निम्नलिखित में से कौन-सी उष्माक्षेपी प्रक्रियाएँ है ? i. पानी का वाष्पीकरण । ii. सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4) का तनुकरण । iii. बिना बूझे चूने के साथ पानी की प्रतिक्रिया । iv. कपूर (क्रिस्टल) का उर्ध्वपातन ।
- (a)ii और iii
- (b)iii और iv
- (c)i और ii
- (d)i और iv
सही — A, ii और iii। ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया अपने परिवेश को ऊष्मा देती है, इसलिए उसका एन्थैल्पी परिवर्तन ऋणात्मक होता है; ऊष्माशोषी प्रक्रिया ऊष्मा लेती है। चारों को इसी आधार पर छाँटिए। कथन (ii), सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल का तनुकरण, बहुत अधिक ऊष्मा छोड़ता है क्योंकि अम्ल के अणु जलयोजित होते हैं — इतनी कि मिश्रण छींटे मारने लगे और लापरवाही से किया जाए तो सतह का पानी उबल जाए। प्रयोगशाला का यह नियम इसी कारण है कि अम्ल को पतली धार में, लगातार हिलाते हुए, पानी में डाला जाता है, कभी पानी को अम्ल में नहीं : पानी की बड़ी मात्रा, जिसकी विशिष्ट ऊष्मा लगभग 4.18 किलोजूल प्रति किलोग्राम प्रति केल्विन है, वह ऊष्मा सोख सकती है, जबकि सांद्र अम्ल पर गिरा पानी का छींटा नहीं सोख सकता। कथन (iii) बिना बुझे चूने का बुझना है, CaO + H₂O → Ca(OH)₂, जो प्रबल रूप से ऊष्माक्षेपी संयोजन अभिक्रिया का मानक विद्यालयी उदाहरण है; मिश्रण तेज़ी से गरम हो जाता है और भाप तक छोड़ सकता है। दोनों ऊष्मा छोड़ते हैं, इसलिए दोनों ऊष्माक्षेपी हैं। कथन (i) और (iv) अभिक्रियाएँ हैं ही नहीं, बल्कि एक ही दिशा में हुए प्रावस्था-परिवर्तन हैं — पानी के लिए द्रव से वाष्प, कपूर के लिए ठोस से सीधे वाष्प — और दोनों में अणुओं को एक-दूसरे से छुड़ाने के लिए गुप्त ऊष्मा देनी पड़ती है। वाष्पीकरण ही वह कारण है कि पसीना त्वचा को ठंडा करता है और मिट्टी के घड़े में पानी ठंडा रहता है; ऊर्ध्वपातन ही वह कारण है कि खुले में रखी कपूर की टिकिया पिघलकर पोखर बने बिना ही घटती चली जाती है। दोनों ऊष्मा सोखते हैं और इसलिए ऊष्माशोषी हैं। अतः ऊष्माक्षेपी जोड़ी ii और iii है, जो विकल्प (a) है।
- (b)iii और iv — बिना बुझे चूने के बुझने को सही पहचानता है और फिर उसे कपूर के ऊर्ध्वपातन के साथ जोड़ देता है। ऊर्ध्वपातन ठोस को सीधे वाष्प में बदलता है और ऐसा करने के लिए उसे ऊर्ध्वपातन की एन्थैल्पी सोखनी ही पड़ती है, इसलिए वह अपने परिवेश को गरम करने के बजाय ठंडा करता है — ठीक इस विकल्प के दावे के उलट।
- (c)i और ii — सल्फ्यूरिक अम्ल का तनुकरण सही पकड़ता है और फिर उसमें पानी का वाष्पीकरण जोड़ देता है। वाष्पीकरण चिरपरिचित ऊष्माशोषी प्रावस्था-परिवर्तन है; यही कारण है कि माथे पर रखा गीला कपड़ा रोगी को ठंडक देता है और रेगिस्तानी कूलर काम करते हैं। ऊष्मा पानी के भीतर जाती है, उससे बाहर नहीं।
- (d)i और iv — उत्तर का ठीक उलटा : यह उन्हीं दो प्रक्रियाओं को चुनता है जो निर्विवाद रूप से ऊष्माशोषी हैं और उन दोनों को छोड़ देता है जो ऊष्मा छोड़ती हैं। यह वही है जो अभ्यर्थी तब भरता है जब वह दर्ज कर लेता है कि वाष्पीकरण और ऊर्ध्वपातन ही दो 'भौतिक' मदें हैं और मान लेता है कि प्रश्न वही जोड़ी चाहता था जो एक-सा व्यवहार करती है।
