Chapter-02 Is Matter Around Us Pure?

How do we judge whether milk, ghee, butter, salt, spices, mineral water or juice that we buy from the market are pure?

Fig. 2.1: Some consumable items

Have you ever noticed the word ‘pure’ written on the packs of these consumables? For a common person pure means having no adulteration. But, for a scientist all these things are actually mixtures of different substances and hence not pure. For example, milk is actually a mixture of water, fat, proteins, etc. When a scientist says that something is pure, it means that all the constituent particles of that substance are the same in their chemical nature. A pure substance consists of a single type of particle. In other words, a substance is a pure single form of matter.

As we look around, we can see that most of the matter around us exists as mixtures of two or more pure components, for example, sea water, minerals, soil, etc., are all mixtures.

2.1 What is a Mixture?

Mixtures are constituted by more than one kind of pure form of matter. We know that dissolved sodium chloride can be separated from water by the physical process of evaporation. However, sodium chloride is itself a pure substance and cannot be separated by physical process into its chemical constituents. Similarly, sugar is a substance which contains only one kind of pure matter and its composition is the same throughout.

Soft drink and soil are not single pure substances. Whatever the source of a pure substance may be, it will always have the same characteristic properties.

Therefore, we can say that a mixture contains more than one pure substance.

2.1.1 TYPES OF MIXTURES

Depending upon the nature of the components that form a mixture, we can have different types of mixtures.

Activity 2.1

Let us divide the class into groups A, $B, C$ and $D$.

  • Group A takes a beaker containing $50 mL$ of water and one spatula full of copper sulphate powder. Group B takes $50 mL$ of water and two spatula full of copper sulphate powder in a beaker.

  • Groups C and D can take different amounts of copper sulphate and potassium permanganate or common salt (sodium chloride) and mix the given components to form a mixture. Report the observations on the uniformity in colour and texture.

  • Groups A and B have obtained a mixture which has a uniform composition throughout. Such mixtures are called homogeneous mixtures or solutions. Some other examples of such mixtures are: (i) salt dissolved in water and (ii) sugar dissolved in water. Compare the colour of the solutions of the two groups. Though both the groups have obtained copper sulphate solution but the intensity of colour of the solutions is different. This shows that a homogeneous mixture can have a variable composition.

  • Groups C and D have obtained mixtures, which contain physically distinct parts and have non-uniform compositions. Such mixtures are called heterogeneous mixtures. Mixtures of sodium chloride and iron filings, salt and sulphur, and oil and water are examples of heterogeneous mixtures.

Activity 2.2

  • Let us again divide the class into four groups- A, B, C and D.

  • Distribute the following samples to each group:

    • Few crystals of copper sulphate to group A.

    • One spatula full of copper sulphate to group B.

    • Chalk powder or wheat flour to group $C$.

    • Few drops of milk or ink to group D.

  • Each group should add the given sample in water and stir properly using a glass rod. Are the particles in the mixture visible?

  • Direct a beam of light from a torch through the beaker containing the mixture and observe from the front. Was the path of the beam of light visible?

  • Leave the mixtures undisturbed for a few minutes (and set up the filtration apparatus in the meantime). Is the mixture stable or do the particles begin to settle after some time?

  • Filter the mixture. Is there any residue on the filter paper?

  • Discuss the results and form an opinion.

    Groups $A$ and $B$ have got a solution.

    Group $C$ has got a suspension.

    Group D has got a colloidal solution.

Fig. 2.2: Filtration

Now, we shall learn about solutions, suspensions and colloidal solutions in the following sections.

Questions

1. What is meant by a pure substance?

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Answer

Substance having single type of particles is known as pure substance.

For example:Hydrogen, Water etc., are pure.

Note:All elements and compounds are considered to be pure.

2. List the points of differences between homogeneous and heterogeneous mixtures.

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Answer

Homogeneous mixture Heterogeneous mixture
Its constituent’s particles cannot be seen easily. Its constituent particles can be seen easily.
There are no visible boundaries of separation in a homogeneous mixture. Have visible boundaries of separation between the constituents.
Its constituents cannot be easily separated. Its constituents can be separated by simple methods.
Examples: Alloys, solution of salt in water etc. Examples: Mixture of sand and common salt, mixture of sand and water etc.

2.2 What is a Solution?

A solution is a homogeneous mixture of two or more substances. You come across various types of solutions in your daily life. Lemonade, soda water, etc., are all examples of solutions. Usually we think of a solution as a liquid that contains either a solid, liquid or a gas dissolved in it. But, we can also have solid solutions (alloys) and gaseous solutions (air). In a solution there is homogeneity at the particle level. For example, lemonade tastes the same throughout. This shows that particles of sugar or salt are evenly distributed in the solution.

Alloys: Alloys are mixtures of two or more metals or a metal and a non-metal and cannot be separated into their components by physical methods. But still, an alloy is considered as a mixture because it shows the properties of its constituents and can have variable composition. For example, brass is a mixture of approximately $30 %$ zinc and $70 %$ copper.

A solution has a solvent and a solute as its components. The component of the solution that dissolves the other component in it (usually the component present in larger amount) is called the solvent. The component of the solution that is dissolved in the solvent (usually present in lesser quantity) is called the solute.

Examples:

(i) A solution of sugar in water is a solid in liquid solution. In this solution, sugar is the solute and water is the solvent.

(ii) A solution of iodine in alcohol known as ’tincture of iodine’, has iodine (solid) as the solute and alcohol (liquid) as the solvent.

(iii) Aerated drinks like soda water, etc., are gas in liquid solutions. These contain carbon dioxide (gas) as solute and water (liquid) as solvent.

(iv) Air is a mixture of gas in gas. Air is a homogeneous mixture of a number of gases. Its two main constituents are: oxygen $(21 %)$ and nitrogen (78%). The other gases are present in very small quantities.

Properties of a Solution

  • A solution is a homogeneous mixture.

  • The particles of a solution are smaller than $1 nm(10^{-9}.$ metre $)$ in diameter. So, they cannot be seen by naked eyes.

  • Because of very small particle size, they do not scatter a beam of light passing through the solution. So, the path of light is not visible in a solution.

  • The solute particles cannot be separated from the mixture by the process of filtration. The solute particles do not settle down when left undisturbed, that is, a solution is stable.

2.2.1 CONCENTRATION OF A SOLUTION

In activity 2.2, we observed that groups A and B obtained different shades of solutions. So, we understand that in a solution the relative proportion of the solute and solvent can be varied. Depending upon the amount of solute present in a solution, it can be called dilute, concentrated or saturated solution. Dilute and concentrated are comparative terms. In activity 2.2 , the solution obtained by group A is dilute as compared to that obtained by group B.

Activity 2.3

  • Take approximately $50 mL$ of water each in two separate beakers.

  • Add salt in one beaker and sugar or barium chloride in the second beaker with continuous stirring. When no more solute can be dissolved, heat the contents of the beaker to raise the temperature by about $5^{\circ} C$.

  • Start adding the solute again.

Is the amount of salt and sugar or barium chloride, that can be dissolved in water at a given temperature, the same?

At any particular temperature, a solution that has dissolved as much solute as it is capable of dissolving, is said to be a saturated solution. In other words, when no more solute can be dissolved in a solution at a given temperature, it is called a saturated solution. The amount of the solute present in the saturated solution at this temperature is called its solubility.

If the amount of solute contained in a solution is less than the saturation level, it is called an unsaturated solution.

What would happen if you were to take a saturated solution at a certain temperature and cool it slowly.

We can infer from the above activity that different substances in a given solvent have different solubilities at the same temperature.

The concentration of a solution is the amount (mass or volume) of solute present in a given amount (mass or volume) of solution.

There are various ways of expressing the concentration of a solution, but here we will learn only three methods.

(i) Mass by mass percentage of a solution

$$ =\frac{\text{ Mass of solute }}{\text{ Mass of solution }} \times 100 $$

(ii) Mass by volume percentage of a solution

$$ =\frac{\text{ Mass of solute }}{\text{ Volume of solution }} \times 100 $$

(iii) Volume by volume percentage of a solution

$$ =\frac{\text{ Volume of solute }}{\text{ Volume of solution }} \times 100 $$

Example 2.1 A solution contains $40 g$ of common salt in $320 g$ of water. Calculate the concentration in terms of mass by mass percentage of the solution.

