પ્રવાહી (liquid) : દ્રવ્યની ત્રણ પ્રચલિત અવસ્થાઓ ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ પૈકીની એ ઘન અને વાયુ સ્વરૂપોની વચ્ચેની અવસ્થા. પ્રવાહી તેમજ વાયુ એ દ્રવ્યની તરલ (fluid) સ્થિતિ દર્શાવે છે; પરંતુ પ્રવાહી નહિવત્ દબનીય હોય છે. નિયત જથ્થાનું પ્રવાહી અચળ કદ ધરાવે છે અને પાત્રમાં ભરવામાં આવે તો પ્રવાહી એ મુજબનો આકાર ધારણ કરે છે. પાણી અને અન્ય પ્રવાહીઓ સાથેનો માનવજાતનો નાતો આદિ-અનાદિ કાળથી ચાલ્યો આવે છે; અને તેમાંયે પાણી તો માણસનું જીવન જ છે.
અણુ-પરમાણુવાદની નજરે જોવાથી પ્રવાહીનું ઘન અને વાયુની વચ્ચેનું સ્વરૂપ વધુ સ્પષ્ટ થાય છે. પ્રવાહી અવસ્થામાં પદાર્થના અણુ(કે પરમાણુ)ઓ ઘન-અવસ્થાની સરખામણીએ વધુ મુક્ત બનીને ગતિ કરતા હોય છે. આમ છતાં, સંસક્તિબળોની અસર ચાલુ રહેવાથી એ ગતિ મર્યાદિત રહે છે અને પ્રવાહી પોતાનું ચોક્કસ કદ જાળવી રાખે છે. વાયુ-અવસ્થામાં અણુ-અણુ વચ્ચેના સંસક્તિબળની પકડ નબળી પડે છે, તેથી અણુગતિ વધુ મુક્ત બને છે. તેથી ચોક્કસ જથ્થાનો વાયુ સમગ્ર પાત્રમાં ફેલાઈ જવાનું વલણ ધરાવે છે. એ જાણીતું છે કે ઘનપદાર્થને ગરમ કરવાથી અમુક તાપમાને તે પ્રવાહીમાં રૂપાન્તર પામે છે અને પ્રવાહીને ગરમ કરતા કોઈ ઊંચા તાપમાને તેનો વાયુ બને છે. આ ઘટનાક્રમમાં તાપમાન વધતું જાય તેમ અણુ/પરમાણુની સરેરાશ સ્થાનાન્તરણ ગતિશક્તિ વધતી જાય છે, પરંતુ ત્રણેય અવસ્થાઓમાં ઘન-અવસ્થામાં અણુઓ વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર સૌથી ઓછું હોવાથી સંસક્તિબળ કામયાબ નીવડે છે અને અણુ/પરમાણુઓ એક પ્રકારના બંધનમાં રહે છે. પ્રવાહીમાં ઉક્ત સરેરાશ અંતર થોડું વધવા પામે છે, અને વાયુમાં તો તે એથીયે વિશેષ હોય છે. કેટલાય ઘન-પદાર્થો સ્ફટિક-રચના (crystal structure) ધરાવે છે. પ્રવાહીમાં પણ ગલનબિંદુ(melting point)ની નજીકના તાપમાને સ્ફટિક જેવી પણ લઘુ અંતરીય સુવ્યવસ્થા (short-range order) હોય છે, તેવું ક્ષ-કિરણ વિવર્તન(diffraction)ના પ્રયોગો પરથી જાણવા મળે છે. પ્રવાહીના નાના વિભાગમાં જોવા મળતી લઘુઅંતરીય સુવ્યવસ્થા એક અપૂર્ણ સ્ફટિક તરીકે વર્તે છે. તેમાં અણુસંખ્યા પણ સરખામણીએ ઓછી હોય છે અને આવા એકમોને અણુ-ઝૂમખાં (clusters) કહેવામાં આવે છે. ઝૂમખા-અવસ્થા એ ઘન તથા પ્રવાહીને જોડતી કડીરૂપ હોઈ તેનો અભ્યાસ આધુનિક ભૌતિકવિજ્ઞાન તેમજ પદાર્થવિજ્ઞાન(materials science)માં મહત્વનો બન્યો છે. વળી આ સંદર્ભે ખુદ પ્રવાહીનો ઉલ્લેખ પણ અવ્યવસ્થિત સંઘનિત (disordered condensed) અવસ્થા તરીકે કરવામાં આવે છે. જોકે તાપમાન વધતાં પ્રવાહી પણ વાયુમાં જોવા મળતી અવ્યવસ્થાની જેમ વર્તે છે.
