આપણે આપણી આસપાસ જોઈએ તો, આપણને વિવિધ આકાર, કદ અને પૃષ્ઠભાગ ધરાવતી અનેક વસ્તુઓ જોવા મળે છે. આ બ્રહ્માંડની દરેક વસ્તુ એવા પદાર્થોથી બનેલી છે જેને વૈજ્ઞાનિકોએ “પદાર્થ” નામ આપ્યું છે. આપણે શ્વાસ દ્વારા લેતો હવા, ખાતો ખોરાક, પથ્થરો, વાદળો, તારાઓ, છોડ અને પ્રાણીઓ, પાણીનું નાનું ટીપું અથવા રેતીનું કણ પણ - દરેક વસ્તુ પદાર્થ છે. આપણે આસપાસ જોઈએ તો આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે ઉપર ઉલ્લેખિત બધી વસ્તુઓ જગ્યા રોકે છે અને દળ ધરાવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, તે બંને દળ અને કદ ધરાવે છે.

પ્રાચીન સમયથી, મનુષ્યો તેમની આસપાસની વસ્તુઓને સમજવાનો પ્રયત્ન કરી રહ્યા છે. પ્રાચીન ભારતીય દાર્શનિકોએ પદાર્થનું વર્ગીકરણ પાંચ મૂળ તત્ત્વોના રૂપમાં કર્યું હતું - “પંચ તત્ત્વ” - વાયુ, પૃથ્વી, અગ્નિ, આકાશ અને જળ. તેમના મતે દરેક વસ્તુ, જીવંત અથવા નિર્જીવ, આ પાંચ મૂળ તત્ત્વોથી બનેલી હતી. પ્રાચીન ગ્રીક દાર્શનિકોએ પણ પદાર્થના સમાન વર્ગીકરણ પર પહોંચી ગયા હતા.

આધુનિક વૈજ્ઞાનિકોએ પદાર્થના ભૌતિક ગુણધર્મો અને રાસાયણિક સ્વભાવના આધારે બે પ્રકારના વર્ગીકરણ વિકસાવ્યા છે.

આ પ્રકરણમાં આપણે પદાર્થ વિશે તેના ભૌતિક ગુણધર્મોના આધારે શીખીશું. પદાર્થના રાસાયણિક પાસાઓ પર અનુગામી પ્રકરણોમાં ચર્ચા કરવામાં આવશે.

1.1 પદાર્થની ભૌતિક પ્રકૃતિ

1.1.1 પદાર્થ કણોથી બનેલો છે

લાંબા સમય સુધી, પદાર્થની પ્રકૃતિ વિશે બે વિચારધારાઓ પ્રચલિત હતી. એક વિચારધારા માનતી હતી કે પદાર્થ લાકડાના ટુકડા જેવો સતત (સંઘનિત) છે, જ્યારે બીજી વિચારધારા માનતી હતી કે પદાર્થ રેતીના કણો જેવા કણોથી બનેલો છે. ચાલો પદાર્થની પ્રકૃતિ - તે સતત છે કે કણાત્મક છે તે નક્કી કરવા માટે એક પ્રવૃત્તિ કરીએ.

પ્રવૃત્તિ 1.1

• એક $100 mL$ બીકર લો. બીકરને અડધો પાણીથી ભરો અને પાણીનું સ્તર ચિહ્નિત કરો.

• કાચના દંડની મદદથી થોડું મીઠું/ખાંડ ઓગાળો.

• પાણીના સ્તરમાં કોઈ ફેરફાર થાય છે કે નહીં તે જુઓ.

• તમને શું લાગે છે કે મીઠાનું શું થયું?

• તે ક્યાં અદૃશ્ય થાય છે?

• પાણીનું સ્તર બદલાય છે કે?

આ પ્રશ્નોના જવાબ આપવા માટે આપણે એ વિચારનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે કે પદાર્થ કણોથી બનેલો છે. ચમચીમાં શું હતું, મીઠું અથવા ખાંડ, તે હવે સમગ્ર પાણીમાં ફેલાઈ ગયું છે. આને આકૃતિ 1.1 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 1.1: જ્યારે આપણે પાણીમાં મીઠું ઓગાળીએ છીએ, ત્યારે મીઠાના કણો પાણીના કણો વચ્ચેની જગ્યામાં પ્રવેશ કરે છે.

