नमक वाला पानी बिजली चलाता है, लेकिन शक्कर वाला नहीं? रसोईघर से शुरू होती है बिजली की रहस्यमयी कहानी (रसायन विज्ञान)
मैं हूँ साइंस ट्रेनर, कवाको केन। हर दिन एक नया प्रयोग!
जब “बिजली का संचालन करने वाली चीज़ें” (Electric conductors) की बात आती है, तो शायद आपके मन में सबसे पहले चमकदार धातुएँ (metals) आती होंगी। लेकिन क्या आप जानते थे कि हमारी रसोई में मौजूद एक आम “पाउडर” को पानी में घोलकर, हम एक ऐसा जादुई तरल बना सकते हैं जिसमें बिजली प्रवाहित हो सकती है?
आज हम आपके लिए लाए हैं एक ऐसा वैज्ञानिक प्रयोग जो आश्चर्यों और खोजों से भरा है। हम एक सरल लेकिन गहरा रहस्य जानने की कोशिश करेंगे: “नमक का पानी तो बिजली का संचालन करता है, लेकिन चीनी का पानी क्यों नहीं?” इस प्रयोग में हम नमक (salt), चीनी (sugar), और इथेनॉल (ethanol) जैसी जानी-मानी चीज़ों का उपयोग करेंगे। आइए, इस प्रयोग के माध्यम से पानी में छिपे बिजली के रहस्यों को उजागर करें। तैयारी का समय लगभग 40 मिनट है। तो, क्या आप विज्ञान की दुनिया का दरवाज़ा खोलने के लिए तैयार हैं?
प्रयोग में इस्तेमाल होने वाले ‘खिलाड़ियों’ से मिलिए! ये कौन हैं?
इस प्रयोग में भाग लेने वाले जलीय घोल (aqueous solutions) और ठोस (solids) पदार्थ ये रहे। कुछ पारदर्शी तरल देखने में बिल्कुल एक जैसे हैं, लेकिन बिजली के सामने उनका व्यवहार बिल्कुल अलग होता है।
शुद्ध पानी (Distilled Water – H₂O)
नमक का पानी (Salt Water – NaCl aq)
चीनी का पानी (Sugar Water – Sucrose Solution C₁₂H₂₂O₁₁ aq)
हाइड्रोक्लोरिक एसिड (Hydrochloric Acid – HCl aq)
इथेनॉल घोल (Ethanol Solution – C₂H₆O aq)
सोडियम हाइड्रोक्साइड घोल (Sodium Hydroxide Solution – NaOH aq)
ठोस नमक (Solid Salt – NaCl)
ठोस चीनी (Solid Sugar – C₁₂H₂₂O₁₁)
हम यह जाँच करेंगे कि इनमें से किनमें “करंट प्रवाहित होता है” और किनमें “नहीं”। इस अंतर के पीछे “आयन” (Ions) नामक छोटे कणों का अस्तित्व छिपा है। जब कोई पदार्थ पानी में घुलने पर सकारात्मक (+) और नकारात्मक (-) बिजली के आवेश (charge) वाले आयनों में विभाजित हो जाता है, तो उसे “विद्युत-अपघट्य” (Electrolyte) कहते हैं। ये आयन ही बिजली के वाहक (carriers) बनकर घोल के अंदर आज़ादी से घूमते हैं, जिससे करंट प्रवाहित होता है।
इसके विपरीत, जो पदार्थ पानी में घुलने पर भी आयनों में विभाजित नहीं होते, बल्कि अणुओं (molecules) के रूप में ही रहते हैं, उन्हें “अविद्युत-अपघट्य” (Non-electrolyte) कहा जाता है। चूंकि इनके पास बिजली के वाहक नहीं होते, इसलिए करंट प्रवाहित नहीं होता। तो, नमक और चीनी में से कौन-सा विद्युत-अपघट्य है?
घोल 1 से 4
घोल 5 से 8
* ध्यान दें: नमक के पानी और हाइड्रोक्लोरिक एसिड को प्रयोग के दौरान इलेक्ट्रोड (electrode) के साथ प्रतिक्रिया के कारण रंग बदल जाता है, इसलिए बैच को बदलना ज़रूरी है। रंग का यह बदलाव भी एक रोचक रासायनिक प्रतिक्रिया का प्रमाण है।
प्रयोग शुरू! बिजली का रास्ता ढूँढ़ो
छात्र वैज्ञानिक की तरह सावधानी से घोल को सेल प्लेट में अलग करते हैं और उसमें स्टेनलेस स्टील के इलेक्ट्रोड डुबोते हैं। वोल्टेज को 5V पर सेट किया जाता है, और स्विच ऑन करते ही… एममीटर (ammeter) की सुई हिलेगी या शांत रहेगी? सब साँस रोककर देखते हैं।
एक घोल का माप पूरा होने के बाद, इलेक्ट्रोड को आसुत जल (distilled water) से अच्छी तरह धोना एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। अगर दूसरे घोल मिल जाते हैं, तो सही परिणाम नहीं मिलेंगे। यह एक थकाऊ काम है, लेकिन सही डेटा की ओर यह पहला कदम है।
हाइड्रोक्लोरिक एसिड में बने बुलबुलों का रहस्य क्या है?
हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl aq) के प्रयोग में ख़ास तौर पर नाटकीय घटना घटी। जैसे ही इलेक्ट्रोड डाले गए, 1.13A का एक बड़ा करंट प्रवाहित हुआ, और एक इलेक्ट्रोड से ज़ोर से बुलबुले निकलने लगे!
