class xii chemistry chapter :- d and f block
Class xii
Subject :- Chemistry
Chapter :- d and f block
INTEXT QUESTIONS
QUESTION 4.1
Silver atom has completely filled d orbitals (4d10) in its ground state. How can you say that it is a transition element?
Answer
Although Ag has a 4d10 configuration in the ground state, it forms Ag2+ ions in which the d subshell is incomplete. Hence, it is studied as a transition element.
प्रश्न :-
सिल्वर परमाणु की मूल अवस्था में पूर्ण भरित d कक्षक (4d10) हैं। . आप कैसे कह सकते हैं कि यह एक संक्रमण तत्व (transition element) है?
उत्तर :-
यद्यपि चाँदी की मूल अवस्था में 4d कक्षक पूर्ण भरे होते हैं, लेकिन Ag2+ आयन में d कक्षक अपूर्ण हो जाते हैं। इसलिए इसे संक्रमण तत्वों के साथ अध्ययन किया जाता है।
QUESTION 4.2
In the series Sc (Z = 21) to Zn (Z = 30), the enthalpy of atomisation of zinc is the lowest (126 kJ mol−1). Why?
Answer
Zinc has a completely filled 3d10 configuration, so it has weaker metallic bonding and fewer unpaired electrons. Hence, its enthalpy of atomisation is lowest.
प्रश्न :-
श्रेणी , Sc (Z = 21) से Zn (Z = 30) में, जिंक की कणन एन्थैल्पी का मान सबसे कम होता है अर्थात् (126 kJ mol−1) क्यों ?
उत्तर
जिंक में 3d10 पूर्ण भरा विन्यास होता है, जिससे धात्विक बंधन कमजोर होता है और अपaired इलेक्ट्रॉन नहीं होते। इसलिए इसकी परमाणीकरण एन्थैल्पी सबसे कम होती है।
QUESTION 4.3
Which of the 3d series of the transition metals exhibits the largest number of oxidation states and why?
Answer
Manganese (Mn) shows the largest number of oxidation states (+2 to +7) because it has the maximum number of unpaired d electrons.
प्रश्न :-
संक्रमण तत्वों की 3d श्रेणी का कौन सा तत्व बडी संख्या में ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाता है एवं क्यों?
उत्तर :-
मैंगनीज़ (Mn) सर्वाधिक ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (+2 से +7) दर्शाता है क्योंकि इसमें अधिकतम अपaired d इलेक्ट्रॉन होते हैं।
QUESTION 4.4
The E°(M2+/M) value for copper is positive (+0.34 V). What is the possible reason for this?
Answer
Copper has very high enthalpy of atomisation and comparatively low hydration enthalpy, so the conversion of Cu(s) to Cu2+ is not energetically favourable, giving a positive E° value.
प्रश्न :-
कॉपर के लिए E°(M2+/M) का मान धनात्मक (+0.34 V) है। इसके संभावित कारण क्या है ?
उत्तर :-
ताँबे की परमाणीकरण एन्थैल्पी बहुत अधिक तथा जलयोजन एन्थैल्पी अपेक्षाकृत कम होती है, इसलिए Cu(s) से Cu2+ में परिवर्तन ऊर्जा की दृष्टि से अनुकूल नहीं होता और E° धनात्मक होता है।
QUESTION 4.5
How would you account for the irregular variation of ionisation enthalpies (first and second) in the first series of the transition elements?
Answer
English: The irregular variation of first and second ionisation enthalpies in the first transition series is due to the irregular filling of 3d orbitals and the extra stability associated with half-filled (d5) and fully filled (d10) configurations.
प्रश्न
संक्रमण तत्वों की प्रथम श्रेणी में आयनन एन्थैल्पी ( प्रथम और द्वितीय ) में अनियमित परिवर्तन को आप कैसे समझायेंगे ?
उत्तर :-
प्रथम संक्रमण श्रेणी में आयनीकरण एन्थैल्पी का अनियमित परिवर्तन 3d कक्षकों के अनियमित भराव तथा अर्धभरे (d5) और पूर्ण भरे (d10) विन्यास की अतिरिक्त स्थिरता के कारण होता है।
QUESTION 4.6
Why is the highest oxidation state of a metal exhibited in its oxide or fluoride only?
Answer
Oxygen and fluorine are highly electronegative and small in size. They can stabilise very high oxidation states of metals by forming strong bonds.
प्रश्न :
कोई धातु अपनी उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था केवल ऑक्साइड अथवा फ्लोराइड में ही क्यों प्रदर्शित करती है ?
उत्तर :-
ऑक्सीजन और फ्लोरीन अत्यधिक विद्युतऋणात्मक तथा छोटे आकार के होते हैं। वे मजबूत बंध बनाकर धातुओं की उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं को स्थिर कर देते हैं।
QUESTION 4.7
Which is a stronger reducing agent Cr²⁺ or Fe²⁺ and why?
Answer
Cr²⁺ is a stronger reducing agent than Fe²⁺ because Cr²⁺ readily gets oxidised to the more stable Cr³⁺ state.
प्रश्न
Cr²⁺ और Fe²⁺ में से कौन प्रबल अपचायक है और क्यों?
उत्तर
Cr²⁺, Fe²⁺ की तुलना में अधिक शक्तिशाली अपचायक है क्योंकि Cr²⁺ आसानी से अधिक स्थिर Cr³⁺ अवस्था में ऑक्सीकरण हो जाता है।
QUESTION 4.8
Calculate the ‘spin-only’ magnetic moment of M²⁺(aq) ion (Z = 27).
Answer
Atomic number 27 corresponds to cobalt (Co). Co²⁺ electronic configuration: 3d7
Number of unpaired electrons = 3
Spin-only magnetic moment: μ = √[n(n+2)] BM
μ = √[3(3+2)] = √15 ≈ 3.87 BM
प्रश्न
M²⁺(aq) आयन (Z = 27) के लिए ' प्रचक्रण - मात्र ' चुम्बकीय आघूर्ण की गणना कीजिए ।
उत्तर : -
परमाणु क्रमांक 27 कोबाल्ट (Co) है। Co²⁺ का विन्यास: 3d7
अयुग्मित इलेक्ट्रॉन = 3
चुम्बकीय आघूर्ण: μ = √[n(n+2)] BM
μ = √15 ≈ 3.87 BM
QUESTION 4.9
: Explain why Cu⁺ ion is not stable in aqueous solutions.
Answer
English: Cu⁺ ion undergoes disproportionation in aqueous solution to form Cu²⁺ and Cu due to its lower hydration enthalpy. 2Cu⁺ → Cu²⁺ + Cu
प्रश्न :
स्पष्ट कीजिए कि
Cu⁺ आयन जलीय विलयन में स्थायी नहीं है क्यों ? समझाइए ।
उत्तर
Cu⁺ आयन जलीय विलयन में असमानुपातन अभिक्रिया करता है क्योंकि इसकी जलयोजन एन्थैल्पी कम होती है। 2Cu⁺ → Cu²⁺ + Cu
QUESTION 4.10
Actinoid contraction is greater from element to element than lanthanoid contraction. Why?
Answer
Actinoid contraction is greater because 5f electrons have very poor shielding effect compared to 4f electrons, resulting in a greater increase in effective nuclear charge.
प्रश्न
लैंथेनॉइड आकुंचन की तुलना में एक तत्व से दूसरे तत्व के बीच एक्टिनॉइड आकुंचन अधिक होता है । क्यों ?
