अध्याय 2: क्या हमारे आस-पास के पदार्थ शुद्ध हैं? (Is Matter Around Us Pure?)

परिचय

जब हम बाजार से दूध, घी, मक्खन, नमक, मसाले, मिनरल जल या जूस खरीदते हैं, तो अक्सर उनके पैकेट पर 'शुद्ध' शब्द लिखा देखते हैं। एक आम व्यक्ति के लिए 'शुद्ध' का मतलब होता है कि उसमें कोई मिलावट न हो। लेकिन, वैज्ञानिकों के लिए इसका अर्थ कुछ और ही होता है। उनके लिए, 'शुद्ध' पदार्थ का मतलब है कि उसके सभी कण समान रासायनिक प्रकृति के हों। उदाहरण के लिए, शुद्ध दूध वास्तव में विभिन्न पदार्थों (जैसे पानी, वसा, प्रोटीन आदि) का मिश्रण है। इस अध्याय में, हम शुद्ध पदार्थों और मिश्रणों को विस्तार से समझेंगे, और जानेंगे कि मिश्रणों को कैसे अलग किया जाता है।

2.1 शुद्ध पदार्थ क्या हैं?

वैज्ञानिकों के अनुसार, एक **शुद्ध पदार्थ** (Pure Substance) वह होता है जिसमें मौजूद सभी कणों की रासायनिक प्रकृति एक समान होती है। एक शुद्ध पदार्थ को भौतिक विधियों द्वारा अन्य प्रकार के पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता।

पदार्थों को उनकी रासायनिक प्रकृति के आधार पर **तत्वों (Elements)** या **यौगिकों (Compounds)** के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

• तत्व: शुद्ध पदार्थ का सबसे सरल रूप जिसे रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा और अधिक सरल पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता। जैसे ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, लोहा, सोना।
• यौगिक: दो या दो से अधिक तत्वों के निश्चित अनुपात में रासायनिक रूप से जुड़ने से बनने वाला पदार्थ। जैसे जल (H₂O), कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), नमक (NaCl)।

2.2 मिश्रण क्या हैं?

मिश्रण (Mixture) एक या एक से अधिक शुद्ध पदार्थों (तत्वों या यौगिकों) से मिलकर बनता है, जिन्हें भौतिक रूप से एक साथ मिलाया जाता है, लेकिन रासायनिक रूप से नहीं जोड़ा जाता। मिश्रणों को भौतिक विधियों द्वारा उनके घटकों में अलग किया जा सकता है।

2.2.1 मिश्रण के प्रकार

मिश्रणों को उनकी संरचना के आधार पर दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

(a) समांगी मिश्रण (Homogeneous Mixtures)

• वे मिश्रण जिनकी संरचना पूरे द्रव्यमान में एक समान होती है।
• इनके घटकों को नग्न आँखों से अलग-अलग नहीं देखा जा सकता।
• उदाहरण: पानी में नमक का घोल, हवा, चीनी का घोल।
• समांगी मिश्रण को अक्सर **विलयन (Solution)** कहा जाता है।

(b) विषमांगी मिश्रण (Heterogeneous Mixtures)

• वे मिश्रण जिनकी संरचना पूरे द्रव्यमान में एक समान नहीं होती और उनके घटक अलग-अलग दिखाई देते हैं।
• उदाहरण: पानी में रेत, तेल और पानी का मिश्रण, मिट्टी।
• इनमें **निलंबन (Suspensions)** और **कोलाइडल विलयन (Colloidal Solutions)** शामिल हैं।

2.3 विलयन क्या है?

विलयन (Solution) दो या दो से अधिक पदार्थों का **समांगी मिश्रण** है। विलयन में एक **विलेय (Solute)** होता है जो **विलायक (Solvent)** में घुला होता है।

• विलेय: वह घटक जो कम मात्रा में होता है और विलायक में घुल जाता है। (जैसे चीनी, नमक)
• विलायक: वह घटक जो अधिक मात्रा में होता है और विलेय को घोलता है। (जैसे पानी)

विलयन के गुण:

• यह एक समांगी मिश्रण होता है।
• विलयन के कण इतने छोटे होते हैं कि नग्न आँखों से नहीं देखे जा सकते।
• विलयन के कण प्रकाश की किरण को नहीं फैलाते, इसलिए प्रकाश का मार्ग दिखाई नहीं देता।
• विलेय कणों को छानने की विधि द्वारा विलयन से अलग नहीं किया जा सकता।
• विलयन स्थिर होता है, विलेय के कण नीचे नहीं बैठते।

2.3.1 विलयन की सांद्रता (Concentration of a Solution)

विलयन की सांद्रता विलायक की दी गई मात्रा में या विलयन की दी गई मात्रा में मौजूद विलेय की मात्रा को दर्शाती है।

• **संतृप्त विलयन (Saturated Solution):** किसी निश्चित तापमान पर, एक विलयन जिसमें और अधिक विलेय नहीं घोला जा सकता।
• **असंतृप्त विलयन (Unsaturated Solution):** एक विलयन जिसमें उस तापमान पर और अधिक विलेय घोला जा सकता है।

विलयन की सांद्रता व्यक्त करने के विभिन्न तरीके:

• द्रव्यमान/द्रव्यमान प्रतिशत (Mass by Mass Percentage): ${ \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का द्रव्यमान}} \times 100 }$
• द्रव्यमान/आयतन प्रतिशत (Mass by Volume Percentage): ${ \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}}{\text{विलयन का आयतन}} \times 100 }$

2.4 निलंबन क्या है?

