Solutions

Notes

1. विलयन (Solution)

दो या दो से अधिक ऐसे घटकों का समांगी मिश्रण (Homogeneous Mixture), जो आपस में रासायनिक अभिक्रिया नहीं करते, विलयन कहलाता है।

एक विलयन में निम्न घटक होते हैं:

• विलेय (Solute): विलयन में कम मात्रा में उपस्थित घटक को विलेय कहते हैं।
• विलायक (Solvent): विलयन में अधिक मात्रा में उपस्थित घटक को विलायक कहते हैं।

उदाहरण: अल्कोहल + जल → विलयन

• अल्कोहल (20 mL) = विलेय
• जल (60 mL) = विलायक

महत्वपूर्ण: प्रत्येक विलयन एक मिश्रण होता है, लेकिन प्रत्येक मिश्रण विलयन नहीं होता।

2. विलयनों का वर्गीकरण (Classification of Solutions)

घटकों की संख्या के आधार पर

• द्विघटकीय विलयन (Binary Solution): इसमें दो घटक होते हैं, सामान्यतः एक विलेय और एक विलायक।
• बहुघटकीय विलयन (Multicomponent Solution): इसमें दो से अधिक घटक होते हैं।

किसी विलयन की भौतिक अवस्था सामान्यतः उसके विलायक की भौतिक अवस्था पर निर्भर करती है।

• ठोस विलायक → ठोस विलयन
• द्रव विलायक → द्रव विलयन
• गैसीय विलायक → गैसीय विलयन

विलेय और विलायक की भौतिक अवस्थाओं के आधार पर

1. ठोस में ठोस → धातु मिश्रधातु (Metal Alloy)
2. ठोस में द्रव → चाँदी में पारा (Hg in Ag)
3. ठोस में गैस → पैलेडियम में हाइड्रोजन (H₂ in Pd)
4. द्रव में ठोस → जल में चीनी
5. द्रव में द्रव → जल में एथेनॉल
6. द्रव में गैस → जल में ऑक्सीजन
7. गैस में ठोस → ऑक्सीजन में कपूर
8. गैस में द्रव → ऑक्सीजन में क्लोरोफॉर्म की वाष्प
9. गैस में गैस → ऑक्सीजन और नाइट्रोजन

3. विलयन की सांद्रता (Concentration of a Solution)

सांद्रता किसी विलयन में उपस्थित विलेय की सापेक्ष मात्रा को दर्शाती है।

द्रव्यमान प्रतिशत (Mass Percentage, w/w)

\[ \text{द्रव्यमान प्रतिशत (w/w)} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान}} {\text{विलयन का द्रव्यमान}} \times100 \]

उदाहरण: NaOH के दो विलयनों को मिलाना

20% (w/w) NaOH विलयन को 10% (w/w) NaOH विलयन के साथ मिलाया जाता है। प्राप्त विलयन में NaOH का द्रव्यमान प्रतिशत ज्ञात कीजिए।

प्रत्येक विलयन का 100 g लेने पर:

• पहले विलयन में NaOH = 20 g
• दूसरे विलयन में NaOH = 10 g
• कुल NaOH = 30 g
• कुल विलयन = 200 g

\[ \%\text{NaOH}=\frac{30}{200}\times100=15\% \]

उदाहरण

300 g के 20% (w/w) NaOH विलयन को 200 g के 10% (w/w) NaOH विलयन के साथ मिलाया जाता है।

\[ \text{पहले विलयन से NaOH} = \frac{20}{100}\times300 = 60g \]

\[ \text{दूसरे विलयन से NaOH} = \frac{10}{100}\times200 = 20g \]

\[ \%\text{NaOH} = \frac{60+20}{500}\times100 = 16\% \]

4. पार्ट्स पर मिलियन (Parts Per Million, PPM)

विलयन के \(10^6\) भागों में उपस्थित विलेय की मात्रा को पार्ट्स पर मिलियन (PPM) के रूप में व्यक्त किया जाता है।

\[ PPM(w/w)= \frac{W_{solute}}{W_{solution}}\times10^6 \]

\[ PPM(v/v)= \frac{V_{solute}}{V_{solution}}\times10^6 \]

\[ PPM(w/v)= \frac{W_{solute}}{V_{solution}}\times10^6 \]

5. मोलरता (Molarity)

एक लीटर विलयन में उपस्थित विलेय के मोलों की संख्या को मोलरता कहते हैं।

\[ M= \frac{\text{विलेय के मोलों की संख्या}} {\text{विलयन का आयतन (लीटर में)}} \]

मात्रक: mol L⁻¹ या M

यदि \(M_m\) मोलर द्रव्यमान वाले विलेय के \(x\) ग्राम को घोलकर \(V\) mL विलयन बनाया जाए, तो:

\[ M= \frac{x\times1000}{M_m\times V} \]