1.1.2 પદાર્થના આ કણો કેટલા નાના છે?

પ્રવૃત્તિ 1.2

• $2-3$ પોટેશિયમ પરમેંગેનેટના સ્ફટિકો લો અને તેને $100 mL$ પાણીમાં ઓગાળો.$\cdot$

• આ દ્રાવણમાંથી લગભગ $10 mL$ લો અને તેને $90 mL$ સ્વચ્છ પાણીમાં મૂકો.

• આ દ્રાવણમાંથી $10 mL$ લો અને તેને બીજા $90 mL$ સ્વચ્છ પાણીમાં મૂકો. આ રીતે દ્રાવણને 5 થી 8 વખત પાતળું કરતા રહો.

• શું પાણી હજુ પણ રંગીન છે?

આકૃતિ 1.2: પદાર્થના કણો કેટલા નાના છે તેનો અંદાજ કાઢવો. દરેક પાતળા કરવાની ક્રિયા સાથે, રંગ હળવો થાય છે છતાં, તે હજુ દેખાય છે.

આ પ્રયોગ દર્શાવે છે કે પોટેશિયમ પરમેંગેનેટના માત્ર થોડા સ્ફટિકો પણ મોટા જથ્થાના પાણીને (લગભગ $1000 L$ ) રંગીન કરી શકે છે. તેથી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવીએ છીએ કે પોટેશિયમ પરમેંગેનેટના માત્ર એક સ્ફટિકમાં લાખો નન્હાણા કણો હોવા જોઈએ, જે પોતાને નાના અને નાના કણોમાં વિભાજિત કરતા રહે છે.

આ જ પ્રવૃત્તિ પોટેશિયમ પરમેંગેનેટને બદલે $2 ml$ ડેટોલનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. વારંવાર પાતળું કરવા છતાં પણ તેની ગંધ શોધી શકાય છે.

પદાર્થના કણો ખૂબ જ નાના છે, તેઓ આપણી કલ્પનાથી પણ નાના છે!!!!

1.2 પદાર્થના કણોની લાક્ષણિકતાઓ

1.2.1 પદાર્થના કણો વચ્ચે જગ્યા હોય છે

પ્રવૃત્તિ 1.1 અને 1.2 માં આપણે જોયું કે ખાંડ, મીઠું, ડેટોલ અથવા પોટેશિયમ પરમેંગેનેટના કણો પાણીમાં સમાન રીતે વિતરિત થઈ ગયા. તે જ રીતે, જ્યારે આપણે ચા, કોફી અથવા લીંબુ પાણી બનાવીએ છીએ, ત્યારે એક પ્રકારના પદાર્થના કણો બીજા પદાર્થના કણો વચ્ચેની જગ્યામાં પ્રવેશ કરે છે. આ દર્શાવે છે કે પદાર્થના કણો વચ્ચે પૂરતી જગ્યા હોય છે.

1.2.2 પદાર્થના કણો સતત ગતિમાં હોય છે

પ્રવૃત્તિ 1.3

• તમારા વર્ગના એક ખૂણામાં એક બિનજળતી અગરબત્તી મૂકો. તેની ગંધ મેળવવા માટે તમારે તેની નજીક કેટલા નજીક જવું પડે?

• હવે અગરબત્તી સળગાવો. શું થાય છે? શું તમે થોડા અંતરે બેસીને ગંધ મેળવો છો?

• તમારા અવલોકનો નોંધો.

પ્રવૃત્તિ 1.4

• પાણીથી ભરેલા બે ગ્લાસ/બીકર લો.

• પ્રથમ બીકરમાં ધીમે ધીમે અને કાળજીપૂર્વક બાજુઓથી વાદળી અથવા લાલ શાહીનું એક ટીપું મૂકો અને બીજા બીકરમાં તે જ રીતે મધ મૂકો.

• તેમને તમારા ઘરમાં અથવા વર્ગના ખૂણામાં અવ્યવસ્થિત છોડી દો.

• તમારા અવલોકનો નોંધો.

• શાહીનું ટીપું ઉમેર્યા પછી તરત જ તમે શું અવલોકન કરો છો?

• મધનું ટીપું ઉમેર્યા પછી તરત જ તમે શું અવલોકન કરો છો?

• શાહીનો રંગ સમગ્ર પાણીમાં સમાન રીતે ફેલાવા માટે કેટલા કલાક અથવા દિવસો લાગે છે?