उत्तर :-
एक्टिनॉइड संकुचन अधिक होता है क्योंकि 5f इलेक्ट्रॉनों की परिरक्षण क्षमता 4f इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत कम होती है, जिससे प्रभावी नाभिकीय आवेश अधिक बढ़ता है।
EXERCISE QUESTIONS
Q.1 Write down the electronic configuration of :
i) Cr3+
(ii) Pm3+
(iii) Cu+
(iv) Ce4+
(v) Co2+
(vi) Lu2+
(vii) Mn2+
(viii) Th4+
Answer :-
(i) Cr³⁺
Cr (Z = 24) : [Ar] 3d⁵ 4s¹
After removal of three electrons:
Cr³⁺ : [Ar] 3d³
(ii) Pm³⁺
Pm (Z = 61) : [Xe] 4f⁵ 6s²
Pm³⁺ : [Xe] 4f⁴
(iii) Cu⁺
Cu (Z = 29) : [Ar] 3d¹⁰ 4s¹
Cu⁺ : [Ar] 3d¹⁰
(iv) Ce⁴⁺
Ce (Z = 58) : [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
Ce⁴⁺ : [Xe]
(v) Co²⁺
Co (Z = 27) : [Ar] 3d⁷ 4s²
Co²⁺ : [Ar] 3d⁷
(vi) Lu²⁺
Lu (Z = 71) : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²
Lu²⁺ : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹
(vii) Mn²⁺
Mn (Z = 25) : [Ar] 3d⁵ 4s²
Mn²⁺ : [Ar] 3d⁵
(viii) Th⁴⁺
Th (Z = 90) : [Rn] 6d² 7s²
Th⁴⁺ : [Rn]
निम्नलिखित के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए–
(i) Cr3+
(ii) Pm3+
(iii) Cu+
(iv) Ce4+
(v) Co2+
(vi) Lu2+
(vii) Mn2+
(viii) Th4+
उत्तर
(i) Cr³⁺ (क्रोमियम आयन)
Cr (Z = 24) : [Ar] 3d⁵ 4s¹
Cr³⁺ में 3 इलेक्ट्रॉन निकल जाते हैं (पहले 4s से, फिर 3d से)
Cr³⁺ : [Ar] 3d³
(ii) Pm³⁺ (प्रोमेथियम आयन)
Pm (Z = 61) : [Xe] 4f⁵ 6s²
3 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Pm³⁺ : [Xe] 4f⁴
(iii) Cu⁺ (कॉपर आयन)
Cu (Z = 29) : [Ar] 3d¹⁰ 4s¹
1 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Cu⁺ : [Ar] 3d¹⁰
(iv) Ce⁴⁺ (सेरियम आयन)
Ce (Z = 58) : [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
4 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Ce⁴⁺ : [Xe]
(v) Co²⁺ (कोबाल्ट आयन)
Co (Z = 27) : [Ar] 3d⁷ 4s²
2 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Co²⁺ : [Ar] 3d⁷
(vi) Lu²⁺ (ल्यूटेशियम आयन)
Lu (Z = 71) : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²
2 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Lu²⁺ : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹
(vii) Mn²⁺ (मैंगनीज आयन)
Mn (Z = 25) : [Ar] 3d⁵ 4s²
2 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Mn²⁺ : [Ar] 3d⁵
(viii) Th⁴⁺ (थोरियम आयन)
Th (Z = 90) : [Rn] 6d² 7s²
4 इलेक्ट्रॉन निकलने पर
Th⁴⁺ : [Rn]
Question 4.2:
Why are Mn2+ compounds more stable than Fe2+ compounds towards oxidation to +3 state?
Answer
Mn²⁺ has a half-filled 3d⁵ electronic configuration, which is highly stable.
Fe²⁺ has a 3d⁶ configuration and gets easily oxidized to Fe³⁺, which attains a stable 3d⁵ configuration.
Therefore, Mn²⁺ compounds are more stable than Fe²⁺ compounds.
प्रश्न:
+3 ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीकरण होने के सन्दर्भ में Mn2+ के यौगिक, Fe2+ के यौगिकों की तुलना में अधिक स्थायी क्यों हैं?
उत्तर
Mn²⁺ आयन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 3d⁵ होता है, जो एक अर्ध-भरी (half-filled) संरचना है। अर्ध-भरी संरचना अत्यधिक स्थायी होती है।
इसलिए Mn²⁺ का Mn³⁺ में ऑक्सीकरण कठिन होता है।
जबकि Fe²⁺ का विन्यास 3d⁶ होता है और Fe³⁺ बनने पर 3d⁵ (अर्ध-भरी) संरचना मिल जाती है। इसलिए Fe²⁺ आसानी से Fe³⁺ में ऑक्सीकृत हो जाता है।
इसी कारण Mn²⁺ के यौगिक Fe²⁺ की तुलना में अधिक स्थायी होते हैं।
Question 4.3:
4.3 Explain briefly how +2 state becomes more and more stable in the first half of the first row transition elements with increasing atomic number?
Answer
From Sc to Mn, the 3d orbitals are progressively filled.
In the +2 oxidation state, only the two 4s electrons are lost, leaving a stable d-electron configuration.
Mn²⁺ achieves a half-filled 3d⁵ configuration, giving maximum stability to the +2 oxidation state.
प्रश्न:
संक्षेप में स्पष्ट कीजिए कि प्रथम संक्रमण श्रेणी के प्रथम अर्धभाग में बढ़ते हुए परमाणु क्रमांक के साथ +2 ऑक्सीकरण अवस्था कैसे अधिक स्थायी होती जाती है?
उत्तर :-
प्रथम संक्रमण श्रेणी के Sc से Mn तक परमाणु क्रमांक बढ़ने पर 3d कक्षाएँ क्रमशः भरती जाती हैं।
+2 ऑक्सीकरण अवस्था में केवल 4s के दो इलेक्ट्रॉन निकलते हैं और 3d संरचना अपेक्षाकृत स्थायी रहती है।
Mn²⁺ में 3d⁵ अर्ध-भरी संरचना बनती है, जो सबसे अधिक स्थायी होती है।
इसलिए प्रथम अर्धभाग में +2 ऑक्सीकरण अवस्था की स्थायित्व बढ़ता जाता है।
Question 4.4:
To what extent do the electronic configurations decide the stability of oxidation states in the first series of the transition elements? Illustrate your answer with examples.
Answer
In transition elements, both ns and (n–1)d electrons participate in bond formation.
As a result, they exhibit variable oxidation states.
Examples:
Chromium shows oxidation states from +2 to +6.
Manganese shows oxidation states from +2 to +7.
Thus, electronic configuration largely determines oxidation states.
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास किस सीमा तक ऑक्सीकरण अवस्थाओं को निर्धारित करते है? उत्तर को उदाहरण देते हुए स्पष्ट कीजिए ।
उत्तर :-
संक्रमण तत्वों में ns तथा (n−1)d दोनों इलेक्ट्रॉन बंधन बनाने में भाग लेते हैं।
इसी कारण ये तत्व विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं।
उदाहरण:
Cr : [Ar] 3d⁵ 4s¹ → +2 से +6
Mn : [Ar] 3d⁵ 4s² → +2 से +7
अतः इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ऑक्सीकरण अवस्थाओं को काफी हद तक निर्धारित करता है।
Question 4.5 :
What may be the stable oxidation state of the transition element with the following d-electron configurations in the ground state of their atoms: 3d³, 3d⁵, 3d⁸ and 3d⁴?
Answer
3d3 → +3
3d5 → +2, +7 (half-filled stability)
3d8 → +2
3d4 → + 3
प्रश्न:
संक्रमण तत्वों की मूल अवस्था में नीचे दिए गए d इलेक्ट्रॉनिक विन्यासों में कौन सी ऑक्सीकरण अवस्था स्थायी होगी ?
3d3 ,3d5,3d8 तथा 3d4
उत्तर
3d3 → +3
3d5 → +2, +7
3d8 → +2
3d4 → + 3
अर्धभरे (d5) और पूर्ण भरे विन्यास अधिक स्थिर होते हैं, इसलिए वही अवस्थाएँ स्थायी होती हैं।
Question 4.6
Name the oxometal anions of the first series of the transition metals in which the metal exhibits the oxidation state equal to its group number.
Answer
VO₄³⁻ (V⁵⁺)
CrO₄²⁻ (Cr⁶⁺)
MnO₄⁻ (Mn⁷⁺)
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के ऑक्सो-धातुऋणायनों का नाम लिखिए जिसमे धातु संक्रमण श्रेणी की वर्ग संख्या के बराबर ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती है ।
उत्तर
VO₄³⁻ (V⁵⁺)
CrO₄²⁻ (Cr⁶⁺)
MnO₄⁻ (Mn⁷⁺)
Question 4.7:
What is lanthanoid contraction? What are the consequences of lanthanoid contraction?
Answer
Lanthanoid contraction is the gradual decrease in atomic and ionic radii from cerium (Ce) to lutetium (Lu) with increasing atomic number.
Consequences:
1. 4d and 5d transition elements have nearly similar atomic sizes.
2. 5d elements show greater stability.
