પાણીની ગુણવત્તાના માપદંડો એ પાણીની વિશિષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ અથવા ગુણધર્મો છે જે વિવિધ હેતુઓ, જેમ કે પીવા, જળચર જીવન, કૃષિ અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગ માટે તેની યોગ્યતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે માપવામાં આવે છે. 

અહીં કેટલાક સામાન્ય પાણીની ગુણવત્તાના પરિમાણો અને તે કેવી રીતે માપવામાં આવે છે તે છે :

1. pH:  pH પાણીની એસિડિટી અથવા ક્ષારતાને માપે છે. તે હાજર હાઇડ્રોનિયમ આયન (H3O+) ની સાંદ્રતા પર આધારિત છે. પીએચ સ્કેલ 0 થી 14 સુધીનો છે, જેમાં 7 તટસ્થ છે. નીચલા મૂલ્યો એસિડિટી સૂચવે છે, જ્યારે ઉચ્ચ મૂલ્યો ક્ષારતા દર્શાવે છે. pH એ pH મીટર અથવા pH સૂચક ઉકેલોનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે.

2. તાપમાન:  પાણીનું તાપમાન વાયુઓની દ્રાવ્યતા, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને જળચર જીવનને અસર કરે છે. પાણીમાં સીધા મુકેલા થર્મોમીટરનો ઉપયોગ કરીને તાપમાન માપવામાં આવે છે.

3. વાહકતા:  વાહકતા આયનોની હાજરીને કારણે પાણીની ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરવાની ક્ષમતા સૂચવે છે. તે ઓગળેલા ઘન પદાર્થોની સાંદ્રતા સાથે સંબંધિત છે. વાહકતા મીટર પાણીની વિદ્યુત વાહકતાને માપે છે.

4. ઓગળેલા ઓક્સિજન (DO):  DO એ જળચર જીવો માટે નિર્ણાયક છે. તે પાણીમાં ઓગળેલા ઓક્સિજનની માત્રા છે. ડીઓ સ્તર ઓગળેલા ઓક્સિજન પ્રોબ અથવા મીટરનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે.

5. ટર્બિડિટી:  ટર્બિડિટી સસ્પેન્ડેડ કણોને કારણે પાણીની વાદળછાયું અથવા અસ્પષ્ટતાને માપે છે. તે ઘણીવાર ટર્બિડીમીટરનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે, જે પાણી દ્વારા પ્રકાશને ચમકાવે છે અને પ્રકાશના સ્કેટરિંગને માપે છે.

6. કુલ ઓગળેલા ઘન (TDS):  TDS પાણીમાં ઓગળેલા તમામ અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પદાર્થોની સાંદ્રતાને માપે છે. તે સામાન્ય રીતે પાણીના નમૂનાને બાષ્પીભવન કરીને અને અવશેષોને માપવા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

7. ટોટલ સસ્પેન્ડેડ સોલિડ્સ (TSS):  TSS પાણીમાં સસ્પેન્ડેડ કણોની સાંદ્રતાને માપે છે. નમૂનાને ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે, અને ફિલ્ટર પરના ઘન પદાર્થોનું વજન કરવામાં આવે છે.

8. પોષક તત્વો:  નાઈટ્રોજન અને ફોસ્ફરસ જેવા પોષક તત્ત્વો જળચર જીવન માટે જરૂરી છે પરંતુ વધુ પડતા સ્તરે પાણીની ગુણવત્તાની સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. તેઓ વિવિધ વિશ્લેષણાત્મક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે.

9. કેમિકલ ઓક્સિજન ડિમાન્ડ (COD) અને બાયોકેમિકલ ઓક્સિજન ડિમાન્ડ (BOD):  COD અને BOD અનુક્રમે પાણીમાં રહેલા કાર્બનિક પદાર્થોના રાસાયણિક ઓક્સિડેશન અને માઇક્રોબાયલ વિઘટન માટે જરૂરી ઓક્સિજનની માત્રા દર્શાવે છે. તેઓ પાણીના કાર્બનિક પ્રદૂષણનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે માપવામાં આવે છે.