પ્રવૃત્તિ 1.5

• ગરમ પાણીના એક ગ્લાસમાં અને બીજા ઠંડા પાણીના ગ્લાસમાં કોપર સલ્ફેટ અથવા પોટેશિયમ પરમેંગેનેટનો એક સ્ફટિક ફેંકો. દ્રાવણને હલાવશો નહીં. સ્ફટિકોને તળિયે બેસવા દો.

• ગ્લાસમાં ઘન સ્ફટિકની ઉપર તરત જ તમે શું અવલોકન કરો છો?

• સમય વીતતા શું થાય છે?

• ઘન અને પ્રવાહીના કણો વિશે આ શું સૂચવે છે?

• શું મિશ્રણનો દર તાપમાન સાથે બદલાય છે? શા માટે અને કેવી રીતે?

ઉપરની ત્રણ પ્રવૃત્તિઓ ($1.3,1.4$ અને 1.5) થી, આપણે નીચેના નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ:

પદાર્થના કણો સતત ગતિમાં હોય છે, એટલે કે, તેમાં જેને આપણે ગતિ ઊર્જા કહીએ છીએ તે હોય છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, કણો વધુ ઝડપથી ફરે છે. તેથી, આપણે કહી શકીએ કે તાપમાનમાં વધારા સાથે કણોની ગતિ ઊર્જા પણ વધે છે.

ઉપરની ત્રણ પ્રવૃત્તિઓમાં આપણે અવલોકન કરીએ છીએ કે પદાર્થના કણો પોતાની મેળે એકબીજા સાથે મિશ્ર થાય છે. તેઓ કણો વચ્ચેની જગ્યામાં પ્રવેશ કરીને આવું કરે છે. બે જુદા જુદા પ્રકારના પદાર્થના કણોનું આ પોતાની મેળે મિશ્ર થવાને વિસરણ કહેવામાં આવે છે. આપણે એ પણ અવલોકન કરીએ છીએ કે ગરમ કરવાથી, વિસરણ ઝડપી બને છે. આવું શા માટે થાય છે?

1.2.3 પદાર્થના કણો એકબીજાને આકર્ષે છે

પ્રવૃત્તિ 1.6

• મેદાનમાં આ રમત રમો- ચાર જૂથો બનાવો અને સૂચવ્યા પ્રમાણે માનવ શૃંખલા બનાવો:

• પ્રથમ જૂથે એકબીજાને પાછળથી પકડવા અને ઇડુ-મિશ્મી નૃત્ય કરનારાઓ (આકૃતિ 1.3) જેવા હાથ બાંધવા.

• બીજા જૂથે હાથ પકડીને માનવ શૃંખલા બનાવવી.

• ત્રીજા જૂથે ફક્ત તેમની આંગળીઓના ટેરવા સાથે એકબીજાને સ્પર્શ કરીને શૃંખલા બનાવવી.

• હવે, ચોથા જૂથના વિદ્યાર્થીઓએ ફરવું જોઈએ અને ત્રણેય માનવ શૃંખલાઓને એક પછી એક તોડીને શક્ય તેટલા નાના જૂથોમાં તોડવાનો પ્રયત્ન કરવો.

• કયું જૂથ તોડવું સૌથી સરળ હતું? શા માટે?

આકૃતિ 1.3

જો આપણે દરેક વિદ્યાર્થીને પદાર્થના કણ તરીકે ધ્યાનમાં લઈએ, તો કયા જૂથમાં કણોએ એકબીજાને મહત્તમ બળથી પકડી રાખ્યા હતા?

પ્રવૃત્તિ 1.7

• એક લોખંડની ખીલી, ચાકનો ટુકડો અને રબરની પટ્ટી લો.

• હથોડી મારીને, કાપીને અથવા ખેંચીને તેમને તોડવાનો પ્રયત્ન કરો.

• ઉપરની ત્રણેય પદાર્થોમાંથી તમને શું લાગે છે કે કઈમાં કણો વધુ બળથી એકસાથે રહે છે?

પ્રવૃત્તિ 1.8

• એક પાત્રમાં થોડું પાણી લો, તમારી આંગળીઓથી પાણીની સપાટી કાપવાનો પ્રયત્ન કરો.

• શું તમે પાણીની સપાટી કાપી શક્યા?

• પાણીની સપાટી એકસાથે રહેવાનું કારણ શું હોઈ શકે?

