Lesson 6: Refraction of Light (प्रकाशाचे अपवर्तन)
English Notes:
• Refraction of Light: The phenomenon where
a light ray changes its direction when it passes from one transparent
medium to another (e.g., pencil appearing broken in water, coin seen after
adding water).
• Laws of Refraction:
1. The incident ray, the
refracted ray, and the normal to the interface at the point of incidence,
all lie in the same plane.
2. For a given pair of
media, the ratio of sin(angle of incidence, i) to sin(angle of refraction,
r) is constant. This is known as Snell's Law. (sin i / sin r =
constant)
• Refractive Index:
◦ The change in direction
of light upon entering a different medium is related to the refractive index
(n) of that medium.
◦ Its value differs for
different media and also for different colors of light within the same medium.
◦ Absolute Refractive
Index: The refractive index of a medium with respect to vacuum (air
is approximately vacuum). It is given by n = c/v, where 'c' is the velocity of
light in vacuum and 'v' is the velocity of light in the medium.
◦ Relative Refractive
Index: The refractive index of one medium with respect to another (e.g.,
₁n₂ = v₁/v₂, where v₁ is velocity in medium 1 and v₂ in medium 2).
• Bending of Light Rays:
◦ When a light ray passes
from a rarer medium to a denser medium, it bends towards the normal.
◦ When a light ray passes
from a denser medium to a rarer medium, it bends away from the normal.
• Partial and Total Internal Reflection:
◦ When light travels from a
denser medium to a rarer medium, a portion of the light is reflected
back into the denser medium (as per laws of reflection); this is called partial
reflection. The rest of the light is refracted and enters the rarer medium.
◦ As the angle of
incidence in the denser medium increases, the angle of refraction also
increases. At a certain angle of incidence, the angle of refraction becomes
90°. This specific angle of incidence is called the critical angle.
◦ If the angle of
incidence exceeds the critical angle, all the light is reflected back into
the denser medium. This phenomenon is called total internal reflection.
• Dispersion of Light:
◦ White light is composed
of seven colors (VIBGYOR - Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange,
Red).
◦ When white light passes
through a prism, it splits into its constituent colors forming a spectrum.
This happens because different colors of light travel at slightly different
speeds in the medium of the prism, thus having slightly different refractive
indices.
Marathi Notes:
• प्रकाशाचे अपवर्तन: जेव्हा प्रकाशकिरण
एका पारदर्शक माध्यमातून दुसऱ्या पारदर्शक माध्यमात जातो, तेव्हा तो आपली दिशा
बदलतो, या घटनेला प्रकाशाचे अपवर्तन म्हणतात (उदा. पाण्यात ठेवलेली पेन्सिल
तुटलेली दिसणे, पाण्यात नाणे दिसणे).
• अपवर्तनाचे नियम:
1. आपती किरण, अपवर्तित
किरण, आणि दोन माध्यमांच्या सीमापृष्ठाला काढलेला लंब, हे तिन्ही एकाच
प्रतलात असतात.
2. दिलेल्या माध्यम जोडीसाठी, आपाती
कोनाच्या (i) साईनचे (sin) आणि अपवर्तित कोनाच्या (r) साईनचे (sin) गुणोत्तर
स्थिर असते. याला स्नेलचा नियम असेही
म्हणतात. (sin i
/ sin r = स्थिर)
• अपवर्तनांक:
◦ प्रकाश वेगवेगळ्या माध्यमांमध्ये
प्रवेश करताना दिशा बदलतो, हे माध्यमाच्या अपवर्तनांकाशी
(n) संबंधित आहे.
◦ याचे मूल्य वेगवेगळ्या
माध्यमांसाठी आणि एकाच माध्यमात प्रकाशाच्या वेगवेगळ्या रंगांसाठी भिन्न असते.
◦ निरपेक्ष अपवर्तनांक: एखाद्या
माध्यमाचा निर्वात पोकळीच्या (हवा अंदाजे निर्वात पोकळी मानली
जाते) सापेक्ष अपवर्तनांक. तो n = c/v या सूत्राने दिला जातो, जिथे 'c' हा निर्वात
पोकळीतील प्रकाशाचा वेग आणि 'v' हा माध्यमातील प्रकाशाचा वेग आहे.
◦ सापेक्ष अपवर्तनांक: एका
माध्यमाचा दुसऱ्या माध्यमाच्या सापेक्ष अपवर्तनांक (उदा. ₁n₂ =
v₁/v₂, जिथे v₁ हा माध्यम 1 मधील वेग आणि v₂ हा माध्यम 2 मधील वेग
आहे).
• प्रकाशकिरणांचे वाकणे:
◦ जेव्हा प्रकाशकिरण विरल
माध्यमातून घन माध्यमात जातो, तेव्हा तो लंबरेषेकडे
वाकतो.
◦ जेव्हा प्रकाशकिरण घन
माध्यमातून विरल माध्यमात जातो, तेव्हा तो लंबरेषेपासून
दूर वाकतो.
• आंशिक आणि पूर्ण आंतरिक परावर्तन:
◦ जेव्हा प्रकाश घन
माध्यमातून विरल माध्यमात जातो, तेव्हा
प्रकाशाचा काही भाग परावर्तनाच्या नियमांनुसार परत घन माध्यमात परावर्तित होतो; याला आंशिक
परावर्तन म्हणतात. उरलेला प्रकाश अपवर्तित होऊन विरल
माध्यमात प्रवेश करतो.
◦ घन माध्यमातील आपाती कोन वाढवल्यास, अपवर्तित
कोन देखील वाढतो. एका विशिष्ट आपाती कोनासाठी, अपवर्तित कोन 90° होतो. या
विशिष्ट आपाती कोनाला क्रांति कोन म्हणतात.
◦ जर आपाती कोन
क्रांति कोनापेक्षा जास्त असेल, तर सर्व
प्रकाश परत घन माध्यमात परावर्तित होतो. या घटनेला पूर्ण
आंतरिक परावर्तन म्हणतात.
• प्रकाशाचे अपस्करण:
◦ पांढरा प्रकाश सात रंगांचा (ता-ना-पी-ही-नी-पा-जा - तांबडा, नारंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, पारवा, जांभळा)
बनलेला असतो.
◦ जेव्हा पांढरा प्रकाश प्रिज्मामधून जातो, तेव्हा तो
त्याच्या घटक रंगांमध्ये विभागला जातो आणि वर्णपंक्ति
(spectrum) तयार होते. असे घडते कारण वेगवेगळ्या रंगांचे प्रकाशकिरण प्रिज्माच्या
माध्यमात थोड्या वेगळ्या गतीने प्रवास करतात, ज्यामुळे त्यांचे अपवर्तनांकही
थोडे भिन्न असतात.
Lesson 7: Lenses (भिंगे)
English Notes:
• Lens Definition: A transparent medium
bounded by two surfaces, usually spherical.
• Types of Lenses:
◦ Convex Lens
(Converging Lens): Has two spherical surfaces puffed outwards. It is
thicker at the center than at the edges. It converges parallel light
rays to a point after refraction (e.g., burning paper with sunlight).
◦ Concave Lens
(Diverging Lens): Has two spherical surfaces curved inwards. It is thinner
at the center than at the edges. It diverges parallel light rays
after refraction, making them appear to come from a point when extended
backwards.
• Key Terms for Lenses:
◦ Centre of Curvature
(C): The centers of the spheres whose parts form the surfaces of the
lenses. A lens has two centers of curvature (C₁, C₂).
◦ Radius of Curvature
(R): The radii of the spheres forming the lens surfaces (R₁, R₂).
◦ Principal Axis:
The imaginary line passing through both centers of curvature.
◦ Optical Centre (O):
The point inside a lens on the principal axis through which light rays pass without
changing their path/direction.
◦ Principal Focus (F):
The point on the principal axis where light rays parallel to the axis converge
(for convex) or appear to diverge from (for concave) after refraction. A lens
has two principal foci (F₁, F₂).
◦ Focal Length (f):
The distance between the optical centre (O) and the principal focus (F) of a
lens.
• Rules for Ray Diagrams (for both convex and
concave lenses):
1. When an incident ray is parallel
to the principal axis, the refracted ray passes through the principal focus
(for convex) or appears to come from the principal focus (for concave).
2. When an incident ray
passes through (or is directed towards) the principal focus, the refracted
ray is parallel to the principal axis.
3. When an incident ray
passes through the optical centre (O) of the lens, it passes without
changing its direction.
• Image Formation by Lenses:
◦ Convex Lenses: Can
form real or virtual, inverted or erect, magnified or diminished images
depending on the object's position.
◦ Concave Lenses:
Always form virtual, erect, and diminished images, regardless of the
object's position.
• Cartesian Sign Convention for Lenses:
◦ The optical centre (O)
is taken as the origin. The principal axis is the X-axis.
◦ The object is always
placed on the left of the lens.
◦ Distances measured to the
right of O are positive, and to the left of O are negative.
◦ Distances perpendicular
to the principal axis and above it are positive, and below it are
negative.
◦ The focal length (f) of a
convex lens is positive, while that of a concave lens is negative.
• Lens Formula: The relationship between object
distance (u), image distance (v), and focal length (f) is
given by: 1/v - 1/u = 1/f.
• Magnification (M): The ratio of the height
of the image (h₂) to the height of the object (h₁). It is also the
ratio of the image distance (v) to the object distance (u). M
= h₂/h₁ = v/u.
• Power of a Lens (P): The capacity of a
lens to converge or diverge incident rays. It is the inverse of its focal
length (f), where 'f' is expressed in meters. The unit of power is Dioptre
(D) (1 D = 1/m).
• Combination of Lenses: If two lenses with
focal lengths f₁ and f₂ are kept in contact, their effective focal length
(f) is given by 1/f = 1/f₁ + 1/f₂. The effective power (P) is
the sum of their individual powers: P = P₁ + P₂.
• Human Eye and Lens:
◦ The human eye's natural lens
can change its focal length (accommodation power) to focus objects at
various distances on the retina.
◦ The retina
contains light-sensitive cells: rods (for dim light and black/white
vision) and cones (for bright light and color vision).
◦ Persistence of Vision:
The image formed on the retina persists for about 1/16th of a second
even after the object is removed.
• Defects of Vision and their Corrections:
◦ Nearsightedness
(Myopia/Laghudrishti): Cannot see distant objects clearly (image forms
in front of the retina). Caused by increased curvature of the cornea/eye lens
or elongation of the eyeball. Corrected using a concave (diverging) lens.
◦ Farsightedness
(Hypermetropia/Duradrishti): Cannot see nearby objects clearly
(image forms behind the retina). Caused by decreased curvature of the
cornea/eye lens or shortening of the eyeball. Corrected using a convex
(converging) lens.
◦ Presbyopia: Loss
of accommodation power with age, leading to difficulty seeing nearby objects.
Corrected using bifocal lenses (upper concave for distant, lower convex
for near vision).
• Uses of Lenses:
◦ Simple Microscope
(Magnifying Glass): A convex lens with a small focal length, used to
produce magnified, virtual, and erect images (e.g., for watch repair, gem
testing).
