हमारे आस-पास के अधिकांश पदार्थ विभिन्न पदार्थों के मिश्रण हैं, इसलिए उनके गुणों का अध्ययन रसायन विज्ञान, चिकित्सा, खाद्य उद्योग और अर्थव्यवस्था के अन्य क्षेत्रों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। लेख इस बात पर चर्चा करता है कि फैलाव की डिग्री क्या है, और यह सिस्टम की विशेषताओं को कैसे प्रभावित करता है।
फैलाने वाले सिस्टम क्या हैं?
फैलाव की डिग्री पर चर्चा करने से पहले, यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि इस अवधारणा को किन प्रणालियों पर लागू किया जा सकता है।
आइए कल्पना करें कि हमारे पास दो अलग-अलग पदार्थ हैं जो रासायनिक संरचना में एक दूसरे से भिन्न हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, टेबल नमक और शुद्ध पानी, या एकत्रीकरण की स्थिति में, उदाहरण के लिए, तरल और ठोस में एक ही पानी (बर्फ) कहते हैं। अब आपको इन दोनों पदार्थों को लेने और मिलाने की जरूरत है और इन्हें गहनता से मिलाना है। परिणाम क्या होगा? यह इस बात पर निर्भर करता है कि मिश्रण के दौरान रासायनिक अभिक्रिया हुई या नहीं। छितरी हुई प्रणालियों के बारे में बात करते समय, यह माना जाता है कि जब वेगठन में कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है, अर्थात, प्रारंभिक पदार्थ सूक्ष्म स्तर पर अपनी संरचना और घनत्व, रंग, विद्युत चालकता, और अन्य जैसे उनके अंतर्निहित भौतिक गुणों को बनाए रखते हैं।
इस प्रकार परिक्षिप्त तंत्र एक यांत्रिक मिश्रण है, जिसके परिणामस्वरूप दो या दो से अधिक पदार्थ आपस में मिल जाते हैं। जब यह बनता है, तो "फैलाव माध्यम" और "चरण" की अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। पहले में प्रणाली के भीतर निरंतरता का गुण होता है और, एक नियम के रूप में, इसमें बड़ी सापेक्ष मात्रा में पाया जाता है। दूसरे (छितरी हुई अवस्था) को असंततता के गुण की विशेषता होती है, अर्थात प्रणाली में यह छोटे कणों के रूप में होता है, जो सतह द्वारा सीमित होते हैं जो उन्हें माध्यम से अलग करते हैं।
सजातीय और विषम प्रणाली
यह स्पष्ट है कि परिक्षिप्त प्रणाली के ये दो घटक अपने भौतिक गुणों में भिन्न होंगे। उदाहरण के लिए, यदि आप रेत को पानी में फेंकते हैं और इसे हिलाते हैं, तो यह स्पष्ट है कि पानी में मौजूद रेत के दाने, जिसका रासायनिक सूत्र SiO2 है, अलग नहीं होगा। राज्य से किसी भी तरह से जब वे पानी में नहीं थे। ऐसे मामलों में, कोई विषमता की बात करता है। दूसरे शब्दों में, एक विषम प्रणाली कई (दो या अधिक) चरणों का मिश्रण है। उत्तरार्द्ध को सिस्टम के कुछ सीमित मात्रा के रूप में समझा जाता है, जो कुछ गुणों की विशेषता है। ऊपर के उदाहरण में, हमारे पास दो चरण हैं: रेत और पानी।
