આપણે બજારમાંથી ખરીદેલું દૂધ, ઘી, માખણ, મીઠું, મસાલા, ખનિજ પાણી અથવા રસ શુદ્ધ છે કે નહીં તેનો નિર્ણય કેવી રીતે કરીએ?

આકૃતિ 2.1: કેટલાક ઉપભોગ્ય વસ્તુઓ

શું તમે ક્યારેય આ ઉપભોગ્ય વસ્તુઓના પેક પર ‘શુદ્ધ’ શબ્દ લખેલો નોંધ્યો છે? એક સામાન્ય વ્યક્તિ માટે શુદ્ધનો અર્થ મિશ્રણ વગરનું હોય છે. પરંતુ, વૈજ્ઞાનિક માટે આ બધી વસ્તુઓ ખરેખર જુદા જુદા પદાર્થોના મિશ્રણ છે અને તેથી શુદ્ધ નથી. ઉદાહરણ તરીકે, દૂધ ખરેખર પાણી, ચરબી, પ્રોટીન વગેરેનું મિશ્રણ છે. જ્યારે વૈજ્ઞાનિક કહે છે કે કોઈ વસ્તુ શુદ્ધ છે, તો તેનો અર્થ એ છે કે તે પદાર્થના બધા ઘટક કણો તેમની રાસાયણિક પ્રકૃતિમાં સમાન છે. શુદ્ધ પદાર્થ એક જ પ્રકારના કણો ધરાવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પદાર્થ એ પદાર્થનું શુદ્ધ એકલ સ્વરૂપ છે.

જેમ આપણે ચારે બાજુ જોઈએ છીએ, તેમ આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે આપણી આસપાસનો મોટાભાગનો પદાર્થ બે અથવા વધુ શુદ્ધ ઘટકોના મિશ્રણ તરીકે અસ્તિત્વમાં છે, ઉદાહરણ તરીકે, સમુદ્રનું પાણી, ખનિજો, માટી વગેરે બધાં જ મિશ્રણો છે.

2.1 મિશ્રણ શું છે?

મિશ્રણ એક કરતાં વધુ પ્રકારના પદાર્થના શુદ્ધ સ્વરૂપથી બનેલા હોય છે. આપણે જાણીએ છીએ કે ઓગળેલું સોડિયમ ક્લોરાઇડ પાણીમાંથી બાષ્પીભવનની ભૌતિક પ્રક્રિયા દ્વારા અલગ કરી શકાય છે. જોકે, સોડિયમ ક્લોરાઇડ પોતે જ એક શુદ્ધ પદાર્થ છે અને તેને તેના રાસાયણિક ઘટકોમાં ભૌતિક પ્રક્રિયા દ્વારા અલગ કરી શકાતું નથી. તે જ રીતે, ખાંડ એ એવો પદાર્થ છે જેમાં ફક્ત એક જ પ્રકારનો શુદ્ધ પદાર્થ હોય છે અને તેની રચના સમગ્રમાં સમાન હોય છે.

સોફ્ટ ડ્રિંક અને માટી એક જ શુદ્ધ પદાર્થ નથી. શુદ્ધ પદાર્થનો સ્ત્રોત ગમે તે હોય, તેમાં હંમેશા સમાન લાક્ષણિક ગુણધર્મો હશે.

તેથી, આપણે કહી શકીએ કે મિશ્રણમાં એક કરતાં વધુ શુદ્ધ પદાર્થ હોય છે.

2.1.1 મિશ્રણના પ્રકાર

મિશ્રણ બનાવતા ઘટકોની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખીને, આપણી પાસે જુદા જુદા પ્રકારના મિશ્રણો હોઈ શકે છે.

પ્રવૃત્તિ 2.1

ચાલો વર્ગને A, $B, C$ અને $D$ જૂથોમાં વહેંચીએ.

• જૂથ A એક બીકર લે છે જેમાં $50 mL$ પાણી અને એક સ્પેચ્યુલા ભરી કોપર સલ્ફેટ પાવડર હોય. જૂથ B એક બીકરમાં $50 mL$ પાણી અને બે સ્પેચ્યુલા ભરી કોપર સલ્ફેટ પાવડર લે છે.

• જૂથ C અને D જુદી જુદી માત્રામાં કોપર સલ્ફેટ અને પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ અથવા સામાન્ય મીઠું (સોડિયમ ક્લોરાઇડ) લઈને આપેલા ઘટકોને મિશ્ર કરી મિશ્રણ બનાવી શકે છે. રંગ અને પોતમાં એકરૂપતા પરના અવલોકનોનો અહેવાલ આપો.