10 _ ભારે ધાતુઓ : લીડ, પારો અને કેડમિયમ જેવી ભારે ધાતુઓ જળચર જીવન અને મનુષ્યો માટે ઝેરી હોઈ શકે છે. તેઓ વિશિષ્ટ સાધનોનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે જે તેમની હાજરી અને એકાગ્રતાને શોધી કાઢે છે.

11. માઇક્રોબાયલ દૂષણ:  બેક્ટેરિયા, વાયરસ અને અન્ય સૂક્ષ્મજીવોની હાજરી પાણીના દૂષણને સૂચવી શકે છે. સૂક્ષ્મજીવાણુ પરીક્ષણમાં સંવર્ધન નમૂનાઓ અને વસાહતોની ગણતરીનો સમાવેશ થાય છે.

આ પરિમાણો ફિલ્ડ મીટર, લેબોરેટરી સાધનો અને સેન્સર તકનીકો સહિત વિવિધ સાધનો અને તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે. પાણીની ગુણવત્તાના પરિમાણોનું નિયમિત નિરીક્ષણ વિવિધ હેતુઓ માટે જળ સંસાધનોની સલામતી અને ટકાઉપણું સુનિશ્ચિત કરવામાં મદદ કરે છે.

એસિડ-બેઝ સંતુલન 

ઊંડાણમાં એસિડ-બેઝ સંતુલન: 

એસિડ-બેઝ ઇક્વિલિબ્રિયા: એક વિહંગાવલોકન


એસિડ-બેઝ સંતુલનમાં દ્રાવણમાં એસિડ અને પાયા વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. એસિડ એ એવા પદાર્થો છે જે પ્રોટોન (H+ આયનો) દાન કરે છે, જ્યારે પાયા એવા પદાર્થો છે જે પ્રોટોનને સ્વીકારે છે. પાણીમાં એસિડ અને પાયાનું વર્તન ઉકેલોના pH અને તેઓ એકબીજા સાથે કેવી રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે તે સમજવા માટે કેન્દ્રિય છે.

પાણીનું સ્વ-આયનીકરણ:


શુદ્ધ પાણીમાં, પાણીના અણુઓનો એક નાનો ભાગ સ્વયં-આયનીકરણમાંથી પસાર થાય છે, પરિણામે હાઇડ્રોનિયમ આયનો (H3O+) અને હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો (OH-) ની રચના થાય છે:

H2O ⇌ H+ + OH-

આ સંતુલન પ્રતિક્રિયા pH અને તટસ્થતાના ખ્યાલોને સમજવા માટે જરૂરી છે. ઓરડાના તાપમાને, H+ અને OH- આયન બંનેની સાંદ્રતા આશરે 1 x 10^-7 મોલ્સ પ્રતિ લિટર છે, પરિણામે 7 ની તટસ્થ pH થાય છે.

પીએચ સ્કેલ:


pH સ્કેલ ઉકેલમાં H+ આયનોની સાંદ્રતાને માપે છે. તે લઘુગણક સ્કેલ છે, જે 0 થી 14 સુધીનો છે. 7 નું pH તટસ્થ છે, 7 થી નીચેના pH મૂલ્યો તેજાબી છે (ઉચ્ચ H+ સાંદ્રતા), અને 7 થી ઉપરના pH મૂલ્યો આલ્કલાઇન અથવા મૂળભૂત (નીચી H+ સાંદ્રતા) છે.

મજબૂત અને નબળા એસિડ્સ/બેઝ:


મજબૂત એસિડ/બેઝ : H+ અથવા OH- આયનોની ઊંચી સાંદ્રતા ઉત્પન્ન કરીને, પાણીમાં સંપૂર્ણપણે અલગ થઈ જાય છે. મજબૂત એસિડના ઉદાહરણોમાં હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4)નો સમાવેશ થાય છે. મજબૂત પાયામાં સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) અને પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) નો સમાવેશ થાય છે.

નબળા એસિડ્સ/બેઝ:  પાણીમાં આંશિક રીતે વિસર્જન થાય છે, પરિણામે H+ અથવા OH- આયનોની ઓછી સાંદ્રતા થાય છે. નબળા એસિડના ઉદાહરણો એસિટિક એસિડ (CH3COOH) અને કાર્બોનિક એસિડ (H2CO3) છે. નબળા પાયામાં એમોનિયા (NH3) અને કાર્બનિક એમાઇન્સનો સમાવેશ થાય છે.

