अध्याय 1: हमारे आस-पास के पदार्थ (Matter in Our Surroundings)

परिचय

हमारे आस-पास की हर चीज़, जिसे हम देखते, छूते या महसूस करते हैं, पदार्थ कहलाती है। हवा जिसमें हम साँस लेते हैं, भोजन जो हम खाते हैं, पत्थर, बादल, तारे, पौधे और जानवर, यहाँ तक कि पानी की एक बूँद या रेत का एक कण भी पदार्थ है। प्राचीन भारतीय दार्शनिकों ने पदार्थ को पाँच मूल तत्वों - पंचतत्व (वायु, पृथ्वी, अग्नि, जल और आकाश) - में वर्गीकृत किया था, जबकि आधुनिक वैज्ञानिक पदार्थ को उसके भौतिक गुणों और रासायनिक प्रकृति के आधार पर वर्गीकृत करते हैं। इस अध्याय में, हम पदार्थ के भौतिक स्वरूप और उसकी विभिन्न अवस्थाओं का अध्ययन करेंगे।

1.1 पदार्थ का भौतिक स्वरूप

1.1.1 पदार्थ कणों से मिलकर बना है

बहुत समय पहले, पदार्थ की प्रकृति के बारे में दो विचारधाराएँ प्रचलित थीं। एक विचारधारा मानती थी कि पदार्थ लकड़ी के एक टुकड़े की तरह सतत (continuous) होता है, जबकि दूसरी विचारधारा मानती थी कि पदार्थ रेत के कणों की तरह छोटे-छोटे कणों से मिलकर बना होता है। प्रयोगों से यह सिद्ध हुआ कि पदार्थ कणों से मिलकर बना होता है। उदाहरण के लिए, जब हम पानी में चीनी या नमक घोलते हैं, तो पानी के कणों के बीच के खाली स्थान में चीनी/नमक के कण समा जाते हैं, जिससे यह सिद्ध होता है कि पदार्थ कणों से बने होते हैं।

1.1.2 ये कण कितने छोटे होते हैं?

पदार्थ के कण अविश्वसनीय रूप से छोटे होते हैं, इतने छोटे कि हम उनकी कल्पना भी नहीं कर सकते। हम पोटेशियम परमैंगनेट के कुछ क्रिस्टलों को पानी में घोलकर यह देख सकते हैं कि कैसे बहुत कम मात्रा में पोटेशियम परमैंगनेट भी पानी की एक बड़ी मात्रा को रंगीन कर देता है। यह दर्शाता है कि पोटेशियम परमैंगनेट के एक ही क्रिस्टल में लाखों छोटे-छोटे कण होते हैं, जो लगातार विभाजित होते रहते हैं।

1.2 पदार्थ के कणों के अभिलाक्षणिक गुण

1.2.1 पदार्थ के कणों के बीच रिक्त स्थान होता है

जब हम चाय, कॉफी या नींबू पानी बनाते हैं, तो एक पदार्थ के कण दूसरे पदार्थ के कणों के बीच के रिक्त स्थान में समा जाते हैं। यह दर्शाता है कि पदार्थ के कणों के बीच पर्याप्त रिक्त स्थान होता है।

1.2.2 पदार्थ के कण निरंतर गतिशील होते हैं

पदार्थ के कण निरंतर गतिशील होते हैं, अर्थात् उनमें गतिज ऊर्जा होती है। तापमान बढ़ने पर कणों की गतिज ऊर्जा भी बढ़ जाती है, जिससे उनकी गति तेज हो जाती है। यह विसरण (diffusion) की प्रक्रिया से स्पष्ट होता है, जैसे अगरबत्ती की खुशबू का पूरे कमरे में फैलना या पानी में स्याही की बूँद का फैलना।

1.2.3 पदार्थ के कण एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं

पदार्थ के कणों के बीच एक आकर्षण बल होता है जो उन्हें एक साथ बांधे रखता है। इस बल की प्रबलता विभिन्न पदार्थों में अलग-अलग होती है। ठोसों में यह आकर्षण बल सबसे मजबूत होता है, द्रवों में कम और गैसों में सबसे कम होता है। इसी आकर्षण बल के कारण पदार्थ अपनी अवस्था में बने रहते हैं।

1.3 पदार्थ की अवस्थाएँ

पदार्थ मुख्यतः तीन भौतिक अवस्थाओं में मौजूद होता है: ठोस, द्रव और गैस। ये अवस्थाएँ कणों की व्यवस्था और उनके बीच के आकर्षण बल के आधार पर भिन्न होती हैं।

1.3.1 ठोस अवस्था (The Solid State)

• निश्चित आकार, निश्चित आयतन और निश्चित सीमाएँ होती हैं।
• कण एक-दूसरे के बहुत पास और दृढ़ता से बंधे होते हैं।
• असंपीड्य (incompressible) और कठोर होते हैं।
• उदाहरण: पत्थर, लकड़ी, बर्फ।

