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सतरसायन वह रसायन विज्ञान की शाखा है जो सतहों या अंतरापृष्ठों पर घटित होने वाली घटनाओं का अध्ययन करती है, ऐसी घटनाओं में संक्षारण, उत्प्रेरण, क्रिस्टलीकरण आदि सम्मिलित हैं।
अधिशोषण
असंतुलित आकर्षण बलों के कारण ठोस या द्रव की आंतरिक बल्क की अपेक्षा सतह पर अणु-प्रजातियों का संचय अधिशोषण कहलाता है। सतह पर संचित अणु-प्रजाति को अधिशोष्य तथा जिस सतह पर अधिशोषण होता है उसे अधिशोषक कहते हैं, उदा.
(i) $O_2$, $H_2$, $Cl_2$ गैसें चारकोल की सतह पर अधिशोषित होती हैं।
(ii) सिलिका जेल वायु से जल अणुओं को अधिशोषित करता है। चारकोल, सिलिका जेल, Ni, Cu, Ag, Pt जैसी धातुएँ तथा कोलॉयड कुछ अधिशोषक हैं।
अधिशोषण की महत्वपूर्ण विशेषताएँ
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यह विशिष्ट तथा चयनात्मक प्रकृति का होता है।
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अधिशोषण स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया है, इसलिए मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन ($\Delta G$) ऋणात्मक होता है।
$\Delta G$ = $\Delta H$ – $T\Delta S$
अधिशोषण के दौरान तंत्र में अव्यवस्था घटती है, इसलिए $\Delta H$ का ऋणात्मक होना आवश्यक है (ताकि $\Delta G$ ऋणात्मक रहे)। अतः अधिशोषण सदैव ऊष्माक्षेपी होता है।
Pt पर हाइड्रोजन का अधिशोषण आवरणन कहलाता है।
विसर्जन
यह वह प्रक्रिया है जिसमें किसी सतह से अधिशोषित पदार्थ को हटाया जाता है, इसे विसर्जन कहते हैं।
अधिशोषण (Adsorption) और अवशोषण (Absorption) के बीच अंतर
| अधिशोषण | अवशोषण | |
|---|---|---|
| 1. | इसमें आण्विक प्रजातियों का असमान वितरण बल्क और सतह पर होता है। | इसमें आण्विक प्रजातियों का समान वितरण पूरे बल्क में होता है। |
| 2. | यह एक सतही घटना है। | यह पूरे पदार्थ के भीतर होता है। |
| 3. | यह शुरुआत में तेज होता है। | यह एक समान दर से होता है। |
सॉर्प्शन (Sorption)
यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें अधिशोषण और अवशोषण दोनों एक साथ होते हैं, इसके लिए सिर्फ सॉर्प्शन शब्द का प्रयोग किया जाता है।
सकारात्मक और नकारात्मक अधिशोषण
जब अधिशोषित पदार्थ की सतह पर सांद्रता अधिशोषक की सतह पर बल्क की तुलना में अधिक होती है, तो इसे सकारात्मक अधिशोषण कहा जाता है।
दूसरी ओर, यदि अधिशोषित पदार्थ की सतह पर सांद्रता बल्क में इसकी सांद्रता की तुलना में कम होती है, तो इसे नकारात्मक अधिशोषण कहा जाता है, उदाहरण के लिए, जब KCL का तनु विलयन रक्त कोयले के साथ हिलाया जाता है, तो यह नकारात्मक अधिशोषण दिखाता है।
भौतिक अधिशोषण (Physisorption) और रासायनिक अधिशोषण (Chemisorption) के बीच अंतर
| भौतिक अधिशोषण (Physisorption) | रासायनिक अधिशोषण (Chemisorption) | |
|---|---|---|
| 1. | यह तब उत्पन्न होता है जब अधिशोषित अणु कमजोर वान डेर वाल्स बलों के कारण अधिशोषक की सतह पर एकत्र होते हैं। | यह तब उत्पन्न होता है जब अधिशोषित अणु रासायनिक बंधों के कारण अधिशोषक की सतह पर एकत्र होते हैं। |
| 2 | यह निम्न ताप पर होता है। | यह उच्च ताप पर होता है। |
