विद्राव

विद्राव: दोन वा अधिक द्रव्यांचे समांग भौतिक मिश्रण म्हणजे विद्राव होय. व्यवहारात नेहमी वापरण्यात येणारा विद्राव सर्वसाधारणपणे द्रवरूपात असतो. त्यामध्ये दोन किंवा अधिक पदार्थ पूर्णपणे मिसळलेले दिसून येतात. एखाद्या द्रवामध्ये घन, इतर द्रव किंवा वायू यांना समावून घेण्याची क्षमता हा द्रवाचा मूलभूत गुणधर्म मानला गेला आहे. द्रव अवस्थेकरिता विद्राव ही संज्ञा सामान्यपणे वापरली जात असली, तरी वायुरूपातील आणि घनरुपातील विद्राव सुद्धा असू सकतात. नायट्रोजन, ऑक्सिजन व अल्प प्रमाणात इतर वायू यांचे मिश्रण म्हणजेच पृथ्वीच्या वातावरणातील हवा ही वायुरुप विद्रावाचे उत्तम उदाहरण आहे. तसेच तांबे व जस्त वितळवून एकत्र केले की, थंड झाल्यानंतर त्यांपासून बनणारे पितळ हा घनरूप विद्रावच आहे. वायुमिश्रित पेये, पेट्रोल, पोलाद, काच समुद्राचे पाणी इ. परिचित द्रव्ये विद्राव आहेत.विद्राव या विषयावर आजपर्यंत बरेच संशोधन झाले आहे. विद्रावांच्या अभ्यासामध्ये वैज्ञानिक सिद्धांत व व्यावहारिक उपयोग यांचा फार मोठ्या प्रमाणात समावेश होतो. व्यावहारिक उपयोगांकरिता ‘विद्रावक’ ही नोंदही पहावी.भौतिकीय विज्ञानांमध्ये रासाययनिक दृष्ट्या वेगळ्या असणाऱ्या दोन किंवा अधिक पदार्थांचे रेणू किंवा अणू स्तरावरील समांगी (ज्याच्या सर्व भागांत रासायनिक संघटन व भौतिकीय गुणधर्म एकसारखे असतात असे) मिश्रण म्हणजे विद्राव, अशी व्याख्या करतात. ज्या मिश्रणातील घटक पदार्थात रासायनिक विक्रिया न होता आपली वैशिष्ट्ये टिकवून ठेवली जातात, त्यांच्या एकूण घनफळात बदल होत नाही आणि सहजरीत्या मूळ घटक वेगळे करता येत नाहीत, अशा एकाच प्रावस्था असलेल्या विद्रावाला ‘आदर्श विद्राव’ असे म्हणतात. व्यवहारात मात्र असा आदर्श विद्राव आढळत नाही.विद्रावातील घटकांचे सापेक्ष प्रमाण एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंतच बदलता येते. घन व द्रव मिसळून होणाऱ्या विद्रावात ह्या मर्यांदेला ‘विद्राव्यता’ म्हणतात, तर दोन द्रायूंच्या (द्रव व वायू यांच्या) विद्रावात ह्या मर्यांदेला ‘मिश्रणीयता’ असे म्हणतात. विरघळणाऱ्या  पदार्थाला ‘विद्रुत’ आणि विरघळविणाऱ्या’ पदार्थाला ‘विद्रावक’ म्हणतात. सर्वसाधारणपणे विद्रावामध्ये विद्रावकापेक्षा विद्रुताचे प्रमाण कमी असते. विरल विद्रावामध्ये विद्रुताचे प्रमाण अत्यल्प असते. (विरल वा संहत विद्राव या संज्ञा दिशाभूल करणाऱ्या असल्या, तरी वैज्ञानिक लेखनात त्या अजून वापरल्या जातात).

विद्रावाची भौतिक प्रक्रिया : घन पदार्थाची द्रवात विलीन होण्याची प्रक्रिया दोन टप्प्यांतून होते, अशी एक उपपत्ती आहे. पहिल्या टप्प्यांत घन पदार्थ स्थिर तापमानाला द्रवात रूपांतरित होतो व दुसयाटप्प्यात रूपांतरित द्रव दुसऱ्या द्रवात म्हणजे विद्रावकात विलीन होतो. वायू विलीन होताना पहिल्या टप्प्यात स्थिर तापमानाला त्याचे द्रवीभवन होते आणि दुसऱ्या  टप्प्यात द्रवीभूत वायू विद्रावकात विलीन होतो.

