రసాయన చర్యలు & సమీకరణాలు (Chemical Reactions and Equations)

వేసవిలో పాలు చెడిపోవడం, తేమగా ఉన్న గాలిలో ఇనుప పెనం తుప్పు పట్టడం, ద్రాక్ష పులియడం (Fermentation), వంట చేయడం, శరీరంలో ఆహారం జీర్ణమవడం, శ్వాసించడం – ఈ అన్ని సందర్భాల్లో మొదటి పదార్థం స్వభావం, గుర్తింపు మారిపోతాయి. పదార్థంలో ఇలా రసాయన మార్పు (Chemical change) జరిగితే రసాయన చర్య (Chemical reaction) జరిగిందని చెబుతారు.

• కృత్యం 1.1 – మెగ్నీషియం రిబ్బన్ దహనం:
  1. 3–4 సెం.మీ. మెగ్నీషియం (Mg) రిబ్బన్‌ను ముందుగా ఇసుక కాగితంతో రుద్ది శుభ్రం చేసి, పటకారుతో పట్టుకుని మండిస్తారు.
  2. అది కళ్ళు మిరుమిట్లు గొలిపే తెల్లని జ్వాలతో మండి, తెల్లని పొడిగా మారుతుంది.
  3. ఈ పొడి మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ (MgO); గాలిలోని ఆక్సిజన్‌తో మెగ్నీషియం చర్య జరపడం వల్ల ఏర్పడుతుంది.
  4. ఈ కృత్యానికి ఉపాధ్యాయుని సహాయం అవసరం; మండే రిబ్బన్‌ను కళ్ళకు దూరంగా ఉంచాలి.
• కృత్యం 1.2: లెడ్ నైట్రేట్ ద్రావణానికి పొటాషియం అయోడైడ్ ద్రావణాన్ని కలిపితే పసుపు రంగు అవక్షేపం ఏర్పడుతుంది (ఇది లెడ్ అయోడైడ్).
• కృత్యం 1.3:
  1. కొన్ని జింక్ (Zn) గుళికలపై విలీన హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం లేదా సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం కలిపితే గుళికల చుట్టూ బుడగలుగా వాయువు వెలువడుతుంది
  2. బుడగ లేదా పరీక్ష నాళిక వేడెక్కుతుంది. ఆమ్లాన్ని జాగ్రత్తగా వాడాలి.
• రసాయన చర్య జరిగిందని తెలిపే సూచనలు (పాఠంలోని నాలుగు):
• స్థితిలో మార్పు (Change in state).
• రంగులో మార్పు (Change in colour).
• వాయువు వెలువడటం (Evolution of a gas).
• ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు (Change in temperature).
• వివిధ చర్యలు:
  1. మన చుట్టూ అనేక రకాల రసాయన చర్యలు జరుగుతాయి
  2. ఈ అధ్యాయంలో వాటి రకాలు, వాటిని సంకేతాలతో రాసే విధానం (రసాయన సమీకరణాలు) నేర్చుకుంటారు.
• కృత్యం 1.2లో అవక్షేపం రంగు: పసుపు (లెడ్ అయోడైడ్, PbI₂) – ఇది పాఠంలో అడిగిన ప్రశ్నకు ప్రామాణిక సమాధానం.

Mg రిబ్బన్ మండే కృత్యాన్ని మాటల్లో వివరించడం పొడవుగా ఉంటుంది. దాన్ని చిన్న రూపంలో రాయడానికి సులభమైన మార్గం పద సమీకరణం (Word equation). రసాయన చర్యను పదాలతో, బాణం గుర్తుతో సూచించడమే దీని పని.

• ఉదాహరణ పద సమీకరణం: మెగ్నీషియం + ఆక్సిజన్ → మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ (సమీకరణం 1.1).
• క్రియాజనకాలు (Reactants): చర్యలో రసాయన మార్పు చెందే పదార్థాలు. పై చర్యలో మెగ్నీషియం, ఆక్సిజన్.
• క్రియాజన్యాలు (Products): చర్య వల్ల ఏర్పడే కొత్త పదార్థాలు. పై చర్యలో మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్.
• రాసే పద్ధతి:
  1. క్రియాజనకాలను ఎడమ వైపు (LHS – Left Hand Side) రాస్తారు; అనేకం ఉంటే వాటి మధ్య + గుర్తు ఉంటుంది.
  2. క్రియాజన్యాలను కుడి వైపు (RHS – Right Hand Side) రాస్తారు; వాటి మధ్య కూడా + గుర్తు వాడతారు.
  3. మధ్యలో ఉండే బాణం (→) క్రియాజనకాలు క్రియాజన్యాలుగా మారుతున్నాయని చూపుతుంది.
  4. బాణం ములుకు (arrowhead) క్రియాజన్యాల వైపు చూపుతుంది; ఇది చర్య దిశను సూచిస్తుంది.
• కృత్యం 1.3 పద సమీకరణం: జింక్ + సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం → జింక్ సల్ఫేట్ + హైడ్రోజన్.

పద సమీకరణంలో పదాల బదులు రసాయన సూత్రాలు వాడితే సమీకరణం మరింత క్లుప్తంగా, ఉపయోగకరంగా మారుతుంది. రసాయన సమీకరణం (Chemical equation) ఒక రసాయన చర్యను సూచిస్తుంది.

