आम्ल व आम्लारी

(Acids and Bases) — MPSC / UPSC सामान्य विज्ञान

प्रस्तावना

आम्ल आणि आम्लारी या रसायनशास्त्रातील मूलभूत संकल्पना असून त्या संपूर्ण रसायनशास्त्राचा पाया तयार करतात. MPSC, UPSC तसेच राज्य शासनाच्या विविध विभागीय व स्पर्धा परीक्षांमध्ये सामान्य विज्ञान या घटकाखाली आम्ल-आम्लारी हा विषय नियमितपणे विचारला जातो. आम्ल हे सायट्रिक आम्ल (लिंबू, संत्रे) किंवा लॅक्टिक आम्ल (दही) यांसारख्या स्वरूपात आपल्या दैनंदिन आहारात सहज आढळतात, तर आम्लारी ब्लीचिंग पावडर, अमोनिया, साबण यांसारख्या पदार्थांच्या स्वरूपात असतात. आम्ल-आम्लारी ही संकल्पना रसायनशास्त्रातील अनेक संयुगांचे वर्गीकरण करण्यास मदत करते. या लेखात आपण आम्ल, आम्लारी, त्यांचे प्रकार, गुणधर्म, उपयोग, pH स्केल, उदासिनीकरण अभिक्रिया आणि दर्शक (Indicator) याबद्दल सविस्तर व अद्ययावत माहिती पाहणार आहोत.

आम्ल (Acid) ची ओळख

काही पदार्थ चवीला गोड, काही कडू तर काही आंबट किंवा तुरट असतात. लिंबू, चिंच, व्हिनेगर किंवा आवळा यांसारख्या पदार्थांना आंबट चव, त्यांच्यात असलेल्या एका विशिष्ट प्रकारच्या संयुगांमुळे प्राप्त होते. या आंबट चव देणाऱ्या संयुगांना 'आम्ल' असे म्हणतात. आम्ल पाण्यात विद्राव्य असतात व ते क्षरणकारक (corrosive) असतात. प्राणी आणि वनस्पतींमध्येही नैसर्गिक आम्ले असतात — उदा. मुंग्यांच्या दंशात फॉर्मिक आम्ल असते.

व्याख्या (Definition): आम्ल हा असा पदार्थ आहे की ज्याचे पाण्यातील द्रावण हायड्रोजन आयन (H⁺) उपलब्ध करून देते/निर्माण करते (Arrhenius संकल्पना).

आम्लांची काही उदाहरणे: हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl), नायट्रिक आम्ल (HNO₃), सल्फ्युरिक आम्ल (H₂SO₄), तसेच फळांमधील ॲस्कॉर्बिक आम्ल, सायट्रिक आम्ल, व्हिनेगरमधील ॲसेटिक आम्ल इत्यादी.

आम्लाचे प्रकार

आम्लाचे प्रमुख दोन प्रकार आहेत — सौम्य आम्ल (Weak Acid) आणि तीव्र आम्ल (Strong Acid).

सौम्य आम्ल (Weak Acid): जी आम्ले पाण्यात आयनांचे केवळ अंशतः पृथक्करण (partial dissociation) करतात, त्यांना सौम्य/कमकुवत आम्ल म्हणतात. खाद्यपदार्थांमध्ये आढळणाऱ्या आम्लांना नैसर्गिक किंवा सेंद्रिय आम्ल असेही म्हणतात. उदा. ॲसिटिक आम्ल, सायट्रिक आम्ल, कार्बोनिक आम्ल, फॉर्मिक आम्ल.

तीव्र आम्ल (Strong Acid): जी आम्ले पाण्यात सहज आणि पूर्णपणे आयनांमध्ये विलग होतात, त्यांना तीव्र/मजबूत आम्ल म्हणतात. उदा. हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl), सल्फ्युरिक आम्ल (H₂SO₄), नायट्रिक आम्ल (HNO₃).

