भाग १: पदार्थ, गुणधर्म आणि बदल
पदार्थ (Matter)
व्याख्या: जी वस्तू जागा व्यापते आणि जिला वस्तुमान असते, तिला 'पदार्थ' म्हणतात.
विश्वातील प्रत्येक वस्तू पदार्थापासून बनलेली आहे.
उदाहरणे: दगड, पाणी, हवा, टेबल, वाळू, दूध.
कणाद मुनी: भारतीय तत्वज्ञ कणाद यांनी सांगितले की पदार्थ अतिसूक्ष्म कणांचे बनलेले असतात, ज्यांना त्यांनी 'अणू' म्हटले.
पदार्थाचे कण अत्यंत सूक्ष्म असतात.
पदार्थांच्या अवस्था (States of Matter)
पदार्थाच्या मुख्य तीन अवस्था आहेत:
१. स्थायू (Solid):
यांना निश्चित आकार आणि निश्चित आकारमान असते.
त्यांचे कण एकमेकांच्या अगदी जवळ, घट्ट बांधलेले असतात.
उदा. बर्फ, लाकूड, लोखंड, खडू.
२. द्रव (Liquid):
यांना निश्चित आकारमान असते, पण निश्चित आकार नसतो.
ते ज्या पात्रात ठेवले जातात, त्याचा आकार घेतात.
त्यांचे कण स्थायूपेक्षा थोडे सैल बांधलेले असतात.
द्रव पदार्थ वाहू शकतात (प्रवाही).
उदा. पाणी, दूध, तेल, रॉकेल.
३. वायू (Gas):
यांना निश्चित आकार किंवा निश्चित आकारमान नसते.
ते उपलब्ध असलेली सर्व जागा व्यापतात.
त्यांचे कण एकमेकांपासून खूप दूर आणि मुक्तपणे फिरत असतात.
उदा. हवा, ऑक्सिजन, पाण्याची वाफ, कार्बन डायऑक्साइड.
अवस्था बदल (Change of State):
पदार्थाला उष्णता दिल्यावर किंवा त्यातील उष्णता काढून घेतल्यावर त्याचे अवस्थेत बदल होतो.
द्रवणांक (Melting Point): ज्या तापमानाला स्थायूचे द्रवात रूपांतर होते. (उदा. बर्फाचा द्रवणांक ० अंश सेल्सिअस).
उत्कलनांक (Boiling Point): ज्या तापमानाला द्रवाची उकळी येऊन वाफेत रूपांतर होते. (उदा. पाण्याचा उत्कलनांक १०० अंश सेल्सिअस).
संघनन (Condensation): वायू (वाफ) थंड झाल्यावर तिचे पुन्हा द्रवात रूपांतर होणे.
गोठण (Freezing): द्रव थंड झाल्यावर त्याचे स्थायूत रूपांतर होणे (गोठणांक).
पदार्थांचे गुणधर्म (Properties of Matter)
अ) भौतिक गुणधर्म (Physical Properties)
ज्या गुणधर्मांचे निरीक्षण करताना पदार्थाच्या मूळ संरचनेत बदल होत नाही.
१. कठीणपणा (Hardness):
पदार्थ किती कठीण किंवा मऊ आहे.
उदा. हिरा हा सर्वात कठीण पदार्थ आहे. स्पंज किंवा कापूस मऊ असतात.
२. पारदर्शकता (Transparency):
पारदर्शक (Transparent): ज्या पदार्थातून प्रकाश आरपार जातो व पलीकडचे स्पष्ट दिसते. (उदा. काच, शुद्ध पाणी, काही प्लास्टिक).
अर्धपारदर्शक (Translucent): ज्या पदार्थातून प्रकाश अंशतः जातो, पण पलीकडचे अस्पष्ट दिसते. (उदा. तेलकट कागद, दुधी काच).
अपारदर्शक (Opaque): ज्या पदार्थातून प्रकाश अजिबात आरपार जात नाही. (उदा. लाकूड, भिंत, दगड, धातू).
३. विद्राव्यता (Solubility):
द्राव्य (Solute): जो पदार्थ विरघळतो. (उदा. मीठ, साखर).
