p-ब्लॉक तत्व — अध्ययन नोट्स

1. परिचय

p-ब्लॉक तत्व आवर्त सारणी के समूह 13 से 18 तक के तत्व होते हैं, जिनमें अंतिम इलेक्ट्रॉन p-उपकोश में प्रवेश करता है। इन तत्वों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $ns^2np^{1-6}$ होता है। इस अध्याय में समूह 13 (बोरॉन परिवार), 14 (कार्बन परिवार), 15 (नाइट्रोजन परिवार), 16 (ऑक्सीजन परिवार/चाल्कोजन), 17 (हैलोजन) और 18 (अक्रिय गैस) तत्वों की आवर्ती प्रवृत्तियाँ, गुणधर्म तथा यौगिकों का अध्ययन किया जाता है। p-ब्लॉक तत्वों के गुणधर्म कक्षा 11 में पढ़े गए p-ब्लॉक (समूह 13-18 के मूल) से आगे बढ़कर कक्षा 12 में समूह 15-18 के तत्वों का विस्तृत अध्ययन होता है।

2. समूह 15: नाइट्रोजन परिवार (Nitrogen Family)

समूह 15 के तत्व: N, P, As, Sb, Bi। सामान्य विन्यास $ns^2np^3$।

गुणधर्म

• वैद्युतऋणात्मकता ऊपर से नीचे घटती है।
• परमाणु आकार तथा धात्विक गुण नीचे जाने पर बढ़ते हैं (Bi धातु)।
• N से P की ओर जाने पर वैद्युतऋणात्मकता में अंतर कम होता है।

नाइट्रोजन के गुणधर्म

• नाइट्रोजन $N_2$ अणु में त्रि-आबंध ($N \equiv N$) होता है, जिसकी बंध एन्थैल्पी (946 kJ/mol) अत्यधिक होती है। इसी कारण नाइट्रोजन निष्क्रिय है।
• नाइट्रोजन द्विपरमाणुक है जबकि P4, As4 बहुपरमाणुक अणु बनाते हैं।

अमोनिया (NH₃) — निर्माण (हेबर प्रक्रम)

$$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3, \qquad \Delta H = -92.6 \, \text{kJ}$$

• उत्प्रेरक: लोहा (Fe) + Mo क्रियाकारक
• ताप: 700 K, दाब: 200 atm
• NH₃ की संरचना: पिरामिडी, sp³ संकरण, बंध कोण 107°
• NH₃ में दो अणुओं के बीच हाइड्रोजन आबंध होता है, जिससे इसका क्वथनांक PH₃ से अधिक होता है।

नाइट्रिक अम्ल (HNO₃) — ओस्टवाल्ड प्रक्रम

$$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt/800^\circ C} 4NO + 6H_2O$$ $$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$$ $$3NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO$$

• HNO₃ प्रबल ऑक्सीकारक है।
• सांद्र HNO₃ पीले रंग का होता है (NO₂ के कारण)।

फास्फोरस

• श्वेत फास्फोरस (P4) विषैला, हरा-पीला, ऊँचे ताप पर ज्वलनशील (सहज दहन)।
• लाल फास्फोरस: पॉलिमरिक, विषैला नहीं, ज्वलनशीलता कम।
• P4 की संरचना: चतुष्फलकीय, बंध कोण 60°।
• फास्फीन (PH3): तैयारी $Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3$। स्वतः दहनशील, विषैली गैस।
• PCl3 तथा PCl5: दोनों फास्फोरस हैलाइड। PCl5 में P sp³d संकरण, त्रिकोणीय द्विपिरामिडी।

ऑक्सोअम्ल

• फास्फोरस के ऑक्सोअम्ल: H3PO2 (हाइपोफॉस्फोरस अम्ल), H3PO3 (फॉस्फोरस अम्ल), H3PO4 (ऑर्थोफॉस्फोरिक अम्ल)।
• H3PO2 में 1 हाइड्रोक्सिल (-OH) समूह → द्विक्षारकीय... वास्तव में H3PO2 एकक्षारकीय, H3PO3 द्विक्षारकीय, H3PO4 त्रिक्षारकीय।
• क्षारकता निर्धारित करने के लिए -OH समूहों की संख्या गिनें।

3. समूह 16: ऑक्सीजन परिवार (Oxygen Family / Chalcogens)

समूह 16 के तत्व: O, S, Se, Te, Po। सामान्य विन्यास $ns^2np^4$।

गुणधर्म

• ऑक्सीजन वैद्युतऋणात्मकता में F के बाद दूसरा।
• नीचे जाने पर वैद्युतऋणात्मकता, आयनन एन्थैल्पी घटती है।

डाइऑक्सीजन (O₂)

