menu_bookRBSE · रसायन विज्ञान (Chemistry) · अध्याय 2

विलयन

Solutions

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विलयन (Solutions)

एक नज़र में:

विलयन रसायन विज्ञान का एक अत्यंत महत्वपूर्ण विषय है, जिसमें दो या दो से अधिक घटकों के समरूपी मिश्रण का अध्ययन किया जाता है। इस अध्याय में विलयन के प्रकार, सांद्रता मापन, कोलिगेटिव गुण, हेनरी का नियम, राउल्ट का नियम, तथा इनसे संबंधित समस्याओं का विस्तार से अध्ययन किया गया है।

Solutions is a key chapter in Chemistry, studying homogeneous mixtures of two or more components. Here, types of solutions, concentration measurement, colligative properties, Henry’s Law, Raoult’s Law, and related numerical problems are discussed in detail.

📌 अध्याय का परिचय

विलयन (Solution) वह समरूपी मिश्रण है जिसमें दो या दो से अधिक पदार्थ एक समान रूप से मिश्रित रहते हैं। विलयन के मुख्य घटक विलायक (Solvent) और विलेय (Solute) होते हैं। इस अध्याय में हम विभिन्न प्रकार के विलयनों, उनकी सांद्रता के मापन, गुण, नियम एवं उनके व्यवहार का अध्ययन करते हैं।

A solution is a homogeneous mixture of two or more substances. The main components are solvent and solute. This chapter deals with types, concentration measurements, properties, laws, and behaviors of solutions.

📖 मुख्य विषय

1. विलयन क्या है? (What is a Solution?)

परिभाषा (Definition): विलयन वह समरूपी मिश्रण है जिसमें दो या दो से अधिक पदार्थ एकसमान रूप से वितरित होते हैं।

A solution is a homogeneous mixture in which two or more substances are uniformly distributed.

घटक (Components):

विलायक (Solvent): वह पदार्थ जिसमें अन्य पदार्थ घुलते हैं।

The component in which other substances dissolve.

विलेय (Solute): वह पदार्थ जो विलायक में घुलता है।

The substance that dissolves in the solvent.

उदाहरण (Examples):

चीनी का जल में विलयन (Solution of sugar in water)
नमक का जल में विलयन (Solution of salt in water)
हवा (विलयन of gases)

2. विलयन के प्रकार (Types of Solutions)

| विलयन का प्रकार (Type) | विलायक (Solvent) | विलेय (Solute) | उदाहरण (Example) | |------------------------|------------------|----------------|----------------------------| | ठोस-ठोस (Solid-Solid) | ठोस (Solid) | ठोस (Solid) | मिश्रधातु (Alloys), पीतल | | ठोस-द्रव (Solid-Liquid)| द्रव (Liquid) | ठोस (Solid) | नमक या चीनी का जल में विलयन| | ठोस-गैस (Solid-Gas) | ठोस (Solid) | गैस (Gas) | हाइड्रोजन गैस में पैलेडियम | | द्रव-द्रव (Liquid-Liquid)| द्रव (Liquid) | द्रव (Liquid) | ऐल्कोहल का जल में विलयन | | द्रव-गैस (Liquid-Gas) | द्रव (Liquid) | गैस (Gas) | जल में CO₂ | | गैस-गैस (Gas-Gas) | गैस (Gas) | गैस (Gas) | वायुमंडलीय हवा |

3. विलयन की सांद्रता (Concentration of Solution)

परिभाषा (Definition): विलयन की सांद्रता वह माप है जिससे विलेय की मात्रा, विलायक या सम्पूर्ण विलयन की मात्रा के सापेक्ष ज्ञात की जाती है।

Concentration is the measure of the amount of solute present in a given amount of solvent or solution.

