UPPSC 2019 प्रारंभिक प्रश्नपत्र-I · प्रश्न 89 / 150

सही उत्तर — (A) ऊर्ध्वपातन। ऊर्ध्वपातन किसी ठोस का बिना किसी द्रव-अवस्था से गुज़रे सीधे वाष्प में बदलना है। कपूर, नैफ्थलीन (पुरानी मॉथबॉल) और शुष्क बर्फ तीन पाठ्यपुस्तक-उदाहरण हैं, और प्रत्येक खुली हवा में बिना कोई पोखर छोड़े गायब हो जाता है। कपूर और नैफ्थलीन आणविक ठोस हैं जो कमज़ोर वान डेर वाल्स बलों से बँधे होते हैं, इसलिए कमरे के तापमान पर भी सतह से पर्याप्त अणु निकलते रहते हैं और खंड सिकुड़ता जाता है। शुष्क बर्फ ठोस कार्बन डाइऑक्साइड है, और इसका व्यवहार दाब से तय होता है: CO2 का त्रिक-बिंदु (triple point) लगभग 5 वायुमंडल पर है, इसलिए साधारण वायुमंडलीय दाब पर द्रव कार्बन डाइऑक्साइड बिल्कुल भी अस्तित्व में नहीं रह सकता — ठोस को सीधे गैस बनना ही पड़ता है, जो यह लगभग माइनस 78 डिग्री सेल्सियस पर करता है। प्रश्न में वर्णित प्रेक्षण, किसी ठोस का बिना कभी द्रव बने गायब हो जाना, ही ऊर्ध्वपातन की परिभाषा है।

• (b)वाष्पीकरण — वाष्पीकरण किसी द्रव की सतह से उसके क्वथनांक से नीचे अणुओं का वाष्प में निकलना है। इसके लिए शुरुआत में द्रव-अवस्था आवश्यक है — किसी खुले गिलास में पानी, गिरा हुआ पेट्रोल। कपूर, नैफ्थलीन और शुष्क बर्फ साधारण कमरे की परिस्थितियों में कभी पिघलकर द्रव नहीं बनते, इसलिए उनके साथ जो होता है उसे वाष्पीकरण नहीं कहा जा सकता।
• (c)विसरण — विसरण किसी पदार्थ का सांद्रता-प्रवणता के साथ किसी अन्य पदार्थ में फैलना है — यही कारण है कि कपूर की गंध कमरे के दूर कोने तक पहुँच जाती है। परंतु विसरण केवल उस वाष्प को गतिशील करता है जो पहले से मौजूद है; यह ठोस को वाष्प में परिवर्तित नहीं करता। यह गंध को समझाता है, खंड के सिकुड़ने को नहीं।
• (d)विकिरण — विकिरण ऊर्जा का विद्युत-चुंबकीय तरंगों के रूप में स्थानांतरण है, जिस तरह सूर्य खाली अंतरिक्ष के आर-पार पृथ्वी को गर्म करता है। यह ऊष्मा-स्थानांतरण की एक विधि है, अवस्था-परिवर्तन नहीं, और ऊष्मा विकिरित करने से किसी पिंड से कोई पदार्थ नहीं खोता।

पदार्थ नामित मार्गों के साथ अवस्था बदलता है: ठोस और द्रव के बीच गलन व हिमीकरण, द्रव और गैस के बीच वाष्पन व संघनन, और ठोस व गैस के बीच सीधे ऊर्ध्वपातन व निक्षेपण (deposition)। कोई पदार्थ कौन-सा मार्ग अपनाता है यह तापमान और दाब दोनों मिलकर तय करते हैं। कोई द्रव-अवस्था उपलब्ध है भी या नहीं, यह त्रिक-बिंदु से तय होता है — वह विशिष्ट तापमान-दाब संयोजन जिस पर तीनों अवस्थाएँ एक साथ रहती हैं। यदि आसपास का दाब त्रिक-बिंदु दाब से कम है, जैसा खुली हवा में कार्बन डाइऑक्साइड के लिए होता है, तो कोई द्रव-अवस्था उपलब्ध नहीं होती और ठोस को ऊर्ध्वपातित होना ही पड़ता है। कपूर, नैफ्थलीन, आयोडीन, अमोनियम क्लोराइड और एन्थ्रासीन जैसे पदार्थ साधारण दाब पर आसानी से ऊर्ध्वपातित होते हैं क्योंकि उनके अणु कमज़ोर रूप से बंधे होते हैं और उनका वाष्प-दाब ऊँचा होता है।

