किमची बनाने का मौसम आने पर चीनी पत्तागोभी पर मोटा नमक छिड़ककर उसे रात भर नमक लगाकर रख दिया जाता है। अगली सुबह तक पहले कड़ी रही पत्तागोभी नरम होकर मुड़ने लगती है और बर्तन की तली में खूब पानी जमा हो जाता है। उसे केवल नमक के पानी में रखा था, फिर उसके भीतर का पानी कहाँ और क्यों निकल गया? इसका उत्तर है ‘परासरण (Osmosis)’।
सरल शब्दों में, परासरण का अर्थ है ‘ऐसी पतली झिल्ली के आर-पार पानी का तनु ओर से सांद्र ओर जाना, जो पानी को गुजरने देती है, लेकिन उसमें घुले पदार्थों को रोकती है।’ पानी अपने आप उस दिशा में बढ़ता है जिससे झिल्ली के दोनों ओर की सांद्रता का अंतर कम हो। यही सरल सिद्धांत हमारे शरीर की कोशिकाओं से लेकर पौधों के तनों और समुद्री पानी को पीने योग्य पानी में बदलने वाले कारखानों तक काम करता है।
इस सामग्री में हम क्रम से समझेंगे कि परासरण क्या है, इसे संचालित करने वाले तीन कारक कौन-से हैं, रोजमर्रा के जीवन में इसके उदाहरण क्या हैं और परासरण की दिशा उलटने वाली प्रतिलोम परासरण तकनीक कैसे काम करती है।
परासरण के सिद्धांत और उपयोग
परासरण क्या है?
परासरण का पहला अभिलेख 1748 में दर्ज हुआ था। फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जाँ-आंत्वान नोले (Jean-Antoine Nollet) ने अल्कोहल से भरी काँच की बोतल के मुँह पर किसी जानवर का गीला मूत्राशय बाँधा और उसे पानी से भरे एक बड़े बर्तन में रख दिया। कुछ घंटों बाद मूत्राशय की झिल्ली बाहर की ओर तनकर फूल गई और सुई चुभाने पर भीतर का द्रव 30 सेंटीमीटर से भी अधिक ऊपर उछला। बाहर का पानी झिल्ली से होकर लगातार बोतल के भीतर प्रवेश कर रहा था।
ऐसी झिल्ली को, जो पानी को गुजरने देती है लेकिन घुले पदार्थों को आसानी से नहीं गुजरने देती, अर्धपारगम्य झिल्ली (Semipermeable Membrane) कहते हैं। अर्धपारगम्य झिल्ली के दोनों ओर अलग-अलग सांद्रता वाले विलयन हों, तो पानी सांद्र ओर जाता है और उस ओर पानी का स्तर धीरे-धीरे बढ़ता है। पानी को उस ओर जाने से रोकने के लिए सांद्र ओर दबाव डालना पड़ता है। इसके लिए आवश्यक दाब को परासरण दाब (Osmotic Pressure) कहते हैं।
परासरण को संचालित करने वाले तीन कारक
परासरण होने के लिए तीन शर्तें पूरी होनी चाहिए।
(1) अर्धपारगम्य झिल्ली
झिल्ली न हो, तो पानी और घुले पदार्थ आपस में मिलकर फैलते रहते हैं। पानी का एक दिशा में संचलन दिखाई देने के लिए ऐसी झिल्ली आवश्यक है जो घुले पदार्थों को रोके और केवल पानी को गुजरने दे। 1877 में जर्मन वनस्पतिविज्ञानी विल्हेल्म फेफर (Wilhelm Pfeffer) ने एक मजबूत कृत्रिम झिल्ली बनाकर पहली बार परासरण दाब का सटीक मापन किया।
(2) सांद्रता में अंतर
समान तापमान पर, यदि झिल्ली से न गुजर सकने वाले विलेय कणों की सांद्रता और दाब दोनों ओर समान हों, तो पानी का कोई शुद्ध प्रवाह नहीं होता। दाब के अंतर जैसी अन्य परिस्थितियाँ समान हों, तो विलेय कणों की सांद्रता में जितना अधिक अंतर होगा, सांद्र ओर जाने वाला परासरण प्रभाव उतना ही अधिक होगा।
(3) घुले हुए कणों की संख्या
परासरण दाब इस बात से निर्धारित नहीं होता कि घुला पदार्थ नमक है या चीनी, बल्कि इससे होता है कि कण कितने हैं। नीदरलैंड के रसायनज्ञ याकोबस वान्ट हॉफ (Jacobus van ’t Hoff) ने पता लगाया कि तनु विलयन का परासरण दाब ‘मोलर सांद्रता × गैस स्थिरांक × परम तापमान’ से गणना किया जाता है। इस योगदान और अन्य कार्यों के लिए उन्हें 1901 में रसायन विज्ञान का पहला नोबेल पुरस्कार मिला।
रोजमर्रा के जीवन में परासरण
परासरण रसोई, अस्पताल और बगीचे में जगह-जगह होता है।
