Colloids, Emulsion, Gel and Their properties with application Questions in Hindi

(A) परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम के आधार पर कोलाइडल सिस्टम का वर्गीकरण इस प्रकार है:
$(A)$ द्रव में परिक्षिप्त ठोस को सोल $(IV)$ कहा जाता है।
$(B)$ द्रव में परिक्षिप्त द्रव को पायस $(I)$ कहा जाता है।
$(C)$ द्रव में परिक्षिप्त गैस को झाग $(II)$ कहा जाता है।
$(D)$ ठोस में परिक्षिप्त द्रव को जेल $(III)$ कहा जाता है।
अतः,सही मिलान $(A-IV, B-I, C-II, D-III)$ है।

(B) जेली में,परिक्षिप्त प्रावस्था $liquid$ (द्रव) है और परिक्षेपण माध्यम $solid$ (ठोस) है।
अतः,यह $solid$ (ठोस) में $liquid$ (द्रव) का एक कोलाइडल विलयन है।

(C) गोल्ड का कोलाइडल विलयन तब प्राप्त होता है जब परिक्षिप्त प्रावस्था ठोस होती है और परिक्षेपण माध्यम द्रव होता है।
धातुओं जैसे पदार्थों को केवल पानी के संपर्क में लाकर कोलाइडल अवस्था में नहीं लाया जा सकता है,इसलिए इस उद्देश्य के लिए विशेष विधियाँ अपनाई जाती हैं।
अतः,इन्हें हाइड्रोफोबिक या लायोफोबिक कोलाइड कहा जाता है।

(C) द्रव-विरोधी (lyophobic) कोलाइड एक विलायक-द्वेषी कोलाइड है जहाँ परिक्षिप्त प्रावस्था का परिक्षेपण माध्यम के लिए बहुत कम या कोई आकर्षण नहीं होता है।
$Gold \ sol$ द्रव-विरोधी सोल का एक उत्कृष्ट उदाहरण है क्योंकि सोने के कणों का पानी के परिक्षेपण माध्यम के लिए बहुत कम आकर्षण होता है,जिससे वे अस्थिर होते हैं और आसानी से स्कंदित (coagulated) हो जाते हैं।

(B) सोडियम लॉरिल सल्फेट $(CH_3(CH_2)_{11}SO_4^-Na^+)$ एक आयनिक सर्फेक्टेंट है।
इसमें एक लंबी हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन श्रृंखला और एक हाइड्रोफिलिक आयनिक सिरा होता है।
जल में,ये अणु क्रिटिकल मिसेल कंसंट्रेशन $(CMC)$ से ऊपर आयनिक मिसेल बनाने के लिए एकत्रित होते हैं।

(A) Bredig's Arc (विद्युतीय विघटन) विधि का उपयोग सोना,चांदी,प्लैटिनम आदि जैसी धातुओं के कोलाइडल सोल तैयार करने के लिए किया जाता है।
इस विधि में,परिक्षेपण माध्यम में डूबे हुए धातु के इलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रिक आर्क उत्पन्न किया जाता है।
उत्पन्न तीव्र गर्मी धातु को वाष्पित कर देती है,जो फिर कोलाइडल आकार के कण बनाने के लिए संघनित हो जाती है।
धातु सोल आमतौर पर परिक्षेपण माध्यम से ऋणायनों के चयनात्मक अधिशोषण के कारण ऋणात्मक आवेश प्राप्त करते हैं।

(D) एंटीमनी सल्फाइड $(Sb_2S_3)$ सोल एक ऋणावेशित सोल है।
हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,किसी इलेक्ट्रोलाइट की स्कंदन शक्ति सक्रिय आयन (कोलाइडल कणों के विपरीत आवेश वाला आयन) की संयोजकता पर निर्भर करती है।
ऋणावेशित सोल के लिए,धनायन की संयोजकता बढ़ने के साथ स्कंदन शक्ति बढ़ती है।
दिए गए विकल्पों में धनायन हैं:
$A) Na^+$ (संयोजकता $1$)
$B) Ca^{2+}$ (संयोजकता $2$)
$C) NH_4^+$ (संयोजकता $1$)
$D) Al^{3+}$ (संयोजकता $3$)
चूंकि $Al^{3+}$ की संयोजकता सबसे अधिक $(3)$ है,इसलिए यह ऋणावेशित $Sb_2S_3$ सोल के लिए सबसे प्रभावी स्कंदनकारी है।

