Is Matter Around Us Pure?

पदार्थों को उनकी रासायनिक प्रकृति के आधार पर शुद्ध पदार्थों और मिश्रणों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

शुद्ध पदार्थ (Pure Substances)

• एक ही प्रकार के कणों से बने होते हैं।
• इनकी रासायनिक प्रकृति और संरचना पूरे पदार्थ में एक समान होती है।
• इन्हें किसी भी भौतिक विधि से सरल पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता।
• उदाहरण: सोना, चांदी, ऑक्सीजन, जल, नमक (सोडियम क्लोराइड)।

मिश्रण (Mixtures)

• दो या दो से अधिक शुद्ध पदार्थों (तत्वों या यौगिकों) को किसी भी अनुपात में मिलाने से बनते हैं।
• इनके घटक अपने मूल गुणधर्मों को बनाए रखते हैं।
• इन्हें भौतिक विधियों द्वारा अलग किया जा सकता है।
• उदाहरण: वायु, समुद्री जल, मिट्टी, दूध, चीनी का घोल।

वैज्ञानिक दृष्टिकोण से 'शुद्ध' का अर्थ

• आम भाषा में 'शुद्ध' का अर्थ बिना मिलावट के होता है।
• लेकिन वैज्ञानिक रूप से, शुद्ध पदार्थ वह है जिसके सभी घटक कण रासायनिक रूप से समान हों।
• उदाहरण के लिए, दूध एक मिश्रण है (पानी, वसा, प्रोटीन का), इसलिए यह वैज्ञानिक रूप से शुद्ध नहीं है।

मिश्रणों को उनके घटकों के वितरण के आधार पर दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:

समांगी मिश्रण (Homogeneous Mixtures)

• पूरे मिश्रण में एक समान संघटन होता है।
• घटक कणों को नग्न आँखों से अलग नहीं देखा जा सकता।
• कोई स्पष्ट सीमा रेखा नहीं होती जो घटकों को अलग करती हो।
• उदाहरण: नमक का पानी में घोल, चीनी का पानी में घोल, वायु, सिरका, सोडा पानी।
• विशेषता:
• कणों का आकार बहुत छोटा होता है (1 nm से कम)।
• प्रकाश की किरण को प्रकीर्णित नहीं करते (टिंडल प्रभाव नहीं दिखाते)।
• स्थिर होते हैं; कण नीचे नहीं बैठते।
• छानने से घटकों को अलग नहीं किया जा सकता।

विषमांगी मिश्रण (Heterogeneous Mixtures)

• पूरे मिश्रण में असमान संघटन होता है।
• घटक कणों को नग्न आँखों से देखा जा सकता है या सूक्ष्मदर्शी से आसानी से पहचाना जा सकता है।
• घटकों के बीच स्पष्ट सीमा रेखाएँ होती हैं।
• उदाहरण: नमक और लोहे के बुरादे का मिश्रण, तेल और पानी का मिश्रण, मिट्टी और पानी का मिश्रण, रेत और चीनी का मिश्रण।
• विशेषता:
• कणों का आकार बड़ा होता है।
• अक्सर प्रकाश की किरण को प्रकीर्णित करते हैं (टिंडल प्रभाव दिखा सकते हैं, जैसे निलंबन और कोलाइड)।
• अस्थिर हो सकते हैं; कण समय के साथ नीचे बैठ सकते हैं।
• छानने जैसी भौतिक विधियों से घटकों को अलग किया जा सकता है।

गतिविधि 4.1 का निष्कर्ष (Activity 4.1 Conclusion)

• समूह A और B: कॉपर सल्फेट का पानी में घोल बनाया, जो एक समांगी मिश्रण है। रंग की तीव्रता अलग-अलग हो सकती है, लेकिन संघटन एक समान होता है।
• समूह C और D: कॉपर सल्फेट और पोटेशियम परमैंगनेट या नमक और सल्फर के मिश्रण बनाए, जो विषमांगी मिश्रण हैं क्योंकि उनके घटक अलग-अलग दिखाई देते हैं।

विलयन (Solution)

• एक विलयन दो या दो से अधिक पदार्थों का समांगी मिश्रण होता है।
• सामान्यतः हम विलयन को तरल पदार्थ के रूप में सोचते हैं जिसमें ठोस, तरल या गैस घुली होती है।
• लेकिन, ठोस विलयन (मिश्र धातु) और गैसीय विलयन (वायु) भी होते हैं।
• उदाहरण: नींबू पानी, सोडा पानी, नमक का घोल, चीनी का घोल।