निलंबन (Suspension) एक **विषमांगी मिश्रण** है जिसमें ठोस कण पूरे द्रव में बिखरे रहते हैं लेकिन घुलते नहीं हैं।

निलंबन के गुण:

• यह एक विषमांगी मिश्रण है।
• इसके कणों को नग्न आँखों से देखा जा सकता है।
• निलंबन के कण प्रकाश की किरण को फैलाते हैं, जिससे इसका मार्ग दिखाई देता है।
• जब निलंबन को शांत छोड़ दिया जाता है, तो कण नीचे बैठ जाते हैं, यानी यह अस्थिर होता है।
• कणों को छानने की विधि द्वारा अलग किया जा सकता है।
• उदाहरण: पानी में मिट्टी, चॉक का पानी में घोल।

2.5 कोलाइडल विलयन क्या है?

कोलाइडल विलयन (Colloidal Solution) एक **विषमांगी मिश्रण** है जो दिखने में समांगी लगता है। इसके कण विलयन के कणों से बड़े लेकिन निलंबन के कणों से छोटे होते हैं।

कोलाइडल विलयन के गुण:

• यह एक विषमांगी मिश्रण है।
• कणों का आकार इतना छोटा होता है कि उन्हें नग्न आँखों से नहीं देखा जा सकता, लेकिन वे प्रकाश की किरण को फैलाने के लिए पर्याप्त बड़े होते हैं।
• यह प्रकाश को फैलाता है (जिसे **टिंडल प्रभाव (Tyndall Effect)** कहते हैं)।
• जब इसे शांत छोड़ दिया जाता है, तो कण नीचे नहीं बैठते, यानी यह स्थिर होता है।
• कणों को छानने की विधि द्वारा अलग नहीं किया जा सकता, लेकिन अपकेंद्रीकरण (centrifugation) द्वारा अलग किया जा सकता है।
• उदाहरण: दूध, स्याही, रक्त, धुआँ।

2.6 मिश्रण के घटकों का पृथक्करण

मिश्रणों में मौजूद घटकों को अलग करने के लिए कई विधियाँ हैं। मिश्रण के प्रकार और घटकों के गुणों के आधार पर उचित विधि का चयन किया जाता है।

• वाष्पीकरण (Evaporation): द्रव में घुले ठोस (जैसे नमक और पानी) को अलग करने के लिए।
• अपकेंद्रीकरण (Centrifugation): सघन कणों को हल्के कणों से अलग करने के लिए, जैसे दूध से क्रीम निकालना।
• क्रोमैटोग्राफी (Chromatography): रंगों को अलग करने के लिए, जैसे स्याही में मौजूद विभिन्न रंगों को।
• आसवन (Distillation): दो या दो से अधिक घुलनशील द्रवों को अलग करने के लिए जिनके क्वथनांक में पर्याप्त अंतर हो।
• प्रभाजी आसवन (Fractional Distillation): उन घुलनशील द्रवों को अलग करने के लिए जिनके क्वथनांक में कम अंतर हो (जैसे हवा से विभिन्न गैसें)।
• क्रिस्टलीकरण (Crystallization): अशुद्ध ठोसों को शुद्ध करने के लिए, जैसे अशुद्ध कॉपर सल्फेट से शुद्ध कॉपर सल्फेट।
• उर्ध्वपातन (Sublimation): उर्ध्वपातन योग्य ठोस को अ-उर्ध्वपातन योग्य ठोस से अलग करने के लिए (जैसे अमोनियम क्लोराइड और नमक)।
• पृथक्करण कीप (Separating Funnel): अमिश्रणीय द्रवों (immiscible liquids) को अलग करने के लिए (जैसे तेल और पानी)।

2.7 भौतिक और रासायनिक परिवर्तन

हमारे आस-पास दो प्रकार के परिवर्तन होते हैं: भौतिक परिवर्तन और रासायनिक परिवर्तन।

• भौतिक परिवर्तन (Physical Change):
  • इसमें पदार्थ के रासायनिक संगठन में कोई बदलाव नहीं होता, केवल भौतिक गुणों (जैसे अवस्था, रंग, गंध) में परिवर्तन होता है।
  • यह आमतौर पर उत्क्रमणीय (reversible) होता है।
  • कोई नया पदार्थ नहीं बनता।
  • उदाहरण: बर्फ का पिघलना, पानी का वाष्पीकरण, लकड़ी का कटना।
• रासायनिक परिवर्तन (Chemical Change):
  • इसमें पदार्थ के रासायनिक संगठन में बदलाव होता है, और एक या एक से अधिक नए पदार्थ बनते हैं।
  • यह आमतौर पर अनुत्क्रमणीय (irreversible) होता है।
  • ऊष्मा या प्रकाश का उत्सर्जन/अवशोषण हो सकता है।
  • उदाहरण: लकड़ी का जलना, लोहे पर जंग लगना, भोजन का पकना।