हालांकि, किसी भी माध्यम में घुलने पर परिक्षिप्त चरण के कणों का आकार इतना छोटा हो सकता है कि वे अपने व्यक्तिगत गुणों को दिखाना बंद कर देते हैं। इस मामले में, कोई बोलता हैसजातीय या सजातीय पदार्थ। हालांकि उनमें कई घटक होते हैं, वे सभी सिस्टम के पूरे वॉल्यूम में एक चरण बनाते हैं। सजातीय प्रणाली का एक उदाहरण पानी में NaCl का एक समाधान है। जब यह घुल जाता है, तो ध्रुवीय अणुओं H2O के साथ परस्पर क्रिया के कारण, NaCl क्रिस्टल अलग-अलग धनायनों (Na+) और आयनों (Cl) में विघटित हो जाता है।-)। वे सजातीय रूप से पानी के साथ मिश्रित होते हैं, और इस तरह की प्रणाली में विलेय और विलायक के बीच अंतरफलक का पता लगाना अब संभव नहीं है।
कण आकार
फैलाव की डिग्री क्या है? इस मूल्य पर अधिक विस्तार से विचार करने की आवश्यकता है। वह क्या प्रतिनिधित्व करती है? यह परिक्षिप्त प्रावस्था के कण आकार के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह वह विशेषता है जो विचाराधीन सभी पदार्थों के वर्गीकरण का आधार है।
फैलाव प्रणाली का अध्ययन करते समय, छात्र अक्सर अपने नामों में भ्रमित हो जाते हैं, क्योंकि उनका मानना है कि उनका वर्गीकरण भी एकत्रीकरण की स्थिति पर आधारित है। यह सच नहीं है। एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों के मिश्रणों के वास्तव में अलग-अलग नाम होते हैं, उदाहरण के लिए, इमल्शन जल पदार्थ होते हैं, और एरोसोल पहले से ही एक गैस चरण के अस्तित्व का सुझाव देते हैं। हालाँकि, फैलाव प्रणालियों के गुण मुख्य रूप से उनमें घुले हुए चरण के कण आकार पर निर्भर करते हैं।
आम तौर पर स्वीकृत वर्गीकरण
फैलाव की डिग्री के अनुसार फैलाव प्रणालियों का वर्गीकरण नीचे दिया गया है:
- यदि सशर्त कण आकार 1 एनएम से कम है, तो ऐसी प्रणालियों को वास्तविक, या सही समाधान कहा जाता है।
- यदि कंडीशनल पार्टिकल का आकार 1 nm और. के बीच हो100 एनएम, तो विचाराधीन पदार्थ कोलॉइडी विलयन कहा जाएगा।
- यदि कण 100 एनएम से बड़े हैं, तो हम निलंबन या निलंबन के बारे में बात कर रहे हैं।
उपरोक्त वर्गीकरण के संबंध में, आइए दो बिंदुओं को स्पष्ट करें: सबसे पहले, दिए गए आंकड़े सांकेतिक हैं, यानी एक प्रणाली जिसमें कण आकार 3 एनएम है जरूरी नहीं कि एक कोलाइड हो, यह एक सच भी हो सकता है उपाय। यह इसके भौतिक गुणों का अध्ययन करके स्थापित किया जा सकता है। दूसरे, आप देख सकते हैं कि सूची "सशर्त आकार" वाक्यांश का उपयोग करती है। यह इस तथ्य के कारण है कि सिस्टम में कणों का आकार पूरी तरह से मनमाना हो सकता है, और सामान्य मामले में एक जटिल ज्यामिति होती है। इसलिए, वे उनमें से कुछ औसत (सशर्त) आकार की बात करते हैं।
बाद में लेख में हम विख्यात प्रकार के फैलाव प्रणालियों का संक्षिप्त विवरण देंगे।
सच्चा समाधान
जैसा कि ऊपर बताया गया है, वास्तविक विलयनों में कणों के फैलाव की डिग्री इतनी अधिक है (उनका आकार बहुत छोटा है, < 1 एनएम) कि उनके और विलायक (मध्यम) के बीच कोई अंतरफलक नहीं है, अर्थात वहां एकल-चरण सजातीय प्रणाली है। जानकारी की पूर्णता के लिए, हम याद करते हैं कि एक परमाणु का आकार एक एंगस्ट्रॉम (0.1 एनएम) के क्रम पर होता है। अंतिम संख्या इंगित करती है कि वास्तविक विलयन में कण आकार में परमाणु होते हैं।
