Class 11 Notes

Class 11 Chemistry Notes Chapter 5 (Chapter 5) – Lab Manual (Hindi) Book

Philoid

Philoid

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Lab Manual (Hindi)
चलिए, आज हम कक्षा 11 रसायन विज्ञान के अध्याय 5, 'द्रव्य की अवस्थाएँ' (States of Matter), के महत्वपूर्ण बिंदुओं पर ध्यान केंद्रित करेंगे जो आपकी सरकारी परीक्षा की तैयारी के लिए अत्यंत उपयोगी होंगे। यह अध्याय मुख्यतः गैसीय और द्रव अवस्थाओं पर केंद्रित है।

अध्याय 5: द्रव्य की अवस्थाएँ - विस्तृत नोट्स (परीक्षा उपयोगी)

1. परिचय (Introduction)

  • द्रव्य की तीन मुख्य भौतिक अवस्थाएँ हैं: ठोस, द्रव और गैस।
  • ये अवस्थाएँ दो विपरीत कारकों के प्रभाव का परिणाम हैं:
    • अंतराण्विक बल (Intermolecular Forces): अणुओं को पास लाने वाले बल।
    • ऊष्मीय ऊर्जा (Thermal Energy): अणुओं को दूर करने वाली ऊर्जा (गतिज ऊर्जा के कारण)।
  • कम तापमान और उच्च दाब पर अंतराण्विक बल प्रभावी होते हैं (ठोस अवस्था)।
  • उच्च तापमान और कम दाब पर ऊष्मीय ऊर्जा प्रभावी होती है (गैसीय अवस्था)।

2. अंतराण्विक बल (Intermolecular Forces)

ये वांडर वाल्स बल (van der Waals forces) भी कहलाते हैं और अणुओं के बीच कार्य करते हैं।

  • (क) परिक्षेपण बल या लंडन बल (Dispersion Forces or London Forces):
    • यह अध्रुवीय अणुओं (जैसे H₂, O₂, CH₄) और उत्कृष्ट गैसों में भी पाया जाता है।
    • क्षणिक द्विध्रुव (temporary dipole) बनने के कारण उत्पन्न होता है।
    • अणु भार/आकार बढ़ने पर यह बल बढ़ता है।
  • (ख) द्विध्रुव-द्विध्रुव बल (Dipole-Dipole Forces):
    • स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण वाले ध्रुवीय अणुओं (जैसे HCl, NH₃) के बीच कार्य करता है।
    • लंडन बलों से अधिक प्रबल होते हैं।
  • (ग) द्विध्रुव-प्रेरित द्विध्रुव बल (Dipole-Induced Dipole Forces):
    • एक ध्रुवीय अणु (स्थायी द्विध्रुव) और एक अध्रुवीय अणु (जिसमें द्विध्रुव प्रेरित होता है) के बीच कार्य करता है।
  • (घ) हाइड्रोजन बंध (Hydrogen Bonding):
    • यह एक विशेष प्रकार का द्विध्रुव-द्विध्रुव आकर्षण है।
    • जब हाइड्रोजन परमाणु अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक तत्व (F, O, N) से जुड़ा होता है, तो यह दूसरे अणु के विद्युत ऋणात्मक परमाणु के साथ एक प्रबल आकर्षण बल बनाता है।
    • यह वांडर वाल्स बलों से अधिक प्रबल होता है। उदाहरण: H₂O, HF, NH₃।

3. गैसीय अवस्था (The Gaseous State)

  • विशेषताएँ: निश्चित आकार और आयतन नहीं, उच्च संपीड्यता (compressibility), निम्न घनत्व, अंतराण्विक बल नगण्य, कणों की गति तीव्र और यादृच्छिक।
  • मापनीय गुणधर्म:
    • दाब (Pressure, P): प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाला बल। इकाइयाँ: पास्कल (Pa - SI unit), बार (bar), वायुमंडल (atm), टॉर (Torr)। 1 bar = 10⁵ Pa, 1 atm = 1.01325 bar = 101325 Pa ≈ 760 Torr (or mm Hg)।
    • आयतन (Volume, V): गैस द्वारा घेरा गया स्थान। इकाइयाँ: m³ (SI unit), लीटर (L), cm³, dm³। 1 L = 1 dm³ = 1000 cm³ = 10⁻³ m³।
    • तापमान (Temperature, T): ऊष्मा की माप। केल्विन (K - SI unit) पैमाने का उपयोग गैस नियमों में होता है। K = °C + 273.15 (लगभग 273)।
    • मोलों की संख्या (Amount, n): गैस की मात्रा।

4. गैस नियम (Gas Laws)

