विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12 · Grades 1–12
10पदार्थों की पहचान
एक छोटे-से रहस्य की जगह पर काले फ़ेल्ट-पेन से लिखा एक मुड़ा-तुड़ा पर्चा मिलता है, और तीन अलग-अलग थैलों में तीन फ़ेल्ट-पेन मिलते हैं। आँख को तीनों स्याहियाँ एक जैसी काली दिखती हैं। एक न्यायालयिक रसायनज्ञ को यह बताने के लिए कि पर्चा किस पेन से लिखा गया, बस कागज़ की एक पट्टी, थोड़ा पानी और आधा घंटा चाहिए। रसायनज्ञ पदार्थों को इससे नहीं पहचानते कि वे कैसे दिखते हैं, बल्कि इससे कि उनके लिए चुने गए परीक्षण में वे कैसा व्यवहार करते हैं।
पहले से ज्ञात
रासायनिक स्पीशीज़ किसी पदार्थ का एक विशेष प्रकार है; शुद्ध पदार्थ में केवल एक स्पीशीज़ होती है, मिश्रण में कई (अध्याय 8)। कुछ पदार्थ किसी विलायक में अच्छी तरह घुलते हैं, कुछ थोड़ा या बिल्कुल नहीं: हर एक की अपनी विलेयता होती है (अध्याय 9)।
10.1 अभिलाक्षणिक परीक्षण क्या है
परिभाषा 10.1 (अभिलाक्षणिक परीक्षण और अभिकर्मक)
किसी रासायनिक स्पीशीज़ का अभिलाक्षणिक परीक्षण एक सरल प्रयोग है जो उस स्पीशीज़ के साथ एक दिखाई देने वाला परिणाम देता है, और उसी स्थिति में मिलने वाली दूसरी स्पीशीज़ के साथ नहीं। इसमें इसी काम के लिए चुना गया एक पदार्थ इस्तेमाल होता है, जिसे अभिकर्मक कहते हैं।
विधि 10.2 (अभिलाक्षणिक परीक्षण करना)
- परखे जाने वाले पदार्थ का एक छोटा नमूना लो।
- परीक्षण में बताए अनुसार अभिकर्मक मिलाओ, या उसे नमूने के संपर्क में लाओ।
- प्रेक्षण करो: रंग का बदलना, धुँधलापन, कोई लौ, कोई आवाज़।
- निष्कर्ष निकालो: अपेक्षित परिणाम दिखे तो परीक्षण धनात्मक है, न दिखे तो ऋणात्मक।
- वही परीक्षण ऐसे नमूने पर भी करो जिसमें वह स्पीशीज़ निश्चित रूप से न हो (रिक्त परीक्षण): वह ऋणात्मक ही रहना चाहिए, वरना परिणाम कुछ सिद्ध नहीं करता।
10.2 चार प्रसिद्ध परीक्षण
प्रतिज्ञप्ति 10.3 (कार्बन डाइऑक्साइड चूने के पानी को दूधिया कर देती है)
चूने का पानी एक स्वच्छ, रंगहीन विलयन है। जब उसमें से कार्बन डाइऑक्साइड के बुलबुले गुज़ारे जाते हैं, तो वह दूधिया, धुँधला सफ़ेद हो जाता है। स्ट्रॉ से बाहर छोड़ी गई साँस चूने के पानी को दूधिया कर देती है; उसमें से पंप की गई ताज़ी हवा मुश्किल से ही ऐसा करती है।
प्रतिज्ञप्ति 10.4 (पानी निर्जल कॉपर सल्फ़ेट को नीला कर देता है)
निर्जल कॉपर सल्फ़ेट एक सफ़ेद चूर्ण है। पानी की एक बूँद उसे तुरंत नीला कर देती है। यह परीक्षण दिखाता है कि किसी द्रव या नम ठोस में पानी मौजूद है — यह नहीं कि वह द्रव शुद्ध पानी है।
सुरक्षा
कॉपर सल्फ़ेट: निगलने पर हानिकारक और त्वचा में जलन करने वाला (GHS07); यह आँखों को गंभीर हानि पहुँचा सकता है (GHS05); जलीय जीवों के लिए अत्यंत विषैला, लंबे समय तक रहने वाले प्रभावों के साथ (GHS09)। चश्मा और दस्ताने ज़रूरी; अपशिष्ट इकट्ठा किया जाता है, कभी नाली में नहीं बहाया जाता।
प्रतिज्ञप्ति 10.5 (ऑक्सीजन सुलगती खपच्ची को फिर जला देती है)
