रासायनिक बंधन और अभिक्रियाएं: प्रकार, नियम और तथ्य

परमाणु प्रायः अकेले नहीं रहते। उत्कृष्ट गैसों को छोड़कर हर परमाणु का बाह्यतम कोश अपूर्ण होता है और वह इलेक्ट्रॉन देकर, लेकर या साझा करके तब तक स्थायित्व पाता है जब तक निकटतम उत्कृष्ट गैस जैसी इलेक्ट्रॉनिक व्यवस्था न बना ले। इसके बाद परमाणुओं को जोड़े रखने वाला बल रासायनिक बंधन कहलाता है और उन्हीं बंधनों का पुनर्विन्यास रासायनिक अभिक्रिया है। एसएससी, रेलवे, रक्षा और राज्य परीक्षाओं में इस अध्याय से लगातार एक अंक वाले प्रश्न आते हैं, क्योंकि इसके नियम थोड़े हैं और उदाहरण निश्चित।

परमाणु बंधन क्यों बनाते हैं

कोसेल-लुईस दृष्टिकोण बंधन को केवल संयोजी इलेक्ट्रॉनों से समझाता है। परमाणु तब स्थायी होता है जब उसके बाह्यतम कोश में आठ इलेक्ट्रॉन हों, जिसे अष्टक नियम कहते हैं, अथवा हाइड्रोजन, हीलियम और लिथियम की स्थिति में दो, जिसे द्विक नियम कहते हैं। धातुओं में एक से तीन संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए उन्हें छोड़ना आसान लगता है; अधातुओं में पाँच से सात होते हैं, इसलिए उन्हें लेना या साझा करना आसान लगता है। बंधन आयनिक होगा या सहसंयोजक, यह मुख्यतः दोनों परमाणुओं की विद्युत ऋणात्मकता के अंतर पर निर्भर करता है।

आयनिक और सहसंयोजक बंधन की तुलना

दो और प्रकार के बंधन पूछे जाते हैं। उपसहसंयोजक या दाता बंधन ऐसा सहसंयोजक बंधन है जिसमें साझा किए गए दोनों इलेक्ट्रॉन एक ही परमाणु से आते हैं, जैसे अमोनियम आयन और हाइड्रोनियम आयन में। धात्विक बंधन धनावेशित धातु आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों के समुद्र के बीच का आकर्षण है, इसीलिए धातुएँ ऊष्मा और विद्युत की चालक होती हैं तथा पीटकर चादर बनाई जा सकती हैं। इन सबसे दुर्बल हाइड्रोजन बंधन है, जो जल को असामान्य रूप से ऊँचा क्वथनांक देता है और बर्फ को जल पर तैरने देता है।

एकल, द्विक और त्रिक बंधन

जब इलेक्ट्रॉनों का एक युग्म साझा होता है तो बंधन एकल होता है, जैसे हाइड्रोजन और क्लोरीन अणुओं में। दो साझा युग्म द्विबंध बनाते हैं, जैसे ऑक्सीजन और एथिलीन में; तीन युग्म त्रिबंध बनाते हैं, जैसे नाइट्रोजन और एसिटिलीन में। अतिव्यापन की दृष्टि से एकल बंध एक सिग्मा बंध है, द्विबंध एक सिग्मा और एक पाई बंध है तथा त्रिबंध एक सिग्मा और दो पाई बंध। आमने-सामने अतिव्यापन से बना सिग्मा बंध पार्श्व अतिव्यापन से बने पाई बंध से अधिक प्रबल होता है। बेंजीन में छह कार्बन-कार्बन बंध, छह कार्बन-हाइड्रोजन बंध और वलय में तीन द्विबंध होते हैं, इसलिए उसमें बारह सिग्मा और तीन पाई बंध होते हैं।

सामान्य अणुओं की आकृति

अणु की आकृति केंद्रीय परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन युग्मों के प्रतिकर्षण से तय होती है। मेथेन चतुष्फलकीय है और उसका बंध कोण लगभग 109.5 अंश है। अमोनिया में एक एकाकी युग्म होता है, इसलिए वह पिरामिडी है और उसका कोण लगभग 107 अंश है, तथा जल में दो एकाकी युग्म होने से वह मुड़ी हुई आकृति का है और कोण लगभग 104.5 अंश है। कार्बन डाइऑक्साइड रैखिक है और बोरॉन ट्राइफ्लोराइड त्रिकोणीय समतलीय।