◦ Compound Microscope:
Uses two convex lenses (objective and eyepiece) to achieve high magnification
for minute objects like blood cells or bacteria.
◦ Telescope: Used to
see distant objects (like stars and planets) clearly in magnified form. Can be refracting
(uses lenses) or reflecting (uses mirrors and lenses). The objective
lens has a large diameter and focal length to collect more light.
◦ Lenses are also used in spectacles,
cameras, and torches.
Marathi Notes:
• भिंगाची व्याख्या: दोन
पृष्ठभागांनी, साधारणतः गोलाकार, वेढलेले पारदर्शक माध्यम.
• भिंगांचे प्रकार:
◦ बहिर्गोल भिंग (अभिसारी भिंग): याची दोन गोलाकार
पृष्ठभाग बाहेरून फुगीर असतात. हे मध्यभागी
जाड आणि कडांवर पातळ असते. अपवर्तनानंतर हे समांतर
प्रकाशकिरणांना एका बिंदूत अभिसारित करते (उदा. सूर्यप्रकाशाने कागद जाळणे).
◦ अंतर्गोल भिंग (अपसारी भिंग): याची दोन गोलाकार
पृष्ठभाग आतून वक्र असतात. हे मध्यभागी पातळ आणि कडांवर
जाड असते. अपवर्तनानंतर हे समांतर प्रकाशकिरणांना अपसारित
करते, ज्यामुळे ते
मागे वाढवल्यास एका बिंदूतून आल्यासारखे दिसतात.
• भिंगाशी संबंधित महत्त्वाच्या संज्ञा:
◦ वक्रता केंद्र (C): ज्या
गोलांचे भिंगाचे पृष्ठभाग भाग असतात, त्या गोलांचे केंद्र. भिंगाला दोन
वक्रता केंद्र असतात (C₁, C₂).
◦ वक्रता त्रिज्या (R): भिंगाचे
पृष्ठभाग तयार करणाऱ्या गोलांच्या त्रिज्या (R₁, R₂).
◦ मुख्य अक्ष: दोन्ही
वक्रता केंद्रातून जाणारी काल्पनिक रेषा.
◦ प्रकाशीय केंद्र (O): मुख्य
अक्षावरील भिंगाच्या आतील बिंदू, ज्यातून प्रकाशकिरण आपली दिशा न
बदलता जातात.
◦ मुख्य नाभी (F): मुख्य
अक्षावरील बिंदू जिथे अक्षाला समांतर प्रकाशकिरण अपवर्तनानंतर एकत्र येतात
(बहिर्गोलसाठी) किंवा दूर गेल्यासारखे दिसतात (अंतर्गोलसाठी). भिंगाला दोन मुख्य
नाभी असतात (F₁, F₂).
◦ नाभीय अंतर (f): प्रकाशीय
केंद्र (O) आणि मुख्य
नाभी (F) यांच्यातील
अंतर.
• किरण आकृती काढण्याचे नियम (बहिर्गोल आणि अंतर्गोल
भिंगांसाठी):
1. जेव्हा आपाती किरण मुख्य
अक्षाला समांतर असतो, तेव्हा अपवर्तित किरण मुख्य
नाभीतून जातो (बहिर्गोलसाठी) किंवा मुख्य नाभीतून आल्यासारखा दिसतो (अंतर्गोलसाठी).
2. जेव्हा आपाती किरण मुख्य
नाभीतून जातो (किंवा त्या दिशेने निर्देशित केला जातो), तेव्हा
अपवर्तित किरण मुख्य अक्षाला समांतर असतो.
3. जेव्हा आपाती किरण भिंगाच्या प्रकाशीय
केंद्रातून (O) जातो, तेव्हा तो आपली दिशा न
बदलता जातो.
• भिंगाद्वारे प्रतिमा निर्मिती:
◦ बहिर्गोल भिंगे: वस्तूच्या
स्थानानुसार वास्तव किंवा आभासी, उलटी किंवा
सरळ, मोठी किंवा लहान प्रतिमा तयार करू शकतात.
◦ अंतर्गोल भिंगे: वस्तूच्या
स्थानाची पर्वा न करता नेहमी आभासी, सरळ आणि
लहान प्रतिमा तयार करतात.
• कार्टेशियन चिन्ह पद्धती (भिंगांसाठी):
◦ प्रकाशीय केंद्र (O) हे आरंभबिंदू मानले जाते.
मुख्य अक्ष हा X-अक्ष मानला जातो.
◦ वस्तू नेहमी भिंगाच्या डावीकडे ठेवली जाते.
◦ O च्या उजवीकडील
अंतरे धन आणि O च्या डावीकडील
अंतरे ऋण मानली जातात.
◦ मुख्य अक्षाला लंब आणि
वरची अंतरे धन, आणि खालील अंतरे ऋण मानली जातात.
◦ बहिर्गोल भिंगाचे नाभीय अंतर धन असते, तर अंतर्गोल
भिंगाचे नाभीय अंतर ऋण असते.
• भिंगाचे सूत्र: वस्तूचे
अंतर (u), प्रतिमेचे अंतर (v), आणि नाभीय अंतर (f) यांच्यातील
संबंध खालीलप्रमाणे दिला जातो: 1/v - 1/u
= 1/f.
• विशालन (M): प्रतिमेच्या
उंचीचे (h₂) वस्तूच्या उंचीशी (h₁) असलेले गुणोत्तर. तसेच, प्रतिमेच्या
अंतराचे (v) वस्तूच्या अंतराशी (u) असलेले गुणोत्तर. M = h₂/h₁
= v/u.
• भिंगाची शक्ती (P): प्रकाशाचे
किरण अभिसारित किंवा अपसारित करण्याची भिंगाची क्षमता. ही त्याच्या नाभीय
अंतराच्या (f) (मीटरमध्ये व्यक्त केलेल्या) व्यस्त
प्रमाणात असते. शक्तीचे एकक डायऑप्टर (D) आहे (1 D =
1/m).
• भिंगांचे संयोजन: जर f₁ आणि f₂ नाभीय अंतरे
असलेली दोन भिंगे एकमेकांना चिकटून ठेवली, तर त्यांची प्रभावी
नाभीय अंतर (f) 1/f = 1/f₁ + 1/f₂ या सूत्राने
मिळते. त्यांची प्रभावी शक्ती (P) ही
त्यांच्या वैयक्तिक शक्तींची बेरीज असते: P = P₁ +
P₂.
• मानवी डोळा आणि भिंग:
◦ मानवी डोळ्याचे नैसर्गिक भिंग
वेगवेगळ्या अंतरावरच्या वस्तू फोकस करण्यासाठी आपले नाभीय
अंतर बदलू शकते (समायोजन शक्ती).
◦ दृष्टिपटल (Retina)
मध्ये
प्रकाशसंवेदनशील पेशी असतात: दंडपेशी (मंद
प्रकाशासाठी आणि काळ्या-पांढऱ्या दृष्टीसाठी) आणि शंकुपेशी (तेजस्वी
प्रकाश आणि रंगीत दृष्टीसाठी).
◦ दृष्टी सातत्य: दृष्टिपटलावर
तयार झालेली प्रतिमा वस्तू काढून टाकल्यानंतरही सुमारे 1/16 सेकंदापर्यंत टिकून राहते.
• दृष्टिदोष आणि त्यांचे उपाय:
◦ लघुदृष्टी / निकटदृष्टी (Myopia): दूरच्या
वस्तू स्पष्ट दिसत नाहीत (प्रतिमा दृष्टिपटलाच्या पुढे तयार होते).
पारपटल/नेत्रभिंगाची वक्रता वाढल्याने किंवा नेत्रगोल लांबट झाल्याने होते. अंतर्गोल
(अपसारी) भिंगाचा वापर करून सुधारला जातो.
◦ दूरदृष्टी (Hypermetropia): जवळच्या
वस्तू स्पष्ट दिसत नाहीत (प्रतिमा दृष्टिपटलाच्या मागे तयार होते).
पारपटल/नेत्रभिंगाची वक्रता कमी झाल्याने किंवा नेत्रगोल आखूड झाल्याने होते. बहिर्गोल
(अभिसारी) भिंगाचा वापर करून सुधारला जातो.
◦ वृद्धदृष्टी (Presbyopia): वाढत्या
वयानुसार समायोजन शक्ती कमी होते, ज्यामुळे जवळच्या वस्तू स्पष्ट दिसत नाहीत. द्विनाभीय
भिंगाचा (वरचा भाग अंतर्गोल, खालचा भाग बहिर्गोल) वापर करून सुधारला जातो.
• भिंगांचे उपयोग:
◦ साधा सूक्ष्मदर्शक (Magnifying
Glass): कमी नाभीय अंतराचे बहिर्गोल भिंग, जे मोठी, आभासी आणि
सरळ प्रतिमा तयार करते (उदा. घड्याळ दुरुस्ती, रत्नांची तपासणी).
◦ संयुक्त सूक्ष्मदर्शक: दोन
बहिर्गोल भिंगे (ऑब्जेक्टिव्ह आणि नेत्रिका) वापरून रक्तपेशी किंवा जिवाणूंसारख्या
सूक्ष्म वस्तूंचे उच्च विशालन साधले जाते.
◦ दुर्बिण (Telescope): दूरच्या वस्तू
(उदा. तारे आणि ग्रह) मोठ्या स्वरूपात स्पष्ट पाहण्यासाठी वापरली जाते. ती अपवर्तक
(भिंगे वापरते) किंवा परावर्तक (आरसे आणि भिंगे वापरते) असू शकते. ऑब्जेक्टिव्ह
भिंगाचा व्यास आणि नाभीय अंतर मोठे असते, जेणेकरून अधिक प्रकाश जमा करता
येईल.
◦ भिंगे चष्मे, कॅमेरा आणि विजेरी (टॉर्च)
मध्ये देखील वापरली जातात.
Lesson 8: Metallurgy (धातुविज्ञान)
English Notes:
• Metallurgy: The science and technology
of extracting metals from their ores and purifying them for various uses.
• Occurrence of Metals:
◦ Highly Reactive Metals
(e.g., K, Na, Al): Found in combined states (as oxides, carbonates,
sulphides, nitrates) because they readily react with atmospheric components.
◦ Least Reactive Metals
(e.g., Ag, Au, Pt): Found in free or native state as they are generally
unreactive and do not corrode easily.
◦ Moderately Reactive
Metals (e.g., Fe, Zn, Pb, Cu): Occur primarily as their sulphide or
carbonate salts.
• Key Terms:
◦ Minerals:
Naturally occurring compounds of metals, often found with impurities.
◦ Ores: Specific
minerals from which metals can be economically and conveniently extracted.
◦ Gangue (Mridha
Ashuddhi): The impurities (like soil, sand, rocky substances)
present along with the metal compounds in an ore.
• Basic Principles of Metallurgy (Stages):
1. Concentration of
Ores: The process of separating gangue from the ore to increase the
concentration of the desired metal compound. The method chosen depends on the
physical properties of the ore and gangue, the metal's reactivity, and available
facilities.
▪ Gravitational
Separation: Used for heavier ore particles to separate them from lighter
gangue. Examples: Wilfley table method and Hydraulic separation
method.
