【अब कोई उलझन नहीं!】 द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता और मोलरिटी को आसानी से बदलने की रसायनशास्त्र रेसिपी (N・ppm)

मैं हूँ आपका साइंस ट्रेनर, कवाको केन। मेरे लिए, हर दिन एक प्रयोग है!

क्या कभी आपके साथ ऐसा हुआ है कि किसी रेसिपी में “थोड़ा सा नमक” लिखा हो, और आप सोच में पड़ गए हों कि इसका क्या मतलब है? 🤔 दरअसल, केमिस्ट्री की दुनिया में भी ऐसी ही ‘गाढ़ेपन’ या ‘सांद्रता’ (concentration) को दिखाने के कई तरीके हैं, और वैज्ञानिक अपनी ज़रूरतों के हिसाब से इनका इस्तेमाल करते हैं। आज हम दो सबसे आम ‘सांद्रता’ की इकाइयों, स्कूल में पढ़ी जाने वाली “द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता” (mass percentage concentration) और थोड़ी ज़्यादा प्रोफेशनल “मोलरता” (molarity) के बीच घूमना-फिरना सीखेंगे। जब आपको यह कैलकुलेशन समझ आ जाएगी, तो केमिस्ट्री आपके लिए बहुत आसान और मज़ेदार हो जाएगी, और आप सुरक्षित तरीके से प्रयोग कर पाएंगे!

अगर आप सच में पतला करने का तरीका (dilution) सीखना चाहते हैं, तो कृपया यहाँ देखें।

塩酸・硫酸・アンモニア・塩化銅の希釈の方法（希釈の基本を押さえよう！～薬品の正しい使い方と授業準備～）

सांद्रता का आधार: इकाइयों का अंतर समझना

स्कूल की किताबों में अक्सर “द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता” का इस्तेमाल होता है, लेकिन प्रयोग की मैन्युअल और रिसर्च पेपर में “मोलरता” का ही बोलबाला है। तो चलिए, इन दोनों सांद्रताओं को आपस में बदलने में माहिर बनते हैं। अगर आपको यह कैलकुलेशन आती हो, तो यह बहुत काम की है और सबसे ज़रूरी, आपको सुकून रहेगा।

चाहे वह द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता हो या मोलरता, इनका मूल विचार एक ही है।

घुलनशील पदार्थ (जो घुला हुआ है) ÷ विलयन (पूरा घोल)

अंतर बस उनकी ‘इकाई’ का है। द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता में हम द्रव्यमान (ग्राम) का इस्तेमाल करते हैं।

घुलनशील पदार्थ (ग्राम) ÷ विलयन (ग्राम)

वहीं, मोलरता में हम केमिकल रिएक्शन में कणों की संख्या पर ध्यान देते हैं, जिसके लिए मोल (mol) और आयतन (लीटर) का इस्तेमाल करते हैं।

घुलनशील पदार्थ (mol) ÷ विलयन (L)

तो, चलिए अब 2 mol/L के हाइड्रोक्लोरिक एसिड को द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता में बदलते हैं। इस वेबसाइट के चार्ट के हिसाब से, 2 mol/L का हाइड्रोक्लोरिक एसिड करीब 7% होता है। क्या यह सच है? आइए, कैलकुलेशन करके देखते हैं!

करके देखें! मोलरता से द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता में बदलना
सबसे पहले, हमें कैलकुलेशन के लिए ज़रूरी जानकारी इकट्ठा करनी है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) का आणविक द्रव्यमान: इसके परमाणुओं का वजन जोड़ते हैं। हाइड्रोजन (H) का 1 है, और क्लोरीन (Cl) का 35.5, तो 1 + 35.5 = 36.5 होता है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड (2mol/L) का घनत्व: जानकारी के मुताबिक यह 1.03 ग्राम/सेमी³ है। इसका मतलब है कि 1 सेमी³ का वजन 1.03 ग्राम है।

