वाइन से अल्कोहल का जादू: आसवन प्रयोग में सुरक्षा के साथ ज्ञान का तड़का!
मैं हूँ कुवाको केन, आपका साइंस ट्रेनर। मेरे लिए तो हर दिन एक प्रयोग है।
वाइन से एकदम पारदर्शी (Transparent) लिक्विड निकालकर, उसमें आग लगाना और फिर नीली लौ (Blue flame) का जल उठना… यह किसी जादूगरी या कीमिया (Alchemy) से कम नहीं लगता! लेकिन यह थोड़ा ‘एडल्ट’ किस्म का प्रयोग, असल में मिडिल स्कूल साइंस में सिखाया जाने वाला ‘आसवन’ (Distillation) नामक एक वैज्ञानिक तरीका है।
आज हम रेड वाइन का उपयोग करके आसवन (Distillation) के प्रयोग को जानेंगे और समझेंगे कि कैसे कोई तरल (Liquid) भाप (Gas) में और फिर से तरल में बदल जाता है। यह कमाल की प्रक्रिया हमारे जीवन के कई महत्वपूर्ण उद्योगों, जैसे शराब (Alcohol), परफ्यूम (Perfume) और पेट्रोलियम (Petroleum) के शुद्धिकरण (Refining) का आधार है।
प्रयोग में कुछ खतरे भी हैं, लेकिन अगर हम सही तरीका और सुरक्षा नियमों का पालन करें, तो विज्ञान का पूरा मजा ले सकते हैं। खासकर नए टीचर्स के लिए हमने सुरक्षा के सभी पॉइंट्स को बहुत सावधानी से समझाया है, इसलिए इसे ज़रूर देखें। तो, आइए, विज्ञान के इस जादुई सफर पर एक साथ चलें!
प्रयोग की तैयारी: जादू के उपकरण जुटाएं!
सबसे पहले, उन उपकरणों पर एक नज़र डालते हैं जो इस प्रयोग में इस्तेमाल होंगे।
साइड-आर्म वाली गोल-पेंदी की फ्लास्क (Branch-equipped Round Bottom Flask), 3 टेस्ट ट्यूब (Test Tubes), बीकर (Beaker), स्टैंड (Stand), गैस बर्नर (Gas Burner), तिपाई (Tripod), जाली (Wire Gauze), रबर स्टॉपर वाला थर्मामीटर (Thermometer with Rubber Stopper), वाइन (Wine), माचिस (Matchbox), जलती हुई सामग्री रखने का डिब्बा (Moesashi-ire/Box for burnt material), गीला कपड़ा (Wet cloth), दस्ताने (Gloves), सुरक्षा चश्मा (Safety Goggles).
हम यह वाइन इस्तेमाल कर रहे हैं। प्रयोग की सफलता की कुंजी इसकी अल्कोहल सामग्री (Alcohol content) में है। हमने जिस वाइन को चुना है, उसमें 14% अल्कोहल है (amazon)। यह एकाग्रता (Concentration) आगे चलकर बहुत काम आएगी!
सबसे ज़रूरी! सुरक्षित प्रयोग के नियम
सुरक्षा सबसे पहले है। इस प्रयोग में जलने जैसी दुर्घटनाएं ज़्यादा होती हैं, इसलिए बहुत ध्यान दें। हमने क्लास में इस्तेमाल की जा सकने वाली स्लाइड भी शेयर की है, जिसे आप फ़ोटो देखकर सुरक्षा नियम समझने के लिए इस्तेमाल कर सकते हैं। ▶ क्लास के लिए स्लाइड यहां देखें
अब करें अभ्यास! वाइन से ‘खजाना’ निकालने की प्रक्रिया
स्टेप 1: शुरुआती तैयारी और सावधानियाँ
वाइन को 10 मिलीलीटर (mL) की मात्रा में टेस्ट ट्यूब में बांटकर सभी समूहों (Groups) को दें। दस्ताने (Gloves) और सुरक्षा चश्मा (Safety Goggles) पहनना ज़रूरी है! अब उपकरणों को सेट करें। चूंकि इस प्रयोग में कई खतरे हैं और जलने का जोखिम भी है, इसलिए टीचर को एक बार पहले से इसका प्रदर्शन (Demonstration) करके दिखाना सुरक्षित रहता है। वाइन को पहले से ही 10 mL की मात्रा में टेस्ट ट्यूब में बांटकर रखने से उस दिन प्रयोग जल्दी शुरू हो जाता है। 10 mL लेने का भी एक कारण है। अगर वाइन में अल्कोहल की मात्रा 11% होती, तो 13 mL के आसपास लेना बेहतर होता। इसका हिसाब बाद में समझेंगे।