द्रावक (Solvent): ज्या पदार्थात द्राव्य विरघळते. (उदा. पाणी).
द्रावण (Solution): द्राव्य आणि द्रावक मिळून तयार होणारे एकजीव मिश्रण. (उदा. मिठाचे पाणी).
विद्राव्य पदार्थ: जे पाण्यात विरघळतात (उदा. मीठ, साखर, तुरटी).
अविद्राव्य पदार्थ: जे पाण्यात विरघळत नाहीत (उदा. वाळू, खडू, तेल, लाकडी भुसा).
टीप: पाण्याला 'वैश्विक द्रावक' (Universal Solvent) म्हणतात, कारण ते अनेक पदार्थ स्वतःमध्ये विरघळवते.
४. घनता (Density):
पदार्थाचे वस्तुमान आणि त्याने व्यापलेले आकारमान यांचे गुणोत्तर.
सोप्या भाषेत, पदार्थाचा जडपणा किंवा हलकेपणा.
ज्या पदार्थांची घनता पाण्यापेक्षा कमी असते, ते पाण्यावर तरंगतात. (उदा. तेल, बर्फ, लाकूड).
ज्या पदार्थांची घनता पाण्यापेक्षा जास्त असते, ते पाण्यात बुडतात. (उदा. दगड, लोखंडी खिळा, वाळू).
५. उष्णता वाहकता (Thermal Conductivity):
उष्णतेचे सुवाहक (Good Conductors): ज्या पदार्थांमधून उष्णता सहज वाहून नेली जाते. (उदा. सर्व धातू - लोखंड, तांबे, ॲल्युमिनियम).
उष्णतेचे दुर्वाहक (Bad Conductors/Insulators): ज्या पदार्थांमधून उष्णता सहज वाहत नाही. (उदा. लाकूड, प्लास्टिक, रबर, हवा).
६. विद्युत वाहकता (Electrical Conductivity):
विद्युत सुवाहक (Good Conductors): ज्या पदार्थांमधून वीज (विद्युत) सहज वाहते. (उदा. धातू, आम्लयुक्त पाणी, मानवी शरीर).
विद्युत दुर्वाहक (Bad Conductors/Insulators): ज्या पदार्थांमधून वीज वाहत नाही. (उदा. रबर, शुद्ध पाणी, काच, प्लास्टिक).
७. चुंबकत्व (Magnetism):
जे पदार्थ चुंबकाकडे आकर्षित होतात.
उदा. लोखंड, निकेल, कोबाल्टपासून बनलेल्या वस्तू (टाचण्या, खिळे).
८. तन्यता (Ductility):
धातूंचा हा गुणधर्म आहे.
पदार्थाला ताणून त्यापासून तार तयार करता येण्याच्या गुणधर्माला तन्यता म्हणतात.
उदा. सोन्याची, चांदीची, तांब्याची तार.
९. वर्धनीयता (Malleability):
धातूंचा हा गुणधर्म आहे.
पदार्थाला ठोकून त्यापासून पातळ पत्रा तयार करता येण्याच्या गुणधर्माला वर्धनीयता म्हणतात.
उदा. ॲल्युमिनियम फॉईल, मिठाईवरचा चांदीचा वर्ख.
१०. ठिसूळपणा (Brittleness):
पदार्थावर दाब किंवा आघात केल्यास त्याचे लहान तुकड्यांत रूपांतर होण्याचा गुणधर्म.
उदा. काच, खडू, कोळसा.
ब) रासायनिक गुणधर्म (Chemical Properties)
१. ज्वलनशीलता (Combustibility):
जो पदार्थ ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत जळतो, त्याला ज्वलनशील पदार्थ म्हणतात. (उदा. लाकूड, कागद, पेट्रोल, केरोसीन).
२. गंजणे (Rusting):
लोखंडासारखे धातू हवेतील ऑक्सिजन आणि बाष्प (पाणी) यांच्या संपर्कात आल्यास, त्यांच्यावर रासायनिक क्रिया होऊन तपकिरी रंगाचा थर (गंज) तयार होतो.