3. Complex formation tendency increases.
प्रश्न:
लैन्थेनॉयड आकुंचन क्या है? लैन्थेनॉयड आकुंचन के परिणाम क्या है ?
उत्तर :-
Ce से Lu तक बढ़ते परमाणु क्रमांक के साथ परमाणु एवं आयनिक त्रिज्या में क्रमिक कमी को लैन्थेनॉयड आकुंचन कहते हैं।
परिणाम:
1. 4d और 5d तत्वों के आकार लगभग समान हो जाते हैं
2. 5d तत्वों की स्थिरता अधिक होती है
3. जटिल यौगिकों की स्थिरता बढ़ती है
Question 4.8:
What are the characteristics of the transition elements and why are they called transition elements? Which of the d-block elements may not be regarded as transition elements?
Answer
Characteristics of transition metals:
1. Variable oxidation states
2. Formation of coloured compounds
3. Formation of complexes
4. Catalytic activity
5. Magnetic properties
They are called transition metals because their properties lie between s-block and p-block elements.
Zinc, cadmium and mercury are not considered transition metals because their d-orbitals are completely filled.
प्रश्न:
संक्रमण धातुओं के अभिलक्षण क्या हैं? ये संक्रमण धातु क्यों कहलाती हैं? d - ब्लॉक के तत्वों में कौन से तत्व संक्रमण श्रेणी के तत्व नहीं कहे जा सकते ?
उत्तर :-
अभिलक्षण:
1. परिवर्ती ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
2. रंगीन यौगिक
3. संकुल यौगिक बनाना
4. उत्प्रेरक गुण
5. अनुचुंबकीय गुण
इन्हें संक्रमण धातु इसलिए कहते हैं क्योंकि इनके गुण s-ब्लॉक और p-ब्लॉक के बीच के होते हैं।
Zn, Cd और Hg संक्रमण धातु नहीं हैं क्योंकि इनके d-कक्षक पूर्ण भरे होते हैं।
Question 4.9
: In what way is the electronic configuration of the transition elements different from that of the non-transition elements?
Answer
Transition metals have partially filled d-orbitals, whereas non-transition elements have either empty or fully filled d-orbitals.
प्रश्न:
संक्रमण धातुओं के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास किस प्रकार असंक्रमण तत्वों के इलेक्ट्रोनिक विन्यास से भिन्न है?
उत्तर
संक्रमण धातुओं में d-कक्षक आंशिक रूप से भरे होते हैं, जबकि असंक्रमण तत्वों में d-कक्षक पूर्ण या रिक्त होते हैं।
Question 4.10
What are the different oxidation states exhibited by the lanthanoids?
Answer
Lanthanoids mainly show the +3 oxidation state.
Some elements also show +2 (e.g., Eu²⁺, Yb²⁺) and +4 (e.g., Ce⁴⁺) oxidation states.
प्रश्न:
लैन्थेनॉयडों द्वारा कौन-कौन सी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित की जाती हैं?
उत्तर :
लैन्थेनॉयड मुख्य रूप से +3 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं।
कुछ तत्व +2 (Eu²⁺, Yb²⁺) तथा +4 (Ce⁴⁺) अवस्थाएँ भी दर्शाते हैं।
4.11
Explain giving reasons:
(i) Transition metals and many of their compounds show paramagnetic behaviour.
(ii) The enthalpies of atomisation of the transition metals are high.
(iii) The transition metals generally form coloured compounds.
(iv) Transition metals and their many compounds act as good catalysts.
Answer:
Both ns and (n−1)d electrons participate in metallic bonding, making the metallic bond strong and hence the enthalpy of atomisation high.
(iii) Transition metals generally form coloured compounds.
Answer:
Their compounds are coloured due to d–d electronic transitions in partially filled d-orbitals which absorb visible light.
(iv) Transition metals and many of their compounds act as good catalysts.
Answer:
They can show variable oxidation states and form intermediate complexes, which help in catalytic activity.
4.11 कारण देते हुए स्पष्ट कीजिए
(i) संक्रमण धातुएँ तथा उनके अधिकांश यौगिक अनुचुंबकीय हैं।
उत्तर:
संक्रमण धातुओं के d-कक्षक आंशिक रूप से भरे होते हैं जिनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन उपस्थित रहते हैं। अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण ये अनुचुंबकीय होते हैं।
(ii) संक्रमण धातुओं की कणन एन्थैल्पी के मान उच्च होते हैं।
उत्तर:
संक्रमण धातुओं में ns तथा (n−1)d दोनों इलेक्ट्रॉन धात्विक बंधन में भाग लेते हैं, जिससे धात्विक बंधन मजबूत होता है और कणन एन्थैल्पी अधिक होती है।
(iii) संक्रमण धातुएँ सामान्यतः रंगीन यौगिक बनाती हैं।
उत्तर:
आंशिक रूप से भरे d-कक्षकों में d–d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण होने के कारण संक्रमण धातुओं के यौगिक रंगीन होते हैं।
(iv) संक्रमण धातुएँ तथा इनके अनेक यौगिक उत्तम उत्प्रेरक का कार्य करते हैं।
उत्तर:
संक्रमण धातुएँ विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ ग्रहण कर सकती हैं तथा मध्यवर्ती यौगिक बना सकती हैं, इसलिए वे अच्छे उत्प्रेरक का कार्य करती हैं।
4.12
Question:
What are interstitial compounds? Why are such compounds well known for transition metals?
Answer:
Interstitial compounds are formed when small atoms like hydrogen, carbon or nitrogen occupy the interstitial spaces in the metal lattice. Transition metals form these compounds easily due to availability of vacant interstitial sites and strong metal–non-metal bonding.
4.12
प्रश्न:
अंतराकाशी यौगिक क्या हैं? इस प्रकार के यौगिक संक्रमण धातुओं के लिए भली प्रकार से ज्ञात क्यों हैं?
उत्तर:
वे यौगिक जिनमें छोटे परमाणु जैसे H, C, N धातु जाल के अंतराकाशी स्थानों में समा जाते हैं, अंतराकाशी यौगिक कहलाते हैं। संक्रमण धातुओं के क्रिस्टल जाल में ऐसे रिक्त स्थान अधिक होते हैं, इसलिए ये यौगिक इनके लिए सामान्य हैं।
4.13
Question:
How is the variability in oxidation states of transition metals different from that of the non-transition metals? Illustrate with examples.
Answer:
Transition metals show variable oxidation states due to the involvement of both ns and (n−1)d electrons, whereas non-transition metals generally show fixed oxidation states.
Example: Mn shows oxidation states from +2 to +7, while Na shows only +1.
4.13
प्रश्न:
संक्रमण धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तनशीलता असंक्रमण धातुओं में ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तनशीलता से किस प्रकार भिन्न है? उदाहरण देकर स्पष्ट कीजिए ।
उत्तर:
संक्रमण धातुओं में ns तथा (n−1)d दोनों इलेक्ट्रॉन बंधन में भाग लेते हैं, इसलिए वे अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाती हैं। असंक्रमण धातुएँ सामान्यतः केवल निश्चित ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाती हैं।
उदाहरण: Mn +2 से +7 तक, जबकि Na केवल +1।
4.14
Question:
Describe the preparation of potassium dichromate from iron chromite ore. What is the effect of increasing pH on a solution of potassium dichromate?
Answer:
Iron chromite (FeCr2O4) is fused with sodium carbonate and air to form sodium chromate, which is then acidified and treated with potassium chloride to obtain potassium dichromate.
On increasing pH, potassium dichromate is converted into chromate ion.
4.14
प्रश्न:
आयरनक्रोमाइट अयस्क से पोटैशियम डाइक्रोमेट बनाने की विधि का वर्णन कीजिए। पोटैशियम डाइक्रोमेट विलयन पर pH बढ़ाने से क्या प्रभाव पड़ेगा?
उत्तर:
आयरनक्रोमाइट (FeCr2O4) को Na2CO3 और वायु के साथ गलाने पर सोडियम क्रोमेट बनता है, जिसे अम्लीकरण और KCl से अभिक्रिया कराकर पोटैशियम डाइक्रोमेट प्राप्त किया जाता है।
pH बढ़ाने पर पोटैशियम डाइक्रोमेट क्रोमेट में परिवर्तित हो जाता है।
4.15
Question:
Describe the oxidising action of potassium dichromate and write the ionic equations for its reaction with:
(i) iodide
(ii) iron(II) solution
(iii) H₂S
Answer:
Potassium dichromate acts as a strong oxidising agent in acidic medium.