• तैयारी: $2KClO_3 \xrightarrow{MnO_2, \Delta} 2KCl + 3O_2$ या $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$
• O2 अनुचुंबकीय है (दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)।
• ओजोन (O3): $3O_2 \rightleftharpoons 2O_3$, अणुकोणीय संरचना, sp² संकरण, बंध कोण 116.5°। O3 सिलिका जेल से जुड़कर ओज़ोनाइड बनाता है। O3 से Hg, PbS का ऑक्सीकरण होता है। O3 का उपयोग जल शोधन में।

सल्फर

• ऑर्थोरोम्बिक सल्फर (α-S) तथा मोनोक्लिनिक सल्फर (β-S) अपररूप।
• ऑर्थोरोम्बिक, मोनोक्लिनिक से अधिक स्थायी (369 K से नीचे)।
• सल्फर अणु S8 में क्राउन संरचना।

सल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₄) — संपर्क प्रक्रम

$$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5/700K} 2SO_3$$ $$SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2S_2O_7 \text{ (ओलियम)}$$ $$H_2S_2O_7 + H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$$

• H₂SO₄: sp³ संकरण, अष्टफलकीय/टेट्राहेड्रल (S के चारों ओर 4 ऑक्सीजन), अत्यधिक निर्जलीकरण क्षमता।
• गुणधर्म: द्विक्षारकीय, प्रबल अम्ल, प्रबल निर्जलीकरणक।
• सांद्र H₂SO₄ कार्बोहाइड्रेट का निर्जलीकरण करता है।

4. समूह 17: हैलोजन परिवार (Halogens)

समूह 17 के तत्व: F, Cl, Br, I, At। सामान्य विन्यास $ns^2np^5$।

गुणधर्म

• ये अत्यधिक वैद्युतऋणात्मक होते हैं।
• आक्सीकरण क्षमता: F > Cl > Br > I।
• परमाणु आकार ऊपर से नीचे बढ़ता है, वैद्युतऋणात्मकता घटती है।
• हैलोजनों की ऑक्सीकारक क्षमता का क्रम: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂। F₂ सबसे प्रबल ऑक्सीकारक।
• क्लोरीन का विस्थापन: $Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2$ (Cl Br से अधिक क्रियाशील)।

हाइड्रोजन हैलाइड

• HF में H-आबंध के कारण असामान्य उच्च क्वथनांक।
• अम्ल क्षमता: HF < HCl < HBr < HI (बंध ऊर्जा घटती है)।

क्लोरीन के महत्वपूर्ण यौगिक

• क्लोरीन की तैयारी: $MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$ या विद्युत-अपघटन।
• ब्लीचिंग पाउडर: $Ca(OH)_2 + Cl_2 \rightarrow CaOCl_2 + H_2O$
• क्लोराइट: $CaOCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + Cl_2 + H_2O$

ऑक्सोअम्ल

• हैलोजनों के ऑक्सोअम्लों की क्षारकता सामान्यतः एक होती है।
• क्लोरीन के ऑक्सोअम्ल: HOCl (हाइपोक्लोरस), HClO₂ (क्लोरस), HClO₃ (क्लोरिक), HClO₄ (परक्लोरिक)। इनकी ऑक्सीकारक क्षमता में ऑक्सीजन की संख्या बढ़ने पर कमी आती है; अम्ल प्रबलता बढ़ती है।

5. समूह 18: अक्रिय गैस (Noble Gases)

समूह 18 के तत्व: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn। सामान्य विन्यास $ns^2np^6$ (He = 1s²)।

गुणधर्म

• अत्यधिक कम क्रियाशीलता (पूर्ण कोश इलेक्ट्रॉन विन्यास)।
• आयनन एन्थैल्पी अत्यधिक होती है।
• इनमें परमाण्वीय प्रकृति होती है (एकपरमाणुक)।
• जल, β-हाइड्रोक्विनोन से क्लैथ्रेट बनाते हैं।

यौगिक (Xe के)

• Xe + F2 → XeF2, XeF4, XeF6 (ताप व सांद्रता के अनुसार)।
• XeF6 + H2O → XeOF4 + 2HF; XeF6 + 3H2O → XeO3 + 6HF
• XeO3 अत्यधिक विस्फोटक।
• XeF2 में Xe sp³d संकरण (रैखिक), XeF4 में sp³d² (वर्ग समतलीय), XeF6 में sp³d³ (विकृत अष्टफलकीय)।
• Xe सबसे अधिक यौगिक बनाने वाली अक्रिय गैस है।

उपयोग

• He: गुब्बारे, गहरे समुद्र श्वसन में।
• Ar: उदासीन वातावरण, प्रदीपन बल्ब।
• Xe, Kr: विशेष प्रदीपन बल्ब।

6. आवर्ती प्रवृत्तियाँ (Periodic Trends)

• p-ब्लॉक में परमाणु आकार ऊपर से नीचे बढ़ता है।
• वैद्युतऋणात्मकता घटती है।
• आयनन एन्थैल्पी घटती है।
• धात्विक गुण बढ़ते हैं।
• ऑक्सीकारक क्षमता घटती है।

