మన చుట్టూ ఉన్న పదార్థం స్వచ్ఛమేనా? (Is Matter Around Us Pure?)

మార్కెట్‌లో దొరికే పాలు, నెయ్యి, వెన్న, ఉప్పు, సుగంధ ద్రవ్యాలు, మినరల్ వాటర్, పండ్ల రసం వంటి వాటి ప్యాకెట్లపై 'ప్యూర్' అని రాసి ఉంటుంది. సామాన్యులకు 'ప్యూర్' అంటే కల్తీ లేనిది.

కానీ శాస్త్రవేత్త దృష్టిలో ఇవన్నీ వేర్వేరు పదార్థాల మిశ్రమాలే; అందువల్ల అవి శుద్ధం కావు.

• శాస్త్రీయ అర్థంలో శుద్ధం:
  1. ఒక పదార్థంలోని కణాలన్నీ రసాయన స్వభావంలో ఒకే రకంగా ఉంటే అది శుద్ధ పదార్థం (Pure substance). అంటే శుద్ధ పదార్థం ఒకే రకమైన కణాలతో ఏర్పడుతుంది
  2. ఇది పదార్థం యొక్క ఒకే శుద్ధ రూపం.
• పాలు: నీరు, కొవ్వు, మాంసకృత్తులు మొదలైన వాటి మిశ్రమం కాబట్టి శుద్ధ పదార్థం కాదు.
• మిశ్రమం (Mixture): ఒకటికంటే ఎక్కువ శుద్ధ పదార్థాలతో ఏర్పడినది. మన చుట్టూ ఉన్న పదార్థాల్లో అధికభాగం రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ శుద్ధ అంశాల మిశ్రమాలే – సముద్రపు నీరు, ఖనిజాలు, మట్టి మొదలైనవి.
• సోడియం క్లోరైడ్ ఉదాహరణ:
  1. నీటిలో కరిగిన ఉప్పును భౌతిక ప్రక్రియ అయిన బాష్పీభవనం (Evaporation) ద్వారా నీటి నుండి వేరు చేయవచ్చు. కానీ సోడియం క్లోరైడ్ స్వయంగా శుద్ధ పదార్థం
  2. దాని రసాయన అంశాలుగా భౌతిక పద్ధతుల ద్వారా విడదీయలేం.
• చక్కెర:
  1. ఒకే రకమైన శుద్ధ పదార్థం కలిగి ఉంటుంది
  2. దాని సంఘటనం (Composition) అన్ని చోట్లా ఒకేలా ఉంటుంది.
• శీతల పానీయం, మట్టి: ఇవి ఒకే శుద్ధ పదార్థాలు కావు, మిశ్రమాలు.
• శుద్ధ పదార్థం లక్షణం: మూలం ఏదైనా శుద్ధ పదార్థం యొక్క లక్షణ ధర్మాలు ఎల్లప్పుడూ ఒకేలా ఉంటాయి.
• మిశ్రమ రకాలు: మిశ్రమాన్ని ఏర్పరిచే అంశాల స్వభావాన్ని బట్టి వివిధ రకాల మిశ్రమాలు ఉంటాయి (సజాతీయ, విజాతీయ).
• వర్గీకరణ: పదార్థం → శుద్ధ పదార్థాలు (మూలకాలు, సమ్మేళనాలు) మరియు మిశ్రమాలు (సజాతీయ, విజాతీయ).

మిశ్రమంలో అంశాలు ఎలా కలిసి ఉన్నాయనే దాన్ని బట్టి దాన్ని రెండు రకాలుగా విభజిస్తారు. అంతటా ఒకే రకమైన సంఘటనం ఉంటే సజాతీయం; భౌతికంగా వేరుగా కనిపించే భాగాలుంటే విజాతీయం.

• కృత్యం 4.1 (నీరు + కాపర్ సల్ఫేట్): 50 mL నీటిలో ఒక స్పాటులా కాపర్ సల్ఫేట్ పొడి (గ్రూప్ A), రెండు స్పాటులాలు (గ్రూప్ B) కలిపినప్పుడు రెండింటిలోనూ ఏకరీతి (Uniform) సంఘటనం గల మిశ్రమం ఏర్పడుతుంది. పొటాషియం పర్మాంగనేట్ లేదా ఉప్పుతో కూడా ఇదే ఫలితం.
• సజాతీయ మిశ్రమం (Homogeneous mixture):
  1. అంతటా ఒకే సంఘటనం ఉండే మిశ్రమం
  2. దీన్నే ద్రావణం (Solution) అంటారు.
• ఉదాహరణలు: నీటిలో ఉప్పు, నీటిలో చక్కెర, కార్బన్ డైసల్ఫైడ్‌లో సల్ఫర్, ఆల్కహాల్‌లో నీరు.
• సజాతీయ మిశ్రమ సంఘటనం మారవచ్చు: A, B గ్రూపులు రెండూ కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం పొందినా రంగు తీవ్రత (Intensity) వేరు. అంటే సజాతీయ మిశ్రమానికి చరసంఘటనం (Variable composition) ఉంటుంది.
• విజాతీయ మిశ్రమం (Heterogeneous mixture): భౌతికంగా వేరైన భాగాలు ఉండి, సంఘటనం అంతటా ఒకేలా లేని మిశ్రమం.
• ఉదాహరణలు: సోడియం క్లోరైడ్ + ఇనుపరజను, ఉప్పు + సల్ఫర్, నూనె + నీరు, ఇసుక + ఉప్పు, చక్కెర + ఉప్పు.
• తేడాలు:
  1. సజాతీయం: ఏకరీతి సంఘటనం, భాగాలు వేరుగా కనిపించవు.
  2. విజాతీయం: అసమాన సంఘటనం, భాగాలు వేరుగా గుర్తించవచ్చు.
• తదుపరి వర్గీకరణ: ద్రావణాలు, సస్పెన్షన్లు, కొల్లాయిడ్ ద్రావణాలు అనేవి అంశాల కణ పరిమాణాన్ని బట్టి ఏర్పడే మిశ్రమ రకాలు.