लकड़ी की एक खपच्ची जलाई जाती है, फिर फूँककर बुझाई जाती है ताकि केवल एक लाल सुलगन बचे। ऑक्सीजन से भरी परखनली में डालने पर सुलगती खपच्ची फिर से लौ पकड़ लेती है।
प्रतिज्ञप्ति 10.6 (हाइड्रोजन ‘पॉप’ की तीखी आवाज़ के साथ जलती है)
हाइड्रोजन से भरी एक छोटी परखनली के मुँह पर पकड़ी गई जलती खपच्ची एक छोटी, तीखी “पॉप” की आवाज़ करती है: हाइड्रोजन वायु की ऑक्सीजन के साथ तुरंत जल जाती है।
सुरक्षा
हाइड्रोजन: अत्यंत ज्वलनशील गैस (GHS02), सिलिंडरों में दाब के साथ रखी जाती है (GHS04)। ‘पॉप’ परीक्षण केवल कुछ मिलीलीटर गैस से, शिक्षक द्वारा, किया जाता है।
10.3 पेपर वर्णलेखन
परिभाषा 10.7 (पेपर वर्णलेखन और वर्णलेख)
पेपर वर्णलेखन किसी मिश्रण के रंजकों को अलग करता है। कागज़ की एक पट्टी के निचले सिरे के पास खींची गई रेखा पर मिश्रण का एक छोटा धब्बा लगाया जाता है; पट्टी का निचला सिरा एक विलायक में डूबा होता है, जो धीरे-धीरे कागज़ पर ऊपर चढ़ता है और हर रंजक को अपने साथ ले जाता है, कुछ को दूसरों से तेज़। जब विलायक लगभग ऊपर तक चढ़ जाता है, तो पट्टी निकालकर सुखाई जाती है: यही वर्णलेख है।
विधि 10.8 (वर्णलेख पढ़ना)
- हर प्रारंभ-बिंदु के ऊपर धब्बे गिनो: एक धब्बा, एक रंजक; दो या ज़्यादा धब्बे, रंजकों का मिश्रण।
- ऊँचाइयों की तुलना करो: एक ही वर्णलेख में एक रंजक हमेशा उतनी ही ऊँचाई तक चढ़ता है। किसी ज्ञात रंजक जितनी ऊँचाई वाला धब्बा शायद वही रंजक है।
- पेंसिल की रेखा बनाओ, स्याही की कभी नहीं: विलायक ख़ुद उस स्याही को भी अलग कर देगा।
उदाहरण 10.9 (टॉफ़ियों के रंजक)
टॉफ़ियों की रंगीन परतें खुरचकर थोड़े पानी में डाली जाती हैं और पट्टी पर धब्बों के रूप में लगाई जाती हैं, टॉफ़ियों में अनुमत खाद्य रंजकों के धब्बों के बगल में। वर्णलेख दिखाता है कि हरी परत में एक पीला और एक नीला रंजक है, और दोनों अनुमत रंजकों में शामिल हैं।
10.4 परीक्षण-सारणी पढ़ना
प्रतिज्ञप्ति 10.10 (अभिलाक्षणिक परीक्षणों की एक सारणी)
रसायनज्ञ अपने परीक्षणों को एक सारणी में रखते हैं, जिसे परीक्षण-सारणी कहते हैं और जो बाएँ से दाएँ पढ़ी जाती है:
| खोजी जाने वाली स्पीशीज़ | अभिकर्मक या परीक्षण | धनात्मक परिणाम | |
|---|---|---|---|
| कार्बन डाइऑक्साइड | चूने का पानी | चूने का पानी दूधिया होता है | |
| पानी | निर्जल कॉपर सल्फ़ेट | सफ़ेद से नीला | |
| ऑक्सीजन | सुलगती खपच्ची | खपच्ची फिर जल उठती है | |
| हाइड्रोजन | जलती खपच्ची | तीखी ‘पॉप’ | |
| मिश्रण के रंजक | पेपर वर्णलेखन | हर रंजक का एक धब्बा |
टिप्पणी 10.11 (परीक्षण क्या नहीं बताता)
धनात्मक परीक्षण यह सिद्ध करता है कि स्पीशीज़ मौजूद है, यह नहीं कि वह अकेली है: कॉपर सल्फ़ेट को नीला करने वाले द्रव में पानी है, पर वह नमकीन पानी या संतरे का रस भी हो सकता है। ऋणात्मक परीक्षण बस इतना बताता है कि स्पीशीज़ मौजूद नहीं है, या इतनी कम मात्रा में है कि दिखती नहीं।
10.5 अभ्यास
अभ्यास 10.1 ★
कौन-सा परीक्षण कार्बन डाइऑक्साइड को पहचानता है? उसके धनात्मक परिणाम का वर्णन करो।
हल
हल — अभ्यास 10.1.