(C) स्कंदन मान (flocculating value) को प्रति लीटर मिलीमोल में विद्युत अपघट्य की उस न्यूनतम सांद्रता के रूप में परिभाषित किया जाता है जो सॉल के स्कंदन के लिए आवश्यक है।
$NaCl$ के मिलीमोल की संख्या $= \text{मोलरता} \times \text{आयतन (mL में)} = 0.5 \ M \times 10 \ mL = 5 \ \text{मिलीमोल}$.
चूंकि यह मात्रा $1 \ L$ $Sb_2S_3$ सॉल को स्कंदित करने के लिए आवश्यक है,इसलिए स्कंदन मान $5 \ \text{मिलीमोल/L}$ है।

(D) टिंडल प्रभाव कोलाइडल कणों द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन है।
कथन $(I)$ सही है: यह वास्तविक विलयन और कोलाइडल विलयन के बीच अंतर करने की एक मानक विधि है।
कथन $(II)$ सही है: प्रकाश का प्रकीर्णन परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम के अपवर्तनांक में अंतर पर निर्भर करता है।
कथन $(III)$ गलत है: टिंडल प्रभाव तब देखा जाता है जब परिक्षिप्त कणों का व्यास उपयोग किए गए प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा नहीं होता है; यदि कण बहुत छोटे होते हैं,तो वे प्रकाश को प्रभावी ढंग से प्रकीर्णित नहीं करते हैं।
अतः,कथन $(I)$ और $(II)$ सही हैं।

(C) $Hardy-Schulze$ नियम के अनुसार,किसी आयन की स्कंदन शक्ति उस पर स्थित आवेश के परिमाण के सीधे समानुपाती होती है।
$As_2S_3$ सॉल एक ऋणात्मक आवेशित कोलाइड है।
ऋणात्मक आवेशित सॉल को स्कंदित करने के लिए धनात्मक आवेशित आयन की आवश्यकता होती है।
धनायनों की स्कंदन शक्ति का क्रम: $Al^{3+} > Ba^{2+} > Na^+$ है।
दिए गए विकल्पों में,$FeCl_3$ में $Fe^{3+}$ आयन होते हैं,जिनका धनात्मक आवेश $(+3)$,$Ca^{2+}$ $(+2)$ और $Na^+$ $(+1)$ की तुलना में सबसे अधिक है।
इसलिए,$FeCl_3$ सबसे प्रभावी स्कंदन कारक है।

(C) टिंडल प्रभाव कोलाइडल विलयनों में देखा जाता है जहाँ कण प्रकाश को प्रकीर्णित करने के लिए पर्याप्त बड़े होते हैं।
चीनी का घोल एक वास्तविक विलयन है,कोलाइडल विलयन नहीं,क्योंकि विलेय के कण आणविक आकार $(< 1 \ nm)$ के होते हैं और प्रकाश को प्रकीर्णित करने के लिए बहुत छोटे होते हैं।
इसलिए,यह टिंडल प्रभाव नहीं दिखाता है।

(D) ऊर्णन मान (flocculation value) कोलाइड के स्कंदन के लिए आवश्यक विद्युत-अपघट्य की न्यूनतम सांद्रता ($mmol \ L^{-1}$ में) के रूप में परिभाषित किया जाता है।
दिया गया है: कोलाइड का आयतन $= 200 \ mL$,$HCl$ का द्रव्यमान $= 0.73 \ g$।
$HCl$ का मोलर द्रव्यमान $= 36.5 \ g \ mol^{-1}$।
$HCl$ के मोल $= \frac{0.73 \ g}{36.5 \ g \ mol^{-1}} = 0.02 \ mol = 20 \ mmol$।
चूंकि $200 \ mL$ कोलाइड के स्कंदन के लिए $20 \ mmol$ $HCl$ की आवश्यकता होती है,इसलिए $1000 \ mL$ $(1 \ L)$ के लिए आवश्यक मात्रा:
ऊर्णन मान $= \frac{20 \ mmol}{200 \ mL} \times 1000 \ mL = 100 \ mmol \ L^{-1}$।
अतः,ऊर्णन मान $100$ है।

(D) किसी $DC$ विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में कोलाइडल कणों की गति को $Electrophoresis$ (विद्युत कण संचलन) कहा जाता है।
जब कोलाइडल विलयन में डूबे दो प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत विभव लागू किया जाता है,तो कोलाइडल कण अपने आवेश के आधार पर किसी एक इलेक्ट्रोड की ओर गति करते हैं।