• సూత్ర రూపం: పద సమీకరణం Mg + O₂ → MgO (సమీకరణం 1.2) గా మారుతుంది.
• అస్థిపంజర రసాయన సమీకరణం (Skeletal chemical equation): ఇంకా సమతుల్యం చేయని సమీకరణం. Mg + O₂ → MgO అసలు రూపంలో అస్థిపంజర సమీకరణం.
• సమతుల్యత పరీక్ష: బాణానికి ఎడమ, కుడి వైపున ప్రతి మూలకం పరమాణువుల సంఖ్య సమానమా అని లెక్కించాలి.
• సమానమైతే సమీకరణం సమతుల్యం (Balanced).
• సమానం కాకపోతే అసమతుల్యం (Unbalanced) – ద్రవ్యరాశి రెండు వైపులా సమానం కాదు.
• ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం (Law of conservation of mass): 9వ తరగతిలో చదివిన ఈ నియమం ప్రకారం రసాయన చర్యలో ద్రవ్యరాశిని సృష్టించలేం, నాశనం చేయలేం.
• క్రియాజన్యాల్లోని మూలకాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి క్రియాజనకాల్లోని మూలకాల మొత్తం ద్రవ్యరాశికి సమానం.
• అంటే ప్రతి మూలకం పరమాణువుల సంఖ్య చర్యకు ముందు, తర్వాత ఒకేలా ఉంటుంది. అందుకే అస్థిపంజర సమీకరణాన్ని సమతుల్యం చేయాలి.
• ఉదాహరణ (సమీకరణం 1.3): Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.
• Zn: ఎడమ 1, కుడి 1.
• H: ఎడమ 2, కుడి 2.
• S: ఎడమ 1, కుడి 1.
• O: ఎడమ 4, కుడి 4.
• అన్ని మూలకాల పరమాణువులు సమానం కాబట్టి ఇది సమతుల్య సమీకరణం.
• రసాయన చర్యల స్వభావం:
  1. చర్యల్లో ఒక మూలకం పరమాణువులు మరో మూలకం పరమాణువులుగా మారవు
  2. పరమాణువులు మాయం కావు, కొత్తగా పుట్టవు. పరమాణువుల మధ్య బంధాలు తెగి, కొత్త బంధాలు ఏర్పడి కొత్త పదార్థాలు వస్తాయి (బంధాల రకాలు 3, 4 అధ్యాయాల్లో వస్తాయి).

అస్థిపంజర సమీకరణాన్ని సమతుల్యం చేసే పద్ధతి దశలవారీగా పాఠంలో Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂ (సమీకరణం 1.4) ఉదాహరణతో వివరించారు. పరీక్షల్లో ఈ దశల క్రమం, వాటి వెనుక కారణాలు అడుగుతారు.

• దశ I: ప్రతి సూత్రం చుట్టూ పెట్టె (box) గీయాలి. సమతుల్యం చేసేటప్పుడు పెట్టె లోపల ఏదీ మార్చకూడదు.
• దశ II:
  1. అసమతుల్య సమీకరణంలో ఎడమ, కుడి వైపుల పరమాణువులను లెక్కించి పట్టికలో రాయాలి. Fe: 1 – 3
  2. H: 2 – 2
  3. O: 1 – 4.
• దశ III: ఎక్కువ పరమాణువులు ఉన్న సమ్మేళనం, అందులో అత్యధిక పరమాణువులు ఉన్న మూలకంతో మొదలుపెట్టడం సౌకర్యం. ఇక్కడ Fe₃O₄, అందులో ఆక్సిజన్.
• కుడి వైపు 4 ఆక్సిజన్, ఎడమ వైపు 1 మాత్రమే.
• ఎడమ వైపు 4 O రావాలంటే H₂O ముందు గుణకం 4 పెడతారు (4 H₂O). H₂O₄ లేదా (H₂O)₄ అని రాయకూడదు.
• ఫలితం: Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + H₂ (పాక్షికంగా సమతుల్యం – సమీకరణం 1.6).
• దశ IV: మిగిలిన Fe, H లలో ఒకటి ఎంచుకోవచ్చు. H: ఎడమ 8 (4 H₂Oలో), కుడి 2. కుడి వైపు H₂ ముందు 4 పెట్టాలి. Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (1.7).
• దశ V: మిగిలిన మూడవ మూలకం ఇనుము. కుడి వైపు 3 Fe (Fe₃O₄లో), ఎడమ 1. కాబట్టి ఎడమ వైపు 3 Fe తీసుకోవాలి: 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (1.8).
• దశ VI: సమతుల్యత సరిచూడటానికి ప్రతి మూలకం పరమాణువులను రెండు వైపులా లెక్కించాలి (Fe 3–3, H 8–8, O 4–4). ఇప్పుడు సమీకరణం సమతుల్యం (1.9).
• గుణకాల నియమం:
  1. సంఖ్యలను సూత్రాల ముందు గుణకాలుగా (coefficients) మాత్రమే పెట్టాలి
  2. సూత్రాల లోపలి చిన్న సంఖ్యలు (subscripts) మార్చకూడదు, ఎందుకంటే అలా చేస్తే పదార్థమే మారిపోతుంది.
• హిట్ అండ్ ట్రయల్ పద్ధతి: అతి చిన్న పూర్ణాంక గుణకాలను ప్రయత్నించి సమీకరణం సమతుల్యం చేసే ఈ విధానాన్ని 'హిట్ అండ్ ట్రయల్ పద్ధతి' అంటారు.

సమతుల్య సమీకరణం (1.9) ఎడమ, కుడి వైపుల పరమాణువుల సంఖ్యను చెబుతుందే తప్ప, పదార్థాల భౌతిక స్థితి (ఘన, ద్రవ, వాయు) గురించి ఏమీ చెప్పదు. సమీకరణాన్ని మరింత సమాచారాత్మకంగా చేయడానికి చివరి దశ (దశ VII) గా స్థితి సంకేతాలు రాస్తారు.