ये नियम दाब, आयतन, ताप और मोलों की संख्या के बीच संबंध बताते हैं।

  • (क) बॉयल का नियम (Boyle's Law): (स्थिर ताप T और मोल n पर)
    • किसी गैस की निश्चित मात्रा का आयतन (V) उसके दाब (P) के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
    • P ∝ 1/V या PV = k (स्थिरांक)
    • P₁V₁ = P₂V₂
    • ग्राफ: P vs V (समतापी वक्र - hyperbola), P vs 1/V (सीधी रेखा)।
  • (ख) चार्ल्स का नियम (Charles's Law): (स्थिर दाब P और मोल n पर)
    • किसी गैस की निश्चित मात्रा का आयतन (V) उसके परम ताप (T, केल्विन में) के समानुपाती होता है।
    • V ∝ T या V/T = k (स्थिरांक)
    • V₁/T₁ = V₂/T₂
    • परम शून्य (Absolute Zero): -273.15 °C या 0 K, वह ताप जिस पर गैस का आयतन सैद्धांतिक रूप से शून्य हो जाता है।
    • ग्राफ: V vs T (K) (सीधी रेखा जो मूल बिंदु से गुजरती है) - समदाबी वक्र (Isobar)।
  • (ग) गेलुसैक का नियम (Gay-Lussac's Law): (स्थिर आयतन V और मोल n पर)
    • किसी गैस की निश्चित मात्रा का दाब (P) उसके परम ताप (T, केल्विन में) के समानुपाती होता है।
    • P ∝ T या P/T = k (स्थिरांक)
    • P₁/T₁ = P₂/T₂
    • ग्राफ: P vs T (K) (सीधी रेखा जो मूल बिंदु से गुजरती है) - समआयतनिक वक्र (Isochore)।
  • (घ) आवोगाद्रो का नियम (Avogadro's Law): (स्थिर ताप T और दाब P पर)
    • समान ताप और दाब पर गैसों के समान आयतन में अणुओं (या मोलों) की संख्या समान होती है।
    • V ∝ n या V/n = k (स्थिरांक)
    • STP (Standard Temperature and Pressure): 0 °C (273.15 K) और 1 bar दाब पर किसी आदर्श गैस के 1 मोल का आयतन 22.7 L होता है। (पुराना STP 1 atm दाब पर 22.4 L था)।

5. आदर्श गैस समीकरण (Ideal Gas Equation)

बॉयल, चार्ल्स और आवोगाद्रो के नियमों को मिलाकर प्राप्त समीकरण।

  • PV = nRT
  • R = सार्वत्रिक गैस स्थिरांक (Universal Gas Constant)
    • R का मान इकाइयों पर निर्भर करता है:
      • 8.314 J K⁻¹ mol⁻¹ (SI unit)
      • 0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹
      • 0.08314 L bar K⁻¹ mol⁻¹
      • ≈ 2 cal K⁻¹ mol⁻¹
  • यह समीकरण उन गैसों पर लागू होता है जो आदर्श व्यवहार करती हैं (अणुओं के बीच कोई आकर्षण नहीं, अणुओं का आयतन नगण्य)।

6. डाल्टन का आंशिक दाब का नियम (Dalton's Law of Partial Pressures)

  • यदि दो या अधिक अक्रियाशील गैसों को एक पात्र में मिलाया जाता है, तो मिश्रण का कुल दाब (P_total) प्रत्येक गैस के आंशिक दाब (partial pressure) के योग के बराबर होता है।
  • P_total = p₁ + p₂ + p₃ + ... (स्थिर T और V पर)
  • किसी गैस का आंशिक दाब (pᵢ) वह दाब होता है जो वह गैस अकेले उसी आयतन और ताप पर डालती।
  • आंशिक दाब और मोल अंश (mole fraction, xᵢ) में संबंध:
    • pᵢ = xᵢ * P_total
    • जहाँ xᵢ = (गैस i के मोल) / (मिश्रण के कुल मोल) = nᵢ / n_total

7. गैसों का अणुगति सिद्धांत (Kinetic Molecular Theory of Gases)

  • मुख्य अभिगृहीत (Postulates):

    • गैसें अत्यंत सूक्ष्म कणों (अणुओं) से बनी होती हैं।
    • गैस के अणुओं का वास्तविक आयतन गैस के कुल आयतन की तुलना में नगण्य होता है।
    • अणुओं के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण बल नगण्य होते हैं।
    • गैस के अणु निरंतर, तीव्र और यादृच्छिक (रैखिक) गति करते हैं।
    • अणुओं की टक्करें (आपस में और पात्र की दीवारों से) पूर्णतः प्रत्यास्थ (perfectly elastic) होती हैं (ऊर्जा हानि नहीं होती)।
    • किसी निश्चित ताप पर गैस के अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा (Average Kinetic Energy) परम ताप (T) के समानुपाती होती है। KE_avg ∝ T