| 3 | अधिशोषण ऊष्मा कम होती है और यह $20-40 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ की सीमा में होती है। | अधिशोषण ऊष्मा उच्च होती है और यह $80-240 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ की सीमा में होती है। |
| 4 | यह एक उत्क्रमणीय प्रक्रिया है। | यह एक अनुत्क्रमणीय प्रक्रिया है। |
| 5. | बहुस्तरीय अधिशोषण होता है और इस प्रकार अधिशोषित परत कई अणुओं की मोटी होती है। | एकलस्तरीय अधिशोषण होता है। इस प्रकार अधिशोषित परत केवल एक अणु की मोटाई की होती है। |
अधिशोषण को प्रभावित करने वाले कारक
(a) अधिशोषक की प्रकृति: एक ही गैस विभिन्न अधिशोषकों पर भिन्न-भिन्न मात्रा में अधिशोषित हो सकती है।
(b) अधिशोषक की सतह क्षेत्रफल: सतह क्षेत्रफल जितना अधिक होगा, अधिशोषण की मात्रा भी उतनी ही अधिक होगी।
(c) गैस की प्रकृति जो सोखी जाती है: गैस का जितना अधिक क्रांतिक तापमान होता है, वान्डर वाल्स आकर्षण बल उतने ही अधिक होते हैं और इस प्रकार सोखना भी अधिक होता है।
(d) तापमान: सोखना एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है जिसमें साम्य स्थापित होता है:
गैस (सोखने वाला) + ठोस (सोखने वाला) ⇔ ठोस पर सोखी गई गैस + ऊष्मा
ले-शातेलिये के सिद्धांत को लागू करने पर, तापमान बढ़ाने से सोखना घटता है और इसका विपरीत भी सत्य है।
(e) दबाव: स्थिर तापमान पर दबाव बढ़ाने से सोखना बढ़ता है। यदि तापमान को निम्न मान पर स्थिर रखा जाए तो प्रभाव अधिक होता है।
(f) ठोस सोखने वाले का सक्रियण: सक्रियन का अर्थ है ठोस सोखने वाले की सोखने की क्षमता बढ़ाना। यह सोखने वाले को छोटे-छोटे टुकड़ों में विभाजित करके या पहले से सोखी गई गैसों को अततप्त वाष्प प्रवाहित करके निकालकर किया जा सकता है।
सोखना समताप रेखा (Adsorption Isotherms)
यह स्थिर तापमान पर साम्य दबाव के विरुद्ध प्रति ग्राम सोखने वाले द्वारा सोखी गई गैस के द्रव्यमान (x / m) का आलेख है।
(1) फ्रॉन्डलिच सोखना समताप रेखा
इसने एक अनुभवजन्य संबंध दिया जो किसी विशेष तापमान पर इकाई द्रव्यमान ठोस सोखने वाले द्वारा सोखी गई गैस की मात्रा और दबाव के बीच होता है। इसे समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
$\frac{x}{m} = kp^1/n$ …(i)
जहाँ, p दबाव पर द्रव्यमान m के सोखने वाले पर सोखी गई गैस का द्रव्यमान x है, k और n स्थिरांक हैं जो किसी विशेष तापमान पर सोखने वाले और गैस की प्रकृति पर निर्भर करते हैं
(i) निम्न दबाव पर, ग्राफ लगभग सीधी रेखा है जो दर्शाता है कि x/m दबाव के समानुपाती है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: $\frac{x}{m} \propto p$ या $\frac{x}{m}= p$
(ii) उच्च दबाव पर, ग्राफ लगभग स्थिर हो जाता है जिसका अर्थ है कि x/m दबाव से स्वतंत्र हो जाता है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
$\frac{x}{m} $= नियतांक या $\frac{x}{m} = p^o$
$p^o$= 1 (दबाव का शून्य घात = 1)
(iii) इस प्रकार, दबाव की मध्यवर्ती सीमा में, x/m दबाव के घात पर निर्भर करेगा जो 0 और 1 के बीच होता है, अर्थात् दबाव का भिन्नात्मक घात। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है
$\frac{x}{m} \propto p^{1 / n} ; \frac{x}{m}=k p^{1 / n}$
(2) लैंगमुअर अधिशोषण समतापवक्र
