः ये क्षारीय प्रकृति के होते हैं ($CuO + 2HCl \to CuCl_2 + H_2O$)।
5. अधात्विक ऑक्साइड की प्रकृति (अम्लीय): अधातु ऑक्साइड क्षारकों से क्रिया करके लवण व जल बनाते हैं, अतः ये अम्लीय प्रकृति के होते हैं ($CO_2 + Ca(OH)_2 \to CaCO_3 + H_2O$)।

(क) pH स्केल की संकल्पना

pH में 'p' जर्मन शब्द 'पोटेन्ज़' (Potenz) से बना है, जिसका अर्थ 'शक्ति' (Power) है, तथा 'H' हाइड्रोजन आयन का प्रतीक है। अतः pH किसी विलयन में हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता का माप है:

• pH = 7: उदासीन विलयन (Neutral - शुद्ध आसुत जल)।
• pH < 7: अम्लीय विलयन (Acidic - जितना कम pH, उतना प्रबल अम्ल)।
• pH > 7: क्षारीय विलयन (Basic - जितना अधिक pH, उतना प्रबल क्षारक)।

(ख) दैनिक जीवन में pH का महत्व (बोर्ड परीक्षा में 5 अंक का प्रश्न)

1. पौधे एवं पशु pH के प्रति संवेदनशील होते हैं: हमारा शरीर 7.0 से 7.8 pH परास के बीच सुचारू रूप से कार्य करता है। जब वर्षा के जल का pH मान 5.6 से कम हो जाता है, तो उसे 'अम्लीय वर्षा' (Acid Rain) कहते हैं। अम्लीय वर्षा का जल नदियों में बहने पर जलीय जीवों (मछलियों आदि) का जीवन संकट में पड़ जाता है।
2. मिट्टी का pH और फसल उत्पादन: अच्छी फसल की पैदावार के लिए मिट्टी का pH अनुकूल (लगभग 6.5 से 7.5) होना चाहिए। यदि मिट्टी अत्यधिक अम्लीय हो जाए, तो किसान उसमें बिना बुझा चूना ($CaO$), बुझा चूना [$Ca(OH)_2$] या चॉक ($CaCO_3$) मिलाते हैं। अत्यधिक क्षारीय मिट्टी में जिप्सम मिलाया जाता है।
3. हमारे पाचन तंत्र का pH: हमारा आमाशय हाइड्रोक्लोरिक अम्ल ($HCl$) उत्पन्न करता है जो बिना आमाशय को हानि पहुँचाए भोजन के पाचन में सहायक होता है। अपच (Indigestion) की स्थिति में अत्यधिक अम्ल बनने से पेट में दर्द व जलन होती है। इससे राहत पाने के लिए एंटासिड (Antacid) जैसे दुर्बल क्षारकों—मिल्क ऑफ मैग्नीशिया [$Mg(OH)_2$] अथवा बेकिंग सोडा ($NaHCO_3$) का उपयोग किया जाता है।
4. दंत क्षय (Tooth Decay) का कारण एवं निवारण: हमारे मुँह के pH का मान 5.5 से कम होने पर दाँतों का क्षय प्रारंभ हो जाता है। दाँतों का इनेमल (Enamel) हमारे शरीर का सबसे कठोर पदार्थ है, जो कैल्शियम हाइड्रॉक्सीएपेटाइट (कैल्शियम फॉस्फेट का क्रिस्टलीय रूप) से बना होता है। मुँह में उपस्थित जीवाणु भोजन के बाद बचे शर्करा का अपघटन करके अम्ल बनाते हैं। अतः भोजन के बाद क्षारीय टूथपेस्ट से दाँत साफ करने से अतिरिक्त अम्ल उदासीन हो जाता है और दंत क्षय रुक जाता है।
5. पशुओं एवं पौधों द्वारा उत्पन्न आत्मरक्षा रसायन: मधुमक्खी या चींटी के डंक में मेथेनॉइक अम्ल (फॉर्मिक अम्ल - HCOOH) होता है, जिसके कारण तीव्र जलन और दर्द होता है। डंक मारे गए स्थान पर बेकिंग सोडा जैसे दुर्बल क्षारक लगाने से राहत मिलती है। जंगलों में बिच्छू बूटी (Nettle) के रोएं चुभने पर मेथेनॉइक अम्ल त्वचा में चला जाता है; उसके पास ही उगने वाले 'डॉक' (Dock) पौधे के पत्ते को रगड़ने से दर्द शांत हो जाता है क्योंकि उसका रस क्षारीय होता है।

