संरचना ही गुण तय करती है
गुण (property) वह है जो पदार्थ करता दिखता है: बिजली चलाना, घुलना, मुड़ना, पिघलना। संरचना (structure) वह है जो अंदर है: कौन-से कण हैं, उन पर कौन-सा आवेश है, वे कैसे सजे हैं और आपस में कितना खींचते हैं।
छोटे चित्र को सूक्ष्म संरचना (micro structure) और जो हम देखते-मापते हैं उसे स्थूल गुण (macro property) कहते हैं। रसायन दोनों को जोड़ता है। गुण का अनुमान लगाने के लिए चार सवाल पूछो:
- कण कौन-से हैं (परमाणु, आयन या अणु)?
- क्या उन पर आवेश है?
- क्या वे चल सकते हैं?
- उनके बीच और पानी के साथ खिंचाव कितना मज़बूत है?
चालकता: धातु, नमक और चीनी
बिजली की धारा आवेशों का बहाव है। पदार्थ तभी चलाता है जब उसमें ऐसे आवेश हों जो चलने के लिए आज़ाद हों।
- धातुएँ: बाहरी इलेक्ट्रॉन आज़ाद होते हैं। वे बहते हैं, इसलिए ठोस धातु भी बिजली चलाती है।
- ठोस नमक: उसमें आयन हैं, पर हर आयन क्रिस्टल में जमा है। बहाव नहीं, इसलिए चालन नहीं।
- पिघला या घुला नमक: आयन चल सकते हैं, इसलिए वह चलाता है। धारा आयन ले जाते हैं, इलेक्ट्रॉन नहीं।
- चीनी: उदासीन अणुओं से बनी है। घुलने पर भी आवेश नहीं, इसलिए वह नहीं चलाती।
घुलनशीलता और पानी को बाँधना
पानी के अणु के दोनों सिरे हल्के आवेशित होते हैं (एक सिरा थोड़ा धन, दूसरा थोड़ा ऋण)। इसलिए पानी को ऐसे कण पसंद हैं जिनमें आवेश या आवेशित हिस्से हों।
- नमक घुलता है: पानी के अणु हर आयन को घेरकर क्रिस्टल से बाहर खींच लेते हैं।
- चीनी घुलती है: उसमें कई OH समूह हैं जो पानी के अणुओं को खींचते हैं।
- तेल या मोम नहीं घुलता: उनके अणुओं में आवेशित हिस्से नहीं हैं। समान समान को घोलता है।
पानी बाँधना (water binding): जिस पॉलिमर में बहुत सारे OH जैसे समूह हों, वह अपनी लड़ियों के आसपास पानी पकड़ लेता है। लड़ियाँ फैलती हैं और पदार्थ जेल बनकर फूल जाता है। डायपर का जेल ऐसे ही काम करता है।
प्लास्टिक और जैव-अपघटनीय पॉलिमर
पॉलिमर बहुत लंबी लड़ी होती है जो कई छोटी इकाइयों को जोड़कर बनती है। साधारण प्लास्टिक की लड़ियों में मज़बूत कार्बन-कार्बन बंधन होते हैं। बैक्टीरिया उन्हें आसानी से नहीं तोड़ पाते, इसलिए प्लास्टिक सालों रहता है।
जैव-अपघटनीय पॉलिमर (biodegradable polymer) की लड़ी में कमज़ोर जोड़ होते हैं, जैसे एस्टर जोड़, जिन्हें बैक्टीरिया और फफूँद के एंज़ाइम काट सकते हैं। लड़ी छोटे टुकड़ों में टूट जाती है, जिन्हें सूक्ष्मजीव भोजन बना लेते हैं।
रसायनज्ञ संरचना बदलकर नए पदार्थ, दवाएँ और भोजन बनाते हैं। जैसे OH समूह जोड़ने से पॉलिमर पानी सोखता है और एस्टर जोड़ डालने से वह जैव-अपघटनीय बनता है। किसी उत्पाद में ऐसा बदलाव पहचानना ही रासायनिक नवाचार पहचानना है।
गुण का अनुमान लगाने की विधि
किसी भी नए पदार्थ पर यह छोटी योजना लगाओ:
- कणों का चित्र सोचो।
- आवेशित और चलने को आज़ाद? तो बिजली चलाएगा।
- आवेशित हिस्से या OH समूह? तो पानी पसंद करेगा (घुलेगा या पानी बाँधेगा)।
- कमज़ोर जोड़ वाली लंबी लड़ी? तो सूक्ष्मजीव उसे तोड़ सकते हैं।
उत्तर में हमेशा एक वाक्य में क्यों लिखो जो सूक्ष्म चित्र को गुण से जोड़े।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- चालन = आवेश होना + आवेश का चल पाना
- धातु: मुक्त इलेक्ट्रॉन धारा ले जाते हैं
- नमक का घोल/पिघला नमक: मुक्त आयन धारा ले जाते हैं
- उदासीन अणु (चीनी, ऐल्कोहॉल): धारा नहीं
- समान समान को घोलता है: आवेशित या OH-भरे कण पानी में घुलते हैं
- कमज़ोर जोड़ वाला पॉलिमर = जैव-अपघटनीय
हल किए गए उदाहरण
1. ताँबा बिजली क्यों चलाता है पर सूखा सोडियम क्लोराइड क्यों नहीं?