ద్రావణం (Solution) అంటే రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ పదార్థాల సజాతీయ మిశ్రమం. లెమనేడ్, సోడా వాటర్ వంటివి రోజువారీ ఉదాహరణలు. సాధారణంగా ద్రావణం అంటే ఘన, ద్రవ లేదా వాయు పదార్థం కరిగిన ద్రవం అని అనుకుంటాం.

కానీ ఘన ద్రావణాలు (మిశ్రమ లోహాలు), వాయు ద్రావణాలు (గాలి) కూడా ఉంటాయి.

• కణ స్థాయిలో సజాతీయత:
  1. ద్రావణంలో చక్కెర లేదా ఉప్పు కణాలు సమానంగా వ్యాపించి ఉంటాయి
  2. అందుకే లెమనేడ్ రుచి అంతటా ఒకేలా ఉంటుంది.
• ద్రావణి (Solvent): ద్రావణంలో ఇతర అంశాన్ని కరిగించే అంశం (సాధారణంగా ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది).
• ద్రావితం (Solute): ద్రావణిలో కరిగే అంశం (సాధారణంగా తక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది).
• ఉదాహరణలు:
  1. నీటిలో చక్కెర ద్రావణం – ద్రవంలో ఘనం; చక్కెర ద్రావితం, నీరు ద్రావణి.
  2. టింక్చర్ ఆఫ్ అయోడిన్ (అయోడిన్ ద్రావణం) – ఆల్కహాల్‌లో అయోడిన్; అయోడిన్ (ఘనం) ద్రావితం, ఆల్కహాల్ (ద్రవం) ద్రావణి.
  3. సోడా వాటర్ వంటి గాలి నింపిన పానీయాలు – ద్రవంలో వాయువు; కార్బన్ డైఆక్సైడ్ ద్రావితం, నీరు ద్రావణి.
  4. గాలి – వాయువులో వాయువు; అనేక వాయువుల సజాతీయ మిశ్రమం. ప్రధాన అంశాలు ఆక్సిజన్ (21%), నైట్రోజన్ (78%); మిగిలినవి చాలా తక్కువ పరిమాణంలో.
• మిశ్రమ లోహాలు (Alloys): రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లోహాల లేదా ఒక లోహం, ఒక అలోహం మిశ్రమం.
• భౌతిక పద్ధతులతో వాటి అంశాలను వేరు చేయలేం.
• అయినా అవి మిశ్రమాలే, ఎందుకంటే వాటి అంశాల లక్షణాలను చూపుతాయి మరియు సంఘటనాన్ని మార్చవచ్చు.
• ఉదా: ఇత్తడి (Brass) – సుమారు 30% జింక్, 70% రాగి మిశ్రమం.
• ఘన ద్రావణం:
  1. మిశ్రమ లోహాలు
  2. వాయు ద్రావణం: గాలి.

కృత్యం 4.2లో నాలుగు గ్రూపులు వేర్వేరు నమూనాలను నీటిలో కలిపి చూశాయి: గ్రూప్ A, B కాపర్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాలు/పొడి (ద్రావణం), గ్రూప్ C సుద్ద పొడి లేదా గోధుమ పిండి (సస్పెన్షన్), గ్రూప్ D పాలు లేదా సిరా కొన్ని చుక్కలు (కొల్లాయిడ్). కణాలు కనిపిస్తున్నాయా, టార్చ్ కాంతి మార్గం కనిపిస్తుందా, కొంతసేపటికి కణాలు అడుగున చేరతాయా, వడపోతలో అవశేషం (Residue) మిగులుతుందా అనే పరీక్షలతో మిశ్రమ రకాలను గుర్తించవచ్చు.

