वायु मिश्रण है, यौगिक नहीं
मिश्रण यानी दो या ज़्यादा पदार्थ जो मिले तो हैं, पर रासायनिक अभिक्रिया से जुड़े नहीं हैं। हवा एक मिश्रण है। कैसे पता?
- हर गैस की मात्रा बदल सकती है। भीड़ वाले कमरे में कार्बन डाइऑक्साइड ज़्यादा होती है, समुद्र के ऊपर जलवाष्प ज़्यादा। यौगिक का संघटन हमेशा तय रहता है।
- हर गैस अपने गुण बनाए रखती है। हवा में ऑक्सीजन फिर भी जलने में मदद करती है, नाइट्रोजन फिर भी नहीं।
- गैसों को भौतिक तरीकों से अलग किया जा सकता है। हवा को लगभग −200 °C तक ठंडा करने पर वह द्रव बन जाती है। धीरे-धीरे गर्म करने पर हर गैस अपने क्वथनांक पर उबलकर निकलती है (प्रभाजी आसवन)। नाइट्रोजन −196 °C, आर्गन −186 °C, ऑक्सीजन −183 °C पर।
- गैसें मिलाकर हवा बनाने में न गर्मी निकलती है, न रोशनी, जबकि यौगिक बनने में अक्सर निकलती है।
हवा में कौन-कौन सी गैसें हैं?
सूखी, साफ़ हवा में (आयतन के हिसाब से):
| गैस | प्रतिशत | मुख्य काम |
|---|---|---|
| नाइट्रोजन, N₂ | लगभग 78% | ऑक्सीजन को पतला रखती है; मिट्टी के बैक्टीरिया से पौधों तक पहुँचती है; उर्वरक बनाने में |
| ऑक्सीजन, O₂ | लगभग 21% | श्वसन और दहन (जलना) |
| आर्गन, Ar | लगभग 0.93% | क्रिया न करने वाली उत्कृष्ट गैस |
| कार्बन डाइऑक्साइड, CO₂ | लगभग 0.04% | प्रकाश संश्लेषण में; गर्मी रोकती है |
| नियॉन, हीलियम, क्रिप्टॉन, ज़ेनॉन | बहुत थोड़ी | उत्कृष्ट गैसें |
जलवाष्प तालिका में नहीं है क्योंकि यह बदलती रहती है: रेगिस्तान में लगभग 0% से नम वर्षावन में लगभग 4% तक। हवा में धूल, परागकण और सूक्ष्मजीव भी होते हैं।
उत्कृष्ट गैसें: गुण और उपयोग
हीलियम, नियॉन, आर्गन, क्रिप्टॉन और ज़ेनॉन उत्कृष्ट गैसें (noble gases) हैं (समूह 18)। इनके परमाणुओं का बाहरी कोश भरा होता है, इसलिए ये लगभग कभी क्रिया नहीं करतीं। इनका न रंग होता है, न गंध।
- आर्गन: फ़िलामेंट बल्ब में भरी जाती है और वेल्डिंग में गर्म धातु को ढकती है, ताकि धातु जले नहीं।
- हीलियम: बहुत हल्की और न जलने वाली, इसलिए मौसम के गुब्बारों और खिलौना गुब्बारों में।
- नियॉन: बिजली गुज़रने पर लाल-नारंगी चमकती है, विज्ञापन के बोर्ड में।
- क्रिप्टॉन और ज़ेनॉन: तेज़ रोशनी वाले लैंप, जैसे कार हेडलाइट और लाइटहाउस।
हवा में ऑक्सीजन नापना
तरीका: तय मात्रा की हवा बंद करो। सिर्फ़ ऑक्सीजन खर्च करो। देखो आयतन कितना घटा।
तरीका 1: लोहे पर जंग
गीली लोहे की ऊन नापने वाली नली के ऊपरी सिरे में दबाओ। नली को उल्टा पानी में खड़ा करो। कुछ दिनों में लोहे पर जंग लगती है। जंग में ऑक्सीजन लगती है, इसलिए उसकी जगह भरने पानी नली में चढ़ता है। यह हवा के लगभग 1/5 (21%) पर रुकता है।
तरीका 2: फ़ॉस्फ़ोरस जलाना (बेल जार)
पानी में खड़े बेल जार में लाल फ़ॉस्फ़ोरस जलाया जाता है। यह ऑक्सीजन से मिलकर सफ़ेद ठोस ऑक्साइड बनाता है जो पानी में घुल जाता है। ठंडा होने पर पानी लगभग 1/5 ऊपर चढ़ता है।
तरीका 3: गर्म ताँबा और दो सिरिंज
100 cm³ हवा को दो गैस सिरिंजों के बीच गर्म ताँबे के ऊपर आगे-पीछे किया जाता है। ताँबा ऑक्सीजन लेकर काला (कॉपर ऑक्साइड) हो जाता है। ठंडा होने पर लगभग 79 cm³ बचती है, यानी लगभग 21 cm³ ऑक्सीजन थी।
ऑक्सीजन का प्रतिशत = (खर्च हुआ आयतन ÷ शुरू का आयतन) × 100। बची गैस में जलती तीली बुझ जाती है। इससे पता चलता है कि वह ज़्यादातर नाइट्रोजन है।
वायु प्रदूषण: स्रोत, प्रभाव और बचाव
