पानी की कठोरता, अम्ल, क्षार और नमक | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

एक नमूना पानी जिसमें कैल्शियम, मैग्नीशियम या आयरन के घुलनशील लवण होते हैं, उसे कठोर पानी कहा जाता है क्योंकि जब इसमें साबुन मिलाया जाता है तो झाग बनाना कठिन होता है। इसके विपरीत, जब पानी में साबुन मिलाने पर झाग अच्छी तरह से बनता है, तो उसे मुलायम पानी कहा जाता है।

पानी की कठोरता दो प्रकार की होती है:

• अस्थायी कठोरता: यह कैल्शियम और मैग्नीशियम के बाइकार्बोनेट के होने के कारण होती है। ये बाइकार्बोनेट लंबे समय तक गर्म करने या उबालने पर विघटित हो जाते हैं।
• स्थायी कठोरता: यह कैल्शियम, मैग्नीशियम और अन्य धातुओं के सल्फेट्स, क्लोराइड्स, नाइट्रेट्स आदि के होने के कारण होती है।

पानी का मुलायम बनाना: पानी का मुलायम बनाना मुख्य रूप से कैल्शियम और मैग्नीशियम लवणों को हटाने द्वारा किया जाता है, क्योंकि पानी में आयरन, एल्युमिनियम और मैग्नीशियम लवणों की मात्रा सामान्यतः बहुत कम होती है। पानी को मुलायम करने के लिए निम्नलिखित विधियाँ अपनाई जाती हैं:

• उबालना: घुलनशील बाइकार्बोनेट उबालने पर विघटित होते हैं और कार्बोनेट के रूप में अवक्षिप्त हो जाते हैं।
• क्लार्क की विधि: चूने के दूध का प्रयोग करके।
• धुलाई सोडा
• सोडियम हेक्साफॉस्फेट्स का जोड़ना।
• परम्युटिट प्रक्रिया: यह एक कृत्रिम ज़ियोलाइट है जिसे रासायनिक रूप से सोडियम एल्युमिनियम सिलिकेट के रूप में जाना जाता है।

आयन विनिमय रेजिन: पानी को एक टैंक में प्रवाहित करने दिया जाता है जो आंशिक रूप से रेजिन के ग्रेन्युल्स से भरा होता है, जो सकारात्मक आयनों को हटा देता है।

अम्ल, क्षार और लवण: अम्ल एक यौगिक है जो प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉन खोता है। एक अम्ल वह यौगिक है जो पानी में घुलने पर हाइड्रोजन उपलब्ध करता है, जिसे एक धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है ताकि एक लवण बने। यही उपलब्ध हाइड्रोजन कई सामान्य गुणों का कारण बनता है।

शक्तिशाली अम्ल में उपलब्ध हाइड्रोजन की मात्रा कमजोर अम्लों की तुलना में अधिक होती है। खनिज या अकार्बनिक अम्ल जैसे सल्फ्यूरिक अम्ल (sulphuric acid), हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (hydrochloric acid), नाइट्रिक अम्ल (nitric acid) आदि को शक्तिशाली अम्ल कहा जाता है। जबकि कार्बनिक अम्ल कमजोर अम्ल होते हैं।

• कोल्ड ड्रिंक्स में कुछ कार्बोनिक अम्ल होता है जो उन्हें एक चटकीला स्वाद देता है।
• सिरके में एसीटिक अम्ल होता है। सिट्रस फलों में भी अम्ल होते हैं।
• नींबू एक बेहतरीन प्राकृतिक स्रोत है एस्कॉर्बिक अम्ल (vitamin C) का। संतरे में सिट्रिक अम्ल होता है।
• सेब में मालेइक अम्ल होता है, और अंगूर में टार्टरिक अम्ल होता है। एक अम्ल का स्वाद खट्टा होता है।

आधार वह यौगिक है, जो प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉन स्वीकार करता है। एक आधार वह यौगिक है जो अम्ल के साथ प्रतिक्रिया करके नमक और पानी देता है। घुलनशील आधार जैसे NaOH, KOH, Ca(OH)2 को अल्कली कहा जाता है।

सभी आधार, अमोनियम हाइड्रॉक्साइड को छोड़कर, एक धात्विक तत्व और एक या अधिक हाइड्रॉक्साइड समूह के संयोजन से बने होते हैं। इसलिए, आधारों को धातु हाइड्रॉक्साइड (ammonium hydroxide को छोड़कर) कहा जाता है।