अब, चलिए 1 लीटर घोल को आधार मानकर कैलकुलेशन करते हैं।

घुलनशील पदार्थ: 2 mol ⟶ 2 × 36.5 = 73 ग्राम

विलयन: 1 L = 1000 सेमी³ ⟶ 1000 × 1.03 ग्राम/सेमी³ = 1030 ग्राम

हमें पता चला कि 1 लीटर घोल (1030 ग्राम) में 73 ग्राम हाइड्रोजन क्लोराइड घुला हुआ है। अब, इसे द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता के फ़ॉर्मूले में डालते हैं…

73 (ग्राम) ÷ 1030 (ग्राम) = 0.070… यानी, करीब 7%!

देखिए, यह चार्ट की वैल्यू से बिल्कुल मिल रहा है!

उलटा भी करके देखें! द्रव्यमान प्रतिशत सांद्रता से मोलरता में बदलना
अब हम उलटी कैलकुलेशन करते हैं। अगर हम एक-एक करके यूनिट बदलें, तो हम वापस उसी जगह पहुँच सकते हैं। उदाहरण के लिए, 7% हाइड्रोक्लोरिक एसिड, जिसका घनत्व 1.03 ग्राम/एमएल है, उसकी मोलरता निकालते हैं। मोलरता का मतलब है कि “1 लीटर घोल में घुलनशील पदार्थ के कितने मोल हैं”।

सबसे पहले, हम 1 लीटर घोल का वजन निकालते हैं।

विलयन 1 L = 1000 mL ⟶ 1000 mL × 1.03 g/mL = 1030 ग्राम

इस वजन का 7% घुलनशील पदार्थ (हाइड्रोजन क्लोराइड) का है, इसलिए

घुलनशील पदार्थ 1030 g × 0.07 = 72.1 ग्राम

आखिर में, हम इस घुलनशील पदार्थ के वजन को मोल में बदलते हैं। हाइड्रोजन क्लोराइड के आणविक द्रव्यमान 36.5 से भाग देने पर,

72.1 (ग्राम) ÷ 36.5 (ग्राम/मोल) ≈ 1.97 (मोल)

तो, 1 लीटर घोल में 1.97 मोल घुले हुए हैं, इसलिए सांद्रता करीब 2 mol/L होगी। यह भी बिल्कुल सही है!

काम के कैलकुलेशन टूल
हाइड्रोक्लोरिक एसिड और सोडियम हाइड्रोक्साइड जैसे आम केमिकल्स के लिए, कुछ लोगों ने सांद्रता बदलने वाले सॉफ़्टवेयर बनाए हैं। आप यहाँ अपनी कैलकुलेशन को दोबारा चेक कर सकते हैं।

https://keisan.casio.jp/menu/person/TaikiIkekame

जैसे, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के लिए, इस वेबसाइट पर “7%” डालते ही “1.981 mol/L” का सटीक मान तुरंत आ जाता है।

https://keisan.casio.jp/exec/user/1480248881

🤓 ज्ञान की बातें
1. हाइड्रोक्लोरिक एसिड और हाइड्रोजन क्लोराइड में क्या अंतर है?
अक्सर लोग इन्हें एक ही मान लेते हैं, लेकिन “हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl)” कमरे के तापमान पर एक गैस है। जब यह हाइड्रोजन क्लोराइड पानी में घुलती है, तो उस घोल को “हाइड्रोक्लोरिक एसिड” कहते हैं। हमारे पेट में जो एसिड होता है, वह भी हाइड्रोक्लोरिक एसिड का ही मुख्य हिस्सा होता है, जो खाने को पचाने में मदद करता है। ध्यान रखें, हाइड्रोजन क्लोराइड HCl, क्लोरीन Cl के बराबर नहीं है!