स्टेप 2: फ्लास्क में वाइन डालना
साइड-आर्म वाली फ्लास्क को सीधा रखें ताकि वाइन उसके साइड-आर्म में न जाए, और वाइन डालें। थर्मामीटर की नोंक (Tip) को फ्लास्क के साइड-आर्म के जोड़ (Junction) के पास सेट करें। थर्मामीटर को इस जगह पर क्यों रखा जाता है? ताकि हम तरल से भाप बने वाष्प (Vapour) का तापमान सही-सही माप सकें।
यह प्रयोग समय की कसौटी है। समय बहुत कम होता है, इसलिए तैयारी और सफाई का काम क्लास के समूहों के बीच बांटने जैसी कोई तरकीब आज़मानी पड़ेगी। दस्ताने गर्म रबर ट्यूब (Rubber tube) को बदलते समय जलने से बचाते हैं।
वैसे, इकट्ठा करने वाले तरल की मात्रा 1 mL होनी चाहिए, लेकिन हमने छात्रों को टेस्ट ट्यूब के नीचे से लगभग 0.5 सेंटीमीटर (छोटी उंगली के नाखून जितना) की ऊंचाई तक बताने के लिए कहा। रेड वाइन इस्तेमाल करने से, जब रंगहीन तरल इकट्ठा होता है तो बदलाव साफ दिखता है, इसलिए यह अच्छा रहता है। फ्लास्क को पकड़ने वाली क्लिप को साइड-आर्म के जोड़ से ‘ऊपर’ पकड़ना ज़रूरी है। नीचे पकड़ने से, जो अल्कोहल भाप बन चुका है, वह ठंडा होकर फिर से तरल में बदल जाएगा, जिससे प्रक्रिया की कार्यक्षमता (Efficiency) कम हो जाएगी।
स्टेप 3: अब गर्म करना शुरू!
“बॉइलिंग चिप्स” (Boiling chips) डालना न भूलें! हमेशा जाली (Wire gauze) बिछाएँ ताकि आग एक ही जगह पर न लगे। गैस बर्नर की आंच (Flame) को एडजस्ट करते हुए तापमान में हो रहे बदलाव को देखें।
तरल इकट्ठा करने वाली टेस्ट ट्यूब को रबर ट्यूब के सिरे से न छूने दें, उसे 1 सेंटीमीटर ऊपर रखें। अगर रबर ट्यूब मुड़ गई है, तो यह खतरनाक हो सकता है, इसलिए उसे सीधा रखें।
यहाँ “बॉइलिंग चिप्स” क्या काम करते हैं? ये एक तरह के सुरक्षा कवच (Safety charm) हैं जो तरल को अचानक ‘विस्फोट’ की तरह उबलने, यानी “उत्स्रवण” (Sumping/Bumping) से बचाते हैं। बॉइलिंग चिप्स की सतह पर छोटे-छोटे गड्ढे (Dents) होते हैं जो बुलबुले को शांति से निकलने में मदद करते हैं। उत्स्रवण (#突沸) की पूरी जानकारी इस वीडियो में समझाई गई है।
गर्म करना शुरू करने के बाद भी, थर्मामीटर का पारा तुरंत नहीं चढ़ेगा। चूंकि हम भाप का तापमान माप रहे हैं, तरल के गर्म होने पर भी यह तुरंत प्रतिक्रिया नहीं देता। लेकिन उबलना शुरू होते ही, तापमान तेज़ी से बढ़ेगा! यह पल देखने लायक होता है।
स्टेप 4: तरल इकट्ठा करना
तापमान 70°C पार करते ही, साइड-आर्म पर तरल दिखना शुरू हो जाएगा। 1 mL की मात्रा में तरल को 3 टेस्ट ट्यूब में इकट्ठा करें। टेस्ट ट्यूब बदलते समय, बीकर को ही खिसकाना आसान होता है।
अल्कोहल पानी से पहले भाप बनकर क्यों निकलता है? क्योंकि पदार्थों के तरल से भाप में बदलने का तापमान, यानी ‘क्वथनांक’ (Boiling Point) अलग होता है। पानी का क्वथनांक 100°C होता है, जबकि अल्कोहल (इथेनॉल) का लगभग 78°C। इसे ऐसे समझें कि गर्म पानी में रहने की प्रतियोगिता में, अल्कोहल पहले हार मानकर बाहर निकल जाता है।
