द्रव्य के गुण क्या हैं?
द्रव्य वह सब है जिसमें द्रव्यमान हो और जो जगह घेरे: हवा, पानी, पत्थर, तुम ख़ुद।
गुण वह है जिसे हम देख या नाप सकें, जैसे रंग, कठोरता, द्रव्यमान, गंध।
- कुछ गुण मात्रा पर निर्भर हैं: द्रव्यमान, आयतन, लंबाई। दो चम्मच चीनी का द्रव्यमान एक चम्मच से ज़्यादा है।
- विशिष्ट गुण मात्रा पर निर्भर नहीं करते। एक चम्मच हो या पूरा थैला, शुद्ध चीनी का घनत्व और पिघलने का तापमान वही रहता है। इनसे पदार्थ की पहचान होती है।
मुख्य विशिष्ट गुण हैं: घनत्व, गलनांक, क्वथनांक और विलेयता।
ठोस, द्रव और गैस का घनत्व
घनत्व बताता है कि हर इकाई आयतन में कितना द्रव्यमान भरा है।
घनत्व = द्रव्यमान ÷ आयतन, यानी ρ = m / V। मात्रक: g/cm³ या kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)।
- पानी: 1 g/cm³। बर्फ़: 0.92 g/cm³ (इसलिए तैरती है)। लोहा: 7.9 g/cm³। हवा: लगभग 0.0012 g/cm³।
- जो चीज़ द्रव से कम घनी हो वह तैरती है, ज़्यादा घनी हो तो डूबती है।
ठोस-द्रव घने और गैस हल्की क्यों?
ठोस और द्रव में कण एक-दूसरे को छूते हैं। गैस में कण दूर-दूर हैं, बीच में ज़्यादातर ख़ाली जगह है। इसलिए उतना ही द्रव्यमान गैस बनकर लगभग 1000 गुना जगह घेरता है और घनत्व बहुत कम हो जाता है।
घनत्व कैसे नापें
तराज़ू से द्रव्यमान नापो। डिब्बे जैसे आकार का आयतन = लंबाई × चौड़ाई × ऊँचाई। टेढ़े-मेढ़े आकार को पानी भरे मापक सिलिंडर में डालो: पानी जितना ऊपर चढ़े, वही उसका आयतन है (विस्थापन)।
गलनांक और क्वथनांक
गलनांक वह तापमान है जिस पर ठोस द्रव बनता है। क्वथनांक वह तापमान है जिस पर द्रव पूरे में उबलकर गैस बनता है।
- शुद्ध पानी: 0 °C पर पिघलता और 100 °C पर उबलता है (सामान्य वायुदाब पर)।
- पिघलते या उबलते समय गर्मी देने पर भी तापमान वही रहता है। ऊर्जा कणों को अलग करने में लगती है।
- शुद्ध पदार्थ एक तय तापमान पर पिघलता है; मिश्रण एक दायरे में। नमक वाला पानी 0 °C से नीचे जमता और 100 °C से ऊपर उबलता है।
इसलिए वैज्ञानिक गलनांक से शुद्धता जाँचते हैं।
विलेयता
नमक पानी में गायब हो जाए तो कहते हैं वह घुल गया। नमक विलेय है, पानी विलायक, और बना मिश्रण विलयन।
विलेयता: किसी तापमान पर 100 g विलायक में घुल सकने वाला विलेय का अधिकतम द्रव्यमान। 20 °C पर साधारण नमक की विलेयता लगभग 36 g प्रति 100 g पानी है।
- जब और न घुले, तो विलयन संतृप्त है; ज़्यादा ठोस नीचे बैठ जाता है।
- ज़्यादातर ठोसों की विलेयता गर्म पानी में बढ़ती है। गरम चाय में चीनी ठंडे पानी से कहीं ज़्यादा घुलती है।
- अलग पदार्थों की विलेयता बहुत अलग होती है, इसलिए यह पहचान में मदद करती है। चॉक लगभग घुलता ही नहीं।
भौतिक परिवर्तन, द्रव्यमान संरक्षण, विसरण
भौतिक परिवर्तन में पदार्थ का रूप या अवस्था बदलती है, पर नया पदार्थ नहीं बनता। पिघलना, जमना, उबलना, संघनन और घुलना भौतिक परिवर्तन हैं। इन्हें अक्सर आसानी से उलटा जा सकता है।