सच्चे विलयनों के मुख्य गुण जो उन्हें कोलॉइड और निलंबन से अलग करते हैं, वे इस प्रकार हैं:
- समाधान की स्थिति मनमाने ढंग से लंबे समय तक अपरिवर्तित रहती है, अर्थात परिक्षिप्त अवस्था का कोई अवक्षेप नहीं बनता है।
- विघटितसादे कागज से छानकर पदार्थ को विलायक से अलग नहीं किया जा सकता है।
- छिद्रपूर्ण झिल्ली से गुजरने की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप पदार्थ भी अलग नहीं होता है, जिसे रसायन शास्त्र में डायलिसिस कहा जाता है।
- एक विलेय को विलायक से अलग करना केवल बाद वाले के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलकर संभव है, उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण द्वारा।
- आदर्श समाधान के लिए, इलेक्ट्रोलिसिस किया जा सकता है, अर्थात, यदि सिस्टम में एक संभावित अंतर (दो इलेक्ट्रोड) लागू किया जाता है, तो एक विद्युत प्रवाह पारित किया जा सकता है।
- वे प्रकाश नहीं बिखेरते।
सच्चे समाधान का एक उदाहरण पानी के साथ विभिन्न लवणों का मिश्रण है, उदाहरण के लिए, NaCl (टेबल सॉल्ट), NaHCO3 (बेकिंग सोडा), KNO 3(पोटेशियम नाइट्रेट) और अन्य।
कोलाइड विलयन
ये वास्तविक समाधान और निलंबन के बीच मध्यवर्ती प्रणाली हैं। हालांकि, उनके पास कई अनूठी विशेषताएं हैं। आइए उन्हें सूचीबद्ध करें:
- पर्यावरण की स्थिति में बदलाव नहीं होने पर वे मनमाने ढंग से लंबे समय तक यांत्रिक रूप से स्थिर रहते हैं। यह प्रणाली को गर्म करने या इसकी अम्लता (पीएच मान) को बदलने के लिए पर्याप्त है, क्योंकि कोलाइड जमा हो जाता है।
- फिल्टर पेपर का उपयोग करके उन्हें अलग नहीं किया जाता है, हालांकि, डायलिसिस प्रक्रिया से छितरे हुए चरण और माध्यम को अलग कर दिया जाता है।
- सच्चे समाधान के साथ, उन्हें इलेक्ट्रोलाइज किया जा सकता है।
- पारदर्शी कोलाइडल प्रणालियों के लिए, तथाकथित टाइन्डल प्रभाव विशेषता है: इस प्रणाली के माध्यम से प्रकाश की किरण को पार करते हुए, आप इसे देख सकते हैं। यह से जुड़ा हुआ हैस्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में सभी दिशाओं में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रकीर्णन।
- अन्य पदार्थों को सोखने की क्षमता।
कोलाइडल सिस्टम, सूचीबद्ध गुणों के कारण, गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों (खाद्य उद्योग, रसायन विज्ञान) में मनुष्यों द्वारा व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, और अक्सर प्रकृति में भी पाए जाते हैं। कोलाइड का एक उदाहरण मक्खन, मेयोनेज़ है। प्रकृति में, ये कोहरे, बादल हैं।
डिस्पर्स सिस्टम के अंतिम (तीसरे) वर्ग के विवरण के लिए आगे बढ़ने से पहले, आइए हम कोलाइड्स के कुछ नामित गुणों के बारे में अधिक विस्तार से बताएं।
कोलाइडल समाधान क्या हैं?
