बस मिलाओ और 80℃ तक गर्म!? घर पर बना काइरो से जानें ‘जंग से निकलने वाली गर्मी’ का विज्ञान! खुद बनाकर सीखें ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया

मैं हूँ आपका साइंस ट्रेनर कुवाको केन। मेरे लिए हर दिन एक प्रयोग है।

सर्दियों के ठंडे दिनों में, जेब में रखे हॉट पैक (हीट रैप) की हल्की-हल्की गर्माहट किसी वरदान से कम नहीं लगती, है ना? पर क्या आपने कभी सोचा है कि उस छोटी-सी थैली के अंदर आखिर चल क्या रहा होता है?

दरअसल, वह छोटी-सी थैली ‘आपकी जेब के अंदर की केमिकल फ़ैक्टरी’ है। इस बार, हम इसी फ़ैक्टरी के राज़ खोलने जा रहे हैं। आइए, एक डिस्पोज़ेबल हॉट पैक खुद बनाकर देखें और रसायन विज्ञान की गर्मी को ‘महसूस’ करें।

【यह लेख रेडियो पर भी उपलब्ध है】

जब यह प्रयोग क्लास में कराया जाता है, तो छात्रों की आँखों में एक अलग ही चमक आ जाती है। “वाह, सच में गरम हो गया!” “देखो, भाप निकल रही है!”—ऐसे उत्साह भरे नारे पूरी क्लास में गूंज उठते हैं। जब आँखों से न दिखने वाली रासायनिक क्रिया, हाथ से छूने लायक ‘गर्मी’ में बदलती है, तो यह सीखने का वह बेहतरीन अनुभव होता है जो सिर्फ़ किताबों से नहीं मिल सकता।

हॉट पैक बनाने की चुनौती! ज़रूरी सामग्री और प्रक्रिया
हमारा उद्देश्य डिस्पोज़ेबल हॉट पैक के काम करने के तरीके को समझना और यह अनुभव करना है कि ‘ऑक्सीकरण’ नामक रासायनिक प्रतिक्रिया (ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया) से गर्मी पैदा होती है। तो, चलिए तैयारी शुरू करते हैं!

■ ज़रूरी सामग्री (प्रति समूह)

• लोहे का चूर्ण (300 मेश): लगभग 4 ग्राम (यही चीज़ हाइड्रोजन सल्फ़ाइड के प्रयोग में भी इस्तेमाल हुई थी)। आज का मुख्य किरदार!
• सक्रिय कार्बन (एक्टिवेटेड कार्बन): लगभग 2 ग्राम। लोहे की प्रतिक्रिया में मदद करने वाला बेहतरीन सहायक।
• नमक का घोल (3%): 3 सेमी³। प्रतिक्रिया की गति बढ़ाने वाला जादुई पानी।
• कागज़ का कप: 1 (छोटा आकार)
• थर्मामीटर: 1
• काँच की छड़: 1
• वज़न करने वाला कागज़ (वेइंग पेपर): पर्याप्त मात्रा

लोहे का चूर्ण 300 मेश 【हॉकाइडो・ओकिनावा प्रांत में डिलीवरी नहीं】

■ प्रयोग के चरण

① कागज़ के कप में 4 ग्राम लोहे का चूर्ण और 2 ग्राम सक्रिय कार्बन डालें और काँच की छड़ से अच्छी तरह मिलाएँ ताकि पाउडर एक जैसा हो जाए।

② 3 सेमी³ नमक का घोल डालें और तुरंत काँच की छड़ से तेज़ी से हिलाएँ। रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू!

③ थर्मामीटर डालें और हर 1 मिनट में तापमान रिकॉर्ड करें। 10 मिनट तक मापें और बदलाव को ग्राफ़ में बनाने की कोशिश करें।
ज़रूरी बात: बीच-बीच में हिलाते रहें ताकि हवा (ऑक्सीजन) अंदर जाए और तापमान तेज़ी से बढ़ सके।

सिर्फ़ मिलाने से 80°C?! रसायन विज्ञान की ‘गर्मी’ का रहस्य
प्रयोग में, कुछ समूहों में तापमान 80°C के करीब पहुँच गया और भाप निकलने लगी! यह इस बात का प्रमाण है कि कागज़ के कप में ‘लोहे का ऑक्सीकरण’, यानी ‘लोहे के तेज़ी से ज़ंग लगने की प्रतिक्रिया’ हो रही है। लोहे में यह गुण होता है कि जब वह हवा में मौजूद ऑक्सीजन से मिलकर ज़ंग लगाता है, तो गर्मी (ऊष्मा) छोड़ता है। हॉट पैक की गर्माहट का राज़ इसी रासायनिक प्रतिक्रिया में छिपा है।