▪ Magnetic
Separation: Employs an electromagnetic machine to separate magnetic
components of the ore (e.g., separating ferrous tungstate from cassiterite).
▪ Froth
Flotation Method: Based on the principle that sulphide ore particles are
preferentially wetted by oil and float with foam, while gangue particles are
wetted by water and sink (e.g., for zinc blend (ZnS) and copper pyrite
(CuFeS₂)).
▪ Leaching:
The ore is soaked in a solution where the desired metal compound dissolves due
to a specific chemical reaction, but the gangue does not (e.g., concentration
of bauxite (Al₂O₃.2H₂O) for aluminum extraction using aqueous NaOH or
Na₂CO₃).
2. Extraction of Metals:
Obtaining the pure metal from the concentrated ore. This primarily involves the
reduction of the metal cation.
▪ For
Highly Reactive Metals (e.g., Na, Ca, Mg, Al): Electrolytic reduction of
their molten salts is used.
•
Hall's Process (for Aluminum): Electrolysis of molten alumina (Al₂O₃)
takes place in a steel tank lined with graphite (cathode). Graphite rods act as
anodes. Cryolite (Na₃AlF₆) and fluorspar (CaF₂) are added to lower the melting
point. Aluminum is deposited at the cathode.
▪ For
Moderately Reactive Metals (e.g., Fe, Zn, Pb, Cu): Their sulphide or
carbonate ores are first converted into oxides.
•
Roasting: Sulphide ores are strongly heated in air to convert
them into oxides (e.g., 2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂).
•
Calcination: Carbonate ores are strongly heated in a limited supply
of air to convert them into oxides (e.g., ZnCO₃ → ZnO + CO₂).
•
The metal oxides are then reduced to the metal using a suitable reducing agent
like carbon (coke).
3. Refining of Metals:
The process of purifying the extracted impure metals, commonly done by electrolysis.
• Chemical Properties of Metals:
◦ Reaction with Oxygen:
Metals combine with oxygen on heating to form metal oxides (e.g., 4Na(s)
+ O₂(g) → 2Na₂O(s)). Some oxides dissolve in water to form alkalis. Sodium and
Potassium react vigorously with oxygen even at room temperature and are kept in
kerosene to prevent fire.
◦ Reaction with Water:
Reactive metals like Sodium and Potassium react rapidly with cold water,
liberating hydrogen gas and heat. Calcium reacts slowly with water, and
hydrogen bubbles make it float. Aluminum, Iron, and Zinc react only with steam,
not cold or hot water.
◦ Reaction with Dilute
Acids: Most metals react with dilute acids to form metal salts and liberate
hydrogen gas (e.g., Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)). The reactivity order
is Mg > Al > Zn > Fe. Aquaregia (3:1 mixture of conc. HCl and
conc. HNO₃) can dissolve noble metals like gold and platinum [434 (Marathi
source)].
◦ Reaction with Nitric
Acid: Forms nitrate salts of metals and various oxides of nitrogen (N₂O,
NO, NO₂) depending on acid concentration.
◦ Reaction with Salts of
Other Metals (Displacement Reaction): A more reactive metal displaces a
less reactive metal from its salt solution (e.g., Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq)
+ Cu(s); indicating Iron is more reactive than Copper).
◦ Electropositive
Nature: Metals are electropositive elements, meaning they easily lose
electrons to form positively charged ions.
• Chemical Properties of Non-metals:
◦ Reaction with Oxygen:
Nonmetals combine with oxygen to form acidic oxides (e.g., C + O₂ → CO₂)
or sometimes neutral oxides (e.g., 2C + O₂ → 2CO).
◦ Reaction with Water:
Generally, nonmetals do not react with water, except for halogens (e.g.,
Chlorine dissolves in water).
◦ Reaction with Dilute
Acids: Generally, nonmetals do not react with dilute acids, halogens
being an exception.
◦ Reaction with
Hydrogen: Nonmetals react with hydrogen under specific conditions
(temperature, pressure, catalyst).
• Ionic Compounds: Compounds formed from the
electrostatic attraction between oppositely charged cations and anions
(ionic bond). They are electrically neutral.
◦ Properties:
Generally have high melting and boiling points. They conduct electricity
in molten and dissolved states due to the presence of mobile ions.
• Corrosion (धातूंचे क्षरण): The
process of deterioration of metals due to their reaction with air,
moisture, and other chemicals in the environment (e.g., rusting of iron,
patination of copper (greenish copper carbonate layer), blackening of silver
(silver sulphide layer)).
◦ Prevention of
Corrosion:
▪ Painting/Oiling/Greasing:
Creates a barrier against air and moisture.
▪ Galvanizing:
Coating iron or steel with a thin layer of zinc. Zinc being more
electropositive than iron, it corrodes first, protecting the iron.
▪ Tinning:
Coating a metal with a layer of molten tin (e.g., on copper/brass
utensils).
▪ Anodization:
Electrically forming a thicker, protective oxide layer on metals like aluminum.
▪ Electroplating:
Depositing a layer of a less reactive metal on a more reactive metal using
electrolysis (e.g., silver-plated spoons, gold-plated ornaments).
▪ Alloying:
Creating a homogeneous mixture of a metal with other metals or nonmetals
(e.g., bronze (90% Cu, 10% Sn), stainless steel (74% Fe, 18% Cr,
8% C)). Alloys often have improved corrosion resistance. An amalgam is
an alloy where one of the metals is mercury.
Marathi Notes:
• धातुविज्ञान: खनिजांपासून
धातूंचे निष्कर्षण (extracting) आणि
त्यांच्या विविध उपयोगांसाठी शुद्धीकरण (purifying) करण्याशी
संबंधित विज्ञान आणि तंत्रज्ञान.
• धातूंचा आढळ:
◦ अत्यंत क्रियाशील धातू (उदा. K, Na,
Al): वातावरणातील
घटकांशी सहजपणे अभिक्रिया करत असल्यामुळे ते संयुक्तावस्थेत (ऑक्साइड, कार्बोनेट, सल्फाइड, नायट्रेट या
स्वरूपात) आढळतात.
◦ सर्वात कमी क्रियाशील धातू (उदा. Ag, Au,
Pt): सामान्यतः
अक्रियाशील असल्याने आणि सहज क्षरण होत नसल्याने ते मुक्त किंवा
नैसर्गिक अवस्थेत आढळतात.
◦ मध्यम क्रियाशील धातू (उदा. Fe, Zn,
Pb, Cu): हे प्रामुख्याने त्यांच्या सल्फाइड किंवा कार्बोनेट
क्षारांच्या स्वरूपात आढळतात.
• महत्त्वाच्या संज्ञा:
◦ खनिजे: निसर्गात
आढळणारी धातूंची संयुगे, ज्यात अनेकदा अशुद्धी असतात.
◦ धातुके: ज्या
खनिजांपासून धातू आर्थिकदृष्ट्या परवडेल आणि सोयीस्करपणे काढता येतो.
◦ मृदा अशुद्धी: धातुकामध्ये
धातूच्या संयुगासोबत असलेल्या अशुद्धी (जसे की माती, वाळू आणि
खडकाळ पदार्थ).
• धातुविज्ञानाची मूलतत्त्वे (टप्पे):
1. धातुकांचे सांद्रिकरण: धातुकामधून मृदा
अशुद्धी वेगळी करण्याची प्रक्रिया, ज्यामुळे इच्छित धातूच्या संयुगाची
सांद्रता वाढते. निवडलेली पद्धत धातुकाचे आणि मृदा अशुद्धीचे भौतिक गुणधर्म, धातूची
क्रियाशीलता आणि उपलब्ध सुविधांवर अवलंबून असते.
▪ गुरुत्वीय
विलगीकरण: जड धातुकाचे कण हलक्या मृदा अशुद्धीच्या कणांपासून
वेगळे करण्यासाठी वापरली जाते. उदाहरणे: विल्फ्ले टेबल पद्धत आणि हायड्रॉलिक
विलगीकरण पद्धत.
▪ चुंबकीय विलगीकरण: चुंबकीकरण
केलेले घटक असलेल्या धातुकांसाठी विद्युतचुंबकीय यंत्र वापरले जाते (उदा.
कॅसिटेराइटमधून फेरस टंगस्टेट वेगळे करणे).
▪ फेनतरण
पद्धत: सल्फाइड धातुकाचे कण तेलाने जास्त ओले होतात आणि
फेससोबत तरंगतात, तर मृदा अशुद्धी पाण्यात ओल्या होऊन तळाशी बसतात, या
तत्त्वावर आधारित (उदा. झिंक ब्लेंड (ZnS) आणि कॉपर पायराइट (CuFeS₂) साठी).
▪ अपक्षालन (Leaching): धातुके एका
द्रावणात भिजवली जातात जिथे इच्छित धातूचे संयुग विशिष्ट रासायनिक अभिक्रियेमुळे
विरघळते, पण मृदा
अशुद्धी नाही (उदा. अॅल्युमिनियमच्या निष्कर्षणसाठी बॉक्साइट (Al₂O₃.2H₂O) जलीय NaOH किंवा Na₂CO₃ मध्ये
भिजवणे).
2. धातूंचे निष्कर्षण: सांद्रित
धातुकामधून शुद्ध धातू मिळवणे. यात प्रामुख्याने धातूच्या धन
आयनाचे क्षपण (reduction) केले जाते.
▪ अत्यंत
क्रियाशील धातूंसाठी (उदा. Na, Ca, Mg, Al): त्यांच्या
वितळलेल्या क्षारांचे विद्युत अपघटनी क्षपण वापरले जाते.
•
हॉलची प्रक्रिया (अॅल्युमिनियमसाठी): वितळलेल्या
अॅल्युमिनाचे (Al₂O₃) विद्युत अपघटन स्टीलच्या टाकीत होते, ज्याच्या आत ग्राफाइटचे अस्तर
(कॅथोड) असते. ग्राफाइटच्या सळया अॅनोड म्हणून काम करतात. द्रवणांक कमी करण्यासाठी
क्रायोलाइट (Na₃AlF₆) आणि फ्लुओस्पार (CaF₂) मिसळले जातात. अॅल्युमिनियम कॅथोडवर जमा होते.
▪ मध्यम
क्रियाशील धातूंसाठी (उदा. Fe, Zn, Pb, Cu): त्यांचे
सल्फाइड किंवा कार्बोनेट धातुके प्रथम ऑक्साइडमध्ये रूपांतरित केले जातात.
•
भाजणे (Roasting): सल्फाइड धातुके हवेत
तीव्रतेने तापवून त्यांना ऑक्साइडमध्ये रूपांतरित केले जाते (उदा. 2ZnS +
3O₂ → 2ZnO + 2SO₂).
•
निस्तापन (Calcination): कार्बोनेट धातुके मर्यादित
हवा पुरवठ्यात तीव्रतेने तापवून त्यांना ऑक्साइडमध्ये रूपांतरित
केले जाते (उदा. ZnCO₃ → ZnO + CO₂).
•
नंतर धातूचे
ऑक्साइड योग्य क्षपणक (उदा. कार्बन/कोक) वापरून धातूत क्षपित केले जाते [सूचित].