Solution:

Mass of solute (salt) $\quad=40 g$

Mass of solvent (water) $=320 g$

We know,

Mass of solution $=$ Mass of solute + Mass of solvent

$$=40 g+320 g$$

$$=360 g$$

Mass percentage of solution

$$ \begin{aligned} & =\frac{\text{ Mass of solute }}{\text{ Mass of solution }} \times 100 \\ & =\frac{40}{360} \times 100=11.1 \% \end{aligned} $$

2.2.2 WHAT IS A SUSPENSION?

Activity 2.2 Non-homogeneous systems, like those obtained by group $C$ in activity 2.2 , in which solids are dispersed in liquids, are called suspensions. A suspension is a heterogeneous mixture in which the solute particles do not dissolve but remain suspended throughout the bulk of the medium. Particles of a suspension are visible to the naked eye.

Properties of a Suspension

  • Suspension is a heterogeneous mixture.

  • The particles of a suspension can be seen by the naked eye.

  • The particles of a suspension scatter a beam of light passing through it and make its path visible.

  • The solute particles settle down when a suspension is left undisturbed, that is, a suspension is unstable. They can be separated from the mixture by the process of filtration. When the particles settle down, the suspension breaks and it does not scatter light any more.

2.2.3 WHAT IS A COLLOIDAL SOLUTION?

Activity 2.2 The mixture obtained by group D in activity 2.2 is called a colloid or a colloidal solution. The particles of a colloid are uniformly spread throughout the solution. Due to the relatively smaller size of particles, as compared to that of a suspension, the mixture appears to be homogeneous. But actually, a colloidal solution is a heterogeneous mixture, for example, milk.

Because of the small size of colloidal particles, we cannot see them with naked eyes. But, these particles can easily scatter a beam of visible light as observed in activity 2.2. This scattering of a beam of light is called the Tyndall effect after the name of the scientist who discovered this effect.

Tyndall effect can also be observed when a fine beam of light enters a room through a small hole. This happens due to the scattering of light by the particles of dust and smoke in the air.

Fig. 2.3: (a) Solution of copper sulphate does not show Tyndall effect, (b) mixture of water and milk shows Tyndall effect.

Tyndall effect can be observed when sunlight passes through the canopy of a dense forest. In the forest, mist contains tiny droplets of water, which act as particles of colloid dispersed in air.

Fig. 2.4: The Tyndall effect

Properties of a Colloid

  • A colloid is a heterogeneous mixture.

  • The size of particles of a colloid is too small to be individually seen with naked eyes.

  • Colloids are big enough to scatter a beam of light passing through it and make its path visible.

  • They do not settle down when left undisturbed, that is, a colloid is quite stable.

  • They cannot be separated from the mixture by the process of filtration. But, a special technique of separation known as centrifugation (perform activity 2.5), can be used to separate the colloidal particles.

The components of a colloidal solution are the dispersed phase and the dispersion medium. The solute-like component or the dispersed particles in a colloid form the dispersed phase, and the component in which the dispersed phase is suspended is known as the dispersing medium. Colloids are classified according to the state (solid, liquid or gas) of the dispersing medium and the dispersed phase. A few common examples are given in Table 2.1. From this table you can see that they are very common everyday life.

Questions

1. Differentiate between homogen-eous and heterogeneous mixtures with examples.

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Answer

Homogeneous mixture Heterogeneous mixture
Its constituent’s particles cannot be seen easily. Its constituent particles can be seen easily.
There are no visible boundaries of separation in a homogeneous mixture. Have visible boundaries of separation between the constituents.
Its constituents cannot be easily separated. Its constituents can be separated by simple methods.
Examples: Alloys, solution of salt in water etc. Examples: Mixture of sand and common salt, mixture of sand and water etc.

2. How are sol, solution and suspension different from each other?

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Answer

Solution: Sol (colloidal solution): Suspension:
Solution or true solution is homogeneous. Sol or colloidal solution is heterogeneous. Suspension is also heterogeneous.
NO Tyndall effect. Tyndall effect. Tyndall effect.
Solute particles cannot be filtered by using a filter paper Cannot be separated by ordinary filter paper. It may be transparent or translucent.
True solution is transparent. It may be transparent or translucent. Separated easily by filter paper.(because of large particles)
Examples: Sea water, alloys, solution of lemon juice in water etc. Examples: Milk of magnesia, cough syrup, mist, fog, clouds, smoke, mud etc. Examples: Mixture of sand in water, mixture of chalk in water.

3. To make a saturated solution, $36 g$ of sodium chloride is dissolved in $100 g$ of water at 293 K. Find its concentration at this temperature.

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Answer

Mass of sodium chloride (solute) $=36 g$

Mass of water (solvent) $=100 g$

We know that, mass of solution $=$ mass of solute + mass of solvent

$=36 g+100 g=136 g$

Concentration (mass percentage) of the solution

$= \frac{\text{Mass of solute}}{\text{Mass of solution}}\times 100$

$=\frac{36 g}{136 g}\times 100 = 26.47 \%$

Table 2.1: Common examples of colloids

Dispersed phase Dispersing Medium Type Example
Liquid Gas Aerosol Fog, clouds, mist
Solid Gas Aerosol Smoke, automobile exhaust
Gas Liquid Foam Shaving cream
Liquid Liquid Emulsion Milk, face cream
Solid Liquid Sol Milk of magnesia, mud
Gas Solid Foam Foam, rubber, sponge, pumice
Liquid Solid Gel Jelly, cheese, butter
Solid Solid Solid Sol Coloured gemstone, milky glass

2.3 Physical and Chemical Changes

In the previous chapter, we have learnt about a few physical properties of matter. The properties that can be observed and specified like colour, hardness, rigidity, fluidity, density, melting point, boiling point etc. are the physical properites.

The interconversion of states is a physical change because these changes occur without a change in composition and no change in the chemical nature of the substance. Although ice, water and water vapour all look different and display different physical properties, they are chemically the same.

Both water and cooking oil are liquid but their chemical characteristics are different. They differ in odour and inflammability. We know that oil burns in air whereas water extinguishes fire. It is this chemical property of oil that makes it different from water. Burning is a chemical change. During this process one substance reacts with another to undergo a change in chemical composition. Chemical change brings change in the chemical properties of matter and we get new substances. A chemical change is also called a chemical reaction.

During burning of a candle, both physical and chemical changes take place. Can you distinguish these?

Questions

1. Classify the following as chemical or physical changes:

  • cutting of trees,

  • melting of butter in a pan,

  • rusting of almirah,

  • boiling of water to form steam,

  • passing of electric current, through water and the water breaking down into hydrogen and oxygen gases,

  • dissolving common salt inwater,

  • making a fruit salad with raw fruits, and

  • burning of paper and wood.

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Answer

Physical Change :

Cutting of trees

Melting of butter in a pan

Boiling of water to form steam

Dissolving common salt in water

Making a fruit salad with raw fruits

Chemical Change :

Rusting of almirah.

Passing of electric current, through water and the water breaking down into hydrogen and oxygen gases.

Burning of paper and wood.

2. Try segregating the things around you as pure substances or mixtures.

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Answer

(a) Mixture

(b) Mixture

(c) Mixture

(d) Pure substance

(e) Pure substance

(f) Compound/mixture

(g) Mixture

(h) Pure substance

2.4 What are the Types of Pure Substances?

On the basis of their chemical composition, substances can be classified either as elements or compounds.

2.4.1 ELEMENTS

Robert Boyle was the first scientist to use the term element in 1661. Antoine Laurent Lavoisier (1743-94), a French chemist, was the first to establish an experimentally useful definition of an element. He defined an element as a basic form of matter that cannot be broken down into simpler substances by chemical reactions.

Elements can be normally divided into metals, non-metals and metalloids.

Metals usually show some or all of the following properties:

  • They have a lustre (shine).

  • They have silvery-grey or golden-yellow colour.

  • They conduct heat and electricity.

  • They are ductile (can be drawn into wires).

  • They are malleable (can be hammered into thin sheets).

  • They are sonorous (make a ringing sound when hit).

Examples of metals are gold, silver, copper, iron, sodium, potassium etc. Mercury is the only metal that is liquid at room temperature.

Non-metals usually show some or all of the following properties:

  • They display a variety of colours.

  • They are poor conductors of heat and electricity.

  • They are not lustrous, sonorous or malleable.