पदार्थांमधील बदल (Changes in Matter)
१. भौतिक बदल (Physical Change):
हा तात्पुरत्या स्वरूपाचा बदल असतो.
या बदलामध्ये पदार्थाचे मूळ गुणधर्म बदलत नाहीत; कोणताही नवीन पदार्थ तयार होत नाही.
हा बदल अनेकदा उलटवता येतो (Reversible).
उदाहरणे:
बर्फ वितळून पाणी होणे (आणि पाणी गोठून बर्फ होणे).
पाण्याची वाफ होणे (आणि वाफ थंड होऊन पाणी होणे).
काच फुटणे (तुकडे होतात, पण मूळ पदार्थ काचच राहतो).
मीठ पाण्यात विरघळणे.
दिवा लावल्यावर बल्ब गरम होणे (बंद केल्यावर थंड होणे).
२. रासायनिक बदल (Chemical Change):
हा कायमस्वरूपी बदल असतो.
या बदलामध्ये पदार्थाच्या मूळ गुणधर्मात बदल होतो आणि एका किंवा अधिक नवीन पदार्थांची निर्मिती होते.
हा बदल सामान्यतः उलटवता येत नाही (Irreversible).
उदाहरणे:
लाकूड किंवा कागद जाळणे (राख आणि धूर तयार होतो).
लोखंड गंजणे (गंज हा नवीन पदार्थ आहे).
दुधाचे दही होणे.
अन्न शिजवणे.
फळ पिकणे.
श्वसन (श्वास घेणे).
भाग २: मिश्रणे आणि विलगीकरण
शुद्ध पदार्थ आणि मिश्रणे
१. शुद्ध पदार्थ (Pure Substances):
जे पदार्थ एकाच प्रकारच्या कणांचे बनलेले असतात.
मूलद्रव्य (Element): हा शुद्ध पदार्थाचा सर्वात सोपा प्रकार आहे. त्याचे साध्या पदार्थात विघटन करता येत नाही. (उदा. ऑक्सिजन (O), हायड्रोजन (H), लोखंड (Fe), सोने (Au)).
संयुग (Compound): दोन किंवा अधिक मूलद्रव्ये ठराविक प्रमाणात एकत्र येऊन (रासायनिक बंधाने) तयार होतात. (उदा. पाणी (H₂O), मीठ (NaCl), कार्बन डायऑक्साइड (CO₂)).
२. मिश्रणे (Mixtures):
दोन किंवा अधिक पदार्थ (मूलद्रव्ये, संयुगे किंवा दोन्ही) एकमेकांमध्ये मिसळले जातात, पण त्यांच्यात कोणतीही रासायनिक क्रिया होत नाही, तेव्हा मिश्रण तयार होते.
मिश्रणात घटकांचे मूळ गुणधर्म कायम राहतात.
घटकांचे प्रमाण ठराविक नसते.
मिश्रणांचे प्रकार (Types of Mixtures)
१. समांगी मिश्रण (Homogeneous Mixture):
या मिश्रणातील सर्व घटक एकसमान (एकजीव) मिसळलेले असतात.
घटक वेगळे ओळखता येत नाहीत किंवा डोळ्यांनी दिसत नाहीत.
(याला 'द्रावण' असेही म्हणतात).
उदाहरणे:
पाण्यात विरघळलेले मीठ किंवा साखर.
लिंबू सरबत.
हवा (विविध वायूंचे मिश्रण).
पितळ (तांबे व जस्त यांचे मिश्रण - संमिश्र).
२. विषमांगी मिश्रण (Heterogeneous Mixture):
या मिश्रणातील घटक एकसमान मिसळलेले नसतात.
घटक एकमेकांपासून वेगळे दिसतात किंवा ओळखता येतात.
उदाहरणे:
पाणी आणि वाळू यांचे मिश्रण.
पाणी आणि तेल यांचे मिश्रण.
भेळ (कुरमुरे, शेव, कांदा).
माती (मातीचे कण, खडे, पालापाचोळा).
रक्त (हे निलंबन - suspension आहे).