जब तापमान 70°C पार कर जाता है, तो अल्कोहल की भाप, जो पहले बाहर आई है, साइड-आर्म में ठंडी होकर वापस तरल बन जाती है। इस तरल को इकट्ठा करने की प्रक्रिया ही आसवन है। जैसे ही पहली टेस्ट ट्यूब भर जाए, बीकर सहित उसे फटाफट बदल दें। इस समय ट्यूब गर्म हो सकती है, इसलिए दस्ताने पहनना सुरक्षित होता है।
स्टेप 5: प्रयोग समाप्त! सबसे खतरनाक क्षण
आग बुझाने से ठीक पहले, या बुझाने के तुरंत बाद, रबर ट्यूब को टेस्ट ट्यूब से ज़रूर निकालें। गर्म रबर ट्यूब को पानी भरे बीकर में रखने के बजाय, गीले कपड़े पर रखें। यह नियम पक्का है! अगर रबर ट्यूब लगी रहने दी और आग बुझा दी, तो फ्लास्क के अंदर की भाप अचानक ठंडी होकर सिकुड़ जाएगी और वैक्यूम क्लीनर की तरह आस-पास के तरल को खींच लेगी – इसे “बैकफ़्लो” (Backflow/Reverse flow) या ‘प्रतिप्रवाह’ कहते हैं। ठंडे तरल का गर्म फ्लास्क में बहना, तापमान के अंतर से शीशे को तोड़ सकता है, जो बहुत खतरनाक है।
बैकफ़्लो (#逆流) की भयावहता इस वीडियो में दिखाई गई है।
फ्लास्क लिक्विड को ऊपर खींच रहा है।
कुछ छात्र गलती से गर्म रबर ट्यूब को पानी में डाल देते हैं, जो खतरनाक है। गीले कपड़े पर इसे रखना सुरक्षित है।
हैरान कर देने वाला नतीजा! निकाले गए तरल में क्या है?
आइए, इकट्ठा किए गए तीनों तरल पदार्थों की जांच करें।
ज्वलन परीक्षण (Combustion test): पहली और दूसरी ट्यूब के तरल को इवैपोरेशन डिश (Evaporation dish) में लेकर माचिस की तीली पास लाएं… तो ‘पॉट’ की आवाज के साथ नीली लौ जल उठेगी! इसका मतलब है कि इसमें अल्कोहल है।
शीतलन प्रभाव (Cooling effect): उंगली पर थोड़ी सी बूंद डालें तो ठंडक महसूस होगी। यह ‘वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा’ (Latent heat of vaporization) नामक घटना है, जिसमें तरल भाप बनने के लिए हमारी त्वचा से गर्मी खींच लेता है। गर्मियों में पानी छिड़कने से ठंडक महसूस होने का भी यही सिद्धांत है।
गंध में बदलाव (Change in smell): सैनिटाइज़र जैसी तीखी अल्कोहल की गंध के साथ, वाइन की थोड़ी मीठी खुशबू भी बाकी है। इसका मतलब है कि कुछ सुगंधित यौगिक (Aromatic compounds) भी साथ में आसवित हो गए हैं।
हमारी वाइन में 14% अल्कोहल था, इसलिए 10 mL वाइन में लगभग 1.4 mL अल्कोहल मौजूद है। इस कारण, कम क्वथनांक वाला अल्कोहल ज़्यादा होने से पहली ट्यूब में लगभग सिर्फ़ अल्कोहल होगा, दूसरी ट्यूब में अल्कोहल और पानी होगा, और उच्च क्वथनांक वाले पानी की अधिकता के कारण तीसरी ट्यूब में आग लगना मुश्किल होगा। यदि आप 11% अल्कोहल वाली वाइन का उपयोग करते हैं, तो शुरुआत में 14 mL वाइन लेना बेहतर होगा, क्योंकि
14×0.11=1.54 mL
इस तरह, 1 mL की मात्रा में इकट्ठा करने पर, आपको क्रमशः ‘सिर्फ़ अल्कोहल’, ‘आधा अल्कोहल और आधा पानी’, और ‘सिर्फ़ पानी’ का मिश्रण मिलेगा। यह सबसे सही मिश्रण होगा। वाइन के आसवन का यह प्रयोग, क्वथनांक के अंतर का उपयोग करके मिश्रण को अलग करने की वैज्ञानिक अवधारणा को समझने का बेहतरीन मौका देता है। साथ ही, बैकफ़्लो और उत्स्रवण जैसी घटनाओं से विज्ञान की गंभीरता और सुरक्षा प्रबंधन के महत्व का भी पता चलता है। सुरक्षा का ध्यान रखें और ज्ञान से भरपूर इस शानदार अनुभव का आनंद लें!
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