Maharashtra · Class 7 · 🔬 Science · Chapter 14
ch14
मूलद्रव्येसंयुगेमिश्रणेधातू आणि अधातूमिश्रणांचे विलगीकरण
या धड्यात विद्यार्थी मूलद्रव्ये, संयुगे आणि मिश्रणे या मूलभूत संकल्पना शिकतात. यात मूलद्रव्यांच्या संज्ञा, संयुगे कशी तयार होतात, मिश्रणांचे प्रकार आणि मिश्रणातील घटक वेगळे करण्याच्या विविध पद्धतींचा समावेश आहे. दैनंदिन जीवनातील उदाहरणांसह या संकल्पना स्पष्ट केल्या आहेत, ज्यामुळे विद्यार्थ्यांना रसायनशास्त्राची प्राथमिक माहिती मिळते.
मूलद्रव्ये (Elements)
१.१ मूलद्रव्यांची संकल्पना
- मूलद्रव्य म्हणजे असा पदार्थ जो रासायनिक प्रक्रियेने इतर कोणत्याही साध्या पदार्थांमध्ये विभाजित करता येत नाही.
- मूलद्रव्यांचे सर्वात लहान कण म्हणजे अणू (Atom).
- डेमोक्रीटस या शास्त्रज्ञाने 'अणू' हे नाव दिले (ग्रीक भाषेत 'atomos' म्हणजे अविभाज्य).
- जॉन डाल्टन (१८०३) यांनी मांडले की अणू निर्माण करता येत नाहीत, त्यांचे विभाजन करता येत नाही किंवा ते नष्टही करता येत नाहीत.
१.२ मूलद्रव्यांच्या संज्ञा (Symbols of Elements)
- बर्झेलिअस या शास्त्रज्ञाने मूलद्रव्यांसाठी संज्ञा वापरण्याची पद्धत सुरू केली.
- संज्ञा इंग्रजी नावाच्या पहिल्या अक्षरावरून बनवल्या जातात (उदा. कार्बनसाठी C).
- जर दोन किंवा अधिक मूलद्रव्यांच्या नावांमध्ये पहिले अक्षर सारखे असेल, तर अक्षरांची जोडी वापरतात (उदा. कार्बनसाठी C, क्लोरीनसाठी Cl).
- काही संज्ञा लॅटिन नावांवरून घेतल्या आहेत (उदा. चांदीसाठी Ag - Argentum, सोन्यासाठी Au - Aurum).
- टंगस्टनची संज्ञा 'W' ही Wolfram या नावावरून आली आहे.
१.३ मूलद्रव्यांच्या अवस्था (States of Elements)
- मूलद्रव्ये निसर्गात स्थायू, द्रव किंवा वायू या तीन अवस्थांमध्ये आढळतात.
- उदाहरणार्थ:
- स्थायू: लोह, तांबे, सोने
- द्रव: पारा, ब्रोमीन
- वायू: ऑक्सिजन, नायट्रोजन, हायड्रोजन
१.४ मूलद्रव्यांचे वर्गीकरण (Classification of Elements)
- मूलद्रव्यांचे मुख्यत्वे तीन गटांमध्ये वर्गीकरण केले जाते:
- धातू (Metals)
- अधातू (Non-metals)
- धातुसदृश (Metalloids)
१.४.१ धातू (Metals)
- गुणधर्म:
- वर्धनीयता (Malleability): पत्रे बनवता येतात (उदा. सोन्याचे पत्रे).
- तन्यता (Ductility): तारा काढता येतात (उदा. तांब्याच्या तारा).
- विद्युतवाहकता (Electrical Conductivity): विजेचे सुवाहक.
- उष्णतावाहकता (Thermal Conductivity): उष्णतेचे सुवाहक.
- घनता (Density): सामान्यतः उच्च घनता.
- चकाकी (Lustre): चमकदार पृष्ठभाग.
- नादमयता (Sonority): आवाज निर्माण करतात (उदा. घंटा).
- उदाहरणार्थ: लोह (Fe), तांबे (Cu), सोने (Au), चांदी (Ag), सोडियम (Na), मॅग्नेशियम (Mg).
१.४.२ अधातू (Non-metals)
- ज्या मूलद्रव्यांमध्ये धातूंचे गुणधर्म आढळत नाहीत, त्यांना अधातू म्हणतात.
- गुणधर्म:
- सामान्यतः भंगुर (Brittle) असतात (स्थायू अधातू).
