नियम क्या कहता है
द्रव्यमान संरक्षण का नियम: रासायनिक अभिक्रिया में अभिकारकों का कुल द्रव्यमान, उत्पादों के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है। द्रव्यमान न बनाया जा सकता है, न नष्ट किया जा सकता है।
- अभिकारक (reactants) वे पदार्थ हैं जिनसे शुरुआत होती है।
- उत्पाद (products) वे नए पदार्थ हैं जो बनते हैं।
यानी: अभिकारकों का द्रव्यमान = उत्पादों का द्रव्यमान।
फ़्रांसीसी रसायनज्ञ आंत्वान लवोज़िए ने 1770–1780 के दशक में यह दिखाया। उन्होंने बंद काँच के बर्तनों में अभिक्रियाएँ कीं और पहले-बाद में बहुत ध्यान से तौला। द्रव्यमान नहीं बदला। रूसी वैज्ञानिक मिखाइल लोमोनोसोव ने कुछ साल पहले ऐसा ही पाया था।
बंद और खुला तंत्र: तराज़ू का पाठ कभी-कभी क्यों बदलता है
बंद तंत्र में न कुछ अंदर आ सकता है, न बाहर जा सकता है (सील किया फ्लास्क)। खुले तंत्र में गैसें आ-जा सकती हैं (खुला बीकर)।
द्रव्यमान घटता दिखता है
संगमरमर के टुकड़े अम्ल में कार्बन डाइऑक्साइड गैस देते हैं। खुले बीकर से गैस निकल जाती है, तो तराज़ू कम दिखाता है। 'खोया' द्रव्यमान हवा में गई गैस है।
द्रव्यमान बढ़ता दिखता है
मैग्नीशियम का फीता या स्टील वूल जलने पर हवा की ऑक्सीजन से जुड़ता है। बना ऑक्साइड धातु से भारी होता है। 'अतिरिक्त' द्रव्यमान जुड़ी हुई ऑक्सीजन है।
नियम: गैसों समेत हर पदार्थ गिनो तो कुल कभी नहीं बदलता। नियम जाँचने के लिए बंद तंत्र लो।
द्रव्यमान क्यों बचा रहता है: परमाणु बस नए ढंग से जुड़ते हैं
अभिक्रिया में परमाणुओं के बीच के बंध टूटते हैं और नए बंध बनते हैं। पर कोई परमाणु न बनता है, न नष्ट होता है, न दूसरे प्रकार में बदलता है। हर परमाणु का द्रव्यमान तय है। इसलिए पहले और बाद में वही परमाणु हों तो कुल द्रव्यमान भी वही होगा।
उदाहरण: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O। बाईं ओर: 4 हाइड्रोजन + 2 ऑक्सीजन परमाणु। दाईं ओर: 4 हाइड्रोजन + 2 ऑक्सीजन परमाणु।
इसीलिए हम रासायनिक समीकरण संतुलित करते हैं: हर प्रकार के परमाणु दोनों ओर बराबर होने चाहिए। जॉन डाल्टन ने इस नियम को अपने परमाणु सिद्धांत का प्रमाण माना: पदार्थ छोटे परमाणुओं से बना है जो रासायनिक अभिक्रिया में नष्ट नहीं होते।
स्थिर अनुपात का नियम
स्थिर (निश्चित) अनुपात का नियम (जोसेफ़ प्राउस्ट, लगभग 1799): शुद्ध यौगिक में हमेशा वही तत्व, द्रव्यमान के उसी अनुपात में होते हैं, चाहे वह कहीं से भी आए।
- नदी, बारिश या प्रयोगशाला का पानी: हमेशा 1 g हाइड्रोजन : 8 g ऑक्सीजन (1 : 8)।
- कार्बन डाइऑक्साइड: हमेशा 3 g कार्बन : 8 g ऑक्सीजन (3 : 8)।
अगर तत्व किसी और अनुपात में मिलाओ, तो एक तत्व का अतिरिक्त भाग बस बच जाता है; वह नहीं जुड़ता। उदाहरण: 3 g हाइड्रोजन + 16 g ऑक्सीजन → 18 g पानी + 1 g हाइड्रोजन बचा। पहले कुल 19 g, बाद में भी 19 g।
प्रकृति और उद्योग के चक्रों में द्रव्यमान संरक्षण
परमाणु कभी खोते नहीं, इसलिए तत्व चक्रों में घूमते रहते हैं।
- कार्बन चक्र: पौधे हवा से कार्बन डाइऑक्साइड लेकर शर्करा बनाते हैं; जानवर पौधे खाकर साँस में कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं; ईंधन जलने से भी कार्बन हवा में लौटता है।
- जल चक्र: पानी भाप बनता है, बादल बनते हैं, बारिश होती है और पानी समुद्र में लौटता है।