ताँबे में मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं जो बह सकते हैं। ठोस सोडियम क्लोराइड में आयन हैं, पर वे क्रिस्टल में जमे हैं और चल नहीं सकते। इसलिए ताँबा चलाता है और सूखा नमक नहीं।
2. पिघला सोडियम क्लोराइड बिजली क्यों चलाता है?
पिघलने पर क्रिस्टल का ढाँचा टूट जाता है और Na⁺ तथा Cl⁻ आयन चल सकते हैं। चलते आवेश धारा ले जाते हैं, इसलिए पिघला नमक चलाता है।
3. चीनी का घोल बिजली नहीं चलाता पर नमक का घोल चलाता है। क्यों?
चीनी उदासीन अणुओं के रूप में घुलती है, इसलिए कोई आवेश नहीं होता। नमक मुक्त आयनों के रूप में घुलता है, जो आवेश ले जाते हैं।
4. खाना पकाने का तेल पानी में नहीं मिलता पर ऐथेनॉल मिल जाता है। संरचना से समझाओ।
ऐथेनॉल में OH समूह है जो पानी के अणुओं को खींचता है, इसलिए वह मिल जाता है। तेल के अणुओं में ऐसे आवेशित हिस्से नहीं हैं, इसलिए पानी उन्हें नहीं खींचता।
5. एक कंपनी कहती है कि उसका नया थैला खाद में कुछ महीनों में सड़ जाता है। पॉलिमर की संरचना कैसी होगी?
लड़ियों में कमज़ोर जोड़ (जैसे एस्टर जोड़) होंगे जिन्हें सूक्ष्मजीवों के एंज़ाइम काट सकें, ताकि लंबी लड़ी छोटे टुकड़ों में टूटकर सूक्ष्मजीवों के काम आ जाए।
6. डायपर के नए पॉलिमर को अपने भार से 100 गुना पानी पकड़ना है। उसकी लड़ियों में कौन-सी विशेषता देते हो और क्यों?
लड़ियों पर बहुत सारे OH (या अन्य जल-प्रेमी) समूह। वे पानी के अणुओं को खींचते हैं और लड़ियों के बीच रोकते हैं, इसलिए पॉलिमर जेल बनकर फूलता है।
आम गलतियाँ
- यह कहना कि नमक के घोल में इलेक्ट्रॉन धारा ले जाते हैं। घोल और पिघले नमक में चलते आयन धारा ले जाते हैं।
- यह सोचना कि जो भी ठोस घुलता है वह बिजली चलाता है। चीनी घुलती है पर उसमें आयन नहीं, इसलिए नहीं चलाती।
- ठोस नमक के न चलाने पर कहना कि "नमक में आवेश नहीं है"। आवेश (आयन) हैं, बस चल नहीं सकते।
- यह सोचना कि जैव-अपघटनीय का मतलब प्लास्टिक तुरंत ग़ायब हो जाता है। उसे सही हालात (सूक्ष्मजीव, गर्मी, नमी) और समय चाहिए।