7. यौगिकों की संरचना तथा आबंधन के सिद्धांत

1. ऑक्टेट विस्तार: p-ब्लॉक तत्व (जैसे S, P, Xe) अपने रिक्त d-ऑर्बिटलों का उपयोग कर ऑक्टेट से अधिक इलेक्ट्रॉन युक्त यौगिक बनाते हैं, जैसे SF₆, PCl₅, XeF₄।
2. असंगत आबंध कोण: अकेला युग्म (lone pair) उपस्थित होने पर आबंध कोण मानक मान से घट जाता है — NH₃ में 107°, H₂O में 104.5°।
3. हाइड्रोजन आबंध का प्रभाव: NH₃, H₂O, HF जैसे यौगिकों में हाइड्रोजन आबंध के कारण क्वथनांक संगत हाइड्राइडों (PH₃, H₂S, HCl) से अधिक होता है।
4. तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: p-ब्लॉक तत्व अपने वर्ग संख्या के अनुसार अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करते हैं — N तथा O अपनी उच्चतम अवस्थाएँ (क्रमशः +5, +6) कुछ अपवादों के साथ नहीं बनाते।
5. अक्रिय युग्म प्रभाव (Inert Pair Effect): समूह में नीचे जाने पर ns² इलेक्ट्रॉन युग्म की क्रियाशीलता कम हो जाती है, जिससे निम्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ स्थायी होती हैं — जैसे Pb²⁺, Bi³⁺, Tl⁺।
6. वैद्युतऋणात्मकता में परिवर्तन: हैलोजन से अक्रिय गैस की ओर जाने पर वैद्युतऋणात्मकता घटती है, परंतु F तथा O में अधिकतम वैद्युतऋणात्मकता होती है।

त्वरित पुनरावृत्ति तालिकाएँ

तालिका 1: समूहों के तत्व तथा विन्यास

तालिका 2: Xe के फ्लोराइड

तालिका 3: ऑक्सीकारक क्षमता तथा अम्लता

माइंड मैप

महत्वपूर्ण आरेख (SVG)

आरेख 1: NH₃ तथा H₂O की संरचना

आरेख 2: सल्फ्यूरिक अम्ल की संरचना तथा ओस्टवाल्ड प्रक्रम

सामान्य गलतियाँ

1. N₂ की त्रि-आबंध एन्थैल्पी को कम मानना — यह 946 kJ/mol है, जो इसे निष्क्रिय बनाती है।
2. NH₃ और PH₃ के क्वथनांकों में अंतर भूलना — NH₃ में H-आबंध के कारण क्वथनांक अधिक।
3. P₄ की संरचना में बंध कोण 60° होता है — चतुष्फलकीय P4 में 60° लिखने में गलती।
4. H₃PO₂ की क्षारकता 3 लिखना — वास्तव में 1 (एक -OH समूह)।
5. XeF₆ की संरचना नियमित अष्टफलकीय लिखना — वह विकृत अष्टफलकीय है।
6. हैलोजन की ऑक्सीकारक क्षमता का क्रम उल्टा लिखना — F₂ सबसे प्रबल ऑक्सीकारक।
7. सल्फर के अपररूपों को भ्रमित करना — 369 K से नीचे ऑर्थोरोम्बिक स्थायी।

परीक्षा युक्तियाँ

1. ओस्टवाल्ड प्रक्रम की तीन अभिक्रियाओं को क्रम से लिखें — NH₃ से HNO₃ तक।
2. क्षारकता प्रश्नों में -OH समूहों की संख्या गिनें — H₃PO₂ (1), H₃PO₃ (2), H₃PO₄ (3)।
3. Xe के फ्लोराइडों के संकरण और संरचना की तालिका (sp³d रैखिक, sp³d² वर्ग समतलीय, sp³d³ विकृत अष्टफलकीय) याद रखें।
4. हाइड्रोजन हैलाइडों की अम्लता क्रम: HF < HCl < HBr < HI।
5. क्लोरीन की तैयारी MnO₂ + HCl से तथा ब्लीचिंग पाउडर Ca(OH)₂ + Cl₂ से होती है।
6. अक्रिय गैसों के उपयोग: He (गुब्बारा), Ar (बल्ब)।

निष्कर्ष

p-ब्लॉक तत्वों में समूह 15-18 के तत्वों के विन्यास, आवर्ती प्रवृत्तियाँ, अयस्क-निर्माण प्रक्रम (हेबर, ओस्टवाल्ड, संपर्क) तथा विशेष यौगिकों की संरचना का अध्ययन किया गया। नाइट्रोजन-फास्फोरस-ऑक्सीजन-सल्फर-हैलोजन-अक्रिय गैसों के गुणधर्मों की तुलनात्मक समझ से परीक्षा में विशिष्ट प्रश्नों को हल करना सरल होता है।