- नमक में खाद्य पदार्थों का संरक्षण (Pickling): चीनी पत्तागोभी को नमक लगाकर रखने पर कोशिकाओं के बाहर का विलयन अधिक सांद्र हो जाता है। इससे कोशिकाओं के भीतर का पानी बाहर निकलता है और पत्तागोभी ढीली पड़ जाती है।
- किशमिश को भिगोना (Rehydration): सिकुड़ी हुई किशमिश को सादे पानी में रखने पर पानी उसके भीतर प्रवेश करता है और वह फूलकर मोटी हो जाती है।
- सामान्य लवणीय विलयन (Normal Saline): अस्पताल में अंतःशिरा द्रव के रूप में इस्तेमाल होने वाले 0.9% नमक के पानी का परासरण दाब रक्त के समान होता है। रक्तवाहिका में सादा पानी डालने पर लाल रक्त कोशिकाएँ पानी सोखकर फट जाती हैं, जबकि बहुत सांद्र नमक का पानी डालने पर वे उलटे सिकुड़ जाती हैं।
- पौधों का स्फीति दाब (Turgor Pressure): जड़ों और कोशिकाओं में प्रवेश करने वाला पानी कोशिका भित्ति को भीतर से धकेलता है, जिससे पत्तियाँ और तने तने हुए खड़े रहते हैं। पानी की कमी होने पर यह दाब घटता है और पौधा मुरझाया दिखाई देता है।
स्लग पर नमक छिड़कने से उसका शरीर सिकुड़ना और समुद्री मछली को मीठे पानी में रखने पर उसका जीवित न रह पाना भी इसी सिद्धांत के कारण होता है।
परासरण की दिशा उलटने वाली तकनीक: प्रतिलोम परासरण
सांद्र ओर परासरण दाब से अधिक दाब डालने पर पानी उलटी दिशा में, सांद्र ओर से तनु ओर धकेला जाता है। इसे प्रतिलोम परासरण (Reverse Osmosis) कहते हैं।
- समुद्री जल का विलवणीकरण (Desalination): समुद्री पानी का परासरण दाब वायुमंडलीय दाब का लगभग 27 गुना होता है। इसलिए विलवणीकरण संयंत्र आम तौर पर वायुमंडलीय दाब के 55 से 80 गुना तक दाब से समुद्री पानी को झिल्ली की ओर धकेलकर नमक छानते हैं।
- झिल्ली तकनीक का विकास (Membrane Technology): लगभग 1960 में अमेरिका के कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजेलिस (UCLA) के सिडनी लोएब (Sidney Loeb) और श्रीनिवास सूरीराजन (Srinivasa Sourirajan) ने ऐसी पतली झिल्ली बनाने की विधि खोजी जिससे पानी तेजी से गुजर सके। इससे प्रतिलोम परासरण प्रयोगशाला से बाहर व्यावहारिक उपयोग में आया।
- घरेलू जल शोधक (Water Purifier): प्रतिलोम परासरण जल शोधक अधिकांश घुले पदार्थों को छान देते हैं, लेकिन यह भी जानना आवश्यक है कि 1 लीटर स्वच्छ पानी प्राप्त करने के दौरान उससे अधिक पानी बहा दिया जाता है और कैल्शियम तथा मैग्नीशियम जैसे खनिज भी साथ ही छान दिए जाते हैं।
लगभग 2019 में दुनिया भर के करीब 1 × दस हज़ार और 6 हज़ार विलवणीकरण संयंत्र प्रतिदिन लगभग 9,500 × दस हज़ार टन पानी तैयार करते थे। वर्तमान में बनाए जा रहे अधिकांश नए संयंत्र प्रतिलोम परासरण विधि का उपयोग करते हैं।
इसके विपरीत, परासरण की शक्ति का सीधे उपयोग करने पर भी शोध हो रहा है। इसे परासरण विद्युत उत्पादन (Osmotic Power) कहते हैं। इसमें नदी और समुद्र के पानी की सांद्रता के अंतर के कारण प्रवेश करने वाले पानी के दाब से टरबाइन चलाकर बिजली बनाई जाती है। नॉर्वे में 2009 में दुनिया का पहला प्रायोगिक विद्युत संयंत्र खोला गया था। आर्थिक रूप से पर्याप्त लाभकारी न होने के कारण इस संयंत्र ने 2013 के अंत में निवेश बंद करने की घोषणा की, लेकिन यह दिखाता है कि समुद्र में मौजूद सांद्रता का अंतर अपने आप में ऊर्जा का नया स्रोत बन सकता है।
परासरण दिखाता है कि सांद्रता के अंतर जैसा छोटा असंतुलन पानी को चलाने वाली बड़ी शक्ति बन सकता है। इस तरह चीनी पत्तागोभी के एक पौधे को नमक लगाकर रखने और रेगिस्तानी शहर में पीने का पानी पहुँचाने का काम एक ही सिद्धांत पर आधारित है।
रसोई के परिचित दृश्यों में अदृश्य झिल्लियों और पानी के प्रवाह की कल्पना करना रोजमर्रा के जीवन में रसायन विज्ञान को समझने का पहला कदम है।