(i) Iodide ion:
Cr2O7²⁻ + 6I⁻ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 3I2 + 7H2O
(ii) Iron(II) solution:
Cr2O7²⁻ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H2O
(iii) H2S:
Cr2O7²⁻ + 3H2S + 8H⁺ → 2Cr³⁺ + 3S + 7H2O
4.15
प्रश्न:
पोटैशियम डाइक्रोमेट की ऑक्सीकरण क्रिया का उल्लेख कीजिए तथा निम्न लिखित के साथ आयनिक समीकरण लिखिए -
(i) आयोडाइड आयन
(ii) आयरन (II) विलयन
(iii) H2S
उत्तर:
पोटैशियम डाइक्रोमेट एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक है।
(i) आयोडाइड आयन के साथ:
Cr2O7²⁻ + 6I⁻ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 3I2 + 7H2O
(ii) आयरन (II) विलयन के साथ:
Cr2O7²⁻ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H2O
(iii) H2S के साथ:
Cr2O7²⁻ + 3H2S + 8H⁺ → 2Cr³⁺ + 3S + 7H2O
4.16
Question:
Describe the preparation of potassium permanganate. How does the acidified permanganate solution react with
(i) iron(II) ions
(ii) SO₂ and
(iii) oxalic acid?
Write the ionic equations for the reactions.
Answer:
Potassium permanganate is prepared by oxidation of manganese dioxide with potassium hydroxide and air.
Acidic KMnO4 reactions:
(i) Iron(II) ion:
MnO4⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H2O
(ii) SO2:
2MnO4⁻ + 5SO2 + 2H2O → 2Mn²⁺ + 5SO4²⁻ + 4H⁺
(iii) Oxalic acid:
2MnO4⁻ + 5C2O4²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO2 + 8H2O
4.16
प्रश्न:
पोटैशियम परमैंगनेट को बनाने की विधि का वर्णन कीजिए तथा अम्लीय पोटैशियम परमैंगनेट किस प्रकार -
(i) आयरन (II) आयन
(ii) SO2 तथा (iii) ऑक्सैलिक अम्ल से अभिक्रिया करता है ? अभिक्रियाओं के लिए आयनिक समीकरण लिखिए ।
उत्तर:
MnO2 को KOH और वायु के साथ गर्म करके पोटैशियम परमैंगनेट बनाया जाता है।
अम्लीय माध्यम में अभिक्रियाएँ:
(i) Fe²⁺ के साथ:
MnO4⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H2O
(ii) SO2 के साथ:
2MnO4⁻ + 5SO2 + 2H2O → 2Mn²⁺ + 5SO4²⁻ + 4H⁺
(iii) ऑक्सैलिक अम्ल के साथ:
2MnO4⁻ + 5C2O4²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO2 + 8H2O
4.17
For M²⁺/M and M³⁺/M²⁺ systems the EV values for some metals are as follows:
Cr²⁺/Cr = –0.9 V Cr³⁺/Cr²⁺ = –0.4 V
Mn²⁺/Mn = –1.2 V Mn³⁺/Mn²⁺ = +1.5 V
Fe²⁺/Fe = –0.4 V Fe³⁺/Fe²⁺ = +0.8 V
Use this data to comment upon:
(i) the stability of Fe³⁺ in acid solution as compared to that of Cr³⁺ or Mn³⁺, and
(ii) the ease with which iron can be oxidised as compared to a similar process for either chromium or manganese metal.
Answer
(i)Stability of Fe³⁺ compared to Cr³⁺ or Mn³⁺ in acidic medium.
Answer
A higher positive value of the M³⁺/M²⁺ electrode potential indicates a greater tendency of M³⁺ to get reduced to M²⁺ and hence lower stability of the M³⁺ state.
Cr³⁺/Cr²⁺ has a low E° value (−0.4 V), so Cr³⁺ is relatively stable.
Fe³⁺/Fe²⁺ has a higher E° value (+0.8 V), indicating moderate instability of Fe³⁺.
Mn³⁺/Mn²⁺ has a very high E° value (+1.5 V), so Mn³⁺ is highly unstable and readily gets reduced to Mn²⁺.
Thus, the order of stability is:
Cr³⁺ > Fe³⁺ > Mn³⁺
(ii )Ease of oxidation of iron compared to chromium and manganese.
Answer
The more negative the E° value of the M²⁺/M couple, the easier is the oxidation of the metal.
Mn²⁺/Mn has the most negative value (−1.2 V), so manganese is oxidised most easily.
Cr²⁺/Cr (−0.9 V) is oxidised less easily than manganese.
Fe²⁺/Fe (−0.4 V) has the least negative value, so iron is oxidised with the least ease.
Hence, the order of ease of oxidation is:
Mn > Cr > Fe
4.17
M²⁺/M तथा M³⁺/M²⁺ निकाय के संदर्भ में कुछ धातुओं के मानक इलेक्ट्रोड विभव (E°) के मान नीचे दिए गए हैं—
Cr²⁺/Cr = −0.9 V Cr³⁺/Cr²⁺ = −0.4 V
Mn²⁺/Mn = −1.2 V Mn³⁺/Mn²⁺ = +1.5 V
Fe²⁺/Fe = −0.4 V Fe³⁺/Fe²⁺ = +0.8 V
उपरोक्त आँकड़ों के आधार पर निम्नलिखित पर टिप्पणी कीजिए—
(i) अम्लीय माध्यम में Cr³⁺ या Mn³⁺ की तुलना में Fe³⁺ का स्थायित्व।
(ii) समान प्रक्रिया के लिए क्रोमियम अथवा मैंगनीज़ धातुओं की तुलना में आयरन के ऑक्सीकरण में सुगमता।
उत्तर :-
(i) अम्लीय माध्यम में Cr³⁺ या Mn³⁺ की तुलना में Fe³⁺ का स्थायित्व
M³⁺/M²⁺ युग्म का मान जितना अधिक धनात्मक होता है, M³⁺ आयन की M²⁺ में अपचय होने की प्रवृत्ति उतनी ही अधिक होती है, अर्थात M³⁺ अवस्था उतनी ही कम स्थायी होती है।
Cr³⁺/Cr²⁺ का E° = −0.4 V, अतः Cr³⁺ की अपचय होने की प्रवृत्ति कम है और यह अपेक्षाकृत अधिक स्थायी है।
Fe³⁺/Fe²⁺ का E° = +0.8 V, अतः Fe³⁺ की अपचय होने की प्रवृत्ति Cr³⁺ से अधिक है।
Mn³⁺/Mn²⁺ का E° = +1.5 V, अतः Mn³⁺ अत्यधिक अस्थायी है और शीघ्र ही Mn²⁺ में परिवर्तित हो जाता है।
अतः अम्लीय माध्यम में M³⁺ आयनों की स्थायित्व क्रम इस प्रकार है:
Cr³⁺ > Fe³⁺ > Mn³⁺
(ii) समान प्रक्रिया के लिए क्रोमियम अथवा मैंगनीज़ धातुओं की तुलना में आयरन के ऑक्सीकरण में सुगमता
M²⁺/M युग्म का मान जितना अधिक ऋणात्मक होता है, धातु के ऑक्सीकृत होने (इलेक्ट्रॉन त्यागने) की प्रवृत्ति उतनी ही अधिक होती है।
Mn²⁺/Mn का E° = −1.2 V, अतः मैंगनीज़ का ऑक्सीकरण सबसे अधिक सुगम है।
Cr²⁺/Cr का E° = −0.9 V, अतः क्रोमियम का ऑक्सीकरण मैंगनीज़ से कम परंतु आयरन से अधिक सुगम है।
Fe²⁺/Fe का E° = −0.4 V, अतः आयरन का ऑक्सीकरण सबसे कम सुगम है।
इस प्रकार, ऑक्सीकरण की सुगमता का क्रम है:
Mn > Cr > Fe
4.18
Question:
Predict which of the following will be coloured in aqueous solution: Ti³⁺, V³⁺, Cu⁺, Sc³⁺, Mn²⁺, Fe³⁺ and Co²⁺. Give reasons for each.