Examples of non-metals are hydrogen, oxygen, iodine, carbon (coal, coke), bromine, chlorine etc. Some elements have intermediate properties between those of metals and nonmetals, they are called metalloids; examples are boron, silicon, germanium, etc.

  • The number of elements known at present are more than 100. Ninety-two elements are naturally occurring and the rest are man-made.

  • Majority of the elements are solid.

  • Eleven elements are in gaseous state at room temperature.

  • Two elements are liquid at room temperature-mercury and bromine.

  • Elements, gallium and cesium become liquid at a temperature slightly above room temperature (303 K).

2.4.2 COMPOUNDS

A compound is a substance composed of two or more elements, chemically combined with one another in a fixed proportion.

What do we get when two or more elements are combined?

Activity 2.4

  • Divide the class into two groups. Give $5 g$ of iron filings and $3 g$ of sulphur powder in a china dish to both the groups.

    $ \mathrm{Group} \hspace{4px}\mathrm{I} $

  • Mix and crush iron filings and sulphur powder.

    $ \mathrm{Group} \hspace{4px}\mathrm{II} $

  • Mix and crush iron filings and sulphur powder. Heat this mixture strongly till red hot. Remove from flame and let the mixture cool.

    $ \mathrm{Group} \hspace{4px}\mathrm{I} $ $ \mathrm{and} \hspace{4px} \mathrm{Group} \hspace{4px}\mathrm{II} $

  • Check for magnetism in the material obtained. Bring a magnet near the material and check if the material is attracted towards the magnet. Compare the texture and colour of the material obtained by the groups.

  • Add carbon disulphide to one part of the material obtained. Stir well and filter.

  • Add dilute sulphuric acid or dilute hydrochloric acid to the other part of the material obtained.(Note: teacher supervision is necessary for this activity).

  • Perform all the above steps with both the elements (iron and sulphur) separately.

Now answer

  • Did the material obtained by the two groups look the same?

  • Which group has obtained a material with magnetic properties?

  • Can we separate the components of the material obtained?

  • On adding dilute sulphuric acid or dilute hydrochloric acid, did both the groups obtain a gas? Did the gas in both the cases smell the same or different?

The gas obtained by Group I is hydrogen, it is colourless, odourless and combustible-it is not advised to do the combustion test for hydrogen in the class. The gas obtained by Group II is hydrogen sulphide. It is a colourless gas with the smell of rotten eggs.

You must have observed that the products obtained by both the groups show different properties, though the starting materials were the same. Group I has carried out the activity involving a physical change whereas in case of Group II, a chemical change (a chemical reaction) has taken place.

  • The material obtained by group I is a mixture of the two substances. The substances given are the elements-iron and sulphur.

  • The properties of the mixture are the same as that of its constituents.

Table 2.2: Mixtures and Compounds

Mixture Compunds
1. Elements or compounds just mix together to form a mixture and no new compound is formed. 1. Elements react to form new compounds.
2. A mixture has a variable composition. 2. The composition of each new substance is always fixed.
3. A mixture shows the properties of the constituent substances. 3. The new substance has totally different properties.
4. The constituents can be seperated fairly easily by physical methods. 4. The constituents can be separated only by chemical or electrochemical reactions.
  • The material obtained by group II is a compound.

  • On heating the two elements strongly we get a compound, which has totally different properties compared to the combining elements.

  • The composition of a compound is the same throughout. We can also observe that the texture and the colour of the compound are the same throughout. Thus, we can summarise the physical and chemical nature of matter in the following graphical organiser:

What you have learnt

  • A mixture contains more than one substance (element and/ or compound) mixed in any proportion.

  • Mixtures can be separated into pure substances using appropriate separation techniques.

  • A solution is a homogeneous mixture of two or more substances. The major component of a solution is called the solvent, and the minor, the solute.

  • The concentration of a solution is the amount of solute present per unit volume or per unit mass of the solution.

  • Materials that are insoluble in a solvent and have particles that are visible to naked eyes, form a suspension. A suspension is a heterogeneous mixture.

  • Colloids are heterogeneous mixtures in which the particle size is too small to be seen with the naked eye, but is big enough to scatter light. Colloids are useful in industry and daily life. The particles are called the dispersed phase and the medium in which they are distributed is called the dispersion medium.

  • Pure substances can be elements or compounds. An element is a form of matter that cannot be broken down by chemical reactions into simpler substances. A compound is a substance composed of two or more different types of elements, chemically combined in a fixed proportion.

  • Properties of a compound are different from its constituent elements, whereas a mixture shows

Exercises

1. Which separation techniques will you apply for the separation of the following?

(a) Sodium chloride from its solution in water

(b) Ammonium chloride from a mixture containing sodium chloride and ammonium chloride

(c) Small pieces of metal in the engine oil of a car

(d) Different pigments from an extract of flower petals

(e) Butter from curd

(f) Oil from water

(g) Tea leaves from tea

(h) Iron pins from sand

(i) Wheat grains from husk

(j) Fine mud particles suspended in water

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Answer

(a) Evaporation

(b) Sublimation

(c) Filtration

(d) Chromatography

(e) centrifugal machine or churning the curd by hand

(f) Decantation

(g) Filtration

(h) Magnetic Separation

(i) Winnowing

(j) Coagulation and decantation

2. Write the steps you would use for making tea. Use the words solution, solvent, solute, dissolve, soluble, insoluble, filtrate and residue.

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Answer

Method of preparation of tea

(i) Take some water (solvent) in a pan and heat it.

(ii) Add some sugar (solute) and boil to dissolve the sugar completely the obtained homogeneous mixture is called solution.

(iii) Add tea leaves (or tea) in the solution and boil the mixture.

(iv) Now add milk and boil again.

(v) Filter the mixture through the tea stainer and collect the filtrate or soluble substances, i.e., tea in a cup. The insoluble tea leaves left behind as residue in the 8 trainer.

3. Pragya tested the solubility of three different substances at different temperatures and collected the data as given below (results are given in the following table, as grams of substance dissolved in 100 grams of water to form a saturated solution).

Substance Dissolved Temperature in K
283 293 313 333 353
Potassium nitrate 21 32 62 106 167
Sodium chloride 36 36 36 37 37
Potassium chloride 35 35 40 46 54
Ammonium chloride 24 37 41 55 66

(a) What mass of potassium nitrate would be needed to produce a saturated solution of potassium nitrate in 50 grams of water at $313 K$ ?

(b) Pragya makes a saturated solution of potassium chloride in water at $353 K$ and leaves the solution to cool at room temperature. What would she observe as the solution cools? Explain.

(c) Find the solubility of each salt at $293 K$. Which salt has the highest solubility at this temperature?

(d) What is the effect of change of temperature on the solubility of a salt?

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Answer

(a) Mass of potassium nitrate needed to produce its saturated solution in $100 g$ of water at $313 K=62 g$

Mass of potassium nitrate needed to produce its saturated solution in $50 g$ of water at 313

$$\mathrm{K} = \frac{62}{100}\times 50 \mathrm{g} = 31 \mathrm{g}$$

(b) Crystals of potassium chloride are formed. This happens as solubility of solid decreases with decreasing the temperature.

(c) Solubility of each salt at $293 K$

Potassium nitrate $\quad 32 g$ per $100 g$ water

Sodium chloride $\quad 36 g$ per $100 g$ water

Potassium chloride $\quad 35 g$ per $100 g$ water

Ammonium chloride $\quad 37 g$ per $100 g$ water

Note:Solubility of a solid is that amount in gram which can be dissolved in $100 g$ of water (solvent) to make saturated solution at a particular temperature.

Ammonium chloride has the maximum solubility ( $37 g$ per $100 g$ of water) at $293 K$.

(d) Solubility of a (solid) salt decreases with decrease in temperature while it increases with rise in temperature.

4. Explain the following giving examples.

(a) Saturated solution

(b) Pure substance

(c) Colloid

(d) Suspension

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Answer

(a) Saturated solution: A solution in which no more amount of solute can be dissolved at a particular temperature is called saturated solution. Example: when sugar is dissolved repeatedly in a given amount of water, a condition is reached at which further dissolution of sugar is not possible in that amount of water at room temperature.

(b) Pure substance: A substance made up of single type of particles (atoms and/or molecules) is called pure substance. All elements and compounds are said to be pure, Example: water, sugar etc.

(c) Colloid:A heterogeneous mixture in which the solute particle size is too small to be seen with the naked eye, but is big enough to scatter light is known as Colloid. There are two phases in colloidal solution Dispersed phase: solute particles are said to be dispersed phase Dispersion medium: the medium in which solute particles are spread is called the dispersion medium.

