संतुलन – सत्र 2

कल्पना कीजिए कि आप धूप वाले दिन एक झील के किनारे खड़े हैं। आप पानी की गहराई से बुलबुले उठते हुए देख सकते थे। क्या आपने कभी सोचा है कि ये बुलबुले क्या हैं और ये क्यों बनते हैं?। दरअसल गैस पानी में घुली हुई है। बुलबुले इसलिए बनते हैं क्योंकि प्रणाली घुली हुई गैस-गैस अवस्था का संतुलन स्थापित करने का प्रयास करती है। लेकिन विघटित गैस-गैस चरण संतुलन क्या है?। आइये इस अवधारणा को समझें।

जब कोई गैस किसी द्रव के निकट आती है, तो गैस के अणुओं और द्रव के अणुओं के बीच परस्पर क्रिया होती है। गैस के अणुओं में गतिज ऊर्जा होती है और वे अनियमित रूप से घूमते हैं। वे तरल की सतह से टकराते हैं। इन टकरावों के कारण, कुछ गैस अणु तरल अणुओं के आकर्षक बलों द्वारा पकड़ लिए जाते हैं। परिणामस्वरूप गैस के अणु द्रव अवस्था में शामिल हो जाते हैं। इस प्रक्रिया को गैस विघटन के नाम से जाना जाता है।

द्रव में गैस के घुलने की प्रक्रिया गतिशील होती है। जब द्रव और गैस पहली बार निकट आते हैं, तो अधिक गैस अणु द्रव में घुल जाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि गैस चरण में गैस अणुओं की सांद्रता अधिक होती है। जैसे-जैसे गैस द्रव में घुलती है, द्रव में गैस के अणुओं की सांद्रता बढ़ती जाती है। जब द्रव में गैस की सांद्रता बढ़ जाती है, तो कुछ घुले हुए गैस अणु भी पुनः गैसीय अवस्था में चले जाते हैं। इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण के नाम से जाना जाता है।

आणविक स्तर पर, गैस के अणु तरल में घुलते रहते हैं। इसी समय, समान संख्या में गैस अणु द्रव से निकलकर गैसीय अवस्था में चले जाते हैं। हालाँकि, किसी भी चरण में गैस की सांद्रता में कोई समग्र परिवर्तन नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि गैस अणुओं के विघटन की दर गैस अणुओं के पलायन की दर के बराबर हो जाती है। परिणामस्वरूप, घुले हुए गैस अणुओं और गैस प्रावस्था अणुओं के बीच एक गतिशील संतुलन स्थापित हो जाता है। इसे विघटित गैस-गैस चरण संतुलन भी कहा जाता है।

क्या आपने कभी वास्तविक जीवन में घुली हुई गैस और गैसीय अवस्था के बीच संतुलन देखा है?। खैर, सोडा की बोतल खोलते समय आपने भी इसका अनुभव किया होगा। जब आप सोडा की बोतल खोलते हैं, तो आपको बोतल से गैस निकलने की आवाज़ सुनाई देती है। इससे पता चलता है कि गैस सोडा की बोतलों में घुल गयी है। आइए समझते हैं कि सोडा बोतल में घुली गैस और गैस चरण के बीच संतुलन कैसे स्थापित किया जाता है।

सीलबंद सोडा बोतल में तरल पदार्थ में कार्बन डाइऑक्साइड गैस घुली होती है। विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान, सोडा कार्बोनेशन से गुजरता है। कार्बोनेशन का अर्थ है कि इसमें दबाव के तहत कार्बन डाइऑक्साइड गैस को मिलाया जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप तरल अवस्था के ऊपर गैस अवस्था में कार्बन डाइऑक्साइड गैस की सांद्रता अधिक हो जाती है।

कार्बोनेशन के दबाव के कारण कार्बन डाइऑक्साइड गैस तरल में घुल जाती है। कुछ घुले हुए कार्बन डाइऑक्साइड अणु भी तरल के ऊपर गैसीय अवस्था में चले जाते हैं। एक विशेष बिंदु पर कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के विघटन की दर और कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के निकास की दर बराबर हो जाती है। यह गतिशील संतुलन की स्थिति है।