(D) $Hardy-Schulze$ नियम के अनुसार,किसी विद्युत अपघट्य की स्कंदन शक्ति सक्रिय आयन की संयोजकता पर निर्भर करती है।
ऋणात्मक कोलाइड्स के लिए,धनायनों की स्कंदन शक्ति उनकी संयोजकता के क्रम में होती है: $Al^{3+} > Ba^{2+} = Mg^{2+} > Na^+$.
अतः,सही क्रम $MgCl_2 = BaCl_2 > NaCl$ है।

(B) $Sb_2S_3$ सोल एक ऋणात्मक आवेशित सोल है।
हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,मिलाए गए इलेक्ट्रोलाइट के विपरीत आवेशित आयन की संयोजकता जितनी अधिक होगी,स्कंदन उतना ही तेज़ होगा।
यह सिद्धांत स्थिर वैद्युत आकर्षण बलों पर आधारित है।
फ्लोक्युलेटिंग आयन की संयोजकता जितनी अधिक होगी,स्कंदन शक्ति उतनी ही अधिक होगी।
धनायनों की संयोजकता की तुलना करने पर:
$Al^{3+} > Ca^{2+} > Na^{+} = NH_4^{+}$
इसलिए,$Al_2(SO_4)_3$ सबसे प्रभावी स्कंदन कारक है क्योंकि यह सबसे अधिक संयोजकता वाला $Al^{3+}$ आयन प्रदान करता है।

(D) $Fe(OH)_3$ एक धनावेशित सोल है। हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,किसी विद्युत अपघट्य की स्कंदन शक्ति उस आयन की संयोजकता पर निर्भर करती है जो कोलाइडल कणों के विपरीत आवेश रखता है।
चूंकि $Fe(OH)_3$ धनावेशित है,इसलिए इसे स्कंदन के लिए ऋणायन की आवश्यकता होती है।
दिए गए विद्युत अपघट्यों का वियोजन इस प्रकार है:
$Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}$
$Na_3[Fe(CN)_6] \rightarrow 3Na^+ + [Fe(CN)_6]^{3-}$
$Cr(OH)_3$ और $Al(OH)_3$ अघुलनशील हाइड्रॉक्साइड हैं।
ऋणायनों की संयोजकता की तुलना करने पर,$[Fe(CN)_6]^{3-}$ की संयोजकता $3$ है,जबकि $SO_4^{2-}$ की संयोजकता $2$ है।
हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,स्कंदन करने वाले आयन की संयोजकता जितनी अधिक होगी,उसकी स्कंदन शक्ति उतनी ही अधिक होगी।
इसलिए,$[Fe(CN)_6]^{3-}$ सबसे प्रभावी स्कंदन कारक है।
स्कंदन मान = $\frac{1}{\text{स्कंदन शक्ति}}$। चूंकि $[Fe(CN)_6]^{3-}$ की स्कंदन शक्ति सबसे अधिक है,इसलिए इसका स्कंदन मान सबसे कम है,जो इसे सबसे अच्छा अवक्षेपण कारक बनाता है।

(B) कोलाइड की सुरक्षात्मक शक्ति उसके गोल्ड नंबर के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
गोल्ड नंबर जितना कम होगा,सुरक्षात्मक शक्ति उतनी ही अधिक होगी।
दिए गए गोल्ड नंबर:
जिलेटिन: $5 \times 10^{-3}$
हीमोग्लोबिन: $5 \times 10^{-2}$
सोडियम एसीटेट: $7 \times 10^{-1}$
मानों की तुलना करने पर: $5 \times 10^{-3} < 5 \times 10^{-2} < 7 \times 10^{-1}$।
अतः,सुरक्षात्मक शक्ति का क्रम है: जिलेटिन $>$ हीमोग्लोबिन $>$ सोडियम एसीटेट।

(D) गोल्ड नंबर रक्षी कोलाइड की वह मात्रा (मिलीग्राम में) है,जो $10 \ mL$ मानक गोल्ड सॉल के स्कंदन को रोकने के लिए पर्याप्त होती है,जब इसमें $1 \ mL$ $10 \% \ NaCl$ का विलयन मिलाया जाता है।
दिया गया है कि $100 \ mL$ गोल्ड सॉल को सुरक्षित करने के लिए $10^{-4} \ g$ जिलेटिन की आवश्यकता होती है।
जिलेटिन के द्रव्यमान को मिलीग्राम में बदलने पर: $10^{-4} \ g = 10^{-4} \times 1000 \ mg = 0.1 \ mg$।
चूंकि $0.1 \ mg$ जिलेटिन $100 \ mL$ गोल्ड सॉल को सुरक्षित करता है,इसलिए $10 \ mL$ गोल्ड सॉल को सुरक्षित करने के लिए आवश्यक जिलेटिन की मात्रा:
$\frac{0.1 \ mg}{100 \ mL} \times 10 \ mL = 0.01 \ mg$।
अतः,जिलेटिन का गोल्ड नंबर $0.01$ है।