विद्राव्यता:एका पदार्थामध्ये दुसरा पदार्थ विलीन होण्याच्या प्रक्रियेला विद्राव्यता म्हणतात. दुसऱ्यापदार्थाला सामावून घेण्याची क्षमता रासायनिक गुणधर्मावर अवलंबून असते. धातू वितळल्यावर एकमेकांत मिसळू शकतात. मिठासारखे स्फटिकी पदार्थ पाण्यात सहज विरघळतात. ध्रुवीय (विद्युतीय दृष्ट्या धन व ऋण भाग असणारे) द्रव एकमेकांत तसेच अध्रुवीय (विद्युत् क्षेत्रात ज्यांचे रेणू दिशिक गुणधर्म दर्शवीत नाहीत असे) द्रवही एकमेकांत मिसळतात. ‘समान समानामध्येच विलीन होऊ शकते’, असा ढोबळ नियम विद्राव्यतेच्या बाबतीत करता येतो.दोन द्रव पदार्थ ज्या सहजतेने एकमेकांत मिसळतात, तसे घन व वायू द्रवात मिसळताना दिसत नाहीत.विद्राव्यता वजनी टक्केवारीत सांगतात व त्याबरोबर तापमानही देतात. घन पदार्थाची विद्राव्यता वाढत्या तापमानाला वाढते व घटत्या तापमानाला कमी होते. वायूंची विद्राव्यता तापमान व दाब यांवर अवलंबून असते. जास्त दाबाखाली वायू द्रवात विलीन होण्याचे प्रमाण वाढते, परंतु जास्त तापमानाला वायू विलीन होण्याचे हे प्रमाण घटते.

विद्राव्यतेचे व्यावहारिक उपयोग : जैव प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात विद्रावांवर अवलंबून असतात. फुफ्फुसांतील ऑक्सिजन रक्तद्रवात (रक्तातील द्रायुरूप भागात) विरघळतो व मग तो तांबड्या रक्तकोशिकांतील (पेशींतील) हीमोग्लोबिनाशी रासायनिक दृष्ट्या संयोग पावतो व शरीरातील ऊतकांसाठी (समान रचना व कार्य असणाऱ्या कोशिका समूहांसाठी) मुक्त होतो. पचनातून निर्माण होणारे पदार्थही विद्रावांमधून शरीराच्या विविध भागांत नेले जातात. रसायनशास्त्रज्ञ विद्रावांच्या विद्रालव्यतांमध्ये असलेल्या फरकांचा फायदा द्रव्ये अलग व शुद्ध करण्यासाठी आणि रासायनिक विश्लेषणासाठी करून घेतात. पुष्कळशा रासायनिक विक्रया विद्रावामध्ये घडवून आणता येतात. रासायनिक व तद्‍नुषंगिक उद्योगांमध्ये विद्राव्यतेचा उपयोग करून घेऊन मिश्रणातील घटक वेगळे करतात. नायट्रोजन व कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे मिश्रण एथॅनॉल अमाइनाच्या सान्निध्यात आणले, तर विद्रावक फक्त कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू शोषून घेतो व नायट्रोजन शुद्ध रूपात उरतो. एथॅनॉल अमाइन विद्रावाचे तापमान वाढविल्यावर शुद्ध स्वरूपातला कार्बनडाय-ऑक्साइड वायू बाहेर पडतो. एखाद्या विद्रावकातील ज्ञात रेणूभारांच्या द्रव्यांच्या विद्रावांची निरीक्षणे घेतल्यास, त्या निरीक्षणांचा उपयोग त्याच विद्रावकातील अज्ञात द्रव्याचा रेणूभार ठरविण्यासाठी करता येतो.

संततृप्तावस्था : स्थिर तापमानाला विद्रावक एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत घन विद्रुत सामावून घेऊ शकतो. त्यापेक्षा अधिक विद्रुप विद्रुवात घातले, तर ते विलीन होत नाही. या अवस्थेला विद्रावात घातले, तर ते विलीन होत नाही. या अवस्थेला ‘विद्रावाची संतृप्तावस्था’ म्हणतात.