- उद्योग और पुनर्चक्रण: कारख़ाने को हर किलोग्राम का हिसाब रखना होता है। 100 kg अभिकारक गए तो 100 kg उत्पाद और कचरा निकलेगा। एल्युमिनियम जैसी धातु रीसायकल करने से वही परमाणु दोबारा काम आते हैं, नया अयस्क नहीं खोदना पड़ता।
रसायनज्ञ द्रव्यमान संतुलन (अंदर गया द्रव्यमान = बाहर आया द्रव्यमान) से प्रक्रियाएँ डिज़ाइन करते हैं और पता लगाते हैं कि कचरा कहाँ जाता है।
नियम की सीमा
रसायन में यह नियम व्यवहार में पूरी तरह सही है। नाभिकीय अभिक्रियाओं (सूर्य या परमाणु बिजलीघर) में बहुत थोड़ा द्रव्यमान बहुत अधिक ऊर्जा में बदलता है (E = mc²)। वहाँ अकेला द्रव्यमान नहीं, द्रव्यमान और ऊर्जा मिलकर संरक्षित रहते हैं। स्कूल रसायन के लिए याद रखो: अभिकारकों का द्रव्यमान = उत्पादों का द्रव्यमान।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- अभिकारकों का कुल द्रव्यमान = उत्पादों का कुल द्रव्यमान
- निकली गैस का द्रव्यमान = पहले का द्रव्यमान − बाद का द्रव्यमान (खुला बर्तन)
- जुड़ी गैस का द्रव्यमान = बाद का द्रव्यमान − पहले का द्रव्यमान (जैसे धातु जलना)
- पानी: हाइड्रोजन : ऑक्सीजन = 1 : 8 (द्रव्यमान से)
- कार्बन डाइऑक्साइड: कार्बन : ऑक्सीजन = 3 : 8 (द्रव्यमान से)
हल किए गए उदाहरण
1. 12 g मैग्नीशियम ऑक्सीजन में जलकर 20 g मैग्नीशियम ऑक्साइड बनाता है। कितनी ऑक्सीजन जुड़ी?
अभिकारकों का द्रव्यमान = उत्पादों का द्रव्यमान। 12 g + ऑक्सीजन = 20 g, इसलिए ऑक्सीजन = 20 − 12 = 8 g।
2. खुले बीकर में 50.0 g अम्ल और 10.0 g संगमरमर के टुकड़े अभिक्रिया करते हैं। झाग रुकने पर सामग्री 55.6 g है। कितनी कार्बन डाइऑक्साइड निकली?
पहले: 50.0 + 10.0 = 60.0 g। बाद में: 55.6 g। निकली गैस = 60.0 − 55.6 = 4.4 g।
3. 100 g कैल्शियम कार्बोनेट गर्म करने पर 56 g कैल्शियम ऑक्साइड और कुछ कार्बन डाइऑक्साइड बनती है। कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान बताओ।
100 g = 56 g + CO₂, इसलिए CO₂ = 100 − 56 = 44 g।
4. 4 g हाइड्रोजन और 40 g ऑक्सीजन से कितना पानी बनेगा? क्या बचेगा?
अनुपात H : O = 1 : 8। 4 g हाइड्रोजन को 4 × 8 = 32 g ऑक्सीजन चाहिए। पानी = 4 + 32 = 36 g। बची ऑक्सीजन = 40 − 32 = 8 g। जाँच: पहले 44 g, बाद में 36 + 8 = 44 g।
5. परमाणु गिनकर दिखाओ कि 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O नियम मानता है।
बाईं ओर: 2 × 2 = 4 H, 1 × 2 = 2 O। दाईं ओर: 2 × 2 = 4 H, 2 × 1 = 2 O। वही परमाणु, वही संख्या, इसलिए वही द्रव्यमान।
6. 6 g कार्बन से 22 g कार्बन डाइऑक्साइड बनती है। दूसरे नमूने से 33 g कार्बन डाइऑक्साइड बनी। उसमें कितना कार्बन था?
कार्बन : CO₂ = 6 : 22 = 3 : 11। 33 g CO₂ के लिए कार्बन = 33 × 3 ÷ 11 = 9 g। वही अनुपात, जैसा स्थिर अनुपात का नियम कहता है।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि गैस निकलने पर द्रव्यमान 'खो' गया। वह हवा में मौजूद है।
- यह सोचना कि जलती धातु बिना कारण भारी हुई। अतिरिक्त द्रव्यमान हवा की ऑक्सीजन है।
- खुले बर्तन में नियम जाँचकर कहना कि नियम ग़लत है। बंद बर्तन का उपयोग करो।
- दिए गए सारे द्रव्यमान उत्पाद में जोड़ देना, बचा हुआ भाग भी। केवल तय अनुपात वाली मात्रा अभिक्रिया करती है; बाक़ी वैसी ही बची रहती है।