- विजेचे आणि उष्णतेचे दुर्वाहक (Poor conductors).
- चकाकी नसते (अपवाद: आयोडीन).
- नादमय नसतात.
- उदाहरणार्थ: फॉस्फरस (P), सल्फर (S), क्लोरीन (Cl), ऑक्सिजन (O), नायट्रोजन (N).
१.४.३ धातुसदृश (Metalloids)
- जी मूलद्रव्ये धातू आणि अधातू या दोघांचेही काही प्रमाणात गुणधर्म दर्शवतात, त्यांना धातुसदृश म्हणतात.
- हा मूलद्रव्यांचा तिसरा गट आहे.
- उदाहरणार्थ: आर्सेनिक (As), सिलिकॉन (Si), सेलेनियम (Se), जर्मेनियम (Ge).
१.५ संमिश्र (Alloy)
- काही धातू शुद्ध स्वरूपात वापरताना अडचणी येतात (उदा. शुद्ध लोह गंजते, शुद्ध सोने मऊ असते).
- अशा धातूंमध्ये एक किंवा अधिक मूलद्रव्ये मिसळून मूळ धातूंचे गुणधर्म बदलता येतात.
- धातूंच्या या मिश्रणाला संमिश्र (Alloy) असे म्हणतात.
- उदाहरणार्थ:
- पितळ (Brass): तांबे + जस्त
- पोलाद (Steel): लोह + कार्बन
- बावीस कॅरेट सोने (22 Carat Gold): सोने + तांबे/चांदी
महत्त्वाची नोंद
ऑक्सिजन वायुरूपात आढळतो. ऑक्सिजनचे दोन अणू एकत्र येऊन स्वतंत्र अस्तित्व असलेला ऑक्सिजनचा रेणू (O₂) तयार होतो.
लक्षात ठेवा
अणू आणि रेणू डोळ्यांनी दिसत नाहीत.
संयुग (Compound)
२.१ संयुगाची व्याख्या
- संयुग म्हणजे दोन किंवा अधिक मूलद्रव्यांच्या रासायनिक संयोगातून तयार होणारा पदार्थ.
- संयुगामध्ये अणू हे वेगवेगळ्या प्रकारचे असतात.
- संयुगातील घटक मूलद्रव्ये विशिष्ट प्रमाणात रासायनिक बंधाने जोडलेली असतात.
२.२ संयुगाचे गुणधर्म
- संयुगाचे गुणधर्म हे त्यातील घटक मूलद्रव्यांच्या गुणधर्मांपेक्षा पूर्णपणे वेगळे असतात.
- उदाहरणार्थ:
- हायड्रोजन (ज्वलनशील) आणि ऑक्सिजन (ज्वलनास मदत करणारा) यांच्या संयोगाने पाणी (H₂O) तयार होते.
- पाणी आग विझवण्यासाठी उपयोगी पडते, जे त्याच्या घटक मूलद्रव्यांच्या गुणधर्मांच्या विरुद्ध आहे.
२.३ रेणुसूत्र (Molecular Formula)
- संयुगाचा निर्देश करण्यासाठी रेणुसूत्राचा वापर करतात.
- रेणुसूत्र म्हणजे संयुगात असणाऱ्या घटक मूलद्रव्यांच्या संज्ञा आणि अणूंची संख्या यांच्या साहाय्याने केलेले लेखन.
- हे संयुगातील अणूंची संख्या आणि प्रकार दर्शवते.
- उदाहरणार्थ:
- पाणी: H₂O (हायड्रोजनचे २ अणू, ऑक्सिजनचा १ अणू)
- कार्बन डायऑक्साइड: CO₂ (कार्बनचा १ अणू, ऑक्सिजनचे २ अणू)
२.३.१ काही सामान्य संयुगे आणि त्यांची रेणुसूत्रे
- पाणी: H₂O
- कार्बन डायऑक्साइड: CO₂
- मीठ (सोडियम क्लोराईड): NaCl
- ग्लुकोज: C₆H₁₂O₆
- मिथेन: CH₄
- सल्फ्युरिक आम्ल: H₂SO₄
- हायड्रोक्लोरिक आम्ल: HCl
महत्त्वाची नोंद
संयुगातील घटक मूलद्रव्ये रासायनिक बंधाने जोडलेली असतात, त्यामुळे ती सहजपणे वेगळी करता येत नाहीत.
