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रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

1920

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

रेडॉक्स (अपचयन-उपचयन) अभिक्रियाओं में रासायनिक प्रजातियों के बीच इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल होता है। एक प्रजाति का उपचयन होता है (इलेक्ट्रॉन खोती है), जबकि दूसरी का अपचयन होता है (इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती है)। ये दोनों प्रक्रियाएँ हमेशा एक साथ होती हैं। जो प्रजाति इलेक्ट्रॉन खोती है वह अपचायक (reducing agent) होती है, और जो प्राप्त करती है वह उपचायक (oxidizing agent) होती है। यह मूलभूत अवधारणा इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और कई जैविक प्रक्रियाओं का आधार है।

रेडॉक्स अभिक्रियाओं की अवधारणा दहन के प्रारंभिक अध्ययनों से विकसित हुई। प्रारंभ में फ्लॉजिस्टन सिद्धांत द्वारा समझाई गई इस अवधारणा को 18वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में एंटोइन लावॉइसियर ने दहन में ऑक्सीजन की भूमिका को सही ढंग से पहचान कर ऑक्सीकरण की नींव रखी। हालांकि, आधुनिक परिभाषा इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण पर केंद्रित है, एक ऐसी अवधारणा जो 1897 में जे.जे. थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद ही स्पष्ट हुई। परिभाषाओं को याद रखने के लिए आमतौर पर "OIL RIG" (ऑक्सीकरण हानि है, अपचयन लाभ है) या "LEO the lion says GER" (इलेक्ट्रॉन खोना ऑक्सीकरण है, इलेक्ट्रॉन प्राप्त करना अपचयन है) जैसे स्मरणीय सूत्र उपयोग किए जाते हैं।

किसी भी रेडॉक्स अभिक्रिया में, आवेश संरक्षण के नियम के अनुसार, अपचायक द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या ऑक्सीकारक द्वारा ग्रहण किए गए इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या के बराबर होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, जस्ता धातु और कॉपर(II) आयनों की अभिक्रिया में, [latex]Zn(s) + Cu^{2+}(aq) rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)[/latex], जस्ता परमाणु दो इलेक्ट्रॉन खोकर जस्ता आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, जबकि कॉपर(II) आयन दो इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके कॉपर धातु में अपचयित हो जाते हैं। यहाँ, जस्ता अपचायक है और कॉपर(II) ऑक्सीकारक है। यह सरल सिद्धांत अनगिनत प्राकृतिक और औद्योगिक प्रक्रियाओं का आधार है, लोहे में जंग लगने से लेकर बैटरी में बिजली उत्पादन तक।

रासायनिक पुनर्चक्रण, संक्षारण, ऊर्जा, ऑक्सीजन

UNESCO Nomenclature: 2202

विद्युत रसायन विज्ञान

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

दहन का फ्लॉजिस्टन सिद्धांत
एंटोनी लेवॉइसियर का ऑक्सीजन दहन सिद्धांत
जे.जे. थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज
परमाणु सिद्धांत का विकास

आवेदन

बैटरियों
जंग से बचाव
धातु विज्ञान (पिघलाने की प्रक्रिया)
कोशिकीय श्वसन
प्रकाश संश्लेषण
रासायनिक संश्लेषण

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: रेडॉक्स, ऑक्सीकरण, अपचयन, इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण, ऑक्सीकारक, अपचायक, विद्युत रसायन, रासायनिक अभिक्रिया।

ऐतिहासिक संदर्भ

ब्लैक होल

एक ब्लैक होल दिक्काल का एक ऐसा क्षेत्र है जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल होता है कि कुछ भी—कोई कण या यहाँ तक कि प्रकाश भी—भाग नहीं सकता। इस क्षेत्र की सीमा को घटना क्षितिज कहा जाता है। सामान्य सापेक्षता द्वारा क्षेत्र समीकरणों के समाधान के रूप में भविष्यवाणी की गई, एक ब्लैक होल एक विशाल तारे के पूर्ण गुरुत्वाकर्षण ढहने का परिणाम है।

Laboratory scene demonstrating preparation of buffer solutions using the Henderson-Hasselbalch equation.

हेंडरसन-हैसलबल्च समीकरण

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण दुर्बल अम्ल के विलयन के pH को उसके अम्ल वियोजन स्थिरांक (pK_a) तथा प्रोटॉन रहित स्पीशीज़ (संयुग्मी क्षार, A⁻) और प्रोटॉन युक्त स्पीशीज़ (अम्ल, HA) की सांद्रता के अनुपात से संबंधित करता है। समीकरण है: pH = pK_a + log₁₀(A⁻/HA)₀। यह बफर विलयनों को समझने और तैयार करने के लिए मूलभूत है।

Emmy Noether's workspace illustrating translational symmetry in classical mechanics.