प्रश्न में दिए संकेत को पढ़ें: ठोस 'गायब' हो जाता है — पिघलने के बारे में कुछ नहीं कहा गया। यह अकेला शब्द वाष्पीकरण को खारिज कर देता है, जिसके लिए द्रव आवश्यक है। विसरण लुभावना भ्रामक विकल्प है क्योंकि आप वास्तव में अलमारी में फैलती नैफ्थलीन की गंध सूँघते हैं, परंतु विसरण उस वाष्प की यात्रा का वर्णन करता है जो बनने के बाद है, ठोस से द्रव्यमान की हानि का नहीं। विकिरण कोई अवस्था-परिवर्तन बिल्कुल नहीं है। ऊर्ध्वपातन का विलोम, वाष्प का सीधे ठोस में बदलना, निक्षेपण (deposition) कहलाता है — इसी तरह ठंडी खिड़की पर पाला जमता है और परखनली के शीर्ष पर अमोनियम क्लोराइड की सफेद वलय फिर से प्रकट होती है।

• ऊर्ध्वपातन: कोई ठोस बिना द्रव बने सीधे वाष्प में बदल जाता है। विपरीत प्रक्रिया, वाष्प से ठोस, निक्षेपण कहलाती है।
• सामान्य ऊर्ध्वपातित होने वाले ठोस: कपूर, नैफ्थलीन, आयोडीन, अमोनियम क्लोराइड, एन्थ्रासीन और शुष्क बर्फ।
• शुष्क बर्फ ठोस कार्बन डाइऑक्साइड है; क्योंकि CO2 का त्रिक-बिंदु लगभग 5 वायुमंडल पर है, द्रव CO2 वायुमंडलीय दाब पर अस्तित्व में नहीं रह सकता और ठोस लगभग माइनस 78 डिग्री सेल्सियस पर ऊर्ध्वपातित होता है।
• ऊर्ध्वपातन गुप्त ऊष्मा अवशोषित करता है, इसलिए शुष्क बर्फ बिना गीला किए ठंडा करती है — यही कारण है कि इसका उपयोग जमे हुए भोजन व चिकित्सा सामग्री के परिवहन में, तथा मंच-कोहरे (stage fog) के लिए होता है।
• प्रयोगशाला में ऊर्ध्वपातन का उपयोग कपूर, आयोडीन या अमोनियम क्लोराइड को रेत या नमक जैसी अवाष्पशील अशुद्धियों से अलग कर शुद्ध करने के लिए किया जाता है।
• फ्रीज़-ड्राइंग (लायोफिलाइज़ेशन) — इंस्टेंट कॉफी, भोजन व टीकों की — निर्वात में जमे नमूने से बर्फ को ऊर्ध्वपातित कर काम करती है; ठंडी शुष्क पर्वतीय हवा में, बर्फ और हिमनद बर्फ भी इसी तरह द्रव्यमान खोते हैं।

• इसे वाष्पीकरण कहना। वाष्पीकरण किसी द्रव-सतह से शुरू होता है; यहाँ कभी कोई द्रव होता ही नहीं।
• गंध सूँघ सकने के कारण विसरण चुनना। विसरण उस वाष्प को फैलाता है जिसे ऊर्ध्वपातन पहले ही उत्पन्न कर चुका है।
• यह मान लेना कि हर ठोस वाष्पित होने से पहले पिघलता है। साधारण वायुमंडलीय दाब पर कुछ ठोस, सबसे बढ़कर शुष्क बर्फ, के लिए कोई द्रव-अवस्था उपलब्ध ही नहीं होती।

राज्य PCS प्रश्नपत्र इस परिघटना का नाम या ऊर्ध्वपातित होने वाले पदार्थों की सूची पूछते हैं; UPSC अनुप्रयोग को प्राथमिकता देता है — फ्रीज़-ड्राइंग, शीत-श्रृंखला में शुष्क बर्फ, या किसी मिश्रण को अलग करना — परंतु अंतर्निहित विचार वही ठोस-से-वाष्प मार्ग है।

इस प्रश्न से सीधे संबंधित कोई पूर्व PYQ उपलब्ध नहीं।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  किसी वाष्प का, द्रव-अवस्था से गुज़रे बिना, सीधे ठोस में बदलना कहलाता है

  • (a)संघनन
  • (b)निक्षेपण
  • (c)संलयन
  • (d)वाष्पन

  उत्तर(b) निक्षेपण — यह ऊर्ध्वपातन का विलोम है, और इसी तरह हवा में मौजूद जलवाष्प से सीधे किसी ठंडी सतह पर पाला जमता है।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  इंस्टेंट कॉफी बनाने और टीकों को संरक्षित करने में प्रयुक्त फ्रीज़-ड्राइंग मुख्यतः किस पर निर्भर करती है ?

  • (a)घटे हुए दाब पर बर्फ का ऊर्ध्वपातन
  • (b)उच्च दाब पर पानी का उबलना
  • (c)किसी झिल्ली से गैसों का विसरण
  • (d)नमूने से ऊष्मा का विकिरण

  उत्तर(a) घटे हुए दाब पर बर्फ का ऊर्ध्वपातन — नमूने को जमाया जाता है और दाब घटाया जाता है ताकि बर्फ सीधे वाष्प बन जाए, जिससे ठोस सामग्री सूखी रहे और उसकी संरचना बरकरार रहे।