चूने के पानी का परीक्षण: गैस को स्वच्छ चूने के पानी में से बुलबुलों के रूप में गुज़ारा जाता है; अगर गैस कार्बन डाइऑक्साइड है, तो वह दूधिया हो जाता है।
अभ्यास 10.2 ★
एक सफ़ेद चूर्ण पर कोई द्रव टपकाने से वह नीला हो जाता है। इससे द्रव के बारे में क्या पता चलता है?
हल
हल — अभ्यास 10.2.
चूर्ण निर्जल कॉपर सल्फ़ेट है, और द्रव में पानी है।
अभ्यास 10.3 ★
सुलगती खपच्ची गैस-जार में डालने पर लौ पकड़ लेती है। जार में कौन-सी गैस है?
हल
हल — अभ्यास 10.3.
ऑक्सीजन।
अभ्यास 10.4 ★
पेपर वर्णलेख की प्रारंभ-रेखा पेंसिल से क्यों खींची जाती है, स्याही से क्यों नहीं?
अभ्यास 10.5 ★★
प्रारंभ-रेखा बीकर में विलायक के तल से ऊपर क्यों होनी चाहिए?
अभ्यास 10.6 ★★
हरी स्याही के वर्णलेख में दो धब्बे दिखते हैं, एक पीले संदर्भ रंजक की ऊँचाई पर, एक नीले संदर्भ रंजक की ऊँचाई पर। क्या हरी स्याही एक शुद्ध पदार्थ है? वह किससे बनी है?
अभ्यास 10.7 ★★
परीक्षण-सारणी की मदद से बताओ कि यह दिखाने के लिए कि किसी अभिक्रिया से निकली गैस हाइड्रोजन है, तुम कौन-सा परीक्षण करोगे। तुम क्या देखने की अपेक्षा करते हो?
हल
हल — अभ्यास 10.7.
गैस को थोड़ी मात्रा में एक परखनली में इकट्ठा करो और उसके मुँह पर जलती खपच्ची पकड़ो: तीखी ‘पॉप’ की आवाज़ हाइड्रोजन दिखाती है।
अभ्यास 10.8 ★★
बाहर छोड़ी गई साँस ताज़ी हवा की तुलना में चूने के पानी को कहीं जल्दी दूधिया कर देती है। इससे हमारी बाहर छोड़ी गई साँस के बारे में क्या पता चलता है?
अभ्यास 10.9 ★★
एक स्वच्छ द्रव निर्जल कॉपर सल्फ़ेट को नीला कर देता है। सैम निष्कर्ष निकालता है: “यह शुद्ध पानी है।” समझाओ कि सैम ग़लत क्यों है।
हल
हल — अभ्यास 10.9.
परीक्षण दिखाता है कि पानी मौजूद है, यह नहीं कि वह अकेला है: नमकीन पानी, रस या पानी वाला कोई भी मिश्रण चूर्ण को नीला कर देगा।
अभ्यास 10.10 ★★
इस अध्याय में काली स्याही का वर्णलेख देखो। स्याही में कितने रंजक हैं? कौन-सा सबसे ऊपर चढ़ा?
हल
हल — अभ्यास 10.10.
तीन रंजक (तीन धब्बे)। पीला रंजक सबसे ऊपर चढ़ा।
अभ्यास 10.11 ★★★
तीन जारों में ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड हैं, पर उनके लेबल खो गए हैं। कागज़ पर उन परीक्षणों की योजना बनाओ जो हर जार की गैस का नाम बता दें, ऐसे क्रम में कि कम से कम परीक्षण लगें।
हल
हल — अभ्यास 10.11.
उदाहरण के लिए: हर जार में सुलगती खपच्ची डालो — जो उसे फिर जला दे, उसमें ऑक्सीजन है। बाकी दोनों के मुँह पर जलती खपच्ची पकड़ो — तीखी ‘पॉप’ हाइड्रोजन दिखाती है। आख़िरी जार में कार्बन डाइऑक्साइड है (चूने के पानी से इसकी पुष्टि की जा सकती है)। दो या तीन परीक्षण काफ़ी हैं।
अभ्यास 10.12 ★★★
एक छात्र चूने के पानी से एक गैस का परीक्षण करता है और कुछ होता नहीं देखता। दो संभव कारण बताओ, और वह नियंत्रण परीक्षण भी जो फ़ैसला करने में मदद करे।
हल
हल — अभ्यास 10.12.