नोएथर का प्रमेय और स्थानांतरीय समरूपता

संवेग का संरक्षण अंतरिक्ष की समरूपता का सीधा परिणाम है, जिसका अर्थ है कि भौतिकी के नियम स्थानिक स्थानांतरण के तहत अपरिवर्तनीय हैं। यह गहरा संबंध नोएथर के प्रमेय द्वारा औपचारिक रूप दिया गया है: एक भौतिक प्रणाली की प्रत्येक सतत समरूपता के लिए, एक संबंधित संरक्षित मात्रा मौजूद होती है। स्थानांतरीय समरूपता का तात्पर्य है कि निर्देशांक में बदलाव से प्रणाली का लाग्रांजियन अपरिवर्तित रहता है।

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

Laboratory experiment demonstrating Debye Force between polar and nonpolar molecules.

डेबाई बल (द्विध्रुव-प्रेरित द्विध्रुव अंतःक्रिया)

एक ध्रुवीय अणु (स्थायी द्विध्रुव वाला) और एक अध्रुवीय अणु के बीच एक आकर्षक अंतर-आणविक बल। स्थायी द्विध्रुव से उत्पन्न विद्युत क्षेत्र अध्रुवीय अणु के इलेक्ट्रॉन बादल को विकृत कर देता है, जिससे उसमें एक अस्थायी द्विध्रुव उत्पन्न होता है। फिर दोनों द्विध्रुव एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। अंतःक्रिया स्थितिज ऊर्जा [latex]V propto -frac{alpha mu^2}{r^6}[/latex] है, जहाँ [latex]alpha[/latex] ध्रुवीकरणशीलता है और [latex]mu[/latex] स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण है।

Laboratory experiment demonstrating Keesom force with polar liquids and molecular models.

कीसोम बल

जल या हाइड्रोजन क्लोराइड जैसे स्थायी विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण वाले अणुओं के बीच एक स्थिरवैद्युत अंतःक्रिया होती है। यह बल इन द्विध्रुवों के एक दूसरे के समानांतर संरेखित होने की प्रवृत्ति से उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक शुद्ध आकर्षण होता है। यह अंतःक्रिया तापमान पर निर्भर करती है, क्योंकि ऊष्मीय गति संरेखण को बाधित करती है। अभिविन्यास-औसत स्थितिज ऊर्जा [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex] के रूप में बदलती है।

Laboratory scene with Bingham plastic materials and viscosity testing equipment.

बिंगहम प्लास्टिक

बिंगहैम प्लास्टिक एक चिपचिपा पदार्थ है जो कम तनाव पर एक कठोर पिंड की तरह व्यवहार करता है, लेकिन उच्च तनाव पर एक चिपचिपे तरल की तरह बहता है। इसकी विशेषता एक यील्ड स्ट्रेस (τ₀) है, जो प्रवाह शुरू करने के लिए आवश्यक न्यूनतम अपरूपण तनाव है। इस सीमा से नीचे, यह विकृत नहीं होता है। इसके सामान्य उदाहरणों में टूथपेस्ट, मेयोनेज़ और मिट्टी का घोल शामिल हैं।

1916

1917

1918

1920

1921

1922

1915-11

1916

1918

1919-05-29

1920

1921

1924

आइंस्टीन क्षेत्र समीकरण

आइंस्टीन क्षेत्र समीकरण (ईएफई) दस युग्मित, गैर-रैखिक आंशिक अवकल समीकरणों का एक समूह है जो सामान्य सापेक्षता का मूल आधार है। ये समीकरण पदार्थ और ऊर्जा द्वारा वक्रित अंतरिक्ष-समय के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण की मूलभूत अंतःक्रिया का वर्णन करते हैं। समीकरण को संक्षेप में [latex]G_{munu} + Lambda g_{munu} = frac{8pi G}{c^4} T_{munu}[/latex] के रूप में लिखा जा सकता है, जो अंतरिक्ष-समय की ज्यामिति को उसकी ऊर्जा-संवेग संरचना से संबंधित करता है।

रासायनिक बंधन

रासायनिक बंधन परमाणुओं, आयनों या अणुओं के बीच एक स्थायी आकर्षण है जो रासायनिक यौगिकों के निर्माण को सक्षम बनाता है। बंधन विपरीत आवेश वाले आयनों (आयनिक बंधन) के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षण बल या इलेक्ट्रॉनों के साझाकरण (सहसंयोजक बंधन) के माध्यम से उत्पन्न होते हैं। बंधनों की शक्ति और प्रकार किसी पदार्थ की संरचना और गुणों को निर्धारित करते हैं।

Laboratory gyroscope experiment demonstrating frame-dragging in relativity.