मिश्रणे वेगळी करण्याच्या पद्धती (Methods of Separation)
मिश्रणातील विविध घटक वेगळे करण्यासाठी त्यांच्या गुणधर्मांतील फरकाचा (उदा. आकार, वजन, विद्राव्यता, चुंबकत्व) वापर केला जातो.
१. वेचणे (Handpicking):
तत्त्व: घटकांच्या आकारात, रंगात किंवा स्वरूपात असलेला फरक (जे डोळ्यांना दिसतो).
पद्धत: नको असलेले घटक हाताने वेचून बाहेर काढणे.
उपयोग: तांदूळ, गहू किंवा डाळीमधील खडे, कचरा वेगळा करणे.
२. चाळणे (Sieving):
तत्त्व: घटकांच्या कणांच्या आकारातील फरक.
पद्धत: चाळणीचा वापर करणे. लहान कण चाळणीतून खाली पडतात, मोठे घटक वर राहतात.
उपयोग: पिठातील कोंडा वेगळा करणे, बांधकामाच्या ठिकाणी वाळूतील खडे वेगळे करणे.
३. पाखडणे / उधळणवारा देणे (Winnowing):
तत्त्व: घटकांच्या वजनातील फरक (एक जड आणि एक हलका).
पद्धत: वाऱ्याचा वापर करून हलके घटक (उदा. भुसा, तूस) उडवून दूर करणे आणि जड घटक (उदा. धान्य) खाली पडू देणे.
उपयोग: शेतकरी धान्यातील तूस किंवा भुसा वेगळा करण्यासाठी वापरतात.
४. उफणणे / मळणी (Threshing):
तत्त्व: कणखर दाणे धांड्यांपासून वेगळे करणे.
पद्धत: सुकलेल्या पिकाची जुडी कठीण पृष्ठभागावर आपटणे, जेणेकरून दाणे सुटे होतात. (आता मळणी यंत्र वापरतात).
उपयोग: गहू, ज्वारी, बाजरीची कणसे मळून दाणे वेगळे करणे.
५. चुंबकीय विलगीकरण (Magnetic Separation):
तत्त्व: मिश्रणातील एक घटक चुंबकीय असणे (लोहचुंबकाकडे आकर्षित होणे).
पद्धत: मिश्रणावरून चुंबक फिरवणे. चुंबकीय पदार्थ (उदा. लोखंड) चुंबकाला चिकटतो.
उपयोग: लोखंडाचा कीस आणि गंधक (किंवा वाळू) यांचे मिश्रण वेगळे करणे. कचऱ्याच्या ढिगातून लोखंडी वस्तू वेगळ्या करणे.
६. संप्लवन (Sublimation):
तत्त्व: काही स्थायू पदार्थ उष्णता दिल्यावर द्रवात रूपांतर न होता थेट वायू अवस्थेत जातात (संप्लवनशील).
संप्लवनशील पदार्थ: कापूर, आयोडीन, नवसागर (अमोनियम क्लोराईड), डांबर गोळ्या.
पद्धत: मिश्रणाला उष्णता देणे. संप्लवनशील पदार्थ वाफ बनून उडून जातो, दुसरा घटक मागे राहतो.
उपयोग: मीठ आणि कापूर, किंवा मीठ आणि नवसागर यांचे मिश्रण वेगळे करणे.
७. निवळणे (Decantation / Sedimentation):
तत्त्व: अविद्राव्य (न विरघळणारे) जड स्थायू कण द्रवाच्या तळाशी बसणे (अवसादन).
पद्धत: मिश्रण काही वेळ स्थिर ठेवणे. जड कण (उदा. वाळू, माती) खाली बसल्यावर, वरचे स्वच्छ द्रव हळूवारपणे दुसऱ्या पात्रात ओतून घेणे.
उपयोग: गढूळ पाणी स्वच्छ करणे (पहिली पायरी).
८. गाळणे (Filtration):
तत्त्व: अविद्राव्य स्थायू आणि द्रव यांना वेगळे करणे.