Example: Milk, clouds etc., are the example of colloid.

(d) Suspension: A suspension is a heterogeneous mixture in which the solute particles do not dissolve but remain suspended throughout the bulk of the medium. Particles of suspension are visible to the naked eye. Example: Mixture of sand, Water and Muddy water etc.

5. Classify each of the following as a homogeneous or heterogeneous mixture.

soda water, wood, air, soil, vinegar, filtered tea.

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Answer

Homogeneous mixtures: Air, soda water, vinegar, filtered tea.

Heterogeneous mixtures: Wood, soil,

6. How would you confirm that a colourless liquid given to you is pure water?

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Answer

If the given colorless liquid boils at $100^{\circ} C$ sharp, it is pure water, otherwise not.

7. Which of the following materials fall in the category of a “pure substance”?

(a) Ice

(b) Milk

(c) Iron

(d) Hydrochloric acid

(e) Calcium oxide

(f) Mercury

(g) Brick

(h) Wood

(i) Air

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Answer

Ice, iron, calcium oxide, mercury are pure substance as they have definite composition.

Milk is a colloid, so it is a heterogeneous mixture.

Hydrochloric acid is also a mixture of hydrogen chloride gas and water.

8. Identify the solutions among the following mixtures.

(a) Soil

(b) Sea water

(c) Air

(d) Coal

(e) Soda water

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Answer

Sea water, air and soda water: Homogeneous mixture

Coal, Soil: Heterogeneous solution.

9. Which of the following will show “Tyndall effect”?

(a) Salt solution

(b) Milk

(c) Copper sulphate solution

(d) Starch solution

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Answer

Milk and starch solution will show “Tyndall effect” as both of these are colloids.

10. Classify the following into elements, compounds and mixtures.

(a) Sodium

(b) Soil

(c) Sugar solution

(d) Silver

(e) Calcium carbonate

(f) Tin

(g) Silicon

(h) Coal

(i) Air

(j) Soap

(k) Methane

(l) Carbon dioxide

(m) Blood

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Answer

Elements : Sodium, silver, tin and silicon

Compounds: Calcium carbonate, methane, and carbon dioxide

Mixtures : Soil, sugar solution, coal, air, soap and blood.

11. Which of the following are chemical changes?

(a) Growth of a plant

(b) Rusting of iron

(c) Mixing of iron filings and sand

(d) Cooking of food

(e) Digestion of food

(f) Freezing of water

(g) Burning of a candle

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Answer

Growth of a plant, rusting of iron, cooking of food, digestion of food, burning of a candle are chemical changes, because here the chemical composition of substance changes.

Group Activity

Take an earthen pot (mutka), some pebbles and sand. Design a small-scale filtration plant that you could use to clean muddy water.

हम कैसे जान सकते हैं कि बाज़ार से खरीदा हुआ दूध, घी, मक्खन, नमक, मसाला, मिनरल जल या जूस शुद्ध हैं?

चित्र 2.1: रसोई में उपयोग की जाने वाली कुछ वस्तुएँ

क्या आपने कभी इन खाने वाले पदार्थों के डिब्बों के ऊपर लिखे ‘शुद्ध’ शब्द पर ध्यान दिया है? एक साधारण व्यक्ति के लिए शुद्ध का अर्थ होता है कि पदार्थ में कोई मिलावट न हो लेकिन, वैज्ञानिकों के लिए ये सभी वस्तुएँ विभिन्न पदार्थों के मिश्रण हैं, अतः शुद्ध नहीं हैं। उदाहरण के लिए दूध जल, वसा, प्रोटीन आदि का मिश्रण है। जब एक वैज्ञानिक किसी पदार्थ को शुद्ध कहता है तो इसका तात्पर्य है कि उस पदार्थ में मौजूद सभी कण समान रासायनिक प्रकृति के हैं। एक शुद्ध पदार्थ एक ही प्रकार के कणों से मिलकर बना होता है।

जब हम अपने चारों ओर देखते हैं तो पाते हैं कि सभी पदार्थ दो या दो से अधिक शुद्ध अवयवों के मिलने से बने हैं, उदाहरण के लिए, समुद्र का जल, खनिज, मिट्टी आदि सभी मिश्रण हैं।

2.1 मिश्रण क्या है?

मिश्रण एक या एक से अधिक शुद्ध तत्वों या यौगिकों से मिलकर बना होता है। हम जानते हैं कि जल में घुले हुए सोडियम क्लोराइड को वाष्पीकरण या आसवन विधि द्वारा जल से पृथक् किया जा सकता है। यद्यपि, सोडियम क्लोराइड अपने आप में एक शुद्ध पदार्थ है और इसे भौतिक विधि के द्वारा इसके रासायनिक अवयवों में पृथक् नहीं किया जा सकता है। इसी प्रकार चीनी एक पदार्थ है क्योंकि यह एक ही प्रकार का शुद्ध अवयव रखता है और इसका यौगिक समान रहता है।

पेय पदार्थ और मिट्टी में एकसमान कण नहीं होते हैं। शुद्ध पदार्थ किसी भी स्रोत से प्राप्त हो इसके अभिलाक्षणिक गुण एकसमान होंगे।

इस प्रकार हम कह सकतें हैं कि मिश्रण में एक से अधिक शुद्ध पदार्थ होते हैं।

2.1.1 मिश्रण के प्रकार

अवयवों की प्रकृति के अनुसार विभिन्न प्रकार के मिश्रणों का निर्माण होता है। इस तरह मिश्रण के कई प्रकार होते हैं।

क्रियाकलाप 2.1

कक्षा को अ, ब, स और द समूहों में बाँटें।

  • एक बीकर जिसमें $50 \mathrm{~mL}$ जल और एक चम्मच कॉपर सल्फ़ेट चूर्ण हो, समूह ‘अ’ को दें।

  • समूह ‘ब’ को एक बीकर में $50 \mathrm{~mL}$ जल तथा दो चम्मच कॉपर सल्फ़्रेट चूर्ण दें।

  • कॉपर सल्फ़ेट और पोंटैशियम परमैंगनेट या साधारण नमक (सोडियम क्लोराइड) समूह ‘स’ और ‘द’ को दें। (दोनों को अवयवों की पृथक्-पृथक् मात्रा दें)।

  • अब पृथक्-पृथक् समूह के उन अवयवों को मिलाकर मिश्रण तैयार करें।

  • उनके रंग और बनावट के आधार पर एक रिर्पोट तैयार करें।

  • समूह ‘अ’ और ‘ब’ को एक मिश्रण प्राप्त होता है जिसकी बनावट समान होती है। इस तरह के मिश्रण को हम समांगी मिश्रण अथवा विलयन कहते हैं। इस तरह के मिश्रणों के कुछ अन्य उदाहरण हैं, जल में नमक और जल में चीनी। दोनों समूहों से प्राप्त घोल के रंगों की तुलना करें। यद्यपि दोनों समूह के पास कॉपर सल्फ़ेट का घोल है, लेकिन उन दोनों घोल के रंगों की तीव्रता पृथक्-पृथक् है। यह दिखलाता है कि समांगी मिश्रण पृथक्-पृथक् संघटन रख सकते हैं।

  • समूह ‘स’ और ‘द’ ने जो मिश्रण प्राप्त किया है, उनके अंश भौतिक दृष्टि से पृथक् हैं। इस तरह के मिश्रण को विषमांगी मिश्रण कहते हैं। सोडियम क्लोराइड और लोहे की छीलन, नमक और सल्फ़र एवं जल और तेल विषमांगी मिश्रण के अन्य उदाहरण हैं।

क्रियाकलाप 2.2

  • आइए पुनः कक्षा को चार समूहों अ, ब, स और द में बाँटें।

  • प्रत्येक समूह को नीचे दिए हुए नमूने में से एक दें:

    • समूह ‘अ’ को कॉपर सल्फ़ेट के कुछ क्रिस्टल दें।

    • समूह ‘ब’ को एक चम्मच कॉपर सल्फ़ेट दें।

    • समूह ‘स’ को चॉक का चूर्ण या गेहूँ का आटा दें।

    • समूह ‘द’ को दूध या स्याही की कुछ बूँदें दें।

  • छात्रों को काँच की छड़ की सहायता से नमूनों को जल में मिलाने को कहें। क्या कण जल में दिखाई देते हैं?