4Fe+3O
2
​
+6H
2
​
O⟶4Fe(OH)
3
​
+ऊर्जा (ऊष्मा)
यह रासायनिक सूत्र शायद मुश्किल लगे, पर इसे हॉट पैक के अंदर की ‘सर्वश्रेष्ठ टीम’ की कहानी समझिए:

• लोहे का चूर्ण (Fe):【मुख्य किरदार】 ऊर्जा का स्रोत, जो ऑक्सीजन से मिलकर गर्मी पैदा करता है।
• ऑक्सीजन (O
  2
  ​
  ):【साथी】 हवा से आता है और लोहे के साथ प्रतिक्रिया करता है।
• पानी (H
  2
  ​
  O) और नमक:【समर्थक/उत्प्रेरक】 लोहे और ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया को बहुत तेज़ी से आगे बढ़ाते हैं। नमक का घोल डालते ही तापमान बढ़ने लगता है, यह उन्हीं की वजह से है।
• आयरन (III) हाइड्रॉक्साइड (Fe(OH)
  3
  ​
  ):【उत्पाद】 लोहे, ऑक्सीजन और पानी के मिलने से बना पदार्थ, जिसे हम आम भाषा में ‘ज़ंग’ कहते हैं। जब यह पदार्थ बनता है, तभी गर्मी पैदा होती है।

बाज़ार में मिलने वाले हॉट पैक में और भी ख़ास तकनीकें इस्तेमाल की जाती हैं।

• सक्रिय कार्बन:【सुपर सहायक】 इसकी सतह पर अनगिनत छोटे-छोटे छेद होते हैं, जिनमें यह हवा से बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन सोख लेता है। यह लोहे के चारों ओर ऑक्सीजन जमा करके प्रतिक्रिया को लगातार और कुशलता से जारी रखने में अहम भूमिका निभाता है।
• वर्मीक्यूलाइट, लकड़ी का बुरादा, और जल-अवशोषक रेज़िन:【नियंत्रक】 ये नमी को बनाए रखकर प्रतिक्रिया को ज़्यादा देर तक चलाते हैं, और पैदा हुई गर्मी को पूरे हॉट पैक में एक जैसा फैलाते हैं। इनकी वजह से ही हॉट पैक अचानक बहुत ज़्यादा गरम नहीं होता और लंबे समय तक गर्माहट देता रहता है।

सुरक्षित आनंद लेने के नियम
यह प्रयोग काफ़ी हद तक सुरक्षित है, लेकिन जब लोहे का चूर्ण ऑक्सीकृत हो रहा होता है, तो वह बहुत गर्म होता है। प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद जब तक वह पूरी तरह ठंडा न हो जाए, तब तक उसे कूड़ेदान में न फेंकें। प्रयोग के बाद, कागज़ के कप को किसी सुरक्षित जगह पर रखें, और अगले दिन या शिक्षक के निर्देशानुसार ही उसे ठिकाने लगाएँ। एक छोटे से डिस्पोज़ेबल हॉट पैक में भी कितनी वैज्ञानिक समझ और कारीगरी छिपी है! अगर आप अपने आस-पास की चीज़ों से “क्यों?” पूछते हैं, तो दुनिया आपको और भी मज़ेदार लगेगी।

संपर्क और अनुरोध के लिए
विज्ञान के रहस्यों और रोचकता को और करीब से जानें! घर पर किए जा सकने वाले मज़ेदार विज्ञान प्रयोग और उनके तरीक़ों को आसान भाषा में बताया गया है। इन्हें ज़रूर खोजें!
・संचालक कुवाको केन के बारे में यहाँ देखें
・विभिन्न अनुरोधों (लेखन, व्याख्यान, प्रयोग कक्षाएँ, टीवी सलाह, उपस्थिति आदि) के लिए यहाँ क्लिक करें
・लेखों की अपडेट जानकारी X पर उपलब्ध है!

विज्ञान के आइडिया चैनल पर प्रयोग के वीडियो उपलब्ध हैं!