એસિડ-બેઝ પ્રતિક્રિયાઓ:


1. તટસ્થીકરણ : પાણી અને મીઠું બનાવવા માટે એસિડ અને આધાર વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા. ચોખ્ખું પરિણામ એ ઉકેલમાંથી H+ અને OH- આયનોને દૂર કરવાનું છે.

   ઉદાહરણ : HCl + NaOH → H2O + NaCl

2. હાઇડ્રોલિસિસ : જ્યારે મીઠું પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે અને મીઠાના આયનોના વિયોજનને કારણે એસિડિક અથવા મૂળભૂત દ્રાવણ ઉત્પન્ન કરે છે.

   ઉદાહરણ : CH3COONa + H2O ⇌ CH3COOH + OH-

બફર સોલ્યુશન્સ:

બફર સોલ્યુશન્સ એવા સોલ્યુશન છે જે એસિડ અથવા બેઝ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે pH માં થતા ફેરફારોનો પ્રતિકાર કરે છે. તેઓ વિવિધ જૈવિક અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં આવશ્યક છે. બફર સોલ્યુશનમાં નબળા એસિડ અને તેનો સંયોજક આધાર, અથવા નબળો આધાર અને તેના સંયોજક એસિડનો સમાવેશ થાય છે. તેઓ ઉમેરાયેલ H+ અથવા OH- આયનોને તટસ્થ કરીને pH જાળવી રાખે છે.

એસિડ-બેઝ સંતુલન અને પ્રકૃતિ:

એસિડ-બેઝ સંતુલન ઘણી કુદરતી પ્રક્રિયાઓમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, મહાસાગરોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) સંતુલન દરિયાઈ પાણીના pH ને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરે છે. બાયકાર્બોનેટ (HCO3-) આયન બફર તરીકે કામ કરે છે, જે દરિયાઈ જીવનને નુકસાન પહોંચાડી શકે તેવા તીવ્ર pH ફેરફારોને અટકાવે છે.

એસિડ-બેઝ સંતુલન સમજવું એ રસાયણશાસ્ત્ર, જીવવિજ્ઞાન, પર્યાવરણીય વિજ્ઞાન અને દવા જેવા ક્ષેત્રો માટે મૂળભૂત છે. તે અમને વિવિધ સંદર્ભોમાં ઉકેલો, પ્રતિક્રિયાઓ અને પદાર્થોના વર્તનની આગાહી અને નિયંત્રણ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

ચાલો વાસ્તવિક જીવનના ઉદાહરણ સાથે "એસિડ-બેઝ ઇક્વિલિબ્રિયા" ના વિષયમાં તપાસ કરીએ અને પછી પૂછી શકાય તેવા બહુવિધ-પસંદગીના પ્રશ્નો (MCQs) ના પ્રકારોનું અન્વેષણ કરીએ.

વાસ્તવિક જીવનનું ઉદાહરણ: એસિડિક વરસાદ અને તેની અસરો

એસિડિક વરસાદ, જેને એસિડ વરસાદ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ક્રિયામાં એસિડ-બેઝ સંતુલનનું વાસ્તવિક જીવન ઉદાહરણ છે. એસિડ વરસાદ ત્યારે થાય છે જ્યારે સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ (SO2) અને નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડ (NOx) ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ અને વાહન ઉત્સર્જન જેવા સ્ત્રોતોમાંથી વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે. આ વાયુઓ હવામાં પાણીની વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4) અને નાઈટ્રિક એસિડ (HNO3) બનાવે છે. જ્યારે વરસાદ પડે છે, ત્યારે તે આ એસિડને જમીન પર પાછા લઈ જાય છે.

સમીકરણ : SO2 + H2O -> H2SO4

સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4) ની રચના કરવા માટે પાણી (H2O) સાથે સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ (SO2) ની પ્રતિક્રિયા સમાવિષ્ટ એસિડ-બેઝ સંતુલનનું આ એક ઉદાહરણ છે.