  • अब टॉर्च से प्रकाश की किरण को बीकर पर डालें और इसको सामने से देखें। क्या प्रकाश की किरण का मार्ग दिखाई देता है?

  • अब मिश्रण को कुछ समय तक शांत छोड़ दें। इस बीच मिश्रण छानने वाले उपकरण को तैयार कर लें। क्या मिश्रण स्थिर है या कुछ समय के बाद कण नीचे बैठना शुरू करते हैं?

  • मिश्रण को छान लें। क्या छानक पत्र पर कुछ शेष बचा है?

  • कक्षा में परिणामों पर चर्चा कर इस क्रिया पर एक मत बनाने का प्रयत्न करें।

    समूह ‘अ’ और ‘ब’ एक विलयन पाते हैं।

    समूह ‘स’ एक निलंबन पाता है।

    समूह ‘द’ एक कोलाइड विलयन पाता है।

चित्र 2.2: निस्यंदन (छानने की प्रक्रिया)

अब हम विलयनों, निलंबनों और कोलाइड विलयनों के बारे में पढ़ेंगे।

प्रशन

1. पदार्थ से आप क्या समझते हैं?

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2. समांगी और विषमांगी मिश्रणों में अंतर बताएँ।

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2.2 विलयन क्या है?

विलयन दो या दो से अधिक पदार्थों का समांगी मिश्रण है। आप प्रतिदिन बहुत प्रकार के विलयनों को देखते होंगे। नींबू जल, सोडा जल आदि विलयन के उदाहरण हैं। प्रायः हम एक विलयन को ऐसे तरल पदार्थ के रूप में विचार करते हैं जिसमें ठोस, द्रव या गैस मिले हों लेकिन प्रकृति में ठोस विलयन (मिश्र धातु) और गैसीय विलयन (वायु) भी होते हैं। एक विलयन के कणों में समांगिकता होती है। उदाहरण के लिए नींबू जल का स्वाद सदैव समान रहता है। यह दर्शाता है कि इस विलयन में चीनी और नमक के कण समान रूप से वितरित होते हैं।

मिश्र धातुएँ: ये धातुओं के समांगी मिश्रण होते हैं जिन्हें भौतिक क्रिया द्वारा अवयवों में पृथक् नहीं किया जा सकता है लेकिन फिर भी मिश्र धातुओं को मिश्रण माना जाता है क्योंकि ये अपने घटकों के गुणों को दर्शाते हैं और पृथक्-पृथक संघटन रखते हैं। उदाहरण के लिए पीतल, ज़िंक (लगभग $30 %$ ) और कॉपर (लगभग $70 %$ ) का मिश्रण है।

किसी विलयन को दो भागों विलायक और विलय में बाँटा जाता है। विलयन का वह घटक (जिनकी मात्रा दूसरे से अधिक होती है) जो दूसरे घटक को विलयन में मिलाता है उसे विलायक कहते हैं। विलयन का वह घटक (प्रायः कम मात्रा में होता है) जो कि विलायक में घुला होता है उसे विलेय कहते हैं।

उदाहरण के लिए:

(i) चीनी और जल का विलयन एक तरल घोल में ठोस का उदाहरण है। इसमें चीनी विलेय है और जल विलायक है।

(ii) आयोडिन और ऐल्कोहॉल का विलयन जिसे टिंक्चर आयोडीन के नाम से जाना जाता है, इसमें आयोडीन विलेय है और ऐल्कोहॉल विलायक है।

(iii) वातयुक्त पेय जैसे सोडा जल, कोक इत्यादि तरल विलयन में गैस के रूप में हैं। इनमें कार्बन डाइऑक्साइड गैस विलेय और जल विलायक है।

(iv) वायु गैस में गैस का विलयन है। यह मुख्यतः दो घटकों ऑक्सीजन $(21 %)$ और नाइट्रोजन $(78 %)$ का समांगी मिश्रण है। नाइट्रोजन को वायु का विलायक कहा जाता है। वायु में दूसरी गैसें बहुत कम मात्रा में उपलब्ध होती हैं।

विलयन के गुण

  • विलयन एक समांगी मिश्रण है।

  • विलयन के कण व्यास में $1 \mathrm{~nm}\left(10^{-9}\right.$ metre) से भी छोटे होते हैं। इसलिए वे आँख से नहीं देखे जा सकते हैं।

  • अपने छोटे आकार के कारण विलयन के कण, गुजर रही प्रकाश की किरण को फैलाते नहीं हैं। इसलिए विलयन में प्रकाश का मार्ग दिखाई नहीं देता।

  • छानने की विधि द्वारा विलेय के कणों को विलयन में से पृथक् नहीं किया जा सकता है। विलयन को शांत छोड़ देने पर भी विलेय के कण नीचे नहीं बैठते हैं, अर्थात् विलयन स्थाई है।

2.2.1 विलयन की सांद्रता

क्रियाकलाप 2.2 में हमने देखा कि समूह ‘अ’ और समूह ‘ब’ के पास एक ही पदार्थ के विभिन्न आभाओं के रंगों के विलयन हैं। हम लोग जानते हैं कि विलयन में पृथक्-पृथक् मात्रा में विलायक और विलेय पदार्थ होते हैं। विलयन में मौजूद विलेय पदार्थ की मात्रा के आधार पर इसे तनु, सांद्र या संतृप्त घोल कहा जा सकता है। तनु और सांद्र तुलनात्मक शब्द हैं। क्रियाकलाप 2.2 में समूह ‘अ’ द्वारा प्राप्त विलयन समूह ‘ब’ की तुलना में तनु है।

क्रियाकलाप 2.3

  • दो पृथक्-पृथक् बीकरों में $50 \mathrm{~mL}$ जल लें।

  • एक बीकर में नमक और दूसरे में चीनी अथवा बेरियम क्लोराइड मिलाकर अच्छी तरह मिला लें। जब विलेय पदार्थ और अधिक न घुले तब $5^{\circ} \mathrm{C}$ ताप बढ़ाने के लिए बीकर को गर्म करें।

  • विलेय पदार्थ को पुनः मिलाना शुरू करें।

क्या किसी दिए गए ताप पर चीनी, नमक अथवा बेरियम क्लोराइड की जल में घोली गई मात्राएँ बराबर हैं?

किसी निश्चित तापमान पर उतना ही विलेय पदार्थ घुल सकता है जितनी कि विलयन की क्षमता होती है। दूसरे शब्दों में, दिए गए निश्चित तापमान पर यदि विलयन में विलेय पदार्थ नहीं घुलता है तो उसे संतृप्त विलयन कहते हैं। विलेय पदार्थ की वह मात्रा, जो इस ताप पर संतृप्त विलयन में उपस्थित है, उसकी घुलनशीलता कहलाती है।

यदि एक विलयन में विलेय पदार्थ की मात्रा संतृप्तता से कम है तो इसे असंतृप्त विलयन कहा जाता है।

यदि विलयन में विलेय पदार्थ की सांद्रता संतृप्त स्तर से कम हो तो उसे असंतृप्त विलयन कहते हैं। यदि आप किसी विशिष्ट ताप पर एक संतृप्त विलयन लें तथा उसे धीरे-धीरे ठंडा करें तो क्या होगा?

उपरोक्त किए गए क्रियाकलाप से हम कह सकते हैं कि दिए हुए एक निश्चित तापमान पर पृथक्-पृथक् पदार्थों की विलयन क्षमता भिन्न होती है।

विलायक की मात्रा (द्रव्यमान अथवा आयतन) में घुले हुए विलेय पदार्थ की मात्रा को विलयन की सांद्रता कहते हैं।

विलयन की सांद्रता को दर्शाने की बहुत सी विधियाँ हैं, लेकिन हम यहाँ सिर्फ़ तीन विधियों के बारे में चर्चा करेंगे।

(i) द्रव्यमान/विलयन के द्रव्यमान प्रतिशत

$$ =\frac{\text { विलेय पदार्थ का द्रव्यमान }}{\text { विलयन का द्रव्यमान }} \times 100 $$

(ii) द्रव्यमान/विलयन के आयतन प्रतिशत

$$ =\frac{\text { विलेय पदार्थ का द्रव्यमान }}{\text { विलयन का आयतन }} \times 100 $$

(iii) विलयन के आयतन/आयतन प्रतिशत

$$=\frac{\text { विलेय का आयतन }}{\text { विलयन का आयतन }} \times 100$$

उदाहरण 2.1 एक विलयन के $320 \mathrm{~g}$ विलायक जल में $40 \mathrm{~g}$ साधारण नमक विलेय है। विलयन की सांद्रता का परिकलन करें।

हल:

विलेय पदार्थ (नमक) का द्रव्यमान $=40 \mathrm{~g}$

विलायक (जल) का द्रव्यमान $=320 \mathrm{~g}$

हम जानते हैं,

विलयन का द्रव्यमान $=$ विलेय पदार्थ का द्रव्यमान + विलायक का द्रव्यमान

$$ =40 \mathrm{~g}+320 \mathrm{~g} $$

$$ =360 \mathrm{~g} $$

विलयन का द्रव्यमान प्रतिशत

$$ \begin{gathered} =\frac{\text { विलेय पदार्थ का द्रव्यमान }}{\text { विलयन का द्रव्यमान }} \times 100 \\ =\frac{40}{360} \times 100=11.1 \% \end{gathered} $$

2.2.2 निलंबन क्या है?

