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इस अध्याय में आप क्या सीखेंगे?
- अम्ल, क्षार, लवण एवं pH स्केल की क्रियाविधि: आरहेनियस, ब्रॉन्स्टेड-लोरी व लुईस अवधारणाएँ; प्राकृतिक स्रोत के कार्बनिक अम्ल; मानव रक्त ($\text{pH } 7.35\text{–}7.45$), दंत क्षय ($\text{pH } < 5.5$) और अम्ल वर्षा ($\text{pH } < 5.6$) का विज्ञान तथा बेकिंग सोडा, विरंजक चूर्ण व प्लास्टर ऑफ पेरिस के औद्योगिक अनुप्रयोग।
- रासायनिक अभिक्रियाएँ, रेडॉक्स एवं संक्षारण (Corrosion): ऊष्माक्षेपी बनाम ऊष्माशोषी अभिक्रियाएँ, ऑक्सीकरण-अपचयन, लोहे पर जंग लगना, यशदलेपन (Galvanization), एनोडीकरण, उत्सर्ग सुरक्षा (Sacrificial Protection) और खाद्य विकृतगंधिता (Rancidity)।
- धातु, मिश्रधातु, साबुन एवं अपमार्जक (Soaps vs Detergents): सक्रियता श्रेणी, प्रमुख मिश्रधातुएँ (पीतल, काँसा, स्टेनलेस स्टील, अमलगम, नाइक्रोम), साबुनीकरण, मिसेल (Micelle) निर्माण की क्रियाविधि, कठोर जल ($\text{Ca}^{2+}/\text{Mg}^{2+}$) की समस्या और प्रसाधन सामग्रियों में 'ट्राइक्लोसन' (UPSC 2021)।
- बहुलक (Polymers), आधुनिक पदार्थ एवं प्रदूषक रसायन: तापसुघट्य (Thermoplastic) बनाम तापदृढ़ (Thermosetting) बहुलक, पॉलीकार्बोनेट में बिस्फेनॉल-A (BPA — UPSC 2021), हाइड्रोजेल के जैव-चिकित्सीय उपयोग (UPSC 2024), पर- और पॉलीफ्लोरोएल्किल पदार्थ (PFAS / 'Forever Chemicals' — UPSC 2024) तथा पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) बायोप्लास्टिक।
- खाद्य रसायन (Food Chemistry) एवं औषधीय रसायन: खाद्य परिरक्षक (सोडियम बेंजोएट, पोटैशियम मेटाबाइसल्फाइट), कृत्रिम मधुरक (एस्पार्टेम, सुक्रालोज़, सैकरीन), मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG) व ब्रोमिनेटेड वनस्पति तेल (UPSC 2017), ट्रांस-फैट (आंशिक हाइड्रोजनीकरण), प्रति-ऑक्सीकारक और प्रतिअम्ल/पीड़ाहारी औषधियाँ।
- भारत-केंद्रित एवं समसामयिक पहलें (2025–2026): BioE3 नीति के अंतर्गत गन्ने से PLA बायोप्लास्टिक का व्यावसायिक शुभारंभ (PIB सितंबर 2026), FSSAI का चावल फोर्टिफिकेशन (दिसंबर 2028 तक विस्तारित), प्रयुक्त खाद्य तेल से बायोडीजल (RUCO), और CSIR-IITR के साथ माइक्रोप्लास्टिक्स अनुसंधान।
विषय का आधार: दैनिक जीवन में अम्ल, क्षार, pH और रासायनिक अभिक्रियाएँ कैसे कार्य करती हैं?