Answer:
Coloured ions: Ti3+, V3+, Mn2+, Fe3+, Co2+
Colourless ions: Cu+, Sc3+
Reason:
Ions having partially filled d-orbitals show colour due to d–d transitions.
4.18
प्रश्न:
निम्नलिखित में कौन से आयन जलीय विलयन में रंगीन होंगे?
Ti³⁺, V³⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Cu⁺, Sc³⁺,Co²⁺ प्रत्येक के लिए कारण बताइए ।
उत्तर:
रंगीन आयन: Ti³⁺, V³⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Co²⁺
रंगहीन आयन: Cu⁺, Sc³⁺
कारण:
जिन आयनों में d-कक्षक आंशिक रूप से भरे होते हैं, वे रंगीन होते हैं।
4.19
Question:
Compare the stability of +2 oxidation state for the elements of the first transition series.
Answer:
The stability of +2 oxidation state increases from Sc to Mn and then decreases from Fe to Zn.
4.19
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी की धातुओं की +2 ऑक्सीकरण अवस्थाओं के स्थायित्व की तुलना कीजिए।
उत्तर:
+2 ऑक्सीकरण अवस्था की स्थिरता Sc से Mn तक बढ़ती है तथा इसके बाद Fe से Zn की ओर घटती जाती है।
4.20
Question:
Compare the chemistry of actinoids with that of the lanthanoids with special reference to:
(i) Electronic configuration
(ii) Atomic and ionic size
(iii) Oxidation state
(iv) Chemical reactivity
Answer :-
(i) Electronic configuration :-
The general electronic configuration of lanthanoids is [Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰/¹ 6s².
The general electronic configuration of actinoids is [Rn] 5f¹–¹⁴ 6d⁰/¹ 7s².
In lanthanoids, 4f orbitals are inner and take little part in bonding, whereas in actinoids, 5f orbitals participate more in bonding.
(ii) Atomic and ionic size:
In lanthanoids, there is a gradual decrease in atomic and ionic sizes from Ce to Lu, known as lanthanoid contraction.
In actinoids, a similar decrease from Th to Lr occurs, called actinoid contraction, which is more pronounced.
(iii) Oxidation state
Lanthanoids mainly show the +3 oxidation state, with +2 and +4 occurring rarely.
Actinoids show a wide range of oxidation states such as +3, +4, +5, +6 and +7.
(iv) Chemical reactivity
Lanthanoids are highly electropositive and readily get oxidized, but their chemical reactivity is quite similar.
Actinoids are more reactive and react readily with air, water and halogens.
4.20
प्रश्न:
निम्नलिखित के संदर्भ में, लैन्थेनाइड एवं ऐक्टिनॉयड के रसायन की तुलना कीजिए।
(i ) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
(ii ) परमाण्वीय एवं आयनिक आकार
(iii) ऑक्सीकरण अवस्था
(iv ) रासायनिक अभिक्रियाशीलता
उत्तर :-
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:
लैन्थेनॉयडों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰/¹ 6s² होता है।
ऐक्टिनॉयडों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Rn] 5f¹–¹⁴ 6d⁰/¹ 7s² होता है।
लैन्थेनॉयडों में 4f कक्षक आंतरिक होते हैं और बंधन में कम भाग लेते हैं, जबकि ऐक्टिनॉयडों में 5f कक्षक अपेक्षाकृत अधिक भाग लेते हैं।
(ii) परमाण्वीय एवं आयनिक आकार:
लैन्थेनॉयडों में Ce से Lu तक परमाण्वीय तथा आयनिक आकार में क्रमिक कमी होती है, जिसे लैन्थेनॉयड आकुंचन कहते हैं।
ऐक्टिनॉयडों में भी Th से Lr तक आकार में कमी होती है, जिसे ऐक्टिनॉयड आकुंचन कहते हैं, जो अपेक्षाकृत अधिक होता है।
(iii) ऑक्सीकरण अवस्था:
लैन्थेनॉयड मुख्यतः +3 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं, जबकि +2 और +4 बहुत कम होते हैं।
ऐक्टिनॉयड अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं, जैसे +3, +4, +5, +6 और +7।
(iv) रासायनिक अभिक्रियाशीलता:
लैन्थेनॉयड अत्यधिक विद्युतधनात्मक होते हैं और आसानी से ऑक्सीकरण हो जाते हैं, परंतु उनकी रासायनिक अभिक्रियाशीलता लगभग समान होती है।
ऐक्टिनॉयड अधिक अभिक्रियाशील होते हैं और वायु, जल तथा हैलोजन के साथ शीघ्र अभिक्रिया करते हैं।
4.21
How would you account for the following:
(i) Of the d⁴ species, Cr²⁺ is strongly reducing while manganese(III) is strongly oxidising.
(ii) Cobalt(II) is stable in aqueous solution but in the presence of complexing reagents it is easily oxidised.
(iii) The d¹ configuration is very unstable in ions.
Answer:
(i) Of the d⁴ species, Cr²⁺ is strongly reducing while manganese(III) is strongly oxidising.
Answer :-
Cr²⁺ readily gets oxidised to the more stable Cr³⁺ (d³) configuration, therefore it acts as a strong reducing agent. Mn³⁺ readily gets reduced to Mn²⁺ which has a stable half-filled d⁵ configuration, hence Mn³⁺ acts as a strong oxidising agent.
(ii) Cobalt(II) is stable in aqueous solution but is easily oxidised in the presence of complexing agents.
Answer:
In aqueous solution, Co²⁺ is stabilised by hydration. In the presence of strong ligands, Co³⁺ forms stable complexes, which makes oxidation of Co²⁺ to Co³⁺ easy.
(iii) d¹ configuration is extremely unstable.
Answer:
d¹ configuration easily changes to either d⁰ or d² configuration to attain greater stability, therefore it is highly unstable.
4.21 आप निम्नलिखित को किस प्रकार से स्पष्ट करेंगे–
(i) d⁴ स्पीशीज़ में से Cr²⁺ प्रबल अपचायक है जबकि मैंगनीज़ (III) प्रबल ऑक्सीकारक है।
(ii) जलीय विलयन में कोबाल्ट (II) स्थायी है परंतु संकुलनकारी अभिकर्मकों की उपस्थिति में यह सरलतापूर्वक ऑक्सीकृत हो जाता है।
(iii) आयनों का d¹ विन्यास अत्यंत अस्थायी है।
उत्तर :-
(i) d⁴ स्पीशीज़ में से Cr²⁺ प्रबल अपचायक है जबकि मैंगनीज़ (III) प्रबल ऑक्सीकारक है।
उत्तर:
Cr²⁺ आयन आसानी से ऑक्सीकरण होकर अधिक स्थिर Cr³⁺ अवस्था में परिवर्तित हो जाता है, इसलिए यह प्रबल अपचायक का कार्य करता है। दूसरी ओर Mn³⁺ आयन आसानी से अपचयन होकर अधिक स्थिर अर्धभरे d⁵ विन्यास वाले Mn²⁺ में परिवर्तित हो जाता है, अतः Mn³⁺ प्रबल ऑक्सीकारक होता है।
(ii) जलीय विलयन में कोबाल्ट (II) स्थायी है परंतु संकुलनकारी अभिकर्मकों की उपस्थिति में यह सरलतापूर्वक ऑक्सीकृत हो जाता है।
उत्तर:
जलीय विलयन में Co²⁺ आयन जलयोजन द्वारा स्थिर हो जाता है। परंतु संकुलनकारी अभिकर्मकों की उपस्थिति में Co³⁺ आयन स्थिर संकुल बनाता है, जिससे Co²⁺ का Co³⁺ में ऑक्सीकरण सरल हो जाता है।
(iii) आयनों का d¹ विन्यास अत्यंत अस्थायी है।
उत्तर:
d¹ विन्यास आसानी से d⁰ या d² विन्यास में परिवर्तित होकर अधिक स्थिर अवस्था प्राप्त कर लेता है, इसलिए d¹ विन्यास अत्यंत अस्थायी होता है।
4.22
Question:
What is meant by ‘disproportionation’? Give two examples of disproportionation reactions in aqueous solution.
Answer:
Disproportionation is a reaction in which the same species is simultaneously oxidised and reduced.
