દ્રાવ્યતા

દ્રાવ્યતા : પદાર્થનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ બને ત્યારે દ્રાવકના નિયત જથ્થામાં પદાર્થની ઓગળવાની ક્ષમતા. સામાન્ય રીતે તે એક પદાર્થની બીજામાં એકસરખી રીતે સંમિલિત થઈ જવાની ક્ષમતા અથવા ગુણનું માપ છે. તે કિગ્રા. પ્રતિ ઘન મીટર, ગ્રામ પ્રતિ લિટર, મોલ પ્રતિ કિગ્રા. અથવા મોલ અંશ(mole fraction)માં દર્શાવવામાં આવે છે. આ પ્રાચલ વૈજ્ઞાનિક રીતે ઘણો અગત્યનો છે કારણ કે તે ઘણી પ્રકિયાઓ અને પ્રક્રમો(processes)ની સમજ અને નિયંત્રણ માટે ચાવીરૂપ રાશિ છે.

જો બે ઘટકો એકબીજામાં ગમે તે પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય થઈ સાચું દ્રાવણ બનાવતા હોય તો તેમને અરસપરસ દ્રાવ્યને બદલે મિશ્રણીય (miscible) ગણવામાં આવે છે; દા.ત, એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા ન કરતા હોય તેવા બધા જ વાયુઓ. પાણી અને આલ્કોહૉલ, બેન્ઝિન અને ગૅસોલીન જેવી પ્રવાહી તેમજ ચાંદી અને સોના જેવી ઘન પ્રણાલીઓ પણ બધા પ્રમાણમાં મિશ્રણીય હોય છે. પદાર્થની કોઈ એક દ્રાવકમાંની દ્રાવ્યતા તાપમાન ઉપર આધાર રાખે છે. ઘણુંખરું ઘનની પ્રવાહીમાંની  દ્રાવ્યતા તાપમાન સાથે વધે છે. જ્યારે વાયુની બાબતમાં તે તાપમાન વધવા સાથે ઘટે છે.

વાયુઓ : વાયુઓ એકબીજા સાથે સઘળા પ્રમાણમાં મિશ્રિત થતા હોવાથી તેમની દ્રાવ્યતાની કોઈ મર્યાદા હોતી નથી અને તેથી તેમની બાબતમાં સંતૃપ્ત દ્રાવણનો પ્રશ્ન ઊભો થતો નથી. પણ જો વાયુને પ્રવાહીમાં ઓગાળવામાં આવે તો તે આપેલા તાપમાન અને દ્બાણે એક ચોક્કસ, મહત્તમ દ્રાવ્યતા (સંતૃપ્ત સાંદ્રતા) (saturation concentration) ધરાવે છે. સામાન્ય રીતે કોઈ એક પ્રવાહીમાં વાયુઓની દ્રાવ્યતા તેમની પ્રવાહીકરણની સરળતા સાથે સંબંધ ધરાવે છે. જેમ કે સહેલાઈથી પ્રવાહીકરણ પામી શકતા એમોનિયા, સલ્ફર ડાયૉકસાઇડ અને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ જેવા વાયુઓે વધુ દ્રાવ્ય હોય છે; જ્યારે ઑકિસજન, હાઇડ્રોજન કે હિલિયમ જેવા મુશ્કેલીથી પ્રવાહીકરણ પામતા વાયુઓ ઓછા દ્રાવ્ય હોય છે. વાયુઓની પ્રવાહીમાંની દ્રાવ્યતા ઘણી ઓછી હોય તો તે મોલ અંશને બદલે રૉબર્ટ વિલ્હેમ બન્સેને (1857) સૂચવ્યા પ્રમાણે અવશોષણ-સહગુણાંક(absorption coefficient)માં દર્શાવવામાં આવે છે. આ સહગુણાંક એ પ્રયોગ વખતના તાપમાને 1 લિ. દ્રાવકમાં વાયુના 1 વાતાવરણ-દબાણે સંતૃપ્તબિંદુ(saturation point)એ ઓગળેલા કદને 0^o સે. અને 1 વાતાવરણ-દબાણે સુધારેલા કદ વડે દર્શાવાતું કદ છે. વળી 0^o સે અને 1 વાતાવરણ-દબાણે વાયુનો 1 ગ્રામ મોલ 22.4 લિ. કદ ધરાવતો હોવાથી અવશોષણ-સહગુણાંકને 22.4 વડે ભાગવાથી જે તે તાપમાને અને 1 વાતાવરણ-દબાણે વાયુની દ્રાવકમાંની દ્રાવ્યતા મોલ પ્રતિ લિટરમાં મળે છે.