3. धातूंचे शुद्धीकरण: निष्कर्षण
केलेल्या अशुद्ध धातूंचे शुद्धीकरण करण्याची प्रक्रिया, जी साधारणतः विद्युत
अपघटनाद्वारे केली जाते.
• धातूंचे रासायनिक गुणधर्म:
◦ ऑक्सिजनशी अभिक्रिया: धातू हवेत
तापवल्यावर ऑक्सिजनशी संयोग करून धातूंचे ऑक्साइड तयार करतात
(उदा. 4Na(s) +
O₂(g) → 2Na₂O(s)). काही ऑक्साइड पाण्यात विरघळून अल्कली तयार करतात. सोडियम आणि
पोटॅशियम खोलीच्या तापमानाला ऑक्सिजनशी जोरदार अभिक्रिया करतात आणि आग लागू नये
म्हणून रॉकेलमध्ये ठेवले जातात.
◦ पाण्याशी अभिक्रिया: सोडियम आणि
पोटॅशियम सारखे क्रियाशील धातू थंड पाण्याशी जलद अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू
आणि उष्णता मुक्त करतात. कॅल्शियम पाण्याशी हळू अभिक्रिया करते आणि
हायड्रोजनचे बुडबुडे त्याला तरंगायला लावतात. अॅल्युमिनियम, लोह आणि
जस्त थंड किंवा गरम पाण्याशी नाही, तर फक्त वाफेशी अभिक्रिया करतात.
◦ विरल आम्लांशी अभिक्रिया: बहुतेक धातू
विरल आम्लांशी अभिक्रिया करून धातूंचे क्षार आणि हायड्रोजन वायू मुक्त करतात (उदा.
Mg(s) +
2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)). क्रियाशीलता क्रम Mg > Al > Zn > Fe आहे. अम्लराज (संहत HCl आणि संहत HNO₃ चे 3:1 मिश्रण)
सोने आणि प्लॅटिनम सारख्या राजधातू विरघळवू शकते.
◦ नायट्रिक आम्लाशी अभिक्रिया: धातूंचे
नायट्रेट क्षार आणि आम्लाच्या सांद्रतेनुसार नायट्रोजनचे विविध ऑक्साइड (N₂O, NO,
NO₂) तयार होतात.
◦ इतर धातूंच्या क्षारांशी अभिक्रिया
(विस्थापन अभिक्रिया): एक अधिक क्रियाशील धातू कमी
क्रियाशील धातूला त्याच्या क्षार द्रावणातून विस्थापित करतो (उदा. Fe(s) +
CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s); हे दर्शवते की लोह तांब्यापेक्षा अधिक क्रियाशील आहे).
◦ विद्युतधन स्वरूप: धातू
विद्युतधन मूलद्रव्ये आहेत, म्हणजे ते सहजपणे इलेक्ट्रॉन
गमावून धन प्रभारित आयन तयार करतात.
• अधातूंचे रासायनिक गुणधर्म:
◦ ऑक्सिजनशी अभिक्रिया: अधातू
ऑक्सिजनशी संयोग करून आम्लधर्मी ऑक्साइड (उदा. C + O₂ →
CO₂) किंवा काही वेळा उदासीन ऑक्साइड (उदा. 2C + O₂ →
2CO) तयार करतात.
◦ पाण्याशी अभिक्रिया: साधारणतः, अधातू पाण्याशी
अभिक्रिया करत नाहीत, हॅलोजन्स अपवाद आहेत (उदा. क्लोरीन पाण्यात विरघळतो).
◦ विरल आम्लांशी अभिक्रिया: साधारणतः, अधातू विरल
आम्लांशी अभिक्रिया करत नाहीत, हॅलोजन्स अपवाद आहेत.
◦ हायड्रोजनशी अभिक्रिया: अधातू
विशिष्ट परिस्थितीत (तापमान, दाब, उत्प्रेरक) हायड्रोजनशी अभिक्रिया करतात.
• आयनिक संयुगे: विरुद्ध
प्रभारित धन आयन आणि ऋण आयन यांच्यातील
स्थिर विद्युत आकर्षणामुळे (आयनिक बंध) तयार होणारी संयुगे. ती विद्युतदृष्ट्या
उदासीन असतात.
◦ गुणधर्म: त्यांचे
द्रवणांक आणि उत्कलनांक साधारणतः उच्च असतात. चल
आयनांच्या उपस्थितीमुळे ते वितळलेल्या आणि विरघळलेल्या
अवस्थेत विद्युत वहन करतात.
• क्षरण (Corrosion): वातावरणातील
विविध घटकांशी अभिक्रियेमुळे धातूंचे हळूहळू होणारे नुकसान (उदा.
लोखंडाला गंज लागणे, तांब्याला कळकणे (हिरवा तांबे कार्बोनेटचा थर), चांदी
काळवंडणे (सिल्व्हर सल्फाइडचा थर)).
◦ क्षरण प्रतिबंध:
▪ रंग
लावणे/तेल लावणे/ग्रीसिंग करणे: हवा आणि आर्द्रतेपासून अडथळा
निर्माण करतो.
▪ जस्त विलेपन
(Galvanizing): लोखंड किंवा
पोलादावर जस्ताचा पातळ थर लावणे. जस्त लोखंडापेक्षा
अधिक विद्युतधन असल्याने ते प्रथम गंजते, ज्यामुळे लोखंडाचे संरक्षण होते.
▪ कथलीकरण (Tinning): धातूवर वितळलेल्या
कथिलचा थर चढवणे (उदा. तांब्याच्या/पितळेच्या भांड्यांवर
विषारी हिरवा थर तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी).
▪ धनाग्रीकरण
(Anodization): अॅल्युमिनियमसारख्या
धातूंवर विद्युत अपघटनाद्वारे जाड, संरक्षक ऑक्साइड थर तयार करणे.
▪ विद्युत
विलेपन (Electroplating): विद्युत अपघटना वापरून अधिक
क्रियाशील धातूवर कमी क्रियाशील धातूचा थर जमा करणे (उदा. चांदीचा मुलामा चढवलेले
चमचे, सोन्याचा
मुलामा चढवलेले दागिने).
▪ संमिश्रीकरण
(Alloying): धातू आणि
इतर धातू किंवा अधातूंच्या एकजिनसी मिश्रणाने संमिश्र
तयार करणे (उदा. ब्राँझ (90% तांबे, 10% कथिल), स्टेनलेस
स्टील (74% लोह, 18% क्रोमियम, 8% कार्बन)). संमिश्रे अनेकदा क्षरण रोधकात सुधारणा
दर्शवतात. ज्या
संमिश्रामध्ये एक धातू पारा असतो, त्याला पारदसंमिश्र
(Amalgam) म्हणतात.
Lesson 9: Carbon Compounds
English Notes
1. Bonds in Carbon Compounds
• Carbon compounds generally have lower melting
and boiling points compared to ionic compounds (below 300°C). This
indicates weak intermolecular attractive forces.
• Most carbon compounds are bad conductors of
electricity, suggesting they lack ionic bonds and do not produce ions.
• Carbon atoms form bonds to achieve the stable
electron configuration of nearby noble gases.
• Carbon's Valence Electrons: Carbon has 4
valence electrons.
◦ It does not lose all
four electrons to form C4+ cation because it requires too much energy and
the resulting C4+ would be unstable due to small size and high net charge.
◦ It does not accept
four electrons to form C4- anion because it requires too much energy to
overcome repulsion, and the C4- would be unstable due to small size, high net
charge, and difficulty for the nucleus (+6) to hold 10 electrons.
◦ Instead, carbon atoms
achieve stability by sharing their four valence electrons with other
atoms, forming covalent bonds. This allows both atoms to attain a noble
gas configuration without generating a net charge.
• Covalent Bond Representation:
◦ An electron-dot
structure shows valence electrons as dots or crosses within overlapping
circles (or without circles).
◦ A line structure
(structural formula) represents a covalent bond with a small line joining
the symbols of two atoms.
• Examples of Covalent Bonds:
◦ Hydrogen (H₂):
Single bond, sharing two electrons.
◦ Oxygen (O₂):
Double bond, sharing four electrons.
◦ Nitrogen (N₂):
Triple bond, sharing six electrons.
◦ Methane (CH₄):
Carbon forms four covalent bonds with four hydrogen atoms.
2. Carbon: A Versatile Element
• Carbon has unique properties that allow it to
form an extremely large number of compounds (around 10 million known).
• Catenation Power: Carbon atoms have the
unique ability to form strong covalent bonds with other carbon atoms,
leading to the formation of big molecules. These can be open chains
(straight or branched) or closed ring structures.
• Multiple Bonds: Carbon atoms can bond
together with one, two, or three covalent bonds (single, double, or
triple bonds), further increasing the variety of carbon compounds.
◦ Example: Ethane (single),
Ethene (double), Ethyne (triple).
• Tetravalency: Being tetravalent, one
carbon atom can form bonds with four other atoms (carbon or other
elements like O, N, S, halogens, P), creating diverse compounds.
• Isomerism: Carbon also exhibits isomerism,
where compounds have the same molecular formula but different structural
arrangements, contributing to the vast number of compounds.
3. Hydrocarbons: Saturated and Unsaturated
• Hydrocarbons: Compounds containing only
carbon and hydrogen. Methane (CH₄) is the smallest.
• Saturated Compounds (Alkanes):
◦ All valencies of atoms
are satisfied by single bonds.
◦ Examples: Ethane (C₂H₆),
Propane (C₃H₈).
• Unsaturated Compounds (Alkenes & Alkynes):
◦ Contain double bonds
(Alkenes) or triple bonds (Alkynes) between carbon atoms.
◦ Examples: Ethene (C₂H₄),
Ethyne (C₂H₂).
◦ Generally more
reactive than saturated compounds.
• Carbon Chain Structures:
◦ Straight Chains:
Carbon atoms joined sequentially (e.g., Methane, Ethane, Propane, Butane,
Pentane, Hexane, Heptane, Octane, Nonane, Decane).
◦ Branched Chains:
Carbon atoms forming branches off a main chain.
◦ Rings (Cyclic
Compounds): Carbon atoms form a closed ring (e.g., Cyclohexane C₆H₁₂).
• Aromatic Compounds: Cyclic unsaturated
hydrocarbons with alternating single and double bonds in a six-membered ring
structure (e.g., Benzene C₆H₆).
4. Functional Groups in Carbon Compounds
• Heteroatom: An atom of an element (e.g.,
halogens, oxygen, nitrogen, sulfur) that substitutes one or more hydrogen atoms
in a hydrocarbon chain.
• Functional Group: Heteroatoms or groups of
atoms containing heteroatoms that impart specific chemical properties to carbon
compounds, regardless of the carbon chain length.
• Examples of Functional Groups:
◦ Halogen (-X, e.g., -Cl,
-Br, -I).
◦ Alcohol (-OH).
◦ Aldehyde (-CHO).
◦ Ketone (-CO-).
◦ Carboxylic Acid (-COOH).
◦ Ether (-O-).
◦ Ester (-COO-).
◦ Amines (-NH₂).
5. Homologous Series
• A series of compounds with the same functional
group but sequentially increasing carbon chain length.
• Characteristics:
◦ Each successive member
differs by a methylene (-CH₂) unit.