काही नैसर्गिक आम्ले व त्यांचे स्रोत खाली दिले आहेत:

आम्लाचे नाव	नैसर्गिक स्रोत
ॲसिटिक आम्ल	व्हिनेगर
ॲस्कॉर्बिक आम्ल (Vitamin C)	संत्रे, आवळा
टार्टारिक आम्ल	चिंच
ऑक्सॅलिक आम्ल	टोमॅटो, पालक
लॅक्टिक आम्ल	दही
सायट्रिक आम्ल	लिंबू, संत्रे
फॉर्मिक आम्ल	मुंगीचा दंश, चावा
मॅलिक आम्ल	सफरचंद

आम्लाचे गुणधर्म

• आम्लाची चव आंबट असते.
• आम्लाच्या रेणूत हायड्रोजन आयन (H+) हा मुख्य घटक असतो.
• आम्लाची धातूशी अभिक्रिया होऊन हायड्रोजन वायू मुक्त होतो.
• आम्लाची कार्बोनेटशी अभिक्रिया होऊन कार्बन डाय-ऑक्साईड (CO2) वायू मुक्त होतो.
• आम्लामुळे निळा लिटमस कागद तांबडा (लाल) होतो.
• आम्ल विद्युत सुवाहक असतात (जलीय द्रावणात आयन तयार झाल्यामुळे).

आम्लाचे उपयोग

• रासायनिक खतांच्या उत्पादनात आम्ले वापरली जातात.
• तेलशुद्धीकरण, औषधनिर्मिती, रंग (dyes/paints), स्फोटक द्रव्यांच्या निर्मितीत आम्लांचा वापर होतो.
• विविध क्लोराइड क्षार बनविण्यासाठी हायड्रोक्लोरिक आम्ल वापरतात.
• विरल सल्फ्युरिक आम्ल विद्युत घट/बॅटरीमध्ये वापरतात.
• पाणी जंतुविरहित करण्यासाठी विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लाचा वापर होतो.
• लाकडाच्या लगद्यापासून कागद बनविण्यासाठी आम्लाचा वापर होतो.

आम्लारी (Base) ची ओळख

आम्लारी हा असा पदार्थ आहे ज्याचे पाण्यातील द्रावण हायड्रॉक्साइड आयन (OH^-) निर्माण करते — उदा. NaOH(aq). ब्रॉन्स्टेड-लॉरी सिद्धांतानुसार, प्रोटॉन (H⁺) स्वीकारणारा कोणताही पदार्थ आम्लारी असतो. पाण्यात विरघळणाऱ्या आम्लारींना 'अल्कली' (Alkali) असेही म्हणतात.

काही आम्लारींचे नाव, रासायनिक सूत्र आणि त्यांचे उपयोग खाली दिले आहेत:

आम्लारीचे नाव	सूत्र	उपयोग
सोडिअम हायड्रॉक्साइड (कॉस्टिक सोडा)	NaOH	कपडे धुण्याचा साबण बनविण्यासाठी
पोटॅशिअम हायड्रॉक्साइड (पोटॅश)	KOH	आंघोळीचा साबण व शॅम्पू बनविण्यासाठी
कॅल्शिअम हायड्रॉक्साइड (चुन्याची निवळी)	Ca(OH)2	भिंतींना चुना/रंग देण्यासाठी
अमोनिअम हायड्रॉक्साइड	NH4OH	खते तयार करण्यासाठी
मॅग्नेशिअम हायड्रॉक्साइड (मिल्क ऑफ मॅग्नेशिआ)	Mg(OH)2	आम्लविरोधक (antacid) औषध म्हणून

आम्लारीचे गुणधर्म

• आम्लारीची चव कडवट (तुरट) असते.
• त्यांचा स्पर्श साबणासारखा बुळबुळीत असतो.
• आम्लारीमध्ये हायड्रॉक्साइड आयन (OH-) हा मुख्य घटक असतो.
• सामान्यतः धातूंची ऑक्साइडे आम्लारीधर्मी असतात.
• आम्लारीमुळे तांबडा (लाल) लिटमस कागद निळा होतो.

pH स्केल (pH Scale)

एखादा पदार्थ किती आम्लधर्मी किंवा आम्लारीधर्मी आहे, हे मोजण्यासाठी pH स्केल वापरले जाते. pH स्केलचा विस्तार 0 ते 14 पर्यंत असतो. 'pH' या संज्ञेचा अर्थ 'Potential of Hydrogen' (हायड्रोजनची तीव्रता) असा घेतला जातो — ही संकल्पना डॅनिश शास्त्रज्ञ सोरेन सोरेनसन यांनी इ.स. 1909 मध्ये मांडली.