જ્યારે વાયુ પ્રવાહીમાં ઓગળે ત્યારે ઉષ્મા મુક્ત થતી હોવાથી લ શેટેલિયર(1884)ના સિદ્ધાંત પ્રમાણે દ્રાવકને ગરમ કરવાથી વાયુની સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે, આ અસર જેમ વાયુ વધુ દ્રાવ્ય તેમ વધુ જોવા મળે છે, કારણ કે આવા વાયુઓની દ્રાવ્યતા એ એક ઉષ્માક્ષેપક (exothermic) ઘટના છે. નિસ્યંદિત (distilled) પાણીનો ફિક્કો સ્વાદ એ પાણીને ઉકાળવાથી તેમાં દ્રવેલા વાયુઓ નીકળી જવાને કારણે હોય છે. કેટલાક વાયુઓની પાણીમાં દ્રાવ્યતા નીચેની સારણીમાં દર્શાવી છે :

સારણી : વાયુઓની પાણીમાં દ્રાવ્યતા (1 લિ. પાણીમાં ઓગળેલા વાયુનું લિટરમાં કદ)
વાયુ	0° સે. 1 વાતાવરણ-દબાણે	20° સે. 1 વાતાવરણ-દબાણે
એમોનિયા	1300	710
હાઇડ્રોજનક્લોરાઇડ	506	442
સલ્ફર-ડાયૉકસાઇડ	79.8	39.4
કાર્બન-ડાયૉકસાઇડ	1.71	0.878
ઑક્સિજન	0.049	0.031
નાઇટ્રોજન	0.0235	00164
હાઇડ્રોજન	0.0215	0.0184

સારણીમાંના પહેલા ત્રણ વાયુઓની વધુ દ્રાવ્યતા એ રીતે સમજાવી શકાય કે તેઓ પાણી સાથે રાસાયણિક પ્રકિયા કરે છે;

દા. ત.,

NH₃ + H₂O ↔ NH₄⁺ + OH^–

HCl + H₂O ↔ H₃O⁺ + Cl^–

દબાણ વધારવાથી વાયુની દ્રાવ્યતામાં વધારો થાય છે. આ બાબત હેન્રીના નિયમ (1803) વડે સમજાવી શકાય છે. આ નિયમ મુજબ અચળ તાપમાને પ્રવાહીના આપેલા કદમાં ઓગળતા વાયુનું વજન વાયુના દબાણના સમપ્રમાણમાં હોય છે. વાયુઓની આ વર્તણૂકનો ઉપયોગ કૃત્રિમ રીતે બનાવેલા કાર્બોનેટેડ પીણાં(beverages)માં થાય છે. આમાં કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ વાયુને 3 થી 4 વાતાવરણ-દબાણે પ્રવાહીમાં ઓગાળવામાં આવ્યો હોવાથી શીશી ખોલતાં જ (દબાણ ઘટી જતાં) કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ વાયુ પરપોટા રૂપે બહાર નીકળતો જોવા મળે છે.