हो सकता है गैस में कार्बन डाइऑक्साइड हो ही नहीं, या उस समय में दिखने लायक बहुत कम हो। बाहर छोड़ी गई साँस से, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड होना निश्चित है, किया गया नियंत्रण परीक्षण जाँचता है कि चूने का पानी ठीक काम कर रहा है।
10.6 समस्या: जाली पर्चा
समस्या 10.1
सप्ताहांत समस्या — फ़ेल्ट-पेन से लिखा एक पर्चा, तीन संदिग्ध पेन, तीन बिना लेबल के गैस-सिलिंडर, और एक परीक्षण-सारणी
एक विद्यालय की प्रयोगशाला से दो छोटे रहस्य सुलझाने में मदद माँगी जाती है। पहला, काले फ़ेल्ट-पेन से लिखे एक पर्चे को तीन काले पेनों 1, 2 और 3 में से किसी एक से मिलाना है। पर्चे से और हर पेन से स्याही की एक बूँद लेकर कागज़ की एक ही पट्टी पर धब्बे लगाए जाते हैं, फिर पट्टी को पानी से विकसित किया जाता है। वर्णलेख नीचे दिखाया गया है।
भाग I — वर्णलेख।
- चारों स्याहियों के धब्बे एक ही पट्टी पर क्यों लगाए गए और उन्हें एक साथ क्यों विकसित किया गया?
- पर्चे की स्याही शुद्ध पदार्थ है या मिश्रण? समझाओ।
- पेन 1 की स्याही में कितने रंजक हैं? क्या पर्चा पेन 1 से लिखा गया हो सकता है?
- पेन 3 में भी तीन रंजक हैं। वह पर्चा क्यों नहीं लिख सकता था?
- कौन-सा पेन पर्चे से मेल खाता है? धब्बों की ऊँचाइयों की मदद से समझाओ।
भाग II — तीन गैस-सिलिंडर। दूसरा रहस्य: तीन छोटे सिलिंडरों X, Y और Z के लेबल खो गए हैं; उनमें ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड हैं। हर एक से थोड़ी गैस एक परखनली में इकट्ठी की जाती है। गैस X सुलगती खपच्ची को फिर जला देती है। गैस Y जलती खपच्ची के साथ तीखी ‘पॉप’ की आवाज़ करती है। गैस Z चूने के पानी को दूधिया कर देती है।
- गैस X का नाम बताओ।
- गैस Y का नाम बताओ।
- गैस Z का नाम बताओ।
- गैस Z का परीक्षण करने से पहले छात्र उसी चूने के पानी में से उतनी ही देर साधारण हवा गुज़ारता है, और वह स्वच्छ रहता है। इस दूसरे परीक्षण को क्या कहते हैं, और यह निष्कर्ष में क्या जोड़ता है?
भाग III — परीक्षण-सारणी।
- पर्चे के पास मिला एक रंगहीन द्रव निर्जल कॉपर सल्फ़ेट को नीला कर देता है। परीक्षण-सारणी की इस्तेमाल हुई पंक्ति लिखो, और बताओ कि परिणाम क्या दिखाता है।
- क्या यह परिणाम सिद्ध करता है कि द्रव शुद्ध पानी है? समझाओ।
- पहले रहस्य का निष्कर्ष निकालो: पर्चे की स्याही में कितने रंजक हैं, और उसे किस पेन ने लिखा?
हल
हल — समस्या 10.1.
1. ताकि चारों के लिए परिस्थितियाँ (कागज़, विलायक, समय) एक जैसी हों: तभी धब्बों की ऊँचाइयों की तुलना की जा सकती है।
2. मिश्रण: उसकी स्याही तीन अलग धब्बे देती है, यानी तीन रंजक।
3. दो रंजक। नहीं: पर्चे की स्याही में तीन रंजक हैं, और पेन 1 में न लाल रंजक है, न पीला।
4. उसके तीनों धब्बे पर्चे के धब्बों की ऊँचाइयों पर नहीं हैं: वे तीन अलग रंजक हैं।
5. पेन 2: उसके तीनों धब्बे ठीक पर्चे के तीनों धब्बों की ऊँचाइयों पर हैं।
6. ऑक्सीजन।
7. हाइड्रोजन।
8. कार्बन डाइऑक्साइड।
9. रिक्त परीक्षण (एक नियंत्रण)। यह दिखाता है कि उस समय में चूने का पानी न अपने आप दूधिया होता है, न साधारण हवा से: इसलिए गैस Z के साथ आया दूधियापन सचमुच कार्बन डाइऑक्साइड से है।
10. “पानी — निर्जल कॉपर सल्फ़ेट — सफ़ेद से नीला”: द्रव में पानी है।
11. नहीं। धनात्मक परीक्षण दिखाता है कि पानी मौजूद है, यह नहीं कि और कुछ नहीं है: द्रव कोई विलयन या पानी वाला कोई दूसरा मिश्रण हो सकता है।
12. पर्चे की स्याही में 3 रंजक हैं, और पर्चा पेन 2 ने लिखा।