• కృత్యం ఫలితం:
  1. గ్రూప్ A, B – ద్రావణం
  2. గ్రూప్ C – సస్పెన్షన్
  3. గ్రూప్ D – కొల్లాయిడ్ ద్రావణం.
• ద్రావణ లక్షణాలు:
  1. ద్రావణం ఒక సజాతీయ మిశ్రమం.
  2. ద్రావణ కణాల వ్యాసం 1 నానోమీటర్ (10⁻⁹ మీ) కంటే చిన్నది; అందువల్ల వాటిని కంటితో చూడలేం.
  3. కణాలు చాలా చిన్నవి కావడంతో ద్రావణం గుండా వెళ్లే కాంతి కిరణాన్ని వెదజల్లవు; అందుకే ద్రావణంలో కాంతి మార్గం కనిపించదు.
  4. వడపోత (Filtration) ద్వారా ద్రావితం కణాలను మిశ్రమం నుండి వేరు చేయలేం.
  5. కదిలించకుండా వదిలేసినా ద్రావితం కణాలు అడుగున చేరవు; అంటే ద్రావణం స్థిరమైనది (Stable).
• రంగు తేడా: A, B గ్రూపుల ద్రావణాలు వేర్వేరు రంగు తీవ్రతతో ఉండటం వల్ల ద్రావితం, ద్రావణి నిష్పత్తిని మార్చవచ్చని తెలుస్తుంది.
• విలీన – గాఢ ద్రావణం: ద్రావితం పరిమాణాన్ని బట్టి ద్రావణాన్ని విలీన (Dilute), గాఢ (Concentrated) లేదా సంతృప్త (Saturated) ద్రావణం అంటారు. విలీన, గాఢ అనేవి సాపేక్ష పదాలు. కృత్యం 4.2లో గ్రూప్ A ద్రావణం గ్రూప్ B ద్రావణంతో పోలిస్తే విలీనం.

ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రావణి ఎంత ద్రావితాన్ని కరిగించగలదనే దానికి హద్దు ఉంటుంది. కృత్యం 4.3లో రెండు బీకర్లలో 50 mL నీరు తీసుకుని, ఒకదానిలో ఉప్పు, మరొకదానిలో చక్కెర లేదా బేరియం క్లోరైడ్ కలుపుతూ కదిపారు.

ఇక కరగని స్థితి వచ్చాక ఉష్ణోగ్రతను సుమారు 5°C పెంచి మళ్లీ ద్రావితం కలిపితే ఇంకా కొంత కరిగింది.

• సంతృప్త ద్రావణం (Saturated solution): ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద, కరిగించగలిగిన గరిష్ఠ ద్రావితాన్ని కరిగించుకున్న ద్రావణం. అంటే ఆ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఇక ద్రావితం కరగదు.
• ద్రావణీయత (Solubility): సంతృప్త ద్రావణంలో ఆ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న ద్రావితం పరిమాణం.
• అసంతృప్త ద్రావణం (Unsaturated solution): ద్రావితం పరిమాణం సంతృప్త స్థాయి కంటే తక్కువగా ఉన్న ద్రావణం.
• వేర్వేరు పదార్థాల ద్రావణీయత: ఒకే ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒకే ద్రావణిలో వేర్వేరు పదార్థాలకు వేర్వేరు ద్రావణీయతలు ఉంటాయి.
• ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం:
  1. ఉష్ణోగ్రత పెంచితే సాధారణంగా ఘన ద్రావితం ద్రావణీయత పెరుగుతుంది
  2. సంతృప్త ద్రావణాన్ని నెమ్మదిగా చల్లబరిస్తే కరగని ద్రావితం స్ఫటికాలుగా బయటకు వస్తుంది.
• సోడియం క్లోరైడ్ ప్రత్యేకత: ఉష్ణోగ్రత పెరిగినా సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణీయత దాదాపు మారదు (283–313 K వద్ద 36 g, 333 K మరియు 353 K వద్ద 37 g).
• పాఠ్యాంశ ప్రశ్న: 293 K వద్ద 100 g నీటిలో 36 g సోడియం క్లోరైడ్ కరిగి సంతృప్త ద్రావణం ఏర్పడుతుంది.

ద్రావణం యొక్క గాఢత (Concentration) అంటే ఇచ్చిన పరిమాణం (ద్రవ్యరాశి లేదా ఘనపరిమాణం) ద్రావణంలో ఉన్న ద్రావితం పరిమాణం. గాఢతను చెప్పడానికి అనేక పద్ధతులున్నా ఈ పాఠంలో మూడు పద్ధతులను నేర్చుకుంటారు.

• ద్రవ్యరాశి/ద్రవ్యరాశి శాతం (Mass by mass %) = (ద్రావితం ద్రవ్యరాశి ÷ ద్రావణం ద్రవ్యరాశి) × 100.
• ద్రవ్యరాశి/ఘనపరిమాణ శాతం (Mass by volume %) = (ద్రావితం ద్రవ్యరాశి ÷ ద్రావణం ఘనపరిమాణం) × 100.
• ఘనపరిమాణం/ఘనపరిమాణ శాతం (Volume by volume %) = (ద్రావితం ఘనపరిమాణం ÷ ద్రావణం ఘనపరిమాణం) × 100.
• ద్రావణం ద్రవ్యరాశి = ద్రావితం ద్రవ్యరాశి + ద్రావణి ద్రవ్యరాశి. (హారంలో ద్రావణం మొత్తం వస్తుంది, కేవలం ద్రావణి కాదు.)
• ఉదాహరణ 4.1: 320 g నీటిలో 40 g సాధారణ ఉప్పు కరిగిన ద్రావణం.
• ద్రావితం (ఉప్పు) = 40 g
• ద్రావణి (నీరు) = 320 g.
• ద్రావణం ద్రవ్యరాశి = 40 + 320 = 360 g.
• ద్రవ్యరాశి శాతం = (40 ÷ 360) × 100 = 11.1%.
• పాఠ్యాంశ ప్రశ్న: 293 K వద్ద 100 g నీటిలో 36 g సోడియం క్లోరైడ్ కరిగిన సంతృప్త ద్రావణం. ద్రావణం ద్రవ్యరాశి = 136 g. గాఢత = (36 ÷ 136) × 100 ≈ 26.5% (ద్రవ్యరాశి శాతం).
• ద్రావణీయత పట్టిక ఆధారిత లెక్క: 313 K వద్ద 100 g నీటిలో పొటాషియం నైట్రేట్ ద్రావణీయత 62 g. అందువల్ల 50 g నీటిలో సంతృప్త ద్రావణం కోసం 31 g (62 ÷ 2) అవసరం.