(A) प्रतिशत सांद्रता (Percentage Concentration)

द्रव्यमान प्रतिशतक (Mass Percentage):

\[ \text{द्रव्यमान प्रतिशतक} = \frac{\text{विलेय का द्रव्यमान (g)}}{\text{विलयन का कुल द्रव्यमान (g)}} \times 100 \]

Mass % = (Mass of solute / Mass of solution) × 100

आयतन प्रतिशतक (Volume Percentage):

\[ \text{आयतन प्रतिशतक} = \frac{\text{विलेय का आयतन (ml)}}{\text{विलयन का कुल आयतन (ml)}} \times 100 \]

Volume % = (Volume of solute / Volume of solution) × 100

(B) मोलरता (Molarity, M)

\[ \text{मोलरता (M)} = \frac{\text{विलेय के मोलों की संख्या}}{\text{विलयन का आयतन (L)}} \]

Molarity = Moles of solute / Volume of solution in liters

(C) मोललता (Molality, m)

\[ \text{मोललता (m)} = \frac{\text{विलेय के मोलों की संख्या}}{\text{विलायक का द्रव्यमान (kg)}} \]

Molality = Moles of solute / Mass of solvent in kg

(D) अणुसंख्या अंश (Mole Fraction, X)

\[ X_A = \frac{\text{संख्या मोल (A)}}{\text{कुल संख्या मोल (A+B)}} \]

Mole fraction of A = Moles of A / Total moles (A+B)

(E) सामान्यता (Normality, N)

\[ \text{सामान्यता (N)} = \frac{\text{समतुल्य विलेय (g-equivalent) की संख्या}}{\text{विलयन का आयतन (L)}} \]

Normality = Number of gram-equivalents of solute / Volume of solution in L

सॉल्व्ड एग्जाम्पल (Solved Example):

Q: 10 ग्राम NaCl को 100 ग्राम जल में घोला गया। मोललता ज्ञात कीजिए।

10 g NaCl is dissolved in 100 g water. Find molality.

Sol: NaCl का मोलर द्रव्यमान = 58.5 g/mol विलेय के मोल = 10/58.5 = 0.171 mol विलायक का द्रव्यमान = 100g = 0.1 kg मोललता (m) = 0.171/0.1 = 1.71 m

4. विलयन का वाष्प दाब (Vapour Pressure of Solution)

परिभाषा (Definition): किसी विलयन का वाष्प दाब वह दाब है जो उसकी सतह के ऊपर वाष्प द्वारा डाला जाता है।

Vapour pressure is the pressure exerted by the vapours over the surface of a solution in equilibrium.

राउल्ट का नियम (Raoult's Law):

नियम: किसी आदर्श विलयन में विलेय का वाष्प दाब उसके अणुसंख्या अंश के अनुक्रमानुपाती होता है।

In an ideal solution, the partial vapour pressure of each component is proportional to its mole fraction.

\[ P_A = X_A P_A^0 \] जहाँ, \(P_A\) = विलयन में A का आंशिक वाष्प दाब \(X_A\) = A का अणुसंख्या अंश \(P_A^0\) = शुद्ध A का वाष्प दाब

कुल वाष्प दाब: \[ P_{total} = P_A + P_B = X_A P_A^0 + X_B P_B^0 \]

सॉल्व्ड एग्जाम्पल (Solved Example):

Q: 0.5 मोल बेंजीन (P₀ = 200 mmHg) व 0.5 मोल टोल्यून (P₀ = 60 mmHg) का आदर्श विलयन बनाया गया। कुल वाष्प दाब ज्ञात कीजिए।

0.5 mol benzene (P₀=200 mmHg), 0.5 mol toluene (P₀=60 mmHg), find total vapour pressure.

Sol: \(X_A = 0.5/1 = 0.5\), \(X_B = 0.5/1 = 0.5\) \(P_{total} = 0.5 \times 200 + 0.5 \times 60 = 100 + 30 = 130\) mmHg

5. विलयन के प्रकार – आदर्श व अनादर्श (Ideal and Non-Ideal Solutions)

आदर्श विलयन (Ideal Solution):

राउल्ट के नियम का पूरी तरह पालन करते हैं।
घुलनशीलता के दौरान न तो ऊष्मा अवशोषित होती है न ही मुक्त होती है (ΔH_mix = 0)।
आयतन परिवर्तन नहीं (ΔV_mix = 0)।
उदाहरण: बेंजीन-टोल्यून

अनादर्श विलयन (Non-Ideal Solution):

राउल्ट के नियम का पालन नहीं करते।
घुलनशीलता के दौरान ऊष्मा अवशोषित या मुक्त होती है।
आयतन परिवर्तन हो सकता है।
उदाहरण: एथेनॉल-वाटर, एसीटोन-क्लोरोफॉर्म

6. विलयन में विलेय की विलेयता (Solubility of Solute in Solution)

परिभाषा: किसी विलायक में विलेय की अधिकतम मात्रा जो किसी तापमान पर घुल सकती है, को विलेयता कहते हैं।

Solubility is the maximum amount of solute that can dissolve in a given amount of solvent at a particular temperature.