• స్థితి సంకేతాలు:
  1. (g) – వాయు స్థితి (Gaseous).
  2. (l) – ద్రవ స్థితి (Liquid).
  3. (aq) – జల ద్రావణం (Aqueous): పదార్థం నీటిలో ద్రావణంగా ఉన్నప్పుడు.
  4. (s) – ఘన స్థితి (Solid).
• సమీకరణం 1.10: 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g). ఇక్కడ H₂Oకు (g) వాడారంటే నీరు ఆవిరి రూపంలో (steam) చర్యలో పాల్గొంటోంది.
• తప్పనిసరి కాదు: ప్రత్యేకంగా చెప్పాల్సిన అవసరం లేకపోతే స్థితి సంకేతాలు సాధారణంగా రాయరు.
• చర్యా పరిస్థితులు (Reaction conditions): ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, ఉత్ప్రేరకం (Catalyst) వంటి వాటిని బాణం పైన లేదా కింద రాస్తారు.
• సమీకరణం 1.11: CO(g) + 2H₂(g) → CH₃OH(l) (పీడనం 340 atm అని బాణం మీద సూచిస్తారు).
• సమీకరణం 1.12 (కిరణజన్య సంయోగక్రియ):
  1. 6CO₂(aq) + 12H₂O(l) → C₆H₁₂O₆(aq) + 6O₂(aq) + 6H₂O(l)
  2. బాణం మీద సూర్యకాంతి (Sunlight), కింద పత్రహరితం (Chlorophyll)
  3. C₆H₁₂O₆ గ్లూకోజ్.
• భావన: సమతుల్య సమీకరణం + స్థితి సంకేతాలు + పరిస్థితులు కలిస్తే చర్య గురించి పూర్తి సమాచారం ఇచ్చే సమీకరణం అవుతుంది. పూర్తి రసాయన సమీకరణం క్రియాజనకాలు, క్రియాజన్యాలు, వాటి భౌతిక స్థితులను సంకేతాలతో సూచిస్తుంది.

పాఠంలో రసాయన చర్యలను అయిదు ప్రధాన రకాలుగా (సంయోగం, వియోగం, స్థానభ్రంశం, ద్వంద్వ స్థానభ్రంశం, ఆక్సీకరణ–క్షయకరణం) అధ్యయనం చేశారు. వీటిలో మొదటిది సంయోగ చర్య.

• కృత్యం 1.4:
  1. బీకరులో కొద్దిగా కాల్షియం ఆక్సైడ్ (CaO – పలుకు సున్నం, Quick lime) తీసుకుని నెమ్మదిగా నీరు కలిపితే చర్య తీవ్రంగా జరిగి కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్ (Ca(OH)₂ – కాల్చిన సున్నం/Slaked lime) ఏర్పడుతుంది
  2. చాలా ఎక్కువ ఉష్ణం విడుదలవుతుంది, బీకరు వేడెక్కుతుంది.
• CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + ఉష్ణం (1.13).
• సంయోగ చర్య (Combination reaction): రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ క్రియాజనకాల నుండి ఒకే క్రియాజన్యం ఏర్పడే చర్య. క్రియాజనకాలు మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలు కావచ్చు.
• సున్నం వేయడం (Whitewashing):
  1. 1.13 చర్యలో వచ్చే సున్నపు తేట (slaked lime) ద్రావణాన్ని గోడలకు సున్నం వేయడానికి వాడతారు.
  2. కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్ గాలిలోని కార్బన్ డయాక్సైడ్‌తో నెమ్మదిగా చర్య జరిపి గోడలపై కాల్షియం కార్బొనేట్ (CaCO₃) పలుచని పొరను ఏర్పరుస్తుంది.
  3. Ca(OH)₂(aq) + CO₂(g) → CaCO₃(s) + H₂O(l) (1.14).
  4. సున్నం వేసిన 2–3 రోజులకు కాల్షియం కార్బొనేట్ ఏర్పడి గోడలకు నిగనిగలాడే మెరుపు ఇస్తుంది.
  5. పాలరాయి (Marble) రసాయన సూత్రం కూడా CaCO₃ అని గమనించదగ్గ విషయం.
• మరికొన్ని సంయోగ చర్యలు:
  1. బొగ్గు మండటం: C(s) + O₂(g) → CO₂(g) (1.15).
  2. నీరు ఏర్పడటం: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) (1.16).
  3. కృత్యం 1.1లోని Mg దహనం (Mg + O₂ → MgO): ఉష్ణం విడుదలై ఒకే క్రియాజన్యం ఏర్పడే సంయోగ చర్య.

కృత్యం 1.4లో CaO, నీరు కలిసినప్పుడు చాలా ఎక్కువ ఉష్ణం విడుదలై మిశ్రమం వేడెక్కింది. క్రియాజన్యాలతో పాటు ఉష్ణం విడుదలయ్యే చర్యలనే ఉష్ణమోచక చర్యలు (Exothermic reactions) అంటారు.