Examples:
2Cu⁺ → Cu²⁺ + Cu
3MnO₄²⁻ + 4H⁺ → 2MnO₄⁻ + MnO₂ + 2H₂O
4.22
प्रश्न:
असमानुपातन से आप क्या समझते हैं? जलीय विलयन में असमानुपातन अभिक्रियाओं के दो उदाहरण दीजिए।
उत्तर:
असमानुपातन वह अभिक्रिया है जिसमें एक ही पदार्थ एक साथ ऑक्सीकरण तथा अपचयन दोनों करता है।
उदाहरण:
2Cu⁺ → Cu²⁺ + Cu
3MnO₄²⁻ + 4H⁺ → 2MnO₄⁻ + MnO₂ + 2H₂O
4.23
Question:
Which metal in the first series of transition metals exhibits +1 oxidation state most frequently and why?
Answer:
Copper most commonly shows +1 oxidation state due to its stable 3d¹⁰ configuration.
4.23
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी में कौन-सी धातु बहुधा तथा क्यों +1 ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाती है ?
उत्तर:
ताँबा (Cu) बहुधा +1 ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाता है क्योंकि Cu⁺ आयन का 3d¹⁰ पूर्ण भरा हुआ विन्यास अत्यंत स्थिर होता है।
4.24
Question:
Calculate the number of unpaired electrons in the following gaseous ions: Mn³⁺, Cr³⁺, V³⁺ and Ti³⁺. Which one of these is the most stable in aqueous solution?
Answer:
Mn³⁺ : 3d⁴ → 4 unpaired electrons
Cr³⁺ : 3d³ → 3 unpaired electrons
V³⁺ : 3d² → 2 unpaired electrons
Ti³⁺ : 3d¹ → 1 unpaired electron
Most stable in aqueous solution: Cr³⁺ (due to stable d³ configuration)
4.24
प्रश्न:
निम्नलिखित गैसीय आयनों में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की गणना कीजिए।
Mn³⁺,Cr³⁺ ,V³⁺ तथा Ti³⁺
इनमें से कौन-सा जलीय विलयन में अतिस्थायी है?
उत्तर:
Mn³⁺ (3d⁴) → 4 अयुगलित इलेक्ट्रॉन
Cr³⁺ (3d³) → 3 अयुगलित इलेक्ट्रॉन
V³⁺ (3d²) → 2 अयुगलित इलेक्ट्रॉन
Ti³⁺ (3d¹) → 1 अयुगलित इलेक्ट्रॉन
जलीय विलयन में Cr³⁺ आयन सर्वाधिक स्थायी होता है क्योंकि इसका d³ विन्यास स्थिर होता है।
4.25
Give examples and suggest reasons for the following features of transition metal chemistry:
(i) The lowest oxide of a transition metal is basic, the highest is amphoteric or acidic.
(ii) A transition metal exhibits highest oxidation state in oxides and fluorides.
(iii) The highest oxidation state is exhibited in oxoanions of a metal.
Answer:
(i) The lowest oxide of a transition metal is basic, the highest is amphoteric or acidic.
Answer :-
At low oxidation states, metallic character dominates making oxides basic, while at high oxidation states covalent character increases making oxides acidic or amphoteric.
Example: MnO is basic, Mn₂O₇ is acidic.
(ii) The highest oxidation state of a transition metal is shown in oxides and fluorides.
Answer:
Oxygen and fluorine are highly electronegative and stabilise very high oxidation states.
Example: Mn in Mn₂O₇ (+7), Cr in CrO₃ (+6).
(iii) Highest oxidation state is shown in oxo-anions of metals.
Answer:
Oxo-anions contain metal–oxygen multiple bonds which stabilise high oxidation states.
Example: MnO₄⁻, CrO₄²⁻.
4.25 उदाहरण देते हुए संक्रमण धातुओं के रसायन के निम्नलिखित अमिलक्षणों का कारण बताइए -
(i) संक्रमण धातु का निम्नतम ऑक्साइड क्षारकीय है, जबकि उच्चतम ऑक्साइड उभयधर्मी अम्लीय है।
(ii) संक्रमण धातु की उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था ऑक्साइडों तथा फ्लुओराइडों में प्रदर्शित होती है।
(iii) धातु के ऑक्सोऋणायनों में उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित होती है।
उत्तर :-
(i) संक्रमण धातु का निम्नतम ऑक्साइड क्षारकीय है, जबकि उच्चतम ऑक्साइड उभयधर्मी अम्लीय है।
उत्तर:
निम्न ऑक्सीकरण अवस्था में धात्विक गुण अधिक होने के कारण ऑक्साइड क्षारकीय होते हैं, जबकि उच्च ऑक्सीकरण अवस्था में सहसंयोजक गुण बढ़ने से ऑक्साइड अम्लीय या उभयधर्मी हो जाते हैं।
उदाहरण: MnO क्षारकीय तथा Mn₂O₇ अम्लीय है।
(ii) संक्रमण धातु की उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था ऑक्साइडों तथा फ्लुओराइडों में प्रदर्शित होती है।
उत्तर:
ऑक्सीजन और फ्लोरीन अत्यधिक विद्युतऋणात्मक होते हैं तथा उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं को स्थिर कर सकते हैं।
उदाहरण: Mn₂O₇, CrO₃।
(iii) धातु के ऑक्सोऋणायनों में उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित होती है।
उत्तर:
ऑक्सोऋणायनों में धातु–ऑक्सीजन के प्रबल बंध उच्च ऑक्सीकरण अवस्था को स्थिर कर देते हैं।
उदाहरण: MnO₄⁻, CrO₄²⁻।
4.26
Question:
Indicate the steps in the preparation of:
(i) K₂Cr₂O₇ from chromite ore.
(ii) KMnO₄ from pyrolusite ore.
Answer:
Chromite ore is fused with Na₂CO₃ and air to form sodium chromate, which is acidified to sodium dichromate and then treated with KCl to obtain potassium dichromate.
(ii) KMnO₄ from pyrolusite
Answer:
Pyrolusite (MnO₂) is fused with KOH and an oxidising agent to form potassium manganate, which is oxidised to potassium permanganate.
4.26
प्रश्न:
निम्नलिखित को बनाने के लिए विभिन्न पदों का उल्लेख कीजिए।
(i) क्रोमाइट अयस्क से K₂Cr₂O₇
(ii) पाइरोलुसाइट से KMnO₄
उत्तर :-
(i) क्रोमाइट अयस्क से K₂Cr₂O₇
उत्तर:
क्रोमाइट अयस्क को Na₂CO₃ तथा वायु के साथ गलाकर सोडियम क्रोमेट बनाया जाता है। इसके अम्लीकरण से सोडियम डाइक्रोमेट बनता है, जिसे KCl से अभिक्रिया कराकर पोटैशियम डाइक्रोमेट प्राप्त किया जाता है।
(ii) पाइरोलुसाइट से KMnO₄
उत्तर:
पाइरोलुसाइट (MnO₂) को KOH तथा ऑक्सीकारक के साथ गलाकर पोटैशियम मैंगनेट बनाया जाता है, जिसे आगे ऑक्सीकरण करके पोटैशियम परमैंगनेट प्राप्त किया जाता है।
4.27
Question:
What are alloys? Name an important alloy which contains some of the lanthanoid metals. Mention its uses.
Answer:
Alloys are homogeneous mixtures of metals or metals with non-metals.
A major alloy containing lanthanoid metals is mischmetal.
It mainly consists of cerium (Ce), lanthanum (La), neodymium (Nd) and a small amount of iron (Fe).
Uses of mischmetal:
1. Used in cigarette lighters for producing sparks
2. Used as a deoxidizer in steel manufacture
3. Used to improve the strength of magnesium alloys
4.27
प्रश्न:
मिश्रातुएँ क्या हैं? लैन्थेनॉयड धातुओं से युक्त एक प्रमुख मिश्रातु का उल्लेख कीजिए तथा इसके उपयोग भी बताइए।
उत्तर:
मिश्रातु दो या दो से अधिक धातुओं या धातु-अधातु का समांगी मिश्रण होता है।
लैन्थेनॉयड धातुओं से युक्त एक प्रमुख मिश्रातु मिश्मेटल (Mischmetal) है।
यह मुख्यतः सेरियम (Ce), लैन्थेनम (La), नियोडिमियम (Nd) तथा थोड़ी मात्रा में लौह (Fe) से बना होता है।
मिश्मेटल के उपयोग:
1. सिगरेट लाइटर में चिंगारी उत्पन्न करने के लिए
2. स्टील के निर्माण में डी-ऑक्सीडाइज़र के रूप में
3. मैग्नीशियम मिश्रातुओं की मजबूती बढ़ाने के लिए
4.28
Question:
What are inner transition elements? Decide which of the following atomic numbers are the atomic numbers of the inner transition elements: 29, 59, 74, 95, 102, 104.
