क्या बात है'?
'पदार्थ' वह सब कुछ है जो स्थान घेरता है (जिसका आयतन होता है) और जिसका द्रव्यमान होता है। यह ब्रह्मांड में किसी न किसी रूप में मौजूद हर चीज़ को बनाता है; यह ब्रह्मांड में मौजूद हर चीज़ है। यह हमारे ग्रह और पूरे ब्रह्मांड को बनाता है।
पृथ्वी पर सभी पदार्थ तीन विभिन्न अवस्थाओं में पाए जाते हैं: ठोस, तरल या गैस।
क्या आप जानते हैं कि मनुष्य पदार्थ की तीनों मुख्य अवस्थाओं से बना है?
कमरे के तापमान पर कोई पदार्थ जिस अवस्था में रहता है उसे उसकी मानक अवस्था कहते हैं। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर पानी तरल अवस्था में रहता है। कुछ पदार्थ कमरे के तापमान पर गैस (ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड) के रूप में रहते हैं, जबकि अन्य, जैसे पानी, तरल अवस्था में रहते हैं। अधिकांश धातुएँ कमरे के तापमान पर ठोस अवस्था में रहती हैं। पारे में अपनी मानक अवस्था में धातु और तरल दोनों होने का दिलचस्प गुण होता है।
इनमें से प्रत्येक अवस्था छोटे-छोटे कणों से बनी होती है। पदार्थ की अवस्था इस बात पर निर्भर करती है कि वे कितने कणों से बने हैं।
ठोस
किसी चीज़ को आमतौर पर ठोस तब कहा जाता है जब वह अपना आकार बनाए रख सके और उसे दबाना मुश्किल हो। उदाहरण के लिए, ठोस रूप में पानी बर्फ़ है। ठोस में अणु एक दूसरे से बहुत करीब से जुड़े होते हैं और उनका घनत्व बहुत ज़्यादा होता है।
तरल
पानी जैसा तरल पदार्थ बह सकता है या बह सकता है लेकिन इसे खींचा या निचोड़ा नहीं जा सकता। तरल पदार्थों में, अणु विशेष रूप से एक दूसरे के करीब होते हैं लेकिन ठोस पदार्थ की तरह एक दूसरे के करीब नहीं होते; अणुओं में घूमने और एक दूसरे के ऊपर से फिसलने की क्षमता होती है। तरल पदार्थ का अपना कोई आकार नहीं होता है, यह उस बर्तन का आकार ले लेता है जिसे पकड़ा जाता है। तरल पदार्थ के उदाहरण हैं पानी, दूध, जूस, पेट्रोल, नींबू पानी, आदि।
गैस
गैस बह सकती है, फैल सकती है और निचोड़ी जा सकती है। गैस के रूप में पानी भाप है। अगर यह बिना सील वाले कंटेनर में है तो यह बाहर निकल जाता है। गैसों में, अणु ठोस या तरल पदार्थों की तुलना में बहुत अधिक फैले हुए होते हैं, और वे एक दूसरे से बेतरतीब ढंग से टकराते हैं। गैस किसी भी कंटेनर को भर देगी, लेकिन अगर कंटेनर सील नहीं है, तो गैस बाहर निकल जाएगी। गैस को तरल या ठोस की तुलना में बहुत आसानी से संपीड़ित किया जा सकता है।
पदार्थ की बदलती अवस्थाएँ
पदार्थ ठोस, तरल या गैसीय अवस्था में मौजूद हो सकता है, और पदार्थ की अवस्था काफी हद तक उसके तापमान से निर्धारित होती है। प्रत्येक पदार्थ का एक अद्वितीय सीमा तापमान होता है जिसके बाद वह अपनी अवस्था बदल लेता है। उस सीमा तापमान को पार करने के बाद, पदार्थ अपना चरण बदल देगा, जिससे पदार्थ की अवस्था बदल जाएगी। निरंतर दबाव की स्थितियों में, तापमान किसी पदार्थ के चरण का प्राथमिक निर्धारक होता है।
अपने तापमान के आधार पर, पदार्थ अपनी अवस्था बदल सकता है। पिघलना, जमना, उबलना, वाष्पीकरण, संघनन, ऊर्ध्वपातन और निक्षेपण ऐसे तरीके हैं जिनसे पदार्थ अपनी अवस्था बदलता है।