विलयन के घटक

1. विलायक (Solvent): विलयन का वह घटक जो दूसरे घटक को अपने में घोलता है। यह आमतौर पर अधिक मात्रा में मौजूद होता है।
2. विलेय (Solute): विलयन का वह घटक जो विलायक में घुलता है। यह आमतौर पर कम मात्रा में मौजूद होता है।

• उदाहरण: चीनी के पानी में घोल में, पानी विलायक है और चीनी विलेय है।

विलयन के गुणधर्म (Properties of a Solution)

• यह एक समांगी मिश्रण है।
• कणों का आकार बहुत छोटा होता है, 1 नैनोमीटर (10⁻⁹ मीटर) से भी कम। इसलिए, उन्हें नग्न आँखों से नहीं देखा जा सकता।
• अत्यंत छोटे कण आकार के कारण, वे विलयन से गुजरने वाली प्रकाश की किरण को प्रकीर्णित नहीं करते हैं। इसलिए, प्रकाश का मार्ग विलयन में दिखाई नहीं देता (टिंडल प्रभाव नहीं दिखाते)।
• विलेय कणों को छानने की प्रक्रिया द्वारा मिश्रण से अलग नहीं किया जा सकता।
• विलेय कणों को बिना छेड़े छोड़ने पर वे नीचे नहीं बैठते, अर्थात, एक विलयन स्थिर होता है।

विलयन की सांद्रता (Concentration of a Solution)

• विलयन की सांद्रता विलायक की दी गई मात्रा या विलयन की दी गई मात्रा में विलेय की मात्रा (द्रव्यमान या आयतन) है।
• यह दर्शाता है कि विलयन में कितना विलेय घुला हुआ है।

सांद्रता व्यक्त करने के तरीके

1. द्रव्यमान प्रतिशतता (Mass by Mass Percentage):

$$ \text{द्रव्यमान प्रतिशतता} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का द्रव्यमान}} \times 100 $$ (विलयन का द्रव्यमान = विलेय का द्रव्यमान + विलायक का द्रव्यमान)

1. द्रव्यमान-आयतन प्रतिशतता (Mass by Volume Percentage):

$$ \text{द्रव्यमान-आयतन प्रतिशतता} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का आयतन}} \times 100 $$

1. आयतन प्रतिशतता (Volume by Volume Percentage):

$$ \text{आयतन प्रतिशतता} = \frac{\text{विलेय का आयतन}}{\text{विलयन का आयतन}} \times 100 $$

संतृप्त और असंतृप्त विलयन (Saturated and Unsaturated Solutions)

• संतृप्त विलयन (Saturated Solution): किसी दिए गए तापमान पर, एक विलयन जिसमें और अधिक विलेय नहीं घोला जा सकता, उसे संतृप्त विलयन कहते हैं।
• असंतृप्त विलयन (Unsaturated Solution): यदि किसी विलयन में विलेय की मात्रा संतृप्ति स्तर से कम है, तो उसे असंतृप्त विलयन कहते हैं।

घुलनशीलता (Solubility)

• किसी दिए गए तापमान पर संतृप्त विलयन में मौजूद विलेय की मात्रा को उसकी घुलनशीलता कहते हैं।
• तापमान बढ़ने पर आमतौर पर घुलनशीलता बढ़ती है।

निलंबन (Suspension)

• निलंबन एक विषमांगी मिश्रण है जिसमें ठोस कण पूरे तरल माध्यम में निलंबित (फैले हुए) रहते हैं, लेकिन घुलते नहीं हैं।
• ये कण नग्न आँखों से देखे जा सकते हैं।
• उदाहरण: चॉक पाउडर और पानी का मिश्रण, मिट्टी और पानी का मिश्रण, रेत और पानी का मिश्रण।

निलंबन के गुणधर्म (Properties of a Suspension)