रासायनिक अभिक्रियाएँ और उनके प्रकार

रासायनिक अभिक्रिया परमाणुओं को नए पदार्थों में पुनर्व्यवस्थित करती है और द्रव्यमान संरक्षण के कारण समीकरण संतुलित होना चाहिए। अभिक्रिया होने के संकेत हैं रंग बदलना, अवस्था बदलना, गैस निकलना, अवक्षेप बनना और ताप में परिवर्तन।

• संयोजन अभिक्रिया: दो या अधिक पदार्थ मिलकर एक उत्पाद बनाते हैं, जैसे बिना बुझा चूना जल से क्रिया करके बुझा चूना देता है।
• वियोजन अभिक्रिया: एक पदार्थ दो या अधिक में टूटता है। यह तापीय हो सकती है, जैसे चूना पत्थर गर्म करने पर बिना बुझा चूना और कार्बन डाइऑक्साइड देता है, वैद्युत हो सकती है, जैसे जल में, या प्रकाशीय, जैसे सिल्वर क्लोराइड धूप में धूसर हो जाता है।
• विस्थापन अभिक्रिया: अधिक क्रियाशील तत्व कम क्रियाशील को हटा देता है, जैसे लोहा कॉपर सल्फेट विलयन से ताँबा विस्थापित करता है या जस्ता तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से क्रिया कर हाइड्रोजन देता है।
• द्विविस्थापन अभिक्रिया: दो यौगिक अपने आयनों का आदान-प्रदान करते हैं। अवक्षेपण और उदासीनीकरण इसी में आते हैं; बेरियम क्लोराइड और सोडियम सल्फेट बेरियम सल्फेट का श्वेत अवक्षेप देते हैं।
• उपचयन और अपचयन: ऑक्सीजन का जुड़ना, हाइड्रोजन का हटना या इलेक्ट्रॉन का त्याग उपचयन है और इसका उल्टा अपचयन। दोनों सदा साथ होते हैं, इसलिए ऐसी अभिक्रियाएँ रेडॉक्स कहलाती हैं।

जो अभिक्रियाएँ ऊष्मा देती हैं वे ऊष्माक्षेपी हैं, जैसे श्वसन, दहन और चूने का बुझना; जो ऊष्मा लेती हैं वे ऊष्माशोषी हैं, जैसे प्रकाश संश्लेषण और चूना पत्थर का वियोजन।

ऑक्साइड, उत्प्रेरक और दैनिक प्रभाव

धातु ऑक्साइड सामान्यतः क्षारीय और अधातु ऑक्साइड अम्लीय होते हैं, पर कुछ धातु ऑक्साइड, विशेषकर एल्युमिनियम ऑक्साइड और जिंक ऑक्साइड, अम्ल तथा क्षार दोनों से क्रिया करते हैं और उभयधर्मी कहलाते हैं। उत्प्रेरक स्वयं व्यय हुए बिना अभिक्रिया की दर बदल देता है: वनस्पति घी बनाने के लिए वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण में निकल, अमोनिया के हैबर प्रक्रम में लोहा तथा सल्फ्यूरिक अम्ल के संपर्क प्रक्रम में वैनेडियम पेंटॉक्साइड काम आता है।

दो मंद उपचयन बार-बार पूछे जाते हैं। संक्षारण वायु और नमी से धातु का क्षय है; लोहे को जंग लगने के लिए ऑक्सीजन और जल दोनों चाहिए और उससे जलयोजित आयरन ऑक्साइड बनता है, तथा इसे पेंट करके, तेल लगाकर, जस्ते से यशदलेपन करके या मिश्रातु बनाकर, जैसे स्टेनलेस स्टील, रोका जाता है। विकृतगंधिता भोजन में वसा और तेलों का उपचयन है, जिससे दुर्गंध और बुरा स्वाद आता है, और इसे प्रतिऑक्सीकारकों, वायुरोधी पैकिंग तथा पैकेट में नाइट्रोजन भरकर टाला जाता है।