रासायनिक परिवर्तन में नया पदार्थ बनता है। पहचान: गैस के बुलबुले, रंग बदलना, गर्मी या रोशनी निकलना, नई गंध। काग़ज़ जलना, लोहे पर जंग, अंडा पकना रासायनिक परिवर्तन हैं। इन्हें उलटना कठिन है।
द्रव्यमान संरक्षण
अवस्था बदलने पर कण सिर्फ़ दूर या पास होते हैं। न कोई बनता है, न खोता है। इसलिए द्रव्यमान वही रहता है: 100 g बर्फ़ से 100 g पानी। खुले बर्तन से भाप निकले तो बर्तन हल्का होता है, क्योंकि कण बाहर चले गए।
विसरण और ब्राउनी गति
द्रव और गैस के कण लगातार चलते रहते हैं। विसरण: कणों का ज़्यादा भीड़ वाली जगह से कम भीड़ वाली जगह फैलना, जैसे रसोई की ख़ुशबू पूरे घर में फैलना। ब्राउनी गति: धुएँ या पराग जैसे बहुत छोटे कणों का बेतरतीब हिलना, क्योंकि अदृश्य चलते कण उनसे टकराते रहते हैं। यह कणों के होने का बड़ा सबूत था।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- घनत्व ρ = द्रव्यमान ÷ आयतन (ρ = m / V)
- द्रव्यमान = घनत्व × आयतन
- आयतन = द्रव्यमान ÷ घनत्व
- 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
- विलेयता = तय तापमान पर 100 g विलायक को संतृप्त करने वाले विलेय का द्रव्यमान
हल किए गए उदाहरण
1. एक गुटके का द्रव्यमान 54 g और आयतन 20 cm³ है। घनत्व निकालो। क्या यह पानी में तैरेगा?
चरण 1: ρ = m / V = 54 ÷ 20 = 2.7 g/cm³। चरण 2: 2.7 > 1 (पानी), इसलिए डूबेगा। (यह ऐलुमिनियम का घनत्व है।)
2. लकड़ी का डिब्बा 5 cm × 4 cm × 2 cm का है और द्रव्यमान 24 g है। घनत्व निकालो।
चरण 1: V = 5 × 4 × 2 = 40 cm³। चरण 2: ρ = 24 ÷ 40 = 0.6 g/cm³। चरण 3: 1 से कम, इसलिए तैरेगा।
3. पत्थर डालने पर मापक सिलिंडर का पानी 50 cm³ से 65 cm³ हो गया। पत्थर का द्रव्यमान 39 g है। घनत्व?
चरण 1: आयतन = 65 − 50 = 15 cm³। चरण 2: ρ = 39 ÷ 15 = 2.6 g/cm³।
4. लोहे का घनत्व 7.9 g/cm³ है। 30 cm³ लोहे का द्रव्यमान कितना?
चरण 1: m = ρ × V। चरण 2: = 7.9 × 30 = 237 g।
5. नमक की विलेयता 36 g प्रति 100 g पानी है। 250 g पानी में कितना नमक घुलेगा?
चरण 1: 250 g, 100 g का 2.5 गुना है। चरण 2: 36 × 2.5 = 90 g।
6. बंद थैली में 150 g बर्फ़ पिघलती है। पानी कितना होगा? अगर थैली खुली हो और 5 g भाप बन जाए तो?
चरण 1: पिघलना भौतिक परिवर्तन है; द्रव्यमान संरक्षित, यानी 150 g पानी। चरण 2: 5 g कण भाप बनकर निकल जाएँ तो थैली में 145 g बचेगा। द्रव्यमान नष्ट नहीं हुआ, बाहर गया।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि लोहे का बड़ा टुकड़ा छोटे से ज़्यादा घना है। घनत्व आकार पर निर्भर नहीं; दोनों 7.9 g/cm³ हैं।
- यह सोचना कि भारी चीज़ हमेशा डूबती है। बड़ा लट्ठा तैरता है क्योंकि उसका घनत्व पानी से कम है।
- घुलने को रासायनिक परिवर्तन कहना। पानी उड़ाकर नमक वापस मिल जाता है और नया पदार्थ नहीं बनता।
- यह सोचना कि बंद बर्तन में बर्फ़ पिघलने या पानी उबलने से द्रव्यमान घटता है। सारे कण वहीं हैं।