• నిర్వచనం: ఉష్ణం విడుదల చేస్తూ క్రియాజన్యాలను ఇచ్చే చర్యలు ఉష్ణమోచక చర్యలు.
• ఉదాహరణలు:
  1. సహజ వాయువు (మీథేన్) దహనం: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g) (1.17).
  2. బొగ్గు మండటం, Mg రిబ్బన్ మండటం.
  3. శ్వాసక్రియ (Respiration).
  4. కూరగాయల వ్యర్థాలు కుళ్ళి కంపోస్టుగా మారడం.
• శ్వాసక్రియ ఉష్ణమోచక చర్య:
  1. జీవించడానికి శక్తి అవసరం; ఆ శక్తి మనం తినే ఆహారం నుండి వస్తుంది.
  2. జీర్ణక్రియలో ఆహారం సరళ పదార్థాలుగా విడిపోతుంది. బియ్యం, బంగాళాదుంప, రొట్టెలలో ఉండే పిండిపదార్థాలు (కార్బోహైడ్రేట్లు) విడిపోయి గ్లూకోజ్ ఏర్పడుతుంది.
  3. ఈ గ్లూకోజ్ శరీర కణాల్లో ఆక్సిజన్‌తో కలిసి శక్తిని ఇస్తుంది; ఈ చర్యకు పేరు శ్వాసక్రియ (6వ అధ్యాయంలో వస్తుంది).
  4. C₆H₁₂O₆(aq) + 6O₂(aq) → 6CO₂(aq) + 6H₂O(l) + శక్తి (1.18).
  5. శక్తి విడుదలవుతుంది కాబట్టి ఇది ఉష్ణమోచక చర్య.
• కంపోస్టు ఏర్పడటం: కూరగాయల వ్యర్థం కుళ్ళి కంపోస్టు కావడం కూడా ఉష్ణమోచక చర్యే.
• ఆలోచించదగిన ప్రశ్న: కృత్యం 1.1 (Mg దహనం) ఉష్ణం విడుదలై ఒకే క్రియాజన్యం ఇచ్చే చర్య కాబట్టి అది సంయోగ చర్య, ఉష్ణమోచక చర్య కూడా.

సంయోగ చర్యకు వ్యతిరేకమైన చర్య వియోగ చర్య (Decomposition reaction). ఇందులో ఒకే క్రియాజనకం విడిపోయి రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సరళమైన క్రియాజన్యాలను ఇస్తుంది.

• కృత్యం 1.5 – ఫెర్రస్ సల్ఫేట్:
  1. పొడి మరుగు నాళికలో సుమారు 2 గ్రా. ఫెర్రస్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాలు తీసుకుని వేడి చేస్తారు.
  2. స్ఫటికాల ఆకుపచ్చ రంగు మారుతుంది; మండే గంధకం వాసన వస్తుంది.
  3. 2FeSO₄(s) → Fe₂O₃(s) + SO₂(g) + SO₃(g) (1.19).
  4. FeSO₄·7H₂O స్ఫటికాలు వేడి చేస్తే మొదట నీటిని కోల్పోయి రంగు మారతాయి; తర్వాత ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ (Fe₂O₃, ఘనం), సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂), సల్ఫర్ ట్రైఆక్సైడ్ (SO₃) (రెండూ వాయువులు) గా విడిపోతుంది.
• సున్నపురాయి వియోగం: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) (1.20), వేడి చేసినప్పుడు.
• పరిశ్రమల్లో ముఖ్యమైన వియోగ చర్య.
• CaO ను సున్నం / పలుకు సున్నం (Quick lime) అంటారు
• సిమెంటు తయారీలో వాడతారు.
• ఉష్ణ వియోగం (Thermal decomposition): వియోగ చర్యను వేడి చేసి జరిపితే దాన్ని ఉష్ణ వియోగం అంటారు.
• కృత్యం 1.6 – లెడ్ నైట్రేట్:
  1. 2 గ్రా. లెడ్ నైట్రేట్ పొడిని మరుగు నాళికలో పటకారుతో పట్టుకుని వేడి చేస్తే గోధుమ రంగు పొగలు వస్తాయి.
  2. ఇవి నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ (NO₂) పొగలు.
  3. 2Pb(NO₃)₂(s) → 2PbO(s) + 4NO₂(g) + O₂(g) (1.21).
  4. క్రియాజన్యాలు: లెడ్ ఆక్సైడ్ (PbO), నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్, ఆక్సిజన్.
• వియోగ చర్యలకు శక్తి:
  1. విడగొట్టడానికి శక్తి అవసరం
  2. ఈ శక్తి ఉష్ణం, కాంతి లేదా విద్యుత్తు రూపంలో ఇస్తారు.

వియోగ చర్యలకు శక్తి ఉష్ణం రూపంలోనే కాకుండా విద్యుత్తు, కాంతి రూపంలో కూడా ఇవ్వవచ్చు. పాఠంలోని కృత్యాలు 1.7, 1.8 వీటిని చూపిస్తాయి.

• కృత్యం 1.7 – నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ (Electrolysis of water):
  1. ప్లాస్టిక్ మగ్గు అడుగున రెండు రంధ్రాలు చేసి రబ్బరు బిరడాలు బిగించి, వాటిలో కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్లు అమరుస్తారు; వాటిని 6 వోల్టుల బ్యాటరీకి కలుపుతారు.
  2. ఎలక్ట్రోడ్లు మునిగేలా నీరు పోసి, కొన్ని చుక్కల విలీన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం కలుపుతారు.
  3. నీరు నిండిన రెండు పరీక్ష నాళికలను తలకిందులుగా ఎలక్ట్రోడ్లపై ఉంచుతారు.
  4. విద్యుత్తు ప్రవహింపజేస్తే రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద బుడగలు వచ్చి, నాళికల్లోని నీటిని బయటికి నెడతాయి.
  5. రెండు నాళికల్లో వాయువు ఘనపరిమాణం సమానం కాదు: ఒక దానిలో మరో దానికంటే రెండు రెట్లు వాయువు చేరుతుంది – ఆ రెండింతల వాయువు హైడ్రోజన్ (2H₂O → 2H₂ + O₂ లో H₂ : O₂ = 2 : 1).
  6. ఉపాధ్యాయుడు మండే కొవ్వొత్తిని నాళిక నోటి దగ్గరకు తెచ్చి వాయువులను పరీక్షిస్తారు: హైడ్రోజన్ 'టప్' శబ్దంతో మండుతుంది; ఆక్సిజన్ మండటాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది.
  7. 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g).
• కృత్యం 1.8 – సిల్వర్ క్లోరైడ్:
  1. 2 గ్రా. తెల్లని సిల్వర్ క్లోరైడ్‌ను చైనా పాత్రలో సూర్యరశ్మిలో ఉంచితే అది బూడిద రంగులోకి మారుతుంది
  2. కాంతి వల్ల అది సిల్వర్ (వెండి), క్లోరిన్‌గా విడిపోతుంది.
• 2AgCl(s) → 2Ag(s) + Cl₂(g) (1.22), కాంతి (సూర్యరశ్మి) సమక్షంలో.
• సిల్వర్ బ్రోమైడ్: ఇదే విధంగా ప్రవర్తిస్తుంది: 2AgBr(s) → 2Ag(s) + Br₂(g) (1.23).
• ఫోటోగ్రఫీ: ఈ చర్యలను నలుపు–తెలుపు ఫోటోగ్రఫీలో వాడతారు.
• శక్తి రూపాలు: వియోగ చర్యలకు ఉష్ణం, కాంతి, విద్యుత్తు రూపంలో శక్తి అవసరం.