लैंगमुअर के अनुसार, अधिशोषण की मात्रा θ के समानुपाती होती है, अर्थात्, सतह क्षेत्र का अंश जो आच्छादित है।
$\frac{x}{m} \propto \theta = K_3\theta$
$$ \begin{aligned} & \theta=\frac{K_1 P}{K_2+K_1 P} \ & \theta=\frac{\left(K_1 P\right) /K_2}{\left(K_2+K_1 P\right)/ K_2} \ \quad \theta=\frac{b p}{1+b p}, \text { जहाँ } \mathrm{b}=\frac{K_1}{K_2} \end{aligned} $$
अधिशोषक की सतह पर अधिशोषित गैस की मात्रा $\theta$ के समानुपाती है।
$$ \begin{aligned} \frac{x}{m} & ∝\theta \ \quad या \quad \frac{x}{m}=\mathrm{K}_3 \theta …….(iv) \end{aligned} $$
समीकरण (iii) का मान रखने पर, हम प्राप्त करते हैं
$$
\frac{x}{m}=\mathrm{K}_3 \frac{b p}{1+b p}
$$
$\frac{x}{m}=\frac{a p}{1+b p} \ldots$
(v), जहाँ $\mathrm{a}=\mathrm{K}_3 \mathrm{~b}$ स्थिरांक है।
इस प्रकार, समीकरण (v) अभीष्ट लैंग्मीयर समीकरण है, और a व b लैंग्मीयर स्थिरांक हैं
उत्प्रेरण
उत्प्रेरक एक रासायनिक पदार्थ होता है जो किसी अभिक्रिया की दर को बदल सकता है बिना उस अभिक्रिया में उपयोग हुए, और इस प्रक्रिया को उत्प्रेरण कहा जाता है
| प्रक्रिया | उत्प्रेरक |
|---|---|
| 1. $\mathrm{NH}_3$ की हेबर प्रक्रिया | सूक्ष्म विभाजित $\mathrm{Fe}$ (Mo उत्प्रेरक-वर्धक के रूप में कार्य करता है) |
| 2. नाइट्रिक अम्ल के निर्माण के लिए ऑस्टवाल्ड प्रक्रिया | प्लैटिनित ऐबेस्टस |
| 3. $\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4$ की कॉन्टेक्ट प्रक्रिया | प्लैटिनित ऐबेस्टस या $\mathrm{V}_2 \mathrm{O}_5$ |
| 4. $\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4$ की लेड चैम्बर प्रक्रिया | नाइट्रिक ऑक्साइड |
| 5. डेकन प्रक्रिया | $\mathrm{CuCl}$ |
एक उत्प्रेरक धनात्मक (अर्थात् अभिक्रिया की दर बढ़ाता है) या ऋणात्मक (अर्थात् अभिक्रिया की दर घटाता है) हो सकता है।
उत्प्रेरण के प्रकार
(a) समघातीय उत्प्रेरण/: इस उत्प्रेरण में उत्प्रेरक और अभिकारक एक ही भौतिक अवस्था (चरण) में होते हैं, उदाहरण के लिए,
$2SO_2(g) +O_2(g) \xrightarrow {NO_2(g)} 2SO_2(g)$
(b) विषमस्वरूप उत्प्रेरण: विषमस्वरूप उत्प्रेरण में, उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न चरण में उपस्थित होता है, उदाहरण के लिए,
$2KClO_3(s) +O_2(g) \xrightarrow {MnO_2(g)} 2KCl + O_2(g)$
(c) स्व-उत्प्रेरण: जब किसी अभिक्रिया का एक उत्पाद स्वयं उत्प्रेरक का कार्य करता है, तो इस प्रक्रिया को स्व-उत्प्रेरण कहा जाता है।
विषमस्वरूप उत्प्रेरण का अधिशोषण सिद्धांत
यह तंत्र पाँच चरणों में होता है:
(i) अभिकारकों का उत्प्रेरक की सतह की ओर विसरण
(ii) अभिकारक अणुओं का उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषण
(iii) उत्प्रेरक की सतह पर एक मध्यवर्ती बनने के माध्यम से रासायनिक अभिक्रिया का होना
(iv) अभिक्रिया उत्पादों का उत्प्रेरक सतह से वियोजन
(v) अभिक्रिया उत्पादों का उत्प्रेरक सतह से दूर विसरण
ठोस उत्प्रेरकों की महत्वपूर्ण विशेषताएँ
(i) क्रियाशीलता: किसी उत्प्रेरक की क्रियाशीलता बड़े पैमाने पर रासायनिक अधिशोषण की ताकत पर निर्भर करती है। अधिशोषण पर्याप्त रूप से मजबूत होना चाहिए, पर इतना भी नहीं कि वे गतिहीन हो जाएँ और अन्य अभिकारकों के अधिशोषण के लिए कोई स्थान ही न बचे।