1.3.2 द्रव अवस्था (The Liquid State)

• निश्चित आयतन होता है, लेकिन निश्चित आकार नहीं होता। वे जिस बर्तन में रखे जाते हैं, उसका आकार ले लेते हैं।
• कणों के बीच रिक्त स्थान ठोसों से अधिक होता है, और वे स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं।
• इनमें बहाव का गुण होता है और ये कम संपीड़्य होते हैं।
• उदाहरण: पानी, दूध, तेल।

1.3.3 गैसीय अवस्था (The Gaseous State)

• न तो निश्चित आकार होता है और न ही निश्चित आयतन। ये पूरे उपलब्ध स्थान को घेर लेते हैं।
• कण एक-दूसरे से बहुत दूर होते हैं और अत्यधिक तीव्र गति से अनियमित रूप से विचरण करते हैं।
• अत्यधिक संपीड़्य होते हैं।
• उदाहरण: वायु, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन।

1.4 क्या पदार्थ अपनी अवस्था बदल सकता है?

हाँ, पदार्थ अपनी अवस्था बदल सकता है। यह तापमान या दाब में परिवर्तन के कारण होता है।

1.4.1 तापमान परिवर्तन का प्रभाव (Effect of Change of Temperature)

• **गलन (Melting):** ठोस का द्रव में बदलना। वह तापमान जिस पर एक ठोस पिघलकर द्रव बन जाता है, उसका **गलनांक (Melting Point)** कहलाता है। बर्फ का गलनांक 0°C (273.15 K) है।
• **क्वथन (Boiling/Vaporization):** द्रव का गैस में बदलना। वह तापमान जिस पर एक द्रव उबलकर गैस में परिवर्तित हो जाता है, उसका **क्वथनांक (Boiling Point)** कहलाता है। पानी का क्वथनांक 100°C (373.15 K) है।
• **ऊर्ध्वपातन (Sublimation):** कुछ पदार्थ द्रव अवस्था में आए बिना सीधे ठोस से गैस में या गैस से ठोस में बदल जाते हैं। उदाहरण: कपूर, नेफ़थलीन, अमोनियम क्लोराइड।
• **संघनन (Condensation):** गैस का द्रव में बदलना।
• **जमुना (Freezing):** द्रव का ठोस में बदलना।
• **गुप्त ऊष्मा (Latent Heat):** अवस्था परिवर्तन के दौरान दी गई या ली गई ऊष्मा ऊर्जा, जिससे तापमान में कोई बदलाव नहीं आता।
  • **गलन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Fusion):** वायुमंडलीय दाब पर 1 kg ठोस को उसके गलनांक पर द्रव में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा।
  • **वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Vaporization):** वायुमंडलीय दाब पर 1 kg द्रव को उसके क्वथनांक पर गैस में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा।

1.4.2 दाब परिवर्तन का प्रभाव (Effect of Change of Pressure)

पदार्थ की अवस्था को दाब में परिवर्तन करके भी बदला जा सकता है। गैसों को संपीड़ित (compress) करके द्रवों में बदला जा सकता है। दाब बढ़ाने और तापमान घटाने से गैसें द्रवीभूत हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, ठोस कार्बन डाइऑक्साइड (शुष्क बर्फ) उच्च दाब पर सीधे गैस में बदल जाती है।

1.5 वाष्पीकरण (Evaporation)

वाष्पीकरण एक सतही परिघटना (surface phenomenon) है जिसमें द्रव अपनी क्वथनांक से कम तापमान पर वाष्प में बदल जाता है।

• **वाष्पीकरण को प्रभावित करने वाले कारक:**
  • **सतह का क्षेत्रफल (Surface Area):** सतह का क्षेत्रफल बढ़ने पर वाष्पीकरण की दर बढ़ती है।
  • **तापमान (Temperature):** तापमान बढ़ने पर वाष्पीकरण की दर बढ़ती है।
  • **आर्द्रता (Humidity):** आर्द्रता बढ़ने पर वाष्पीकरण की दर घटती है।
  • **वायु की गति (Wind Speed):** वायु की गति बढ़ने पर वाष्पीकरण की दर बढ़ती है।
• **वाष्पीकरण से शीतलन (Evaporation Causes Cooling):** वाष्पीकरण की प्रक्रिया के दौरान, द्रव के कण अपने आस-पास से ऊर्जा अवशोषित करते हैं ताकि वाष्प में बदल सकें। इस ऊर्जा के अवशोषण से आस-पास का वातावरण ठंडा हो जाता है। उदाहरण: हथेली पर एसीटोन डालने पर ठंडा महसूस होना, गर्मियों में पसीना आने के बाद ठंडा महसूस होना।