  • अणुगति समीकरण (Kinetic Gas Equation):

    • PV = (1/3) m n ū² (यहाँ m = एक अणु का द्रव्यमान, n = अणुओं की संख्या, ū = वर्ग माध्य मूल वेग - root mean square velocity)
    • या PV = (1/3) M ū² (यहाँ M = गैस का मोलर द्रव्यमान = m * N_A, n मोल के लिए PV = (1/3) n M ū²)

  • गतिज ऊर्जा और ताप:

    • एक मोल गैस की औसत गतिज ऊर्जा = (3/2) RT
    • एक अणु की औसत गतिज ऊर्जा = (3/2) kT (k = बोल्ट्ज़मान स्थिरांक = R/N_A)

8. वास्तविक गैसों का व्यवहार: आदर्श व्यवहार से विचलन (Behaviour of Real Gases: Deviation from Ideal Behaviour)

  • वास्तविक गैसें केवल कम दाब और उच्च ताप पर ही आदर्श गैस की तरह व्यवहार करती हैं।
  • उच्च दाब और कम ताप पर विचलन महत्वपूर्ण हो जाता है।
  • विचलन के कारण: अणुगति सिद्धांत की दो गलत धारणाएँ:
    • अणुओं का आयतन नगण्य नहीं होता।
    • अणुओं के बीच अंतराण्विक आकर्षण बल होते हैं।
  • संपीड्यता कारक (Compressibility Factor, Z): यह आदर्श व्यवहार से विचलन की माप है।
    • Z = PV / nRT
    • आदर्श गैस के लिए, Z = 1
    • वास्तविक गैसों के लिए, Z ≠ 1
      • Z < 1: आकर्षण बल प्रभावी (गैस आदर्श से अधिक संपीड्य)। निम्न दाब पर।
      • Z > 1: प्रतिकर्षण बल/अणु आयतन प्रभावी (गैस आदर्श से कम संपीड्य)। उच्च दाब पर।
  • वान्डर वाल्स समीकरण (van der Waals Equation): वास्तविक गैसों के लिए संशोधित समीकरण।
    • (P + a n²/V²) (V - nb) = nRT (n मोल के लिए)
    • 'a': अंतराण्विक आकर्षण बलों का माप (इकाई: atm L² mol⁻² या Pa m⁶ mol⁻²)। 'a' का मान जितना अधिक, गैस उतनी आसानी से द्रवित होती है।
    • 'b': अणुओं के प्रभावी आयतन का माप (वर्जित आयतन) (इकाई: L mol⁻¹ या m³ mol⁻¹)। 'b' अणु के आकार से संबंधित है।

9. द्रव अवस्था (The Liquid State)

  • विशेषताएँ: निश्चित आयतन लेकिन अनिश्चित आकार, ठोस से कम घनत्व लेकिन गैस से बहुत अधिक, अंतराण्विक बल ठोस से कमजोर लेकिन गैस से प्रबल, कण गति कर सकते हैं लेकिन सीमित दायरे में।
  • गुणधर्म:
    • (क) वाष्प दाब (Vapour Pressure): साम्यावस्था पर, किसी द्रव की सतह के ऊपर उसकी वाष्प द्वारा डाला गया दाब। यह ताप पर निर्भर करता है (ताप बढ़ने पर बढ़ता है) और द्रव की प्रकृति पर (अंतराण्विक बल कमजोर होने पर वाष्प दाब अधिक)।
    • (ख) क्वथनांक (Boiling Point): वह ताप जिस पर किसी द्रव का वाष्प दाब बाह्य दाब (आमतौर पर वायुमंडलीय दाब) के बराबर हो जाता है।
      • सामान्य क्वथनांक (Normal Boiling Point): जब बाह्य दाब 1 atm हो।
      • मानक क्वथनांक (Standard Boiling Point): जब बाह्य दाब 1 bar हो।
      • बाह्य दाब कम होने पर क्वथनांक कम हो जाता है (पहाड़ों पर खाना देर से पकना)।
    • (ग) पृष्ठ तनाव (Surface Tension): द्रव के पृष्ठ पर स्थित अणुओं द्वारा अनुभव किया जाने वाला अंदर की ओर खिंचाव बल, जिसके कारण द्रव का पृष्ठ न्यूनतम क्षेत्रफल ग्रहण करने की प्रवृत्ति रखता है।
      • इकाई: N m⁻¹ या J m⁻²।
      • कारण: द्रव के अंदर के अणु सभी दिशाओं से समान रूप से आकर्षित होते हैं, जबकि पृष्ठ के अणु केवल नीचे और पार्श्व से आकर्षित होते हैं, जिससे एक नेट आंतरिक खिंचाव उत्पन्न होता है।
      • प्रभाव: बूँदों का गोलाकार होना, केशिका क्रिया (capillary action)।
      • ताप बढ़ने पर पृष्ठ तनाव कम होता है।
    • (घ) श्यानता (Viscosity): द्रव के प्रवाह का प्रतिरोध। यह द्रव की परतों के बीच आंतरिक घर्षण के कारण होता है।
      • इकाई: N s m⁻² या Pa s (SI unit), पॉइज़ (poise)।
      • कारण: अंतराण्विक बल। प्रबल अंतराण्विक बल वाली द्रवों की श्यानता अधिक होती है (जैसे शहद, ग्लिसरॉल)।
      • ताप बढ़ने पर द्रवों की श्यानता कम होती है (क्योंकि अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ती है और अंतराण्विक बल कमजोर पड़ते हैं)।