(ii) चयनात्मकता: किसी उत्प्रेरक की चयनात्मकता उसकी योग्यता है कि वह अभिक्रिया को किसी विशेष उत्पाद देने की दिशा में मोड़ दे, उदाहरण के लिए, $H_2$ और CO से प्रारंभ करते हुए विभिन्न उत्प्रेरकों का उपयोग करने पर हमें विभिन्न उत्पाद प्राप्त होते हैं।
(iii) आकृतिवरणी उत्प्रेरण: वह उत्प्रेरकीय अभिक्रिया जिसका निर्भरण उत्प्रेरक के छिद्र संरचना तथा अभिकारक और उत्पाद अणुओं के आकार पर होता है, आकृतिवरणी उत्प्रेरण कहलाती है।
उदाहरण, द्रव्योद्भेदन अर्थात् हाइड्रोकार्बनों का ज़ीओलाइटों की उपस्थिति में समावयवीकरण आकृतिवरणी उत्प्रेरण का एक उदाहरण है।
पेट्रोलियम उद्योग में प्रयुक्त एक महत्वपूर्ण ज़ीओलाइट उत्प्रेरक ZSM-5 है। यह ऐल्कोहॉलों को सीधे गैसोलीन में रूपांतरित करता है।
एंजाइम उत्प्रेरण
एंजाइम जटिल नाइट्रोजनीय कार्बनिक यौगिक हैं जो जीवित पादपों और जंतुओं द्वारा उत्पन्न होते हैं। ये वास्तव में उच्च अणुभार के प्रोटीन अणु होते हैं और जल में कोलॉइडीय विलयन बनाते हैं। इन्हें जैवरासायनिक उत्प्रेरण भी कहा जाता है।
एंजाइम उत्प्रेरण की क्रियाविधि
एंजाइम उत्प्रेरण की विशेषताएँ
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उच्च दक्षता: एक एंजाइम अणु प्रति मिनट एक लाख अभिकारक अणुओं को रूपांतरित कर सकता है।
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अत्यधिक विशिष्ट प्रकृति: प्रत्येक एंजाइम उत्प्रेरक एक से अधिक अभिक्रिया को उत्प्रेरित नहीं कर सकता।
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इष्टतम तापमान: एंजाइम उत्प्रेरक इष्टतम तापमान पर अधिक उपज देता है, अर्थात् 298-310 K पर। मानव शरीर का तापमान, अर्थात् 310 K, एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रियाओं के लिए उपयुक्त है।
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इष्टतम pH: एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रिया की दर इष्टतम pH सीमा 5 से 7 पर अधिकतम होती है।
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सक्रियक: ऐसे आयनों जैसे $Na^+, Ca^{2+}, Mn^{2+}$ जैसे सक्रियक एंजाइमों की सक्रियता में सहायता करते हैं जो स्वयं अपनी शक्ति से कार्य नहीं कर सकते।
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सह-एंजाइम: सह-एंजाइम ऐसे पदार्थ होते हैं जिनकी प्रकृति एंजाइम के समान होती है और उनकी उपस्थिति एंजाइम की गतिविधि को बढ़ाती है। अधिकांशतः विटामिन सह-एंजाइम के रूप में कार्य करते हैं।
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निरोधकों का प्रभाव: निरोधक एंजाइमेटिक अभिक्रिया की दर को धीमा कर देते हैं। कई औषधियों का उपयोग रक्त में उन औषधियों की एंजाइम निरोधक क्रिया पर आधारित होता है।
वैद्युत्करण
इस घटना के अनुप्रयोग मिले हैं:
(i) सॉल कणों पर आवेश की प्रकृति का निर्धारण करने में।
(ii) वैद्युत्कीय विभव का निर्धारण करने में।
(iii) संघनन में
कोलॉइडीय विलयन
कोलॉइड रसायन की नींव एक अंग्रेज वैज्ञानिक, थॉमस ग्राहम ने 1861 में रखी थी।
तालिका: सस्पेंशन, कोलॉइड और सच्चे विलयन की तुलना।
| क्र.सं. | गुणधर्म | सस्पेंशन | कोलॉइड | सच्चा विलयन या क्रिस्टलॉइड |