◦ Molecular mass increases
by 14 u for each successive member.
◦ Chemical properties
are similar due to the same functional group.
◦ Physical properties (like
boiling point) show a gradation.
◦ All members can be
represented by a single general molecular formula (e.g., Alkanes:
CnH₂n+₂, Alkenes: CnH₂n, Alkynes: CnH₂n-₂).
6. IUPAC Nomenclature System
• International Union for Pure and Applied Chemistry
(IUPAC): Developed a logical system for naming carbon compounds based on
their structure, giving a unique name to each compound.
• Naming Units: Prefix - Parent - Suffix.
◦ Parent: Based on
the number of carbon atoms in the straight chain (e.g., propane for 3 carbons,
ethane for 2 carbons). For double bonds, 'ane' becomes 'ene'; for triple bonds,
'ane' becomes 'yne'.
◦ Suffix: Condensed
name of the functional group (e.g., -ol for alcohol, -al for aldehyde, -oic
acid for carboxylic acid, -one for ketone, -amine for amine). Replaces the 'e'
from the parent name.
◦ Prefix: For
halogens (e.g., -chloro, -bromo, -iodo).
• Numbering: Carbon atoms in the chain are
numbered to give the smallest possible number to the carbon carrying the
functional group (or to the functional group carbon itself for -CHO or -COOH).
7. Chemical Properties of Carbon Compounds
• Combustion:
◦ Hydrocarbons and most
carbon compounds burn in the presence of oxygen to release heat and
light, forming carbon dioxide (CO₂) and water (H₂O).
◦ Saturated compounds
typically burn with a clean blue flame.
◦ Unsaturated compounds
typically burn with a yellow flame and release black smoke (soot) due to
a higher proportion of carbon and incomplete combustion. Limited oxygen supply
can also cause saturated compounds to burn with a yellow flame.
• Oxidation:
◦ Carbon compounds can be
oxidized by oxidizing agents (oxidants) that provide oxygen (e.g.,
potassium permanganate, potassium dichromate).
◦ Example: Ethanol oxidized
to ethanoic acid by alkaline potassium permanganate.
• Addition Reactions:
◦ Occur when a carbon
compound combines with another compound to form a single product
containing all atoms from both reactants.
◦ Typical of unsaturated
compounds (those with multiple bonds) to form saturated compounds.
◦ Used as a test for
multiple bonds (e.g., bromine/iodine color disappearance).
◦ Hydrogenation:
Addition of hydrogen to unsaturated compounds in the presence of catalysts
(like platinum or nickel) to form saturated compounds. Used to convert
vegetable oils to Vanaspati ghee.
• Substitution Reactions:
◦ Example: Chlorination of
methane (CH₄) in sunlight. Hydrogen atoms are replaced by chlorine atoms, one
by one, forming multiple products like chloromethane, dichloromethane,
trichloromethane (chloroform), and tetrachloromethane (carbon tetrachloride).
8. Important Carbon Compounds: Ethanol and Ethanoic
Acid
• Ethanol (CH₃CH₂OH):
◦ Colorless liquid, boiling
point 78°C.
◦ Commonly called alcohol
or spirit.
◦ Soluble in water in all
proportions.
◦ Aqueous solution is neutral
to litmus paper.
◦ Pure ethanol (absolute
alcohol) is lethal if consumed in small quantities.
◦ Used as a solvent in
medicines (tincture iodine, cough mixtures, tonics).
◦ Denatured spirit:
Ethanol mixed with poisonous methanol and a blue dye to prevent misuse as a
commercial solvent.
◦ Chemical Properties:
▪ Reaction
with Sodium: Alcohols react with sodium metal to liberate hydrogen gas and
form sodium alkoxide salts (e.g., sodium ethoxide from ethanol).
▪ Dehydration
Reaction: Ethanol, when heated at 170°C with concentrated sulfuric acid (a
dehydrating agent), loses a water molecule to form ethene (an unsaturated
compound).
• Ethanoic Acid (CH₃COOH):
◦ Colorless liquid, boiling
point 118°C.
◦ Commonly known as acetic
acid.
◦ Aqueous solution is acidic
(turns blue litmus red).
◦ Vinegar: 5-8%
aqueous solution of acetic acid, used as a preservative.
◦ Glacial Acetic Acid:
Pure ethanoic acid, which freezes at 17°C (room temperature in cold countries),
resembling ice.
◦ Chemical Properties:
▪ Reaction
with Strong Base: Neutralization reaction with strong bases like sodium
hydroxide to form a salt (e.g., sodium ethanoate) and water.
▪ Reaction
with Carbonate and Bicarbonate: Reacts with basic salts like sodium
carbonate or bicarbonate to produce a salt (sodium ethanoate), water, and carbon
dioxide (CO₂) gas (which turns lime water milky).
▪ Esterification
Reaction: Reaction between a carboxylic acid (ethanoic acid) and an alcohol
(ethanol) in the presence of an acid catalyst to form an ester (ethyl
ethanoate) and water. Esters have sweet odors and are used in fragrances
and flavoring agents.
▪ Saponification
Reaction: When an ester reacts with an alkali (like sodium hydroxide), the
corresponding alcohol and carboxylic acid (as its sodium salt) are obtained
back. This reaction is used for soap preparation from fats.
9. Macromolecules and Polymers
• Macromolecules: Giant carbon molecules
formed from hundreds of thousands of atoms, with very high molecular masses (up
to 10¹² u).
• Polymers: Macromolecules formed by the regular
repetition of small units.
• Monomer: The small unit that repeats
regularly to form a polymer.
• Polymerization: The reaction process by
which monomer molecules are converted into a polymer.
• Types:
◦ Homopolymers:
Formed from the repetition of a single type of monomer (e.g., Polyethylene from
ethylene monomers).
◦ Copolymers: Formed
from two or more different types of monomers (e.g., PET).
• Occurrence:
◦ Natural Polymers:
Polysaccharides (starch, cellulose from glucose), Proteins (from α-amino
acids), DNA/RNA (from nucleotides), Rubber (from isoprene). These are
fundamental to living organisms.
◦ Man-made Polymers:
Developed to find alternatives to natural materials (e.g., synthetic fibers
like nylon, rayon; elastomers; plastics like polyethylene).
मराठी नोट्स
1. कार्बनी संयुगांमधील बंध
• कमी द्रवणांक व उत्कलनांक: कार्बनी संयुगांचे द्रवणांक व उत्कलनांक आयनिक संयुगांच्या तुलनेत कमी (300°C पेक्षा कमी) असतात. यामुळे त्यांच्यातील आंतररेणुकीय आकर्षण बल कमी असते.
• विद्युत दुर्वाहक: बहुतेक कार्बनी संयुगे विद्युत दुर्वाहक असतात, म्हणजे त्यांच्यात आयनिक बंध नसतात.
• कार्बन अणूची संयुजा (Valency): कार्बन अणूच्या बाह्य कवचात 4 इलेक्ट्रॉन असतात.
◦ इलेक्ट्रॉन गमावणे नाही: कार्बन 4 इलेक्ट्रॉन गमावून C4+ धन आयन बनवत नाही, कारण यासाठी जास्त ऊर्जा लागते आणि उच्च धनप्रभारामुळे तो अस्थिर होतो.
◦ इलेक्ट्रॉन स्वीकारणे नाही: कार्बन 4 इलेक्ट्रॉन स्वीकारून C4- ऋण आयन बनवत नाही, कारण यासाठी प्रतिकर्षण बलावर मात करण्यासाठी जास्त ऊर्जा लागते आणि तो अस्थिर होतो.
◦ इलेक्ट्रॉनचे संदान (Sharing): कार्बन अणू राजवायूंचे स्थायी इलेक्ट्रॉन संरूपण मिळवण्यासाठी 4 संयुजा इलेक्ट्रॉन इतर अणूंबरोबर संदान करतात, ज्यामुळे सहसंयुज बंध (Covalent
bonds) तयार होतात. यामुळे अणू विद्युतदृष्ट्या उदासीन राहतात.
• सहसंयुज बंधाचे रेखाटन:
◦ इलेक्ट्रॉन-ठिपका संरचना (Electron-dot
structure): यात संयुजा इलेक्ट्रॉन ठिपके किंवा फुलीने दर्शवतात. दोन अणूंच्या संज्ञेभोवतीची वर्तुळे एकमेकांना छेदतात असे दाखवतात.
◦ रेषा संरचना (Line
structure/Structural formula): दोन अणूंच्या संज्ञा जोडणाऱ्या एका छोट्या रेषेने सहसंयुज बंध दर्शवतात.
• उदाहरणे:
◦ हायड्रोजन (H₂): दोन हायड्रोजन अणूंमध्ये एकेरी बंध (एक सहसंयुज बंध) असतो.
◦ ऑक्सिजन (O₂): दोन ऑक्सिजन अणूंमध्ये दुहेरी बंध (दोन सहसंयुज बंध) असतो.
◦ नायट्रोजन (N₂): दोन नायट्रोजन अणूंमध्ये तिहेरी बंध (तीन सहसंयुज बंध) असतो.
◦ मिथेन (CH₄): कार्बन अणू चार हायड्रोजन अणूंशी चार सहसंयुज बंध तयार करतो.
2. कार्बन : एक आगळेवेगळे मूलद्रव्य
• कार्बनची वैशिष्ट्यपूर्ण क्षमता त्याला मोठ्या संख्येने संयुगे (सुमारे 10 दशलक्ष) बनवण्यास मदत करते.
• कॅटेनेशन शक्ती (Catenation
power): कार्बन अणूंमध्ये इतर कार्बन अणूंबरोबर मजबूत सहसंयुज बंध तयार करण्याची अद्वितीय क्षमता असते, ज्यामुळे मोठे रेणू तयार होतात. यात सरळ शृंखला, शाखीय शृंखला किंवा वलय (Ring
structure) असू शकतात.
• बहुबंध तयार करण्याची क्षमता: कार्बन अणू एकमेकांबरोबर एकेरी, दुहेरी किंवा तिहेरी बंध तयार करू शकतात, ज्यामुळे कार्बन संयुगांची संख्या वाढते.
◦ उदा. इथेन (एकेरी), इथेन (दुहेरी), इथाइन (तिहेरी).
• चतुःसंयुजा (Tetravalency): एक कार्बन अणू चार इतर अणूंशी (कार्बन किंवा O, N, S, हॅलोजन, P यांसारख्या इतर मूलद्रव्यांशी) बंध तयार करू शकतो, ज्यामुळे विविध प्रकारची संयुगे तयार होतात.
• समघटकता (Isomerism): कार्बनमध्ये समघटकता हे वैशिष्ट्य आढळते, ज्यामुळे एकाच रेणुसूत्राची अनेक भिन्न रचनासूत्रे असलेली संयुगे तयार होतात.
3. हायड्रोकार्बन : संपृक्त व असंपृक्त
• हायड्रोकार्बन (Hydrocarbons): केवळ कार्बन आणि हायड्रोजन या दोन मूलद्रव्यांनी बनलेली संयुगे. मिथेन (CH₄) हे सर्वात लहान हायड्रोकार्बन आहे.