• यह एक विषमांगी मिश्रण है।
• निलंबन के कणों को नग्न आँखों से देखा जा सकता है।
• निलंबन के कण अपने बड़े आकार के कारण इससे गुजरने वाली प्रकाश की किरण को प्रकीर्णित करते हैं और उसके मार्ग को दृश्यमान बनाते हैं (टिंडल प्रभाव दिखाते हैं)।
• जब निलंबन को बिना छेड़े छोड़ दिया जाता है, तो विलेय कण नीचे बैठ जाते हैं, अर्थात, एक निलंबन अस्थिर होता है।
• कणों के नीचे बैठने के बाद, निलंबन टूट जाता है और यह अब प्रकाश को प्रकीर्णित नहीं करता।
• विलेय कणों को छानने की प्रक्रिया द्वारा मिश्रण से अलग किया जा सकता है।

कोलाइडल विलयन (Colloidal Solution / Colloid)

• कोलाइड एक विषमांगी मिश्रण है, जो देखने में समांगी लगता है।
• इसके कण पूरे विलयन में समान रूप से फैले होते हैं।
• कणों का आकार विलयन और निलंबन के बीच का होता है (लगभग 1 nm से 100 nm के बीच)।
• ये कण इतने छोटे होते हैं कि नग्न आँखों से नहीं देखे जा सकते, लेकिन इतने बड़े होते हैं कि प्रकाश को प्रकीर्णित कर सकें।
• उदाहरण: दूध, स्याही, रक्त, स्टार्च का घोल, धुंध, बादल।

कोलाइड के गुणधर्म (Properties of a Colloid)

• यह एक विषमांगी मिश्रण है (हालांकि देखने में समांगी लगता है)।
• कोलाइड के कणों का आकार इतना छोटा होता है कि उन्हें नग्न आँखों से व्यक्तिगत रूप से नहीं देखा जा सकता।
• कोलाइड के कण इतने बड़े होते हैं कि वे इससे गुजरने वाली प्रकाश की किरण को प्रकीर्णित करते हैं और उसके मार्ग को दृश्यमान बनाते हैं। इसे टिंडल प्रभाव कहते हैं।
• ये कण बिना छेड़े छोड़ने पर नीचे नहीं बैठते, अर्थात, एक कोलाइड काफी स्थिर होता है।
• इन्हें छानने की प्रक्रिया द्वारा मिश्रण से अलग नहीं किया जा सकता। हालांकि, इन्हें अपकेंद्रीकरण (centrifugation) जैसी विशेष तकनीकों से अलग किया जा सकता है।

टिंडल प्रभाव (Tyndall Effect)

• प्रकाश की किरण का कोलाइडल कणों द्वारा प्रकीर्णन (फैलाव) ही टिंडल प्रभाव कहलाता है।
• उदाहरण:
• जब एक छोटे छेद से प्रकाश की महीन किरण कमरे में प्रवेश करती है, तो धूल और धुएँ के कणों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण उसका मार्ग दिखाई देता है।
• घने जंगल की चंदवा (canopy) से सूर्य का प्रकाश गुजरते समय, टिंडल प्रभाव देखा जा सकता है। यह धुंध में मौजूद पानी की छोटी बूंदों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण होता है।

कोलाइड के घटक

1. परिक्षिप्त प्रावस्था (Dispersed Phase): विलेय जैसा घटक या कण जो कोलाइडल रूप में फैला होता है।
2. परिक्षेपण माध्यम (Dispersion Medium): वह माध्यम जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था फैली होती है (विलायक जैसा घटक)।

• उदाहरण: दूध में, वसा की बूंदें परिक्षिप्त प्रावस्था हैं और पानी परिक्षेपण माध्यम है। धुंध में, पानी की छोटी बूंदें परिक्षिप्त प्रावस्था हैं और वायु परिक्षेपण माध्यम है।

पदार्थों में होने वाले परिवर्तनों को दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

भौतिक परिवर्तन (Physical Changes)

• ये वे परिवर्तन हैं जिनमें पदार्थ के भौतिक गुणधर्म (जैसे अवस्था, रंग, गंध, कठोरता, घनत्व, गलनांक, क्वथनांक) बदलते हैं, लेकिन उसकी रासायनिक पहचान या संघटन नहीं बदलता।
• कोई नया पदार्थ नहीं बनता।
• ये परिवर्तन आमतौर पर उत्क्रमणीय (reversible) होते हैं।
• उदाहरण:
• बर्फ का पिघलना (ठोस से तरल)
• पानी का उबलना (तरल से गैस)
• कागज का फटना या लकड़ी का कटना (आकार बदलता है, पदार्थ वही रहता है)
• नमक का पानी में घुलना (नमक और पानी अपनी पहचान बनाए रखते हैं, उन्हें वाष्पीकरण से अलग किया जा सकता है)
• बल्ब का जलना (ऊर्जा परिवर्तन, लेकिन तार की रासायनिक संरचना नहीं बदलती)