क्रियाकलाप 2.2 में समूह ‘स’ के द्वारा पाया गया विषमांगी घोल जो ठोस द्रव में परिक्षेपित हो जाता है, निलंबन कहलाता है। निलंबन एक विषमांगी मिश्रण है, जिसमें विलेय पदार्थ कण घुलते नहीं हैं बल्कि माध्यम की समष्टि में निलंबित रहते हैं। ये निलंबित कण आँखों से देखे जा सकते हैं।

निलंबन के गुणधर्म

  • यह एक विषमांगी मिश्रण है।

  • ये कण आँखों से देखे जा सकते हैं।

  • ये निलंबित कण प्रकाश की किरण को फैला देते हैं, जिससे उसका मार्ग दृष्टिगोचर हो जाता है।

  • जब इसे शांत छोड़ देते हैं तब ये कण नीचे की ओर बैठ जाते हैं अर्थात निलंबन अस्थायी होता है। छानन विधि द्वारा इन कणों को मिश्रण से पृथक् किया जा सकता है। जब सभी कण नीचे बैठ जाते हैं तो निलंबन समाप्त हो जाता है तथा विलयन में प्रकाश की किरण का प्रकीर्णन रुक जाता है।

2.2.3 कोलाइडल विलयन क्या है?

क्रियाकलाप 2.2 में समूह ‘द’ के द्वारा प्राप्त मिश्रण को कोलाइड या कोलाइडल विलयन कहा जाता है। कोलाइड के कण विलयन में समान रूप से फैले होते हैं। निलंबन की अपेक्षा कणों का आकार छोटा होने के कारण यह मिश्रण समांगी प्रतीत होता है लेकिन वास्तविकता में विलयन विषमांगी मिश्रण है, जैसे दूध।

कोलाइडल कणों के छोटे आकार के कारण हम इसे आँख से नहीं देख पाते हैं लेकिन ये कण प्रकाश की किरण को आसानी से फैला देते हैं, जैसा कि हमने क्रियाकलाप 2.2 में देखा है। प्रकाश की किरण का फैलाना टिनडल प्रभाव (Tyndall effect) कहा जाता है। टिनडल नामक वैज्ञानिक ने इसकी खोज की थी।

एक कमरे में छोटे छिद्र के द्वारा जब प्रकाश की किरण आती है तब वहाँ पर हम टिनडल प्रभाव को देख सकते हैं। यह कमरे में मौजूद धूल और कार्बन के कणों के द्वारा प्रकाश के फैलने के कारण होता है।

चित्र 2.3: (a) कॉपर सल्फ़ेट का विलयन टिनडल प्रभाव नहीं दर्शाता है; (b) दूध तथा पानी का मिश्रण टिनडल प्रभाव दर्शाता है

जब एक घने जंगल के आच्छादन से सूर्य की किरण गुजरती है वहाँ हम टिनडल प्रभाव को देख सकते हैं। जंगल के कोहरे में छोटे-छोटे जल के कण होते हैं जो कि कोलाइड कणों के समान व्यवहार करते हैं।

चित्र 2.4: टिनडल प्रभाव

कोलाइड के गुणधर्म

  • यह एक विषमांगी मिश्रण है।

  • कोलाइड के कणों का आकार इतना छोटा होता है कि ये पृथक् रूप में आँखों से नहीं देखे जा सकते हैं।

  • ये इतने बड़े होते हैं कि प्रकाश की किरण को फैलाते हैं तथा उसके मार्ग को दृश्य बनाते हैं।

  • जब इनको शांत छोड़ दिया जाता है तब ये कण तल पर बैठते हैं अर्थात् ये स्थायी होते हैं।

  • ये छानन विधि द्वारा मिश्रण से पृथक् नहीं किए जा सकते। किंतु एक विशेष विधि अपकेंद्रीकरण तकनीक (क्रियाकलाप 2.5) द्वारा पथक् किए जा सकते हैं।

कोलाइडल विलयन परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम से बनता है। विलेय पदार्थ की तरह का घटक या परिक्षिप्त कण जो कि कोलाइडल रूप में रहता है उसे परिक्षिप्त प्रावस्था (dispersed phase) कहते हैं तथा वह घटक जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था निलंबित रहता है, उसे परिक्षेपण माध्यम (dispersing medium) कहते हैं। कोलाइडल को परिक्षेपण माध्यम (ठोस, द्रव या गैस) की अवस्था और परिक्षिप्त प्रावस्था के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। सारणी 2.1 में कुछ उदाहरण दिए गए हैं।

प्रशन

1. उदाहरण के साथ समांगी एवं विषमांगी मिश्रणों में विभेद कीजिए।

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2. विलयन, निलंबन और कोलाइड एक-दूसरे से किस प्रकार भिन्न हैं?

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3. एक संतृप्त विलयन बनाने के लिए $36 \mathrm{~g}$ सोडियम क्लोराइड को $100 \mathrm{~g}$ जल में $293 \mathrm{~K}$ पर घोला जाता है। इस तापमान पर इसकी सांद्रता प्राप्त करें।

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सारणी 2.1: कोलाइडस के सामान्य उदाहरण

परिक्षिप्त प्रावस्था परिक्षेपण माध्यम प्रकार उदाहरण
द्रव गैस ऐरोसोल कोहरा, बादल, कुहासा
ठोस गैस ऐरोसोल धुआँ, स्वचालित वाहन का निथार (exhaust)
गैस द्रव फ़ोम शेविंग क्रीम
द्रव द्रव इमल्शन दूध, फ़ेस क्रीम
ठोस द्रव सोल मैगनेशिया-मिल्क, कीचड़
गैस ठोस फ़ोम फ़ोम, रबड़, स्पंज, प्यूमिस
द्रव ठोस जैल जेली, पनीर, मक्खन
ठोस ठोस ठोस सोल रंगीन रत्न पत्थर, दूधिया काँच

2.3 भौतिक एवं रासायनिक परिवर्तन

पिछले अध्याय में हमने पदार्थ के भौतिक गुणों के बारे में अध्ययन किया है। ऐसे गुण जिनका हम अवलोकन एवं वर्णन कर सकते हैं, जैसे कि रंग, कठोरता, दृढ़ता, बहाव, घनत्व, द्रवनांक तथा क्वथनांक इत्यादि को भौतिक गुण कहा जाता है।

अवस्थाओं का अंतःरूपांतरण एक भौतिक परिवर्तन है क्योंकि ये परिवर्तन पदार्थों के संघटन में बिना परिवर्तन किए होते हैं और उनकी रासायनिक प्रकृति में भी कोई परिवर्तन नहीं होता है। यद्यपि बर्फ़ जल और वाष्प अलग-अलग दिखते हैं और ये भिन्न-भिन्न भौतिक गुणों को दर्शाते हैं लेकिन ये रासायनिक रूप से समान होते हैं।

जल तथा खाना पकाने वाले तेल दोनों द्रव हैं, लेकिन इनके रासायनिक गुणधर्म भिन्न हैं। इनकी गंध और ज्वलनशीलता में अंतर है। हम जानते हैं कि तेल हवा में जलता है, जबकि जल आग को बुझाता है। तेल का यह रासायनिक गुण जल से इसे अलग करता है। जलना एक रासायनिक परिवर्तन है। जलने की प्रक्रिया में एक पदार्थ दूसरे से क्रिया करके अपने रासायनिक संघटन में परिवर्तन लाता है। रासायनिक परिवर्तन पदार्थ के रासायनिक गुणधर्मों में परिवर्तन लाता है तथा हम नया पदार्थ पाते हैं। रासायनिक परिवर्तन को रासायनिक प्रतिक्रिया भी कहा जाता है।

मोमबत्ती के जलने की प्रक्रिया में भौतिक एवं रासायनिक दोनों परिवर्तन होते हैं। क्या आप इनकी पहचान कर सकते हैं?