(D) क्षारीय माध्यम में,$SnO_2$,$OH^-$ आयनों के साथ अभिक्रिया करके स्टेनेट आयन बनाता है,जिससे सॉल $[SnO_2] SnO_3^{2-}$ बनता है,जो ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है।
अम्लीय माध्यम में,$SnO_2$,सतह पर $H^+$ आयनों के साथ अभिक्रिया करके $Sn^{4+}$ आयन बनाता है,जिससे सॉल $[SnO_2] Sn^{4+}$ बनता है,जो धनात्मक रूप से आवेशित होता है।
अतः,आवेश क्रमशः ऋणात्मक और धनात्मक हैं।

(B) सिल्वर सोल का उपयोग आई लोशन के रूप में किया जाता है क्योंकि इसमें एंटीसेप्टिक गुण होते हैं और यह आंखों के संक्रमण को ठीक करने में मदद कर सकते हैं।
अतः,विकल्प $(B)$ सही उत्तर है।

(B) $Sb_2S_3$ एक ऋणात्मक आवेशित सॉल है। हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,किसी इलेक्ट्रोलाइट की स्कंदन शक्ति कोलाइडल कणों के विपरीत आवेश वाले आयन की संयोजकता पर निर्भर करती है।
चूंकि $Sb_2S_3$ एक ऋणात्मक सॉल है,इसलिए इसे स्कंदन के लिए धनात्मक आयन की आवश्यकता होती है।
स्कंदन शक्ति धनायन पर आवेश के परिमाण के साथ बढ़ती है।
धनायनों की संयोजकताएँ हैं: $Na^+$ $(+1)$,$NH_4^+$ $(+1)$,और $Al^{3+}$ $(+3)$।
चूंकि $Al^{3+}$ की संयोजकता सबसे अधिक है,इसलिए $Al_2(SO_4)_3$ सबसे प्रभावी स्कंदन कारक है।

(B) साबुन के अणुओं में एक हाइड्रोफोबिक (जल-विकर्षी) पूंछ और एक हाइड्रोफिलिक (जल-आकर्षक) सिर होता है।
जब साबुन को पानी में मिलाया जाता है,तो हाइड्रोफोबिक पूंछ ग्रीस या गंदगी के कणों में घुल जाती है,जबकि हाइड्रोफिलिक सिर पानी में रहते हैं।
इस व्यवस्था के परिणामस्वरूप गोलाकार समूह बनते हैं जिन्हें मिसेल कहा जाता है।
इस प्रकार,एक मिसेल गंदगी या ग्रीस के कण के चारों ओर साबुन के अणुओं का एक समूह है।

(B) $As_2S_3$ एक ऋणात्मक आवेशित सॉल है।
हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,किसी वैद्युत-अपघट्य की स्कंदन शक्ति कोलाइडल कणों के विपरीत आवेश वाले आयन की संयोजकता पर निर्भर करती है।
चूंकि $As_2S_3$ एक ऋणात्मक सॉल है,इसलिए धनात्मक आयन (धनायन) स्कंदन के लिए जिम्मेदार होते हैं।
धनायन की संयोजकता बढ़ने के साथ स्कंदन शक्ति बढ़ती है।
दिए गए विकल्पों में धनायनों की संयोजकता इस प्रकार है: $K^+$ $(KCl)$,$Mg^{2+}$ $(MgSO_4)$,$Al^{3+}$ $(AlCl_3)$।
चूंकि $Al^{3+}$ की संयोजकता सबसे अधिक $(+3)$ है,इसलिए यह $As_2S_3$ सॉल के स्कंदन के लिए सबसे अधिक प्रभावी है।