కృత్యం 4.2లో గ్రూప్ C సుద్ద పొడి లేదా గోధుమ పిండిని నీటిలో కలిపినప్పుడు పొందిన మిశ్రమం సస్పెన్షన్. ఘన పదార్థాలు ద్రవంలో చెదరి ఉండే ఏకరీతి కాని వ్యవస్థలను సస్పెన్షన్లు అంటారు.

• సస్పెన్షన్ (Suspension): ద్రావిత కణాలు కరగకుండా, మాధ్యమం అంతటా వ్రేలాడుతూ ఉండే విజాతీయ మిశ్రమం. ఘనాలు ద్రవాల్లో చెదరిన అసమరూప వ్యవస్థలు సస్పెన్షన్లు.
• సస్పెన్షన్ లక్షణాలు:
  1. ఇది విజాతీయ మిశ్రమం.
  2. కణాలను కంటితో చూడవచ్చు.
  3. కణాలు కాంతి కిరణాన్ని వెదజల్లి దాని మార్గాన్ని కనిపించేలా చేస్తాయి.
  4. కదల్చకుండా వదిలేస్తే కణాలు అడుగున చేరతాయి; అంటే సస్పెన్షన్ అస్థిరం (Unstable).
  5. వడపోతతో కణాలను వేరు చేయవచ్చు (ఫిల్టర్ పేపర్‌పై అవశేషం మిగులుతుంది).
  6. కణాలు అడుగున చేరిన తర్వాత సస్పెన్షన్ 'విచ్ఛిన్నం' అవుతుంది; అప్పుడు కాంతిని వెదజల్లదు.
• కృత్యంలో ఫలితం:
  1. సుద్ద పొడి లేదా గోధుమ పిండి నీటిలో కరగదు
  2. కొద్దిసేపటికి కణాలు స్థిరపడతాయి.
• ఉదాహరణలు: నీటిలో సుద్ద పొడి, నీటిలో గోధుమ పిండి, బురద నీరు (మట్టి కణాలు).

కృత్యం 4.2లో గ్రూప్ D పాలు లేదా సిరా చుక్కలను నీటిలో కలిపి పొందిన మిశ్రమం కొల్లాయిడ్ (కొల్లాయిడ్ ద్రావణం). ఇది ద్రావణం, సస్పెన్షన్ మధ్యస్థ లక్షణాలు గల మిశ్రమం.

• కొల్లాయిడ్ (Colloid):
  1. కణాలు ద్రావణమంతా ఏకరీతిగా వ్యాపించి ఉన్న మిశ్రమం. సస్పెన్షన్ కణాలతో పోలిస్తే కణాలు చిన్నవి కాబట్టి సజాతీయంగా కనిపిస్తుంది
  2. కానీ వాస్తవానికి ఇది విజాతీయ మిశ్రమం. ఉదా: పాలు.
• కొల్లాయిడ్ లక్షణాలు:
  1. విజాతీయ మిశ్రమం.
  2. కణాలను విడివిడిగా కంటితో చూడలేం.
  3. కణాలు కాంతి కిరణాన్ని వెదజల్లే పరిమాణంలో ఉంటాయి; కాంతి మార్గం కనిపిస్తుంది.
  4. కదల్చకుండా వదిలినా కణాలు అడుగున చేరవు; కొల్లాయిడ్ స్థిరమైనది.
  5. వడపోతతో వేరు చేయలేం; ప్రత్యేక పద్ధతి అయిన అపకేంద్రీకరణ (Centrifugation) ద్వారా కణాలను వేరు చేయవచ్చు.
• టిండాల్ ప్రభావం (Tyndall effect): కొల్లాయిడ్ కణాల వల్ల కాంతి కిరణం వెదజల్లబడటం. ఈ ప్రభావాన్ని కనుగొన్న శాస్త్రవేత్త టిండాల్ పేరు దీనికి పెట్టారు.
• కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం టిండాల్ ప్రభావం చూపదు
• పాలు–నీటి మిశ్రమం చూపుతుంది.
• చిన్న రంధ్రం ద్వారా గదిలోకి వచ్చే సన్నని కాంతి కిరణంలో దుమ్ము, పొగ కణాల వల్ల ఈ ప్రభావం కనిపిస్తుంది.
• దట్టమైన అడవి చెట్ల కొమ్మల గుండా సూర్యకాంతి వచ్చినప్పుడు కూడా కనిపిస్తుంది
• అక్కడి మంచులోని సూక్ష్మ నీటి బిందువులు గాలిలో చెదిరిన కొల్లాయిడ్ కణాలుగా పనిచేస్తాయి.
• కొల్లాయిడ్ అంశాలు:
  1. విక్షేపిత ప్రావస్థ (Dispersed phase): ద్రావితంలా ఉండే, చెదిరిన కణాలు.
  2. విక్షేపణ యానకం (Dispersion medium): ఆ కణాలు చెదిరి ఉండే అంశం.
  3. కొల్లాయిడ్లను యానకం, ప్రావస్థ స్థితి (ఘన, ద్రవ, వాయు) ఆధారంగా వర్గీకరిస్తారు.