వియోగ చర్యలు జరగడానికి శక్తి అవసరమని చూశాం. శక్తిని గ్రహించే చర్యలనే ఉష్ణగ్రాహక చర్యలు (Endothermic reactions) అంటారు. ఇవి ఉష్ణమోచక చర్యలకు వ్యతిరేకం.

• నిర్వచనం: శక్తిని (ఉష్ణం, కాంతి, విద్యుత్తు) గ్రహించే చర్యలు ఉష్ణగ్రాహక చర్యలు.
• ఉదాహరణలు (పాఠంలోని):
  1. CaCO₃ వేడి చేయడం (ఉష్ణ వియోగం).
  2. FeSO₄, Pb(NO₃)₂ వేడి చేయడం.
  3. AgCl, AgBr కాంతి వల్ల విడిపోవడం.
  4. నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ.
• బేరియం హైడ్రాక్సైడ్ + అమ్మోనియం క్లోరైడ్ కృత్యం:
  1. పరీక్ష నాళికలో 2 గ్రా. బేరియం హైడ్రాక్సైడ్‌కు 1 గ్రా. అమ్మోనియం క్లోరైడ్ కలిపి గాజు కడ్డీతో కలుపుతారు
  2. నాళిక అడుగును అరచేతితో తాకి వేడిమి చల్లదనాన్ని గమనిస్తారు.
• ఇది చల్లగా అనిపిస్తుంది, అంటే మిశ్రమం పరిసరాల నుండి ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది కాబట్టి ఉష్ణగ్రాహక చర్య (పాఠం ఈ ఫలితం చెప్పలేదు
• ఇది ప్రామాణిక ఫలితం).
• గ్రూపు కృత్యం (నాలుగు బీకర్లు A, B, C, D):
  1. A, B, C లలో 25 mL నీరు, D లో కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం తీసుకుని ఉష్ణోగ్రతలు కొలుస్తారు
  2. తర్వాత వరుసగా పొటాషియం సల్ఫేట్, అమ్మోనియం నైట్రేట్, నిర్జల కాపర్ సల్ఫేట్, సన్నని ఇనుప రజను కలిపి ఉష్ణోగ్రత మార్పును బట్టి ఏవి ఉష్ణమోచకమో, ఏవి ఉష్ణగ్రాహకమో నిర్ణయిస్తారు.
• ఉష్ణోగ్రత తగ్గితే ఉష్ణగ్రాహకం, పెరిగితే ఉష్ణమోచకం.
• పోలిక:
  1. ఉష్ణమోచకం: క్రియాజన్యాలతో పాటు ఉష్ణం విడుదల; మిశ్రమం వేడెక్కుతుంది.
  2. ఉష్ణగ్రాహకం: శక్తి గ్రహణం; మిశ్రమం చల్లబడుతుంది.
• సంయోగ – వియోగ చర్యల సంబంధం: వియోగ చర్యలు సంయోగ చర్యలకు వ్యతిరేకం. సంయోగ చర్యలో ఒకటి కంటే ఎక్కువ క్రియాజనకాల నుండి ఒక క్రియాజన్యం, వియోగ చర్యలో ఒక క్రియాజనకం నుండి ఎక్కువ క్రియాజన్యాలు ఏర్పడతాయి. ఉదా: 2H₂ + O₂ → 2H₂O (సంయోగం) ↔ 2H₂O → 2H₂ + O₂ (విద్యుత్ వియోగం).

ఒక మూలకం మరొక మూలకాన్ని దాని సమ్మేళనం నుండి తొలగించి దాని స్థానంలో చేరే చర్యను స్థానభ్రంశ చర్య (Displacement reaction) అంటారు.