એસિડ વરસાદની અસરો:

1. પર્યાવરણીય અસર:  એસિડ વરસાદ જંગલો, તળાવો અને જળચર ઇકોસિસ્ટમને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. જળાશયોમાં વધેલી એસિડિટી માછલી અને ઉભયજીવીઓ સહિત જળચર જીવનને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.

2. ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરને નુકસાન:  એસિડ વરસાદ ઇમારતો, મૂર્તિઓ અને ચૂનાના પત્થર અથવા આરસથી બનેલા અન્ય માળખાને કાટ કરી શકે છે, જે સમય જતાં અધોગતિ તરફ દોરી જાય છે.

3. જમીનનું એસિડિફિકેશન:  એસિડ વરસાદ જમીનમાંથી આવશ્યક પોષક તત્વોને લીચ કરી શકે છે, જે છોડના વિકાસ અને કૃષિ ઉત્પાદકતાને અસર કરે છે.

"એસિડ-બેઝ ઇક્વિલિબ્રિયા માટે MCQ પ્રકારો


1. વૈચારિક સમજણ:

   નીચેનામાંથી કયો પદાર્થ પાણીમાં એસિડ અને બેઝ બંને તરીકે કામ કરી શકે છે ?

   a) સોડિયમ ક્લોરાઇડ
   b) હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ
   c) એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ
   ડી) કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ
   (જવાબ: c) એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ)

2. પ્રતિક્રિયા ઓળખ:

   નીચેનામાંથી કઈ પ્રતિક્રિયા એસિડ-બેઝ સંતુલનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે?

   a) NaCl + H2O -> NaOH + HCl
   b) CO2 + H2O -> H2CO3
   c) Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2
   d) 2H2O -> 2H2 + O2
   (જવાબ: b) CO2 + H2O -> H2CO3)

3. એપ્લિકેશન દૃશ્ય:

   એસિડ વરસાદ મુખ્યત્વે કયા પ્રકારના એસિડ-બેઝ સંતુલનનું પરિણામ છે?

   એ) હાઇડ્રોલિસિસ
   b) તટસ્થતા
   c) જટિલતા
   ડી) વરસાદ
   (જવાબ: a) હાઇડ્રોલિસિસ)

4. પ્રતિક્રિયા સંતુલન:
   H2CO3 ⇌ H2O + CO2 ની પ્રતિક્રિયામાં, સંતુલન તીર શું સૂચવે છે?

   a) પ્રતિક્રિયા બદલી ન શકાય તેવી છે.
   b) પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થાય છે.
   c) રિએક્ટન્ટ્સ અને ઉત્પાદનો સંતુલિત છે.
   ડી) પ્રતિક્રિયા બંને દિશામાં થાય છે.
   (જવાબ: ડી) પ્રતિક્રિયા બંને દિશામાં થાય છે.)

બફર સોલ્યુશન 

બફર સોલ્યુશન્સ: એક વિહંગાવલોકન

બફર સોલ્યુશન એ ખાસ પ્રકારના સોલ્યુશન્સ છે જે જ્યારે થોડી માત્રામાં એસિડ અથવા બેઝ ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે pH માં થતા ફેરફારોનો પ્રતિકાર કરે છે. તેઓ સ્થિર pH પર્યાવરણ જાળવવામાં મદદ કરીને વિવિધ રાસાયણિક, જૈવિક અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. બફર સોલ્યુશનમાં નબળા એસિડ અને તેનો સંયોજક આધાર, અથવા નબળો આધાર અને તેના સંયોજક એસિડનો સમાવેશ થાય છે. નબળા એસિડ અને તેના સંયુક્ત આધાર વચ્ચેનું સંતુલન પીએચમાં નોંધપાત્ર ફેરફારોને અટકાવીને ઉમેરાયેલ H+ આયનો (એસિડમાંથી) અથવા OH- આયનો (બેઝમાંથી) બેઅસર કરવા માટે બફરને સક્ષમ કરે છે.

બફર્સ કેવી રીતે કામ કરે છે:

જ્યારે બફર સોલ્યુશનમાં એસિડ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે બફરનો નબળો આધાર ઘટક ઉમેરાયેલ H+ આયન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, નબળા એસિડ બનાવે છે અને વધારાના H+ આયનોને તટસ્થ કરે છે. એ જ રીતે, જ્યારે બફર સોલ્યુશનમાં આધાર ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે બફરનો નબળો એસિડ ઘટક ઉમેરવામાં આવેલા OH- આયનો સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, નબળા આધાર બનાવે છે અને વધારાના OH- આયનોને તટસ્થ કરે છે. આ ગતિશીલ સંતુલન બફરને લગભગ સતત pH જાળવવા માટે પરવાનગી આપે છે.