ठोस-द्रव विलयन (Solid-Liquid Solution):

विलेयता तापमान के साथ प्रायः बढ़ती है।

गैस-द्रव विलयन (Gas-Liquid Solution):

विलेयता तापमान बढ़ाने पर घटती है।
विलेयता दाब बढ़ाने पर बढ़ती है।

7. हेनरी का नियम (Henry's Law)

नियम: किसी गैस की विलेयता किसी द्रव में उस गैस के आंशिक दाब के अनुक्रमानुपाती होती है।

The solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the partial pressure of the gas over the solution.

\[ p = k_H \cdot x \] जहाँ, p = गैस का आंशिक दाब x = गैस का अणुसंख्या अंश k_H = हेनरी नियतांक

सॉल्व्ड एग्जाम्पल (Solved Example):

Q: 298 K पर O₂ के लिए हेनरी नियतांक 1.2 × 10⁵ atm है। यदि वायुमंडलीय दाब 0.21 atm हो तो जल में O₂ का अणुसंख्या अंश ज्ञात कीजिए।

Henry's constant for O₂ at 298 K is 1.2 × 10⁵ atm. If partial pressure is 0.21 atm, calculate mole fraction in water.

Sol: \(x = \frac{p}{k_H} = \frac{0.21}{1.2 \times 10^5} = 1.75 \times 10^{-6}\)

8. कोलिगेटिव गुण (Colligative Properties)

परिभाषा: कोलिगेटिव गुण वे भौतिक गुण हैं जो विलेय के प्रकार पर निर्भर न होकर केवल उसकी अणुसंख्या पर निर्भर करते हैं।

Colligative properties are those physical properties that depend only on the number of solute particles, not their nature.

मुख्य कोलिगेटिव गुण (Major Colligative Properties):

वाष्प दाब में न्यूनन (Relative lowering of vapour pressure)
हिमांक अवनमन (Depression of freezing point)
क्वथनांक वृद्धिकरण (Elevation of boiling point)
आसमाटिक दाब (Osmotic pressure)

(A) वाष्प दाब में न्यूनन (Relative Lowering of Vapour Pressure)

\[ \frac{P_1^0 - P_1}{P_1^0} = X_2 \] जहाँ, \(P_1^0\) = शुद्ध विलायक का वाष्प दाब \(P_1\) = विलयन का वाष्प दाब \(X_2\) = विलेय का अणुसंख्या अंश

(B) क्वथनांक वृद्धिकरण (Elevation of Boiling Point)

नियम: विलेय के घुलाने से विलयन का क्वथनांक बढ़ जाता है।

\[ \Delta T_b = i K_b m \] जहाँ, \(\Delta T_b\) = क्वथनांक में वृद्धिकरण \(K_b\) = विलायक का एबुलियोस्कोपिक नियतांक \(m\) = मोललता \(i\) = वैन्टहॉफ गुणांक

(C) हिमांक अवनमन (Depression of Freezing Point)

नियम: विलेय के घुलाने से विलयन का हिमांक घट जाता है।

\[ \Delta T_f = i K_f m \] जहाँ, \(\Delta T_f\) = हिमांक अवनमन \(K_f\) = विलायक का क्रायोस्कोपिक नियतांक \(m\) = मोललता \(i\) = वैन्टहॉफ गुणांक

(D) आसमाटिक दाब (Osmotic Pressure, π)

परिभाषा: आसमाटिक दाब वह न्यूनतम दाब है जिसे विलयन की सतह पर लगाया जाए तो विलायक का परासरण विलयन में न हो सके।

\[ \pi = i C R T \] जहाँ, \(\pi\) = आसमाटिक दाब \(C\) = मोलरता \(R\) = सार्वत्रिक गैस नियतांक (Universal gas constant) \(T\) = तापमान (Kelvin)