इस प्रकार की फैलाव प्रणालियों के लिए, माध्यम के विभिन्न समुच्चय राज्यों और उसमें घुलने वाले चरण को ध्यान में रखते हुए वर्गीकरण दिया जा सकता है। नीचे संबंधित तालिका/
है
| बुधवार/चरण | गैस | तरल | कठोर शरीर |
| गैस | सभी गैसें एक दूसरे में असीम रूप से घुलनशील होती हैं, इसलिए वे हमेशा सही समाधान बनाती हैं | एयरोसोल (कोहरा, बादल) | एयरोसोल (धुआं) |
| तरल | फोम (शेविंग, व्हीप्ड क्रीम) | पायस (दूध, मेयोनेज़, सॉस) | सोल (वाटरकलर) |
| ठोस शरीर | फोम (झांवा, वातित चॉकलेट) | जेल (जिलेटिन, पनीर) | सोल (रूबी क्रिस्टल, ग्रेनाइट) |
तालिका से पता चलता है कि कोलाइडी पदार्थ रोजमर्रा की जिंदगी और प्रकृति दोनों में हर जगह मौजूद हैं। ध्यान दें कि निलंबन के लिए एक समान तालिका भी दी जा सकती है, यह याद रखते हुए कि अंतरउनमें कोलॉइड केवल परिक्षिप्त प्रावस्था के आकार के होते हैं। हालांकि, निलंबन यांत्रिक रूप से अस्थिर होते हैं और इसलिए कोलाइडल प्रणालियों की तुलना में कम व्यावहारिक रुचि रखते हैं।
कोलाइडों की यांत्रिक स्थिरता का कारण
मेयोनीज रेफ्रिजरेटर में लंबे समय तक क्यों रह सकता है, और इसमें निलंबित कण अवक्षेपित नहीं होते हैं? पानी में घुले कणों को अंततः बर्तन के नीचे "गिर" क्यों नहीं जाता? इन सवालों का जवाब ब्राउनियन मोशन होगा।
इस प्रकार की गति की खोज 19वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन ने की थी, जिन्होंने माइक्रोस्कोप के तहत देखा कि छोटे पराग कण पानी में कैसे चलते हैं। भौतिक दृष्टिकोण से, ब्राउनियन गति तरल अणुओं की अराजक गति की अभिव्यक्ति है। यदि द्रव का तापमान बढ़ा दिया जाए तो इसकी तीव्रता बढ़ जाती है। इस प्रकार की गति के कारण कोलॉइडी विलयन के छोटे-छोटे कण निलंबन में रहते हैं।
सोखना संपत्ति
विकिरण औसत कण आकार का व्युत्क्रम है। चूंकि कोलाइड में यह आकार 1 एनएम से 100 एनएम की सीमा में होता है, इसलिए उनके पास एक बहुत ही विकसित सतह होती है, यानी अनुपात एस / एम एक बड़ा मूल्य है, यहां एस दो चरणों (फैलाव माध्यम) के बीच का कुल इंटरफ़ेस क्षेत्र है। और कण), m - विलयन में कणों का कुल द्रव्यमान।
परमाणु जो परिक्षिप्त प्रावस्था के कणों की सतह पर होते हैं उनमें असंतृप्त रासायनिक बंध होते हैं। इसका मतलब है कि वे अन्य के साथ यौगिक बना सकते हैंअणु। एक नियम के रूप में, ये यौगिक वैन डेर वाल्स बलों या हाइड्रोजन बांड के कारण उत्पन्न होते हैं। वे कोलाइडल कणों की सतह पर अणुओं की कई परतों को धारण करने में सक्षम हैं।
एक अधिशोषक का एक उत्कृष्ट उदाहरण सक्रिय कार्बन है। यह एक कोलाइड है, जहां परिक्षेपण माध्यम एक ठोस होता है, और प्रावस्था एक गैस होती है। इसके लिए विशिष्ट सतह क्षेत्र 2500 m2/g.
