“बर्फ़बाण गिरता है, पर लंबे समय तक नहीं रहता माता पृथ्वी पर अपने उड़ानी कदमों पर जब सूर्य उसे जहरों में वापस लौटाता है जहां से वह आया या पानी के जलने की तरफ चढ़ता है पहाड़ियों की ढलान पर।”

रॉड ओ’ कॉनर

परिचय

पिछले इकाइयों में हमने एकल पदार्थ के अपने अणु के संबंधित गुणों के बारे में सीखा है, जैसे अणु का आकार, आयनीकरण इन्थाल्पी, इलेक्ट्रॉनिक चार्ज घनत्व, आणविक रूप और परिक्रमा, आदि। हमारे पास जिन रासायनिक प्रणालियों के साथ हम परिचित हैं, उनके अधिकांश देखे जा सकने वाले चरित्र पदार्थ के बहुत बड़ी संख्या के अणुओं, आयनों या आणविक अणुओं के संग्रह के संबंधित दैनिक गुणों का प्रतिनिधित्व करते हैं। उदाहरण के लिए, एक अलग अलग द्रव का आणविक अणु उठने लगता है पर उसका संग्रह उठता है। पानी के आणविक अणुओं का संग्रह आर्द्रता के गुणों से घिरा हुआ है; अलग अलग आणविक अणु आर्द्रता नहीं करते। पानी बर्फ के रूप में अस्तित्व में हो सकता है, जो एक ठोस है; यह द्रव के रूप में हो सकता है; या यह जलवाष्प या भाप के रूप में गैसीय अवस्था में हो सकता है। बर्फ, पानी और भाप के भौतिक गुण बहुत अलग हैं। पानी की तीनों अवस्थाओं में पानी का रासायनिक निरूपण एक बार जैसा रहता है, अर्थात् $\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$। पानी की तीनों अवस्थाओं के चरित्र आणविक अणुओं की ऊर्जा और पानी के आणविक अणुओं के संघटन के तरीके पर निर्भर करते हैं। अन्य पदार्थों के लिए भी यही सत्य सत्य है।

एक पदार्थ के रासायनिक गुण उसकी भौतिक अवस्था के परिवर्तन के साथ नहीं बदलते; पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर उसकी भौतिक अवस्था पर निर्भर करती है। अनुमानित अनुमानित गणनाओं में जब हम प्रयोग के आंकड़ों के साथ काम करते हैं तो हमें पदार्थ की अवस्था के बारे में जानकारी की आवश्यकता होती है। इसलिए एक रासायनिक वैज्ञानिक को पदार्थ के विभिन्न अवस्थाओं में अवस्था के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले भौतिक नियमों को जानना अत्यंत आवश्यक है। इस इकाई में, हम इन तीन भौतिक अवस्थाओं के बारे में और अधिक सीखेंगे, विशेष रूप से द्रव और गैसीय अवस्थाओं। शुरुआत करने के लिए, आणविक बीच की बलों, आणविक प्रतिक्रियाओं और ऊष्मागतिक ऊर्जा के प्रभाव पर चर्चा करने की आवश्यकता है क्योंकि एक पदार्थ की अवस्था को निर्धारित करने में इन दोनों के बीच संतुलन एक बहुत बड़ा भूमिका निभाता है।

5.1 आणविक बीच के बल

आणविक बीच के बल उन बलों के नाम से जाने जाते हैं जो आणविक अणुओं और आणविक अणुओं के बीच आकर्षण और प्रतिबल के रूप में होते हैं। इस शब्द में उन इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों का समावेश नहीं है जो दो विपरीत आर्य आयनों के बीच होते हैं और उन बलों का भी समावेश नहीं है जो एक आणविक अणु के अणुओं को एक दूसरे से जोड़ते हैं, अर्थात् संयुक्त बंध।