कम तापमान पर, आणविक गति कम हो जाती है और पदार्थों में कम आंतरिक ऊर्जा होती है। अणु एक दूसरे के सापेक्ष कम ऊर्जा वाली अवस्था में आ जाते हैं और बहुत कम गति करते हैं, जो ठोस पदार्थ की विशेषता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ठोस के घटक भागों पर अतिरिक्त ऊष्मा ऊर्जा लागू होती है, जो अतिरिक्त आणविक गति का कारण बनती है। अणु एक दूसरे के खिलाफ धक्का देना शुरू करते हैं और पदार्थ का कुल आयतन बढ़ जाता है। इस बिंदु पर, पदार्थ तरल अवस्था में प्रवेश कर चुका होता है। गैसीय अवस्था तब होती है जब अणु बढ़े हुए तापमान के कारण इतनी ऊष्मा ऊर्जा अवशोषित कर लेते हैं कि वे उच्च गति से एक दूसरे के चारों ओर घूमने के लिए स्वतंत्र होते हैं।
यदि दबाव स्थिर है, तो पदार्थ की स्थिति पूरी तरह से उस तापमान पर निर्भर करेगी जिसके संपर्क में वह आता है। इस कारण से, यदि बर्फ को फ्रीजर से बाहर निकाला जाए तो वह पिघल जाती है और यदि पानी को बहुत अधिक तापमान पर बहुत अधिक समय तक रखा जाए तो वह बर्तन से बाहर उबल जाता है। तापमान केवल परिवेश में मौजूद ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा का माप है। जब किसी पदार्थ को अलग तापमान वाले परिवेश में रखा जाता है, तो पदार्थ और परिवेश के बीच ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है, जिससे दोनों एक संतुलन तापमान प्राप्त करते हैं। इसलिए जब बर्फ के टुकड़े को गर्मी के संपर्क में लाया जाता है, तो उसके पानी के अणु आस-पास के वातावरण से ऊष्मा ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और अधिक ऊर्जावान रूप से आगे बढ़ने लगते हैं, जिससे पानी की बर्फ पिघलकर तरल पानी में बदल जाती है।
पिघलना एक ठोस को द्रव में बदलने की प्रक्रिया है। जब किसी ठोस को गर्म किया जाता है, तो कणों को अधिक ऊर्जा दी जाती है और वे तेजी से कंपन करने लगते हैं। एक निश्चित तापमान पर, कण इतना कंपन करते हैं कि उनकी व्यवस्थित संरचना टूट जाती है। इस बिंदु पर, ठोस पिघलकर द्रव में बदल जाता है। जिस तापमान पर ठोस से द्रव में यह परिवर्तन होता है उसे गलनांक कहते हैं। प्रत्येक ठोस का सामान्य वायु दाब पर एक निश्चित गलनांक होता है। कम वायु दाब पर, जैसे कि पहाड़ पर, गलनांक कम हो जाता है।
वाष्पीकरण एक तरल पदार्थ को गैस में बदलने की प्रक्रिया है। यदि आप एक चौड़े मुंह वाले कंटेनर में थोड़ा पानी छोड़ देते हैं, तो आप देखेंगे कि कुछ समय बाद पानी गायब हो जाएगा। तरल पानी गैस (जल वाष्प) में बदल जाता है - इसे वाष्पीकरण कहते हैं। यह तब होता है जब एक तरल अपने क्वथनांक से बहुत नीचे गैस में बदल जाता है। तरल में हमेशा कुछ कण होते हैं जिनमें बाकी हिस्सों से अलग होकर गैस बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है।
संघनन एक गैस को द्रव में बदलने की प्रक्रिया है। उदाहरण के लिए, ठंडी रात के बाद सुबह हवा में मौजूद जल वाष्प ठंडी हो जाती है और पत्तियों और खिड़कियों पर तरल पानी (ओस) की छोटी बूंदों में बदल जाती है। ठंडी वस्तुएँ अक्सर गर्म वस्तुओं से ऊर्जा अवशोषित करती हैं।