Answer:
Inner transition elements are elements in which f-orbitals are progressively filled.
Inner transition elements:
59 (Pm), 95 (Am), 102 (No)
4.28
प्रश्न:
आंतरिक संक्रमण तत्व क्या हैं? बताइए कि निम्नलिखित में कौन-से परमाणु क्रमांक आंतरिक संक्रमण तत्वों के हैं -
29,59,74,95,102,104
उत्तर:
वे तत्व जिनमें f-कक्षकों का क्रमिक भराव होता है, आंतरिक संक्रमण तत्व कहलाते हैं।
आंतरिक संक्रमण तत्वों के परमाणु क्रमांक:
59, 95, 102
4.29
Question:
The chemistry of the actinoid elements is not so smooth as that of the lanthanoids. Justify this statement by giving some examples from the oxidation states of these elements.
Answer:
Actinoids show a wide range of oxidation states (+3 to +6) due to comparable energies of 5f, 6d and 7s orbitals, whereas lanthanoids mainly show +3 oxidation state. Hence, actinoid chemistry is less regular.
4.29
प्रश्न:
ऐक्टिनॉयड तत्वों का रसायन उतना नियमित नहीं है जितना कि लैन्थेनॉयड तत्वों का रसायन । इन तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्थाओं के आधार पर इस कथन का आधार प्रस्तुत कीजिए ।
उत्तर:
ऐक्टिनॉयड तत्व +3 से +6 तक अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाते हैं क्योंकि 5f, 6d तथा 7s कक्षकों की ऊर्जा लगभग समान होती है। इसके विपरीत लैन्थेनॉयड तत्व मुख्यतः +3 अवस्था दर्शाते हैं। इसलिए ऐक्टिनॉयडों का रसायन कम नियमित होता है।
4.30
Question:
Which is the last element in the series of the actinoids? Write the electronic configuration of this element. Comment on the possible oxidation state of this element.
Answer:
The last actinoid element is Lawrencium (Lr, Z = 103).
Electronic configuration:
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹ 7s²
Oxidation states:
Lawrencium mainly shows +3 oxidation state.
4.30
प्रश्न:
ऐक्टिनॉयड श्रेणी का अंतिम तत्व कौन-सा है? इस तत्व का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए । इस तत्व की संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाओं पर टिप्पणी कीजिए।
उत्तर:
ऐक्टिनॉयड श्रेणी का अंतिम तत्व लॉरेन्सियम (Lr, Z = 103) है।
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹ 7s²
ऑक्सीकरण अवस्था:
लॉरेन्सियम सामान्यतः +3 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है।
4.31
Question:
Use Hund’s rule to derive the electronic configuration of Ce³⁺ ion, and calculate its magnetic moment on the basis of ‘spin-only’ formula.
Answer:
Atomic number of Ce = 58
Electronic configuration of Ce:
Ce : [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
Ce³⁺ ion is formed by the removal of three electrons, therefore:
Ce³⁺ : [Xe] 4f¹
According to Hund’s rule, the 4f¹ configuration contains one unpaired electron.
Spin-only magnetic moment formula:
μ = √[n(n + 2)] BM
Where n = number of unpaired electrons = 1
μ = √[1(1 + 2)] = √3 = 1.73 BM
4.31
प्रश्न:
हुंड-नियम के आधार पर Ce³⁺ आयन के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को व्युत्पन्न कीजिए तथा ‘प्रचक्रण मात्र सूत्र’ के आधार पर इसके चुंबकीय आघूर्ण की गणना कीजिए।
उत्तर:
Ce (Z = 58) का मूल इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
Ce : [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
Ce³⁺ आयन में तीन इलेक्ट्रॉन निकल जाते हैं, अतः
Ce³⁺ : [Xe] 4f¹
हुंड-नियम के अनुसार 4f¹ में 1 अयुगलित इलेक्ट्रॉन होता है।
प्रचक्रण मात्र सूत्र:
μ = √[n(n + 2)] BM
जहाँ n = अयुगलित इलेक्ट्रॉनों की संख्या = 1
μ = √[1(1 + 2)] = √3 = 1.73 BM
4.32
Question:
Name the members of the lanthanoid series which exhibit +4 oxidation states and those which exhibit +2 oxidation states. Try to correlate this type of behaviour with the electronic configurations of these elements.
Answer:
Lanthanoids showing +4 oxidation state:
Ce, Pr, Tb
Lanthanoids showing +2 oxidation state:
Eu, Yb, Sm
This behavior is related to the stability of electronic configurations.
Eu²⁺ has 4f⁷ (half-filled) and Yb²⁺ has 4f¹⁴ (completely filled) configurations, which are highly stable.
Ce⁴⁺ has a stable 4f⁰ configuration, hence it shows +4 oxidation state.
4.32
प्रश्न:
लैन्थेनॉयड श्रेणी के उन सभी तत्वों का उल्लेख कीजिए जो +4 तथा जो +2 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाते हैं। इस प्रकार के व्यवहार तथा उनके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के बीच संबंध स्थापित कीजिए।
उत्तर:
+4 ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाने वाले लैन्थेनॉयड:
Ce, Pr, Tb
+2 ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाने वाले लैन्थेनॉयड:
Eu, Yb, Sm
यह व्यवहार स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण होता है।
Eu²⁺ में 4f⁷ (अर्धभरा) तथा Yb²⁺ में 4f¹⁴ (पूर्ण भरा) विन्यास होता है, जो अधिक स्थिर होता है।
Ce⁴⁺ में 4f⁰ विन्यास स्थिर होता है, इसलिए यह +4 अवस्था दर्शाता है।
4.33
Question:
Compare the chemistry of the actinoids with that of lanthanoids with reference to:
(i) electronic configuration
(ii) oxidation states and
(iii) chemical reactivity.
Answer:
(i) Electronic configuration:
The general electronic configuration of lanthanoids is
[Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰/¹ 6s².
The general electronic configuration of actinoids is
[Rn] 5f¹–¹⁴ 6d⁰/¹ 7s².
In lanthanoids, 4f orbitals are inner and take little part in bonding, whereas in actinoids, 5f orbitals participate more in bonding.
(ii) Oxidation states:
Lanthanoids mainly exhibit the +3 oxidation state.
The +2 and +4 states are less common.
Actinoids show a wide range of oxidation states such as +3, +4, +5, +6 and +7.
(iii) Chemical reactivity:
Lanthanoids are highly electropositive and readily oxidized in air, but their chemical reactivity is quite similar.
Actinoids are more reactive and react readily with air, water and halogens.
4.33
प्रश्न:
निम्नलिखित के संदर्भ में ऐक्टिनॉयड श्रेणी के तत्वों तथा लैन्थेनॉयड श्रेणी के तत्वों के रसायन की तुलना कीजिए।
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
(ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
(iii) रासायनिक अभिक्रियाशीलता
उत्तर :-
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
उत्तर:
लैन्थेनॉयडों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
[Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰/¹ 6s² होता है।
ऐक्टिनॉयडों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
[Rn] 5f¹–¹⁴ 6d⁰/¹ 7s² होता है।
लैन्थेनॉयडों में 4f कक्षक आंतरिक होते हैं और बंधन में कम भाग लेते हैं, जबकि ऐक्टिनॉयडों में 5f कक्षक अधिक भाग लेते हैं।
(ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
उत्तर:
लैन्थेनॉयड मुख्यतः +3 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं।
+2 और +4 अवस्थाएँ बहुत कम पाई जाती हैं।
ऐक्टिनॉयड अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं, जैसे +3, +4, +5, +6 और +7।
(iii) रासायनिक अभिक्रियाशीलता
उत्तर:
लैन्थेनॉयड अत्यधिक विद्युतधनात्मक होते हैं और वायु में शीघ्र ऑक्सीकरण हो जाते हैं, लेकिन उनकी रासायनिक अभिक्रियाशीलता लगभग समान होती है।
ऐक्टिनॉयड अधिक अभिक्रियाशील होते हैं और वायु, जल तथा हैलोजनों के साथ तीव्रता से अभिक्रिया करते हैं।
4.34
Question:
Write the electronic configurations of the elements with the atomic numbers 61, 91, 101, and 109.