ઉપરની ત્રણ પ્રવૃત્તિઓ (1.6, 1.7 અને 1.8) સૂચવે છે કે પદાર્થના કણો વચ્ચે કાર્યરત બળ હોય છે. આ બળ કણોને એકસાથે રાખે છે. આ આકર્ષણ બળની તાકાત એક પ્રકારના પદાર્થથી બીજા પ્રકારના પદાર્થમાં બદલાય છે.

1.3 પદાર્થની અવસ્થાઓ

તમારી આસપાસના વિવિધ પ્રકારના પદાર્થોનું અવલોકન કરો. તેની વિવિધ અવસ્થાઓ કઈ છે? આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે આપણી આસપાસનો પદાર્થ ત્રણ જુદી જુદી અવસ્થાઓમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે- ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ. પદાર્થના કણોની લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફારને કારણે પદાર્થની આ અવસ્થાઓ ઉદ્ભવે છે.

હવે, ચાલો આ ત્રણેય અવસ્થાઓના ગુણધર્મો વિશે વિગતવાર અભ્યાસ કરીએ.

1.3.1 ઘન અવસ્થા

પ્રવૃત્તિ 1.9

• નીચેની વસ્તુઓ એકઠી કરો - એક પેન, એક પુસ્તક, એક સોય અને લાકડાની લાકડીનો ટુકડો.

• તેમની આસપાસ પેન્સિલ ફેરવીને ઉપરની વસ્તુઓનો આકાર તમારી નોટબુકમાં ચિત્રિત કરો.

• શું આ બધાનો નિશ્ચિત આકાર, સ્પષ્ટ સીમાઓ અને નિશ્ચિત કદ છે?

• જો તેમને હથોડી મારવામાં આવે, ખેંચવામાં આવે અથવા પડવા દેવામાં આવે તો શું થાય?

• શું તે એકબીજામાં વિસરી શકે છે?

• બળ લગાવીને તેમને સંકુચિત કરવાનો પ્રયત્ન કરો. શું તમે તેમને સંકુચિત કરી શકો છો?

ઉપરનાં બધાં ઘનના ઉદાહરણો છે. આપણે અવલોકન કરી શકીએ છીએ કે આ બધાનો નિશ્ચિત આકાર, સ્પષ્ટ સીમાઓ અને નિશ્ચિત કદ હોય છે, એટલે કે, નગણ્ય સંકોચનીયતા ધરાવે છે. ઘનોમાં બાહ્ય બળ લાગુ પડતા તેમનો આકાર જાળવી રાખવાની વૃત્તિ હોય છે. ઘનો બળ હેઠળ તૂટી શકે છે પરંતુ તેમનો આકાર બદલવો મુશ્કેલ છે, તેથી તે કઠોર હોય છે.

નીચેનો વિચાર કરો:

(એ) રબરની પટ્ટી વિશે શું, શું તે ખેંચવાથી તેનો આકાર બદલી શકે છે? શું તે ઘન છે?

(બી) ખાંડ અને મીઠું વિશે શું? જ્યારે જુદા જુદા જારમાં રાખવામાં આવે છે ત્યારે તે જારનો આકાર લે છે. શું તે ઘન છે?

(સી) સ્પંજ વિશે શું? તે ઘન છે છતાં આપણે તેને સંકુચિત કરી શકીએ છીએ. શા માટે?

ઉપરનાં બધાં ઘન છે કારણ કે:

• રબરની પટ્ટી બળ હેઠળ આકાર બદલે છે અને બળ દૂર થતાં તે જ આકાર પાછો મેળવે છે. જો અતિશય બળ લાગુ પાડવામાં આવે, તો તે તૂટી જાય છે.
• દરેક ખાંડ અથવા મીઠાના સ્ફટિકનો આકાર નિશ્ચિત રહે છે, ભલે આપણે તેને હાથમાં લઈએ, પ્લેટમાં મૂકીએ અથવા જારમાં મૂકીએ.
• સ્પંજમાં સૂક્ષ્મ છિદ્રો હોય છે, જેમાં હવા ફસાયેલી હોય છે, જ્યારે આપણે તેને દબાવીએ છીએ, ત્યારે હવા બહાર નીકળી જાય છે અને આપણે તેને સંકુચિત કરી શકીએ છીએ.

