मानक ताप और दाब (STP) पर निम्नलिखित में से कौन-सा एक प्रतिचुंबकीय पदार्थ नहीं है?

सही उत्तर — D, (d) लोहा। यह प्रश्न निषेधात्मक है और इस पुस्तिका ने उसका 'नहीं' मोटे टाइप में छापकर सचेत भी किया है — पूछा यह गया है कि कौन-सा पदार्थ प्रतिचुंबकीय नहीं है। चारों में से तीन प्रतिचुंबकीय हैं और केवल लोहा नहीं, इसलिए उत्तर लोहा है। कारण इस प्रकार है। किसी पदार्थ का चुंबकीय व्यवहार उसके परमाणुओं तथा अणुओं के इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था से तय होता है। जिन पदार्थों में सारे इलेक्ट्रॉन युग्मित हैं, उनका कोई स्थायी चुंबकीय आघूर्ण नहीं होता; बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर उनमें एक ऐसा क्षीण आघूर्ण प्रेरित होता है जो क्षेत्र के विपरीत दिशा में होता है, और इसीलिए वे क्षेत्र से हल्के से प्रतिकर्षित होते हैं। ऐसे पदार्थ प्रतिचुंबकीय कहलाते हैं; उनकी चुंबकीय प्रवृत्ति ऋणात्मक और परिमाण में बहुत छोटी होती है और सापेक्ष पारगम्यता एक से थोड़ी कम। नाइट्रोजन, सोडियम क्लोराइड और पानी — तीनों इसी श्रेणी में आते हैं।

लोहा इनमें से किसी भी अर्थ में प्रतिचुंबकीय नहीं है। लोहा लौहचुंबकीय पदार्थ है, और लौहचुंबकत्व चुंबकत्व का सबसे प्रबल रूप है। उसमें परमाणुओं के चुंबकीय आघूर्ण छोटे-छोटे क्षेत्रों में, जिन्हें डोमेन कहते हैं, स्वतः एक ही दिशा में पंक्तिबद्ध हो जाते हैं। बाहरी क्षेत्र लगते ही ये डोमेन क्षेत्र की दिशा में मुड़ जाते हैं और पदार्थ प्रबलता से आकर्षित होता है; क्षेत्र हटा लेने पर भी उसमें कुछ चुंबकत्व शेष रह सकता है। इसीलिए स्थायी चुंबक तथा विद्युत-चुंबकों की क्रोड लोहे और उसके मिश्रातुओं से बनती है। लोहे के अतिरिक्त कोबाल्ट और निकल भी लौहचुंबकीय हैं।

प्रश्न में 'मानक ताप और दाब' का उल्लेख निरर्थक नहीं है, और यही इस प्रश्न की सूक्ष्मता है। लौहचुंबकत्व तापमान पर निर्भर करता है: प्रत्येक लौहचुंबकीय पदार्थ का एक क्यूरी ताप होता है, जिससे ऊपर उसके डोमेन बिखर जाते हैं और वह मात्र अनुचुंबकीय रह जाता है। लोहे का क्यूरी ताप लगभग 770 डिग्री सेल्सियस है, जो मानक ताप से बहुत ऊपर है; इसलिए मानक ताप और दाब पर लोहा निश्चित रूप से लौहचुंबकीय ही रहता है। ध्यान दीजिए कि क्यूरी ताप से ऊपर भी वह अनुचुंबकीय होता है, प्रतिचुंबकीय तब भी नहीं — अर्थात् किसी भी तापमान पर वह इस प्रश्न का ग़लत उत्तर नहीं बनता।