प्रदूषक वह पदार्थ है जो हवा में मिलकर जीवों या इमारतों को नुकसान पहुँचाए।
| प्रदूषक | मुख्य स्रोत | प्रभाव |
|---|---|---|
| कणिकीय पदार्थ (PM2.5, PM10, कालिख) | डीज़ल इंजन, पराली जलाना, धूल | फेफड़ों में गहरे तक जाते हैं; दमा, हृदय रोग; स्मॉग |
| कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) | कम हवा में ईंधन जलना; गाड़ियों का धुआँ | ज़हरीली: खून को ऑक्सीजन ले जाने से रोकती है |
| सल्फ़र डाइऑक्साइड (SO₂) | सल्फ़र वाला कोयला और तेल जलाना | अम्ल वर्षा; साँस की तकलीफ़; संगमरमर को नुकसान |
| नाइट्रोजन ऑक्साइड (NO, NO₂) | गर्म गाड़ी इंजन; बिजलीघर | अम्ल वर्षा; स्मॉग |
| अतिरिक्त CO₂, मीथेन | जीवाश्म ईंधन जलाना; खेती | गर्मी रोकते हैं: ग्लोबल वार्मिंग |
हवा को बचाना
- सार्वजनिक परिवहन, साइकिल या पैदल चलो; बिजली और CNG गाड़ियाँ अपनाओ।
- गाड़ियों के कैटेलिटिक कन्वर्टर CO और NO को CO₂ और N₂ में बदलते हैं।
- स्क्रबर बिजलीघर के धुएँ से SO₂ हटाते हैं; कम सल्फ़र वाला ईंधन इस्तेमाल करो।
- कचरा या पराली मत जलाओ; पेड़ लगाओ; वायु गुणवत्ता सूचकांक (AQI) देखो और खराब दिनों में मास्क पहनो।
घर पर करके देखो
बर्तन माँजने वाली स्टील की ऊन का छोटा गीला गोला एक लंबे गिलास की तली में दबाओ। गिलास को उल्टा करके पानी की प्लेट में रखो। पानी का स्तर टेप से निशान लगाओ। 3 दिन बाद देखो। पानी हवा वाली जगह का लगभग 1/5 ऊपर चढ़ जाता है। तुमने हवा में ऑक्सीजन नाप ली! (किसी बड़े की मदद लो; आग की ज़रूरत नहीं।)
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- आयतन से हवा: N₂ ≈ 78%, O₂ ≈ 21%, Ar ≈ 0.93%, CO₂ ≈ 0.04%
- ऑक्सीजन का प्रतिशत = (खर्च हुई ऑक्सीजन का आयतन ÷ शुरू में हवा का आयतन) × 100
- हवा में किसी गैस का आयतन = कुल आयतन × (प्रतिशत ÷ 100)
- मिश्रण: हिस्से रासायनिक रूप से नहीं जुड़े; अनुपात बदल सकता है; भौतिक तरीकों से अलग
- उत्कृष्ट गैसें (समूह 18): He, Ne, Ar, Kr, Xe – बाहरी कोश भरा, बहुत कम क्रियाशील
हल किए गए उदाहरण
1. एक कक्षा में 200 m³ हवा है। इसमें लगभग कितनी ऑक्सीजन है?
ऑक्सीजन ≈ 200 m³ का 21% = 0.21 × 200 = 42 m³।
2. ताँबे वाले प्रयोग में 100 cm³ हवा घटकर 79 cm³ रह जाती है। ऑक्सीजन का प्रतिशत निकालो।
खर्च हुई ऑक्सीजन = 100 − 79 = 21 cm³। प्रतिशत = 21 ÷ 100 × 100 = 21%।
3. एक नली में 50 cm³ हवा है। लोहे पर जंग लगने के बाद 40 cm³ गैस बचती है। हवा में ऑक्सीजन कितने प्रतिशत थी? क्या यह असली मान के पास है?
खर्च = 50 − 40 = 10 cm³। प्रतिशत = 10 ÷ 50 × 100 = 20%। हाँ, 21% के पास है (छोटी गलती पैमाना पढ़ने में या सारी ऑक्सीजन खर्च न होने से)।
4. बल्ब में ऑक्सीजन की जगह आर्गन क्यों भरी जाती है?
ऑक्सीजन से गर्म फ़िलामेंट जलकर टूट जाता। आर्गन उत्कृष्ट गैस है: क्रिया नहीं करती, इसलिए फ़िलामेंट ज़्यादा चलता है।
आम गलतियाँ
- यह कहना कि हवा में ज़्यादातर ऑक्सीजन है। हवा में ज़्यादातर नाइट्रोजन (78%) है; ऑक्सीजन सिर्फ़ लगभग 21% है।
- हवा को यौगिक कहना। यह मिश्रण है: इसका संघटन बदल सकता है और गैसें भौतिक तरीके से अलग हो सकती हैं।
- यह सोचना कि कार्बन डाइऑक्साइड हवा का बड़ा हिस्सा है। यह सिर्फ़ लगभग 0.04% है, भले ही जलवायु के लिए बहुत ज़रूरी है।
- खर्च हुए आयतन की जगह बचा आयतन लेना: % ऑक्सीजन = (शुरू − अंत) ÷ शुरू × 100।