सॉल्व्ड एग्जाम्पल (Solved Example):

Q: 2 ग्राम ग्लूकोज (C₆H₁₂O₆) को 250 ml जल में घोला गया। 27°C पर आसमाटिक दाब ज्ञात कीजिए। (R = 0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹)

2 g glucose in 250 ml water, find osmotic pressure at 27°C

Sol: मोलर द्रव्यमान = 180 g/mol मोल = 2/180 = 0.0111 आयतन = 0.250 L C = 0.0111/0.250 = 0.0444 M T = 27+273 = 300 K \(\pi = 0.0444 \times 0.0821 \times 300 = 1.093\) atm

9. वैन्टहॉफ गुणांक (Van't Hoff Factor, i)

परिभाषा: वैन्टहॉफ गुणांक (i) वास्तविक कणों की संख्या का सैद्धांतिक कणों की संख्या से अनुपात है।

Van’t Hoff factor is the ratio of actual number of particles in solution to the number of particles theoretically expected.

\[ i = \frac{\text{वास्तविक कणों की संख्या}}{\text{सैद्धांतिक कणों की संख्या}} \]

विलयन में आयनीकरण व संघटन का प्रभाव:

संघटन (Association): i < 1
आयनीकरण (Dissociation): i > 1

उदाहरण (Example): NaCl → Na⁺ + Cl⁻, i = 2

10. विलयन से आणविक द्रव्यमान का निर्धारण (Determination of Molar Mass using Colligative Properties)

कैसे करें (How): कोलिगेटिव गुणों के प्रयोग से अज्ञात विलेय का आणविक द्रव्यमान ज्ञात किया जा सकता है।

उदाहरण (Example):

यदि 1 ग्राम विलेय 100 ग्राम जल में घोला गया, हिमांक अवनमन 0.372°C है, Kf = 1.86 K kg mol⁻¹ है, तो विलेय का आणविक द्रव्यमान ज्ञात करें।

\[ \Delta T_f = K_f \times m \] \[ m = \frac{1}{\text{Mol. Mass} \times 0.1} \] \[ 0.372 = 1.86 \times \frac{1}{\text{Mol. Mass} \times 0.1} \] \[ \text{Mol. Mass} = \frac{1.86}{0.372 \times 0.1} = 50 \text{ g/mol} \]

11. आदर्श विलयन की विशेषताएँ (Characteristics of Ideal Solutions)

राउल्ट के नियम का पालन करते हैं।
ΔH_mix = 0, ΔV_mix = 0
कोई तापीय प्रभाव नहीं।
उदाहरण: बेंजीन-टोल्यून

12. अनादर्श विलयन की विशेषताएँ (Characteristics of Non-Ideal Solutions)

राउल्ट के नियम का उल्लंघन।
ΔH_mix ≠ 0, ΔV_mix ≠ 0
तापीय प्रभाव (ऊष्मा अवशोषण/मुक्ति)।
न्यूनन या वृद्धिकरण का विचलन।

🧠 महत्वपूर्ण बिंदु (Important Points)

विलयन समरूपी मिश्रण होते हैं।

Solutions are homogeneous mixtures.

आदर्श विलयन में राउल्ट के नियम का पालन होता है।

Ideal solutions obey Raoult’s Law.

कोलिगेटिव गुण विलेय की प्रकृति नहीं, उसकी मात्रा पर निर्भर करते हैं।

Colligative properties depend on quantity, not nature, of solute.

मोलरता तापमान पर निर्भर होती है, मोललता नहीं।

Molarity depends on temperature, molality does not.

हेनरी का नियम गैसों की विलेयता को नियंत्रित करता है।

Henry’s Law governs solubility of gases.

विलेयता ठोस-द्रव विलयन में तापमान बढ़ाने पर बढ़ती है।

Solubility increases with temperature for solid-liquid solutions.

हिमांक अवनमन व क्वथनांक वृद्धिकरण कोलिगेटिव गुण हैं।

Depression of freezing point and elevation of boiling point are colligative properties.

