सीरियम (IV) यौगिक नोट्स cerium in hindi सीरियम +4 ऑक्सीकरण अवस्था , सीरिक हेलाइड किसे कहते हैं

जाने cerium in hindi सीरियम (IV) यौगिक नोट्स सीरियम के + 4 ऑक्सीकरण अवस्था , सीरिक हेलाइड किसे कहते हैं  ?

सीरियम (IV) यौगिक : सीरियम के + 4 ऑक्सीकरण अवस्था में कई यौगिक स्थायी होते हैं। ये यौगिक सीरियम (III) यौगिकों के जलीय विलयन के ऑक्सीकरण से बनते हैं। चूँकि Ce³⁺ आयन के ऑक्सीकरण से आवेश में वृद्धि तथा आकार में कमी होती है, Ce⁴⁺ आयन की ध्रुवण क्षमता इतनी अधिक होती है कि यह जल अणुओं को आकर्षित करके [Ce(H₂O)₄]⁴⁺ बनाता है।

यह आयन एक प्रबल अम्ल होता है तथा केवल बहुत निम्न pH वाले जलीय विलयन के अतिरिक्त इसका हाइड्रॉक्साइड तथा प्रोटॉन में जलअपघटन हो जाता है।

Ce⁴⁺ + – 4H₂O- → Ce(OH)₄ + 4H+

सामान्य जलयोजित सीरिक आयन MnO₄ – से भी प्रबल ऑक्सीकारक होता है। सल्फेट एवं नाइट्रेट आयनों के विलयन में सीरिक आयन अधिकांशतः ऋणायन के साथ संकुलित हो जाता है तदुपरान्त यह प्रबल ऑक्सीकारक की भाँति कार्य करता है। इसी कारण सीरियम (IV) यौगिक वैश्लेषिक रसायन (analytical chemistry) में उपयोगी अभिकर्मक हैं। यद्यपि सीरियम (IV) के अनेकों यौगिक विलयन में स्थायी होते हैं, मात्र कुछ ही यौगिकों को ठोस अवस्था में प्राप्त कर पाना संभव हुआ है।

(i) सीरिक ऑक्साइड, CeO₂ : सीरियम धातु को ऑक्सीजन में जलाकर सीरिक ऑक्साइड बनाया जाता है-

Ce+O₂ → CeO₂

सीरस ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड, कार्बोनेट अथवा नाइट्रेट को ऑक्सीजन अथवा वायु की उपस्थिति में गर्म करके भी इसे बनाया जा सकता है-

2Ce₂O₃+O₂ →4CeO₂

4Ce (OH)₃ + O₂ → 4CeO₂ + 6H₂O

2Ce₂(CO₃)₃ + O₂ → 4CeO₂ + 6CO₂

2Ce(NO₃)₃ + O₂ ⇒ 2CeO₂ + 6NO2 + 2O ₂

सीरिक ऑक्साइड हलका पीलापन लिये सफेद पाउडर होता है। गर्म करने पर यह लेमन पीला हो जाता है। यह अत्यधिक स्थायी यौगिक है जिसका गलनांक 1500°C से अधिक होता है। उपर्युक्त विधियों से बनाया गया सीरिक ऑक्साइड एक सक्रिय पदार्थ है जिसका घनत्व काफी अधिक (7.2 g/ml) होता है। यह HCI तथा HNO₃ में अविलेय है परन्तु सान्द्र H₂SO₄ इसे सल्फेट में परिवर्तित कर विलेय कर लेता है :

CeO₂ + 2H₂SO₄ (सान्द्र) → Ce(SO₄)₂ + 2H₂O

यदि H₂SO₄ की सान्द्रता मध्यम है तो सीरस सल्फेट बनता है-

2CeO₂ + 3H₂SO₄ → Ce₂(SO₄)₃ + 3H₂O+  1/2 O₂

जब इसको अत्यधिक ताप पर गर्म किया जाता है तो मिश्रित ऑक्साइड, Ce₄O₇ (Ce₂O₃.2CeO₂) बनता है जो वायु में गर्म करने पर पुनः CeO₂ में बदल जाता है।

(ii) सीरिक हाइड्रॉक्साइड, Ce (OH)₄ or CeO ₂. nH₂O : यह सीरिक सल्फेट अथवा सीरिक क्लोराइड के HCI विलयन में NH₄OH अथवा NaOH मिलाने से प्राप्त होता है-

Ce(SO₄)₂ + 4NH₄OH  → Ce(OH)₄ + 2(NH₄)₂SO₄

यह सीरस लवणों की उदासीन माध्यम में ऑक्सीकारक अभिकर्मकों से क्रिया कराने पर भी बनाया जा सकता है-