अन्य विकल्प क्यों गलत हैं

• (a)नाइट्रोजन — नाइट्रोजन प्रतिचुंबकीय है, इसलिए यह उस प्रश्न का उत्तर नहीं हो सकता जो प्रतिचुंबकीय न होने वाला पदार्थ माँगता है। कारण उसके अणु की बनावट में है: नाइट्रोजन का अणु दो परमाणुओं का बना है और उनके बीच त्रिआबंध है, जिससे अणु के सारे इलेक्ट्रॉन युग्मित हो जाते हैं और कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन शेष नहीं बचता। जहाँ कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं, वहाँ स्थायी चुंबकीय आघूर्ण भी नहीं, और पदार्थ प्रतिचुंबकीय हो जाता है। यहीं पर वह भेद रखने योग्य है जिस पर परीक्षा प्रायः प्रश्न बनाती है: वायु का दूसरा प्रमुख घटक ऑक्सीजन इसके ठीक विपरीत व्यवहार करता है। ऑक्सीजन के अणु में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वह अनुचुंबकीय है और तरल ऑक्सीजन को प्रबल चुंबक के ध्रुवों के बीच टिका हुआ तक देखा जा सकता है। अतः नाइट्रोजन और ऑक्सीजन एक ही वायु में रहते हुए भी विपरीत श्रेणियों में आते हैं, और यहाँ पूछा गया पदार्थ नाइट्रोजन नहीं है।
• (b)सोडियम क्लोराइड — सोडियम क्लोराइड भी प्रतिचुंबकीय है, इसलिए यह भी इस निषेधात्मक प्रश्न का उत्तर नहीं बनता। सोडियम क्लोराइड एक आयनिक यौगिक है: सोडियम अपना बाहरी इलेक्ट्रॉन देकर धनायन बन जाता है और क्लोरीन उसे लेकर ऋणायन। इस लेन-देन के बाद दोनों आयनों के इलेक्ट्रॉन-कोश पूर्ण हो जाते हैं और उनमें कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता; इसीलिए क्रिस्टल में किसी भी आयन का स्थायी चुंबकीय आघूर्ण नहीं होता और पूरा क्रिस्टल प्रतिचुंबकीय व्यवहार करता है। यहाँ एक सामान्य भ्रम की ओर ध्यान देना उपयोगी है: बहुत-से विद्यार्थी मान लेते हैं कि धातु का नाम आते ही पदार्थ चुंबक से आकर्षित होगा। यह सही नहीं। सोडियम इस यौगिक में धातु के रूप में नहीं, आयन के रूप में है; और स्वतंत्र धातुओं में भी ताँबा, चाँदी तथा सोना प्रतिचुंबकीय ही हैं। चुंबकीय व्यवहार का निर्णय नाम से नहीं, इलेक्ट्रॉन-व्यवस्था से होता है।
• (c)पानी — पानी प्रतिचुंबकीय पदार्थों का सबसे जाना-पहचाना उदाहरण है, इसलिए यह भी इस प्रश्न का उत्तर नहीं। जल के अणु में ऑक्सीजन के दोनों अयुग्मित इलेक्ट्रॉन दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ आबंध बनाने में लग जाते हैं, और शेष इलेक्ट्रॉन एकाकी युग्मों के रूप में रहते हैं; इस प्रकार पूरे अणु में कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता और अणु का कोई स्थायी चुंबकीय आघूर्ण नहीं होता। इसका एक प्रसिद्ध प्रयोगात्मक प्रमाण भी है: अत्यंत प्रबल चुंबकीय क्षेत्र में पानी अपने प्रतिकर्षण के कारण उत्तोलित किया जा सकता है, और जीवित प्राणियों के शरीर में पानी की मात्रा अधिक होने से इसी सिद्धांत पर उन्हें भी उत्तोलित किया जा चुका है। यहाँ भ्रम की एक जगह है: नल के पानी में लोहे सहित अनेक घुले हुए पदार्थ हो सकते हैं, पर प्रश्न शुद्ध पदार्थ के व्यवहार का है, किसी मिश्रण की अशुद्धियों का नहीं।

पदार्थों को उनके चुंबकीय व्यवहार के आधार पर तीन मुख्य श्रेणियों में बाँटा जाता है, और तीनों का भेद इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था से निकलता है। पहली श्रेणी प्रतिचुंबकीय पदार्थों की है। इनमें सारे इलेक्ट्रॉन युग्मित होते हैं, इसलिए स्थायी चुंबकीय आघूर्ण शून्य होता है; बाहरी क्षेत्र में इनमें क्षेत्र के विपरीत दिशा का क्षीण आघूर्ण प्रेरित होता है और ये हल्के से प्रतिकर्षित होते हैं। इनकी चुंबकीय प्रवृत्ति छोटी तथा ऋणात्मक होती है और सापेक्ष पारगम्यता एक से कुछ कम। नाइट्रोजन, जल, सोडियम क्लोराइड, ताँबा, चाँदी, सोना, बिस्मथ तथा काँच इसी श्रेणी में आते हैं। दूसरी श्रेणी अनुचुंबकीय पदार्थों की है। इनके परमाणुओं या अणुओं में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए स्थायी आघूर्ण रहता है; सामान्य अवस्था में ये आघूर्ण अव्यवस्थित दिशाओं में बिखरे रहते हैं, पर बाहरी क्षेत्र उन्हें आंशिक रूप से पंक्तिबद्ध कर देता है और पदार्थ दुर्बल रूप से आकर्षित होता है। ऑक्सीजन, ऐलुमिनियम तथा प्लैटिनम इसके उदाहरण हैं। तीसरी श्रेणी लौहचुंबकीय पदार्थों की है, जिनमें आघूर्ण डोमेनों में स्वतः पंक्तिबद्ध हो जाते हैं और आकर्षण बहुत प्रबल होता है; लोहा, कोबाल्ट तथा निकल इसके प्रमुख उदाहरण हैं। तापमान इस वर्गीकरण को बदल सकता है: क्यूरी ताप से ऊपर लौहचुंबकीय पदार्थ अनुचुंबकीय हो जाता है, और यही कारण है कि प्रश्न में मानक ताप और दाब की शर्त जोड़ी गई है।

