నీరు - దాని సంఘటిత మూలకాలు

జంతు, వృక్షజాలాలకు నీరే జీవనాధారం. భూ ఉపరితలంలో నాలుగింట మూడొంతులు నీరు ఆక్రమించి ఉంది. నీరు ద్రవ, ఘన, బాష్ప రూపాల్లో ఉంటుంది. నీరు వాతావరణంలో నీటి ఆవిరి, మంచు, పొగమంచు, మేఘాల రూపంలో ఉంటుంది. ధ్రువాల వద్ద నీరు మంచు రూపంలో ఉంటుంది. మన శరీరంలో 60% నుంచి 70% వరకు నీరే ఉంటుంది.
 

I. నీరు ఘనపరిమాణాత్మక సంఘటనం (Volumetric Composition of Water): 1784 లో 'కేవెండిష్' అనే శాస్త్రవేత్త రెండు ఘనపరిమాణాల హైడ్రోజన్, ఒక ఘనపరిమాణం ఆక్సిజన్‌ను మండించి నీటిని తయారు చేశాడు. నీటి రసాయన నామం హైడ్రోజన్ మోనాక్సైడ్ (H2O).
 నీటిలో ఆక్సిజన్, హైడ్రోజన్ మూలకాలు ఉంటాయి. అవి ఏ నిష్పత్తిలో కలిసి నీటిని ఏర్పరుస్తాయో ఆ నిష్పత్తిని నీటి సంఘటనం అంటారు. సంఘటనాన్ని ఘనపరిమాణ రూపంలో సూచిస్తే దాన్ని ఘనపరిమాణ సంఘటనం అంటారు.
2H₂  + O₂   2H₂O
(2 ఘ.ప.) (1 ఘ.ప.)      (2 ఘ.ప.)
అంటే నీటిలో హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ 2 : 1 నిష్పత్తిలో ఉంటాయి.

II. నీరు - పారిశ్రామిక, ఇతర ఉపయోగాలు (Industrial and Other Uses of Water): నీటికి అనేక పదార్థాలను కరిగించుకునే గుణం ఉంది. కాబట్టి నీటిని యూనివర్సల్ ద్రావణి (లేదా) సార్వత్రిక ద్రావణి అంటారు.
 పరిశ్రమల్లో అధిక ఉష్ణశక్తిని విడుదల చేసే యంత్రాలను చల్లార్చడానికి నీటిని ఉపయోగిస్తారు.
 నీటిని విద్యుత్ ఉత్పత్తికి కూడా ఉపయోగిస్తారు.
* దుస్తులు శుభ్రపరచడానికి: సబ్బును ఉపయోగించి, కొన్ని రకాల నీళ్లతో దుస్తులను ఉతికేటప్పుడు నురగ ఎక్కువ రాదు. ఇలాంటి నీటిని కఠిన జలం అంటారు. ఇంకొన్ని రకాల నీటితో దుస్తులు ఉతికేటప్పుడు ఎక్కువ నురగ వస్తుంది. ఇలాంటి నీటిని మృదుజలం అంటారు.
 నీటికి కఠినత్వం దానిలో కరిగి ఉన్న మెగ్నీషియం, కాల్షియంల సల్ఫేట్, క్లోరైడ్ లవణాల వల్ల వస్తుంది.
 స్వేదనం చేయడం ద్వారా నీటికి ఉన్న కఠినత్వాన్ని తొలగించవచ్చు.
* తాగునీటిని శుభ్రపరచడం: నది లేదా సరస్సు నుంచి నీటిని పైపుల ద్వారా సెడిమెంటేషన్ ట్యాంకులోకి పంపుతారు. ఈ నీటికి పటిక (ఆలమ్)ను కలుపుతారు. కాబట్టి మట్టికణాలు తొందరగా సెడిమెంటేషన్ ట్యాంకు అడుగు భాగంలోకి చేరుకుంటాయి. ఇప్పుడు ఈ నీటిని వడపోత ట్యాంకులోకి పంపుతారు.
 ఈ ట్యాంకులో మందమైన ఇసుక పొర మీదుగా నీటిని పంపించినప్పుడు తేలియాడే మురికి కణాలు వేరవుతాయి. ఈ విధంగా ఇసుక పొర మీదుగా వచ్చిన నీటిని క్లోరినేషన్ ట్యాంకులోకి పంపుతారు. ఈ ట్యాంకులో క్లోరిన్‌ను కలుపుతారు. క్లోరిన్ నీటిలోని హానికరమైన బ్యాక్టీరియాలను నాశనం చేస్తుంది. క్లోరినేషన్ ట్యాంకు నుంచి వచ్చిన నీటిని తాగడానికి ఉపయోగిస్తారు.
 