6Ce(NO₃)₃ + KBrO₃ + (n+9)H₂ O → 6CeO₂. nH₂O + KBr + 18HNO₃

यह पीले रंग का जिलेटिनी पदार्थ है जो आसानी से अम्लों में घुल जाता है। Na₂O अथवा NaOH के साथ संगलित (fuse) करने पर सोडियम सीरेट बनता है-

CeO₂ + Na₂O  → Na₂CeO₃

CeO₂ + 2NaOH → Na₂CeO₃ + H₂O

(iii) सीरिक हेलाइड : सीरियम का + 4 ऑक्सीकरण अवस्था में केवल फ्लुओराइड CeF₄ ही स्थायी हेलाइड है। इसे सीरियम तथा फ्लुओरीन की सीधे अभिक्रिया से बनाया जा सकता है-

Ce + 2F₂ → CeF ₄

Ce⁴⁺ आयनों के जलीय विलयन की F- आयनों से अभिक्रिया कराने पर भी, CeF ₄, बनता है-

Ce⁴⁺ + 4F → CeF ₄

इसे CeF₃ अथवा CeCl₃ की फ्लुओरीन से अभिक्रिया द्वारा भी बनाया जा सकता है-

2CeF₃ + F₂ → 2CeF₄

2CeCl₃ + 4F₂ → 2CeF₄ + 3Cl₂

यह सफेद रंग का जल में अविलेय ठोस पदार्थ है।

इसको निर्वात में 400°C तक बिना किसी परिवर्तन के गर्म किया जा सकता है। परन्तु, जब इसे हाइड्रोजन की उपस्थिति में गर्म करते हैं तो इसका अपचयन हो जाता है :

CeF₄ + H₂ → 2CeF₃ + 2HF

सीरिक टेट्राक्लोराइड, CeCl₄, को पृथक नहीं किया जा सकता क्योंकि क्लोराइड आयन आसानी सेक्लोरीन में ऑक्सीकृत हो जाता है। अतः सीरिक ऑक्साइड HCI से क्रिया करके सीरस ऑक्साइड एवं क्लोरीन गैस बनता है:

2CeO₂ +8HCI ~→ 2CeCl₃ + Cl₂ + 4H₂O

(iv) सीरिक सल्फेट [Ce(SO₄ )₂] : सीरिक ऑक्साइड की सान्द्र H₂SO₄ के साथ अभिक्रिया द्वारा सीरिक सल्फेट बनाया जाता है।

–

CeO₂ + 2H₂SO₄ → Ce(SO₄)₂ + 2H₂O

CeO₂ को KHSO₄ के साथ संगलित करके भी इसे प्राप्त किया जा सकता है-

4KHSO₄ + CeO₂ →  2K₂SO₄ + Ce(SO₄)₂ + 2H₂O

सीरिक सल्फेट एक गहरे पीले रंग का क्रिस्टलित पाउडर है जो H₂SO₄ में अविलेय होता है। जल में घुलकर यह पीले रंग का विलयन बनाता है।

जब सीरिक सल्फेट के ताजा बने विलयन में H₂ SO₄ मिलाया जाता है तो इसका रंग गहरा लाल हो जाता है। यह एक संकुल अम्ल, H₄ [Ce(SO₄)₄], बनने के कारण होता है। सीरिक सल्फेट के द्विक लवण, सीरिक अमोनियम सल्फेट में Ce ^{4 +} तथा SO ₄ ^{2 –} आयन के स्थान पर [Ce (SO₄)₄]+ आयन उपस्थित होता है। अतः सीरिक अमोनियम सल्फेट का उचित नाम अमोनियम टेट्रासल्फेटोसीरेट (IV) है ।

2(NH₄)₂SO₄.Ce(SO₄)₂ 2H₂O

सीरिक अमोनियम सल्फेट

(NH₄)₄[Ce(SO₄)₄].2H₂O अमोनियम टेट्रासल्फेटोसीरेट (IV)

विलयन से जलयोजित क्रिस्टल प्राप्त होते हैं जिनमें जल अणुओं की संख्या बदलती रहती है। क्रिस्टलित जल अणुओं की संख्या क्रिस्टलीकरण के तापक्रम पर निर्भर करती है । उदाहरण के लिए, 42.5°C के ऊपर क्रिस्टलीकरण होने पर इसका संघटन Ce (SO ₄ ) ₂.4H₂O होता है जबकि 42.3–43°C के मध्य Ce(SO₄)₂.8H₂O तथा 3°C के नीचे Ce(SO _{4 ) 2}. 12H₂O प्राप्त होता है। जब सीरिक सल्फेट का जलीय विलयन तनु किया जाता है तो इसका जलअपघटन होकर अल्पविलेय बेसिक लवण अवक्षेपित हो जाता है