• संपृक्त संयुगे (Saturated
Compounds/Alkanes):
◦ ज्यांच्यामध्ये अणूंच्या सर्व संयुजा एकेरी बंधांनी पूर्ण झालेल्या असतात.
◦ उदा. इथेन (C₂H₆), प्रोपेन (C₃H₈).
• असंपृक्त संयुगे (Unsaturated
Compounds/Alkenes & Alkynes):
◦ दोन कार्बन अणूंमध्ये दुहेरी बंध (अल्कीन) किंवा तिहेरी बंध (अल्काइन) असतात.
◦ उदा. इथेन (C₂H₄), इथाइन (C₂H₂).
◦ सामान्यतः, संपृक्त संयुगांपेक्षा अधिक अभिक्रियाशील असतात.
• कार्बन साखळी संरचना:
◦ सरळ शृंखला (Straight
Chains): कार्बन अणू एकमेकांना जोडून सरळ ओळीत असतात.
◦ शाखीय शृंखला (Branched
Chains): कार्बन अणू मुख्य साखळीला शाखा म्हणून जोडलेले असतात.
◦ वलये (Rings/Cyclic
Compounds): कार्बन अणूंच्या बद्ध शृंखला, वलये तयार करतात. उदा. सायक्लोहेक्झेन (C₆H₁₂).
• ॲरोमॅटिक संयुगे (Aromatic
Compounds): बेंझीनसारख्या (C₆H₆) संरचनेत सहा कार्बन अणूंचे वलय असते, ज्यात एकाआड एक असे तीन दुहेरी बंध असतात. ही वैशिष्ट्यपूर्ण एकक संरचना असलेल्या संयुगांना ॲरोमॅटिक संयुगे म्हणतात.
4. कार्बनी संयुगांमधील क्रियात्मक गट
• विषम अणू (Heteroatom): हायड्रोकार्बन साखळीतील एक किंवा अधिक हायड्रोजन अणूंच्या जागी येणारा मूलद्रव्याचा अणू (उदा. हॅलोजन, ऑक्सिजन, नायट्रोजन, गंधक).
• क्रियात्मक गट (Functional
Group): विषम अणू किंवा विषम अणूंनी युक्त असे अणुगट, जे त्या संयुगाला विशिष्ट रासायनिक गुणधर्म देतात.
• क्रियात्मक गटांची उदाहरणे:
◦ हॅलोजन (क्लोरो, ब्रोमो, आयोडो) (-X).
◦ ॲल्कोहोल (-OH).
◦ ॲल्डिहाइड (-CHO).
◦ कीटोन (-CO-).
◦ कार्बोक्सिलिक ॲसिड (-COOH).
◦ ईथर (-O-).
◦ ईस्टर (-COO-).
◦ ॲमिन (-NH₂).
5. समजातीय श्रेणी (Homologous
Series)
• एकाच क्रियात्मक गटाच्या संयुगांची श्रेणी, ज्यांच्या कार्बन साखळीची लांबी क्रमिकपणे वाढत जाते.
• वैशिष्ट्ये:
◦ प्रत्येक पुढील सदस्य एक मेथिलीन (-CH₂) एककाने वाढतो.
◦ रेणुवस्तुमानात प्रत्येक पुढील सदस्यासाठी 14u ची वाढ होते.
◦ एकाच क्रियात्मक गट असल्यामुळे रासायनिक गुणधर्मांमध्ये साधर्म्य आढळते.
◦ भौतिक गुणधर्मांमध्ये (उदा. उत्कलनांक) प्रवणता (Gradation) दिसून येते.
◦ या श्रेणीतील सर्व सदस्यांना एकाच सामान्य रेणुसूत्राने दर्शवता येते (उदा. अल्केन: CnH₂n+₂, अल्कीन: CnH₂n, अल्काइन: CnH₂n-₂).
6. आय.यू.पी.ए.सी. नामकरण पद्धती (IUPAC
Nomenclature System)
• आंतरराष्ट्रीय शुद्ध व उपयोजित रसायनशास्त्र संघ (IUPAC): कार्बन संयुगांच्या रचनेवर आधारित नामकरण पद्धती विकसित केली, ज्यामुळे प्रत्येक संयुगाला एक अद्वितीय नाव मिळते.
• नावाचे घटक: उपसर्ग (Prefix) -
जनक (Parent) -
प्रत्यय (Suffix).
◦ जनक (Parent): सरळ शृंखलेतील कार्बन अणूंच्या संख्येनुसार (उदा. प्रोपेन - 3 कार्बन, इथेन - 2 कार्बन). दुहेरी बंध असल्यास ‘ane’ ऐवजी ‘ene’, तिहेरी बंध असल्यास ‘yne’.
◦ प्रत्यय (Suffix): क्रियात्मक गटाचे संक्षिप्त नाव (उदा. -ऑल (alcohol),
-आल (aldehyde), -ओइक ॲसिड (carboxylic
acid), -ओन (ketone), -अमिन (amine)). जनकाच्या नावातील शेवटचा 'e' काढून त्याऐवजी प्रत्यय जोडतात.
◦ उपसर्ग (Prefix): हॅलोजनसाठी (उदा. क्लोरो, ब्रोमो, आयोडो).
• अंकन (Numbering): कार्बन शृंखलेतील कार्बन अणूंना एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकापर्यंत अंक देतात. क्रियात्मक गट असलेल्या कार्बनला लहान अंक मिळेल अशा प्रकारे अंकन करतात.
7. कार्बनी संयुगांचे रासायनिक गुणधर्म
• ज्वलन (Combustion):
◦ हायड्रोकार्बन आणि बहुतेक कार्बनी संयुगे ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत पेटवल्यावर उष्णता आणि प्रकाश बाहेर टाकतात, आणि कार्बन डायऑक्साइड (CO₂) व पाणी (H₂O) तयार होतात.
◦ संपृक्त कार्बनी संयुगे सामान्यतः स्वच्छ निळ्या ज्योतीने जळतात.
◦ असंपृक्त कार्बनी संयुगे सामान्यतः पिवळ्या ज्योतीने जळतात आणि काळा धूर (काजळी) सोडतात, कारण त्यात कार्बनचे प्रमाण जास्त असते आणि अपूर्ण ज्वलन होते. ऑक्सिजनचा पुरवठा मर्यादित असल्यास संपृक्त संयुगेही पिवळ्या ज्योतीने जळू शकतात.
• ऑक्सिडीकरण (Oxidation):
◦ कार्बनी संयुगांचे ऑक्सिडक (Oxidizing
agents) (जे ऑक्सिजन पुरवतात, उदा. पोटॅशिअम परमँगनेट, पोटॅशिअम डायक्रोमेट) द्वारे ऑक्सिडीकरण होते.
◦ उदा. इथेनॉलचे अल्कधर्मी पोटॅशिअम परमँगनेटद्वारे इथेनोइक ॲसिडमध्ये ऑक्सिडीकरण.
• समावेशन अभिक्रिया (Addition
Reactions):
◦ जेव्हा एक कार्बनी संयुग दुसऱ्या संयुगाबरोबर संयोग पावते आणि एकच उत्पादित तयार होते ज्यात दोन्ही अभिक्रियाकारकांमधील सर्व अणू समाविष्ट असतात.
◦ हे असंपृक्त संयुगांचे वैशिष्ट्य आहे, ज्यामुळे ते संपृक्त संयुगांमध्ये रूपांतरित होतात.
◦ हे संयुगातील बहुबंध शोधण्यासाठी एक चाचणी म्हणून वापरले जाते (उदा. ब्रोमिन/आयोडिनचा रंग नाहीसा होणे).
◦ हायड्रोजनीकरण (Hydrogenation): उत्प्रेरकांच्या (उदा. प्लॅटिनम किंवा निकेल) उपस्थितीत असंपृक्त संयुगांमध्ये हायड्रोजनचा समावेश होऊन संपृक्त संयुग तयार होते. याचा उपयोग वनस्पती तेलांपासून वनस्पती तूप तयार करण्यासाठी होतो.
• प्रतिस्थापन अभिक्रिया (Substitution
Reactions):
◦ उदा. मिथेनचे क्लोरिनीकरण (सूर्यप्रकाशात). हायड्रोजन अणूंच्या जागी क्लोरीन अणू येतात, ज्यामुळे क्लोरोमिथेन, डायक्लोरोमिथेन, ट्रायक्लोरोमिथेन (क्लोरोफॉर्म) आणि टेट्राक्लोरोमिथेन (कार्बन टेट्राक्लोराइड) सारखी अनेक उत्पादने तयार होतात.
8. महत्त्वाची कार्बनी संयुगे : इथेनॉल व इथेनोइक ॲसिड
• इथेनॉल (Ethanol -
CH₃CH₂OH):
◦ रंगहीन द्रव, उत्कलनांक 78°C.
◦ सामान्यतः ॲल्कोहोल किंवा स्पिरिट म्हणतात.
◦ पाण्यात सर्व प्रमाणात विद्राव्य.
◦ त्याचे जलीय द्रावण लिटमस पेपरसाठी उदासीन असते.
◦ शुद्ध इथेनॉल (ॲब्सोल्यूट ॲल्कोहोल) कमी प्रमाणात सेवन केल्यास प्राणघातक ठरू शकते.
◦ औषधांमध्ये (टिंक्चर आयोडिन, कफ सिरप, टॉनिक्स) विद्रावक म्हणून वापरले जाते.
◦ विकृत स्पिरिट (Denatured
spirit): इथेनॉलमध्ये विषारी मेथनॉल आणि निळा रंग मिसळून त्याचा व्यावसायिक गैरवापर टाळण्यासाठी वापरतात.
◦ रासायनिक गुणधर्म:
▪ सोडियमबरोबर अभिक्रिया: ॲल्कोहोल सोडियम धातूबरोबर अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू मुक्त करतात आणि सोडियम ॲल्कॉक्साइड क्षार तयार करतात (उदा. इथेनॉलपासून सोडियम इथॉक्साइड).
▪ निर्जलीकरण अभिक्रिया (Dehydration
reaction): इथेनॉलला 170°C तापमानाला संहत सल्फ्युरिक ॲसिड (निर्जलीकरण करणारे अभिकार्य) सोबत तापवल्यास, त्याच्या रेणूमधून पाण्याचा एक रेणू बाहेर काढला जातो आणि इथेन (असंपृक्त संयुग) तयार होते.
• इथेनोइक ॲसिड (Ethanoic
Acid - CH₃COOH):
◦ रंगहीन द्रव, उत्कलनांक 118°C.
◦ सामान्यतः ॲसेटिक ॲसिड म्हणतात.
◦ जलीय द्रावण आम्लधर्मी असते (निळ्या लिटमसला लाल करते).
◦ व्हिनेगर (Vinegar): ॲसेटिक ॲसिडचे 5-8% जलीय द्रावण, जे लोणच्यात परिरक्षक म्हणून वापरतात.
◦ ग्लेशिअल ॲसेटिक ॲसिड (Glacial
acetic acid): शुद्ध इथेनोइक ॲसिड, जे 17°C ला (थंड देशांमध्ये कक्ष तापमानालाच) गोठते आणि बर्फासारखे दिसते.