III. హైడ్రోజన్ (Hydrogen)
వాయువులన్నింటిలో హైడ్రోజన్ తేలికైంది. ఒక లీటరు హైడ్రోజన్ భారం 0.09 గ్రాములు మాత్రమే. 18 వ శతాబ్దంలో హెన్రీ కేవెండిష్ అనే శాస్త్రవేత్త మొదటిసారిగా హైడ్రోజన్‌ను తయారు చేశాడు.
* ప్రయోగశాలలో హైడ్రోజన్ తయారీ: ప్రయోగశాలలో హైడ్రోజన్‌ను నీటి నుంచి లేదా జింకు ముక్కలపై ఆమ్లంతో చర్య జరిపి తయారు చేస్తారు.
 సజల హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl), జింక్ (Zn) ముక్కలతో చర్యనొంది హైడ్రోజన్ (H2) ను ఇస్తుంది.
Zn + 2 HCl   ZnCl₂ + H₂ 
 విడుదలైన హైడ్రోజన్ వాయువు సంగ్రహణ పాత్రలోకి నీటి 'అధోఃముఖ స్థానభ్రంశం' ద్వారా చేరుతుంది.

హైడ్రోజన్ ధర్మాలు:
* భౌతిక ధర్మాలు: ఇది రంగు, రుచి, వాసన లేని వాయువు.
 ఇది నీటిలో కరగదు.
 వాయువులన్నింటిలో అతి తేలికైంది.
 1 లీటరు గాలి భారం 1.29 గ్రాములు అయితే 1 లీటరు హైడ్రోజన్ భారం 0.09 గ్రాములు మాత్రమే.

రసాయన ధర్మాలు:
* లిట్మస్‌తో చర్య: హైడ్రోజన్ లిట్మస్‌తో తటస్థంగా ఉంటుంది. ఇది నీలి, ఎరుపు లిట్మస్ కాగితం రంగులను మార్చదు.
* గాలిలో మండించడం: ఇది గాలిలో నీలి రంగు మంటతో మండుతూ నీటిని ఏర్పరుస్తుంది. ఈ చర్యలో అధిక ఉష్ణం విడుదలవుతుంది.
2H₂  + O₂  2H₂O + ఉష్ణం

అలోహాలతో చర్య:
i) క్లోరిన్‌తో చర్య: మండుతున్న హైడ్రోజన్, క్లోరిన్‌తో చర్య జరిపి హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl) ను ఏర్పరుస్తుంది.
H₂  + Cl₂   2HCl
ii) సల్ఫర్‌తో చర్య: మరుగుతున్న సల్ఫర్‌లోకి హైడ్రోజన్ వాయువును పంపితే హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ (H2S) వాయువు ఏర్పడుతుంది. ఈ వాయువు కుళ్లిన కోడిగుడ్ల వాసన కలిగి ఉంటుంది.
H₂  + S  H₂S (హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్)
iii) నైట్రోజన్‌తో చర్య: హైడ్రోజన్ నైట్రోజన్‌తో అధిక ఉష్ణోగ్రతా పీడనాల వద్ద చర్యనొంది అమ్మోనియా (NH3) ను ఏర్పరుస్తుంది.
N₂  + 3H₂   2NH₃ (అమ్మోనియా)
iv) లోహాలతో చర్య: సోడియం, కాల్షియం లాంటి చురుకైన లోహాలతో 'H2' చర్యనొంది లోహ హైడ్రైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.
2Na + H₂  

హైడ్రోజన్ ఉపయోగాలు:
 ఆక్సీ హైడ్రోజన్ మంట: దీని ద్వారా 2400ºC ఉష్ణోగ్రత పొందవచ్చు. దీన్ని వెల్డింగ్ దుకాణాల్లో లోహాలను అతికించడానికి, కోయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
 హైడ్రోజన్ నుంచి ఇంధన వాయువులు పొందొచ్చు.

 i) నీటి వాయువు (Water Gas)
హైడ్రోజన్ = 48%
కార్బన్ మోనాక్సైడ్ = 44%
ఇతర వాయువులు = 8%

ii) ప్రొడ్యూసర్ వాయువు (Producer Gas)
హైడ్రోజన్ = 10%
కార్బన్ మోనాక్సైడ్ = 26%
నైట్రోజన్ = 55%
ఇతర వాయువులు = 9%

iii) కోల్ వాయువు (Coal Gas)
హైడ్రోజన్ = 45 - 55%
కార్బన్ మోనాక్సైడ్ = 4 - 11%
ఇతర వాయువులు = 30 - 40%
 

బెర్జియస్ పద్ధతిలో పెట్రోల్ తయారు చేయడం
బెర్జియస్ అనే శాస్త్రవేత్త పొడి బొగ్గును నూనెలో ఉంచి ఉత్ప్రేరక సమక్షంలో H2 తో 450ºC వద్ద చర్య జరిపి ద్రవ హైడ్రో కార్బన్‌ల మిశ్రమాన్ని (పెట్రోల్) తయారు చేశారు.

 వంటనూనెల హైడ్రోజనీకరణం: ద్రవస్థితిలో ఉన్న నూనెలను H2 తో నికెల్ (Ni) ఉత్ప్రేరక సమక్షంలో చర్య జరిపి కొవ్వులను తయారు చేయొచ్చు.

