पदार्थ : प्रकृति एवं व्यवहार

पदार्थ वह वस्तु है जो स्थान घेरती है और जिसमें द्रव्यमान होता है।

• उदाहरण: हवा, पानी, कुर्सी, लोहा, पत्थर।
• जो पदार्थ नहीं हैं: प्रकाश, ध्वनि (ढोलक की आवाज), मुस्कान, विचार, ऊष्मा। ये न तो स्थान घेरते हैं और न ही इनमें द्रव्यमान होता है।

पदार्थ के मूल गुण:

1. स्थान घेरना: प्रत्येक पदार्थ एक निश्चित आयतन घेरता है।
2. द्रव्यमान होना: प्रत्येक पदार्थ का एक निश्चित द्रव्यमान होता है, जिसके कारण उसमें भार होता है।

क्रियाकलाप-1 से निष्कर्ष:

• उलटे बीकर में पानी का न भरना यह दर्शाता है कि हवा स्थान घेरती है।
• प्रकाश का बीकर के अंदर जाना यह दर्शाता है कि प्रकाश पदार्थ नहीं है क्योंकि वह स्थान नहीं घेरता।

द्रव्यमान संरक्षण का नियम बताता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान को न तो उत्पन्न किया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है।

• प्रतिपादक: एंटोनी लॉरेंट लवाइजिए (Antoine Lavoisier)।
• नियम का सार: रासायनिक अभिक्रिया से पहले अभिकारकों का कुल द्रव्यमान, अभिक्रिया के बाद बनने वाले उत्पादों के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है।
• उदाहरण: मोमबत्ती का जलना।
• पहले माना जाता था कि मोमबत्ती जलकर समाप्त हो जाती है।
• लवाइजिए ने समझाया कि मोम (पदार्थ) ऑक्सीजन (पदार्थ) के साथ अभिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड और जलवाष्प (नए पदार्थ) बनाता है।
• अभिकारकों (मोम + ऑक्सीजन) का कुल द्रव्यमान उत्पादों (कार्बन डाइऑक्साइड + जलवाष्प) के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है।

लवाइजिए का योगदान:

• उन्होंने प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया कि पानी को लगातार गर्म करने पर वह मिट्टी में नहीं बदलता, बल्कि काँच के बर्तन से कुछ पदार्थ पानी में घुल जाता है।
• उन्होंने मापन की सटीकता पर जोर दिया, जिससे रासायनिक अभिक्रियाओं की आधुनिक समझ विकसित हुई।

क्रियाकलाप (नींबू का रस + दूध):

• इंजेक्शन की शीशी में दूध और सिरिंज में नींबू का रस लेकर, अभिक्रिया से पहले और बाद में कुल द्रव्यमान मापा जाता है।
• यदि मापन सटीक हो, तो अभिक्रिया से पहले और बाद में कुल द्रव्यमान समान रहता है, जो द्रव्यमान संरक्षण के नियम की पुष्टि करता है।

हमारे आस-पास की अधिकतर वस्तुएँ एक से अधिक पदार्थों का मिश्रण हैं।

• परिभाषा: मिश्रण वह पदार्थ है जिसमें दो या दो से अधिक शुद्ध पदार्थ (तत्व या यौगिक) किसी भी अनुपात में बिना रासायनिक अभिक्रिया किए मिले होते हैं।
• उदाहरण:
• रेत में लोहे के कण
• समुद्री जल (जल + लवण)
• शीतल पेय (शक्कर + नमक + कार्बन डाइऑक्साइड + जल)
• हवा (विभिन्न गैसों का मिश्रण)

मिश्रण के गुण:

• अवयवों के गुण: मिश्रण में उसके अवयवी पदार्थों के गुण बने रहते हैं। (जैसे नमक-पानी के मिश्रण में नमक का खारापन और पानी का स्वाद)
• पृथक्करण: मिश्रण के अवयवों को सामान्यतः भौतिक विधियों (जैसे वाष्पीकरण, आसवन, चुंबक द्वारा पृथक्करण, छानना) द्वारा अलग किया जा सकता है।
• अनुपात: अवयवी पदार्थों का अनुपात निश्चित नहीं होता, वे किसी भी अनुपात में मिल सकते हैं।
• ऊर्जा परिवर्तन: मिश्रण बनने में सामान्यतः ऊर्जा परिवर्तन (ऊष्मा का अवशोषण या उत्सर्जन) नहीं होता।