आकर्षक आणविक बीच के बलों को वैन दर वाल्स बलों के नाम से जाना जाता है, जिसका नाम डच वैज्ञानिक जोहान्स वैन दर वाल्स (1837-1923) के आधिकारिक है, जिन्होंने ये बल के माध्यम से वास्तविक गैसों के आइडियल व्यवहार से भिन्नता को समझाया। हम इस इकाई के बाद इसके बारे में अधिक सीखेंगे। वैन दर वाल्स बल अपेक्षाकृत बड़े पैमाने पर भिन्न होते हैं और उनमें वितरण बल या लंडन बल, डायपोलर-डायपोलर बल और डायपोलर-इन्ड्यूस्ड डायपोलर बल शामिल हैं। एक बहुत ही मजबूत प्रकार का डायपोलर-डायपोलर प्रतिक्रिया हाइड्रोजन बंधन है। हाइड्रोजन बंधन के निर्माण में केवल कुछ ही तत्व भाग ले सकते हैं, इसलिए इसे एक अलग श्रेणी में वर्गीकृत किया जाता है। हमने इस प्रकार के बीच के बलों के बारे में इकाई 4 में पहले से ही सीखा है।

इस समय एक महत्वपूर्ण बात याद रखनी चाहिए कि आयन और डायपोलर के बीच के आकर्षक बलों को आयन-डायपोलर बल के नाम से जाना जाता है और ये वैन दर वाल्स बल नहीं हैं। अब हम विभिन्न प्रकार के वैन दर वाल्स बलों के बारे में सीखेंगे।

5.1.1 वितरण बल या लंडन बल

अणुओं और गैसीय अणुओं के अणुओं को इलेक्ट्रिकल रूप से सममित होते हैं और कोई डायपोलर को चुकाते नहीं हैं क्योंकि उनकी इलेक्ट्रॉनिक चार्ज बाल्क सममित रूप से वितरित होती है। पर ऐसे अणुओं और आणविक अणुओं में भी एक डायपोलर कभी-कभी काल्पनिक रूप से विकसित हो सकता है। इसे इस प्रकार समझा जा सकता है। मान लीजिए कि हमारे पास एक अन्य के निकट दो अणु ’ $A$ ’ और ’ $B$ ’ हैं (आकृति 5.1 ए)। एक क्षण में एक अणु में, जैसे कि ’ $A$ ‘, इलेक्ट्रॉनिक चार्ज वितरण असममित हो सकता है, अर्थात् एक ओर चार्ज बाल्क दूसरी ओर से अधिक होता है (आकृति $5.1 \mathrm{~b}$ और बी)। इसके परिणामस्वरूप अणु ’ $\mathrm{B}$ ’ के लिए एक काल्पनिक डायपोलर का विकास होता है जो बहुत छोटे समय के लिए होता है। यह काल्पनिक या अस्थायी डायपोलर दूसरे अणु ’ $\mathrm{A}$ ’ के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व को विकृत करता है, जो उसके पास है और परिणामस्वरूप अणु ’ $\mathrm{B}$ ’ में एक डायपोलर भी भाग लिया जाता है।

अणु ’ $1 / r^{6}$ ’ और ’ $r$ ’ के अस्थायी डायपोलर एक दूसरे के साथ आकर्षित होते हैं। इसी प्रकार अस्थायी डायपोलर आणविक अणुओं में भी भाग लिए जाते हैं। यह आकर्षण का प्रथम अनुमान जर्मन भौतिकशास्त्री फ्रिट्ज़ लंडन द्वारा प्रस्तुत किया गया था, इसलिए दो अस्थायी डायपोलरों के बीच का आकर्षण लंडन बल के नाम से जाना जाता है। इस बल का दूसरा नाम वितरण बल है। ये बल हमेशा आकर्षक होते हैं और बीच के बलों की ऊर्जा दो आकर्षण करने वाले अणुओं के बीच की दूरी के छठे घात के विपरीत होती है (अर्थात् $\delta$ जहां $\left(1.610^{-19} \mathrm{C}\right)$ दो अणुओं के बीच की दूरी है)। ये बल छोटी दूरियों (500 pm) पर महत्वपूर्ण हैं और उनकी परिमाण अणु की परिवर्जनीयता पर निर्भर करती है।