जमना एक तरल पदार्थ को ठोस में बदलने की प्रक्रिया है। यह पिघलने के विपरीत है। उदाहरण के लिए, लावा एक तरल चट्टान है, जो ज्वालामुखी के माध्यम से 1,500 डिग्री सेल्सियस (2,732 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के तापमान पर फटती है। हालाँकि, लाल-गर्म लावा पृथ्वी की सतह से टकराते ही ठंडा हो जाता है, और फिर से ठोस चट्टान में बदल जाता है।
उबलना - जब किसी तरल पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो कणों को अधिक ऊर्जा दी जाती है। वे तेजी से और दूर-दूर तक जाने लगते हैं। एक निश्चित तापमान पर, कण एक दूसरे से अलग हो जाते हैं और तरल पदार्थ गैस में बदल जाता है। यह क्वथनांक है। किसी पदार्थ का क्वथनांक हमेशा एक जैसा होता है; इसमें कोई बदलाव नहीं होता। उदाहरण के लिए, पानी उबलता है जब यह 100ºC (212ºF) के अपने क्वथनांक पर पहुँच जाता है। यह वह तापमान है जिस पर पानी भाप में बदल जाता है। भाप एक अदृश्य गैस है। जब यह ढक्कन तक पहुँचती है तो यह वापस तरल में ठंडी हो जाती है।
ऊर्ध्वपातन एक ठोस पदार्थ को बिना द्रव में बदले गैस में बदलना है। ऊर्ध्वपातन का सबसे आसान उदाहरण सूखी बर्फ हो सकती है। सूखी बर्फ ठोस कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) है। आश्चर्यजनक रूप से, जब आप सूखी बर्फ को कमरे में छोड़ देते हैं, तो यह तरल बने बिना गैस में बदल जाती है। क्या आपने कभी तरल कार्बन डाइऑक्साइड के बारे में सुना है? इसे बनाया जा सकता है, लेकिन सामान्य परिस्थितियों में नहीं। कोयला एक ऐसे यौगिक का दूसरा उदाहरण है जो सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर पिघलेगा नहीं। यह बहुत अधिक तापमान पर ऊर्ध्वपातित हो जाएगा।
निक्षेपण गैस का ठोस में रूपांतरण है। यह तब होता है जब गैस पदार्थ की तरल अवस्था से गुजरे बिना ठोस बन जाती है। ध्रुवों के करीब सर्दियों की सुबह में पाला देखा जा सकता है। पौधों पर वे छोटे-छोटे पाले के क्रिस्टल तब बनते हैं जब हवा से जल वाष्प पौधों की पत्तियों पर ठोस बन जाता है।
रासायनिक परिवर्तन बनाम भौतिक परिवर्तन
रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों के बीच अंतर को समझना महत्वपूर्ण है। भौतिक परिवर्तन आम तौर पर पदार्थ की भौतिक अवस्था के बारे में होते हैं, और रासायनिक परिवर्तन तब होते हैं जब रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान आणविक बंधन टूटते हैं या बनते हैं। रासायनिक परिवर्तन आणविक स्तर पर होते हैं।
अणुओं में कोई परिवर्तन नहीं
रबर बैंड को खींचना, गुब्बारे में हवा भरना या कैन को कुचलना, ये सभी भौतिक परिवर्तनों के उदाहरण हैं। ये केवल वस्तुओं के आकार में परिवर्तन हैं। पदार्थ की अवस्था में कोई परिवर्तन नहीं होता क्योंकि आणविक स्तर पर ऊर्जा में कोई परिवर्तन नहीं होता। भौतिक परिवर्तन में, अणुओं में कोई परिवर्तन नहीं होता, अणु अभी भी वही रहते हैं और कोई नया रासायनिक बंधन नहीं बनता या टूटता है।