• अमोनिया एक आधार है, मैग्नीशिया का दूध और चूना पानी भी आधार हैं।
• धुलाई सोडा बर्तनों से चिकनाई हटाने के लिए उपयोग किया जाता है, साबुन हाथों और कपड़ों को साफ करता है, आंशिक रूप से उस चिकनाई वाले पदार्थ को घोलकर जो गंदगी को पकड़े रखता है।
• लाय, धुलाई सोडा और साबुन, जो पानी में घुलते हैं, वे ऐसे यौगिक उत्पन्न करते हैं जो आधार होते हैं।
• आधारों का स्वाद कड़वा होता है। यह लाल लिटमस को नीला, मेथाइल ऑरेंज को पीला और फेनोल्फ्थैलेन समाधान को गुलाबी बना देता है।

pH मान pH एक मान है जो एक जल समाधान की अम्लता या क्षारीयता का प्रतिनिधित्व करता है। इसे एक समाधान के हाइड्रोजन आयन की सांद्रता के व्युत्क्रम का लोगारिदम के रूप में परिभाषित किया जाता है। शुद्ध तटस्थ समाधान जैसे शुद्ध पानी का pH मान 7 होता है। इस मान के बाद समाधान की क्षारीयता बढ़ती है। इसी प्रकार, घटते मान अम्लता को बढ़ाते हैं।

नमक एक यौगिक है जिसे एक अम्ल के हाइड्रोजन को एक धातु या इसके समकक्ष (जैसे NH4 रैडिकल) से बदलकर बनाया जा सकता है। उदाहरण: HCl + NaOH → NaCl + H2O

नमकों के प्रकार:

• सामान्य नमक: यदि सभी बदलने योग्य हाइड्रोजन परमाणुओं को प्रतिक्रिया में एक धातु आयन द्वारा बदल दिया जाता है, तो बनता हुआ नमक सामान्य नमक कहलाता है।
• अम्ल नमक: अम्ल नमक वे होते हैं जो हाइड्रोनियम आयन देते हैं।

याद रखने योग्य तथ्य:

• पोटेशियम कार्बोनेट: यह एक बहुत कमजोर आधार है।
• पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड: यह एक बहुत मजबूत आधार है और यह बड़ी संख्या में हाइड्रोजन आयन प्रदान करता है।
• घोल: यहाँ सॉल्वेंट में वितरित कणों को अल्ट्रा-माइक्रोस्कोप की मदद से नहीं देखा जा सकता है।
• सस्पेंशन: यहाँ सॉल्वेंट में वितरित कणों का आकार इतना बड़ा होता है कि उन्हें नग्न आंखों से देखा जा सकता है।
• वाशिंग सोडा: यह सोडियम कार्बोनेट है और एक सफेद क्रिस्टलीय ठोस है।
• कॉस्टिक सोडा: यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड है और एक सफेद अमॉर्फस ठोस है।
• ग्रेफाइट: यह कार्बन का क्रिस्टलीय रूप है।
• लकड़ी का कोयला: यह कार्बन का अमॉर्फस रूप है।
• भौतिक परिवर्तन: यह अस्थायी परिवर्तन है और इसे आसानी से उलटाया जा सकता है। इस परिवर्तन में एक नया पदार्थ बनता है।
• रासायनिक परिवर्तन: यह स्थायी परिवर्तन है और इसे उलटाया नहीं जा सकता। इस परिवर्तन में एक नया पदार्थ बनता है।
• कठोर पानी: यह वह पानी है जो साबुन के साथ कोई झाग नहीं बनाता। हालांकि, अतिरिक्त साबुन डालने पर यह झाग देता है।
• नरम पानी: यह वह पानी है जो साबुन के साथ बहुत आसानी से झाग बनाता है।
• सोड़ा पानी: यह गैसयुक्त पानी है जिसमें संकुचित कार्बन डाइऑक्साइड होता है।
• वेल्डिंग: यह दो धातु सतहों को पिघलाकर और फिर उन्हें एक साथ मिलाकर जोड़ने की प्रक्रिया है।
• सोल्डरिंग: यह दो धातु सतहों को जोड़ने की प्रक्रिया है जिसमें धातुओं को जोड़ने के लिए एक मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है।