उदाहरण

6.3 g HNO₃ को घोलकर 100 mL विलयन बनाया जाता है। इसकी मोलरता ज्ञात कीजिए।

HNO₃ का मोलर द्रव्यमान = 63 g mol⁻¹

\[ M= \frac{6.3\times1000}{63\times100} = 1M \]

उदाहरण

3.42 g चीनी को घोलकर 1000 mL विलयन बनाया जाता है। चीनी का मोलर द्रव्यमान = 342 g mol⁻¹ है।

\[ M= \frac{3.42\times1000}{342\times1000} = 0.01M \]

प्रतिशत (w/v) से मोलरता

यदि किसी विलयन की सांद्रता \(x\%\,(w/v)\) है, तो:

\[ M=\frac{10x}{M_m} \]

उदाहरण

20% (w/v) कैल्शियम विलयन की मोलरता ज्ञात कीजिए। कैल्शियम का मोलर द्रव्यमान 40 g mol⁻¹ है।

\[ M=\frac{10\times20}{40}=5M \]

द्रव्यमान प्रतिशत (w/w) और घनत्व से मोलरता

यदि किसी विलयन की सांद्रता \(x\%\,(w/w)\) तथा उसका घनत्व \(d\) g mL⁻¹ है, तो:

\[ M=\frac{10dx}{M_m} \]

उदाहरण

20% (w/w) NaOH विलयन का घनत्व 1.2 g mL⁻¹ है।

\[ M= \frac{10\times1.2\times20}{40} = 6M \]

6. तनुकरण (Dilution)

किसी विलयन में विलायक मिलाकर उसकी सांद्रता कम करने की प्रक्रिया को तनुकरण कहते हैं।

तनुकरण से पहले और बाद में विलेय के मोलों की संख्या समान रहती है।

\[ C_1V_1=C_2V_2 \]

मोलरता के लिए:

\[ M_1V_1=M_2V_2 \]

उदाहरण

0.5 M H₂SO₄ विलयन के 200 mL को तनु करके 400 mL किया जाता है। अंतिम मोलरता ज्ञात कीजिए।

\[ M_1V_1=M_2V_2 \]

\[ 0.5\times200=M_2\times400 \]

\[ M_2=0.25M \]

7. मोललता (Molality)

1 kg (1000 g) विलायक में उपस्थित विलेय के मोलों की संख्या को मोललता कहते हैं।

\[ m= \frac{\text{विलेय के मोलों की संख्या}} {\text{विलायक का द्रव्यमान (kg में)}} \]

मात्रक: mol kg⁻¹

यदि विलेय का द्रव्यमान \(x\) g, विलायक का द्रव्यमान \(y\) g तथा विलेय का मोलर द्रव्यमान \(M_m\) है, तो:

\[ m= \frac{x\times1000}{M_m\times y} \]

द्रव्यमान प्रतिशत से मोललता

यदि किसी विलयन में \(x\%\,(w/w)\) विलेय है:

विलेय का द्रव्यमान = \(x\) g

विलायक का द्रव्यमान = \((100-x)\) g

\[ m= \frac{x\times1000}{M_m(100-x)} \]

उदाहरण

40 g NaOH को 100 g जल में घोला गया है। मोललता ज्ञात कीजिए।

\[ m= \frac{40\times1000}{40\times100} = 10\ mol\,kg^{-1} \]

उदाहरण

40% (w/w) NaOH विलयन की मोललता ज्ञात कीजिए।

\[ m= \frac{40\times1000}{40(100-40)} \]

\[ m=16.67\ mol\,kg^{-1} \]

8. मोलरता और मोललता के बीच संबंध

मान लीजिए:

• मोलरता = \(M\)
• मोललता = \(m\)
• विलयन का घनत्व = \(d\) g mL⁻¹
• विलेय का मोलर द्रव्यमान = \(M_m\)

1 लीटर विलयन के लिए:

\[ \text{विलयन का द्रव्यमान}=1000d \]

\[ \text{विलेय का द्रव्यमान}=M\times M_m \]

\[ \text{विलायक का द्रव्यमान}=1000d-MM_m \]

अतः:

\[ m= \frac{M\times1000}{1000d-MM_m} \]

9. मोल अंश (Mole Fraction)

विलयन के किसी घटक के मोलों की संख्या और विलयन में उपस्थित सभी घटकों के कुल मोलों की संख्या के अनुपात को उस घटक का मोल अंश कहते हैं।

A और B से बने द्विघटकीय विलयन के लिए:

\[ X_A=\frac{n_A}{n_A+n_B} \]

\[ X_B=\frac{n_B}{n_A+n_B} \]