1. పదార్థ స్థితులు & స్థితి మార్పులు (States of Matter)
స్థలాన్ని ఆక్రమించి, ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉండే ప్రతిదీ పదార్థం (Matter). పదార్థంలోని కణాల అమరిక, వాటి మధ్య ఆకర్షణ బలం ఆధారంగా దాని స్థితి మారుతుంది.
ముఖ్య విషయాలు
- ఘన స్థితి (Solid):
- కణాలు దగ్గరగా ఉంటాయి
- నిర్దిష్ట ఆకారం, ఘనపరిమాణం ఉంటాయి.
- ద్రవ స్థితి (Liquid):
- కణాల మధ్య ఖాళీ కొంచెం ఎక్కువ
- ఘనపరిమాణం ఉంటుంది కానీ ఆకారం పాత్రను బట్టి మారుతుంది.
- వాయు స్థితి (Gas):
- కణాలు దూరంగా, స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి
- ఆకారం, ఘనపరిమాణం రెండూ ఉండవు.
- ప్లాస్మా (Plasma):
- అయనీకరణం చెందిన వాయువు
- సూర్యుడు, నక్షత్రాలు, ట్యూబ్లైట్లలో ఉంటుంది. దీన్ని నాల్గవ స్థితి అంటారు.
- బోస్–ఐన్స్టీన్ ఘనీభవనం (BEC): అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఏర్పడే ఐదవ స్థితి. సత్యేంద్రనాథ్ బోస్, ఐన్స్టీన్ పేర్ల మీద వచ్చింది.
- స్థితి మార్పులు:
- ద్రవీభవనం (Melting): ఘన → ద్రవ; మంచు 0°C (273 K) వద్ద కరుగుతుంది.
- బాష్పీభవనం (Vaporisation): ద్రవ → వాయు; నీరు 100°C (373 K) వద్ద మరుగుతుంది.
- ఘనీభవనం (Freezing), సాంద్రీకరణ (Condensation) వ్యతిరేక మార్పులు.
- ఉత్పతనం (Sublimation): ఘన → నేరుగా వాయు. ఉదా: కర్పూరం, నాఫ్తలీన్, అమ్మోనియం క్లోరైడ్, పొడి మంచు (Dry Ice – ఘన CO₂).
- సెల్సియస్ → కెల్విన్: K = °C + 273.
2. భౌతిక మార్పులు & రసాయన మార్పులు (Physical and Chemical Changes)
పదార్థంలో కనిపించే మార్పులు రెండు రకాలు. కొత్త పదార్థం ఏర్పడిందా లేదా అనే దాన్ని బట్టి ఇవి భౌతిక, రసాయన మార్పులుగా విడిపోతాయి.
ముఖ్య విషయాలు
- భౌతిక మార్పు (Physical Change):
- కొత్త పదార్థం ఏర్పడదు
- రూపం, పరిమాణం, స్థితి మాత్రమే మారతాయి. చాలావరకు తిరగదీయవచ్చు.
- ఉదా: మంచు కరగడం, నీరు ఆవిరి కావడం, చక్కెర నీటిలో కరగడం, కాగితం చింపడం.
- రసాయన మార్పు (Chemical Change):
- కొత్త పదార్థం ఏర్పడుతుంది
- సాధారణంగా తిరగదీయలేం.
- ఉదా: ఇనుము తుప్పు పట్టడం, కట్టెలు మండడం, పాలు పెరుగుగా మారడం, ఆహారం జీర్ణం కావడం, కిరణజన్య సంయోగక్రియ.
- సూచనలు: వాయువు విడుదల, రంగు మార్పు, ఉష్ణం లేదా కాంతి విడుదల, అవక్షేపం ఏర్పడటం.
- ఉష్ణ మార్పు ఆధారంగా చర్యలు:
- ఉష్ణమోచక చర్య (Exothermic): ఉష్ణం విడుదలవుతుంది. ఉదా: దహనం, శ్వాసక్రియ.
- ఉష్ణగ్రాహక చర్య (Endothermic): ఉష్ణం గ్రహిస్తుంది. ఉదా: కిరణజన్య సంయోగక్రియ.
- సంయోగ చర్య: రెండు పదార్థాలు కలిసి ఒకటి ఏర్పడతాయి. ఉదా: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (సున్నం నీటితో).
సులభమైన ఉదాహరణ
కొవ్వొత్తి కరిగితే భౌతిక మార్పు; అదే కొవ్వొత్తి మండితే రసాయన మార్పు.