वैन्टहॉफ गुणांक i, आयनीकरण/संघटन के कारण कोलिगेटिव गुणों में सुधार करता है।

Van’t Hoff factor i corrects colligative properties for association/dissociation.

आसमाटिक दाब जीवन के जैविक महत्त्वपूर्ण प्रक्रिया है।

Osmotic pressure is vital in biological processes.

आदर्श व अनादर्श विलयनों में ऊष्मा परिवर्तन मुख्य अंतर है।

Heat change is the main difference between ideal and non-ideal solutions.

⚠️ सामान्य गलतियाँ (Common Mistakes)

| गलती (Mistake) | सुधार (Correction) | |--------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------| | मोलरता व मोललता को आपस में गड़बड़ करना | मोलरता = मोल/विलयन (L), मोललता = मोल/विलायक (kg) | | कोलिगेटिव गुणों में वैन्टहॉफ गुणांक को नजरअंदाज करना | i का सही उपयोग करें | | राउल्ट के नियम को सभी विलयनों पर लागू करना | केवल आदर्श विलयनों पर लागू | | विलेय का अणुसंख्या अंश गलत निकालना | सही सूत्र का उपयोग करें | | हेनरी के नियम में दाब व अणुसंख्या अंश का अनुपात गड़बड़ करना | p = kH × x सही सूत्र लगाएँ | | हिमांक अवनमन व क्वथनांक वृद्धिकरण में Kf, Kb व m की इकाइयों को गड़बड़ाना | सभी इकाइयों को SI प्रणाली में रखें | | मोलरता को आयतन (L) में न लेकर ml में लेना | आयतन को L में बदलें | | आसमाटिक दाब में तापमान को °C में लेना | तापमान को Kelvin में बदलें | | विलेयता व घुलनशीलता में अंतर न समझना | विलेयता = अधिकतम घुलने की क्षमता, घुलनशीलता = माप | | आदर्श व अनादर्श विलयनों के ऊष्मा परिवर्तन को न समझना | ΔH_mix = 0 (आदर्श), ≠ 0 (अनादर्श) |

📝 RBSE परीक्षा प्रश्न (RBSE Exam Questions)

1-Mark Questions (1 अंक)

राउल्ट का नियम क्या है?

What is Raoult’s Law?

मोललता की परिभाषा लिखिए।

Define molality.

हेनरी का नियम किस पर लागू होता है?

On what does Henry's Law apply?

कोलिगेटिव गुण किस पर निर्भर होते हैं?

On what do colligative properties depend?

आदर्श विलयन की एक विशेषता लिखिए।

Write one property of ideal solution.

2-Mark Questions (2 अंक)

आदर्श व अनादर्श विलयन में दो अंतर लिखिए।

Write two differences between ideal and non-ideal solutions.

मोलरता व मोललता में अंतर स्पष्ट कीजिए।

Differentiate between molarity and molality.

वैन्टहॉफ गुणांक क्या है?

What is Van't Hoff factor?

कोलिगेटिव गुणों का दो उदाहरण लिखिए।

Write two examples of colligative properties.

आसमाटिक दाब की परिभाषा लिखिए।

Define osmotic pressure.

5-Mark Questions (5 अंक)

राउल्ट के नियम को समझाइए तथा इसके आधार पर आदर्श विलयन की विशेषताएँ बताइए।

Explain Raoult’s Law and characteristics of ideal solutions.

कोलिगेटिव गुणों की व्याख्या कीजिए तथा उनके प्रयोग द्वारा अज्ञात अणु द्रव्यमान ज्ञात करने की विधि समझाइए।

Explain colligative properties and how to determine molecular mass using them.

हेनरी के नियम की व्याख्या कीजिए एवं इसका महत्व समझाइए।

Explain Henry’s Law and its significance.

हिमांक अवनमन व क्वथनांक वृद्धिकरण में अंतर स्पष्ट कीजिए। उदाहरण सहित समझाइए।

Differentiate between depression of freezing point and elevation of boiling point with examples.

निम्नलिखित समस्या हल कीजिए:

2 ग्राम यूरिया 100 ग्राम जल में घोला गया। यदि Kf = 1.86 K kg mol⁻¹ है, तो हिमांक अवनमन ज्ञात कीजिए। (Molecular mass of urea = 60 g/mol)

2 g urea in 100 g water, Kf = 1.86 K kg mol⁻¹, find depression in freezing point.

