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Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Dissociation Reactions वियोजन अभिक्रियाएँ (Dissociation Reactions)

Dissociation is the reversible process where a chemical compound breaks down into simpler constituents such as atoms, ions, or radicals. It is governed by the law of mass action and is typically characterized by an equilibrium constant Kc or Kp. वियोजन (Dissociation) एक उत्क्रमणीय (reversible) प्रक्रिया है जिसमें एक रासायनिक यौगिक सरल घटकों जैसे परमाणुओं, आयनों या मूलकों (radicals) में टूट जाता है। यह द्रव्य अनुपाती क्रिया के नियम (Law of Mass Action) द्वारा नियंत्रित होती है और इसे आमतौर पर साम्य स्थिरांक (equilibrium constant) Kc या Kp द्वारा दर्शाया जाता है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Thermodynamics of Dissociation वियोजन का ऊष्मागतिकी (Thermodynamics of Dissociation)

  • Dissociation reactions are generally endothermic (ΔH > 0) as energy is required to break chemical bonds.
  • According to Le Chatelier's Principle, increasing temperature shifts the equilibrium toward the products for endothermic dissociation.
  • The Gibbs Free Energy change ΔG° = -RT ln K relates the spontaneity of the dissociation process to the equilibrium constant.
  • वियोजन अभिक्रियाएँ सामान्यतः ऊष्माशोषी (endothermic, ΔH > 0) होती हैं क्योंकि रासायनिक बंधों को तोड़ने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
  • ला-शातेलिए के सिद्धांत (Le Chatelier's Principle) के अनुसार, तापमान बढ़ाने पर ऊष्माशोषी वियोजन के लिए साम्य उत्पादों की ओर स्थानांतरित हो जाता है।
  • गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन ΔG° = -RT ln K वियोजन प्रक्रिया की स्वतःप्रवर्तकता (spontaneity) को साम्य स्थिरांक से जोड़ता है।

Equilibrium Constants and Stoichiometry साम्य स्थिरांक और रससमीकरणमिति (Equilibrium Constants and Stoichiometry)

  • The value of Kc depends solely on temperature and is independent of initial concentrations or pressure.
  • For a reaction A → nB, the equilibrium concentration of B is given by cα and A by c(1-α).
  • The reaction quotient (Q) determines the direction of the reaction by comparing it to the equilibrium constant K.
  • Kc का मान केवल तापमान पर निर्भर करता है और यह प्रारंभिक सांद्रता या दबाव से स्वतंत्र होता है।
  • अभिक्रिया A → nB के लिए, B की साम्य सांद्रता cα और A की c(1-α) द्वारा दी जाती है।
  • अभिक्रिया भागफल (Reaction Quotient, Q) साम्य स्थिरांक K के साथ तुलना करके अभिक्रिया की दिशा निर्धारित करता है।

Electrolytic Dissociation विद्युत अपघटनी वियोजन (Electrolytic Dissociation)

  • Ostwald's Dilution Law states that Ka = (cα2) / (1 - α) for weak electrolytes.
  • Dissociation of strong electrolytes is considered complete in aqueous solution, represented by a single arrow.
  • The common ion effect suppresses the dissociation of a weak electrolyte by increasing the concentration of a product ion.
  • ओस्टवाल्ड का तनुता नियम (Ostwald's Dilution Law) दुर्बल विद्युत अपघट्यों (weak electrolytes) के लिए Ka = (cα2) / (1 - α) बताता है।
  • जलीय विलयन में प्रबल विद्युत अपघट्यों (strong electrolytes) का वियोजन पूर्ण माना जाता है, जिसे एक एकल तीर (single arrow) द्वारा दर्शाया जाता है।
  • सम-आयन प्रभाव (common ion effect) उत्पाद आयन की सांद्रता बढ़ाकर दुर्बल विद्युत अपघट्य के वियोजन को दबा देता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Dissociation Equilibrium Constant (Kc) वियोजन साम्य स्थिरांक (Dissociation Equilibrium Constant, Kc)
Kc = [Products]n / [Reactants]m
Conditions: Constant temperature, closed system
शर्तें: स्थिर तापमान, बंद निकाय
इकाइयाँ: इकाई (mol/L)Δn होती है
Van't Hoff Factor (i) वांट हॉफ गुणांक (Van't Hoff Factor, i)
i = 1 + (n - 1)α
Conditions: For solutes undergoing dissociation
शर्तें: वियोजित होने वाले विलेय के लिए
इकाइयाँ: विमाहीन
Relationship between Kp and Kc Kp और Kc के बीच संबंध (Relationship between Kp and Kc)
Kp = Kc(RT)Δn
Conditions: Ideal gas behavior
शर्तें: आदर्श गैस व्यवहार
इकाइयाँ: विमाहीन (यदि Δn=0)
Degree of Dissociation वियोजन की मात्रा (Degree of Dissociation, α)
α = (Number of moles dissociated) / (Total initial moles)
Conditions: Applicable to weak electrolytes and gaseous equilibria
शर्तें: दुर्बल विद्युत अपघट्यों और गैसीय साम्य के लिए लागू
इकाइयाँ: विमाहीन (अनुपात)
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Increased pressure shifts equilibrium to fewer molesबढ़ा हुआ दबाव साम्य को कम मोल की ओर स्थानांतरित करता है