◦ रासायनिक गुणधर्म:
▪ आम्लारीबरोबर अभिक्रिया: सोडियम हायड्रॉक्साइडसारख्या तीव्र आम्लारीबरोबर उदासीनीकरण अभिक्रिया देऊन क्षार (उदा. सोडियम इथॅनोएट) आणि पाणी तयार होते.
▪ कार्बोनेट व बायकार्बोनेटबरोबर अभिक्रिया: सोडियम कार्बोनेट किंवा बायकार्बोनेटसारख्या आम्लारीधर्मी क्षारांबरोबर अभिक्रिया करून क्षार (सोडियम इथॅनोएट), पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइड (CO₂) वायू तयार होतो (जो चुन्याची निवळी दुधी करतो).
▪ ईस्टरीकरण अभिक्रिया (Esterification
Reaction): आम्ल उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत कार्बोक्सिलिक ॲसिड (इथेनोइक ॲसिड) आणि ॲल्कोहोल (इथेनॉल) यांच्यात अभिक्रिया होऊन ईस्टर (इथिल इथॅनोएट) आणि पाणी तयार होते. ईस्टरना गोड वास येतो आणि ते सुगंध व स्वादक म्हणून वापरले जातात.
▪ सॅपोनिफिकेशन अभिक्रिया (Saponification
Reaction): जेव्हा ईस्टरची आम्लारीबरोबर (उदा. सोडियम हायड्रॉक्साइड) अभिक्रिया होते, तेव्हा संबंधित ॲल्कोहोल आणि कार्बोक्सिलिक ॲसिड (त्याच्या सोडियम क्षाराच्या स्वरूपात) परत मिळतात. ही अभिक्रिया मेदांपासून साबण तयार करण्यासाठी वापरली जाते.
9. महारेणू व बहुवारिके (Macromolecules
and Polymers)
• महाररेणू (Macromolecules): लाखो अणूंनी बनलेले प्रचंड कार्बनी रेणू, ज्यांचे रेणुवस्तुमान खूप जास्त (10¹²u पर्यंत) असते.
• बहुवारिक (Polymer): लहान घटकांच्या नियमित पुनरावृत्तीने बनलेले महारेणू.
• एकवारिक (Monomer): बहुवारिक तयार होण्यासाठी नियमितपणे पुनरावृत्ती होणारा लहान घटक.
• बहुवारिकीकरण (Polymerization): एकवारिक रेणूंपासून बहुवारिक तयार होण्याची अभिक्रिया.
• प्रकार:
◦ समबहुवारिक (Homopolymers): एकाच प्रकारच्या एकवारिकांच्या पुनरावृत्तीने बनलेले (उदा. पॉलिइथिलीन, इथिलीन एकवारिकांपासून).
◦ सहबहुवारिक (Copolymers): दोन किंवा अधिक भिन्न प्रकारच्या एकवारिकांपासून बनलेले (उदा. PET).
• आढळ:
◦ नैसर्गिक बहुवारिके (Natural
Polymers): पॉलिसॅकॅराइड्स (स्टार्च, सेल्युलोज - ग्लुकोजपासून), प्रोटीन्स (α-ॲमिनो ॲसिडपासून), DNA/RNA
(न्यूक्लिओटाइडपासून), रबर (आयसोप्रीनपासून). हे सजीवांचे मूलभूत घटक आहेत.
◦ मानवनिर्मित बहुवारिके (Man-made
Polymers): नैसर्गिक पदार्थांना पर्याय म्हणून प्रयोगशाळेत आणि कारखान्यात विकसित केलेले (उदा. नायॉन, रेयॉनसारखे कृत्रिम धागे; इलास्टोमर; पॉलिइथिलीनसारखे प्लॅस्टिक)
Lesson 10: Space Missions (अवकाश मोहिमा)
English Notes:
• Categories of Space Missions:
1. Missions involving the
placement of artificial satellites in Earth's orbit for research and
various applications.
2. Missions that send spacecrafts
to outer space for close observation and understanding of objects within or
even outside our solar system.
• Pioneers in Space Exploration:
◦ Yuri Gagarin (USSR,
1961): The first person to go into space and orbit the Earth.
◦ Neil Armstrong (USA,
1969): The first human to step on the Moon.
◦ Rakesh Sharma (India,
1984): The first Indian to orbit the Earth in a Russian spacecraft.
◦ Kalpana Chawla and
Sunita Williams (Indian origin, NASA): Participated in significant space
explorations.
• Need and Importance of Space Missions:
◦ They have transformed the
world into a "global village" through instant communication
(cell phones, TV, internet).
◦ Enable advance alerts
about natural calamities.
◦ Provide information for security
aspects (aerial surveillance) and exploration of natural resources
(fossil reserves, minerals).
◦ Space technology is now
an inevitable part of national development.
• Artificial Satellites:
◦ Man-made objects designed
to revolve around the Earth or other planets in fixed orbits.
◦ The first artificial
satellite was Sputnik, launched by the Soviet Union in 1957.
◦ They are primarily powered
by solar energy through solar photovoltaic panels.
◦ Equipped with instruments
to receive and transmit signals from and to Earth.
• Classification of Artificial Satellites (based
on Function):
◦ Weather Satellite:
For studying and predicting weather (e.g., INSAT, GSAT series; launched by
GSLV).
◦ Communication
Satellite: To establish communication between different locations globally
using specific waves (e.g., INSAT, GSAT series; launched by GSLV).
◦ Broadcast Satellite:
For telecasting television programs (e.g., INSAT, GSAT series; launched by
GSLV).
◦ Navigational
Satellite: To determine the precise latitude and longitude (location) of
any place on Earth's surface (e.g., IRNSS series; launched by PSLV).
◦ Military Satellite:
For collecting information related to security aspects.
◦ Earth Observation
Satellite: For studying Earth's surface, forests, deserts, oceans, polar
ice, natural resource management, and disaster observation/guidance (e.g., IRS
series; launched by PSLV).
• Orbits of Artificial Satellites:
◦ Satellites are launched
to a specific height and given a specific tangential velocity (orbital
velocity, v_c) to enter orbit.
◦ The orbital velocity is
given by v_c = √(GM/(R+h)), where G is the gravitational constant, M is Earth's
mass, R is Earth's radius, and h is the orbit's height from the surface.
◦ Classification by
Height above Earth's Surface:
▪ High
Earth Orbits (HEO): Above 35780 km. Geostationary satellites are a
type of HEO at approximately 35780 km. They orbit Earth once every 24 hours,
appearing stationary from Earth's surface. Used for weather, communication, and
broadcasting. They are not useful for polar regions due to their
position above the equator.
▪ Medium
Earth Orbits (MEO): Between 2000 km and 35780 km. Used for navigational
satellites (e.g., IRNSS).
▪ Low
Earth Orbits (LEO): Between 180 km and 2000 km. Used for Earth observation
(IRS) and scientific experiments (e.g., Swayam, a satellite launched by COEP
students, orbited at 515 km).
• Satellite Launch Vehicles:
◦ These are used to place
satellites into their specific orbits.
◦ Most launch vehicles are multi-stage,
meaning they consist of two or more stages. This is beneficial because as each
stage's fuel is exhausted, the empty tank and engine are detached, reducing the
vehicle's weight. This allows the subsequent stages to achieve higher speeds.
◦ PSLV (Polar Satellite
Launch Vehicle) and GSLV (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle)
are two important launchers developed by ISRO (Indian Space Research
Organization).
• Space Missions Away from Earth:
◦ These missions aim to
gain more knowledge about the universe, including the creation and evolution of
our solar system.
◦ Moon Missions:
▪
The Soviet Union's Luna series (1959-1976) included unmanned spacecrafts
that studied the Moon's chemistry, gravity, and collected samples. Luna 2 was
the first to reach the Moon's vicinity.
▪
America's Apollo missions (1962-1972) included manned missions, with
Neil Armstrong becoming the first human to walk on the Moon in 1969.
▪ Chandrayaan-1
(ISRO, India, 2008): Successfully orbited the Moon and sent back useful
information. Its most important discovery was the presence of water on the
Moon's surface, a finding India was the first to make.
◦ Mars Missions:
▪
Mars missions are difficult, with about half being unsuccessful.
▪ Mangalyaan
(ISRO, India, 2013): Launched with minimum expenses, it successfully
entered Mars' orbit in September 2014 and provided useful information about its
surface and atmosphere.
• Space Debris and its Management:
◦ This includes
non-functional satellites, detached parts of launch vehicles, and fragments
from collisions.
◦ It poses a significant
threat to operational artificial satellites and future space launches,
increasing daily.
◦ Management of space
debris is crucial, and studies and experiments are ongoing to find solutions.
• India and Space Technology:
◦ India has made remarkable
progress in the science and technology of launch vehicles, developing various
types of launchers for satellites up to 2500 kg.
◦ Indian space efforts have
significantly contributed to national and social development through various
satellite series:
▪ INSAT
and GSAT series: Active in telecommunication, television broadcasting, and
meteorological services. EDUSAT in this series is specifically for education.
▪ IRS
series: Used for monitoring and management of natural resources and
disaster management.
▪ IRNSS
series: Established for precisely locating any place on Earth's surface in
terms of latitude and longitude.
◦ Vikram Sarabhai is
considered the father of the Indian space program and was instrumental
in establishing key institutions like Physical Research Laboratory (PRL),
Indian National Committee for Space Research, and ISRO. India's first
satellite, 'Aryabhatta', was launched through his efforts.
Marathi Notes:
• अवकाश मोहिमांचे प्रकार:
1. संशोधन आणि विविध उपयोगांसाठी
पृथ्वीच्या कक्षेत कृत्रिम उपग्रह स्थापित
करण्याच्या मोहिमा.
2. सूर्यमालेतील किंवा त्यापलीकडील वस्तूंच्या
जवळून निरीक्षणासाठी आणि अभ्यासासाठी अवकाशयाने बाह्य अवकाशात पाठवणाऱ्या
मोहिमा.
• अवकाश संशोधनातील आद्यप्रवर्तक:
◦ यूरी गागारीन (सोव्हिएत युनियन, 1961): अवकाशात
जाणारे आणि पृथ्वीभोवती प्रदक्षिणा करणारे पहिले व्यक्ती.
◦ नील आर्मस्ट्राँग (अमेरिका, 1969): चंद्रावर
पाऊल ठेवणारे पहिले मानव.
◦ राकेश शर्मा (भारत, 1984): रशियन
अवकाशयानात पृथ्वीभोवती प्रदक्षिणा करणारे पहिले भारतीय.
◦ कल्पना चावला आणि सुनीता विल्यम्स
(भारतीय वंशाच्या, नासा): महत्त्वाच्या अवकाश मोहिमांमध्ये
सहभागी.
• अवकाश मोहिमांची गरज आणि महत्त्व:
◦ त्यांनी जगाला "जागतिक
गाव" मध्ये रूपांतरित केले आहे, ज्यामुळे तत्काळ
दळणवळण शक्य झाले (सेलफोन, टीव्ही, इंटरनेट).
◦ नैसर्गिक आपत्त्यांबद्दल आगाऊ
सूचना मिळण्यास मदत होते.