IV. ఆక్సిజన్ (Oxygen)
స్వీడన్‌కు చెందిన 'షీలే' 1771 లో మొదటిసారిగా మెర్క్యురిక్ ఆక్సైడ్‌ను వియోగం చెందించి ఆక్సిజన్‌ను తయారు చేశాడు. 'ప్రీస్ట్‌లీ' కూడా ఆక్సిజన్‌ను మెర్క్యురిక్ ఆక్సైడ్, పొటాషియం నైట్రేట్, ఇతర పదార్థాల వియోగాలతో తయారు చేశాడు. తర్వాత ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త 'లెవోయిజర్' దీని ధర్మాలను క్షుణ్నంగా పరిశీలించి 'ఆక్సిజన్' అని పేరు పెట్టాడు. ఆక్సిజన్ అంటే ఆమ్లాన్ని ఉత్పత్తి చేసేదని అర్థం.
 

ప్రయోగశాలలో ఆక్సిజన్ తయారీ:
ఆక్సిజన్‌ను పొటాషియం పర్మాంగనేట్ (KMnO₄), పొటాషియం క్లోరేట్ (KClO₃), హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂), పొటాషియం నైట్రేట్ (KNO₃), మెర్క్యురిక్ ఆక్సైడ్ (HgO) లను వియోగం చెందించి పొందొచ్చు.

 

పొటాషియం పర్మాంగనేట్ నుంచి ఆక్సిజన్ తయారీ:
ఒక పరీక్ష నాళికలో కొంత పొటాషియం పర్మాంగనేట్ (KMnO₄)ను తీసుకుని ఒంటి రంధ్రమున్న రబ్బరు బిరడాను అమర్చి, స్టాండుకు బిగించాలి. ఒక గాజు గొట్టాన్ని బిరడా మీదుగా అమర్చి, దాని రెండో చివరను నీటిలో ఉన్న వాయుజాడీ మూతి వద్ద ఉంచాలి. ఇప్పుడు పరీక్షనాళికను వేడిచేస్తే బుడగల రూపంలో వాయువు నీటిని 'అధోముఖ స్థానభ్రంశం' పొందించి వాయుజాడీలోకి వెళుతుంది. ఇప్పుడు మండుతున్న అగ్గిపుల్లను వాయుజాడీలోకి ప్రవేశపెడితే ఇంకా ప్రకాశవంతంగా వెలుగుతుంది. కాబట్టి వెలువడిన వాయువు 'ఆక్సిజన్' అని తెలుస్తుంది.

హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ నుంచి ఆక్సిజన్ తయారీ:
హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్‌ను నెమ్మదిగా వేడిచేస్తే వియోగం చెంది ఆక్సిజన్‌ను ఇస్తుంది.

ఆక్సిజన్ ధర్మాలు:
* భౌతిక ధర్మాలు: దీనికి రంగు, రుచి, వాసన ఉండవు.
 గాలి కంటే కొంచెం బరువైంది.
 ఇది నీటిలో కరుగుతుంది.
 ఇది లిట్మస్ పరీక్షకు తటస్థంగా ఉంటుంది.
* రసాయన ధర్మాలు: ఇది కార్బన్‌తో చర్యనొంది కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ఏర్పరుస్తుంది.
C + O₂  CO₂ + ఉష్ణం.
 ఇది సల్ఫర్‌తో చర్యనొంది సల్ఫర్ డై ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.
S + O₂  SO₂

లోహాలతో చర్య:
ఆక్సిజన్ మెగ్నీషియం, సోడియంలతో చర్యనొంది వాటి ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.
2 Mg + O₂  2MgO + ఉష్ణం
4 Na + O₂  2Na₂O + ఉష్ణం
2 Na + O₂  Na₂O₂ (సోడియం పెరాక్సైడ్)

ఆక్సీకరణం - క్షయకరణం:
* ఆక్సీకరణం: ఏ పదార్థమైనా ఆక్సిజన్‌తో చర్యనొందడాన్ని ఆక్సీకరణం అంటారు.
S + O₂  SO₂
C + O₂  CO₂
2 Mg + O₂  2 MgO
4 Fe + 3 O₂  2 Fe₂O₃
పై చర్యల్లో S, C, Mg, Fe లు ఆక్సీకరణం చెందాయి. వీటిని ఆక్సిజన్ ఆక్సీకరణం చెందించింది. కాబట్టి ఆక్సిజన్‌ను ఆక్సీకరణి అంటారు.

* క్షయకరణం: లోహ ఆక్సైడ్‌లు హైడ్రోజన్‌తో చర్యనొంది ఆక్సిజన్‌ను కోల్పోతాయి. ఈ విధంగా ఆక్సిజన్‌ను కోల్పోవడాన్ని క్షయకరణం అంటారు.
CuO + H₂ 

ఆక్సిజన్ ఉపయోగాలు:
* ఆక్సిజన్ జీవరాశుల మనుగడకు దోహదపడుతుంది.
* ఆక్సిజన్‌ను ఆక్సీఎసిటిలిన్ మంటను (3200ºC) పొందడానికి ఉపయోగిస్తారు.
* ఆస్తమా, న్యుమోనియా లాంటి శ్వాస సంబంధ సమస్యలతో బాధపడుతున్న వారికి శ్వాస ఆడటానికి ఆక్సిజన్‌ను ఉపయోగిస్తారు.