पद्धत: गाळण कागदासारख्या (Filter Paper) सच्छिद्र माध्यमाचा वापर करणे. द्रव गाळण कागदातून आरपार जातो, तर अविद्राव्य स्थायू कण (अवक्षेप) कागदावर अडकून राहतात.
उपयोग: चहा गाळणे (चोथा वर राहतो), वाळू आणि पाणी यांचे मिश्रण वेगळे करणे.
९. बाष्पीभवन (Evaporation):
तत्त्व: द्रावणातील द्रवाला (द्रावक) उष्णता देऊन त्याचे बाष्प करणे.
पद्धत: द्रावणाला (उदा. मीठ पाणी) उष्णता देणे. पाणी वाफ होऊन उडून जाते आणि स्थायू द्राव्य (मीठ) पात्रात मागे राहते.
उपयोग: समुद्राच्या पाण्यापासून मीठ मिळवणे (मीठागरे).
१०. स्फटिकीकरण (Crystallization):
तत्त्व: द्रावणातून पदार्थाचे शुद्ध, घनरूप स्फटिक मिळवणे.
पद्धत: पदार्थाचे संतृप्त द्रावण (Saturated Solution) तयार करून ते हळूहळू थंड करणे.
उपयोग: ही बाष्पीभवनापेक्षा शुद्ध पदार्थ मिळवण्याची चांगली पद्धत आहे. (उदा. तुरटी, मोरचूद, साखर यांचे स्फटिक मिळवणे).
११. ऊर्ध्वपातन (Distillation):
तत्त्व: दोन क्रिया एकत्र - बाष्पीभवन आणि संघनन. हे शुद्ध द्रव मिळवण्यासाठी वापरतात.
पद्धत: मिश्रणाला (उदा. मीठ पाणी) उष्णता देऊन पाण्याची वाफ केली जाते (बाष्पीभवन). ही वाफ एका नळीद्वारे थंड केली जाते (संघनन), ज्यामुळे वाफेचे पुन्हा शुद्ध पाण्यात रूपांतर होते. मीठ मागे राहते.
उपयोग: मिठाच्या पाण्यापासून पिण्यायोग्य शुद्ध पाणी (आसुत जल) मिळवणे.
१२. विलगीकरण नरसाळे (Separating Funnel):
तत्त्व: एकमेकांत न मिसळणाऱ्या (अमिश्रणीय) आणि वेगवेगळ्या घनता असलेल्या द्रवांना वेगळे करणे.
पद्धत: या नरसाळ्यात दोन द्रवांचे मिश्रण (उदा. तेल व पाणी) टाकल्यावर, जड द्रव (पाणी) खाली राहतो व हलका द्रव (तेल) वर तरंगतो. कॉक उघडून खालचा द्रव वेगळा केला जातो.
उपयोग: तेल आणि पाणी, किंवा रॉकेल आणि पाणी वेगळे करणे.
१३. अपकेंद्री पद्धत (Centrifugation):
तत्त्व: मिश्रणाला अत्यंत वेगाने गोलाकार फिरवून घनतेनुसार घटक वेगळे करणे.
पद्धत: सेंट्रीफ्यूज (अपकेंद्री) यंत्राचा वापर. वेगाने फिरवल्यामुळे जड कण तळाशी जातात आणि हलके कण वर राहतात.
उपयोग: दुधापासून साय किंवा क्रीम वेगळी करणे (डेअरी), रक्ताच्या चाचणीसाठी रक्तपेशी वेगळ्या करणे (प्रयोगशाळा).
१४. वर्णलेखन (Chromatography):
तत्त्व: पदार्थांच्या भिन्न विद्राव्यतेचा (Solubility) आणि शोषण दराचा वापर.
पद्धत: एकाच द्रावकात विरघळलेले पण वेगवेगळे गुणधर्म असलेले घटक वेगळे करणे. (उदा. गाळण कागदावर शाईचा थेंब ठेवून तो पाण्यात बुडवणे).
उपयोग: काळ्या शाईतील वेगवेगळे रंगीत घटक वेगळे करणे, रक्तातील विषारी द्रव्ये ओळखणे.