પ્રવાહીઓ :  બે પ્રવાહીઓની એકબીજામાંની સાપેક્ષ દ્રાવ્યતા એ તેમના  અણુઓના સરખાપણાની માત્રા ઉપર આધાર રાખે છે; દા. ત., પાણી અને આલ્કોહૉલ જેવા ધ્રુવીય અણુઓવાળા પ્રવાહીઓ કે કાર્બન-ટેટ્રાક્લોરાઇડ અને બેન્ઝિન અથવા હાઇડ્રોકાર્બન જેવા અધ્રુવીય અણુઓવાળાં પ્રવાહીઓ એકબીજામાં દ્રાવ્ય હોય છે; જ્યારે પાણી અને કાર્બન-ટેટ્રાક્લોરાઇડ જેવાં પ્રવાહીઓ એકબીજામાં દ્રાવ્ય હોતાં નથી. હાઇડ્રોકાર્બન જેવાં અધ્રુવીય પ્રવાહીઓમાંના અણુઓ એકબીજા સાથે નબળા આકર્ષણથી જોડાયેલા હોવાથી તેમાં તેવા બીજા પ્રકારના અણુને દાખલ કરવામાં ખાસ અવરોધ નડતો નથી. આથી જ નીચી આણ્વીય (molecular) ધ્રુવીયતાવાળા પ્રવાહીઓ એકબીજામાં સુમિશ્રિત હોય છે. જ્યારે પાણી જેવી ઊંચી ધ્રુવીયતાવાળા પ્રવાહીને હાઇડ્રોકાર્બન જેવા નીચી ધ્રુવીયતાવાળા પ્રવાહી સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે તો તેમની એકબીજામાંની દ્રાવ્યતા ઘણી ઓછી હોય છે. આનું કારણ એ છે કે દ્રાવણ બનાવવા માટે પાણીના અણુઓએ પોતાની પડોશમાંના અન્ય પાણીના અણુઓ કે જેમના પ્રત્યે તેને વધુ આકર્ષણ હોય છે તેમનાથી છૂટા પડવું પડે અને હાઇડ્રોકાર્બન અણુઓ કે જેમના માટે પાણીને ઓછું આકર્ષણ છે તેમની વચ્ચે દાખલ થવું પડે જે મુશ્કેલ કાર્ય છે. તે જ પ્રમાણે હાઇડ્રોકાર્બન અણુઓએ પાણીમાં ઓગળવા માટે અરસપરસ ઊંચું આકર્ષણબળ ધરાવતા પાણીના અણુઓ વચ્ચે દાખલ થવું પડે અને તેમ કરવામાં પાણીના અણુઓના બળ કરતાં વધુ શક્તિ ખર્ચવી પડે છે; પણ હાઇડ્રોકાર્બનના અણુઓને પાણીના અણુઓ માટે ઝાઝું આકર્ષણ નહિ હોવાથી આવી શક્તિ તેમને મળતી નથી અને તેથી હાઇડ્રોકાર્બન પાણીમાં દ્રાવ્ય થતો નથી.

ઘન પદાર્થો : ઘન પદાર્થોની પ્રવાહીમાં દ્રાવ્યતા મર્યાદિત હોય છે અને તેમના સંતૃપ્ત દ્રાવણનું સંઘટન દરેક તાપમાને ઘન (દ્રાવ્ય) અને પ્રવાહી(દ્રાવક)ની પ્રકૃતિ પ્રમાણે ચોક્કસ મૂલ્ય ધરાવે છે. દા. ત., નેફ્થેલિન કરતાં પોટૅશિયમ ક્લોરાઇડ પાણીમાં વધુ દ્રાવ્ય છે; જ્યારે બેન્ઝિનમાં તેથી ઊલટું જોવા મળે છે. આ ઘટના એક સામાન્ય નિયમનું ઉદાહરણ પૂરું પાડે છે કે જે મુજબ એક ઘન પદાર્થ પોતાની સાથે રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોની ર્દષ્ટિએ સામ્ય ધરાવતા પ્રવાહીમાં સહેલાઈથી ઓગળે છે જ્યારે પોતાનાથી ભિન્ન પ્રકૃતિવાળા દ્રાવકમાં તે ઘણુંખરું ઓગળતો નથી. લવણો (salts) પાણીમાં સારા એવા પ્રમાણમાં અને તેને મળતા આલ્કોહૉલ કે પ્રવાહી એમોનિયા જેવા દ્રાવકોમાં થોડા દ્રાવ્ય હોય છે. પાણીમાં પણ વિવિધ ક્ષારોની દ્રાવ્યતા જુદી જુદી જોવા મળે છે; દા. ત., એમોનિયમ નાઇટ્રેટ એ સિલ્વર આયોડાઇડની સરખામણીએ પાણીમાં લાખો ગણો વધુ દ્રાવ્ય છે. વળી ઘણુંખરું તાપમાન સાથે પદાર્થની દ્રાવ્યતા વધે છે. પણ કૅલ્શિયમ સલ્ફેટ કે હાઇડ્રૉક્સાઇડની પાણીમાંની દ્રાવ્યતા તાપમાન વધવા સાથે ઘટે છે. તાપમાન સાથે દ્રાવ્યતામાં થતા વધારાઘટાડાની આ ઘટનાનો ઉપયોગ પુન: સ્ફટિકીકરણ દ્વારા પદાર્થને શુદ્ધ સ્વરૂપમાં મેળવવામાં થાય છે.

જ. દા. તલાટી