|---|---|---|---|---|
| (i) | कण का आकार | $>10^{-5} \mathrm{~cm}$ या $10^3 \mathrm{~A}^{\circ}$ या $100 \mathrm{~m} \mu$ | $10^{-7}$ से $10^{-5} \mathrm{~cm}$ या $10 \mathrm{~A}^{\circ}$ से $10^3\mathrm{~A}^{\circ}$ या $1 \mathrm{~m} \mu$ से $100 \mathrm{~mm}$ | $<10^{-7} \mathrm{~cm}$ या $10 \mathrm{~A}^{\circ}$ या $1 \mathrm{~m} \mu$ |
| (ii) | दृश्यता | नंगी आंखों से दिखाई देता है | अल्ट्रामाइक्रोस्कोप से दिखाई देता है | किसी भी प्रकाशिक साधन से दिखाई नहीं देता |
| (iii) | पृथक्करण | (a) फिल्टर पेपर से | संभव | संभव नहीं |
| (b) झिल्लियों से | संभव | संभव नहीं | ||
| (iv) | विसरण | विसरित नहीं होता | बहुत धीमे विसरित होता है | तेजी से विसरित होता है |
| (v) | बसना | गुरुत्वाकर्षण के अंतर्गत बैठ जाता है | नहीं बैठता, परन्तु सेंट्रीफ्यूज के अंतर्गत बैठ सकता है | नहीं बैठता |
| (vi) | प्रकृति | विषमांगी | विषमांगी | समांगी |
| (vii) | टिंडल प्रभाव ब्राउनीय गति | दिखा सकता है या नहीं भी दिखा सकता है | दिखाता है | नहीं दिखाता |
कोलॉइडी विलयन के प्रकार
एक कोलॉइडी तंत्र दो चरणों से बना होता है। वह पदार्थ जो कोलॉइडी कणों के रूप में वितरित होता है, उसे विसर्जित चरण, आंतरिक चरण या असंतत चरण कहा जाता है। दूसरा सतत चरण, जिसमें कोलॉइडी कण फैले होते हैं, उसे विसर्जन माध्यम कहा जाता है। उदाहरण के लिए, पानी में कॉपर के कोलॉइडी विलयन के लिए, कॉपर कण विसर्जित चरण बनाते हैं और पानी विसर्जन माध्यम बनता है।
विसर्जित चरण या विसर्जन माध्यम के भौतिक अवस्थाओं के आधार पर, कोलॉइडी विलयन आठ प्रकार के होते हैं:
| कोलॉइडल विलयन का प्रकार | विसर्जित प्रावस्था | विसर्जन माध्यम | उदाहरण |
|---|---|---|---|
| फोम | गैस | द्रव | व्हिप्ड क्रीम, शेविंग क्रीम, सोडा वाटर |
| ठोस फोम | गैस | ठोस | कॉर्क, प्यूमिस स्टोन, फोम रबर |
| द्रव एरोसॉल | द्रव | गैस | कोहरा, धुंध, बादल |
| इमल्शन | द्रव | द्रव | दूध, हेयर क्रीम |
| जेल | द्रव | ठोस | मक्खन, पनीर का दही, जेली, बूट पॉलिश |
| धुआँ (एरोसॉल) | ठोस | गैस | धूल, हवा में सूट |
| सॉल (द्रव) | ठोस | द्रव | स्याही, कोलॉइडल सोना |
| ठोस सॉल | ठोस | ठोस | रूबी ग्लास (ग्लास में विसर्जित सोना), मिश्रधातुएँ |
एक गैस का दूसरी गैस में कोलॉइडल विसर्जन संभव नहीं है क्योंकि दोनों गैसें एक समान आणविक संरचना देती हैं।
कोलॉइडल विलयनों के गुण
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विषम - कोलॉइडल कण विलयन में आकारों में भिन्न होते हैं और पूरे विलयन में समान रूप से वितरित नहीं होते।
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दृश्यता - कोलॉइड कणों को नंगी आँखों से या माइक्रोस्कोप की सहायता से नहीं देखा जा सकता। यह एक सुप्रसिद्ध तथ्य है कि यदि किसी कण का व्यास प्रयुक्त प्रकाश की तरंगदैर्ध्य से आधा भी कम है, तो वह कण दिखाई नहीं देता। दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्ध्य कोलॉइड कणों के आकार से अधिक होती है।
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छन्नीयता - कोलॉइड कण साधारण फ़िल्टर पेपर से होकर गुज़र जाते हैं, परन्तु परचमेंट और अन्य सूक्ष्म झिल्लियों से नहीं गुज़रते।