Answer:
Z = 61 (Pm): [Xe] 4f⁵ 6s²
Z = 91 (Pa): [Rn] 5f² 6d¹ 7s²
Z = 101 (Md): [Rn] 5f¹³ 7s²
Z = 109 (Mt): [Rn] 5f¹⁴ 6d⁷ 7s²
4.34
प्रश्न:
61, 91, 101 तथा 109 परमाणु क्रमांक वाले तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए।
उत्तर:
Z = 61 (Pm): [Xe] 4f⁵ 6s²
Z = 91 (Pa): [Rn] 5f² 6d¹ 7s²
Z = 101 (Md): [Rn] 5f¹³ 7s²
Z = 109 (Mt): [Rn] 5f¹⁴ 6d⁷ 7s²
4.35
Question:
Compare the general characteristics of the first series of the transition metals with those of the second and third series metals in the respective vertical columns. Give special emphasis on the following points:
(i) electronic configurations
(ii) oxidation states
(iii) ionisation enthalpies and
(iv) atomic sizes.
Answer:
(i) Electronic configuration:
In the first transition series, the (n−1)d orbitals are 3d.
In the second and third transition series, they are 4d and 5d respectively.
Elements of the same group have similar outer electronic configurations, but the size and extent of d-orbitals increase down the group.
(ii) Oxidation states:
Corresponding elements of all three series show similar oxidation states.
However, higher oxidation states are more stable in the second and third transition series due to greater participation of 4d and 5d orbitals in bonding.
(iii) Ionisation enthalpy:
Ionisation enthalpy generally increases from the first to the second and third transition series.
This is due to increased nuclear charge and the effect of lanthanoid contraction.
(iv) Atomic size:
Atomic size increases from the first to the second transition series.
However, elements of the second and third transition series have nearly similar atomic sizes due to lanthanoid contraction reducing the size of the third series elements.
4.35
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्वों के अभिलक्षणों की द्वितीय एवं तृतीय श्रेणी के वर्गो के संगत तत्वों से क्षैतिज वर्गों में तुलना कीजिए। निम्नलिखित बिंदुओं पर विशेष महत्व दीजिए -
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
(ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
(iii) आयनन एन्थैल्पी
(iv) परमाण्वीय आकार
उत्तर:
(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्वों में (n−1)d कक्षक 3d होता है।
द्वितीय संक्रमण श्रेणी में 4d तथा तृतीय संक्रमण श्रेणी में 5d कक्षक होते हैं।
तीनों श्रेणियों में समान वर्ग के तत्वों का बाह्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास समान होता है, परंतु d-कक्षकों का आकार और विस्तार नीचे की ओर बढ़ता है।
(ii) ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्वों में (n−1)d कक्षक 3d होता है।
द्वितीय संक्रमण श्रेणी में 4d तथा तृतीय संक्रमण श्रेणी में 5d कक्षक होते हैं।
तीनों श्रेणियों में समान वर्ग के तत्वों का बाह्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास समान होता है, परंतु d-कक्षकों का आकार और विस्तार नीचे की ओर बढ़ता है।
(iii) आयनन एन्थैल्पी:
तीनों श्रेणियों के संगत तत्व समान प्रकार की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं।
हालाँकि, द्वितीय और तृतीय श्रेणी के तत्वों में उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ अधिक स्थायी होती हैं, क्योंकि 4d और 5d कक्षक अधिक विस्तृत होते हैं।
(iv) परमाण्वीय आकार:
प्रथम संक्रमण श्रेणी से द्वितीय और तृतीय श्रेणी की ओर जाने पर आयनन एन्थैल्पी सामान्यतः बढ़ती है।
यह नाभिकीय आवेश के बढ़ने और लैन्थेनॉयड आकुंचन के कारण होता है।
4.36
Question:
Write down the number of 3d electrons in each of the following ions: Ti²⁺, V²⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺ and Cu²⁺. Indicate how would you expect the five 3d orbitals to be occupied for these hydrated ions (octahedral).
Answer:
Ti²⁺ → 3d²
V²⁺ → 3d³
Cr³⁺ → 3d³
Mn²⁺ → 3d⁵
Fe²⁺ → 3d⁶
Fe³⁺ → 3d⁵
Co²⁺ → 3d⁷
Ni²⁺ → 3d⁸
Cu²⁺ → 3d⁹
In octahedral hydrated ions, the five 3d orbitals split into t₂g and e_g sets.
Electrons first occupy the lower energy t₂g orbitals.
4.36
प्रश्न:
निम्नलिखित आयनों में प्रत्येक के लिए 3d इलेक्ट्रॉनों की संख्या लिखिए -
Ti²⁺ ,V²⁺ ,Cr³⁺ ,Mn²⁺ ,Fe²⁺ ,Fe³⁺ ,Co²⁺ ,Ni²⁺ ,Cu²⁺
आप इन जलयोजित आयनों (अष्टफलकीय ) में पाँच 3d कक्षकों को किस प्रकार अधिग्रहीत करेंगे ? दर्शाइए ।
उत्तर:
Ti²⁺ → 3d²
V²⁺ → 3d³
Cr³⁺ → 3d³
Mn²⁺ → 3d⁵
Fe²⁺ → 3d⁶
Fe³⁺ → 3d⁵
Co²⁺ → 3d⁷
Ni²⁺ → 3d⁸
Cu²⁺ → 3d⁹
अष्टफलकीय क्षेत्र में पाँच 3d कक्षक t₂g तथा e_g में विभाजित होते हैं और इलेक्ट्रॉन पहले t₂g में भरते हैं।
4.37
Question:
Comment on the statement that elements of the first transition series possess many properties different from those of heavier transition elements.
Answer:
Elements of the first transition series have smaller atomic size, less stable oxidation states and weaker tendency to form complexes compared to heavier transition elements, which show higher oxidation states, greater stability and stronger complex formation.
4.37
प्रश्न:
प्रथम संक्रमण श्रेणी के तत्व भारी संक्रमण तत्वों के अनेक गुणों से भिन्नता प्रदर्शित करते हैं। टिप्पणी कीजिए।
उत्तर:
प्रथम संक्रमण श्रेणी में परमाणु आकार छोटा, ऑक्सीकरण अवस्थाएँ कम स्थिर तथा जटिल संकुलों की प्रवृत्ति कम होती है, जबकि भारी संक्रमण तत्व उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ, अधिक स्थिर संकुल तथा अधिक धात्विक गुण दर्शाते हैं।
4.38
Question:
What can be inferred from the magnetic moment values of the following complex species?
Example
K₄[Mn(CN)₆]
[Fe(H₂O)₆]²⁺
K₂[MnCl₄]
Magnetic Moment (BM)
2.2
5.3
5.9
Answer:
K₄[Mn(CN)₆] (2.2 BM):
It is a low-spin complex because CN⁻ is a strong field ligand.
[Fe(H₂O)₆]²⁺ (5.3 BM):
It is a high-spin complex because H₂O is a weak field ligand.
K₂[MnCl₄] (5.9 BM):
It is also a high-spin complex since Cl⁻ is a weak field ligand.
4.38
प्रश्न:
निम्नलिखित संकुल स्पीशीज़ के चुंबकीय आघूर्णों के मान से आप क्या निष्कर्ष निकालेंगे ?
उदाहरण
K₄[Mn(CN)₆]
[Fe(H₂O)₆]²⁺
K₂[MnCl₄]
चुम्बकीय आघूर्ण (BM)
2.2
5.3
5.9
उत्तर:
K₄[Mn(CN)₆] (2.2 BM):
यह निम्न-स्पिन संकुल है, क्योंकि CN⁻ प्रबल लिगैण्ड है।
[Fe(H₂O)₆]²⁺ (5.3 BM):
यह उच्च-स्पिन संकुल है क्योंकि H₂O कमजोर लिगैण्ड है।
K₂[MnCl₄] (5.9 BM):
यह भी उच्च-स्पिन संकुल है क्योंकि Cl⁻ कमजोर लिगैण्ड है।
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