मिश्रण (Mixture)
३.१ मिश्रणाची व्याख्या
- मिश्रण म्हणजे दोन किंवा अधिक मूलद्रव्ये किंवा संयुगे एकमेकांमध्ये मिसळली असता तयार होणारा पदार्थ.
- मिश्रणातील विविध घटकांचे प्रमाण निश्चित नसते.
- मिश्रणे तयार होताना कोणताही रासायनिक बदल घडून येत नाही किंवा नवीन संयुगे तयार होत नाहीत.
- मिश्रणातील घटक त्यांचे मूळ गुणधर्म कायम ठेवतात.
३.२ मिश्रणांचे प्रकार
- एकजिनसी मिश्रण (Homogeneous Mixture): ज्या मिश्रणातील घटक सर्वत्र एकसारखे पसरलेले असतात आणि ते डोळ्यांनी वेगळे ओळखता येत नाहीत. उदा. सरबत, हवा.
- विषमजिनसी मिश्रण (Heterogeneous Mixture): ज्या मिश्रणातील घटक डोळ्यांनी वेगळे ओळखता येतात आणि ते सर्वत्र एकसारखे पसरलेले नसतात. उदा. भेळ, माती आणि वाळूचे मिश्रण.
३.३ मिश्रणांतील घटक वेगळे करणे (Separation of Components of Mixtures)
- मिश्रणातील घटक वेगळे करण्यासाठी विविध सोप्या पद्धती वापरल्या जातात, कारण घटकांचे गुणधर्म बदललेले नसतात.
- या पद्धतींचा उपयोग मिश्रणातील अनावशयक घटक वेगळे करण्यासाठी किंवा उपयुक्त घटक मिळवण्यासाठी होतो.
३.३.१ सोप्या भौतिक पद्धती (Simple Physical Methods)
- गाळणे (Filtration): द्रव आणि अविद्राव्य स्थायू वेगळे करण्यासाठी (उदा. चहापत्ती वेगळी करणे).
- चाळणे (Sieving): वेगवेगळ्या आकाराचे स्थायू कण वेगळे करण्यासाठी (उदा. पीठ चाळणे).
- वेचणे/निवडणे (Handpicking): डोळ्यांनी दिसणारे मोठे कण वेगळे करण्यासाठी (उदा. धान्यातील खडे निवडणे).
- पाखडणे (Winnowing): हलके आणि जड घटक वाऱ्याच्या साहाय्याने वेगळे करण्यासाठी (उदा. धान्य पाखडणे).
- चुंबक फिरवणे (Magnetic Separation): चुंबकीय आणि अचुंबकीय पदार्थ वेगळे करण्यासाठी (उदा. लोहकीस आणि वाळू).
- संप्लवन (Sublimation): संप्लवनशील स्थायू (उदा. कापूर, आयोडीन) आणि असंप्लवनशील स्थायू वेगळे करण्यासाठी.
३.३.२ पदार्थांच्या गुणधर्मांवर आधारित पद्धती (Methods based on Properties of Substances)
- पदार्थांचे गुणधर्म आणि उष्णतेचे परिणाम (उदा. उत्कलन बिंदू, वितळण बिंदू) वापरून घटक वेगळे केले जातात.
महत्त्वाची नोंद
भेसळ हा सुद्धा मिश्रणाचाच एक प्रकार आहे, जिथे एखाद्या उपयुक्त पदार्थात अनावशयक किंवा हानिकारक पदार्थ मिसळले जातात.
लक्षात ठेवा
मिश्रणातील घटक त्यांचे मूळ रासायनिक गुणधर्म टिकवून ठेवतात, तर संयुगामध्ये घटक त्यांचे मूळ गुणधर्म गमावतात.
मिश्रणांतील घटक वेगळे करण्याच्या काही पद्धती
४.१ ऊर्ध्वपातन पद्धती (Distillation Method)
- उपयोग:
- मीठ विरघळलेले पाणी (स्थायू-द्रव मिश्रण) वेगळे करण्यासाठी.
- अशुद्ध द्रवपदार्थ शुद्ध करण्यासाठी.
- दोन भिन्न उत्कलन बिंदू असलेल्या द्रवांना वेगळे करण्यासाठी (अंशात्मक ऊर्ध्वपातन).
- कार्यपद्धती:
- गोल चंबूमध्ये मीठ विरघळलेले पाणी घेऊन त्याला उष्णता देतात.
- पाण्याची वाफ होते.