1. सोडियम हाइड्रॉक्साइड: क्लोर-क्षार प्रक्रिया (Chlor-Alkali Process)

जब सोडियम क्लोराइड ($NaCl$) के जलीय विलयन (जिसे ब्राइन / Brine कहते हैं) में विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो यह वियोजित होकर सोडियम हाइड्रॉक्साइड उत्पन्न करता है। इस प्रक्रिया को क्लोर-क्षार प्रक्रिया कहते हैं क्योंकि इसमें क्लोरीन ('क्लोर') और सोडियम हाइड्रॉक्साइड ('क्षार') उत्पाद बनते हैं:

• एनोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) पर: क्लोरीन गैस ($Cl_2$) मुक्त होती है (जल शुद्धिकरण, स्विमिंग पूल, पीवीसी, सीएफसी, कीटनाशकों में प्रयुक्त)।
• कैथोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) पर: हाइड्रोजन गैस ($H_2$) मुक्त होती है (ईंधन, अमोनिया खाद के निर्माण में प्रयुक्त)।
• कैथोड के पास विलयन में: सोडium हाइड्रॉक्साइड ($NaOH$) विलयन बनता है (साबुन, अपमार्जक, कागज निर्माण और धातुओं से ग्रीस हटाने में प्रयुक्त)।

2. विरंजक चूर्ण (Bleaching Powder - $CaOCl_2$)

शुष्क बुझे हुए चूने [$Ca(OH)_2$] पर क्लोरीन गैस की क्रिया से विरंजक चूर्ण का निर्माण होता है:

प्रमुख उपयोग: (1) वस्त्र उद्योग में सूती एवं लिनेन के विरंजन (रंग उड़ाने) हेतु, (2) कागज की फैक्ट्री में लकड़ी के मज्जा के विरंजन में, (3) रासायनिक उद्योगों में एक शक्तिशाली उपचायक (Oxidising Agent) के रूप में, (4) पीने के जल को रोगाणुमुक्त (Disinfectant) करने हेतु।

3. बेकिंग सोडा (मीठा सोडा - $NaHCO_3$)

इसका रासायनिक नाम सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट है। इसे साल्वे विधि द्वारा बनाया जाता है:

गर्म करने पर अभिक्रिया: भोजन पकाते समय गर्म करने पर यह $CO_2$ गैस मुक्त करता है:

प्रमुख उपयोग:
• बेकिंग पाउडर बनाने में: बेकिंग सोडा और टार्टरिक अम्ल के मिश्रण को बेकिंग पाउडर कहते हैं। जब इसे जल में मिलाकर गर्म किया जाता है, तो निकली $CO_2$ गैस ब्रेड या केक को फुलाकर मुलायम व स्पंजी बना देती है।
• एंटासिड के रूप में: पेट की अतिरिक्त अम्लीयता को उदासीन करने हेतु।
• सोडा-अम्ल अग्निशामक (Fire Extinguisher) में: आग बुझाने में।

4. धोने का सोडा (Washing Soda - $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$)

सोडियम कार्बोनेट के पुनः क्रिस्टलीकरण से धोने का सोडा प्राप्त होता है। इसमें क्रिस्टलन जल के 10 अणु होते हैं:

प्रमुख उपयोग: (1) कांच, साबुन एवं कागज उद्योग में, (2) घरों में साफ-सफाई के लिए, (3) जल की स्थायी कठोरता (Permanent Hardness) को दूर करने में।

5. प्लास्टर ऑफ पेरिस (POP - $CaSO_4 \cdot \frac{1}{2}H_2O$) एवं जिप्सम

जब जिप्सम ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) को 373 K (100°C) तापमान पर सावधानीपूर्वक गर्म किया जाता है, तो यह अपने जल के डेढ़ अणु का त्याग कर कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट (POP) बन जाता है:

जल मिलाने पर पुनः कठोर होना: प्लास्टर ऑफ पेरिस एक सफेद चूर्ण है, जो जल मिलाने पर पुनः जिप्सम बनकर एक अत्यंत कठोर ठोस द्रव्यमान में बदल जाता है:

प्रमुख उपयोग: (1) टूटी हुई हड्डियों को सही स्थान पर स्थिर रखने के लिए डॉक्टरों द्वारा प्लास्टर चढ़ाने में, (2) खिलौने, मूर्तियाँ और सजावटी सामान बनाने में, (3) दीवारों की सतह को चिकना बनाने तथा सीलिंग पर सुंदर डिजाइन बनाने में।