जब आप सोडा की बोतल खोलते हैं, तो बोतल के अंदर का दबाव तेजी से कम हो जाता है। ऐसा बोतल के ऊपरी भाग पर कार्बन डाइऑक्साइड गैस के निकलने के कारण होता है। परिणामस्वरूप, तरल के ऊपर गैस चरण में कार्बन डाइऑक्साइड गैस की सांद्रता कम हो जाती है। संतुलन भी बिगड़ जाता है। प्रणाली पुनः संतुलन स्थापित करने का प्रयास करती है। द्रव से कार्बन डाइऑक्साइड गैस गैसीय अवस्था में चली जाती है। बोतल के ऊपर से कुछ कार्बन डाइऑक्साइड अणु पुनः तरल में घुल जाते हैं। इस प्रक्रिया के कारण फ़िज़िंग और बुदबुदाहट उत्पन्न होती है। परिणामस्वरूप संतुलन पुनः स्थापित हो जाता है।

अमिश्रणीय द्रव वे पदार्थ हैं जो एक दूसरे में मिश्रित या घुलते नहीं हैं। जब आप दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों को मिलाते हैं, तो वे अलग-अलग परतें बनाते हैं जिनके बीच एक स्पष्ट सीमा होती है। तेल और पानी अमिश्रणीय तरल पदार्थ के उदाहरण हैं। जब हम तेल और पानी को मिलाते हैं तो वे अलग-अलग परतें बनाते हैं। एक परत तेल की है और दूसरी परत पानी की है।

एक ऐसी प्रणाली पर विचार करें जिसमें दो अमिश्रणीय द्रव और एक विलेय हो। ये अमिश्रणीय तरल पदार्थ कार्बन टेट्राक्लोराइड और जल हैं। विलेय आयोडीन है। जब हम इन दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों को मिलाते हैं, तो वे अलग-अलग परतें बनाते हैं।

उसके बाद हम आयोडीन मिलाते हैं। प्रारंभ में, आयोडीन कार्बन टेट्राक्लोराइड परत में घुल जाएगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि कार्बन टेट्राक्लोराइड और आयोडीन दोनों गैर ध्रुवीय हैं। यही कारण है कि आयोडीन अधिकतर कार्बन टेट्राक्लोराइड में घुलनशील होता है। जैसे-जैसे कार्बन टेट्राक्लोराइड परत में आयोडीन की सांद्रता बढ़ती है, आयोडीन के कुछ अणु जल परत में जाने लगते हैं। ऐसा तभी होता है जब कार्बन टेट्राक्लोराइड परत में आयोडीन अणुओं की सांद्रता बहुत अधिक होती है।

आयोडीन की उच्च सांद्रता पर, आयोडीन अणुओं की केवल थोड़ी मात्रा ही जल में घुलेगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि आयोडीन जल में बहुत कम घुलनशील है। कुछ आयोडीन अणु aqueous परत से कार्बन टेरटाक्लोराइड परत में चले जायेंगे। कुछ कार्बन टेट्राक्लोराइड परत से aqueous परत में चले जायेंगे। इस बिंदु पर गतिशील संतुलन स्थापित होता है। इस संतुलन को विशेष रूप से अमिश्रणीय द्रव विलेय संतुलन कहा जाता है।

आयनिक संतुलन से तात्पर्य ऐसी स्थिति से है जिसमें किसी विलयन में आयन, पृथक्करण और पुनर्योजन के बीच गतिशील संतुलन में होते हैं। जब कोई यौगिक जल में घुलता है, तो वह अपने घटक आयनों में टूट सकता है। यौगिक का उसके घटक आयनों में टूटना वियोजन कहलाता है। उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोजन क्लोराइड को पानी में घोला जाता है, तो वह वियोजन से गुजरता है। यह हाइड्रोजन आयनों और क्लोराइड आयनों में विघटित हो जाता है।

जैसे-जैसे पृथक्करण जारी रहता है, कुछ विघटित आयन पुनः संयोजित होकर मूल यौगिक का निर्माण कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को पुनर्संयोजन कहा जाता है। पृथक हुए हाइड्रोजन आयन और क्लोराइड आयन पुनः संयोजित होकर हाइड्रोजन क्लोराइड बना सकते हैं।

पूरी प्रक्रिया को एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के रूप में दर्शाया जा सकता है। इस अभिक्रिया में वियोजन एवं पुनर्योजन एक साथ होता है। आयनिक संतुलन तब स्थापित होता है जब हाइड्रोजन क्लोराइड के पृथक्करण की दर हाइड्रोजन आयनों और क्लोराइड आयनों के पुनर्संयोजन की दर के बराबर हो जाती है। आयन युक्त विलयनों के व्यवहार को समझने के लिए आयनिक संतुलन आवश्यक है।