सीरिक सल्फेट एक प्रबल ऑक्सीकारक पदार्थ है जो नाइट्राइट को नाइट्रेट, थायोसल्फेट को टेट्राथायोनेट तथा ऑक्सेलिक अम्ल को कार्बन डाईऑक्साइड में ऑक्सीकृत कर देता है :

2Ce(SO₄)₂ + H₂C₂O₄  → Ce₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ + 2CO₂

4Ce(SO₄)₂ + 4NH₂. NH₂ → 2Ce₂(SO₄)₃ + 2(NH₄)₂SO₄ + 2N₂

(v) बेसिक सीरिक नाइट्रेट (Basic ceric nitrate) [Ce (NO3)3(OH)]: सामान्य सीरिक नाइट्रेट ठोस अवस्था में ज्ञात नहीं है। बेसिक सीरिक नाइट्रेट को सीरिक हाइड्रॉक्साइड पर सान्द्र नाइट्रिक अम्ल की अभिक्रिया से बनाया जाता हैं। विलयन के वाष्पन से ठोस बेसिक सीरिक नाइट्रेट प्राप्त होता है।

CeO₂xH₂O + 4HNO₃ ->> • Ce(NO₃)₄ + (x + 2)H₂O

यह एक पीला क्रिस्टलित पदार्थ है इसका जलीय विलयन जलअपघटन के कारण अम्लीय होता है। इसके पीले जलीय विलयन में जब HNO₃ क्षारीय धातु नाइट्रेट मिला है तो इसका

रंग गहरा हो जाता है तथा M_1/2 CE(NO₃)₆] संघटन वाला लाल रंग का स्टिलित व पृथक जाता है। द्विसयोजी धातुओं के साथ M¹¹ [Ce(NO₃)₆ ] 8H₂ O लवण प्राप्त होता है इन दि [Ce(NO₃)₆ [P]^2- आयन होता है। अत इसके सुपरिचित द्विलयण सीरिक अमोनियम नाइट्रेट को हेक्सानाइट्रोसीरेट(IV), (NH₄)₂ [Ca(NO₃)₆] नाम दिया जाता है।

4.12 अनुप्रयोग

लैन्थेनाइड यौगिक हमारे जीवन में अत्यधिक उपयोगों है। जैसा कि पूर्व में बताया जा चुका है सीरिक अमोनियम नाइट्रेट तथा सीरिक अमोनियम सल्फेट प्रबल ऑक्सीकारक होने के कारण ऑक्सीकरण अपचयन अनुमापन में प्रयोगशाला में काम में लिये जाते हैं। सीरिक अमोनियम सल्फेट इतना स्थायी है कि एक बार तैयार करने के पश्चात् इसे लम्बे समय तक काम में लिया जा सकता है। यह ऐल्डिहाइड, कीटोन, टॉलुईन आदि कार्बनिक यौगिकों का मात्रात्मक रूप में ऑक्सीकरण कर देता है। इसके अतिरिक्त फैरस लवण फेरिक में क्लोराइड क्लोरीन में तथा ऑक्सलिक अम्ल कार्बन डाईऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाते हैं।

लैन्थेनाइड ऑक्साइडों की पराबैंगनी विकिरणों को अवशोषित कर सकने के कारण धूप के चश्में तथा वेल्डिंग के समय आखों की रक्षा के लिए गहरे रंग के काँच के चश्में लैन्थेनाइड ऑक्साइड डालकर बनाये जाते हैं। रंग-रोगन के निर्माण तथा वस्त्र एवं चमडा उद्योग के क्षेत्र में भी लैन्थेनाइड यौगिकों का उपयोग किया जाता है। बीमारी से फसलों की रक्षा हेतु औषधि के रूप में अनुप्रयोग के अतिरिक्त लैन्थेनाइड यौगिकों को हाइड्रोजनीकरण, विहाइड्रोजनीकरण आदि प्रक्रमों में उत्प्रेरक की रूप में काम में लिया जाता है।

प्रश्नावली (Exercises)

(A) अतिलघुत्तरात्मक प्रश्न (Very Short Answer Type Questions)

1. गैडोलिनियम तथा प्रोटेक्टिनियम तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए।

Write electronic configuration of gadolinium and protactinium elements

2. लैन्थेनाइड से क्या तात्पर्य है ।

What is meant by lanthanides.