इसी तरह, बर्फ के टुकड़े पिघलना, पानी उबलना या तरल पानी जमना सभी ऊर्जा जोड़कर भौतिक परिवर्तन हैं। पदार्थ के चरण या अवस्था में परिवर्तन यानी ठोस से तरल, तरल से गैस, तरल से ठोस सभी भौतिक परिवर्तन हैं। तापमान या दबाव में बदलाव जैसी भौतिक क्रियाएँ भौतिक परिवर्तन का कारण बन सकती हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ पिघलने या तरल पानी जमने में कोई रासायनिक परिवर्तन नहीं होता है, पानी के अणु अभी भी पानी के अणु ही हैं।
अणुओं में परिवर्तन
रासायनिक परिवर्तन बहुत छोटे पैमाने पर होते हैं। जबकि कुछ प्रयोगों में स्पष्ट रासायनिक परिवर्तन दिखाई देते हैं, जैसे कि रंग परिवर्तन, अधिकांश रासायनिक परिवर्तन दिखाई नहीं देते हैं। हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) के पानी में बदलने से होने वाला रासायनिक परिवर्तन नहीं देखा जा सकता क्योंकि दोनों तरल पदार्थ स्पष्ट हैं। हालाँकि, पर्दे के पीछे, अरबों रासायनिक बंधन बनाए और नष्ट किए जा रहे हैं। जब हाइड्रोजन पेरोक्साइड पानी में बदल जाता है, तो ऑक्सीजन (O2) गैस के बुलबुले दिखाई दे सकते हैं। वे बुलबुले रासायनिक परिवर्तनों के प्रमाण हैं।
चीनी के क्यूब को पिघलाना एक भौतिक परिवर्तन है क्योंकि पदार्थ अभी भी चीनी है। चीनी के क्यूब को जलाना एक रासायनिक परिवर्तन है। आग चीनी और ऑक्सीजन के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया को सक्रिय करती है। हवा में मौजूद ऑक्सीजन चीनी के साथ प्रतिक्रिया करती है और रासायनिक बंधन टूट जाते हैं।
जब लोहा हवा में ऑक्सीजन गैस के संपर्क में आता है, तो उसमें जंग लग जाती है। यह प्रक्रिया लंबे समय तक देखी जा सकती है। लोहे के ऑक्सीकरण के कारण अणु अपनी संरचना बदल लेते हैं, और अंततः आयरन ऑक्साइड बन जाते हैं। परित्यक्त इमारतों में जंग लगे पाइप ऑक्सीकरण प्रक्रिया के वास्तविक उदाहरण हैं।
परिवर्तन प्रतिवर्ती या अपरिवर्तनीय हो सकता है
प्रतिवर्ती परिवर्तन वह परिवर्तन है जिसे वापस बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक बर्फ का टुकड़ा पिघलाया जाता है तो वह पानी बन जाता है लेकिन हम इसे फिर से बर्फ का टुकड़ा बनाने के लिए जमा सकते हैं ताकि यह अपनी मूल स्थिति में वापस आ सके। पिघलना और गर्म करना प्रतिवर्ती परिवर्तनों के उदाहरण हैं।
अपरिवर्तनीय परिवर्तन वह परिवर्तन है जिसे वापस नहीं बदला जा सकता। उदाहरण के लिए, यदि केक का मिश्रण बेक किया जाता है तो वह केक बन जाता है और हम उसे वापस मिश्रण में नहीं बदल सकते। यह परिवर्तन अपरिवर्तनीय है क्योंकि इसमें रासायनिक प्रतिक्रिया हुई है। सोडा बाइकार्बोनेट के साथ किसी तरल को जलाना या मिलाना अपरिवर्तनीय परिवर्तनों का एक उदाहरण है।
कुछ शर्तों और उनसे संबंधित चरण परिवर्तनों का एक त्वरित स्नैपशॉट:
संलयन/पिघलना – ठोस से द्रव
जमना – तरल से ठोस तक
वाष्पीकरण/उबलना – द्रव से गैस बनना
संघनन – गैस से द्रव में परिवर्तन
ऊर्ध्वपातन – ठोस से गैस
निक्षेपण – गैस से ठोस में