Solution: मोल = 2/60 = 0.033 मोललता = 0.033/0.1 = 0.33 ΔTf = Kf × m = 1.86 × 0.33 = 0.61 K

नोट: सभी सूत्र व अवधारणाएँ परीक्षा में बहुत महत्त्वपूर्ण हैं। उत्तर लिखते समय उदाहरण अवश्य दें।

All formulas and concepts are very important for exams. Always give examples in answers.

अध्याय सारांश:

यह अध्याय विलयन की मूल बातों से लेकर उसकी गहन अवधारणाओं, नियमों व गुणों तक का समग्र अध्ययन कराता है। कोलिगेटिव गुण व राउल्ट, हेनरी के नियमों का विशेष महत्त्व है। अभ्यास व उदाहरणों से विषय वस्तु को भलीभांति समझें।

This chapter covers solutions from basics to deep concepts, laws, and properties. Colligative properties, Raoult’s and Henry’s Laws are especially important. Practice and examples help in comprehensive understanding.

समाप्त

End of Notes

(कृपया इन नोट्स का अध्ययन करते समय NCERT व RBSE पाठ्यपुस्तक के चित्र, तालिकाएँ व उदाहरण अवश्य देखें।)

While studying these notes, also refer to NCERT & RBSE textbook diagrams, tables, and examples.

मुख्य बिंदु (Key Points)

विलयन दो या दो से अधिक पदार्थों का समांगी मिश्रण होता है।
जिस घटक की मात्रा अधिक होती है, उसे विलायक तथा कम मात्रा वाले को विलेय कहते हैं।
विलयन ठोस, द्रव या गैसीय हो सकते हैं, जो विलायक की भौतिक अवस्था पर निर्भर करता है।
विलयन की सांद्रता को मोलरता, मोलालता, नार्मलता, मोल अंश एवं प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
मोलरता (M) विलयन के प्रति लीटर में उपस्थित विलेय के मोलों की संख्या है।
मोलालता (m) 1 किलोग्राम विलायक में उपस्थित विलेय के मोलों की संख्या है।
विलेयता वह अधिकतम मात्रा है, जो किसी निश्चित तापमान पर दिए गए विलायक में विलेय की घुल सकती है।
हेनरी का नियम कहता है कि किसी द्रव में गैस की विलेयता, उस गैस के दाब के अनुक्रमानुपाती होती है।
रॉल्ट का नियम कहता है कि किसी विलयन में प्रत्येक घटक का आंशिक वाष्प दाब उसके मोल अंश के अनुक्रमानुपाती होता है।
आदर्श विलयन पूरे सांद्रता क्षेत्र में रॉल्ट के नियम का पालन करते हैं।
समष्टिगत गुण केवल विलेय कणों की संख्या पर निर्भर करते हैं, उनके स्वभाव पर नहीं।
समष्टिगत गुणों के उदाहरण हैं: वाष्प दाब में सापेक्षिक कमी, क्वथनांक में वृद्धि, हिमांक में अवनमन एवं आसमाटिक दाब।

Key Points

A solution is a homogeneous mixture of two or more substances.
The component present in larger amount is called solvent, and the one in lesser amount is solute.
Solutions can be solid, liquid, or gaseous depending on the physical state of the solvent.
Concentration of a solution can be expressed as molarity, molality, normality, mole fraction, and percentage.
Molarity (M) is the number of moles of solute per litre of solution.
Molality (m) is the number of moles of solute per kilogram of solvent.
Solubility is the maximum amount of solute that dissolves in a given amount of solvent at a specific temperature.
Henry’s Law states that the solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the pressure of the gas above the solution.
Raoult’s Law states that the partial vapour pressure of each component of a solution is proportional to its mole fraction.
Ideal solutions obey Raoult’s Law over the entire range of concentrations.
Colligative properties depend only on the number of solute particles, not their nature.
Examples of colligative properties are relative lowering of vapour pressure, elevation of boiling point, depression of freezing point, and osmotic pressure.