ये बुलबुले “इलेक्ट्रोलिसिस” (Electrolysis) नामक घटना से पैदा हुए, जहाँ बिजली घोल पर जादू करती है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड में मौजूद आयन, बिजली की ऊर्जा से दूसरे पदार्थों—यानी हाइड्रोजन गैस (H₂) और क्लोरीन गैस (Cl₂) में बदल गए। कुछ देर बाद, पूल जैसी क्लोरीन की एक ख़ास गंध आने लगी, और घोल हल्का-सा पीला पड़ गया।
प्रयोग से पहले और प्रयोग के बाद
नमक के पानी में रंग बदलने का रहस्य
नमक के पानी (NaCl aq) में भी एक दिलचस्प बदलाव देखा गया। करंट प्रवाहित करने पर, घोल धीरे-धीरे नारंगी रंग में धुंधला होने लगा। आख़िर ऐसा क्यों हुआ?
प्रयोग से पहले और प्रयोग के बाद
इलेक्ट्रोलिसिस के बाद नमक का पानी। नारंगी रंग का अवक्षेप (precipitate) बनता है।
दरअसल, यह नमक के पानी की अपनी प्रतिक्रिया नहीं थी, बल्कि एनोड (+ve इलेक्ट्रोड) के स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड से आयरन आयन (Iron ions) बाहर निकलकर, फेरिक हाइड्रॉक्साइड (Iron(III) Hydroxide) नामक नारंगी अवक्षेप (precipitate) बना रहे थे। यह बात केमिस्ट्री की गहराई को दर्शाती है कि घोल के अलावा, इलेक्ट्रोड (“स्टेज प्रोप्स”) भी प्रतिक्रिया में शामिल होते हैं।
अगर करंट को ज़्यादा देर तक प्रवाहित किया जाए, तो रंग स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। बाईं ओर हाइड्रोक्लोरिक एसिड, दाईं ओर नमक का पानी।
यह क्यों होता है, इसकी ज़्यादा विस्तृत व्याख्या आप इन लिंकों पर देख सकते हैं:
हाइड्रोक्लोरिक एसिड के मामले में → एनोड पर क्लोरीन गैस बनती है, और क्लोरीन पानी में घुलने से हल्का पीला-हरा हो जाता है। प्रतिक्रिया का विवरण यहाँ।
नमक के पानी के मामले में → स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया करता है, और एनोड से फेरिक हाइड्रॉक्साइड (Iron(III) Hydroxide) निकलकर भूरा-पीलापन आ जाता है। विस्तृत स्पष्टीकरण यहाँ या यहाँ।
अंतिम परिणाम! किसमें करंट प्रवाहित हुआ?
तो, सभी प्रयोगों के बाद, आइए परिणामों को संक्षेप में देखते हैं।
【करंट प्रवाहित हुआ (विद्युत-अपघट्य)】नमक का पानी, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, सोडियम हाइड्रोक्साइड घोल
【करंट प्रवाहित करना मुश्किल (अविद्युत-अपघट्य)】शुद्ध पानी, चीनी का पानी, इथेनॉल
【करंट प्रवाहित नहीं हुआ】ठोस नमक, ठोस चीनी
इस परिणाम से यह स्पष्ट है कि विद्युत-अपघट्य, जैसे कि नमक, हाइड्रोजन क्लोराइड, और सोडियम हाइड्रोक्साइड को पानी में घोलने पर, वह बिजली का अच्छी तरह से संचालन करते हैं।
यहाँ एक बहुत ही दिलचस्प बात यह है कि “ठोस नमक बिजली का संचालन नहीं करता, लेकिन पानी में घोलने पर करता है”। ऐसा इसलिए है क्योंकि ठोस अवस्था में आयन क्रिस्टल संरचना में मज़बूती से बंधे होते हैं और हिल नहीं सकते, जबकि पानी में घुलने पर आयन आज़ाद हो जाते हैं और आज़ादी से घूम सकते हैं। बिजली के वाहक, आयन, भी अपनी शक्ति का प्रदर्शन तब तक नहीं कर सकते जब तक उन्हें आज़ादी से घूमने का “रास्ता (= पानी)” न मिल जाए।
पूरी क्लास के परिणामों को इस स्प्रेडशीट पर साझा करने से और भी मज़ेदार खोजें हो सकती हैं। व्यक्तिगत परिणामों में भिन्नता के बावजूद, विज्ञान का एक निश्चित नियम उभर कर आएगा।
रसोई में रखा नमक और चीनी भी, अगर आप नज़रिए से देखें, तो विज्ञान की एक बड़ी दुनिया का दरवाज़ा हैं। हो सकता है कि आपके आस-पास भी विज्ञान के ऐसे रहस्य छिपे हों, जिन पर अभी तक किसी का ध्यान न गया हो।
पूछताछ और अनुरोध के लिए
विज्ञान के रहस्यों और रोमांच को और करीब लाएँ! घर पर किए जा सकने वाले मजेदार वैज्ञानिक प्रयोगों और उनके नुस्खों को सरल भाषा में समझाया गया है। अलग-अलग चीज़ें खोजकर देखें! ・संचालक, कवाको केन के बारे में यहाँ जानें। ・विभिन्न अनुरोधों (लेखन, भाषण, प्रायोगिक कक्षाएँ, टीवी पर्यवेक्षण/उपस्थिति आदि) के लिए यहाँ संपर्क करें। ・लेखों की अपडेट X पर जारी की जाती हैं!
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