3. लैन्थेनाइड की सर्वाधिक सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था कौनसी है, समझाइए ।

Which is the most common oxidation state of lanthanides ? Explain

4. लैन्थेनाइड तत्व प्रकृति में किस रूप में मिलते हैं ?

How do lanthanide elements occur in nature?

5. 5. गैडोलिनियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए ।

Write electronic configuration of gadolinium

6. रेडियोधर्मी लैन्थेनाइड का संकेत तथा विन्यास लिखिए ।

Give symbol and configuration of the radioactive lanthanide.

7. लैन्थेनाइडों को आंतरिक संक्रमण तत्व क्यों कहते हैं ?

Why are lanthanides called innertransition elements?

8. Dy³⁺ से Gd³⁺ कम अनुचुम्बकीय अभिलक्षण दर्शाता हैं, क्यों?

Gd³⁺ shows less paramagnetic characteristic than Dy ^{3 +}, why ?

9. कुछ लैन्थेनाइड अपनी सामान्य + 3 ऑक्सीकरण अवस्था के अतिरिक्त + 2 व + 4 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ भी प्रदर्शित करते हैं, क्यों?

A few lanthanides show +2 and + 4 oxidation states in addition to the characteristic oxidation state + 3, why ?

10. परमाण्वीय संख्या 64 वाले तत्व का प्रतीक व इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए ।

Write symbol and electronic configuration of the element with atomic number 64.

11. प्रकृति में उपलब्ध सबसे भारी तत्व का नाम लिखिए ।

Name the heaviest element available in nature.

12. लैन्थेनाइडों के Lnt+ व Ln ²⁺ आयन Ln ^{3 +} आयनों से कम स्थायी हैं, समझाइये।

For Lanthanides Lnt and Ln ^{2 +} ions are less stable than Ln ³⁺ ions, explain.

13. लैन्थेनाइडों को आवर्त सारणी में अलग दर्शाया गया है, समझाइये |

Lanthanides are placed separately in periodic table explain.

(B) लघुत्तरात्मक प्रश्न ( Short Answer Type Questions)

1. आवर्त सारणी में तत्वों के किसी समूह में इतनी अधिक समानता देखने को नहीं मिलती जितनी लैन्थेनाइड तत्वों में पाई जाती है, समझाइये |

No group of elements in the periodic table exhibits as much close resemblance as is observed in case of lanthanides, explain.

2. लैन्थेनाइड तथा ऐक्टीनाइड का तुलनात्मक अध्ययन कीजिए ।

Give comparative study of lanthanides and actinides.

3. त्रिसंयोजी लैन्थेनाइड आयनों के चुम्बकीय आघूर्ण आरेख द्विनोडी होता है, समझाइये ।

Magnetic moment graph of trivalent ions is binodal. Explain.

4. लैन्थेनाइडों में संकर यौगिक बनाने की प्रवृति कम होती है, क्यों? समझाइये।

Explain why lanthanides have less tendency of complex compounds formation.

5. लैन्थेनाइड तत्वों के बाद के तत्वों के असंगत व्यवहार का वर्णन कीजिए ।

Describe anomalous behaviour of post-lanthanide elements.

6. समझाइये-

(i) त्रिसंयोजी लैन्थेनाइड आयनों (Ln³⁺ ) का चुम्बकीय आघूर्ण आरेख द्विनोडी है

Magnetic moment graph of trivalent lanthanide ions (Ln³⁺) is binodal.

(i) यूरोपियम व इटर्बियम के परमाणु आयतन उच्च होते हैं।

Atomic volume of europium and ytterbium is high.

7. कारण दीजिए लैन्थेनाइड बहुत कम संकुल यौगिक क्यों बनाते हैं, यद्यपि उनके आयनों पर उच्च आवेश होता है।

Explain why lanthanides form very few complexes, though their ions have high charges.

8. लैन्थेनाइड संकुचन का संक्षेप में वर्णन कीजिए।

Briefly discuss lanthanide contraction.

9. लैन्थेनाइडों एवं एक्टीनाइडों की प्रमुख समानताएं एवं विषमाताएँ लिखिए ।

Write main similarities and dissimilarities between lanthanides and actinides.

10. लैन्थेनाइड के प्रथक्करण की आयन विनिमय विधि लिखिए।

Explain ion-exchange method for separation of lanthanides.

11. संक्रमण तत्वों तथा अन्तर संक्रमण तत्वों के चुम्बकीय गुणों में क्या अन्तर है ?