हर भौतिक या रासायनिक परिवर्तन में परिवेश के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है, और उस आदान-प्रदान का चिह्न ही 'ऊष्माक्षेपी' तथा 'ऊष्माशोषी' बताते हैं। ऊष्माक्षेपी का अर्थ है ऊष्मा तंत्र से बाहर बहती है — दहन, श्वसन, उदासीनीकरण, चूने का बुझना, और सांद्र अम्लों के तनुकरण पर होने वाला जलयोजन। ऊष्माशोषी का अर्थ है ऊष्मा भीतर आती है — प्रकाश-संश्लेषण, चूने की भट्टी में कैल्सियम कार्बोनेट का तापीय अपघटन, और वे सारे प्रावस्था-परिवर्तन जो पदार्थ को कम सघन अवस्था की ओर ले जाते हैं। यह आख़िरी समूह ही भरोसेमंद नियम है। गलन, वाष्पन और ऊर्ध्वपातन — हर एक अणुओं को उन्हें बाँधे रखने वाले बलों के विरुद्ध और दूर खींचता है, इसलिए हर एक में गुप्त ऊष्मा देनी पड़ती है; हिमन, संघनन और निक्षेपण उलटी दिशा में चलते हैं और वही ऊष्मा लौटा देते हैं। पानी की वाष्पन की गुप्त ऊष्मा लगभग 2,260 किलोजूल प्रति किलोग्राम है, जो उसकी गलन की गुप्त ऊष्मा लगभग 334 किलोजूल प्रति किलोग्राम की क़रीब सात गुनी है, और इसीलिए वाष्पीकरण इतना प्रभावी शीतलक है। घुलन ही अकेली ऐसी श्रेणी है जो दोनों ओर जा सकती है : अम्ल और क्षार प्रायः ऊष्माक्षेपी ढंग से घुलते हैं, जबकि अमोनियम नाइट्रेट और पोटैशियम नाइट्रेट ऊष्माशोषी ढंग से घुलकर विलयन को ठंडा कर देते हैं।
यहाँ एक शॉर्टकट है जो रसायन को पूरी तरह हटा देता है। चार में से दो मदें — पानी का वाष्पीकरण और कपूर का ऊर्ध्वपातन — कम सघन अवस्था की ओर हुए प्रावस्था-परिवर्तन हैं, और इसलिए दोनों को ऊष्मा सोखनी ही पड़ेगी। अतः जिस भी विकल्प में (i) या (iv) है वह ग़लत है, और विकल्प (b), (c) तथा (d) — हर एक में इनमें से कोई एक है। केवल विकल्प (a) बचता है, और आप वहाँ सल्फ्यूरिक अम्ल या बिना बुझे चूने के बारे में कुछ जाने बिना पहुँच गए। इस प्रश्न से लेने योग्य अनुशासन यही है : हर मद का मूल्यांकन करने से पहले उसे प्रकार से वर्गीकृत कीजिए, क्योंकि एक ही संरचनात्मक नियम प्रायः तीन विकल्प एक साथ हटा देता है। यदि रसायन जाँचना ही हो तो बची हुई दोनों मदें संयोजन या जलयोजन की प्रक्रियाएँ हैं, और बंध बनने पर ऊर्जा निकलती है — Ca(OH)₂ में नए बंध और तनु अम्ल में नई आयन–जल अन्योन्यक्रियाएँ। एक ही चेतावनी है कि घुलना स्वतः ऊष्माक्षेपी नहीं होता; कोई लवण अपने विलयन को गरम करेगा या ठंडा, यह इस पर निर्भर है कि जलयोजन ऊर्जा जालक ऊर्जा से अधिक है या नहीं, और इसी कारण तत्काल ठंडक देने वाले कोल्ड पैक काम करते हैं।
- ऊष्माक्षेपी का अर्थ है ऊष्मा निकलती है और एन्थैल्पी परिवर्तन ऋणात्मक होता है; ऊष्माशोषी का अर्थ है ऊष्मा अवशोषित होती है और एन्थैल्पी परिवर्तन धनात्मक होता है
- कम सघन अवस्था की ओर होने वाले सभी प्रावस्था-परिवर्तन — गलन, वाष्पीकरण, क्वथन और ऊर्ध्वपातन — गुप्त ऊष्मा सोखते हैं; हिमन, संघनन और निक्षेपण उसे छोड़ते हैं
- पानी की वाष्पन की गुप्त ऊष्मा लगभग 2,260 किलोजूल प्रति किलोग्राम है, जबकि गलन की गुप्त ऊष्मा लगभग 334 किलोजूल प्रति किलोग्राम, और उसकी विशिष्ट ऊष्मा लगभग 4.18 किलोजूल प्रति किलोग्राम प्रति केल्विन
- बिना बुझे चूने का बुझना, CaO + H₂O → Ca(OH)₂, प्रबल ऊष्माक्षेपी संयोजन अभिक्रिया है; बना हुआ बुझा चूना सफ़ेदी में काम आता है, जहाँ वह धीरे-धीरे वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड से क्रिया कर कैल्सियम कार्बोनेट बनाता है
- घुलन दोनों ओर जा सकती है — सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल तनुकरण पर ऊष्मा छोड़ता है, जबकि अमोनियम नाइट्रेट और पोटैशियम नाइट्रेट ऊष्मा सोखकर अपने विलयन को ठंडा करते हैं, और यही तत्काल कोल्ड पैक का सिद्धांत है
दोनों उभरी हुई पंक्तियाँ ही ऊष्माक्षेपी जोड़ी हैं, अर्थात् विकल्प (a)। ध्यान दीजिए कि दोनों ऊष्माशोषी मदें प्रावस्था-परिवर्तन हैं, इसलिए अकेला प्रावस्था-परिवर्तन वाला नियम ही विकल्प (b), (c) तथा (d) हटा देता है।