तक पहुंच सकता है।
सुंदरता और विशिष्ट सतह क्षेत्र की डिग्री
एस/एम की गणना करना कोई आसान काम नहीं है। तथ्य यह है कि कोलॉइडी विलयन में कणों का आकार, आकार भिन्न होता है और प्रत्येक कण की सतह में एक अद्वितीय राहत होती है। इसलिए, इस समस्या को हल करने के सैद्धांतिक तरीकों से गुणात्मक परिणाम प्राप्त होते हैं, न कि मात्रात्मक। फिर भी, फैलाव की डिग्री से विशिष्ट सतह क्षेत्र के लिए सूत्र देना उपयोगी है।
यदि हम यह मान लें कि निकाय के सभी कणों का एक गोलाकार आकार और समान आकार है, तो सीधी गणना के परिणामस्वरूप, निम्नलिखित व्यंजक प्राप्त होता है: Sud=6/(dρ), जहाँ Sud - सतह क्षेत्र (विशिष्ट), d - कण व्यास, ρ - उस पदार्थ का घनत्व जिसमें यह होता है। यह सूत्र से देखा जा सकता है कि सबसे छोटे और सबसे भारी कण विचाराधीन मात्रा में सबसे अधिक योगदान देंगे।
Sud निर्धारित करने का प्रयोगात्मक तरीका अध्ययन के तहत पदार्थ द्वारा सोखने वाली गैस की मात्रा की गणना करना है, साथ ही छिद्र के आकार (छितरी हुई अवस्था) को मापना है। इसमें।
फ्रीज सुखाने औरलियोफोबिक
ल्योफिलिसिटी और लियोफोबिसिटी - ये वे विशेषताएं हैं जो वास्तव में, फैलाने वाले सिस्टम के वर्गीकरण के अस्तित्व को उस रूप में निर्धारित करती हैं जिसमें यह ऊपर दिया गया है। दोनों अवधारणाएं विलायक और विलेय के अणुओं के बीच बल बंधन की विशेषता हैं। यदि यह संबंध बड़ा है, तो वे लियोफिलिसिटी की बात करते हैं। तो, पानी में लवण के सभी वास्तविक समाधान लियोफिलिक होते हैं, क्योंकि उनके कण (आयन) विद्युत रूप से ध्रुवीय अणुओं H2O से जुड़े होते हैं। यदि हम ऐसी प्रणालियों को मक्खन या मेयोनेज़ मानते हैं, तो ये विशिष्ट हाइड्रोफोबिक कोलाइड्स के प्रतिनिधि हैं, क्योंकि उनमें वसा (लिपिड) अणु ध्रुवीय अणुओं को पीछे हटाते हैं H2O.
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि लियोफोबिक (हाइड्रोफोबिक अगर विलायक पानी है) सिस्टम थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर हैं, जो उन्हें लियोफिलिक से अलग करता है।
निलंबन के गुण
अब फैलाव प्रणाली के अंतिम वर्ग पर विचार करें - निलंबन। याद रखें कि उन्हें इस तथ्य की विशेषता है कि उनमें सबसे छोटा कण 100 एनएम के क्रम से बड़ा या बड़ा है। उनके पास क्या गुण हैं? संबंधित सूची नीचे दी गई है:
- वे यांत्रिक रूप से अस्थिर होते हैं, इसलिए वे कम समय में तलछट बनाते हैं।
- वे बादल छाए रहते हैं और धूप के लिए अपारदर्शी होते हैं।
- फिल्टर पेपर से फेज को माध्यम से अलग किया जा सकता है।
प्रकृति में निलंबन के उदाहरणों में नदियों में गंदा पानी या ज्वालामुखी की राख शामिल हैं। निलंबन का मानव उपयोग संबंधित हैआमतौर पर दवा (दवा समाधान) के साथ।
जमाव
विभिन्न अंशों के फैलाव वाले पदार्थों के मिश्रण के बारे में क्या कहा जा सकता है? आंशिक रूप से, इस मुद्दे को पहले ही लेख में शामिल किया जा चुका है, क्योंकि किसी भी फैलाव प्रणाली में कणों का एक आकार होता है जो कुछ सीमाओं के भीतर होता है। यहां हम केवल एक जिज्ञासु मामले पर विचार करते हैं। क्या होता है यदि आप एक कोलाइड और एक सच्चे इलेक्ट्रोलाइट समाधान मिलाते हैं? भारित प्रणाली टूट जाएगी, और इसका जमावट हो जाएगा। इसका कारण कोलॉइडी कणों के पृष्ठ आवेश पर वास्तविक विलयन आयनों के विद्युत क्षेत्रों के प्रभाव में निहित है।