• જૂથ A અને B ને એક મિશ્રણ મળ્યું છે જેની રચના સમગ્રમાં એકસમાન છે. આવા મિશ્રણોને સમાનરૂપી મિશ્રણો અથવા દ્રાવણો કહેવામાં આવે છે. આવા મિશ્રણોના કેટલાક અન્ય ઉદાહરણો છે: (i) પાણીમાં ઓગળેલું મીઠું અને (ii) પાણીમાં ઓગળેલી ખાંડ. બંને જૂથોના દ્રાવણોના રંગની તુલના કરો. બંને જૂથોને કોપર સલ્ફેટનું દ્રાવણ મળ્યું છે પરંતુ દ્રાવણોના રંગની તીવ્રતા જુદી જુદી છે. આ દર્શાવે છે કે સમાનરૂપી મિશ્રણમાં ચલ રચના હોઈ શકે છે.

• જૂથ C અને D ને મિશ્રણો મળ્યાં છે, જેમાં ભૌતિક રીતે અલગ ભાગો હોય છે અને અસમાન રચના ધરાવે છે. આવા મિશ્રણોને વિષમરૂપી મિશ્રણો કહેવામાં આવે છે. સોડિયમ ક્લોરાઇડ અને આયર્ન ફાઇલિંગ્સ, મીઠું અને સલ્ફર, અને તેલ અને પાણીના મિશ્રણો વિષમરૂપી મિશ્રણોના ઉદાહરણો છે.

પ્રવૃત્તિ 2.2

• ચાલો ફરી એકવાર વર્ગને ચાર જૂથો- A, B, C અને D માં વહેંચીએ.

• દરેક જૂથને નીચેના નમૂનાઓ વહેંચો:

  • જૂથ A માટે કોપર સલ્ફેટના થોડા સ્ફટિકો.

  • જૂથ B માટે એક સ્પેચ્યુલા ભરી કોપર સલ્ફેટ.

  • જૂથ $C$ માટે ચૉક પાવડર અથવા ઘઉંનો લોટ.

  • જૂથ D માટે દૂધ અથવા શાહીની થોડી ટીપાં.

• દરેક જૂથે આપેલા નમૂનાને પાણીમાં ઉમેરવો જોઈએ અને કાચની લાકડીનો ઉપયોગ કરીને યોગ્ય રીતે ચલાવવું જોઈએ. શું મિશ્રણમાં કણો દેખાય છે?

• મિશ્રણ ધરાવતા બીકરમાંથી ટૉર્ચનો પ્રકાશનો કિરણ દોરો અને સામેની બાજુથી નિરીક્ષણ કરો. શું પ્રકાશના કિરણનો માર્ગ દેખાતો હતો?

• મિશ્રણને થોડી મિનિટો સુધી અવિચલિત છોડી દો (અને આ દરમિયાન ગાળણ ઉપકરણ સેટ કરો). શું મિશ્રણ સ્થિર છે અથવા થોડા સમય પછી કણો સ્થિર થવાનું શરૂ થાય છે?

• મિશ્રણને ગાળો. શું ફિલ્ટર પેપર પર કોઈ અવશેષ છે?

• પરિણામોની ચર્ચા કરો અને એક અભિપ્રાય બનાવો.

  જૂથ $A$ અને $B$ ને દ્રાવણ મળ્યું છે.

  જૂથ $C$ ને નિલંબન મળ્યું છે.

  જૂથ D ને કોલોઇડલ દ્રાવણ મળ્યું છે.

આકૃતિ 2.2: ગાળણ

હવે, આપણે નીચેના વિભાગોમાં દ્રાવણો, નિલંબનો અને કોલોઇડલ દ્રાવણો વિશે શીખીશું.

2.2 દ્રાવણ શું છે?

દ્રાવણ એ બે અથવા વધુ પદાર્થોનું સમાનરૂપી મિશ્રણ છે. તમે તમારા રોજિંદા જીવનમાં વિવિધ પ્રકારના દ્રાવણો સાથે મળો છો. લીંબુ પાણી, સોડા વોટર વગેરે બધાં જ દ્રાવણોના ઉદાહરણો છે. સામાન્ય રીતે આપણે દ્રાવણને પ્રવાહી તરીકે વિચારીએ છીએ જેમાં કોઈ ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુ ઓગળેલો હોય. પરંતુ, આપણી પાસે ઘન દ્રાવણો (મિશ્રધાતુઓ) અને વાયુયુક્ત દ્રાવણો (હવા) પણ હોઈ શકે છે. દ્રાવણમાં કણ સ્તરે એકરૂપતા હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીંબુ પાણીનો સ્વાદ સમગ્રમાં સમાન હોય છે. આ દર્શાવે છે કે ખાંડ અથવા મીઠાના કણો દ્રાવણમાં સમાન રીતે વિતરિત થયેલા છે.