रासायनिक परिवर्तन (Chemical Changes)

• ये वे परिवर्तन हैं जिनमें पदार्थ की रासायनिक पहचान और संघटन बदल जाता है।
• एक या एक से अधिक नए पदार्थ बनते हैं जिनके गुणधर्म मूल पदार्थों से पूरी तरह भिन्न होते हैं।
• ये परिवर्तन आमतौर पर अनुत्क्रमणीय (irreversible) होते हैं।
• अक्सर ऊर्जा का अवशोषण या उत्सर्जन होता है (ऊष्मा, प्रकाश, ध्वनि के रूप में)।
• उदाहरण:
• लकड़ी का जलना (लकड़ी जलकर राख, कार्बन डाइऑक्साइड, पानी आदि में बदल जाती है)
• लोहे में जंग लगना (लोहा ऑक्सीजन और पानी के साथ क्रिया करके आयरन ऑक्साइड बनाता है)
• भोजन का पकना या पचना
• दूध का दही में बदलना
• पटाखों का जलना
• मैग्नीशियम रिबन का जलना (मैग्नीशियम ऑक्साइड बनता है)

भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों की पहचान

| विशेषता | भौतिक परिवर्तन | रासायनिक परिवर्तन | |---|---|---| | नया पदार्थ | कोई नया पदार्थ नहीं बनता | नया पदार्थ बनता है | | रासायनिक संघटन | अपरिवर्तित रहता है | बदल जाता है | | उत्क्रमणीयता | आमतौर पर उत्क्रमणीय | आमतौर पर अनुत्क्रमणीय | | ऊर्जा परिवर्तन | कम ऊर्जा परिवर्तन | अक्सर महत्वपूर्ण ऊर्जा परिवर्तन (ऊष्मा, प्रकाश) | | उदाहरण | बर्फ का पिघलना, कागज का कटना | लकड़ी का जलना, लोहे में जंग लगना |

गतिविधि 4.3 का निष्कर्ष (Activity 4.3 Conclusion)

• जब लोहे के बुरादे और सल्फर पाउडर को केवल मिलाया जाता है (समूह-I), तो यह एक भौतिक परिवर्तन है, और एक मिश्रण बनता है। घटक अपने गुण बनाए रखते हैं (लोहा चुंबक से आकर्षित होता है)।
• जब लोहे के बुरादे और सल्फर पाउडर को गर्म किया जाता है (समूह-II), तो यह एक रासायनिक परिवर्तन है, और एक नया यौगिक (आयरन सल्फाइड) बनता है। नए पदार्थ के गुण मूल घटकों से भिन्न होते हैं (यह चुंबक से आकर्षित नहीं होता)।

शुद्ध पदार्थों को आगे तत्वों और यौगिकों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

तत्व (Elements)

• रॉबर्ट बॉयल ने 1661 में 'तत्व' शब्द का प्रयोग किया।
• एंटोनी लॉरेंट लेवोइज़र ने तत्व को पदार्थ के एक बुनियादी रूप के रूप में परिभाषित किया जिसे रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा सरल पदार्थों में नहीं तोड़ा जा सकता।
• तत्व एक ही प्रकार के परमाणुओं से बने होते हैं।
• उदाहरण: हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O), लोहा (Fe), सोना (Au), चांदी (Ag)।

तत्वों का वर्गीकरण

तत्वों को मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में बांटा गया है:

1. धातुएँ (Metals):

• गुणधर्म:
• इनमें चमक (lustre) होती है।
• ये आमतौर पर चांदी-ग्रे या सुनहरे-पीले रंग के होते हैं।
• ये ऊष्मा और विद्युत के सुचालक होते हैं।
• ये तन्य (ductile) होते हैं (इन्हें तारों में खींचा जा सकता है)।
• ये आघातवर्धनीय (malleable) होते हैं (इन्हें पतली चादरों में पीटा जा सकता है)।
• ये ध्वनिपूर्ण (sonorous) होते हैं (पीटने पर बजने वाली ध्वनि उत्पन्न करते हैं)।
• अधिकांश धातुएँ कमरे के तापमान पर ठोस होती हैं (पारा अपवाद है, जो तरल है)।
• उदाहरण: सोना, चांदी, तांबा, लोहा, सोडियम, पोटेशियम, एल्यूमीनियम, पारा।

