ठोस, तरल और गैस में कणों की विशेषताएं और संगठन

ठोस पदार्थों का आयतन। एक दूसरे के निकट एकत्रित अणु जिनमें बहुत कम गतिज ऊर्जा होती है, ठोस कहलाते हैं। ये संरचना में बहुत कठोर होते हैं तथा लगाए गए बल के प्रति प्रतिरोधी होते हैं। ठोस पदार्थों के उदाहरण हैं लकड़ी, ठोस बर्फ और चट्टान। किसी वस्तु ने कितना स्थान घेर रखा है, यही उसका आयतन है। किसी ठोस पदार्थ का आयतन घन सेंटीमीटर में मापा जाता है। किसी ठोस के अणु नियमित और अनियमित आकार के हो सकते हैं।

आयताकार आकार के ठोस पदार्थों के लिए, आयतन को लंबाई, चौड़ाई और ऊंचाई के गुणनफल से मापा जा सकता है। एक घन में सभी किनारे समान लंबाई के होते हैं। इसलिए, प्रत्येक भुजा का क्षेत्रफल बराबर है। घन का आयतन है (length)³। प्रिज्म में, आयतन आधार क्षेत्रफल और ऊंचाई का गुणनफल होता है। एक बेलन में, आयतन उसके वृत्तीय आधार के क्षेत्रफल तथा बेलन की ऊंचाई के गुणनफल के बराबर होता है। पिरामिड के लिए, आयतन आधार क्षेत्रफल और ऊंचाई के गुणनफल का एक तिहाई होता है।

आइए एक घनाभ के आयतन का उदाहरण देखें जिसकी लंबाई तीस सेंटीमीटर, चौड़ाई बीस सेंटीमीटर और ऊंचाई पंद्रह सेंटीमीटर है। आइए एक ऐसे घन का आयतन ज्ञात करें जिसका प्रत्येक किनारा छह सेंटीमीटर का हो।

ठोस पदार्थ सामान्यतः अणुओं के रूप में कठोर आकार के होते हैं, जो संपीड़ित होते हैं तथा रासायनिक बंधों द्वारा एक दूसरे से कसकर बंधे होते हैं। ये बंध ठोस, अनाकार या क्रिस्टलीय आकार दे सकते हैं। अनाकार ठोसों में अणु त्रि-आयामी संरचना में व्यवस्थित नहीं होते हैं। उदाहरणार्थ जैल और धातु ग्लास। क्रिस्टलीय ठोस में अणु त्रि-आयामी ढंग से व्यवस्थित होते हैं। कुछ उदाहरण हैं हीरा, बर्फ और नमक।

संपीडनशीलता। संपीड्यता इस बात का माप है कि दबाव डालने पर किसी ठोस पदार्थ का आयतन कितना कम हो जाता है। ठोस अणुओं पर अनिवार्यतः कोई संपीडनशीलता परिवर्तन या आयतन परिवर्तन नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ठोस पदार्थ बनाने वाले अणु बहुत कसकर पैक होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि हम ईंट या लकड़ी पर दबाव डालते हैं तो इसका आयतन नहीं बदलेगा, इसलिए संपीडनशीलता में शून्य परिवर्तन होगा।

घनत्व। घनत्व किसी पदार्थ का निश्चित आयतन में द्रव्यमान है। ठोसों का घनत्व द्रवों और गैसों की तुलना में अधिक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कण एक दूसरे से काफी करीब से जुड़े हुए हैं। घनत्व को द्रव्यमान को आयतन से विभाजित करके मापा जा सकता है। लोहा एक ठोस पदार्थ है जिसका घनत्व 7800 किलोग्राम प्रति घन मीटर है। लोहे का वजन अठहत्तर सौ किलोग्राम होता है, इसलिए मानक दबाव और कमरे के तापमान पर इसका घनत्व अठहत्तर सौ किलोग्राम प्रति घन होता है।

तरल आकार। तरल पदार्थों का कोई निश्चित आकार नहीं होता। यह जिस बर्तन में रखा जाता है, उसका आकार ले लेता है। चूंकि द्रव कण एक दूसरे से कसकर पैक नहीं होते हैं और स्वतंत्र रूप से घूमते हैं, इसलिए ये अणु स्वतंत्र रूप से घूमते हैं और द्रव के आकार को परिवर्तनशील बनाते हैं। कणों के बीच केवल सीमित स्थान होता है। उदाहरण के लिए, दूध एक तरल पदार्थ है। यह जिस बर्तन में रखा जाता है, उसका आकार ले लेता है। लेकिन इसका आयतन वही रहता है।

आयतन चूँकि आयतन किसी पदार्थ द्वारा घेरे गए स्थान का माप मात्र है। द्रव अणु स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं लेकिन एक साथ पैक होते हैं और उनका आयतन निश्चित होता है। इसे लीटर या मिलीलीटर इकाई में क्षमता के रूप में भी संदर्भित किया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि गिलास में एक सौ पचास मिलीलीटर पानी आ सकता है। हम इस गिलास को पानी से भरेंगे इसका आयतन एक सौ पचास मिलीलीटर है। द्रव का आयतन वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क, बीकर और अन्य ऐसे उपकरणों में मापा जा सकता है।

