पदार्थ की तीन अवस्थाएँ और अवस्था चिह्न
हर चीज़ छोटे-छोटे कणों से बनी है। ठोस में कण कसकर भरे होते हैं और बस काँपते हैं। द्रव में कण पास-पास होते हैं पर एक-दूसरे पर फिसल सकते हैं। गैस में कण दूर-दूर होते हैं और तेज़ भागते हैं।
पिघलाने या उबालने के लिए कणों को अलग करने की ऊर्जा देनी पड़ती है। कणों के बीच बल जितना मज़बूत, उतनी ज़्यादा ऊर्जा, यानी उतना ऊँचा गलनांक (ठोस से द्रव) और क्वथनांक (द्रव से गैस)।
सरल कण मॉडल में कणों को कठोर गेंद मानते हैं और बल नहीं दिखाते। यह मॉडल की सीमा है: असली कण ठोस गेंद नहीं होते और उनके बीच बल होते हैं।
समीकरण में अवस्था कोष्ठक में लिखते हैं: (s) ठोस, (l) द्रव, (g) गैस, (aq) पानी में घुला (जलीय)। जैसे नमक घुलने पर NaCl(s) → NaCl(aq)।
आयनिक यौगिक
सोडियम क्लोराइड जैसा आयनिक यौगिक एक विशाल जालक (lattice) है: धन और ऋण आयनों का बहुत बड़ा, नियमित ढाँचा। विपरीत आवेश हर दिशा में ज़ोर से खींचते हैं।
- ऊँचे गलनांक और क्वथनांक: इतने सारे मज़बूत खिंचाव तोड़ने में बहुत ऊर्जा लगती है।
- ठोस अवस्था में विद्युत नहीं चलाते: आयन अपनी जगह जकड़े हैं।
- पिघलने या घुलने पर चलाते हैं: अब आयन चल सकते हैं और आवेश ले जाते हैं।
छोटे अणु और बहुलक
पानी, क्लोरीन, ऑक्सीजन और मीथेन छोटे अणुओं से बने हैं। अणु के अंदर सहसंयोजी बंध मज़बूत होते हैं, पर अणुओं के बीच का बल (अंतराअणुक बल) कमज़ोर होता है। पानी उबालने पर O–H बंध नहीं टूटते, बस अणु एक-दूसरे से दूर होते हैं।
- नीचे गलनांक और क्वथनांक; कई कमरे के ताप पर गैस या द्रव हैं।
- बड़े अणुओं के बीच बल ज़्यादा, इसलिए वे ज़्यादा ताप पर उबलते हैं।
- ये बिजली नहीं चलाते, क्योंकि अणुओं पर कुल आवेश नहीं होता।
बहुलक (polymer) जैसे पॉलीएथीन बहुत लंबी शृंखला वाले अणु हैं। शृंखलाएँ लंबी हैं, इसलिए उनके बीच बल जुड़कर बड़ा हो जाता है। इसीलिए ज़्यादातर बहुलक कमरे के ताप पर ठोस होते हैं।
विशाल सहसंयोजी संरचनाएँ
हीरा, ग्रेफ़ाइट और सिलिकॉन डाइऑक्साइड (रेत) में हर परमाणु अपने पड़ोसियों से सहसंयोजी बंधों से जुड़ा है, जिससे एक विशाल अणु बनता है। पिघलाने के लिए बहुत सारे मज़बूत बंध तोड़ने पड़ते हैं, इसलिए गलनांक बहुत ऊँचा होता है (हीरा 3500 °C से ऊपर)। ज़्यादातर बिजली नहीं चलाते क्योंकि मुक्त आवेश नहीं होता। ग्रेफ़ाइट अपवाद है: हर कार्बन के पास एक मुक्त इलेक्ट्रॉन है।
धातुएँ और मिश्रधातुएँ
धातु धनायनों की विशाल संरचना है, जिनके बीच विस्थानीकृत (मुक्त) इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। आयनों और इलेक्ट्रॉन-समुद्र के बीच खिंचाव मज़बूत है, इसलिए ज़्यादातर धातुएँ ऊँचे ताप पर पिघलती हैं।
- ऊष्मा और विद्युत की सुचालक: मुक्त इलेक्ट्रॉन चलकर आवेश और ऊर्जा ले जाते हैं।