Observation: Dissociation of N2O4 → 2NO2 — Pressure increase shifts equilibrium toward the side with fewer moles of gas. प्रेक्षण: N2O4 → 2NO2 का वियोजन — दबाव बढ़ाने पर साम्य गैस के कम मोल वाली दिशा में स्थानांतरित हो जाता है।

Exceptionअपवाद Strong acids dissociate completelyप्रबल अम्ल पूर्णतः वियोजित होते हैं

Observation: HF (Hydrofluoric acid) — Strong hydrogen bonding and high bond dissociation energy make it a weak acid. प्रेक्षण: HF (हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल) — प्रबल हाइड्रोजन बंध और उच्च बंध वियोजन ऊर्जा इसे एक दुर्बल अम्ल बनाती है।

Exceptionअपवाद Dissociation is endothermicवियोजन ऊष्माशोषी होता है

Observation: Exothermic dissociation of some complex ions — Lattice energy or hydration energy factors can override bond breaking energy. प्रेक्षण: कुछ जटिल आयनों का ऊष्माक्षेपी वियोजन — जालक ऊर्जा (lattice energy) या जलयोजन ऊर्जा (hydration energy) कारक बंध तोड़ने की ऊर्जा पर हावी हो सकते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
The α Approximationα सन्निकटन (α Approximation)
α = √(Ka/c)

Application: Use when α < 0.05 to simplify quadratic equations in weak acid/base dissociation. अनुप्रयोग: दुर्बल अम्ल/क्षार वियोजन में द्विघात समीकरणों को सरल बनाने के लिए उपयोग करें जब α < 0.05 हो।

Delta n calculationDelta n की गणना
Δn = Σnproducts - Σnreactants

Application: Only count gaseous species when calculating Δn for Kp expressions. अनुप्रयोग: Kp व्यंजक के लिए Δn की गणना करते समय केवल गैसीय प्रजातियों को गिनें।

ICE Table MethodICE तालिका विधि (ICE Table Method)
Initial, Change, Equilibrium

Application: Systematically track moles for complex dissociation reactions to avoid stoichiometric errors. अनुप्रयोग: रससमीकरणमितीय त्रुटियों से बचने के लिए जटिल वियोजन अभिक्रियाओं में मोल को व्यवस्थित रूप से ट्रैक करें।

⚖️ Strong vs Weak Electrolyte Dissociation ⚖️ प्रबल बनाम दुर्बल विद्युत अपघट्य वियोजन
ParameterपैरामीटरStrong Electrolyteप्रबल विद्युत अपघट्यWeak Electrolyteदुर्बल विद्युत अपघट्य
Dissociation Extentवियोजन सीमाComplete (100%)पूर्ण (100%)Partial (< 5%)आंशिक (< 5%)
Equilibriumसाम्यDoes not existनहीं होताExists (Ka/Kb)होता है (Ka/Kb)
ConductivityचालकताHighउच्चLowनिम्न
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Dissociation of PCl5 is favored by low pressure.
  • The unit of Kc is (mol/L)Δn.
  • Van't Hoff factor i > 1 for dissociation.
  • Temperature is the only factor that changes the value of K.
  • Ostwald's law applies to weak electrolytes only.
  • Dissociation of HI is exothermic in reverse, endothermic forward.
  • PCl5 का वियोजन कम दबाव द्वारा अनुकूलित होता है।
  • Kc की इकाई (mol/L)Δn होती है।
  • वियोजन के लिए वांट हॉफ गुणांक i > 1 होता है।
  • तापमान ही एकमात्र कारक है जो K के मान को बदलता है।
  • ओस्टवाल्ड का नियम केवल दुर्बल विद्युत अपघट्यों पर लागू होता है।
  • HI का वियोजन विपरीत दिशा में ऊष्माक्षेपी और अग्र दिशा में ऊष्माशोषी होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Including solids or liquids in the Kc expression; only gases and aqueous species are included.
  • Confusing α (degree of dissociation) with % dissociation (100α).
  • Forgetting to square or cube stoichiometric coefficients in the Kc expression.
  • Assuming Δn = 0 for all reactions.
  • Kc व्यंजक में ठोस या तरल पदार्थों को शामिल करना; केवल गैस और जलीय प्रजातियों को शामिल किया जाता है।
  • α (वियोजन की मात्रा) को % वियोजन (100α) के साथ भ्रमित करना।
  • Kc व्यंजक में रससमीकरणमितीय गुणांकों का वर्ग या घन करना भूल जाना।
  • सभी अभिक्रियाओं के लिए Δn = 0 मान लेना।