What is the difference between magnetic properties of transition and innertransition element ?

(C) दीर्घउत्तरात्मक प्रश्न (Long Answer Type Questions)

1. लैन्थेनाइड संकुचन एवं उसके परिणाम को समझाइये ।

Explain lanthanide contraction and its consequences.

2. लैन्थेनाइडों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के आधार पर उनके चुम्बकीय गुण व असामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं को स्पष्ट कीजिए ।

On the basis of electronic configuration of lanthanides, explain their magnetic properties and unusual oxidation states.

3. टिप्पणी लिखिए-

(i) लैन्थेनाइड तत्वों के चुम्बकीय गुण

(ii) लैन्थेनाइड तत्वों का आयन विनिमय रेजिन विधि द्वारा प्रथक्करण

(iii) लैन्थेनाइड और एक्टिनाइड के रंग एव अवशोषण की विविधता

Write notes on :

(i) Magnetic properties of lanthanides

(ii) Separation of lanthanide elements by ion exchange method. (iii) Difference of colour and absorption of lanthanides and actinides.

4. लैन्थेनाइडों तथा ऐक्टिनाइडों का तुलनात्मक अध्ययन कीजिए ।

Give a comparative study of lanthanides and actinides.

लैन्थेनाइड संकुचन क्या है ? पश्च लैन्थेनाइडों के गुणों पर इसका किस प्रकार प्रभाव पड़ता है ?

What is lanthanide contraction? Give its consequences on the properties of post lanthanides. [Raj. Univ. 2011]

6. लैन्थेनाइडों के चुम्बकीय गुण संक्रमण तत्वों से किस प्रकार भिन्न हैं ? तर्कपूर्ण व्याख्या कीजिए । How do the magnetic properties of lanthanides differ from those of transition elements? Explain the facts. [Raj. Univ. 2011] 7. लैन्थेनाइड तत्व d-ब्लॉक तत्वों की तुलना में संकुल बनाने की कम प्रवृति क्यों प्रदर्शित करते हैं? Why do lanthanides form fewer complexes as compared to d-block elements?
7. व्याख्यात्मक टिप्पणी लिखिए-

Write descriptive notes

(i) लैन्थेनाइडों के त्रिधनात्मक आयनों के चुम्बकीय गुण।

[Raj. Univ. 2011]

Magnetic properties of tripositive ions of lanthanides. [Raj. Univ. 2011, MDS 2009] (ii) लैन्थेनाइड की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ।

Oxidation states of lanthanides.

(iii) लैन्थेनाइडों के रंग व अवशोषण स्पेक्ट्रा ।

Colour and absorption spectra of lanthanides

[Raj. Univ. 2011, MDS 2009]

(iv) प्रोमीथियम व उसके यौगिक प्रकृति में क्यों नही पाये जाते हैं ?

Why do promethium and its compounds not occur in nature ?

9. संक्रमण तत्वों के गुणों पर लैन्थेनाइड संकुचन के प्रभाव का विवेचन कीजिए ।

Discuss the effect of lanthanide contraction on the behaviour of transition elements.

[Raj. Univ. 2009]

10. (a) लैन्थेनाइड संकुचन से आप क्या समझते हैं? लैन्थेनाइड संकुचन के परिणामों को समझाइये | What do you understand by lanthanide contraction? Explain the consequences of lanthanide contraction. [Raj. Univ. 2008, MDS 2008]

(b) कुछ लैन्थेनाइड अपनी सामान्य + 3 ऑक्सीकरण अवस्था के अतिरिक्त + 2 व + 4 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ भी प्रदर्शित करते हैं, क्यों ?

[Raj. Univ. 2008]

Some lanthanides show +2 and +4 oxidation states in addition to their characterstic oxidation state of + 3, why ?

लैन्थेनाइड तत्वों का रसायन

11. (a) निम्नलिखित आयनों की आद्य अवस्था में कितने अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होंगे ?

In the ground state of the following ions, how many unpaired elctrons are present? La3+, Ce4+, Lu3+, Yb2+, Gd3+ Tb [Raj. Univ. 2012 ]

(b) लैन्थेनाइडों की सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था +3 है जबकि Eu एवं Yb +2 आवेश बनाते हैं। क्यों ? टर्बियम और कौन सी ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है ?

The genral oxidation state of lanthanides is +3 while Eu and Yb form + 2 charged ions. Why? what other oxidation state in shown by Tb element ? [Raj. Univ. 2012 ] (c) लैन्थेनाइड संकुचन से आप क्या समझते हैं ? समझाइये

What do you understand by lanthanide contraction? Explain.