મિશ્રધાતુઓ: મિશ્રધાતુઓ એ બે અથવા વધુ ધાતુઓ અથવા એક ધાતુ અને એક અધાતુનાં મિશ્રણો છે અને તેમને તેમના ઘટકોમાં ભૌતિક પદ્ધતિઓ દ્વારા અલગ કરી શકાતા નથી. પરંતુ છતાં, મિશ્રધાતુને મિશ્રણ ગણવામાં આવે છે કારણ કે તે તેના ઘટકોના ગુણધર્મો દર્શાવે છે અને તેમાં ચલ રચના હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પિત્તળ એ લગભગ $30 %$ ઝિંક અને $70 %$ કોપરનું મિશ્રણ છે.

દ્રાવણમાં દ્રાવક અને દ્રાવ્ય તેના ઘટકો તરીકે હોય છે. દ્રાવણનો જે ઘટક બીજા ઘટકને તેમાં ઓગાળે છે (સામાન્ય રીતે મોટી માત્રામાં હાજર ઘટક) તેને દ્રાવક કહેવામાં આવે છે. દ્રાવણનો જે ઘટક દ્રાવકમાં ઓગળેલો હોય છે (સામાન્ય રીતે ઓછી માત્રામાં હાજર) તેને દ્રાવ્ય કહેવામાં આવે છે.

ઉદાહરણો:

(i) પાણીમાં ખાંડનું દ્રાવણ એ પ્રવાહીમાં ઘનનું દ્રાવણ છે. આ દ્રાવણમાં, ખાંડ દ્રાવ્ય છે અને પાણી દ્રાવક છે.

(ii) આયોડિનનું એલ્કોહોલમાં દ્રાવણ, જેને ‘ટિંક્ચર ઑફ આયોડિન’ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તેમાં આયોડિન (ઘન) દ્રાવ્ય છે અને એલ્કોહોલ (પ્રવાહી) દ્રાવક છે.

(iii) સોડા વોટર જેવા એરેટેડ પીણાં વગેરે પ્રવાહીમાં વાયુનાં દ્રાવણો છે. આમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (વાયુ) દ્રાવ્ય તરીકે અને પાણી (પ્રવાહી) દ્રાવક તરીકે હોય છે.

(iv) હવા એ વાયુમાં વાયુનું મિશ્રણ છે. હવા એ અનેક વાયુઓનું સમાનરૂપી મિશ્રણ છે. તેના બે મુખ્ય ઘટકો છે: ઑક્સિજન $(21 %)$ અને નાઇટ્રોજન (78%). અન્ય વાયુઓ ખૂબ જ ઓછી માત્રામાં હાજર હોય છે.

દ્રાવણના ગુણધર્મો

• દ્રાવણ એ સમાનરૂપી મિશ્રણ છે.

• દ્રાવણના કણો $1 nm(10^{-9}.$ મીટર $)$ વ્યાસ કરતાં નાના હોય છે. તેથી, તે નરી આંખોથી જોઈ શકાતા નથી.

• ખૂબ જ નાના કણના કદને કારણે, તેઓ દ્રાવણમાંથી પસાર થતા પ્રકાશના કિરણને વિખેરતા નથી. તેથી, દ્રાવણમાં પ્રકાશનો માર્ગ દેખાતો નથી.

• દ્રાવ્ય કણોને ગાળણની પ્રક્રિયા દ્વારા મિશ્રણમાંથી અલગ કરી શકાતા નથી. દ્રાવ્ય કણો અવિચલિત છોડી દેવામાં આવે ત્યારે સ્થિર થતા નથી, એટલે કે, દ્રાવણ સ્થિર છે.