• కృత్యం 1.9:
  1. మూడు ఇనుప మేకులను ఇసుక కాగితంతో రుద్ది శుభ్రం చేస్తారు.
  2. A, B అనే రెండు పరీక్ష నాళికల్లో ఒక్కొక్క దానిలో సుమారు 10 mL కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం తీసుకుంటారు.
  3. రెండు మేకులను దారంతో కట్టి B నాళికలో సుమారు 20 నిమిషాలు ముంచుతారు; మూడవ మేకు పోలిక కోసం పక్కన ఉంచుతారు.
  4. తీసిన తర్వాత A, B ద్రావణాల నీలి రంగు తీవ్రత, మేకుల రంగు పోల్చుతారు.
  5. B లో ద్రావణం నీలి రంగు మసకబారుతుంది; మేకు గోధుమ (ఎరుపు–గోధుమ) రంగు పూతతో కప్పబడుతుంది.
• చర్య (1.24): Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s).
• ఇనుము (Fe) కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం నుండి కాపర్ (Cu) ను తొలగించింది (స్థానభ్రంశం చేసింది).
• ఫెర్రస్ సల్ఫేట్ ద్రావణం లేత ఆకుపచ్చగా ఉంటుంది కాబట్టి నీలి రంగు తగ్గుతుంది (ఇది ప్రామాణిక వాస్తవం).
• మేకుపై ఏర్పడిన గోధుమ పూత కాపర్.
• ఇతర ఉదాహరణలు:
  1. Zn(s) + CuSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Cu(s) (1.25).
  2. Pb(s) + CuCl₂(aq) → PbCl₂(aq) + Cu(s) (1.26).
  3. జింక్, లెడ్ లు కాపర్ కంటే ఎక్కువ క్రియాశీలత గల (Reactive) మూలకాలు కాబట్టి కాపర్‌ను దాని సమ్మేళనాల నుండి స్థానభ్రంశం చేస్తాయి.
• సాధారణ రూపం: A + BC → AC + B.
• వెండి శుద్ధి (పాఠ్యాంశ ప్రశ్న): వెండి శుద్ధిలో సిల్వర్ నైట్రేట్ ద్రావణం నుండి వెండిని రాగి లోహం స్థానభ్రంశం చేస్తుంది: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag.
• Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe: ఇది స్థానభ్రంశ చర్య (అల్యూమినియం ఇనుమును దాని ఆక్సైడ్ నుండి తొలగిస్తోంది).

రెండు సమ్మేళనాల మధ్య అయాన్లు పరస్పరం మారడం వల్ల కొత్త సమ్మేళనాలు ఏర్పడే చర్యలను ద్వంద్వ స్థానభ్రంశ చర్యలు (Double displacement reactions) అంటారు.

• కృత్యం 1.10:
  1. ఒక పరీక్ష నాళికలో సుమారు 3 mL సోడియం సల్ఫేట్ ద్రావణం, మరొక దానిలో 3 mL బేరియం క్లోరైడ్ ద్రావణం తీసుకుని రెండింటినీ కలుపుతారు.
  2. నీటిలో కరగని తెల్లని పదార్థం ఏర్పడుతుంది.
  3. Na₂SO₄(aq) + BaCl₂(aq) → BaSO₄(s) + 2NaCl(aq) (1.27).
• అవక్షేపం (Precipitate): చర్యలో ఏర్పడిన, నీటిలో కరగని ఘన పదార్థం. ఇక్కడ తెల్లని BaSO₄ అవక్షేపం.
• అవక్షేప చర్య (Precipitation reaction): అవక్షేపాన్ని ఏర్పరిచే ఏ చర్యనైనా అవక్షేప చర్య అంటారు.
• కారణం: తెల్లని BaSO₄ అవక్షేపం SO₄²⁻ అయాన్లు, Ba²⁺ అయాన్ల చర్య వల్ల ఏర్పడుతుంది. ఏర్పడే రెండవ క్రియాజన్యం సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణంలోనే ఉంటుంది (కరుగుతుంది).
• ద్వంద్వ స్థానభ్రంశ చర్య: క్రియాజనకాల మధ్య అయాన్ల పరస్పర మార్పిడి జరిగే చర్యలు. సాధారణ రూపం: AB + CD → AD + CB.
• కృత్యం 1.2 తిరిగి చూస్తే:
  1. లెడ్ నైట్రేట్, పొటాషియం అయోడైడ్ ద్రావణాలను కలిపినప్పుడు పసుపు రంగు లెడ్ అయోడైడ్ (PbI₂) అవక్షేపం వస్తుంది
  2. Pb(NO₃)₂ + 2KI → PbI₂ + 2KNO₃. ఇది కూడా ద్వంద్వ స్థానభ్రంశ చర్యే.
• పాఠంలోని ఇతర ఉదాహరణలు (వ్యాయామాలు):
  1. బేరియం క్లోరైడ్ + అల్యూమినియం సల్ఫేట్ → బేరియం సల్ఫేట్ (అవక్షేపం) + అల్యూమినియం క్లోరైడ్
  2. NaOH + HCl → NaCl + H₂O.
• స్థానభ్రంశ – ద్వంద్వ స్థానభ్రంశ భేదం:
  1. స్థానభ్రంశంలో ఒక మూలకం సమ్మేళనం నుండి మరో మూలకాన్ని తొలగిస్తుంది
  2. ద్వంద్వ స్థానభ్రంశంలో రెండు సమ్మేళనాల అయాన్లు పరస్పరం మారతాయి.

ఒక చర్యలో పదార్థాలు ఆక్సిజన్ లేదా హైడ్రోజన్‌ను పొందడం లేదా కోల్పోవడాన్ని బట్టి ఆక్సీకరణం, క్షయకరణం భావనలు ఏర్పడతాయి.