• pH मूल्य 7 पेक्षा कमी असल्यास पदार्थ आम्लधर्मी असतो (जितके मूल्य कमी, तितका आम्ल तीव्र).
• pH मूल्य बरोबर 7 असल्यास पदार्थ उदासीन (Neutral) असतो — उदा. शुद्ध पाणी.
• pH मूल्य 7 पेक्षा जास्त असल्यास पदार्थ आम्लारीधर्मी असतो (जितके मूल्य जास्त, तितकी आम्लारी तीव्र).
• मानवी रक्ताचा pH साधारण 7.35 ते 7.45 दरम्यान (किंचित आम्लारीधर्मी) असतो.

चित्र: pH स्केल आणि दैनंदिन जीवनातील पदार्थांची उदाहरणे

उदासिनीकरण अभिक्रिया (Neutralization Reaction) आणि क्षार

जेव्हा आम्ल आणि आम्लारी यांची योग्य प्रमाणात रासायनिक अभिक्रिया होते, तेव्हा त्यातून क्षार (Salt) आणि पाणी (Water) तयार होते. या अभिक्रियेला 'उदासिनीकरण अभिक्रिया' असे म्हणतात. ही अभिक्रिया उष्णताक्षेपी (exothermic) असते, म्हणजेच या अभिक्रियेत उष्णता बाहेर टाकली जाते.

चित्र: उदासिनीकरण अभिक्रिया — आम्ल + आम्लारी → क्षार + पाणी

उदासिनीकरण अभिक्रियेची दैनंदिन जीवनातील उदाहरणे:

• पोटातील अतिरिक्त आम्लामुळे होणारी आम्लपित्ताची (acidity) समस्या दूर करण्यासाठी मॅग्नेशिअम हायड्रॉक्साइडसारखी सौम्य आम्लारी (अँटासिड) घेतली जाते.
• शेतजमीन जास्त आम्लधर्मी झाल्यास चुना (कॅल्शिअम हायड्रॉक्साइड) मिसळून जमिनीची आम्लता कमी केली जाते.
• मधमाशी दंशामध्ये फॉर्मिक आम्ल असते, त्यावर उपचारासाठी सौम्य आम्लारी (बेकिंग सोडा) लावतात; तर मुंगी दंशाच्या उलट कीटक दंशासाठी सौम्य आम्ल (व्हिनेगर) वापरतात.

दर्शक (Indicator)

जे पदार्थ आम्लधर्मी किंवा आम्लारीधर्मी नसतात, ते रासायनिकदृष्ट्या उदासीन असतात. आम्ल किंवा आम्लारी पदार्थांची चव घेणे किंवा त्यांना थेट स्पर्श करणे अपायकारक असल्याने, त्यांची ओळख पटविण्यासाठी 'दर्शक' (Indicator) म्हणून विशिष्ट पदार्थांचा वापर केला जातो. जे पदार्थ आम्ल किंवा आम्लारीच्या संपर्काने स्वतःचा रंग बदलतात, त्यांना 'दर्शक' असे म्हणतात.

प्रयोगशाळेतील दर्शक: आम्ल व आम्लारी पदार्थांचे परीक्षण करण्यासाठी प्रयोगशाळेत मुख्यत्वे लिटमस कागदाचा वापर केला जातो. हा कागद लायकेन (दगडफूल) नावाच्या वनस्पतीच्या अर्कापासून तयार केला जातो. निळा लिटमस आम्लात बुडविल्यावर तांबडा होतो आणि तांबडा लिटमस कागद आम्लारीत बुडविल्यावर निळा होतो. त्याचप्रमाणे फिनॉल्फथॅलिन, मिथिल ऑरेंज व मिथिल रेड हे दर्शक द्रावणस्वरूपात प्रयोगशाळेत वापरले जातात. वैश्विक दर्शक (Universal Indicator) हे pH स्केलनुसार वेगवेगळे रंग दाखवून पदार्थाचा अचूक pH अंदाजित करण्यास मदत करते.