2. नॉर्मेलिटी (N) क्या है?
एक और यूनिट “नॉर्मेलिटी (N)” भी है। यह मोलरता को उस एसिड या क्षार की “शक्ति संख्या (valence)” से गुणा करके निकाली जाती है। जैसे, हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) की शक्ति 1 (एक-वेलेंट) है, तो 1 mol/L की नॉर्मेलिटी भी 1 N होगी। वहीं, सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) की शक्ति 2 (दो-वेलेंट) है, तो 1 mol/L की नॉर्मेलिटी 2 N होगी। यह एक काम की यूनिट है जब हमें एसिड और क्षार की रिएक्शन की ताकत की सीधे तुलना करनी हो। ज़्यादा जानकारी के लिए यहाँ देखें।

3. ppm कितना छोटा होता है?
“ppm” का मतलब है “दस लाखवाँ हिस्सा” (parts per million)। जहाँ प्रतिशत 100 में से होता है, वहीं ppm 10 लाख में से होता है। इसका इस्तेमाल बहुत ही कम सांद्रता दिखाने के लिए किया जाता है।

घुलनशील पदार्थ का द्रव्यमान (mg) / विलयन का द्रव्यमान (kg)

1 ppm वह स्थिति है जब 1 किलो घोल (1000 ग्राम) में सिर्फ़ 1 mg घुलनशील पदार्थ घुला हो।

सोचिए यह कितना छोटा होता है…

1 टन के वजन में, सिर्फ़ 1 ग्राम

10 लाख रुपये में, सिर्फ़ 1 रुपया

मैंने एक रिसर्च मीटिंग में सुना था कि, ओतोशीदामा न्यू ईयर कार्ड लॉटरी में पहला इनाम जीतने की संभावना करीब 1 ppm होती है! (मैंने पता भी किया था)

यह सब सोचने के बाद, आपको ज़रूर एहसास हुआ होगा कि ppm कितना छोटा अनुपात है!

अभ्यास प्रश्न: सोडियम हाइड्रोक्साइड के लिए कैलकुलेशन करें
आखिर में, सोडियम हाइड्रोक्साइड के साथ अभ्यास करते हैं। 2% सोडियम हाइड्रोक्साइड के घोल को मोलरता में बदलते हैं। इस चार्ट के हिसाब से, इसका घनत्व 1.02 ग्राम/एमएल है (लेख में 1.03 ग्राम/एमएल हाइड्रोक्लोरिक एसिड का मान है, तो हम इसी से कैलकुलेशन करेंगे)। जवाब 0.51 mol/L होना चाहिए।

सबसे पहले, हम 1 लीटर घोल का द्रव्यमान निकालते हैं।

1000 mL × 1.02 g/mL = 1020 ग्राम

इसका 2% घुलनशील पदार्थ का द्रव्यमान है, तो

1020 g × 0.02 = 20.4 ग्राम

अब, इसे मोल में बदलते हैं। सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) का आणविक द्रव्यमान 40 है, तो

20.4 g / 40 (g/mol) = 0.51 मोल

तो, 1 लीटर में 0.51 मोल हैं, इसलिए मोलरता 0.51 mol/L है। यह चार्ट की वैल्यू से बिल्कुल मिल रहा है!
इस वेबसाइट पर भी कैलकुलेशन करने पर, जवाब लगभग एक जैसा ही आता है।

सोडियम हाइड्रोक्साइड सांद्रता कन्वर्जन: https://keisan.casio.jp/exec/user/1480256880

संदर्भ
स्कूल में इस्तेमाल होने वाला हाइड्रोक्लोरिक एसिड, गाढ़े एसिड को एक बार में पतला करके इस्तेमाल करने में आसानी होती है। जैसे, 10% हाइड्रोक्लोरिक एसिड बनाने के लिए, आयतन के हिसाब से 1 हिस्सा गाढ़ा एसिड और 3.2 हिस्से पानी मिलाते हैं। 500 सेमी³ गाढ़े एसिड को पूरी तरह से 10% बनाने के लिए, 1600 सेमी³ पानी से पतला करना चाहिए, इसलिए इसे 3 लीटर के पॉलीइथाइलीन कंटेनर (amazon) में पतला करके रखना अच्छा रहेगा।

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