3. మూలకాలు, సమ్మేళనాలు & మిశ్రమాలు (Elements, Compounds, Mixtures)
పదార్థాలను వాటి స్వచ్ఛత ఆధారంగా స్వచ్ఛ పదార్థాలు, మిశ్రమాలుగా విభజిస్తారు. స్వచ్ఛ పదార్థాలు మూలకాలు, సమ్మేళనాలుగా ఉంటాయి.
ముఖ్య విషయాలు
- మూలకం (Element):
- ఒకే రకమైన పరమాణువులతో ఏర్పడిన పదార్థం
- రసాయనికంగా విడగొట్టలేం. ఉదా: హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్, ఇనుము. ఇప్పటి వరకు 118 మూలకాలు తెలుసు.
- సమ్మేళనం (Compound): రెండు లేదా ఎక్కువ మూలకాలు స్థిర నిష్పత్తిలో రసాయనికంగా కలిసి ఏర్పడతాయి. ఉదా: నీరు (H₂O), ఉప్పు (NaCl), కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO₂).
- లక్షణాలు మూలకాల లక్షణాలకు భిన్నంగా ఉంటాయి.
- మిశ్రమం (Mixture):
- పదార్థాలు ఏ నిష్పత్తిలోనైనా కలుస్తాయి
- ప్రతి పదార్థం తన లక్షణాలను నిలుపుకుంటుంది.
- సజాతీయ మిశ్రమం (Homogeneous): ఉప్పు నీరు, గాలి, ఇత్తడి.
- విజాతీయ మిశ్రమం (Heterogeneous): ఇసుక–నీరు, నూనె–నీరు.
- ద్రావణం, కొల్లాయిడ్, సస్పెన్షన్:
- ద్రావణం: కణాలు కనిపించవు, కాంతిని వెదజల్లవు.
- కొల్లాయిడ్: కాంతిని వెదజల్లుతుంది (టిండాల్ ఫలితం); ఉదా: పాలు, పొగమంచు.
- సస్పెన్షన్: కణాలు కనిపిస్తాయి, కాసేపటికి అడుగున చేరతాయి; ఉదా: బురద నీరు.
- ఉదాహరణలు:
- ఇత్తడి (రాగి + జింక్) సజాతీయ మిశ్రమం
- గాలి వాయువుల మిశ్రమం
- నీటిని విద్యుద్విశ్లేషణ చేస్తే హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ వస్తాయి – ఇది సమ్మేళనాన్ని విడగొట్టే రసాయన పద్ధతి.
- గుర్తు: మూలకాలను రసాయన చిహ్నాలతో, సమ్మేళనాలను రసాయన సూత్రాలతో రాస్తారు.
4. మిశ్రమాలను వేరు చేసే పద్ధతులు (Separation of Mixtures)
మిశ్రమంలోని పదార్థాల భౌతిక లక్షణాలు భిన్నంగా ఉంటే, వాటిని సులభమైన పద్ధతులతో వేరు చేయవచ్చు. ఏ మిశ్రమానికి ఏ పద్ధతి వాడతారో పరీక్షల్లో జతపరచమని అడుగుతారు.
ముఖ్య విషయాలు
- వడపోత (Filtration): ద్రవంలోని కరగని ఘనపదార్థాన్ని వేరు చేస్తారు. ఉదా: ఇసుక–నీరు.
- స్వేదనం (Distillation): మరుగు స్థానాల్లో తేడా ఉన్న ద్రవాలను వేరు చేస్తారు. ఉదా: ఉప్పునీటి నుండి స్వచ్ఛమైన నీరు.
- అంశిక స్వేదనం (Fractional Distillation):
- మరుగు స్థానాలు దగ్గరగా ఉన్న ద్రవాలు
- ఉదా: ముడి చమురు శుద్ధి, గాలి నుండి వాయువులను వేరు చేయడం.
- బాష్పీభవనం (Evaporation):
- ద్రావణం నుండి కరిగిన ఘనపదార్థాన్ని పొందడం
- ఉదా: సముద్రపు నీటి నుండి ఉప్పు.
- అపకేంద్రీకరణ (Centrifugation):
- వేగంగా తిప్పి బరువైన కణాలను అడుగుకు చేరుస్తారు. ఉదా: పాల నుండి క్రీమ్ వేరు చేయడం
- రక్త పరీక్ష.
- ఉత్పతనం: ఉత్పతనం చెందే పదార్థాన్ని వేరు చేస్తారు. ఉదా: ఉప్పు + అమ్మోనియం క్లోరైడ్.
- వేరుచేసే గరాటు (Separating Funnel): కలవని ద్రవాలు (నూనె–నీరు).
- క్రోమాటోగ్రఫీ (Chromatography):
- రంగులు, వర్ణకాలను వేరు చేస్తారు
- ఇంకులోని రంగులు.