◦ सुरक्षेच्या दृष्टिकोनातून (हवाई पाळत
ठेवणे) आणि नैसर्गिक संसाधनांच्या (जीवाश्म
साठे, खनिजे) अन्वेषणासाठी माहिती
पुरवते.
◦ अवकाश तंत्रज्ञान आता राष्ट्रीय
विकासाचा अविभाज्य भाग आहे.
• कृत्रिम उपग्रह:
◦ मानवनिर्मित वस्तू ज्या
पृथ्वीभोवती किंवा इतर ग्रहांभोवती निश्चित कक्षांमध्ये फिरण्यासाठी तयार केल्या
जातात.
◦ पहिला कृत्रिम उपग्रह स्पुटनिक होता, जो 1957 मध्ये
सोव्हिएत युनियनने प्रक्षेपित केला.
◦ ते प्रामुख्याने सौर ऊर्जेवर (सौर
फोटोव्होल्टेइक पॅनेलद्वारे) चालतात.
◦ पृथ्वीवरून आणि पृथ्वीकडे सिग्नल
प्राप्त आणि प्रक्षेपित करण्यासाठी उपकरणांनी सुसज्ज असतात.
• कृत्रिम उपग्रहांचे वर्गीकरण (कार्यानुसार):
◦ हवामान उपग्रह: हवामानाचा
अभ्यास आणि अंदाज वर्तवण्यासाठी (उदा. इनसॅट (INSAT), जीसॅट (GSAT) मालिका; जीएसएलव्ही
(GSLV) द्वारे
प्रक्षेपित).
◦ दळणवळण उपग्रह: विशिष्ट
लहरी वापरून जागतिक स्तरावर वेगवेगळ्या ठिकाणांदरम्यान दळणवळण स्थापित करण्यासाठी
(उदा. इनसॅट, जीसॅट मालिका; जीएसएलव्ही द्वारे प्रक्षेपित).
◦ प्रक्षेपण उपग्रह (Broadcast
Satellite): दूरचित्रवाणी कार्यक्रम प्रक्षेपित करण्यासाठी (उदा.
इनसॅट, जीसॅट
मालिका; जीएसएलव्ही
द्वारे प्रक्षेपित).
◦ दिशादर्शक उपग्रह: पृथ्वीच्या
पृष्ठभागावरील कोणत्याही ठिकाणाचे अचूक अक्षांश आणि रेखांश (स्थान) निश्चित
करण्यासाठी (उदा. आयआरएनएसएस (IRNSS) मालिका; पीएसएलव्ही (PSLV) द्वारे
प्रक्षेपित).
◦ सैनिकी उपग्रह: सुरक्षेशी
संबंधित माहिती गोळा करण्यासाठी.
◦ पृथ्वी-निरीक्षक उपग्रह: पृथ्वीच्या
पृष्ठभागाचा, जंगलांचा, वाळवंटांचा, महासागरांचा, ध्रुवीय
बर्फाचा अभ्यास, नैसर्गिक संसाधनांचे व्यवस्थापन आणि आपत्कालीन निरीक्षण/मार्गदर्शन यासाठी
(उदा. आयआरएस (IRS) मालिका; पीएसएलव्ही द्वारे प्रक्षेपित).
• कृत्रिम उपग्रहांच्या कक्षा:
◦ उपग्रह विशिष्ट उंचीवर प्रक्षेपित
केले जातात आणि त्यांना कक्षेत प्रवेश करण्यासाठी विशिष्ट स्पर्शिक वेग (कक्षीय
वेग, vc) दिला जातो.
◦ कक्षीय वेग vc
= √(GM/(R+h)) या सूत्राने दिला जातो, जिथे G हा गुरुत्वीय स्थिरांक, M पृथ्वीचे
वस्तुमान, R पृथ्वीची
त्रिज्या, आणि h कक्षेची
पृष्ठभागापासूनची उंची आहे.
◦ पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून
उंचीनुसार वर्गीकरण:
▪ उच्च पृथ्वी
कक्षा (HEO): 35780 किमी पेक्षा जास्त उंचीवर. भूस्थिर
उपग्रह हे एचईओ (HEO) चा एक प्रकार आहे, जे अंदाजे 35780 किमी उंचीवर
असतात. ते दर 24 तासांनी पृथ्वीभोवती एक प्रदक्षिणा पूर्ण करतात, ज्यामुळे ते
पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरून स्थिर दिसतात. हवामान, दळणवळण आणि प्रक्षेपण यासाठी
वापरले जातात. ते विषुववृत्ताच्या वर असल्यामुळे ध्रुवीय प्रदेशांसाठी उपयुक्त
नाहीत.
▪ मध्यम
पृथ्वी कक्षा (MEO): 2000 किमी आणि 35780 किमी
दरम्यान. दिशादर्शक उपग्रहांसाठी वापरले
जातात (उदा. आयआरएनएसएस (IRNSS)).
▪ निम्न
पृथ्वी कक्षा (LEO): 180 किमी आणि 2000 किमी
दरम्यान. पृथ्वी निरीक्षण (आयआरएस (IRS)) आणि वैज्ञानिक प्रयोगांसाठी वापरले
जातात (उदा. सीओईपी (COEP) च्या विद्यार्थ्यांनी प्रक्षेपित केलेला 'स्वयम्' उपग्रह 515 किमी उंचीवर
फिरला).
• उपग्रह प्रक्षेपक वाहने:
◦ उपग्रहांना त्यांच्या विशिष्ट
कक्षांमध्ये ठेवण्यासाठी यांचा उपयोग होतो.
◦ बहुतेक प्रक्षेपक वाहने बहु-टप्प्यांची असतात, म्हणजे
त्यात दोन किंवा अधिक टप्पे असतात. हे फायदेशीर आहे कारण प्रत्येक टप्प्यातील इंधन
संपल्यावर, रिकामी टाकी आणि इंजिन वेगळे केले जातात, ज्यामुळे वाहनाचे वजन कमी होते.
यामुळे पुढील टप्प्यांना अधिक वेग प्राप्त करण्यास मदत होते.
◦ पीएसएलव्ही (ध्रुवीय उपग्रह
प्रक्षेपण वाहन) आणि जीएसएलव्ही (भूस्थिर उपग्रह
प्रक्षेपण वाहन) हे इस्रो (भारतीय अवकाश संशोधन
संस्था) द्वारे विकसित केलेले दोन महत्त्वाचे प्रक्षेपक आहेत.
• पृथ्वीपासून दूरच्या अवकाश मोहिमा:
◦ या मोहिमांचे उद्दीष्ट विश्वाविषयी, तसेच आपल्या
सूर्यमालेची निर्मिती आणि उत्क्रांती याबद्दल अधिक ज्ञान मिळवणे आहे.
◦ चंद्र मोहिमा:
▪ सोव्हिएत
युनियनच्या लूना मालिकेत (1959-1976) मानवरहित
अवकाशयाने होती ज्यांनी चंद्राचे रसायनशास्त्र, गुरुत्वाकर्षण अभ्यासले आणि नमुने
गोळा केले. लूना 2 हे चंद्राच्या जवळ पोहोचलेले पहिले यान होते.
▪ अमेरिकेच्या अपोलो
मोहिमांमध्ये (1962-1972) मानवी मोहिमांचा समावेश होता, ज्यात 1969 मध्ये नील
आर्मस्ट्राँग चंद्रावर पाऊल ठेवणारे पहिले मानव ठरले.
▪ चंद्रयान-1 (इस्रो, भारत, 2008): चंद्राभोवती
यशस्वीपणे प्रदक्षिणा घातली आणि उपयुक्त माहिती पाठवली. त्याची सर्वात महत्त्वाची
शोध चंद्राच्या पृष्ठभागावर पाण्याची उपस्थिती होती, जी भारताने
प्रथम शोधली.
◦ मंगळ मोहिमा:
▪ मंगळ मोहिमा
कठीण आहेत, ज्यात सुमारे निम्म्या अयशस्वी ठरल्या आहेत.
▪ मंगळयान
(इस्रो, भारत, 2013): किमान खर्चात प्रक्षेपित करण्यात
आलेले हे यान सप्टेंबर 2014 मध्ये यशस्वीपणे मंगळाच्या कक्षेत पोहोचले आणि
त्याच्या पृष्ठभागाविषयी व वातावरणाविषयी उपयुक्त माहिती पुरवली.
• अवकाशातील कचरा आणि त्याचे व्यवस्थापन:
◦ यात कार्यरत नसलेले उपग्रह, प्रक्षेपक
वाहनांचे वेगळे झालेले भाग आणि टकरींमुळे तयार झालेले तुकडे यांचा समावेश होतो.
◦ हा कचरा कार्यरत कृत्रिम
उपग्रहांना आणि भविष्यातील अवकाश प्रक्षेपणांना मोठा धोका निर्माण करतो आणि तो
दररोज वाढत आहे.
◦ अवकाशातील कचऱ्याचे व्यवस्थापन
अत्यंत महत्त्वाचे आहे आणि त्यावर उपाय शोधण्यासाठी अभ्यास आणि प्रयोग सुरू आहेत.
• भारत आणि अवकाश तंत्रज्ञान:
◦ भारताने प्रक्षेपक वाहनांच्या
विज्ञान आणि तंत्रज्ञानात लक्षणीय प्रगती केली आहे, 2500 किलोपर्यंतचे उपग्रह सर्व
प्रकारच्या कक्षांमध्ये ठेवण्यासाठी विविध प्रकारचे प्रक्षेपक विकसित केले आहेत.
◦ भारतीय अवकाश प्रयत्नांनी विविध
उपग्रह मालिकांद्वारे राष्ट्रीय आणि सामाजिक विकासात महत्त्वपूर्ण योगदान दिले
आहे:
▪ इनसॅट (INSAT) आणि जीसॅट (GSAT) मालिका: दूरसंचार, दूरचित्रवाणी
प्रक्षेपण आणि हवामानशास्त्र सेवांमध्ये सक्रिय. या मालिकेतील एड्युसॅट (EDUSAT) विशेषतः
शिक्षणासाठी वापरला जातो.
▪ आयआरएस (IRS) मालिका: नैसर्गिक
संसाधनांचे निरीक्षण आणि व्यवस्थापन तसेच आपत्कालीन व्यवस्थापनासाठी वापरली जाते.
▪ आयआरएनएसएस
(IRNSS) मालिका: पृथ्वीच्या
पृष्ठभागावरील कोणत्याही ठिकाणाचे अक्षांश आणि रेखांश अचूकपणे निश्चित करण्यासाठी
स्थापित केली गेली आहे.
◦ विक्रम साराभाई यांना भारतीय
अवकाश कार्यक्रमाचे जनक मानले जाते आणि फिजिकल रिसर्च
लॅबोरेटरी (PRL), इंडियन नॅशनल कमिटी फॉर स्पेस रिसर्च आणि इस्रो (ISRO) यांसारख्या प्रमुख
संस्थांच्या स्थापनेत त्यांचे महत्त्वपूर्ण योगदान होते. भारताचा पहिला उपग्रह 'आर्यभट्ट' त्यांच्या
प्रयत्नांमुळे प्रक्षेपित झाला
Comments
Post a Comment