- ही वाफ संघननी (Condenser) मधून जाताना थंड होऊन द्रवरूपात येते.
- शुद्ध पाणी शंकुपात्रात जमा होते.
- चंबूच्या तळाशी मीठ शिल्लक राहते.
- तत्त्व: द्रवाचे बाष्पीभवन आणि नंतर बाष्पाचे संघनन या तत्त्वावर आधारित.
४.२ अपकेंद्रीकरण पद्धती (Centrifugation Method)
- उपयोग:
- दूध, शाई, रक्त यांसारख्या मिश्रणांतील सूक्ष्म आणि हलके स्थायू कण द्रवापासून वेगळे करण्यासाठी.
- प्रयोगशाळांमध्ये आणि वैद्यकीय क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.
- कार्यपद्धती:
- अपकेंद्री यंत्र (Centrifuge) वापरले जाते, ज्यात पंख्याप्रमाणे वेगाने फिरणारी तबकडी असते.
- या तबकडीला परीक्षानळ्या जोडलेल्या असतात.
- तबकडी वेगाने फिरवल्याने द्रवातील कणांवर केंद्रापासून दूर ढकलणारे अपकेंद्री बल (Centrifugal force) निर्माण होते.
- या बलामुळे जड स्थायू कण तळाशी जमा होतात आणि द्रवापासून वेगळे होतात.
- उदाहरण: लोणी काढण्यासाठी ताक घुसळणे, वॉशिंग मशीनमध्ये कपडे पिळणे.
४.३ विलगीकरण पद्धती (Separation by Separating Funnel)
- उपयोग: एकमेकांत न विरघळणाऱ्या दोन द्रवांना (Immiscible liquids) वेगळे करण्यासाठी.
- कार्यपद्धती:
- रॉकेल आणि पाणी यांसारखे मिश्रण विलगकारी नरसाळ्यात (Separating Funnel) भरतात.
- मिश्रण काही वेळ स्थिर ठेवल्यास, जड द्रव खाली राहतो आणि हलका द्रव त्यावर तरंगतो (उदा. पाणी खाली, रॉकेल वर).
- नरसाळ्याची तोटी उघडून तळाचा जड द्रव वेगळ्या पात्रात जमा करतात.
- सर्व जड द्रव जमा झाल्यावर तोटी बंद करतात.
४.४ रंजकद्रव्य पृथक्करण पद्धती (Chromatography)
- उपयोग:
- एकाच द्रावणात अल्प प्रमाणात विरघळलेले दोन किंवा अधिक पदार्थ वेगळे करण्यासाठी.
- औषधनिर्माण शास्त्र, कारखाने आणि वैज्ञानिक प्रयोगशाळांमध्ये नवीन घटक शोधण्यासाठी, मिश्रणातील घटक ओळखण्यासाठी व वेगळे करण्यासाठी.
- तत्त्व:
- या पद्धतीत पदार्थांच्या दोन परस्परविरोधी गुणधर्मांचा उपयोग केला जातो:
- वर चढणाऱ्या द्रावकातील विद्राव्यता (Solubility in the mobile phase).
- स्थिर असलेल्या गाळण कागदाला चिकटून राहण्याची क्षमता (Adsorption to the stationary phase).
- जे पदार्थ द्रावकात जास्त विद्राव्य असतात आणि गाळण कागदाला कमी चिकटतात, ते द्रावकाबरोबर जास्त उंचीवर चढतात.
- जे पदार्थ द्रावकात कमी विद्राव्य असतात आणि गाळण कागदाला जास्त चिकटतात, ते कमी उंचीवर चढतात.
- उदाहरण: शाईतील विविध रंग वेगळे करणे.
टीप
ऊर्ध्वपातन आणि विलगीकरण पद्धतींमधील मुख्य फरक लक्षात ठेवा: ऊर्ध्वपातन हे विरघळलेल्या स्थायू-द्रव किंवा मिसळणाऱ्या द्रवांसाठी (भिन्न उत्कलन बिंदू) वापरले जाते, तर विलगीकरण हे न मिसळणाऱ्या द्रवांसाठी वापरले जाते.
गैरसमज
गढूळ पाणी स्थिर ठेवल्यास मातीचे कण तळाशी जातात (अवसादन), पण दूध किंवा शाईतील कण तळाशी बसत नाहीत कारण ते खूप सूक्ष्म असतात. अशा मिश्रणांसाठी अपकेंद्रीकरण वापरतात.