2.2.1 દ્રાવણની સાંદ્રતા

પ્રવૃત્તિ 2.2 માં, આપણે નિરીક્ષણ કર્યું કે જૂથ A અને B ને દ્રાવણોના જુદા જુદા રંગના છાંયા મળ્યા. તેથી, આપણે સમજીએ છીએ કે દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય અને દ્રાવકનો સાપેક્ષ પ્રમાણ બદલી શકાય છે. દ્રાવણમાં હાજર દ્રાવ્યની માત્રા પર આધાર રાખીને, તેને પાતળું, સાંદ્ર અથવા સંતૃપ્ત દ્રાવણ કહી શકાય. પાતળું અને સાંદ્ર એ સરખામણીની શરતો છે. પ્રવૃત્તિ 2.2 માં, જૂથ A દ્વારા મેળવેલ દ્રાવણ જૂથ B દ્વારા મેળવેલ દ્રાવણની તુલનામાં પાતળું છે.

પ્રવૃત્તિ 2.3

• બે અલગ અલગ બીકરમાં દરેકમાં લગભગ $50 mL$ પાણી લો.

• એક બીકરમાં મીઠું અને બીજા બીકરમાં સતત ચલાવતા ખાંડ અથવા બેરિયમ ક્લોરાઇડ ઉમેરો. જ્યારે વધુ દ્રાવ્ય ઓગળી શકતું નથી, ત્યારે તાપમાન લગભગ $5^{\circ} C$ વધારવા માટે બીકરની સામગ્રીને ગરમ કરો.

• ફરીથી દ્રાવ્ય ઉમેરવાનું શરૂ કરો.

શું આપેલા તાપમાને પાણીમાં ઓગળી શકતા મીઠા અને ખાંડ અથવા બેરિયમ ક્લોરાઇડની માત્રા સમાન છે?

કોઈ પણ ચોક્કસ તાપમાને, એક દ્રાવણ જેટલું દ્રાવ્ય ઓગાળવા સક્ષમ હોય તેટલું દ્રાવ્ય ઓગળેલું હોય તેને સંતૃપ્ત દ્રાવણ કહેવામાં આવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યારે આપેલા તાપમાને દ્રાવણમાં વધુ દ્રાવ્ય ઓગળી શકતું નથી, ત્યારે તેને સંતૃપ્ત દ્રાવણ કહેવામાં આવે છે. આ તાપમાને સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં હાજર દ્રાવ્યની માત્રાને તેની દ્રાવ્યતા કહેવામાં આવે છે.

જો દ્રાવણમાં હાજર દ્રાવ્યની માત્રા સંતૃપ્તિ સ્તર કરતાં ઓછી હોય, તો તેને અસંતૃપ્ત દ્રાવણ કહેવામાં આવે છે.

જો તમે ચોક્કસ તાપમાને સંતૃપ્ત દ્રાવણ લો અને તેને ધીમે ધીમે ઠંડુ કરો તો શું થશે?

ઉપરોક્ત પ્રવૃત્તિમાંથી આપણે અનુમાન કરી શકીએ છીએ કે આપેલ દ્રાવકમાં જુદા જુદા પદાર્થોની સમાન તાપમાને જુદી જુદી દ્રાવ્યતા હોય છે.

દ્રાવણની સાંદ્રતા એ આપેલા દ્રાવણની માત્રા (દળ અથવા કદ)માં હાજર દ્રાવ્યની માત્રા (દળ અથવા કદ) છે.

દ્રાવણની સાંદ્રતા વ્યક્ત કરવાની વિવિધ રીતો છે, પરંતુ અહીં આપણે ફક્ત ત્રણ પદ્ધતિઓ શીખીશું.

(i) દ્રાવણની દળ દ્વારા દળ ટકાવારી

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

(ii) દ્રાવણની દળ દ્વારા કદ ટકાવારી

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

(iii) દ્રાવણની કદ દ્વારા કદ ટકાવારી

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

ઉદાહરણ 2.1 એક દ્રાવણમાં $40 g$ પાણીમાં $320 g$ સામાન્ય મીઠું હોય છે. દ્રાવણની દળ દ્વારા દળ ટકાવારીની દ્રષ્ટિએ સાંદ્રતા ગણો.

ઉકેલ:

દ્રાવ્ય (મીઠું)નું દળ $\quad=40 g$

દ્રાવક (પાણી)નું દળ $=320 g$

આપણે જાણીએ છીએ,

દ્રાવણનું દળ $=$ દ્રાવ્યનું દળ + દ્રાવકનું દળ

$$=40 g+320 g$$

$$=360 g$$

દ્રાવણની દળ ટકાવારી

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

2.2.2 નિલંબન શું છે?