अभ्यास हेतु बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs):

प्रश्न 1: स्थिर ताप पर, किसी गैस की निश्चित मात्रा का दाब उसके आयतन के ________ होता है।
(क) समानुपाती
(ख) व्युत्क्रमानुपाती
(ग) वर्ग के समानुपाती
(घ) वर्गमूल के समानुपाती
उत्तर: (ख)

प्रश्न 2: परम शून्य ताप (Absolute Zero) का मान है:
(क) 0 °C
(ख) 273.15 K
(ग) -273.15 °C
(घ) 100 °C
उत्तर: (ग)

प्रश्न 3: आदर्श गैस समीकरण PV = nRT में, R का मान निर्भर करता है:
(क) गैस की प्रकृति पर
(ख) ताप पर
(ग) दाब पर
(घ) दाब, आयतन और ताप की इकाइयों पर
उत्तर: (घ)

प्रश्न 4: समान ताप और दाब पर, H₂ और O₂ गैसों के समान आयतन में अणुओं की संख्या का अनुपात क्या होगा?
(क) 1:1
(ख) 1:16
(ग) 1:8
(घ) 2:1
उत्तर: (क) (आवोगाद्रो नियम के अनुसार)

प्रश्न 5: डाल्टन के आंशिक दाब नियम के अनुसार, किसी गैस का आंशिक दाब (pᵢ) कुल दाब (P_total) और उसके मोल अंश (xᵢ) से किस प्रकार संबंधित है?
(क) pᵢ = P_total / xᵢ
(ख) pᵢ = xᵢ / P_total
(ग) pᵢ = xᵢ * P_total
(घ) pᵢ = P_total + xᵢ
उत्तर: (ग)

प्रश्न 6: गैसों के अणुगति सिद्धांत के अनुसार, गैस के अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा किसके समानुपाती होती है?
(क) दाब
(ख) आयतन
(ग) परम ताप
(घ) मोलर द्रव्यमान
उत्तर: (ग)

प्रश्न 7: वास्तविक गैसें आदर्श व्यवहार से विचलन दर्शाती हैं, विशेषकर:
(क) निम्न दाब और उच्च ताप पर
(ख) उच्च दाब और निम्न ताप पर
(ग) निम्न दाब और निम्न ताप पर
(घ) उच्च दाब और उच्च ताप पर
उत्तर: (ख)

प्रश्न 8: वान्डर वाल्स समीकरण (P + a/Vₘ²)(Vₘ - b) = RT में, स्थिरांक 'a' किसका माप है? (Vₘ = मोलर आयतन)
(क) अणुओं के आकार का
(ख) अंतराण्विक आकर्षण बलों का
(ग) अणुओं की गतिज ऊर्जा का
(घ) गैस के दाब का
उत्तर: (ख)

प्रश्न 9: द्रव की बूँदों का आकार गोलाकार होने का कारण है:
(क) श्यानता
(ख) वाष्प दाब
(ग) पृष्ठ तनाव
(घ) घनत्व
उत्तर: (ग)

प्रश्न 10: ताप बढ़ाने पर किसी द्रव की श्यानता (Viscosity):
(क) बढ़ती है
(ख) घटती है
(ग) अपरिवर्तित रहती है
(घ) पहले बढ़ती है फिर घटती है
उत्तर: (ख)

इन नोट्स और प्रश्नों का ध्यानपूर्वक अध्ययन करें। ये आपकी परीक्षा की तैयारी में सहायक सिद्ध होंगे। शुभकामनाएँ!

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