द्रायूंची मिश्रणीयता : काही द्रव सर्व प्रमाणात एकमेकांत मिसळले जातात. उदा., पाणी आणि अल्कोहॉल पूर्णपणे मिश्रणीय आहेत. या दोन्ही पदार्थांचा कोणत्याही प्रमाणातील विद्राव बनू शकतो. काही द्रवरूप पदार्थ एकमेकांत अंशतः मिसळू किंवा विरघळू शकतात. इतर काही द्रव फक्त दुसऱ्या त अंशतः मिश्रणीय असतात. पुष्कळ बाबतींत तापमान पुरेसे वाढविल्यास एक असा बिंदू येतो की, त्याला दोन्ही द्रव एकमेकांत पूर्णपणे मिसळतात. या तापमानाला क्रांतिक विद्राव तापमान म्हणतात. जेव्हा मिसळण्याची मर्यादा संपते, तेव्हा द्रवांचे दोन थर तयार होऊन अधिक जड द्रव तळाशी राहतो. बेंझीन पाण्यात अत्यल्प प्रमाणात (सामान्य तापमानाला १०० ग्रॅम पाण्यात ०·०७ ग्रॅम बेंझीन) विलीन होते. पाण्याचे तापमान वाढवले, तर हे प्रमाण थोडेसे वाढते. म्हणजे बेंझीन पाण्यात घातल्यावर दोन वेगवेगळे थर मिळतात. बेंझिनाचा पाण्यामधील व पाण्याची बेंझिनामधील असे दोन संतृप्त विद्राव मिळतात.सामान्य दाब असताना सर्व वायू एकमेकांत पूर्णपणे मिश्रणीय असतात. उच्च दाबाला रासायनिक दृष्ट्या वेगवेगळ्या असलेल्या वायूंच्या जोड्या फक्त मर्यादित प्रमाणात मिश्रणीय असतात. दोन एकक घनफळ हायड्रोजन वायूबरोबर एक एकक घनफळ ऑक्सिजन वायू मिसळला असता विद्राव तयार होतो. तथापि जर वायुमिश्रणाचे प्रज्वलन करण्यात आले, तर एक नवीन प्रकार म्हणजे पाणी तयार होते आणि ते विद्राव नसते.एकमेकांत पूर्ण वा अंशतः विलीन होणाऱ्या घटकांचा विद्राव होतो या गोष्टीचा उपयोग मिश्रणातील घटक वेगळा काढण्यासाठी (निष्कर्षण) करून घेतात परंतु घटक शुद्ध स्परूपात मिळविण्यासाठी विद्रावाचे ‘आंशिक आसवन’ करतात.

वर्गीकरण : विद्युत् सुवाहक व विद्युत् दुर्वाहक : मीठ पाण्यात टाकल्यावर सोडिमाचे धन आयन (विद्युत् भारित अणू) व क्लोरिनाचे ऋण आयन वेगळे होतात. त्या विद्रावातून विद्युत् प्रवाह जाऊ शकतो. अशा विद्रावाला विद्युत् सुवाहक म्हणतात व अशा विद्रुताला विद्युत् विच्छेद्य म्हणतात. साखर पाण्यात विरघळते, पण तिचे आयनीभवन होत नाही किंवा ती विघटितही होत नाही. अशा विद्रावातून विद्युत् प्रवाह वाहू शकत नाही म्हणून अशा प्रकारच्या विद्रावांना विद्युत् दुर्वाहक म्हणतात.सामान्य तापमान व दाबाखाली हायड्रोक्लोरिक अम्ल वायुरूपात अविघटित रेणूरूपात असते, पण पाण्यात विरघळताना त्याचे रेणू विघटित होऊन आयन तयार होतात (HCL ⟶ H+ + CL-). आयनामुळे त्यामधून विद्युत् प्रवाह जाऊ शकतो. पाण्याचा विद्युत् अपार्यता स्थिरांक [⟶विदयुत् अपारक पदार्थ] जास्त असल्यामुळे आयनांमधील विद्युत् आकर्षणावर मात केली जाते व आयन मोकळे होतात. वायुरूपातील हायड्रोक्लोरिक अम्ल विद्युत् दुर्वाहक आहे, तर त्याचा जलीय विद्राव विद्युत् सुवाहक आहे.पदार्थ किंवा विद्रुप विद्युत् विच्छेद्य असेल किंवा विद्रावकात विघटित होत असेल, तर असे विद्राव विद्युत् सुवाहक असतात. विद्युत् विच्छेद नसलेल्या विद्रुताचे विद्राव विद्युत् दुर्वाहक असतात. सिटिक अम्ल पाण्यात मिसळले, तर त्याचे फारच थोडे रेणू विघटित होतात. म्हणून हा विद्राव सुवाहक नाही.