मुख्य तथ्य

• प्रतिचुंबकीय पदार्थों में सारे इलेक्ट्रॉन युग्मित होते हैं, स्थायी चुंबकीय आघूर्ण शून्य होता है, और वे बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से हल्के से प्रतिकर्षित होते हैं।
• प्रतिचुंबकीय पदार्थ की चुंबकीय प्रवृत्ति छोटी तथा ऋणात्मक होती है और उसकी सापेक्ष पारगम्यता एक से कुछ कम होती है।
• नाइट्रोजन, जल, सोडियम क्लोराइड, ताँबा, चाँदी, सोना, बिस्मथ तथा काँच — ये सब प्रतिचुंबकीय पदार्थों के प्रचलित उदाहरण हैं।
• अनुचुंबकीय पदार्थों में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं और वे दुर्बल रूप से आकर्षित होते हैं; ऑक्सीजन, ऐलुमिनियम तथा प्लैटिनम इसके उदाहरण हैं।
• लोहा, कोबाल्ट तथा निकल लौहचुंबकीय हैं; इनमें परमाणुओं के आघूर्ण डोमेनों में स्वतः पंक्तिबद्ध हो जाते हैं और आकर्षण बहुत प्रबल होता है।
• नाइट्रोजन के अणु में त्रिआबंध के कारण कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता, जबकि ऑक्सीजन के अणु में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं — इसीलिए एक प्रतिचुंबकीय और दूसरा अनुचुंबकीय है।
• प्रत्येक लौहचुंबकीय पदार्थ का एक क्यूरी ताप होता है, जिससे ऊपर उसके डोमेन बिखर जाते हैं और वह अनुचुंबकीय रह जाता है; लोहे का क्यूरी ताप लगभग 770 डिग्री सेल्सियस है।
• मानक ताप और दाब पर लोहा अपने क्यूरी ताप से बहुत नीचे होता है, इसलिए वहाँ वह निश्चित रूप से लौहचुंबकीय ही रहता है।

सामान्य भ्रम

• निषेध चूक जाना; प्रश्न यह पूछता है कि कौन प्रतिचुंबकीय नहीं है, और इस पुस्तिका ने 'नहीं' को मोटे टाइप में छापकर सचेत भी किया है।
• नाइट्रोजन और ऑक्सीजन को एक जैसा मान लेना; नाइट्रोजन प्रतिचुंबकीय है जबकि ऑक्सीजन अनुचुंबकीय, और यही इस विषय का सबसे प्रचलित प्रश्न है।
• धातु का नाम देखकर आकर्षण मान लेना; ताँबा, चाँदी और सोना धातु होते हुए भी प्रतिचुंबकीय हैं।
• लौहचुंबकीय और अनुचुंबकीय को एक समझ लेना; दोनों में आकर्षण होता है, पर लौहचुंबकीय में वह कहीं अधिक प्रबल होता है और क्षेत्र हटने पर भी चुंबकत्व शेष रह सकता है।
• मानक ताप और दाब की शर्त को केवल औपचारिकता मान लेना; क्यूरी ताप से ऊपर लोहे का व्यवहार बदल जाता है, इसलिए शर्त सार्थक है।
• यह मान लेना कि क्यूरी ताप से ऊपर लोहा प्रतिचुंबकीय हो जाता है; वह अनुचुंबकीय होता है, प्रतिचुंबकीय नहीं।

• practice — not a real PYQ

  निम्नलिखित में से किस पदार्थ के अणु में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होने के कारण वह अनुचुंबकीय व्यवहार दिखाता है?

  • (a)नाइट्रोजन
  • (b)ऑक्सीजन
  • (c)जल
  • (d)सोडियम क्लोराइड

  उत्तर(b) ऑक्सीजन

• practice — not a real PYQ

  किसी लौहचुंबकीय पदार्थ को उसके क्यूरी ताप से ऊपर गर्म करने पर उसका चुंबकीय व्यवहार किस प्रकार का हो जाता है?

  • (a)वह प्रतिचुंबकीय हो जाता है
  • (b)वह अनुचुंबकीय हो जाता है
  • (c)उसका लौहचुंबकत्व और प्रबल हो जाता है
  • (d)उसका चुंबकीय व्यवहार पूर्णतः समाप्त हो जाता है और वह किसी क्षेत्र से प्रभावित नहीं होता

  उत्तर(b) वह अनुचुंबकीय हो जाता है