• కృత్యం 1.11: చైనా పాత్రలో సుమారు 1 గ్రా. కాపర్ పొడిని వేడి చేస్తే దాని ఉపరితలం నల్లని కాపర్(II) ఆక్సైడ్ తో కప్పబడుతుంది. కాపర్‌కు ఆక్సిజన్ చేరడం వల్ల ఇది ఏర్పడుతుంది.
• 2Cu + O₂ → 2CuO (వేడి) (1.28).
• రివర్స్ చర్య:
  1. వేడి చేసిన ఈ CuO పై హైడ్రోజన్ వాయువు పంపితే ఉపరితలంపై ఉన్న నల్లని పూత గోధుమ రంగులోకి మారుతుంది
  2. కాపర్ తిరిగి వస్తుంది.
• CuO + H₂ → Cu + H₂O (వేడి) (1.29).
• నిర్వచనాలు:
  1. ఒక పదార్థం చర్యలో ఆక్సిజన్ పొందితే అది ఆక్సీకరణం (Oxidised) చెందిందంటారు.
  2. ఒక పదార్థం చర్యలో ఆక్సిజన్ కోల్పోతే అది క్షయకరణం (Reduced) చెందిందంటారు.
  3. ఇంకా: హైడ్రోజన్ కోల్పోతే ఆక్సీకరణం; హైడ్రోజన్ పొందితే క్షయకరణం.
• చర్య 1.29లో:
  1. CuO ఆక్సిజన్ కోల్పోతోంది కాబట్టి క్షయకరణం చెందుతోంది
  2. హైడ్రోజన్ ఆక్సిజన్ పొందుతోంది కాబట్టి ఆక్సీకరణం చెందుతోంది.
• రెడాక్స్ చర్యలు (Redox reactions): ఒకే చర్యలో ఒక క్రియాజనకం ఆక్సీకరణం, మరొకటి క్షయకరణం చెందితే వాటిని ఆక్సీకరణ–క్షయకరణ లేదా రెడాక్స్ చర్యలంటారు.
• ఇతర రెడాక్స్ ఉదాహరణలు:
  1. ZnO + C → Zn + CO (1.31): కార్బన్ CO గా ఆక్సీకరణం; ZnO, Zn గా క్షయకరణం.
  2. MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂ (1.32): HCl, Cl₂ గా ఆక్సీకరణం; MnO₂, MnCl₂ గా క్షయకరణం.
• Mg దహనం: కృత్యం 1.1లో మెగ్నీషియం ఆక్సిజన్ పొందుతుంది కాబట్టి ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.
• వ్యాయామాల్లో:
  1. 4Na + O₂ → 2Na₂O లో సోడియం ఆక్సీకరణం, ఆక్సిజన్ క్షయకరణం
  2. CuO + H₂ → Cu + H₂O లో H₂ ఆక్సీకరణం, CuO క్షయకరణం.

ఆక్సీకరణ చర్యల ప్రభావాలు రోజువారీ జీవితంలో రెండు రూపాల్లో కనిపిస్తాయి: లోహ క్షయం (Corrosion), నూనెలు–కొవ్వులు చెడిపోవడం (Rancidity).

• లోహ క్షయం (Corrosion):
  1. కొత్త ఇనుప వస్తువులు మెరుస్తాయి; కొంతకాలం గాలిలో ఉంచితే ఎరుపు–గోధుమ రంగు పొడితో కప్పబడతాయి. దీన్ని సాధారణంగా ఇనుము తుప్పు పట్టడం (Rusting) అంటారు.
  2. లోహం చుట్టూ ఉన్న తేమ, ఆమ్లాలు వంటి పదార్థాల వల్ల దెబ్బతినడాన్ని క్షయం (Corrosion) అంటారు.
  3. వెండిపై ఏర్పడే నల్లని పూత, రాగిపై ఏర్పడే ఆకుపచ్చ పూత కూడా క్షయానికి ఉదాహరణలు.
  4. కార్ల బాడీలు, వంతెనలు, ఇనుప కటకటాలు, ఓడలు మొదలైన లోహ వస్తువులు, ముఖ్యంగా ఇనుప వస్తువులు దీని వల్ల దెబ్బతింటాయి.
  5. ఇనుము తుప్పు పట్టడం తీవ్రమైన సమస్య; పాడైన ఇనుము స్థానంలో కొత్తది వేయడానికి ప్రతి సంవత్సరం భారీగా డబ్బు ఖర్చవుతుంది.
  6. ఇనుప వస్తువులకు రంగు (పెయింట్) వేయడం క్షయాన్ని నివారించే మార్గం (ప్రామాణిక వాస్తవం; 3వ అధ్యాయంలో మరింత వివరం).
• కొవ్వుల చెడిపోవడం (Rancidity):
  1. కొవ్వులు, నూనెలు ఆక్సీకరణం చెందినప్పుడు అవి చెడిపోతాయి (Rancid); వాటి వాసన, రుచి మారతాయి.
  2. చాలాకాలం ఉంచిన నూనె/కొవ్వు పదార్థాలు ఇలా చెడిపోతాయి.
• నివారణ:
  1. నూనెలు, కొవ్వులు ఉన్న ఆహార పదార్థాల్లో ఆక్సీకరణాన్ని అడ్డుకునే పదార్థాలు (Antioxidants) కలుపుతారు.
  2. ఆహారాన్ని గాలి చొరబడని పాత్రల్లో ఉంచితే ఆక్సీకరణం నెమ్మదిస్తుంది.
  3. చిప్స్ తయారీదారులు ప్యాకెట్లలో నైట్రోజన్ వాయువు నింపుతారు; దానివల్ల చిప్స్ ఆక్సీకరణం చెందవు.

పాఠం చివరి అభ్యాసాల్లో అడిగిన సమీకరణాలు పరీక్షల్లో తరచుగా వస్తాయి. వాటిని సమతుల్యం చేసిన రూపంలో, చర్య రకంతో పాటు ఇక్కడ చూద్దాం.