ऊष्माग्राही व ऊष्मादायी: दोन पदार्थ एकमेकांमध्ये मिसळल्यामुळे विद्राव तयार होताना उष्णता शोषली जाते. (ऊष्माशोषी किंवा ऊष्माग्राही प्रक्रिया) किंवा उष्णता बाहेर टाकली जाते (ऊष्मादायी प्रक्रिया). या उष्णतेला ‘विद्रावाची उष्णता’ असे म्हणतात. ऊष्मादायी प्रक्रियेत ही राशी धन तर ऊष्माग्राही प्रक्रियेत ऋण मानतात. सोडियम हायड्रॉक्साइडच्या वड्या पाण्यात विरघळतात पण त्या वेळी उष्णता बाहेर टाकली जाते व त्यामुळे विद्राव गरम होतो. याच्या उलट सोडियम नायट्राइट पाण्यात विरघळताना उष्णता शोषली जाऊन विद्राव थंड होतो. जलीय सोडियम हायड्रॉक्साइड व जलीय हायड्रोक्लोरिक अम्ल हे दोन विद्राव एकमेकांत मिसळले असता मोठ्या प्रमाणावर उष्णता बाहेर टाकला जाते.

घनफळात बदल: विद्राव होताना घनफळ वाढते किंवा घटते. बेंझीन व स्टॅनिक क्लोराइड यांचे समभाग मिश्रण केले, तर विद्रावाचे तापमान कमी होते. (ऊष्माशोषी प्रक्रिया). योग्य तेवढीच उष्णता देऊन विद्राव पूर्व स्थितीतील तापमानाला आणला, तर त्याचे घनफळ २% ने वाढलेले दिसते. याच्या उलट क्लोरोफॉर्म व ॲसिटोन यांचा समभाग विद्राव ऊष्मादायी प्रकियेने होतो. त्या वेळी घनफळात ०·२% इतकी घट होते. थोडक्यात ऊष्माशोषी प्रक्रियेने विद्राव होताना घनफळ वाढते व ऊष्मादायी प्रक्रियेने विद्राव होताना घनफळ घटते. आदर्श विद्रावाच्या व्याख्येप्रमाणे विद्राव्य होताना घनफळ कायम राहले पाहिजे पण व्यवहारात असा आदर्श विद्राव आढळत नाही.द्रवामध्ये वायू विलीन होताना घनफळात प्रचंड घट होते. सामान्य वातावरणीय दाब व ०ºसे. तापमान असताना २८ ग्रॅम नायट्रोजनाचे घनफळ २२,४०० मिलि. असते. जर वरील अटी पाळून पुरेशा पाण्यात त्याचा विद्राव केला, तर त्याचे घनफळ फक्त ४० मिलि. वाढते. म्हणजेच घनफळात २२,३६० मिली. घट येते. नायट्रोजनाचे रेणूपाण्यात संघनित (अधिक दाट अवस्थेत रूपांतरित) झाल्याने ही घनफळातील तूट येते.