- అయస్కాంత వేరుపాటు: ఇనుప రజను + ఇసుక.
5. పరమాణు సంఖ్య, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య & ఐసోటోప్లు (Atomic Number, Isotopes)
పరమాణువులోని ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్ల సంఖ్యల ఆధారంగా మూలకాలను గుర్తిస్తారు. ఒకే మూలకంలో కూడా కొద్దిగా భిన్నమైన రకాలు ఉంటాయి.
ముఖ్య విషయాలు
- పరమాణు సంఖ్య (Atomic Number, Z): కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్ల సంఖ్య. తటస్థ పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యకు సమానం.
- ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (Mass Number, A): ప్రోటాన్లు + న్యూట్రాన్ల మొత్తం సంఖ్య.
- న్యూట్రాన్ల సంఖ్య = A − Z.
- ఐసోటోప్లు (Isotopes): పరమాణు సంఖ్య ఒకటే, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య వేరు. రసాయన లక్షణాలు ఒకేలా ఉంటాయి.
- హైడ్రోజన్: ప్రోటియం, డ్యూటీరియం, ట్రిటియం.
- కార్బన్-14 ఐసోటోప్ను శిలాజాల వయస్సు నిర్ణయించడానికి (కార్బన్ డేటింగ్) వాడతారు.
- యురేనియం-235 అణు ఇంధనం
- కోబాల్ట్-60 క్యాన్సర్ చికిత్సకు
- అయోడిన్-131 థైరాయిడ్ చికిత్సకు వాడతారు.
- ఐసోబార్లు (Isobars): ద్రవ్యరాశి సంఖ్య ఒకటే, పరమాణు సంఖ్య వేరు. ఉదా: ఆర్గాన్-40, కాల్షియం-40.
- ఐసోటోన్లు (Isotones): న్యూట్రాన్ల సంఖ్య ఒకటే.
- అయాన్లు (Ions): ఎలక్ట్రాన్లు కోల్పోతే ధనాయనం (Cation), స్వీకరిస్తే రుణాయనం (Anion).
- ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి:
- ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశిలో సుమారు 1/1837 వంతు మాత్రమే
- అందుకే పరమాణు ద్రవ్యరాశి దాదాపు కేంద్రకానిదే.
- హైడ్రోజన్లో న్యూట్రాన్: సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం)లో న్యూట్రాన్ ఉండదు – ఇది ప్రత్యేకత.
6. డాల్టన్ సిద్ధాంతం, రసాయన సంయోగ నియమాలు & మోల్ (Dalton, Mole Concept)
పరమాణువు అనే భావనను శాస్త్రీయంగా ప్రతిపాదించింది జాన్ డాల్టన్. రసాయన చర్యల్లో ద్రవ్యరాశులు ఏ నియమాలను పాటిస్తాయో కూడా పరీక్షల్లో అడుగుతారు.
ముఖ్య విషయాలు
- డాల్టన్ పరమాణు సిద్ధాంతం (1808):
- పదార్థం అవిభాజ్యమైన పరమాణువులతో ఏర్పడుతుంది
- ఒక మూలకపు పరమాణువులన్నీ ఒకేలా ఉంటాయి
- రసాయన చర్యలో పరమాణువులు సృష్టి కావు, నాశనం కావు.
- తరువాత కనుగొన్నది: పరమాణువు ఉప పరమాణు కణాలుగా విభజించవచ్చు.
- ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం: రసాయన చర్యలో ద్రవ్యరాశి సృష్టి కాదు, నాశనం కాదు – లవోయిజియర్ (Lavoisier).
- స్థిరానుపాత నియమం: ఒక సమ్మేళనంలో మూలకాల ద్రవ్యరాశుల నిష్పత్తి ఎప్పుడూ స్థిరం – ప్రౌస్ట్ (Proust). ఉదా: నీటిలో హైడ్రోజన్ : ఆక్సిజన్ = 1 : 8.
- అవగాడ్రో సంఖ్య: ఒక మోల్ పదార్థంలో 6.022 × 10²³ కణాలు ఉంటాయి.
- ఒక మోల్ వాయువు STP వద్ద 22.4 లీటర్ల ఘనపరిమాణాన్ని ఆక్రమిస్తుంది.
- ఒక మోల్ నీరు (H₂O) ద్రవ్యరాశి 18 గ్రాములు.
- పరమాణుకత (Atomicity):
- అణువులోని పరమాణువుల సంఖ్య. నోబుల్ వాయువులు – ఏకపరమాణుక
- H₂, O₂ – ద్వి
- O₃ – త్రి
- P₄ – చతుః
- S₈ – అష్ట పరమాణుకాలు.