બફર ક્ષમતા:

બફર ક્ષમતા એ એક માપ છે કે બફર પીએચમાં થતા ફેરફારોને કેટલી સારી રીતે પ્રતિકાર કરી શકે છે. નબળા એસિડની ઊંચી સાંદ્રતા ધરાવતા બફર અને તેના સંયોજક આધારની બફર ક્ષમતા વધુ હશે. બફર ક્ષમતા ચોક્કસ pH શ્રેણીમાં સૌથી વધુ અસરકારક છે, જેને બફર શ્રેણી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ શ્રેણી સામાન્ય રીતે નબળા એસિડ ઘટકના pKa માંથી લગભગ ±1 pH એકમ સુધી ફેલાયેલી હોય છે.

બફર સોલ્યુશનના pH ની ગણતરી:


હેન્ડરસન-હેસલબાલ્ચ સમીકરણનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે બફર સોલ્યુશનના pH ની ગણતરી કરવા માટે થાય છે:

pH = pKa + લોગ ([A-]/[HA])

ક્યાં :
  • pH = બફર સોલ્યુશનનો pH
  • pKa = નબળા એસિડના એસિડ ડિસોસિએશન કોન્સ્ટન્ટ (Ka) નો નકારાત્મક લઘુગણક
  • [A-] = સંયુક્ત આધારની સાંદ્રતા
  • [HA] = નબળા એસિડની સાંદ્રતા

બફર સોલ્યુશન્સની એપ્લિકેશન્સ:

1. બાયોકેમિકલ અને જૈવિક સંશોધન:  બફર સોલ્યુશન્સનો ઉપયોગ જૈવિક અને બાયોકેમિકલ પ્રયોગોમાં સ્થિર pH જાળવવા માટે થાય છે, જેમ કે એન્ઝાઇમ એસેસ અને સેલ કલ્ચર.

2. વિશ્લેષણાત્મક રસાયણશાસ્ત્ર:  બફર્સ વિશ્લેષણાત્મક પદ્ધતિઓમાં સુસંગત પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિને સુનિશ્ચિત કરે છે, જેમ કે ટાઇટ્રેશન, જેમાં pH-સંવેદનશીલ સૂચકાંકો શામેલ હોય છે.

3. દવા:  લોહીમાં બફર સિસ્ટમ્સ હોય છે જે લોહીનું સ્થિર pH જાળવવામાં મદદ કરે છે, એસિડિસિસ અથવા આલ્કલોસિસ અટકાવે છે.

4. ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ:  બફર્સનો ઉપયોગ પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે જ્યાં pH નિયંત્રણ મહત્વપૂર્ણ હોય છે, જેમ કે ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, ખાદ્ય ઉત્પાદનો અને પીણાંના ઉત્પાદનમાં.

5. વોટર ટ્રીટમેન્ટ:  બફર્સ પાણીના પીએચને વ્યવસ્થિત કરવામાં મદદ કરી શકે છે તેની ખાતરી કરવા માટે કે તે ચોક્કસ ગુણવત્તાના ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે.

સામાન્ય બફર સિસ્ટમ્સ:

કેટલીક પ્રમાણભૂત બફર સિસ્ટમ્સમાં એસિટિક એસિડ/એસિટેટ આયન સિસ્ટમ, ફોસ્ફેટ સિસ્ટમ અને બાયકાર્બોનેટ/કાર્બોનિક એસિડ સિસ્ટમનો સમાવેશ થાય છે.

એકંદરે, બફર સોલ્યુશન્સ વિવિધ સંદર્ભોમાં સ્થિર pH સ્થિતિ જાળવવા, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ, જૈવિક પ્રક્રિયાઓ અને સિસ્ટમના એકંદર સંતુલનને વિક્ષેપિત કરી શકે તેવા અચાનક ફેરફારોને અટકાવવા માટે મહત્વપૂર્ણ સાધનો છે.