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सतह तनाव और श्यानता - लायोफोबिक सॉल्स के लिए सतह तनाव और श्यानता माध्यम से बहुत अधिक भिन्न नहीं होते, क्योंकि निलंबित कणों और माध्यम के बीच बहुत थोड़ी अन्योन्यक्रिया होती है। दूसरी ओर, लायोफिलिक सॉल्स में कणों का उच्च स्तर पर सॉल्वेशन होता है, और इसलिए माध्यम के गुण परिवर्तित हो जाते हैं। इस प्रकार, सॉल की श्यानता माध्यम की तुलना में कहीं अधिक होती है। इसके अतिरिक्त, सॉल की सतह तनाव शुद्ध माध्यम की तुलना में कम होती है।
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रंग - हाइड्रोफोबिक सॉल का रंग विसरित कणों द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य पर निर्भर करता है। प्रकीर्णित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य पुनः कणों के आकार और प्रकृति पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, सिल्वर सॉल का रंग विलयन में कण (निलंबित) व्यास के साथ बदलता है।
- Ag सॉल का रंग: नारंगी-पीला, नारंगी, लाल, बैंगनी, वायलेट
- कण व्यास:
- $6 \times 10^{-5}$ मिमी
- $9 \times 10^{-5}$ मिमी
- $13 \times 10^{-5}$ मिमी
- $15 \times 10^{-5}$ मिमी
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सहचर गुणधर्म – ये गुणधर्म विलयन में विलेय कणों की संख्या पर निर्भर करते हैं। कोलॉइडी विलयनों की स्थिति में, कोलॉइडी कण अनेक आयनों या छोटे अणुओं के समूह होते हैं, और जब इन्हें सच्चे विलयनों या सामान्य विलयनों से तुलना की जाती है, तो विलयन में विलेय कणों की कुल संख्या बहुत कम होती है, और इसलिए ये विलयन सहचर गुणधर्मों को कम सीमा तक प्रदर्शित करते हैं।
स्कंदन
जब किसी कोलॉइडी विलयन में कोई विद्युत-अपघट्य मिलाया जाता है, तो विलयन के कण विपरीत आवेशित आयनों को ग्रहण कर लेते हैं और इस प्रकार उदासीन हो जाते हैं। उदासीन कण निकट आते हैं और बड़े कण बनाकर एकत्रित हो जाते हैं जो तल पर बैठ जाते हैं। इसलिए स्कंदन को वह प्रक्रिया कहा जाता है जिसमें कोलॉइडी विलयन के अधिक मात्रा में विद्युत-अपघट्य मिलाने से अवक्षेपण होता है।
समविद्युत बिंदु
वह बिंदु जिस पर कोलॉइडी कण आवेश नहीं रखते हैं और न्यूनतम स्थिरता प्राप्त करते हैं
आवेश का वितरण
विभाजन सतह के दो विपरीत आवेशित परतों के संपर्क में आने पर उत्पन्न विभव अंतर को विद्युत गतिक विभव या जीटा विभव कहा जाता है।
सर्फेक्टेंट
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सर्फेक्टेंट रासायनिक यौगिकों की एक श्रेणी हैं जो दो या अधिक यौगिकों के बीच सतह तनाव (या अंतरापृष्ठ तनाव) को कम करने के लिए प्रयुक्त होते हैं, जैसे दो द्रव, एक गैस और एक द्रव, या एक द्रव और एक ठोस।
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सर्फेक्टेंट ऐम्फीफिलिक कार्बनिक अणु होते हैं जिन्हें कार्बनिक यौगिकों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
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इसमें हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक दोनों समूह होते हैं। दूसरे शब्दों में, एक सर्फेक्टेंट में जल-अघुलनशील और जल-घुलनशील दोनों घटक होते हैं।