फ्रेम-ड्रैगिंग (लेंस-थिरिंग प्रभाव)

सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि एक विशाल, घूमती हुई वस्तु अपने चारों ओर दिक्काल के ताने-बाने को 'खींच' लेगी, एक घटना जिसे फ्रेम-ड्रैगिंग या लेंस-थिरिंग प्रभाव के रूप में जाना जाता है। इसका मतलब है कि घूमते हुए पिंड की परिक्रमा करने वाला जाइरोस्कोप किसी भी लगाए गए टॉर्क के कारण नहीं, बल्कि इसलिए घूमेगा क्योंकि दिक्काल स्वयं पिंड के घूमने से मुड़ रहा है।

Albert Einstein discussing gravitational lensing in a historical laboratory setting.

गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग

सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि प्रकाश का पथ गुरुत्वाकर्षण द्वारा मुड़ जाता है। जब किसी दूरस्थ स्रोत से प्रकाश किसी विशाल वस्तु जैसे आकाशगंगा या तारे से गुजरता है, तो उसका पथ विक्षेपित हो जाता है। यह घटना, जिसे गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के रूप में जाना जाता है, पृष्ठभूमि स्रोत को बड़ा कर सकती है, विकृत कर सकती है, या उसकी कई छवियां बना सकती है, जो दूर के ब्रह्मांड का अवलोकन करने के लिए एक ब्रह्मांडीय दूरबीन के रूप में कार्य करती है।

Chemist balancing redox reactions using the half-reaction method in analytical chemistry.

अर्ध-अभिक्रिया विधि

जटिल रेडॉक्स अभिक्रियाओं को अर्ध-अभिक्रिया विधि का उपयोग करके संतुलित किया जा सकता है। समग्र अभिक्रिया को दो अलग-अलग अर्ध-अभिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है: एक उपचयन के लिए और एक अपचयन के लिए। प्रत्येक अर्ध-अभिक्रिया को परमाणुओं और आवेश के लिए स्वतंत्र रूप से संतुलित किया जाता है, अक्सर जलीय विलयनों में H+, OH-, और H2O जोड़कर। अंत में, इलेक्ट्रॉन गणना को बराबर किया जाता है और अर्ध-अभिक्रियाओं को संयोजित किया जाता है।

Chemist studying autocatalysis in a laboratory setting with glassware and chemical reactions.

स्व-उत्प्रेरण

स्व-उत्प्रेरण एक रासायनिक अभिक्रिया है जहाँ अभिक्रिया उत्पादों में से एक उसी या युग्मित अभिक्रिया के लिए उत्प्रेरक भी होता है। यह एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप बनाता है, जिससे अभिक्रिया दर में तेजी आती है। अभिक्रिया की दर शुरू में धीमी होती है लेकिन उत्पाद (उत्प्रेरक) की सांद्रता बढ़ने के साथ बढ़ती जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अक्सर सिग्मॉइडल (S-आकार) गतिज वक्र प्राप्त होते हैं।

Laboratory scene with scientist analyzing spectrometer for quantum mechanics research.

लेंडे जी-फैक्टर

लैंडे जी-फैक्टर ([latex]g_J[/latex]) एक आयामहीन आनुपातिकता स्थिरांक है जो परमाणु के कुल चुंबकीय क्षण और उसके कुल कोणीय संवेग के बीच दुर्बल क्षेत्र सीमा में संबंध स्थापित करता है। यह विसंगत ज़ीमैन प्रभाव की मात्रात्मक व्याख्या के लिए महत्वपूर्ण है। इसका मान निम्न सूत्र द्वारा दिया जाता है: [latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) - L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex], जहाँ L, S और J क्वांटम संख्याएँ हैं।

Laboratory experiment demonstrating wave-particle duality in quantum physics.

तरंग-कण द्वैत

सभी क्वांटम इकाइयाँ, जैसे फोटॉन और इलेक्ट्रॉन, कण और तरंग दोनों गुण प्रदर्शित करती हैं। प्रायोगिक सेटअप के आधार पर, वे एक स्थानीयकृत कण या एक वितरित तरंग की तरह व्यवहार कर सकती हैं। डी ब्रोगली परिकल्पना कहती है कि संवेग [latex]p[/latex] वाले किसी भी कण की संबद्ध तरंगदैर्घ्य [latex]lambda = h/p[/latex] होती है, जहाँ [latex]h[/latex] प्लैंक स्थिरांक है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)