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

1. समांगी मिश्रण (Homogeneous Mixture)

• परिभाषा: वह मिश्रण जिसमें अवयवी पदार्थ पूरी तरह से एक-दूसरे में मिश्रित होते हैं और पूरे मिश्रण में समान रूप से वितरित होते हैं।
• पहचान: मिश्रण का प्रत्येक भाग समान गुण और संघटन प्रदर्शित करता है। इसके अवयवों को अलग-अलग नहीं देखा जा सकता।
• उदाहरण:
• नमक का जल में विलयन
• शक्कर का जल में विलयन
• हवा (गैसों का मिश्रण)
• मिश्र धातुएँ (जैसे पीतल)

2. विषमांगी मिश्रण (Heterogeneous Mixture)

• परिभाषा: वह मिश्रण जिसमें अवयवी पदार्थ समान रूप से वितरित नहीं होते हैं और उनके कणों को अलग-अलग देखा जा सकता है।
• पहचान: मिश्रण के विभिन्न भागों में भिन्न-भिन्न गुण और संघटन होते हैं।
• उदाहरण:
• चॉक पाउडर का जल में मिश्रण
• खाने के तेल का जल में मिश्रण
• रेत और लोहे के कणों का मिश्रण
• मिट्टी और पानी का मिश्रण

क्रियाकलाप-2 से निष्कर्ष:

• नमक और शक्कर के जल में विलयन समांगी मिश्रण हैं।
• चॉक पाउडर और तेल के जल में मिश्रण विषमांगी मिश्रण हैं।

विलयन दो या दो से अधिक पदार्थों का समांगी मिश्रण होता है।

• अवयव: विलयन के दो मुख्य अवयव होते हैं:

1. विलायक (Solvent): विलयन का वह अवयव जिसकी मात्रा दूसरे अवयव से अधिक होती है और जो दूसरे अवयव को अपने में घोलता है।
2. विलेय (Solute): विलयन का वह अवयव जिसकी मात्रा कम होती है और जो विलायक में घुलता है।

• उदाहरण:
• नमक का जल में विलयन: जल (विलायक), नमक (विलेय)।
• शक्कर का जल में विलयन: जल (विलायक), शक्कर (विलेय)।
• टिंक्चर आयोडीन: ऐल्कोहॉल (विलायक), आयोडीन (विलेय)।
• हवा: नाइट्रोजन (विलायक), ऑक्सीजन व अन्य गैसें (विलेय)।

विलयन के गुण:

1. समांगी प्रकृति: विलयन एक समांगी मिश्रण होता है, जिसमें कण परमाणु या अणु के स्तर तक समान रूप से मिश्रित होते हैं।
2. कणों का आकार: विलयन के कण अत्यंत छोटे होते हैं (\(<1\) नैनोमीटर)।
3. स्थिरता: विलयन स्थिर होता है; कण तली में नहीं बैठते।
4. छानना: कणों को छानकर अलग नहीं किया जा सकता।
5. टिंडल प्रभाव: विलयन के कण प्रकाश की किरणों को नहीं फैलाते, इसलिए प्रकाश का पथ दिखाई नहीं देता।

विलयन के प्रकार (अवस्था के आधार पर):

• ठोस-द्रव विलयन: नमक का पानी में घोल।
• द्रव-द्रव विलयन: ऐल्कोहॉल का पानी में घोल।
• गैस-द्रव विलयन: सोडावाटर (कार्बन डाइऑक्साइड का पानी में घोल)।
• गैस-गैस विलयन: हवा (ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड आदि का नाइट्रोजन में घोल)।
• ठोस-ठोस विलयन: मिश्र धातुएँ (जैसे पीतल)।

विलयन की सांद्रता का अर्थ है किसी विलयन की दी गई मात्रा (द्रव्यमान या आयतन) में उपस्थित विलेय की मात्रा।