संपीडनशीलता। तरल पदार्थों की संपीडनशीलता ठोस पदार्थों की तुलना में अधिक होती है, क्योंकि तरल पदार्थों के अणुओं के बीच सीमित स्थान होता है। जब तरल पदार्थ पर दबाव डाला जाता है तो अणुओं का घनत्व बदल जाता है और वे एक सीमा तक संपीड़ित हो जाते हैं। द्रव की संपीडनशीलता ठोस की तुलना में अधिक तथा गैस की तुलना में कम होती है।

उदाहरण के लिए, एक बर्तन को ऐसे तरल पदार्थ से भरें जो बर्तन का लगभग आधा स्थान घेरता है। जब पिस्टन के माध्यम से दबाव डाला जाता है, तो तरल संपीड़ित हो जाता है और कंटेनर का एक तिहाई स्थान घेर लेता है। तरल पदार्थ को संपीड़ित करने से घनत्व भी बढ़ जाता है।

घनत्व। द्रव का घनत्व यह मापता है कि वह कितना भारी है। यदि हम किसी प्रकार के बर्तन में दो अलग-अलग तरल पदार्थों का वजन करें तो उस तरल का वजन अधिक सघन होगा। द्रव अणुओं में मजबूत अंतर-आणविक बल होते हैं, इसलिए ये गैसों की तुलना में अधिक सघन होते हैं, क्योंकि गैसों के अणुओं के बीच आकर्षण बहुत कम होता है।

उदाहरण के लिए, पानी का घनत्व एक ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर है। जबकि शहद का घनत्व 14 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर होता है। यहाँ शहद अधिक सघन है, क्योंकि पानी की तुलना में अधिक शहद को अंतरिक्ष में रखा जा सकता है। ऐसा इसलिए भी है क्योंकि शहद के अणु अधिक कठोर होते हैं।

गैसों का आयतनगैसों के अणुओं के बीच बहुत बड़ा स्थान होता है और उनके अणु स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। गैसों का आयतन निश्चित नहीं होता, वे जिस स्थान में होती हैं, उतना ही आयतन घेर लेती हैं। यदि किसी सिलेंडर में कार्बन डाइऑक्साइड गैस है तो यह सिलेंडर का आयतन बनाएगी। यदि यह किसी कमरे में है तो यह कमरे का आयतन ले लेगा।

उदाहरण के लिए, हम अणुभार और मोलर आयतन के उप-उत्पादन के रूप में गैस आयतन को लीटर या घन मीटर की इकाइयों से माप सकते हैं। सामान्य तौर पर, कमरे के तापमान पर एक मोल गैस का आयतन चौबीस घन मीटर होता है। इसे मोलर आयतन भी कहा जाता है। कमरे के तापमान पर नाइट्रोजन डाइऑक्साइड गैस का मोल 025 होता है। इसका आयतन छह लीटर है।

आकार। गैस के अणुओं का कोई निश्चित आकार नहीं होता। इसके अणुओं के बीच अंतर-आणविक बल बहुत कम होता है, इसलिए यह जिस बर्तन में रहता है, उसका स्थान घेर लेता है। गैस के कण अनियमित गति से घूमते हैं और उनके बीच आकर्षण कम या बिलकुल नहीं होता। इस परिणाम में, गैस कोई भी आयतन और आकार ले लेती है। उदाहरण के लिए, एक कंटेनर में ऑक्सीजन अणु गैस है। इसका आकार एक कंटेनर जैसा है। यदि यह गिलास में है तो यह गिलास का आकार ले लेगा। यदि यह किसी कमरे में है तो यह कमरे का आकार ले लेता है।

संपीडनशीलता। चूँकि गैस के अणुओं के बीच बहुत बड़ी जगह होती है। इसकी संपीडनशीलता बहुत अधिक है। जब किसी कंटेनर में गैस पर दबाव डाला जाता है, तो उसे बहुत छोटे स्थान तक संपीड़ित किया जा सकता है। गैसों की संपीडनशीलता तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की तुलना में अधिक होती है। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड सबसे अधिक संपीड्य गैस है क्योंकि इसके अणुओं के बीच काफी जगह होती है। हम संपीडनशीलता को इस प्रकार माप सकते हैं, कि गैस अणुओं में संपीडनशीलता गैस के आयतन को सौ में से 99 बार बदल देती है।

घनत्व। गैस का घनत्व बहुत कम होता है, लेकिन हम इसे बहुत ही विशिष्ट दबाव और तापमान पर माप सकते हैं। एसटीपी पर गैस का द्रव्यमान एक विशेष आयतन घेरता है तथा उसका घनत्व भी निश्चित होता है। चूँकि गैस के अणुओं में बहुत अधिक स्थान होता है, इसलिए उनका घनत्व तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की तुलना में बहुत कम होता हैउदाहरण के लिए, हीलियम गुब्बारा हीलियम गैस की उपस्थिति के कारण ऊपर उठता है, जो उसके आसपास की हवा की तुलना में बहुत कम घनी होती है। घनत्व को द्रव्यमान को आयतन से भाग देने के सूत्र द्वारा भी मापा जा सकता है।