વ્યવહારમાં પ્રવાહીના એક દ્રવ્ય-જથ્થા તરીકેના ઘણા ગુણધર્મો તુરત નજરે ચડે છે. પ્રવાહી તરલ છે, પરંતુ એ ઓછ-વધતે અંશે સ્નિગ્ધતા કે શ્યાનતા (viscosity) ધરાવે છે. પાણીની ઘનતા સામાન્યપણે 1 ગ્રામ/સેમી.3 છે, જ્યારે અન્ય પ્રવાહીઓની ઘનતા તેથી ઓછી કે વધુ હોઈ શકે છે. કુદરતમાં મળતાં રાસાયણિક તત્વો (chemical elements) પૈકી પારો (Hg) અને બ્રોમીન (Br) એ બે તત્વો સામાન્ય તાપમાને પ્રવાહી અવસ્થામાં હોય છે. પાણી જેવાં કેટલાંક પ્રવાહીઓ તાપમાન વધતાં અનિયમિત પ્રસરણ (anomalous expansion) બતાવે છે. 0° સે. પર રહેલા પાણીનું તાપમાન વધારતાં તેના નિયત જથ્થાનું કદ વધવાને બદલે ઘટે છે, અને 4° સે.એ તે મહત્તમ બને છે. ત્યારબાદ એ નિયમિત પ્રસરણ બતાવે છે. પ્રવાહીમાં ઉષ્મા નિર્ગમનનો પ્રકાર ઉષ્માનયન (convection) છે. પ્રવાહી દબાણ અંગેના પાસ્કલના નિયમને અનુસરે છે.
કેટલાંક પ્રવાહીઓ(દા.ત., પાણી, આલ્કોહૉલ વગેરે)ના અણુઓ વિદ્યુત દ્વિ-ધ્રુવી ચાકમાત્રા (electric depole moment) ધરાવે છે, તેમને ધ્રુવીય (polar) પ્રવાહી કહે છે. પાણીના ઘણા ગુણધર્મો, જેમ કે તેની સુદ્રાવકતા વગેરે આ ખાસિયતને આભારી છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રકારનું પ્રવાહી ક્ષાર કે ઍસિડનું દ્રાવણ હોય છે અને તે સારી વિદ્યુતવાહકતા ધરાવે છે.
માનવી અને પ્રાણીઓની દેહરચનામાં અનન્ય ઉપયોગિતા ધરાવતાં પ્રવાહીઓમાં લોહી અને પ્લાઝ્મા ખાસ ઉલ્લેખનીય છે. શરીરના કોષો અને અન્ય ભાગોમાં થતી ક્રિયાઓમાં આ પ્રવાહીઓનો આસૃતિ(osmosis)નો ગુણધર્મ અગત્યનો ભાગ ભજવે છે.
પૃથ્વી પરનું સૌથી અગત્યનું પ્રવાહી એટલે કે પાણી ધરતીનો મોટો ભાગ રોકે છે, જે આશરે 71% જેટલો છે. પૃથ્વી સિવાય અન્યત્ર પાણી કે અન્ય પ્રવાહી હશે કે કેમ તેનો જવાબ ખગોળશાસ્ત્રીઓ શોધી રહ્યા છે. સૌરમંડળમાં ધૂમકેતુઓમાં H2O અણુઓ બરફ કે (ક્વચિત્ પાણી) અને બાષ્પ રૂપે હોવાનું જાણવા મળે છે. પાણી હોવાની શક્યતા કોઈ ગ્રહ-ઉપગ્રહ પર જીવસૃષ્ટિની સંભાવના પ્રતિ દોરી જાય છે.
મનુષ્યની આસપાસના જુદા જુદા પદાર્થોમાં સામાન્ય તાપમાને કોઈ પદાર્થ ઘનસ્વરૂપે તો અમુક પ્રવાહી કે વાયુ સ્વરૂપે કેમ મળી આવે છે તેવો સવાલ થાય છે. આ સવાલનો જવાબ પદાર્થના અણુઓના સંસક્તિબળની તુલનાત્મક તાકાત પર આધારિત છે. હવા કે નાઇટ્રોજન, ઑક્સિજન વગેરે વાયુઓમાં એ બળની તાકાત સાપેક્ષે ઓછી હોવાથી તેઓ વાયુ રૂપમાં જોવા મળે છે. સામાન્યપણે વાયુને પ્રવાહીમાં ફેરવવો તેનું તાપમાન ક્રાંતિક તાપમાન (critical temperature) જેટલું નીચું લાવવું પડે. ત્યારબાદ તેનું પ્રવાહીકરણ શક્ય બને. આ રીતના પ્રવાહીકરણ માટેની ઔદ્યોગિક પદ્ધતિઓ પણ હવે વિકસાવવામાં આવી છે. પ્રવાહી સ્વરૂપમાં જુદા જુદા વાયુઓ વિજ્ઞાનની પ્રયોગશાળાઓમાં તથા ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગી છે. પ્રવાહી સ્વરૂપના ઑક્સિજન કે હાઇડ્રોજન વાયુઓ કદ ઘણું ઓછું રોકે છે, માટે રૉકેટમાં પ્રવાહી બળતણ તરીકે એ કામ લાગે છે. હીલિયમ અત્યન્ત નીચા તાપમાને પ્રવાહી બને છે અને પ્રવાહી હીલિયમ કેટલાક વિલક્ષણ ગુણધર્મો પણ ધરાવે છે.