विलयन के प्रकार (विलेय की मात्रा के आधार पर):

1. असंतृप्त विलयन (Unsaturated Solution): वह विलयन जिसमें दिए गए तापमान पर और अधिक विलेय घोला जा सकता है।
2. संतृप्त विलयन (Saturated Solution): वह विलयन जिसमें दिए गए तापमान पर और अधिक विलेय नहीं घोला जा सकता। इस अवस्था में विलेय की अधिकतम मात्रा घुल चुकी होती है।

• विलेयता (Solubility): किसी निश्चित ताप पर, संतृप्त विलयन में उपस्थित विलेय पदार्थ की मात्रा उसकी विलेयता कहलाती है।

1. अतिसंतृप्त विलयन (Supersaturated Solution): वह विलयन जिसमें दिए गए तापमान पर संतृप्त विलयन से अधिक विलेय घोला गया हो। यह सामान्यतः गर्म करके और फिर धीरे-धीरे ठंडा करके प्राप्त किया जाता है। (उदाहरण: चाशनी)

तनु और सांद्र विलयन:

• ये तुलनात्मक शब्द हैं।
• तनु विलयन (Dilute Solution): जिसमें विलेय की मात्रा कम होती है।
• सांद्र विलयन (Concentrated Solution): जिसमें विलेय की मात्रा अधिक होती है।

विलयन की सांद्रता व्यक्त करने के तरीके:

1. द्रव्यमान प्रतिशत (Mass Percentage):

$$ \text{विलयन का द्रव्यमान प्रतिशत} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का द्रव्यमान}} \times 100 $$

• उदाहरण-1: 520g जल में 40g नमक।
• विलेय का द्रव्यमान = 40 g
• विलायक का द्रव्यमान = 520 g
• विलयन का द्रव्यमान = \(40 + 520 = 560\) g
• द्रव्यमान प्रतिशत = \( \frac{40}{560} \times 100 = 7.14\% \)

1. आयतन प्रतिशत (Volume Percentage): (यदि विलेय और विलायक दोनों द्रव हों)

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

1. द्रव्यमान/आयतन प्रतिशत (Mass/Volume Percentage):

$$ \text{विलयन का द्रव्यमान/आयतन प्रतिशत} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का आयतन}} \times 100 $$

निलंबन एक विषमांगी मिश्रण है जिसमें विलेय के कण माध्यम में घुलते नहीं हैं, बल्कि निलंबित रहते हैं।

• उदाहरण:
• चॉक पाउडर का जल में मिश्रण
• गंदला जल (मिट्टी का जल में मिश्रण)
• रेत और जल का मिश्रण
• हल्दी और जल का मिश्रण

निलंबन के गुण:

1. विषमांगी प्रकृति: यह एक विषमांगी मिश्रण है।
2. कणों का आकार: कण आँखों से देखे जा सकते हैं (\(>100\) नैनोमीटर)।
3. स्थिरता: निलंबन अस्थिर होता है; कणों को कुछ देर स्थिर छोड़ने पर वे तली में बैठ जाते हैं।
4. छानना: निलंबित कणों को छानकर अलग किया जा सकता है।
5. टिंडल प्रभाव: इसके कण प्रकाश की किरणों को फैलाते हैं, जिससे प्रकाश का मार्ग दिखाई देता है।

कोलाइड एक विषमांगी मिश्रण है जो देखने में समांगी प्रतीत होता है। इसके कणों का आकार विलयन और निलंबन के कणों के बीच का होता है।

• उदाहरण:
• दूध
• स्याही
• रक्त
• धुआँ
• बादल

कोलाइड के गुण:

1. विषमांगी प्रकृति: यह वास्तव में विषमांगी होता है, लेकिन कणों के छोटे आकार के कारण समांगी प्रतीत होता है।
2. कणों का आकार: कणों का आकार विलयन के कणों से बड़ा (\(1-100\) नैनोमीटर) लेकिन निलंबन के कणों से छोटा होता है। इन्हें आँखों से नहीं देखा जा सकता।
3. स्थिरता: कोलाइड स्थिर होता है; कण तली में नहीं बैठते।
4. छानना: कणों को छानकर अलग नहीं किया जा सकता, लेकिन अपकेंद्रीय बल (centrifugal force) द्वारा पृथक किया जा सकता है (जैसे दूध से मक्खन निकालना)।
5. टिंडल प्रभाव: कोलाइड के कण प्रकाश की किरणों को फैलाते हैं, जिससे प्रकाश का मार्ग दिखाई देता है।