- यह मान लेना कि जिसमें भी पानी और ऊष्मा हो वह ऊष्माक्षेपी होगा; वाष्पीकरण और ऊर्ध्वपातन दोनों ऊष्मा लेते हैं
- हर घुलन को ऊष्माक्षेपी मान लेना — अमोनियम नाइट्रेट और पोटैशियम नाइट्रेट अपने विलयन को ठंडा करते हैं
- किसी पदार्थ के तापमान को उसमें निहित ऊष्मा से गड्डमड्ड करना; भाप और खौलता पानी दोनों 100 °C पर होते हैं, फिर भी भाप उसके ऊपर वाष्पन की गुप्त ऊष्मा भी ढोती है
BPSC इसे क्रमांकित मदों और जोड़ी वाले विकल्पों के साथ चार-कथन वर्गीकरण के रूप में देती है, इसलिए सबसे तेज़ रास्ता चार अलग-अलग निर्णय नहीं, बल्कि ऐसा संरचनात्मक नियम है जो एक साथ कई विकल्प मार दे। UPSC वही भौतिकी कथन-कारण या कथन रूप में पसंद करती है — अम्ल को पानी में क्यों डाला जाता है और पानी को अम्ल में क्यों नहीं, या भाप और खौलते पानी में समान ऊष्मा होती है या नहीं — जो लेबल के बजाय क्रियाविधि जाँचता है।
कथन (A) : सल्फ्यूरिक अम्ल को तनु करने के लिए अम्ल को पानी में डाला जाता है, पानी को अम्ल में नहीं। कारण (R) : पानी की विशिष्ट ऊष्मा काफ़ी अधिक होती है।
- (a) A और R दोनों सत्य हैं, और R, A का सही स्पष्टीकरण है
- (b) A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A का सही स्पष्टीकरण नहीं है
- (c) A सत्य है, पर R असत्य है
- (d) A असत्य है, पर R सत्य है
उत्तर(a) A और R दोनों सत्य हैं, और R, A का सही स्पष्टीकरण है
BPSC की सूची का कथन (ii), उसकी क्रियाविधि के लिए जाँचा गया। तनुकरण ऊष्माक्षेपी है, और पानी की बड़ी विशिष्ट ऊष्मा ही पानी की बड़ी मात्रा को वह ऊष्मा सुरक्षित रूप से सोख लेने देती है — और इसीलिए अम्ल पानी में जाता है, उलटा नहीं।
निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए : 1. 100 °C पर भाप और 100 °C पर खौलते पानी में ऊष्मा की मात्रा समान होती है। 2. बर्फ़ के गलन की गुप्त ऊष्मा पानी के वाष्पन की गुप्त ऊष्मा के बराबर होती है। 3. वातानुकूलक में कमरे की हवा से ऊष्मा वाष्पित्र कुंडलियों पर खींची जाती है और संघनित्र कुंडलियों पर बाहर छोड़ी जाती है। इनमें से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?
- (a) 1 और 2
- (b) 2 और 3
- (c) केवल 2
- (d) केवल 3
उत्तर(d) केवल 3
उसी विचार का गुप्त-ऊष्मा वाला आधा, और वही कथन (i) तथा (iv) को ऊष्माशोषी बनाता है। पानी को वाष्पित करने में किसी भी तापमान-वृद्धि के ऊपर लगभग 2,260 किलोजूल प्रति किलोग्राम सोखा जाता है — यही कारण है कि भाप खौलते पानी से अधिक जलाती है और यही कि वाष्पीकरण ठंडक देता है।
- अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं
निम्नलिखित में से कौन-सी एक प्रक्रिया ऊष्माशोषी है ?
- (a)भाप का संघनित होकर पानी बनना
- (b)आयोडीन क्रिस्टलों का ऊर्ध्वपातन
- (c)बिना बुझे चूने का पानी से बुझना
- (d)सोडियम हाइड्रॉक्साइड द्वारा हाइड्रोक्लोरिक अम्ल का उदासीनीकरण
उत्तर(b) आयोडीन क्रिस्टलों का ऊर्ध्वपातन — कम सघन अवस्था की ओर हुआ प्रावस्था-परिवर्तन, जो ऊष्मा सोखता है; शेष तीनों ऊष्मा छोड़ते हैं।
- अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं
बिना बुझे चूने की पानी से अभिक्रिया पर बनने वाला उत्पाद है
- (a)कैल्सियम कार्बोनेट
- (b)कैल्सियम हाइड्रॉक्साइड
- (c)कैल्सियम सल्फेट
- (d)कैल्सियम ऑक्साइड
उत्तर(b) कैल्सियम हाइड्रॉक्साइड — CaO + H₂O से भारी ऊष्मा निकलते हुए Ca(OH)₂ बनता है; विकल्प (a) का कैल्सियम कार्बोनेट बाद में बनता है, जब सफ़ेदी हवा से कार्बन डाइऑक्साइड सोखती है।