प्रशन

1. निम्न को रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों में वर्गीकृत करें :

  • पेड़ों को काटना,

  • मक्खन का एक बर्तन में पिघलना,

  • अलमारी में जंग लगना,

  • जल का उबलकर वाष्प बनना,

  • विद्युत तरंग का जल में प्रवाहित होना तथा उसका हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों में विघटित होना,

  • जल में साधारण नमक का घुलना,

  • फलों से सलाद बनाना तथा

  • लकड़ी और कागज़ का जलना।

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2. अपने आस-पास की चीज़ों को शुद्ध पदार्थों या मिश्रण से अलग करने का प्रयत्न करें।

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2.4 शुद्ध पदार्थों के क्या प्रकार हैं?

पदार्थों को उनके रासायनिक संघटन के आधार पर तत्वों या यौगिकों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

2.4.1 तत्व

रॉबर्ट बायल पहले वैज्ञानिक थे, जिन्होंने सन् 1661 में सर्वप्रथम तत्व शब्द का प्रयोग किया। फ्रांस के रसायनज्ञ एंटोनी लॉरेंट लवाइजिए (सन् 1743 - सन् 1794) ने सबसे पहले तत्व की परिभाषा को प्रयोग द्वारा प्रतिपादित किया। उनके अनुसार तत्व पदार्थ का वह मूल रूप है जिसे रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा अन्य सरल पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता।

तत्वों को साधारणतया धातु, अधातु तथा उपधातु में वर्गीकृत किया जा सकता है।

धातुएँ प्रायः दिए हुए निम्न गुणधर्मों में से सभी को या कुछ को प्रदर्शित करती हैं।

  • ये चमकीली होती हैं।

  • ये चाँदी जैसी सफ़ेद या सोने की तरह पीले रंग की होती हैं।

  • ये ताप तथा विद्युत की सुचालक होती हैं।

  • ये तन्य होती हैं (और इनको तार के रूप में खींचा जा सकता है)।

  • ये आघातवर्ध्य होती हैं। इनको पीटकर महीन चादरों में ढाला जा सकता है।

  • ये प्रतिध्वनिपूर्ण होती हैं।

सोना, चाँदी, ताँबा, लोहा, सोडियम, पोटैशियम इत्यादि धातु के उदाहरण हैं। पारा धातु होते हुए भी कमरे के तापमान पर द्रव है।

अधातुएँ दिए गए निम्न गुणों में से प्रायः कुछ को या सभी को प्रदर्शित करती हैं:

  • ये विभिन्न रंगों की होती हैं।

  • ये ताप और विद्युत की कुचालक होती हैं।

  • ये चमकीली, प्रतिध्वनिपूर्ण और आघातवर्ध्य नहीं होती हैं।

हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, आयोडीन, कार्बन, ( कोल, कोक), ब्रोमीन, क्लोरीन इत्यादि अधातुओं के उदाहरण हैं। कुछ तत्व धातु और अधातु के बीच के गुणों को दर्शाते हैं, जिन्हें उपधातु (metalloid) कहा जाता है, जैसे बोरान, सिलिकन, जर्मेनियम इत्यादि।

  • अभी तक ज्ञात तत्वों की संख्या 100 से अधिक है। इनमें से 92 तत्व प्राकृतिक हैं जबकि शेष मानव-निर्मित हैं।

  • अधिकतर तत्व ठोस हैं।

  • 11 तत्व कमरे के तापमान पर गैसें हैं।

  • 2 तत्व पारा तथा ब्रोमीन कमरे के तापमान पर द्रव हैं।

  • गैलियम तथा सीज़ियम तत्व कमरे के तापमान $(303 \mathrm{~K})$ से कुछ अधिक तापमान पर द्रव अवस्था ले लेते हैं।

2.4.2 यौगिक

एक यौगिक वह पदार्थ है जो कि दो या से अधिक तत्वों के नियत अनुपात में रासायनिक तौर पर संयोजन से बना है।

जब दो या दो से अधिक तत्व आपस में मिलते हैं तो हम क्या पाते हैं?

क्रियाकलाप 2.4

  • कक्षा को दो समूहों में विभक्त करें। दोनों समूहों को $50 \mathrm{~g}$ लोहे का चूर्ण और $3 \mathrm{~g}$ सल्फ़र, एक चीनी मिट्टी की प्याली में दें।

    समूह I

  • लोहे के चूर्ण और सल्फ़र पाउडर को पीसकर मिलाएँ।

    समूह II

  • लोहे के चूर्ण और सल्फ़र पाउडर को पीसकर मिलाएँ। मिश्रण को तीव्र ताप पर लाल होने तक गर्म करें। अब ज्वाला को हटा दें तथा मिश्रण को ठंडा होने दें।

    समूह I और II

  • प्राप्त सामग्री में चुंबकीय गुण की जाँच करें। सामाग्री के निकट एक चुंबक को लाएँ। जाँच करें कि क्या सामग्री चुंबक की ओर आकर्षित होती है?

  • दोनों समूहों द्वारा प्राप्त सामग्री के रंग और बनावट की तुलना करें।

  • प्राप्त सामग्री के एक भाग में कार्बन डाइसल्फाइड मिलाएँ। मिश्रण अच्छी तरह मिलाएँ तथा छान लें।

  • प्राप्त पदार्थ के दूसरे भाग में तनु सल्फ़्यूरिक अम्ल या तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल को मिलाएँ। (इस क्रियाकलाप के लिए अध्यापक का निर्देशन आवश्यक है।)

  • इस क्रियाकलाप को लोहा तथा सल्फ़र तत्वों के साथ अलग-अलग दोहराएँ। अवलोकनों को नोट करें।

अब उत्तर दें

  • क्या दोनों समूहों द्वारा प्राप्त सामग्री दिखने में समान है?

  • किस समूह द्वारा प्राप्त सामग्री में चुंबकीय गुण विद्यमान है?

  • क्या प्राप्त सामग्री के घटकों को हम पृथक् करने में सक्षम हैं।

  • क्या तनु सल्फ्यूरिक अम्ल या तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल सामग्री पर डालने से दोनों समूहों को गैस प्राप्त होती है? क्या दोनों स्थितियों में प्राप्त गैस की गंध समान है या अलग-अलग है?

समूह I द्वारा प्राप्त गैस हाइड्रोजन है। यह रंगहीन, गंधहीन और ज्वलनशील है। इसकी ज्वलनशीलता की जाँच कक्षा में न करें। समूह II द्वारा प्राप्त गैस हाइड्रोजन सल्फ़ाइड है। यह रंगहीन गैस है और इसकी गंध सड़े हुए अंडे जैसी है।

आपने पाया कि दोनों समूहों द्वारा प्राप्त पदार्थ भिन्न गुणों को दर्शाते हैं। यद्यपि प्रारंभ में दिए गए पदार्थ समान थे, समूह I की क्रिया के फलस्वरूप भौतिक परिवर्तन हुआ जबकि समूह II की क्रिया के फलस्वरूप पदार्थों में रासायनिक परिवर्तन हुआ।

  • समूह I द्वारा प्राप्त सामग्री दो पदार्थों का मिश्रण है। दिए गए पदार्थ लोहा तथा सल्फ़र हैं।

  • मिश्रण का गुण उन दोनों मिले हुए तत्वों के गुण के समान है।

सारणी 2.2: मिश्रण तथा यौगिक

मिश्रण यौगिक
1. तत्व या यौगिक केवल मिश्रण बनाने के लिए मिलते हैं। किंतु किसी नए यौगिक का निर्माण नहीं करते। 1. तत्व क्रिया करके नए यौगिक का निर्माण करते हैं।
2. मिश्रण का संघटन परिवर्तनीय होता है। 2. नए पदार्थ का संघटन सदैव स्थायी होता है।
3. मिश्रण उसमें उपस्थित घटकों के गुणधर्मों को दर्शाता है। 3. नए पदार्थ के गुणधर्म पूरी तरह से भिन्न होते हैं।
4. घटकों को भौतिक विधियों द्वारा सुगमता से पृथक् किया जा सकता है। 4.घटकों को केवल रासायनिक या वैद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा ही पृथक् किया जा सकता है।
  • समूह II द्वारा प्राप्त सामग्री यौगिक है।