પ્રવાહી પેટ્રોલિયમ વાયુ (liquid petroleum gas) એ બળતણ માટે વપરાતા પેટ્રોલિયમ વાયુઓનું દબાણ હેઠળનું પ્રવાહી સ્વરૂપ છે.
પ્રવાહીના ગુણધર્મોમાં પૃષ્ઠતાણ(surface tension)નો ઉલ્લેખ કરવો જરૂરી છે. પૃષ્ઠતાણ અને કેશાકર્ષણ(capillary action)ની ઘટનાઓ પ્રવાહીના અણુઓમાં આપસમાં લાગતાં સંસક્તિબળો તથા પ્રવાહી અને અન્ય ઘન પદાર્થો વચ્ચેનાં આસક્તિ(adhesive)-બળોના પરિણામે જોવા મળે છે.
આધુનિક વિજ્ઞાનની ર્દષ્ટિએ ‘પ્રવાહી’ શબ્દનો હવે બહોળો અર્થ કરવામાં આવે છે. ‘સામાન્ય’ પ્રવાહી એટલે એ પ્રવાહી કે જેના અણુઓને લગભગ ગોળાકાર ગણી શકાય. તેના અણુઓ વચ્ચેનાં આંતરક્રિયા-બળો કેન્દ્રીય (central) પ્રકારનાં હોય છે. બીજી બાજુ ‘સંકીર્ણ’ (complex) પ્રવાહીમાં અણુઓના આકાર અને ગુણધર્મો અસમદિશી (anisotropic) હોય છે. પ્રવાહી આર્ગન (Ar) એ ‘સામાન્ય’ પ્રવાહીનું ઉદાહરણ છે. મોટાભાગનાં વાસ્તવિક પ્રવાહીઓ સંકીર્ણ પ્રકારનાં હોય છે. પ્રવાહી જેવી લાગતી દ્રવ્યની અવસ્થાઓમાં પ્રવાહી સ્ફટિક (liquid crystal), દ્રવબિંદુઓ (micelles), સૂક્ષ્મપાયસ (micro emulsion) અને પ્રવાહી-જેલ (liquid gel) પણ સમાવિષ્ટ છે. પ્રવાહી સ્ફટિકની માહિતી અન્યત્ર આપેલ છે.
દ્રવબિંદુઓ એ ડિટર્જન્ટના પાણીમાં દ્રાવણથી બનતું સ્વરૂપ છે, જ્યારે સૂક્ષ્મપાયસ એ પાણી, તેલ અને ડિટર્જન્ટથી બનતું ત્રિ-વિભાગી (ternary) દ્રાવણ છે, કે જે નાનાં ટીપાં જેવા સમૂહ (aggregate) રચે છે.
પ્રવાહી-જેલ એ પૉલિમર પદાર્થ અને પ્રવાહીના મિશ્રણથી બને છે અને તે સ્થિર ધારારેખીય (steady-state) પ્રવાહી દર્શાવતું નથી. આ પ્રકારનું પ્રવાહી સૂક્ષ્મ સ્તરે સમાંગી (homogeneous) હોય છે.
અત્રે નોંધવું રસપ્રદ થઈ પડશે કે કાચ (glass) એ અસ્ફટિકી (amorphous) ઘન પદાર્થ છે. અમુક પ્રવાહીઓને ઠંડાં પાડવામાં આવે છતાં પણ સ્ફટિકીકરણ (crystallization) થતું અટકાવી શકાય ત્યારે કાચ બને છે. આમ જોઈ શકાશે કે ‘પ્રવાહી’ શબ્દ હેઠળ વિવિધ ઘટનાત્મકતા (phenomenology) ધરાવતી કેટલીક અન્ય દ્રવ્ય-પ્રણાલીનો પણ સમાવેશ કરી શકાય છે.
કેટલાંક પ્રવાહીઓના એક ખાસ ગુણધર્મને સાઇબોટેસિસ કહે છે. આ ગુણધર્મમાં પ્રવાહી, એક્સ-કિરણોના પરીક્ષણ હેઠળ ઘનપદાર્થના સ્ફટિક જેવી રચના બતાવે છે. ઉક્ત રચના વ્યવસ્થિતપણે એક, બે કે ત્રણ પરિમાણોમાં ગોઠવાયેલી હોય છે. સાઇબોટેક્ટિક પ્રવાહીમાં ઘન સ્ફટિકો જેવા પ્રકાશીય (optical) ગુણધર્મ હોતા નથી. આમ જોતાં સાઇબોટેક્ટિક પ્રવાહી અને સાચા અર્થમાં ઘન સ્ફટિકોની વચ્ચેની અવસ્થા એ પ્રવાહી ક્રિસ્ટલ-અવસ્થા છે.
કમલનયન ન. જોશીપુરા