కొల్లాయిడ్లను విక్షేపిత ప్రావస్థ, విక్షేపణ యానకం స్థితుల ఆధారంగా (ఘన, ద్రవ, వాయు) వర్గీకరిస్తారు. పాఠ్యపుస్తకం పట్టిక 4.1 ప్రకారం రోజువారీ జీవితంలో ఇవి చాలా సాధారణం.

(ప్రావస్థ – యానకం – రకం – ఉదాహరణ)

• ద్రవం – వాయువు – ఏరోసోల్ (Aerosol): పొగమంచు, మేఘాలు, పొగమంచు (ఫాగ్, మిస్ట్).
• ఘనం – వాయువు – ఏరోసోల్: పొగ, వాహనాల పొగ (ఆటోమొబైల్ ఎగ్జాస్ట్).
• వాయువు – ద్రవం – ఫోమ్ (నురుగు): షేవింగ్ క్రీమ్.
• ద్రవం – ద్రవం – ఎమల్షన్ (Emulsion): పాలు, ఫేస్ క్రీమ్.
• ఘనం – ద్రవం – సాల్ (Sol): మిల్క్ ఆఫ్ మెగ్నీషియా, బురద.
• వాయువు – ఘనం – ఫోమ్: ఫోమ్, రబ్బరు, స్పాంజి, ప్యూమిస్ రాయి.
• ద్రవం – ఘనం – జెల్ (Gel): జెల్లీ, చీజ్, వెన్న.
• ఘనం – ఘనం – ఘన సాల్ (Solid sol): రంగు రత్నాలు (కలర్డ్ జెమ్‌స్టోన్), మిల్కీ గ్లాస్ (పాల రంగు గాజు).
• గుర్తుంచుకోవాల్సినవి:
  1. యానకం వాయువు అయితే ఏరోసోల్ (ప్రావస్థ ద్రవం లేదా ఘనం).
  2. ద్రవ యానకంలో వాయు ప్రావస్థ = ఫోమ్; ఘన యానకంలో వాయు ప్రావస్థ కూడా ఫోమ్.
  3. ద్రవం–ద్రవం = ఎమల్షన్; ఘనం–ద్రవం = సాల్; ద్రవం–ఘనం = జెల్.
• వ్యాయామ ప్రశ్న 12:
  1. గది ఫ్రెషనర్ స్ప్రే = ఏరోసోల్
  2. యాంటాసిడ్ సస్పెన్షన్ (మిల్క్ ఆఫ్ మెగ్నీషియా) = సాల్
  3. రంగు అలంకరణ గాజు ప్యానెల్ = ఘన సాల్ – ఈ మూడు సరిగ్గా జతపడిన ఎంపిక B.

మిశ్రమాలు, సమ్మేళనాల మధ్య తేడా అర్థం చేసుకోవడానికి పదార్థ ధర్మాలు, మార్పుల రకాలను గుర్తుచేసుకోవాలి. ముందటి పాఠంలో పదార్థ భౌతిక ధర్మాలను నేర్చుకున్నారు.

• భౌతిక ధర్మాలు (Physical properties): గమనించి చెప్పగలిగేవి – రంగు, కఠినత్వం, దృఢత్వం (Rigidity), ప్రవాహశీలత (Fluidity), సాంద్రత, ద్రవీభవన స్థానం, మరుగు స్థానం మొదలైనవి.
• భౌతిక మార్పు:
  1. స్థితుల పరస్పర మార్పిడి (ఘన–ద్రవ–వాయు) భౌతిక మార్పు
  2. ఇందులో సంఘటనం, రసాయన స్వభావం మారవు. మంచు, నీరు, నీటి ఆవిరి వేర్వేరుగా కనిపించి వేర్వేరు భౌతిక ధర్మాలు చూపినా రసాయనికంగా ఒకటే.
• రసాయన ధర్మం:
  1. నీరు, వంట నూనె రెండూ ద్రవాలే కానీ రసాయన లక్షణాలు వేరు. వాసన, మండే గుణంలో తేడా ఉంటుంది. నూనె గాలిలో మండుతుంది
  2. నీరు మంటను ఆర్పుతుంది. నూనె ఈ రసాయన ధర్మమే నీటి నుండి వేరు చేస్తుంది.
• రసాయన మార్పు (Chemical change): ఒక పదార్థం మరొక పదార్థంతో చర్య జరిపి రసాయన సంఘటనం మారడం. దీనివల్ల పదార్థ రసాయన ధర్మాలు మారి కొత్త పదార్థాలు ఏర్పడతాయి. రసాయన మార్పునే రసాయన చర్య (Chemical reaction) అంటారు.
• దహనం (Burning): ఒక రసాయన మార్పు. కొవ్వొత్తి మండేటప్పుడు భౌతిక, రసాయన మార్పులు రెండూ జరుగుతాయి.
• వ్యాయామ వర్గీకరణ:
  1. రసాయన మార్పులు: మొక్క పెరగడం, ఇనుము తుప్పు పట్టడం, ఆహారం వండటం, ఆహారం జీర్ణం కావడం, కొవ్వొత్తి మండటం, కాగితం/కలప మండటం, విద్యుత్ ప్రవాహంతో నీరు హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్‌గా విడిపోవడం, బీరువా తుప్పు పట్టడం.
  2. భౌతిక మార్పులు: ఇనుపరజను, ఇసుక కలపడం, నీరు గడ్డకట్టడం, వెన్న కరగడం, నీరు మరిగి ఆవిరి అవడం, ఉప్పు నీటిలో కరగడం, పండ్ల సలాడ్ చేయడం, చెట్లు నరకడం.