  • दोनों तत्वों को तीव्रता से गर्म करने पर हमने यौगिक पाया, जिसका गुण मिले हुए तत्वों से पूरी तरह भिन्न है।

  • यौगिक का संघटन पूरे पदार्थ में समान है। हम यह भी देख सकते हैं कि यौगिक की बनावट और रंग भी सभी स्थानों पर समान है। इस प्रकार संक्षेप में हम पदार्थ की भौतिक और रासायनिक प्रकृति को निम्न आरेख द्वारा व्यवस्थित कर सकते हैं।

आपने क्या सीखा

  • मिश्रण में एक से अधिक पदार्थ (तत्व तथा/अथवा यौगिक) किसी भी अनुपात में मिले होते हैं।

  • मिश्रणों को पृथक् करने के लिए उचित विधियों से शुद्ध पदार्थों में पृथक्करण किया जा सकता है।

  • विलयन दो या दो से अधिक पदार्थों का समांगी मिश्रण है। विलयन के बड़े अवयव को विलायक कहते हैं तथा अवयव को विलेय कहते हैं।

  • विलयन की सांद्रता उसके इकाई आयतन में उपस्थित विलेय का द्रव्यमान अथवा आयतन है।

  • वह पदार्थ जो विलायक में अघुलनशील तथा आँखों से देखा जा सकता है, निलंबन कहलाता है। निलंबन एक विषमांगी मिश्रण होता है।

  • कोलाइड एक विषमांगी मिश्रण है, जिसके कणों का आकार इतना छोटा है कि उन्हें सरलता से देखा नहीं जा सकता, किंतु इतना बड़ा है कि ये प्रकाश का फैलाव कर सकने में सक्षम होते हैं। कोलाइड उद्योगों में तथा दैनिक जीवन में महत्वपूर्ण है। विलेय कणों को परिक्षिप्त प्रावस्था कहते हैं और विलायक जिसमें ये पूरी तरह से वितरित रहते हैं, उसे परिक्षेपण माध्यम कहते हैं।

  • शुद्ध पदार्थ तत्व या यौगिक हो सकते हैं। तत्व पदार्थ का मूल रूप होता है, जिसे रासायनिक क्रिया द्वारा सरल पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता है। यौगिक वह पदार्थ है जो दो या दो से अधिक तत्वों के स्थिर अनुपात में रासायनिक रूप में संयोजन से निर्मित होता है।

  • यौगिकों के गुण उसमें निहित तत्वों के गुणों से भिन्न होते हैं, जबकि मिश्रण में उपस्थित तत्व और यौगिक अपने-अपने गुणों को दर्शाते हैं।

अभ्यास

1. निम्नलिखित को पृथक् करने के लिए आप किन विधियों को अपनाएँगे?

(a) सोडियम क्लोराइड को जल के विलयन से पृथक् करने में।

(b) अमोनियम क्लोराइड को सोडियम क्लोराइड तथा अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण से पृथक् करने में।

(c) धातु के छोटे टुकड़े को कार के इंजन आयॅल से पृथक् करने में।

(d) दही से मक्खन निकालने के लिए।

(e) जल से तेल निकालने के लिए।

(f) चाय से चाय की पत्तियों को पृथक् करने में।

(g) बालू से लोहे की पिनों को पृथक् करने में।

(h) भूसे से गेहूँ के दानों को पृथक् करने में।

(i) पानी में तैरते हुए महीन मिट्टी के कण को पानी से अलग करने के लिए।

(j) पुष्प की पंखुड़ियों के निचोड़ से विभिन्न रंजकों को पृथक् करने में।

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2. चाय तैयार करने के लिए आप किन-किन चरणों का प्रयोग करेंगे। विलयन, विलायक, विलेय, घुलना, घुलनशील, अघुलनशील, घुलेय (फ़िल्ट्रेट) तथा अवशेष शब्दों का प्रयोग करें।

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3. प्रज्ञा ने तीन अलग-अलग पदार्थों की घुलनशीलताओं को विभिन्न तापमान पर जाँचा तथा नीचे दिए गए आँकड़ों को प्राप्त किया। प्राप्त हुए परिणामों को $100 \mathrm{~g}$ जल में विलेय पदार्थ की मात्रा, जो संतृप्त विलयन बनाने हेतु पर्याप्त है, निम्नलिखित तालिका में दर्शाया गया है।

विलेय पदार्थ तापमान $\mathbf{K}$ में
283 293 313 333 353
पोटैशियम नाइट्रेट 21 32 62 106 167
सोडियम क्लोराइड 36 36 36 37 37
पोटैशियम क्लोराइड 35 35 40 46 54
अमोनियम क्लोराइड 24 37 41 55 66

(a) $50 \mathrm{~g}$ जल में $313 \mathrm{~K}$ पर पोटैशियम नाइट्रेट के संतृप्त विलयन को प्राप्त करने हेतु कितने ग्राम पोटैशियम नाइट्रेट की आवश्यकता होगी?

(b) प्रज्ञा $353 \mathrm{~K}$ पर पोटैशियम क्लोराइड का एक संतृप्त विलयन तैयार करती है और विलयन को कमरे के तापमान पर ठंडा होने के लिए छोड़ देती है। जब विलयन ठंडा होगा तो वह क्या अवलोकित करेगी? स्पष्ट करें।

(c) $293 \mathrm{~K}$ पर प्रत्येक लवण की घुलनशीलता का परिकलन करें। इस तापमान पर कौन-सा लवण सबसे अधिक घुलनशील होगा?

(d) तापमान में परिवर्तन से लवण की घुलनशीलता पर क्या प्रभाव पड़ता है?

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4. निम्न की उदाहरण सहित व्याख्या करें:

(a) संतृप्त विलयन

(b) शुद्ध पदार्थ

(c) कोलाइड

(d) निलंबन

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5. निम्नलिखित में से प्रत्येक को समांगी और विषमांगी मिश्रणों में वर्गीकृत करें:

सोडा जल, लकड़ी, बर्फ़, वायु, मिट्टी, सिरका, छनी हुई चाय।

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6. आप किस प्रकार पुष्टि करेंगे कि दिया हुआ रंगहीन द्रव शुद्ध जल है?

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7. निम्नलिखित में से कौन-सी वस्तुएँ शुद्ध पदार्थ हैं?

(a) बर्फ़

(b) दूध

(c) लोहा

(d) हाइड्रोक्लोरिक अम्ल

(e) कैल्सियम ऑक्साइड

(f) पारा

(g) ईंट

(h) लकड़ी

(i) वायु

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8. निम्नलिखित मिश्रणों में से विलयन की पहचान करें।

(a) मिट्टी

(b) समुद्री जल

(c) वायु

(d) कोयला

(e) सोडा जल

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9. निम्नलिखित में से कौन टिनडल प्रभाव को प्रदाशत करेगा?

(a) नमक का घोल

(b) दूध

(c) कॉपर सल्फ़ेट का विलयन

(d) स्टार्च विलयन

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10. निम्नलिखित को तत्व, यौगिक तथा मिश्रण में वगाकृत करें:

(a) सोडियम

(b) मिट्टी

(c) चीनी का घोल

(d) चाँदी

(e) कैल्सियम कार्बोनेट

(f) टिन

(g) सिलिकन

(h) कोयला

(i) वायु

(j) साबुन

(k) मीथेन

(l) कार्बन डाइऑक्साइड

(m) रक्त

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11. निम्नलिखित में से कौन-कौन से परिवर्तन रासायनिक हैं?

(a) पौधों की वृद्धि

(b) लोहे में जंग लगना

(c) लोहे के चूर्ण तथा बालू को मिलाना

(d) खाना पकाना

(e) भोजन का पाचन

(f) जल से बर्फ़ बनना

(g) मोमबत्ती का जलना

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समूह क्रियाकलाप

एक मिट्टी का मटका, बालू तथा कुछ कंकड़ लें। मटमैले जल को साफ़ करने हेतु छोटे स्तर पर एक छानक युक्ति (Filteration plant) की डिज़ाइन बनाएँ।



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