• टिंडल प्रभाव (Tyndall Effect): जब प्रकाश की किरण कोलाइड विलयन से गुजरती है, तो कणों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण उसका मार्ग दिखाई देता है। इसकी खोज जॉन टिंडल ने की थी।
• उदाहरण: अंधेरे कमरे में छोटे छेद से आने वाले प्रकाश में धूल के कणों का मार्ग दिखना।

1. ब्राउनी गति (Brownian Motion): कोलाइड के कण विलायक के कणों द्वारा असममित रूप से बल लगाए जाने के कारण अनियमित (zig-zag) ढंग से गति करते हैं। इस घटना का अध्ययन रॉबर्ट ब्राउन ने 1827 में किया था।

• यह गति कोलाइड की स्थिरता का एक कारण है।

शुद्ध पदार्थ वे होते हैं जिन्हें किसी भी भौतिक या रासायनिक विधि से और सरल पदार्थों में पृथक नहीं किया जा सकता। इन्हें दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:

1. तत्व (Elements)

• परिभाषा: तत्व पदार्थ का वह मूल रूप है जिसे रासायनिक विधियों (ऊष्मा, प्रकाश, विद्युत या अन्य रासायनिक पदार्थों से क्रिया) द्वारा दो या दो से अधिक सरल पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता।
• प्रतिपादक: एंटोनी लॉरेंट लवाइजिए ने तत्व की आधुनिक परिभाषा दी।
• गुण:
• एक ही प्रकार के परमाणुओं से बने होते हैं।
• ठोस, द्रव या गैसीय अवस्था में पाए जा सकते हैं।
• उदाहरण: हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O), सोडियम (Na), आयरन (Fe), कॉपर (Cu), हीरा (कार्बन)।
• तत्वों की संख्या: अभी तक 118 तत्व ज्ञात हैं, जिनमें से 94 प्राकृतिक हैं।
• अधिकांश तत्व ठोस हैं।
• पारा (Hg) और ब्रोमीन (Br) कमरे के तापमान पर द्रव हैं।
• गैलियम (Ga) और सीजियम (Cs) कमरे के तापमान से कुछ अधिक पर द्रव हो जाते हैं।
• 11 तत्व कमरे के तापमान पर गैस हैं।

2. यौगिक (Compounds)

• परिभाषा: यौगिक वह पदार्थ है जो दो या दो से अधिक तत्वों के निश्चित अनुपात में रासायनिक संयोजन से बनता है।
• गुण:
• यौगिक के गुण उसके अवयवी तत्वों के गुणों से पूरी तरह भिन्न होते हैं।
• अवयवों को केवल रासायनिक या विद्युत-रासायनिक विधियों द्वारा ही अलग किया जा सकता है।
• यौगिक बनने में ऊर्जा परिवर्तन होता है (ऊष्मा का अवशोषण या उत्सर्जन)।
• उदाहरण:
• पानी (H₂O): हाइड्रोजन (ज्वलनशील) और ऑक्सीजन (जलाने में सहायक) से बनता है, लेकिन पानी न तो ज्वलनशील है और न ही जलाने में सहायक, बल्कि आग बुझाता है।
• कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), नमक (NaCl), शक्कर (C₁₂H₂₂O₁₁)।

जल का विद्युत अपघटन (Electrolysis of Water):

• यह दर्शाता है कि पानी (एक यौगिक) को विद्युत धारा प्रवाहित करके उसके अवयवी तत्वों (हाइड्रोजन और ऑक्सीजन) में तोड़ा जा सकता है।
• हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसें \(2:1\) के आयतन अनुपात में प्राप्त होती हैं, जो यौगिक में तत्वों के निश्चित अनुपात को दर्शाता है।