రసాయన సంఘటనం ఆధారంగా పదార్థాలను మూలకాలు (Elements), సమ్మేళనాలు (Compounds) అని వర్గీకరిస్తారు. మూలకాలను సాధారణంగా లోహాలు, అలోహాలు, అర్ధలోహాలుగా విభజిస్తారు.

• మూలకం:
  1. పదార్థం యొక్క మూల రూపం
  2. రసాయన చర్యల ద్వారా దీన్ని సరళమైన పదార్థాలుగా విడగొట్టలేం. రాబర్ట్ బాయిల్ 1661లో 'ఎలిమెంట్' (మూలకం) అనే పదాన్ని మొదట వాడిన శాస్త్రవేత్త. ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త ఆంటోనీ లారెంట్ లావోయిజియర్ (1743–94) ప్రయోగాల ద్వారా ఉపయోగకరమైన మూలక నిర్వచనాన్ని మొదట ఇచ్చారు.
• లోహాల లక్షణాలు (కొన్ని లేదా అన్నీ):
• మెరుపు (Lustre) ఉంటుంది.
• వెండి బూడిద లేదా బంగారు పసుపు రంగులో ఉంటాయి.
• ఉష్ణాన్ని, విద్యుత్తును ప్రసరింపజేస్తాయి.
• సాగే గుణం: తీగలుగా లాగవచ్చు (తంతుత్వం, Ductile).
• సుత్తితో కొట్టి పలుచని రేకులుగా చేయవచ్చు (ఘాతవర్ధనీయత, Malleable).
• కొట్టినప్పుడు ధ్వనిస్తాయి (Sonorous).
• ఉదాహరణలు: బంగారం, వెండి, రాగి, ఇనుము, సోడియం, పొటాషియం. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవంగా ఉండే ఏకైక లోహం పాదరసం (Mercury).
• అలోహాల లక్షణాలు (కొన్ని లేదా అన్నీ):
• వివిధ రంగులుంటాయి.
• ఉష్ణ, విద్యుత్ వాహకత తక్కువ (బలహీన వాహకాలు).
• మెరుపు, ధ్వనించే గుణం, సాగే గుణం ఉండవు.
• ఉదాహరణలు: హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్, అయోడిన్, కార్బన్ (బొగ్గు, కోక్), బ్రోమిన్, క్లోరిన్.
• అర్ధలోహాలు (Metalloids): లోహాలు, అలోహాల మధ్యస్థ లక్షణాలు గల మూలకాలు. ఉదా: బోరాన్, సిలికాన్, జెర్మేనియం.

ప్రస్తుతం తెలిసిన మూలకాల సంఖ్య, వాటి భౌతిక స్థితులపై పాఠ్యపుస్తకం ఇచ్చిన అంశాలు తరచుగా పరీక్షల్లో వస్తాయి.

• మూలకాల సంఖ్య: ప్రస్తుతం తెలిసినవి 100 కంటే ఎక్కువ.
• సహజ, కృత్రిమ మూలకాలు:
  1. 92 మూలకాలు ప్రకృతిలో సహజంగా లభిస్తాయి
  2. మిగిలినవి మానవ నిర్మితాలు (Man-made).
• ఘన మూలకాలు: అత్యధిక మూలకాలు ఘన స్థితిలో ఉంటాయి.
• వాయు మూలకాలు: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 11 మూలకాలు వాయు స్థితిలో ఉంటాయి.
• ద్రవ మూలకాలు: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రెండు మూలకాలు ద్రవాలు – పాదరసం (లోహం), బ్రోమిన్ (అలోహం).
• కొంచెం ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవం: గ్యాలియం (Gallium), సీజియం (Cesium) మూలకాలు గది ఉష్ణోగ్రత కంటే కొంచెం ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (303 K) ద్రవాలవుతాయి.
• వర్గీకరణ నియమం:
  1. మూలకాన్ని రసాయన చర్యల ద్వారా సరళ పదార్థాలుగా విడదీయలేం
  2. సమ్మేళనాన్ని విడదీయవచ్చు.
• మూలకాల ఉదాహరణలు: రాగి, ఆక్సిజన్, ఇనుము, హైడ్రోజన్, పాదరసం, సోడియం, వెండి, టిన్, సిలికాన్.
• వ్యాయామ వర్గీకరణ:
  1. మూలకాలు: సోడియం, వెండి, టిన్, సిలికాన్.
  2. సమ్మేళనాలు: కాల్షియం కార్బోనేట్, మీథేన్, కార్బన్ డైఆక్సైడ్.
  3. మిశ్రమాలు: మట్టి, చక్కెర ద్రావణం, గాలి, రక్తం, సబ్బు, బొగ్గు.

రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మూలకాలు కలిస్తే ఏమవుతుంది? దీనికి సమాధానం కృత్యం 4.4లో ఉంది. సమ్మేళనం (Compound) అంటే రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మూలకాలు స్థిర నిష్పత్తిలో రసాయనికంగా కలిసి ఏర్పడిన పదార్థం.

• కృత్యం 4.4: రెండు గ్రూపులకు 5 g ఇనుపరజను (Iron filings), 3 g గంధకం పొడి (Sulphur powder) చైనా డిష్‌లో ఇచ్చారు.
• గ్రూప్ I: ఇనుప రజను, గంధకం పొడిని కలిపి నలిపారు.
• గ్రూప్ II: అదే మిశ్రమాన్ని ఎర్రగా కాలేవరకు బాగా వేడి చేసి, మంట నుండి తీసి చల్లారనిచ్చారు.
• ఇద్దరూ పొందిన పదార్థంపై అయస్కాంత పరీక్ష, రంగు–ఆకృతి పోలిక, కార్బన్ డైసల్ఫైడ్ చేర్చి కలిపి వడపోయడం, విలీన సల్ఫ్యూరిక్ లేదా హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం చేర్చడం చేశారు.
• గ్రూప్ I ఫలితం:
  1. పదార్థం ఇనుము, గంధకం అనే రెండు పదార్థాల మిశ్రమం (భౌతిక మార్పు). మిశ్రమ ధర్మాలు అందులోని అంశాల ధర్మాల మాదిరే ఉంటాయి
  2. అయస్కాంతానికి ఆకర్షితమవుతుంది
  3. అంశాలను వేరు చేయవచ్చు.
• గ్రూప్ II ఫలితం:
  1. బలంగా వేడి చేసినప్పుడు సమ్మేళనం ఏర్పడుతుంది (రసాయన మార్పు)
  2. దీని ధర్మాలు కలిసిన మూలకాల ధర్మాల కంటే పూర్తిగా భిన్నం. సమ్మేళనం సంఘటనం, రంగు, ఆకృతి అంతటా ఒకేలా ఉంటాయి.
• ఆమ్లంతో వాయువులు: గ్రూప్ I (మిశ్రమం, ఇనుము ఆమ్లంతో చర్య) పొందిన వాయువు హైడ్రోజన్ – రంగు, వాసన లేనిది, మండే గుణం కలది (తరగతి గదిలో మండే పరీక్ష చేయడం సిఫార్సు చేయరు). గ్రూప్ II పొందిన వాయువు హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ – రంగులేని వాయువు, కుళ్ళిన గుడ్ల వాసన.
• సురక్షిత జాగ్రత్త: ఈ కృత్యంలో ఉపాధ్యాయుల పర్యవేక్షణ అవసరం.

మిశ్రమానికి, సమ్మేళనానికి మధ్య తేడాలు పరీక్షల్లో తరచుగా అడిగే అంశం. పాఠ్యపుస్తకం పట్టిక 4.2, గ్రాఫికల్ ఆర్గనైజర్, అధ్యాయ సారాంశం ఈ భాగంలో ఉన్నాయి.

• మిశ్రమం:
  1. మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలు కలుస్తాయి, కొత్త సమ్మేళనం ఏర్పడదు.
  2. సంఘటనం మారుతుంది (ఏ నిష్పత్తిలోనైనా కలపవచ్చు).
  3. అంశాల ధర్మాలే చూపుతుంది.
  4. భౌతిక పద్ధతులతో అంశాలను సులభంగా వేరు చేయవచ్చు.
• సమ్మేళనం:
  1. మూలకాలు చర్య జరిపి కొత్త సమ్మేళనం ఏర్పడుతుంది; ప్రతి కొత్త పదార్థ సంఘటనం ఎల్లప్పుడూ స్థిరం.
  2. కొత్త పదార్థం పూర్తిగా భిన్న ధర్మాలు కలిగి ఉంటుంది.
  3. అంశాలను రసాయన లేదా విద్యుత్ రసాయన చర్యలతో మాత్రమే వేరు చేయగలం.
  4. సంఘటనం అంతటా ఒకేలా ఉంటుంది.
• గ్రాఫికల్ ఆర్గనైజర్:
  1. పదార్థం (ఘన, ద్రవ లేదా వాయు) → శుద్ధ పదార్థాలు, మిశ్రమాలు.
  2. శుద్ధ పదార్థాలు → మూలకాలు (సరళ పదార్థాలుగా విడగొట్టలేం; ఉదా: రాగి, ఆక్సిజన్, ఇనుము, హైడ్రోజన్, పాదరసం) మరియు సమ్మేళనాలు (స్థిర సంఘటనం; రసాయన లేదా విద్యుత్ రసాయన చర్యలతో మూలకాలుగా విడగొట్టవచ్చు; ఉదా: నీరు, మీథేన్, చక్కెర, ఉప్పు).
  3. మిశ్రమాలు (స్థిర సంఘటనం లేదు) → సజాతీయ (ఏకరీతి సంఘటనం; ఉదా: నీటిలో చక్కెర, ఉప్పు, కార్బన్ డైసల్ఫైడ్‌లో సల్ఫర్, ఆల్కహాల్‌లో నీరు) మరియు విజాతీయ (అసమాన సంఘటనం; ఉదా: ఇసుక+ఉప్పు, చక్కెర+ఉప్పు, నూనెలో నీరు).
• అధ్యాయ సారాంశం:
  1. మిశ్రమాలను తగిన పద్ధతులతో శుద్ధ పదార్థాలుగా వేరు చేయవచ్చు.
  2. ద్రావణంలో అధిక అంశం ద్రావణి, తక్కువ అంశం ద్రావితం.
  3. గాఢత = ఒక యూనిట్ ద్రవ్యరాశి లేదా ఘనపరిమాణ ద్రావణంలో ద్రావితం పరిమాణం.
  4. ద్రావణిలో కరగక, కంటికి కనిపించే కణాలు ఏర్పరిచే మిశ్రమం సస్పెన్షన్ (విజాతీయం).
  5. కొల్లాయిడ్: కణాలు కంటికి కనిపించనంత చిన్నవి కానీ కాంతిని వెదజల్లేంత పెద్దవి; పరిశ్రమల్లో, రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగకరం.
  6. శుద్ధ పదార్థాలు మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలు; సమ్మేళన ధర్మాలు అందులోని మూలకాల ధర్మాల కంటే వేరు.