5.1.2 डायपोलर-डायपोलर बल

डायपोलर-डायपोलर बल उन आणविक अणुओं के बीच कार्य करते हैं जो स्थायी डायपोलर का अस्तित्व रखते हैं। डायपोलर के अंतर्भाग में “आंशिक आर्य” होते हैं और ये आर्य ग्रीक अक्षर डेल्टा ( $\mathrm{HCl}$ ) द्वारा दर्शाए जाते हैं। आंशिक आर्य हमेशा इकाई इलेक्ट्रॉनिक आर्य $1 / r^{3}$ से कम होते हैं। परिक्रमाओं के आणविक अणुओं के बीच प्रतिक्रिया होती है। आकृति 5.2 (ए) हाइड्रोजन क्लोराइड के डायपोलर में इलेक्ट्रॉन बाल्क वितरण दर्शाती है और आकृति 5.2 (बी) दो $1 / r^{6}$ आणविक अणुओं के बीच डायपोलर-डायपोलर प्रतिक्रिया को दर्शाती है। यह प्रतिक्रिया लंडन बलों से मजबूत है पर आयन-आयन प्रतिक्रिया से कम मजबूत है क्योंकि केवल आंशिक आर्य शामिल हैं। आकर्षण का बल डायपोलरों के बीच की दूरी के वृद्धि के साथ कम होता है। उपरोक्त मामले में जैसे यहाँ भी, बीच के बलों की ऊर्जा परिक्रमाओं के बीच की दूरी के विपरीत होती है। उपरोक्त मामले में जैसे यहाँ भी, बीच के बलों की ऊर्जा परिक्रमाओं के बीच की दूरी के विपरीत होती है। डायपोलर-डायपोलर प्रतिक्रिया के अतिरिक्त, परिक्रमाओं के आणविक अणुओं भी लंडन बलों के माध्यम से प्रतिक्रिया कर सकते हैं। इस प्रकार परिक्रमाओं में आणविक बीच के बलों का कुल प्रभाव बढ़ जाता है।

5.1.3 डायपोलर-इन्ड्यूस्ड डायपोलर बल

इस प्रकार के आकर्षक बल उन परिक्रमाओं के बीच कार्य करते हैं जो स्थायी डायपोलर का अस्तित्व रखते हैं और जिनके पास स्थायी डायपोलर का अस्तित्व नहीं है। परिक्रमा का स्थायी डायपोलर इलेक्ट्रिकल रूप से निष्क्रिय आणविक अणु के इलेक्ट्रॉनिक बाल्क को विकृत करके (आकृति 5.3) उस आणविक अणु पर एक डायपोलर भाग लाता है। इस प्रकार दूसरे आणविक अणु में एक भाग लिया जाता है। इस मामले में भी बीच के बलों की ऊर्जा $r$ के साथ होती है जहां $1 / r^{6}$ दो आणविक अणुओं के बीच की दूरी है। भाग लिया गया डायपोलर की दृष्टि स्थायी डायपोलर में उपस्थित डायपोलर की दृष्टि और इलेक्ट्रिकल रूप से निष्क्रिय आणविक अणु की परिवर्जनीयता पर निर्भर करती है। हमने इकाई 4 में पहले से ही सीखा है कि बड़े आकार के आणविक अणुओं को आसानी से परिवर्जित किया जा सकता है। उच्च परिवर्जनीयता आकर्षण के बीच के बलों की ताकत को बढ़ाती है।

इस मामले में भी वितरण बल और डायपोलर-इन्ड्यूस्ड डायपोलर प्रतिक्रियाओं के कुल प्रभाव मौजूद हैं।

5.1.4 हाइड्रोजन बंधन

जैसा कि अध्याय (5.1) में पहले ही उल्लेख किया गया है; यह डायपोलर-डायपोलर प्रतिक्रिया की एक विशेष श्रेणी है। हमने इसके बारे में इकाई 4 में पहले से ही सीखा है। यह उन आणविक अणुओं में पाया जाता है जिनमें बहुत परिक्रमाओं ⟦79