(B) . ऋणावेशित सोल: जब $FeCl_3$ को आधिक्य $NaOH$ विलयन में मिलाया जाता है,तो यह $OH^-$ आयनों के अधिशोषण के कारण ऋणावेशित $Fe(OH)_3$ सोल बनाता है। अतः,$A-III$.
$B$. दूध: दूध पायस (द्रव में द्रव) का एक प्रसिद्ध उदाहरण है। अतः,$B-I$.
$C$. गोल्ड नंबर: यह लायोफिलिक कोलाइड की सुरक्षात्मक शक्ति का माप है। अतः,$C-IV$.
$D$. कोलाइडल एंटीमनी: इसका उपयोग काला-अजार रोग के उपचार में किया जाता है। अतः,$D-II$.
अतः,सही मिलान $A-III, B-I, C-IV, D-II$ है।

(A) पायस एक ऐसी कोलाइडल प्रणाली है जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम दोनों द्रव होते हैं।
दूध पायस का एक उत्कृष्ट उदाहरण है जिसमें वसा की बूंदें पानी में परिक्षिप्त होती हैं।
यद्यपि मक्खन और वैनिशिंग क्रीम भी पायस हैं,लेकिन पाठ्यपुस्तकों में द्रव-द्रव कोलाइडल प्रणाली के लिए दूध को सबसे मानक उदाहरण के रूप में उद्धृत किया जाता है।

(A) $Hardy-Schulze$ नियम के अनुसार,किसी आयन की स्कंदन शक्ति उस आयन पर उपस्थित आवेश के परिमाण पर निर्भर करती है।
$Fe(OH)_{3}$ सोल एक धनावेशित सोल है।
इसलिए,सबसे अधिक ऋणात्मक आवेश वाला आयन इसके स्कंदन के लिए सबसे प्रभावी होगा।
दिए गए आयनों के आवेशों की तुलना करने पर:
$PO_{4}^{3-}$ का आवेश $-3$ है।
$SO_{4}^{2-}$ का आवेश $-2$ है।
$SO_{3}^{2-}$ का आवेश $-2$ है।
$NO_{3}^{-}$ का आवेश $-1$ है।
चूंकि $PO_{4}^{3-}$ पर सबसे अधिक ऋणात्मक आवेश है,इसलिए यह $Fe(OH)_{3}$ सोल के स्कंदन के लिए सबसे प्रभावी आयन है।

(A) विकल्प $(a)$ गलत है क्योंकि कोलाइडल सोल समांगी नहीं होते हैं।
कोलाइडल सोल परिक्षिप्त प्रावस्था (dispersed phase) और परिक्षेपण माध्यम (dispersion medium) का विषमांगी मिश्रण होते हैं।

(C) कोहरा एक प्रकार का कोलाइड है जिसमें द्रव,गैस में परिक्षिप्त होता है।
अतः,परिक्षिप्त प्रावस्था $liquid$ है और परिक्षेपण माध्यम $gas$ है।

(B) $As_{2}S_{3}$ एक ऋणात्मक आवेशित सॉल है। हार्डी-शुल्ज़ नियम के अनुसार,इलेक्ट्रोलाइट की स्कंदन शक्ति सक्रिय आयन (कोलाइडल कणों के विपरीत आवेश वाला आयन) की संयोजकता पर निर्भर करती है।
ऋणात्मक आवेशित सॉल के लिए,स्कंदन शक्ति धनायन पर आवेश के परिमाण में वृद्धि के साथ बढ़ती है।
दिए गए आयनों पर आवेश हैं: $Na^{+}$ $(+1)$,$Ba^{2+}$ $(+2)$,और $Al^{3+}$ $(+3)$।
अतः,स्कंदन शक्ति का क्रम $Na^{+} < Ba^{2+} < Al^{3+}$ है।

(D) Hardy-Schulze नियम के अनुसार,किसी इलेक्ट्रोलाइट की स्कंदन क्षमता (coagulating power) सक्रिय आयन की संयोजकता पर निर्भर करती है (जिसका आवेश कोलाइडल कणों के आवेश के विपरीत होता है)।
ऋणात्मक रूप से आवेशित $AgI$ सोल के लिए,स्कंदन क्षमता धनात्मक आयनों पर निर्भर करती है: $Na^{+}$,$Ba^{2+}$,और $Al^{3+}$.
आवेश के परिमाण में वृद्धि के साथ स्कंदन क्षमता बढ़ती है: $Na^{+} < Ba^{2+} < Al^{3+}$.
चूंकि आवश्यक इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा उसकी स्कंदन क्षमता के व्युत्क्रमानुपाती होती है,इसलिए आवश्यक मात्रा का क्रम है: $NaNO_{3} > Ba(NO_{3})_{2} > Al(NO_{3})_{3}$.