అధ్యాయం చివరి వ్యాయామాల్లోని ప్రశ్నలు మిశ్రమాలు, పదార్థాల వర్గీకరణ, వేరుచేసే పద్ధతులు, ద్రావణీయత పట్టిక పై పరీక్షార్థులు సాధన చేయాల్సిన ముఖ్యాంశాలను చూపిస్తాయి.

• సజాతీయ/విజాతీయ వర్గీకరణ:
  1. సోడా వాటర్, గాలి, వెనిగర్, వడపోసిన టీ = సజాతీయం
  2. కలప, మట్టి = విజాతీయం.
• శుద్ధ పదార్థాలు: మంచు (ఐస్), ఇనుము, కాల్షియం ఆక్సైడ్, పాదరసం. పాలు, ఇటుక, కలప, గాలి మిశ్రమాలు.
• ద్రావణాలు: సముద్రపు నీరు, గాలి, సోడా వాటర్. మట్టి, బొగ్గు ద్రావణాలు కావు.
• టిండాల్ ప్రభావం చూపేవి:
  1. పాలు, పిండి (స్టార్చ్) ద్రావణం
  2. ఉప్పు ద్రావణం, కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణం చూపవు.
• స్వచ్ఛమైన నీరు నిర్ధారణ: ద్రవం స్వచ్ఛమైన నీరో కాదో నిర్ధారించడానికి దాని మరుగు స్థానం (100°C) లేదా ఘనీభవన స్థానం (0°C) చూడాలి (ఇది ప్రామాణిక పద్ధతి).
• ద్రావణీయత పట్టిక (100 g నీటిలో గ్రాములు) – 283, 293, 313, 333, 353 K వద్ద:
• పొటాషియం నైట్రేట్: 21, 32, 62, 106, 167.
• సోడియం క్లోరైడ్: 36, 36, 36, 37, 37.
• పొటాషియం క్లోరైడ్: 35, 35, 40, 46, 54.
• అమ్మోనియం క్లోరైడ్: 24, 37, 41, 55, 66.
• 293 K వద్ద ద్రావణీయతలు:
  1. KNO₃ 32 g, NaCl 36 g, KCl 35 g, NH₄Cl 37 g
  2. అత్యధికం అమ్మోనియం క్లోరైడ్.
• 353 K వద్ద సంతృప్త KCl ద్రావణాన్ని గది ఉష్ణోగ్రతకు చల్లారిస్తే ద్రావణీయత తగ్గి అదనపు KCl స్ఫటికాలుగా అడుగున చేరుతుంది.
• ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే ఈ లవణాల ద్రావణీయత పెరుగుతుంది (NaCl స్వల్పంగా).
• వేరుచేసే పద్ధతులు (వ్యాయామం 1, ప్రామాణిక సమాధానాలు):
• ద్రావణం నుండి ఉప్పు: బాష్పీభవనం.
• NaCl, NH₄Cl మిశ్రమం నుండి NH₄Cl: ఉత్పతనం (Sublimation).
• ఇంజిన్ ఆయిల్‌లో లోహపు ముక్కలు: వడపోత.
• పూల రేకుల సారం నుండి వర్ణద్రవ్యాలు: క్రోమాటోగ్రఫీ.
• పెరుగు నుండి వెన్న: అపకేంద్రీకరణ (చిలకడం).
• నూనె, నీరు: వేరుచేయు గరాటు (Separating funnel).
• టీ ఆకులు:
  1. వడపోత
  2. ఇనుప పిన్నులు, ఇసుక: అయస్కాంతంతో
  3. గోధుమ గింజల నుండి పొట్టు: తూర్పారబట్టడం (Winnowing)
  4. నీటిలో సూక్ష్మ బురద కణాలు: అపకేంద్రీకరణ లేదా తేర్చడం (Decantation).
• రసాయన మార్పు వ్యాయామం: మొక్క పెరుగుదల, తుప్పు, వంట, జీర్ణక్రియ, కొవ్వొత్తి మండటం రసాయన మార్పులు.
• రూపకల్పన కృత్యం: మట్టి కుండ (ముట్కా), గులకరాళ్లు, ఇసుకతో బురద నీటిని శుభ్రం చేసే చిన్న వడపోత కేంద్రం (Filtration plant).