• పద సమీకరణాల నుండి (ప్రశ్న 2, 5, 7):
• H₂ + Cl₂ → 2HCl (సంయోగ చర్య).
• 3BaCl₂ + Al₂(SO₄)₃ → 3BaSO₄ + 2AlCl₃ (ద్వంద్వ స్థానభ్రంశం).
• 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂.
• 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂.
• N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (హైడ్రోజన్ నైట్రోజన్‌తో కలిసి అమ్మోనియా).
• 2H₂S + 3O₂ → 2H₂O + 2SO₂ (హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ దహనం).
• స్థితి సంకేతాలతో (ప్రశ్న 3):
• BaCl₂(aq) + Na₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2NaCl(aq).
• NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l).
• సమతుల్యం చేయాల్సినవి (ప్రశ్న 6):
• 2HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O.
• 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O.
• NaCl + AgNO₃ → AgCl + NaNO₃ (ఇప్పటికే సమతుల్యం).
• BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2HCl.
• ప్రశ్న 7:
  1. Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.
  2. Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag.
  3. 2Al + 3CuCl₂ → 2AlCl₃ + 3Cu.
  4. BaCl₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ + 2KCl.
• ప్రశ్న 8 – చర్య రకాలు:
  1. 2KBr(aq) + BaI₂(aq) → 2KI(aq) + BaBr₂(s): ద్వంద్వ స్థానభ్రంశం.
  2. ZnCO₃(s) → ZnO(s) + CO₂(g): వియోగ చర్య.
  3. H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g): సంయోగ చర్య.
  4. Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g): స్థానభ్రంశ చర్య.
• ప్రశ్న 1, 2, 3 (బహుళైచ్ఛిక):
  1. 2PbO + C → 2Pb + CO₂: లెడ్ ఆక్సైడ్ క్షయకరణం (లెడ్ ఏర్పడుతుంది), కార్బన్ ఆక్సీకరణం; కాబట్టి 'CO₂ ఆక్సీకరణం చెందుతోంది' అనే వాక్యం తప్పు.
  2. Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe: స్థానభ్రంశ చర్య.
  3. విలీన HCl ను ఇనుప రజనుకు కలిపితే హైడ్రోజన్ వాయువు, ఐరన్ క్లోరైడ్ ఏర్పడతాయి.
• తరచుగా అడిగే ప్రశ్న: సమీకరణం సమతుల్యం కావాలి ఎందుకంటే ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం ప్రకారం క్రియాజనకాల, క్రియాజన్యాల పరమాణువుల సంఖ్య సమానం.

పాఠంలో మధ్యలో, చివరలో అడిగిన 'ఎందుకు' ప్రశ్నలకు సమాధాన సారాంశాలు ఇవి. పరీక్షల్లో ఈ కారణాలను నేరుగా అడుగుతారు.

• Mg రిబ్బన్‌ను మండించే ముందు ఎందుకు శుభ్రం చేయాలి? లోహ ఉపరితలంపై గాలితో ఏర్పడిన ఆక్సైడ్ పొర ఉంటుంది
• దాన్ని ఇసుక కాగితంతో తొలగిస్తే స్వచ్ఛమైన మెగ్నీషియం నేరుగా ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి సులభంగా మండుతుంది (ప్రామాణిక సమాధానం).
• సున్నం వేయడానికి వాడే ద్రావణంలోని పదార్థం X: కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్, Ca(OH)₂ (సున్నపు తేట). నీటితో చర్య: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + ఉష్ణం.
• ఒక పరీక్ష నాళికలో వాయువు రెండు రెట్లు ఎందుకు? నీటి విద్యుద్విశ్లేషణలో 2H₂O → 2H₂ + O₂ కాబట్టి హైడ్రోజన్ పరిమాణం ఆక్సిజన్ కంటే రెండు రెట్లు
• ఎక్కువ పరిమాణం ఉన్న వాయువు హైడ్రోజన్.
• కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం రంగు ఎందుకు మారుతుంది? ఇనుము కాపర్‌ను స్థానభ్రంశం చేసి ఐరన్ సల్ఫేట్ ఏర్పడటం వల్ల
• ఇనుప మేకు గోధుమ రంగులోకి మారుతుంది.
• రెండు పదార్థాలు పరస్పరం చర్యనిచ్చే ఉదాహరణ: ద్వంద్వ స్థానభ్రంశానికి Na₂SO₄ + BaCl₂ కాకుండా మరో ఉదాహరణ – NaCl + AgNO₃ → AgCl + NaNO₃ లేదా BaCl₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ + 2KCl.
• నిగనిగలాడే గోధుమ రంగు మూలకం X, గాలిలో వేడి చేస్తే నల్లగా మారుతుంది:
  1. X = రాగి (Cu)
  2. నల్లని సమ్మేళనం కాపర్(II) ఆక్సైడ్ (CuO). 2Cu + O₂ → 2CuO.
• ఇనుప వస్తువులకు పెయింట్ ఎందుకు వేస్తారు? గాలి, తేమ ఇనుమును తాకకుండా అడ్డుకుని తుప్పు (క్షయం) పట్టకుండా నివారించడానికి.
• నూనె, కొవ్వు ఆహారాల్లో నైట్రోజన్ ఎందుకు నింపుతారు? ఆక్సిజన్ లేకుండా చేసి ఆక్సీకరణాన్ని, అంటే రాన్సిడిటీని నివారించడానికి.
• ఉష్ణమోచక, ఉష్ణగ్రాహక చర్యల భేదం:
  1. ఉష్ణమోచకంలో ఉష్ణం విడుదల (ఉదా: CaO + H₂O, శ్వాసక్రియ)
  2. ఉష్ణగ్రాహకంలో శక్తి గ్రహణం (ఉదా: CaCO₃ వేడి చేయడం).
• ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వం దృష్ట్యా సమతుల్య సమీకరణం: క్రియాజన్యాలలో పరమాణువుల సంఖ్య క్రియాజనకాల్లోని సంఖ్యతో సమానం.
• అవక్షేప చర్య:
  1. BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2NaCl
  2. అవక్షేపం తెల్లని BaSO₄.
• సంయోగ – వియోగ భేదం:
  1. CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (సంయోగం)
  2. CaCO₃ → CaO + CO₂ (వియోగం).