- आघातवर्ध्य (मुड़ने वाली): आयनों की परतें एक-दूसरे पर फिसल सकती हैं।
मिश्रधातु (alloy) धातु और किसी दूसरे तत्व का मिश्रण है। अलग आकार के परमाणु परतों को बिगाड़ देते हैं, इसलिए परतें आसानी से नहीं फिसलतीं। मिश्रधातु शुद्ध धातु से कठोर होती है। उदाहरण: स्टील (लोहा + कार्बन), पीतल (ताँबा + जस्ता), 22 कैरेट सोने के गहने।
करके देखो: रसोई में पिघलने की दौड़
किसी बड़े की मदद से तीन पुराने स्टील के चम्मचों में थोड़ा नमक, थोड़ी चीनी और मोम का छोटा टुकड़ा रखो। धीमी आँच पर गरम करो। मोम पहले पिघलता है (छोटे अणु), फिर चीनी (बड़े अणु, भूरी भी होती है)। नमक बिल्कुल नहीं पिघलता (विशाल आयनिक जालक)। फिर 3D में स्लाइडर से अपना अनुमान जाँचो।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- विशाल आयनिक जालक → ऊँचा गलनांक; सिर्फ़ पिघलने या घुलने पर सुचालक
- छोटे अणु → नीचा गलनांक; अणुओं के बीच कमज़ोर बल; सुचालक नहीं
- विशाल सहसंयोजी → बहुत ऊँचा गलनांक; आम तौर पर सुचालक नहीं (ग्रेफ़ाइट अपवाद)
- धातु → मुक्त इलेक्ट्रॉन → ऊष्मा और विद्युत की सुचालक; आघातवर्ध्य
- मिश्रधातु = धातु + दूसरा तत्व → ज़्यादा कठोर, क्योंकि परतें नहीं फिसलतीं
- अवस्था चिह्न: (s) ठोस, (l) द्रव, (g) गैस, (aq) पानी में घुला
हल किए गए उदाहरण
1. पदार्थ X 1600 °C पर पिघलता है और सिर्फ़ पिघलने पर बिजली चलाता है। इसकी संरचना क्या है?
ऊँचा गलनांक यानी विशाल संरचना। सिर्फ़ पिघलने पर सुचालक यानी आयन, जिन्हें चलने की आज़ादी चाहिए। इसलिए X विशाल आयनिक जालक है।
2. पदार्थ Y −95 °C पर पिघलता है और कभी बिजली नहीं चलाता। इसकी संरचना क्या है?
बहुत नीचा गलनांक यानी कणों के बीच कमज़ोर बल, इसलिए Y छोटे (सरल) अणुओं से बना है।
3. पुल बनाने में शुद्ध लोहे की जगह स्टील क्यों लेते हैं?
शुद्ध लोहे की परतें आसानी से फिसलती हैं, इसलिए वह मुड़ जाता है। स्टील में अलग आकार के कार्बन परमाणु परतों को अटका देते हैं, इसलिए स्टील ज़्यादा कठोर और मज़बूत है।
4. ठोस मैग्नीशियम और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल की अभिक्रिया अवस्था चिह्नों के साथ लिखो।
Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)।
आम गलतियाँ
- यह कहना कि पानी उबलने पर सहसंयोजी बंध टूटते हैं। सिर्फ़ अणुओं के बीच के कमज़ोर बल हटते हैं।
- यह कहना कि ठोस नमक बिजली चलाता है। उसके आयन जकड़े हैं; वह सिर्फ़ पिघलने या घुलने पर चलाता है।
- यह मानना कि सारे सहसंयोजी पदार्थ जल्दी पिघलते हैं। हीरे जैसे विशाल सहसंयोजी पदार्थ बहुत ऊँचे ताप पर पिघलते हैं।
- यह कहना कि धातु में आयन चलकर बिजली ले जाते हैं। असल में मुक्त इलेक्ट्रॉन चलते हैं।