પ્રવૃત્તિ 2.2 અસમાનરૂપી પ્રણાલીઓ, જેમ કે પ્રવૃત્તિ 2.2 માં જૂથ $C$ દ્વારા મેળવેલી, જેમાં ઘન પદાર્થો પ્રવાહીમાં વિખેરાયેલા હોય છે, તેને નિલંબન કહેવામાં આવે છે. નિલંબન એ વિષમરૂપી મિશ્રણ છે જેમાં દ્રાવ્ય કણો ઓગળતા નથી પરંતુ માધ્યમના સમગ્ર ભાગમાં નિલંબિત રહે છે. નિલંબનના કણો નરી આંખોથી દેખાય છે.

નિલંબનના ગુણધર્મો

• નિલંબન એ વિષમરૂપી મિશ્રણ છે.

• નિલંબનના કણો નરી આંખોથી જોઈ શકાય છે.

• નિલંબનના કણો તેમાંથી પસાર થતા પ્રકાશના કિરણને વિખેરે છે અને તેનો માર્ગ દૃશ્યમાન બનાવે છે.

• જ્યારે નિલંબનને અવિચલિત છોડી દેવામાં આવે ત્યારે દ્રાવ્ય કણો સ્થિર થઈ જાય છે, એટલે કે, નિલંબન અસ્થિર છે. તેમને ગાળણની પ્રક્રિયા દ્વારા મિશ્રણમાંથી અલગ કરી શકાય છે. જ્યારે કણો સ્થિર થાય છે, ત્યારે નિલંબન તૂટી જાય છે અને તે હવે પ્રકાશને વિખેરતું નથી.

2.2.3 કોલોઇડલ દ્રાવણ શું છે?

પ્રવૃત્તિ 2.2 પ્રવૃત્તિ 2.2 માં જૂથ D દ્વારા મેળવેલા મિશ્રણને કોલોઇડ અથવા કોલોઇડલ દ્રાવણ કહેવામાં આવે છે. કોલોઇડના કણો દ્રાવણમાં સમાન રીતે ફેલાયેલા હોય છે. નિલંબનની તુલનામાં સંબંધિત રીતે નાના કદના કણોને કારણે, મિશ્રણ સમાનરૂપી દેખાય છે. પરંતુ ખરેખર, કોલોઇડલ દ્રાવણ એ વિષમરૂપી મિશ્રણ છે, ઉદાહરણ તરીકે, દૂધ.

કોલોઇડલ કણોના નાના કદને કારણે, આપણે તેમને નરી આંખોથી જોઈ શકતા નથી. પરંતુ, આ કણો પ્રવૃત્તિ 2.2 માં નિરીક્ષણ કર્યા પ્રમાણે દૃશ્યમાન પ્રકાશના કિરણને સરળતાથી વિખેરી શકે છે. પ્રકાશના કિરણના આ વિખેરવાને ટિન્ડલ અસર કહેવામાં આવે છે, જે અસર શોધનાર વૈજ્ઞાનિકના નામ પરથી.

જ્યારે પ્રકાશનો સૂક્ષ્મ કિરણ એક નાના છિદ્ર દ્વારા ઓરડામાં પ્રવેશે છે ત્યારે પણ ટિન્ડલ અસર જોઈ શકાય છે. આ હવામાં ધૂળ અને ધુમાડાના કણો દ્વારા પ્રકાશના વિખેરવાને કારણે થાય છે.

આકૃતિ 2.3: (a) કોપર સલ્ફેટનું દ્રાવણ ટિન્ડલ અસર દર્શાવતું નથી, (b) પાણી અને દૂધનું મિશ્રણ ટિન્ડલ અસર દર્શાવે છે.

જ્યારે સૂર્યપ્રકાશ ગાઢ જંગલના છત્રમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે ટિન્ડલ અસર જોઈ શકાય છે. જંગલમાં, ધુમ્મસમાં પાણીની નન્હી ટીપાં હોય છે, જે હવામાં વિખેરાયેલા કોલોઇડના કણો તરીકે કાર્ય કરે છે.

આકૃતિ 2.4: ટિન્ડલ અસર

કોલોઇડના ગુણધર્મો

• કોલોઇડ એ વિષમરૂપી મિશ્રણ છે.

• કોલોઇડના કણોનું કદ નરી આંખોથી વ્યક્તિગત રીતે જોવા માટે ખૂબ નાનું હોય છે.

• કોલોઇડ એટલા મોટા હોય છે કે તેમાંથી પસાર થતા પ્રકાશના કિરણને વિખેરી શકે અને તેનો માર્ગ દૃશ્યમાન બનાવી શકે.

• જ્યારે તેમને અવિચલિત છોડી દેવામાં આવે ત્યારે તેઓ સ્થિર થતા નથી, એટલે કે, ક