चित्र: लिटमस कागद चाचणी

दर्शक पदार्थाचे नाव	मूळ रंग	आम्लातील रंग	आम्लारीतील रंग
निळा लिटमस कागद	निळा	तांबडा	निळा (तसाच राहतो)
तांबडा लिटमस कागद	तांबडा	तांबडा (तसाच राहतो)	निळा
मिथिल ऑरेंज	नारंगी	गुलाबी	पिवळा
फिनॉल्फ्थॅलिन	रंगहीन	रंगहीन	गुलाबी
मिथिल रेड	तांबडा	तांबडा	पिवळा

आम्ल व आम्लारी यावरील वस्तुनिष्ठ प्रश्न

Q1. मिथिल ऑरेंज आम्लात टाकल्यानंतर कोणता रंग दर्शवितो?

• (a) गुलाबी
• (b) पिवळा
• (c) तांबडा
• (d) नारंगी

S1. Ans. (a)

Sol. मिथिल ऑरेंज हा दर्शक आम्लामध्ये गुलाबी रंग दर्शवितो व आम्लारीमध्ये पिवळा रंग दर्शवितो.

Q2. अमोनिअम हायड्रॉक्साइडचा उपयोग कशासाठी होतो?

• (a) चुना तयार करण्यासाठी
• (b) साबण बनविण्यासाठी
• (c) खते तयार करण्यासाठी
• (d) यापैकी नाही

S2. Ans. (c)

Sol. अमोनिअम हायड्रॉक्साइडचा उपयोग खते तयार करण्यासाठी होतो.

Q3. आम्लाची चव कशी असते?

• (a) आंबट
• (b) तिखट
• (c) कडू
• (d) तुरट

S3. Ans. (a)

Sol. आम्लाची चव आंबट असते.

Q4. खालीलपैकी ॲसिटिक आम्लाचा नैसर्गिक स्रोत कोणता आहे?

• (a) दही
• (b) संत्रे
• (c) लिंबू
• (d) व्हिनेगर

S4. Ans. (d)

Sol. व्हिनेगर हे ॲसिटिक आम्लाचे नैसर्गिक स्रोत आहे.

Q5. शुद्ध पाण्याचे pH मूल्य किती असते?

• (a) 0
• (b) 5
• (c) 7
• (d) 14

S5. Ans. (c)

Sol. शुद्ध पाणी उदासीन (Neutral) असल्याने त्याचे pH मूल्य 7 असते.

Q6. आम्ल आणि आम्लारी यांच्या अभिक्रियेतून काय तयार होते?

• (a) फक्त पाणी
• (b) क्षार व पाणी
• (c) फक्त वायू
• (d) यापैकी नाही

S6. Ans. (b)

Sol. आम्ल + आम्लारी → क्षार + पाणी, या अभिक्रियेला उदासिनीकरण अभिक्रिया म्हणतात.

Q7. दह्यामध्ये कोणते आम्ल आढळते?

• (a) सायट्रिक आम्ल
• (b) लॅक्टिक आम्ल
• (c) टार्टारिक आम्ल
• (d) ऑक्सॅलिक आम्ल

S7. Ans. (b)

Sol. दह्यामध्ये लॅक्टिक आम्ल आढळते.

Q8. मिल्क ऑफ मॅग्नेशिआ (Mg(OH)2) चा वापर कशासाठी होतो?

• (a) कपडे धुण्यासाठी
• (b) आम्लविरोधक औषध म्हणून
• (c) चुना तयार करण्यासाठी
• (d) खते तयार करण्यासाठी

S8. Ans. (b)

Sol. मॅग्नेशिअम हायड्रॉक्साइड (मिल्क ऑफ मॅग्नेशिआ) हे आम्लविरोधक (antacid) औषध म्हणून वापरले जाते.