1. अधातुएँ (Non-metals):

• गुणधर्म:
• ये विभिन्न रंगों के होते हैं।
• ये ऊष्मा और विद्युत के कुचालक होते हैं (ग्रेफाइट अपवाद है)।
• ये चमकदार, ध्वनिपूर्ण या आघातवर्धनीय नहीं होते।
• ये ठोस, तरल या गैस हो सकते हैं।
• उदाहरण: हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, आयोडीन, कार्बन (कोयला, कोक), ब्रोमीन (तरल अधातु), क्लोरीन।

1. उपधातुएँ (Metalloids):

• ये वे तत्व हैं जिनके गुणधर्म धातुओं और अधातुओं के बीच के होते हैं।
• उदाहरण: बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, एंटीमनी।

यौगिक (Compounds)

• एक यौगिक वह पदार्थ है जो दो या दो से अधिक तत्वों के रासायनिक संयोजन से एक निश्चित अनुपात में बनता है।
• यौगिक के गुणधर्म उसके घटक तत्वों के गुणधर्मों से पूरी तरह भिन्न होते हैं।
• यौगिकों को भौतिक विधियों से उनके घटक तत्वों में अलग नहीं किया जा सकता; इसके लिए रासायनिक या विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
• उदाहरण: जल (H₂O), कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), नमक (NaCl), चीनी (C₁₂H₂₂O₁₁)।

यौगिकों की विशेषताएँ

• निश्चित संघटन: यौगिक में घटक तत्व हमेशा एक निश्चित द्रव्यमान अनुपात में मौजूद होते हैं। उदाहरण के लिए, जल में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का द्रव्यमान अनुपात हमेशा 1:8 होता है।
• नए गुणधर्म: यौगिक के गुणधर्म उसके घटक तत्वों के गुणधर्मों से पूरी तरह भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन (ज्वलनशील गैस) और ऑक्सीजन (दहन में सहायक गैस) मिलकर जल (अग्निशामक तरल) बनाते हैं।
• समांगी प्रकृति: यौगिक हमेशा समांगी होते हैं, अर्थात, पूरे पदार्थ में संघटन एक समान होता है।
• निश्चित गलनांक और क्वथनांक: शुद्ध यौगिकों का एक निश्चित गलनांक और क्वथनांक होता है।
• पृथक्करण: घटकों को केवल रासायनिक या विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा ही अलग किया जा सकता है।

मिश्रण और यौगिक के बीच अंतर (पुनरावलोकन)

| विशेषता | मिश्रण (Mixture) | यौगिक (Compound) | |---|---|---| | संघटन | घटक किसी भी अनुपात में मिश्रित होते हैं | घटक एक निश्चित अनुपात में रासायनिक रूप से संयोजित होते हैं | | नया पदार्थ | कोई नया पदार्थ नहीं बनता, घटक अपने गुण बनाए रखते हैं | नया पदार्थ बनता है, जिसके गुण मूल घटकों से भिन्न होते हैं | | पृथक्करण | भौतिक विधियों से आसानी से अलग किया जा सकता है | केवल रासायनिक या विद्युत रासायनिक विधियों से अलग किया जा सकता है | | प्रकृति | समांगी या विषमांगी हो सकता है | हमेशा समांगी होता है | | गलनांक/क्वथनांक | निश्चित नहीं | निश्चित होता है | | ऊर्जा परिवर्तन | आमतौर पर कम या कोई नहीं | अक्सर ऊर्जा परिवर्तन (अवशोषण या उत्सर्जन) होता है |

गतिविधि 4.4 का निष्कर्ष (Activity 4.4 Conclusion)

• समूह-I (मिश्रण): लोहे के बुरादे और सल्फर को केवल मिलाने से एक मिश्रण बनता है। लोहा अभी भी चुंबकीय होता है और सल्फर अभी भी कार्बन डाइसल्फाइड में घुलनशील होता है।
• समूह-II (यौगिक): लोहे के बुरादे और सल्फर को गर्म करने से आयरन सल्फाइड (FeS) नामक एक नया यौगिक बनता है। यह चुंबकीय नहीं होता और इसके गुण मूल घटकों से पूरी तरह भिन्न होते हैं।