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सर्फेक्टेंट्स में पानी में फैलने और वायु-जल सतह पर अधिशोषित होने की क्षमता होती है, जो उनकी सबसे सामान्य विशेषताओं में से एक है। यह तेल-जल सतह पर भी अधिशोषित हो सकता है, जहाँ तेल को पानी के साथ मिलाया जाता है। पानी में अघुलनशील समूह पानी की मुख्य चरण से बाहर निकलकर वायु या तेल चरण में चला जाता है। दूसरी ओर, जल-घुलनशील सिर समूह प्रायः पानी के चरण में ही रहता है।
क्रियाविधि
जब किसी विलयन में पर्याप्त संख्या में सर्फेक्टेंट अणु मिलाए जाते हैं, तो वे संयुक्त होना शुरू कर देते हैं। जलीय चरण में वे माइसेल्स बनाते हैं, जो संरचनाएँ या समुच्चय होते हैं। जैसे ही माइसेल बनता है, सर्फेक्टेंट के सिर (हाइड्रोफिलिक सिर) पानी या आसपास के द्रव के संपर्क में रहते हैं। पूंछें (हाइड्रोफोबिक पूंछें) संरचना के केंद्र में एकत्र होती हैं, जहाँ वे पानी से सुरक्षित रहती हैं। विभिन्न प्रकार के समुच्चय बनाए जा सकते हैं, जैसे गोलाकार या बेलनाकार माइसेल्स या लिपिड द्वितलिकाएँ।
सर्फेक्टेंट्स के प्रकार
सर्फेक्टेंट्स को उनके ध्रुवीय सिर समूह के आधार पर कई श्रेणियों में बाँटा गया है:
(1) ऐनियोनिक सर्फेक्टेंट्स
यदि सिर समूह (हाइड्रोफिलिक छोर) पर आवेश ऋणात्मक हो, तो सर्फेक्टेंट को ऐनियोनिक कहा जाता है। इसके सिर पर सल्फेट, सल्फोनेट, फॉस्फेट और कार्बॉक्सिलेट जैसे ऐनियोनिक कार्यात्मक समूह होते हैं। सल्फेट्स, सल्फोनेट्स और ग्लूकोनेट्स ऐनियोनिक सर्फेक्टेंट्स के उदाहरण हैं।
(2) धनात्मक सतह सक्रिय पदार्थ
इसी प्रकार, धनात्मक का अर्थ है कि सिर समूह (जलप्रेमी सिरा) पर धनावेश होता है। धनात्मक सतह सक्रिय पदार्थों में एल्किल अमोनियम क्लोराइड शामिल होते हैं, जो सामान्यतः प्रयोग किए जाते हैं।
(3) ज़्विटरायनिक सतह सक्रिय पदार्थ
अपने जलप्रेमी सिरे पर, ज़्विटरायनिक सतह सक्रिय पदार्थ, जिन्हें एम्फोटेरिक सतह सक्रिय पदार्थ भी कहा जाता है, पर धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश होते हैं। एक ही अणु पर इनमें धनात्मक और ऋणात्मक दोनों केंद्र होते हैं। इसका मूलतः शुद्ध आवेश शून्य होता है। इस प्रकार के सतह सक्रिय पदार्थों में बीटेन और एमिनो ऑक्साइड शामिल हैं।
(4) अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थ
अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थ सामान्यतः उदासीन होते हैं, और उनके जलप्रेमी सिरे पर कोई आवेश नहीं होता है। अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थों में ऑक्सीजन युक्त जलप्रेमी समूह सहसंयोजी रूप से जलभीर मूल संरचनाओं से बंधे होते हैं। इनका उपयोग तेलों को पायसित करने के लिए किया जा सकता है और ये कार्बनिक तेलों को अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थों की तुलना में अधिक प्रभावी रूप से हटाते प्रतीत होते हैं। अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थ जल की कठोरता के प्रति कम संवेदनशील होते हैं और अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थों की तुलना में कम झाग उत्पन्न करते हैं। अनायनिक सतह सक्रिय पदार्थों के उदाहरणों में एथॉक्सिलेट्स, अल्कॉक्सिलेट्स और कोकोएमाइड शामिल हैं।
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