संहती:विद्रावाची संहती वेगवेगळ्या प्रकारे सांगता येते (उदा., वजनी, मापी इत्यादी). त्यांतील सर्वात सोपा प्रकार म्हणजे वजनी टक्केवारी सांगणे हा होय. समुद्राच्या पाण्यात ३·५% मीठ (वजनी) असते. याचा अर्थ १०० ग्रॅम समुद्राच्या पाण्यात ३·५ ग्रॅम मीठ आहे, असा होतो. मूलभूत एकके (ग्रॅम अणू, ग्रॅम रेणू वगैरे) वापरूनही संहती सांगता येते. ॲव्होगाड्रो नियमाप्रमाणे १ ग्रॅम रेणुभार संयुगात ६·०२×१०२३ रेणू असतात. एक लिटर विद्रावकात वरील प्रमाण म्हणजे रेणुभाराइतके विद्रुत मिसळल्यास तो विद्राव एक ग्रॅम रेणवीय होतो. उदा., मिठाचा रेणुभार ५८·५ आहे. ५८·५ ग्रॅम मीठ विद्रावकात मिसळून १ लिटर विद्राव केला, तर त्याची संहती १ ग्रॅम रेणवीय असते. यांशिवाय सूत्रभार प्रतिलिटर, तुल्यांकभार प्रतिलिटर इ. एककांतही संहती देतात. वायूंच्या बाबतीत ०ºसे.तापमान  व ७६ सेमी. (पारा) दाबाखाली १ ग्रॅम रेणवीय वायूचे घनफळ २२·४ लिटर असते. म्हणून येथे वजनाऐवजी घनफळ एकक वापरणे जास्त सोयीचे असत.प्रयोगशाळेत ⇨अनुमापनासाठी तुल्यांकभार हे एकक वापरतात. हायड्रोक्लोरिक अम्लाचा तुल्यांकभार व रेणुभार एकच म्हणजे ३६·५ असतो. सल्फ्यूरिक अम्लाचा रेणुभार ९८ तर तुल्यांकभार ४९ असतो. १ ग्रॅम तुल्यांकभार विद्रुत वापरून १ लिटर विद्राव केला, तर त्याची संहती १ प्रसामान्य (नॉर्मल) असते. विद्युत् विच्छेद्य विद्रुतासाठी मोलॅलिटी एकक वापरतात. प्रत्यक्षात १,००० ग्रॅम विद्रावामध्ये असणाऱ्या अविघटित रेणूंची (पर्यायाने आयनांचीच) संख्या असते.

गुणधर्म:शुद्ध द्रवापेक्षा विद्रावाचे गुणधर्म वेगळे असतात. हे गुणधर्म विद्रुताच्या संहतीवर अवलंबून असतात. शुद्ध द्रायूंमध्ये पुढील तीन परिवहन गुणधर्म महत्त्वाचे ठरतात. (१) श्यानता (दाटपणा), (२) ऊष्मीय संवाहकता, (३) विसरणक्षमता (विखुरले जाण्याची क्षमता).

श्यानता:विद्रवाची श्यानता तापमानाबरोबरच त्याच्या संरचनेवरही अवलंबून असते. घटकांची टक्केवारी बदलून विशिष्ट तापमानाला विशिष्ट श्यानता मिळविता येते. थंड प्रदेशात, विशेषकरून हिवाळ्यात, पेट्रोलमध्ये कुठले तेल किती मिसळले असता एंजिनमधील दट्ट्या व्यवस्थित काम करू शकेल, हे समजते. [⟶ श्यानता].

ऊष्मीय संवाहकता: उष्णतेचे वहन करण्याची क्षमता हा गुणधर्म विद्रावांमध्ये दुय्यम महत्त्वाचा आहे.

विसरणक्षमता : श्यानता संवेग बदलाशी, ऊष्मीय संवाहकता उष्णतेच्या वहनाशी, तर विसरणक्षमता रेणूंच्या वहनाशी निगडित आहे. विसरणक्षमतेमुळे विद्रावात रेणूंची संहती सर्व ठिकाणी एकसारखी होते. ढवळण्यामुळे त्याला जास्त गती मिळते व कमी वेगात संहती एकसारखी होते. उदा., चहात साखर घातली, तर ती विरघळण्यास वेळ लागतो पण चमच्याने चहा ढवळला तर ती चटकन मिसळते.

पहा : उभयप्रतिरोधी विद्राव कलिल धन विद्रावतषण विद्रावक.

संदर्भ:1. Bertin, I. and others, Eds., Advances in Solution Chemistry, Chicago, 1982.

2. Cohen, I. B., Ed., Theory of Solutions and Stereochemistry, New York, 1981.

3. Murrell, J. N. Boucher, E. A., Properties of Liquids and Solutions, New York, 1982.

काळे, श. स.; सूर्यवंशी, वि, ल.