1.3.2 પ્રવાહી અવસ્થા

પ્રવૃત્તિ 1.10

• નીચેનું એકત્રિત કરો:

(એ) પાણી, રસોઈનું તેલ, દૂધ, રસ, ઠંડું પીણું.

(બી) વિવિધ આકારના પાત્રો. પ્રયોગશાળામાંથી માપન સિલિન્ડરનો ઉપયોગ કરીને આ પાત્રો પર $50 mL$ નિશાની મૂકો.

• જો આ પ્રવાહીઓ ફર્શ પર ઢોળાઈ જાય તો શું થશે?

• કોઈ પણ એક પ્રવાહીનું $50 mL$ માપો અને તેને એક પછી એક વિવિધ પાત્રોમાં સ્થાનાંતરિત કરો.

• શું કદ એક જ રહે છે?

• શું પ્રવાહીનો આકાર એક જ રહે છે?

• જ્યારે તમે પ્રવાહીને એક પાત્રમાંથી બીજા પાત્રમાં રેડો છો, ત્યારે શું તે સરળતાથી વહે છે?

આપણે અવલોકન કરીએ છીએ કે પ્રવાહીઓનો નિશ્ચિત આકાર નથી પરંતુ નિશ્ચિત કદ હોય છે. તેઓ જે પાત્રમાં રાખવામાં આવે છે તે પાત્રનો આકાર લે છે. પ્રવાહીઓ વહે છે અને આકાર બદલે છે, તેથી તે કઠોર નથી પરંતુ તેને પ્રવાહી કહી શકાય.

પ્રવૃત્તિ 1.4 અથવા 1.5 નો સંદર્ભ લો જ્યાં આપણે જોયું કે ઘન અને પ્રવાહીઓ પ્રવાહીઓમાં વિસરી શકે છે. વાતાવરણમાંથી વાયુઓ પાણીમાં વિસરી જાય છે અને ઓગળી જાય છે. આ વાયુઓ, ખાસ કરીને ઓક્સિજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, જળચર પ્રાણીઓ અને છોડના અસ્તિત્વ માટે આવશ્યક છે.

બધા જીવંત પ્રાણીઓને અસ્તિત્વ માટે શ્વાસ લેવાની જરૂર છે. પાણીમાં ઓગળેલા ઓક્સિજનની હાજરીને કારણે જળચર પ્રાણીઓ પાણીની અંદર શ્વાસ લઈ શકે છે. આમ, આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ કે ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ પ્રવાહીઓમાં વિસરી શકે છે. પ્રવાહીઓના વિસરણનો દર ઘનના દર કરતાં વધારે હોય છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રવાહી અવસ્થામાં, કણો મુક્ત રીતે ફરે છે અને ઘન અવસ્થાના કણોની તુલનામાં એકબીજા વચ્ચે વધુ જગ્યા હોય છે.

1.3.3 વાયુ અવસ્થા

શું તમે ક્યારેય એક ગેસના સિલિન્ડરમાંથી ગુબ્બારા વેચનારને મોટી સંખ્યામાં ગુબ્બારા ભરતા જોયા છે? તેની પાસેથી પૂછો કે તે એક સિલિન્ડરમાંથી કેટલા ગુબ્બારા ભરી શકે છે. તેને પૂછો કે સિલિન્ડરમાં કયો વાયુ છે.

પ્રવૃત્તિ 1.11

• ત્રણ $100 mL$ સિરિંજ લો અને તેમના નોઝલને રબરના કોર્ક દ્વારા બંધ કરો, જેમ કે આકૃતિ 1.4 માં દર્શાવેલ છે.

• બધી સિરિંજમાંથી પિસ્ટન કાઢી નાખો.

• એક સિરિંજને અડચણ વગર છોડીને, બીજામાં પાણી ભરો અને ત્રીજામાં ચાકના ટુકડા ભરો.

• સિરિંજમાં પિસ્ટન પાછા દાખલ કરો. તેમના સરળ ગતિ માટે સિરિંજમાં દાખલ કરતા પહેલા તમે પિસ્ટન પર થોડું વેસેલિન લગાવી શકો છો.

• હવે, દરેક સિરિંજમાં પિસ્ટનને ધકેલીને સમાવિષ્ટને સંકુચિત કરવાનો પ્રયત્ન કરો.

આકૃતિ 1.4

• તમે શું અવલોકન કરો છો