1.1 अम्ल (Acids) और क्षार (Bases) की तीन वैज्ञानिक परिभाषाएँ
रसायन विज्ञान में अम्ल और क्षार को समझने के लिए तीन पूरक सिद्धांत प्रयुक्त होते हैं, जिनसे UPSC प्रारंभिक परीक्षा में वैचारिक कथन पूछे जाते हैं:
- आरहेनियस सिद्धांत (Arrhenius Concept, 1884): जलीय विलयन में जो पदार्थ हाइड्रोजन आयन ($\text{H}^+$ या हाइड्रोनियम आयन $\text{H}_3\text{O}^+$) देते हैं, वे अम्ल हैं (जैसे—$\text{HCl}, \text{H}_2\text{SO}_4$); और जो हाइड्रॉक्साइड आयन ($\text{OH}^-$) देते हैं, वे क्षार हैं (जैसे—$\text{NaOH}, \text{KOH}$)। जल में घुलनशील क्षारों को 'क्षारक' या 'अल्कली' (Alkali) कहा जाता है—अर्थात् "सभी अल्कली क्षार होते हैं, किंतु सभी क्षार अल्कली नहीं होते" (जैसे $\text{Cu(OH)}_2$ और $\text{Fe(OH)}_3$ जल में अघुलनशील क्षार हैं)।
- ब्रॉन्स्टेड-लोरी सिद्धांत (Brønsted–Lowry Concept, 1923): अम्ल वह पदार्थ है जो प्रोटॉन ($\text{H}^+$) दाता (Proton Donor) है, जबकि क्षार प्रोटॉन ग्राही (Proton Acceptor) है। उदाहरणार्थ, $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$ में अमोनिया ($\text{NH}_3$) प्रोटॉन ग्रहण कर क्षार की भाँति कार्य करती है।
- लुईस सिद्धांत (Lewis Electronic Concept, 1923): वह स्पीशीज़ जो एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (Lone Pair of Electrons) ग्रहण करती है, लुईस अम्ल (Lewis Acid) कहलाती है (जैसे—$\text{BF}_3, \text{AlCl}_3, \text{FeCl}_3$ तथा धनायन $\text{H}^+, \text{Ag}^+$); और जो इलेक्ट्रॉन युग्म दान करती है, लुईस क्षार (Lewis Base) कहलाती है (जैसे—$\text{NH}_3, \text{H}_2\text{O}, \text{OH}^-$)।
| अम्ल का नाम (Acid) | प्राकृतिक / औद्योगिक स्रोत | प्रमुख वैज्ञानिक विशेषता एवं दैनिक अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| एसिटिक अम्ल ($\text{CH}_3\text{COOH}$) — एथेनोइक अम्ल | सिरका (Vinegar — जल में $5\%\text{–}8\%$ एसिटिक अम्ल) | अचार व खाद्य परिरक्षण में; $100\%$ शुद्ध निर्जल एसिटिक अम्ल ($16.6^\circ\text{C}$ पर जमने के कारण) 'ग्लेशियल एसिटिक अम्ल' कहलाता है। |
| फॉर्मिक अम्ल ($\text{HCOOH}$) — मेथेनोइक अम्ल | लाल चींटी, मधुमक्खी का डंक एवं बिच्छू बूटी (Nettle sting) | डंक लगने पर जलन व सूजन का कारण; इसके उपचार हेतु दुर्बल क्षार जैसे बेकिंग सोडा ($\text{NaHCO}_3$) या कैलामाइन ($\text{ZnCO}_3$) लगाया जाता है। |
| सिट्रिक अम्ल (Citric Acid) | नींबू, संतरा, आंवला व खट्टे फल | प्राकृतिक प्रति-ऑक्सीकारक व धातु की सतह साफ करने में; एस्कॉर्बिक अम्ल (विटामिन C) के साथ पाया जाता है। |
| लैक्टिक अम्ल (Lactic Acid) | दही (खट्टा दूध) एवं थकी हुई मांसपेशियाँ | Lactobacillus जीवाणु द्वारा लैक्टोज शर्करा के किण्वन से बनता है; इसके बहुलकीकरण से पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) बायोप्लास्टिक बनता है। |
| ऑक्सैलिक अम्ल ($\text{C}_2\text{H}_2\text{O}_4$) | टमाटर, पालक, अमरूद | कपड़ों से जंग (Rust) और स्याही के दाग हटाने में प्रयुक्त; शरीर में कैल्शियम के साथ मिलकर गुर्दे की पथरी (कैल्शियम ऑक्सैलेट) बनाता है। |
| टार्टरिक अम्ल (Tartaric Acid) | इमली (Tamarind), कच्चे अंगूर, केला | बेकिंग सोडा के साथ मिलाकर बेकिंग पाउडर बनाने में प्रयुक्त (ताकि सोडियम कार्बोनेट का कड़वा स्वाद उदासीन हो सके)। |
| हाइड्रोक्लोरिक अम्ल ($\text{HCl}$) | मानव आमाशय का जठर रस (Gastric Juice) | आमाशय में $\text{pH } 1.5\text{–}2.0$ बनाए रखता है, पेप्सिन एंजाइम को सक्रिय करता है और भोजन के सूक्ष्मजीवों को नष्ट करता है। |
| सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text{H}_2\text{SO}_4$) एवं नाइट्रिक अम्ल ($\text{HNO}_3$) | खनिज अम्ल ('रसायनों का राजा' — $\text{H}_2\text{SO}_4$) | $\text{H}_2\text{SO}_4$ लेड-एसिड बैटरी व उर्वरकों में; $3\text{ भाग सांद्र HCl} : 1\text{ भाग सांद्र HNO}_3$ का मिश्रण 'अम्लराज' (Aqua Regia) कहलाता है जो सोना ($\text{Au}$) व प्लैटिनम ($\text{Pt}$) को घोल सकता है। |
1.2 pH स्केल (सोरेनसन, 1909) और दैनिक जीवन में इसकी संवेदनशील भूमिका
किसी विलयन की अम्लीयता या क्षारीयता को व्यक्त करने के लिए डेनिश रसायनज्ञ एस. पी. एल. सोरेनसन (S.P.L. Sørensen) ने 1909 में pH स्केल (Potenz of Hydrogen) प्रस्तुत किया। गणितीय रूप से, $\text{pH}$ हाइड्रोजन आयन सांद्रता (मोल/लीटर में) का ऋणात्मक लघुगणक (Negative Base-10 Logarithm) है:
$$\text{pH} = -\log_{10}[\text{H}^+] \quad \text{तथा } 25^\circ\text{C पर } \text{pH} + \text{pOH} = 14$$
चूँकि यह एक लघुगणकीय (Logarithmic) पैमाना है, इसलिए $\text{pH}$ में $1$ इकाई की कमी का अर्थ है कि विलयन की अम्लीयता ($\text{H}^+$ सांद्रता) $10$ गुना बढ़ गई है (उदाहरण के लिए, $\text{pH } 4$ का विलयन $\text{pH } 6$ के विलयन की तुलना में $10^2 = 100$ गुना अधिक अम्लीय होता है)।
शुद्ध वर्षा जल का $\text{pH}$ ठीक $7.0$ नहीं होता, बल्कि वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) के घुलकर दुर्बल कार्बोनिक अम्ल ($\text{H}_2\text{CO}_3$) बनाने के कारण सामान्य स्वच्छ वर्षा का $\text{pH}$ लगभग $5.6$ होता है। जब वायुमंडल में सल्फर डाइऑक्साइड ($\text{SO}_2$) और नाइट्रोजन के ऑक्साइड ($\text{NO}_x$) घुलकर सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text{H}_2\text{SO}_4$) व नाइट्रिक अम्ल ($\text{HNO}_3$) बनाते हैं और वर्षा जल का $\text{pH } 5.6$ से कम हो जाता है, तभी उसे वैज्ञानिक रूप से 'अम्ल वर्षा' (Acid Rain) कहा जाता है।
1.3 दैनिक जीवन के प्रमुख लवण (Common Salts) और उनके औद्योगिक सूत्र
NCERT कक्षा X विज्ञान के अनुसार साधारण नमक ($\text{NaCl}$) कई महत्वपूर्ण रसायनों का कच्चा माल है:
- कास्टिक सोडा (सोडियम हाइड्रॉक्साइड — $\text{NaOH}$): सोडियम क्लोराइड के जलीय विलयन (ब्राइन / Brine) में विद्युत धारा प्रवाहित करने पर यह वियोजित होकर $\text{NaOH}$ बनाता है। इस प्रक्रिया को 'क्लोर-क्षार प्रक्रिया' (Chlor-Alkali Process) कहते हैं क्योंकि इसमें ऐनोड पर क्लोरीन गैस ($\text{Cl}_2$), कैथोड पर हाइड्रोजन गैस ($\text{H}_2$) और विलयन में क्षार ($\text{NaOH}$) प्राप्त होते हैं।
- विरंजक चूर्ण (Bleaching Powder — $\text{CaOCl}_2$, कैल्शियम ऑक्सीक्लोराइड): शुष्क बुझे हुए चूने ($\text{Ca(OH)}_2$) पर क्लोरीन गैस की क्रिया से निर्मित होता है। इसका उपयोग पेयजल को जीवाणुरहित करने, वस्त्र व कागज़ उद्योग में विरंजन तथा रासायनिक उद्योगों में ऑक्सीकारक के रूप में होता है।
- बेकिंग सोडा (खाने का सोडा — $\text{NaHCO}_3$, सोडियम हाइड्रोजन कार्बोनेट): यह एक मंद असंक्षारक क्षारीय लवण है। गर्म करने पर यह $\text{CO}_2$ गैस मुक्त करता है ($2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$), जिससे केक व ब्रेड स्पंजी बनते हैं। यह पेट की अम्लता दूर करने (Antacid) और सोडा-अम्ल अग्निशामक (Soda-Acid Fire Extinguisher) में भी प्रयुक्त होता है।
- धोने का सोडा (Washing Soda — $\text{Na}_2\text{CO}_3\cdot 10\text{H}_2\text{O}$): इसमें क्रिस्टलन के जल के $10$ अणु होते हैं। इसका उपयोग काँच, साबुन व कागज़ उद्योग में, बोरेक्स के उत्पादन में तथा जल की स्थायी कठोरता (Permanent Hardness of Water) हटाने में किया जाता है।
- प्लास्टर ऑफ पेरिस (Plaster of Paris — $\text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$, कैल्शियम सल्फेट अर्धहाइड्रेट): जिप्सम ($\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}$) को $373\text{ K}$ ($100^\circ\text{C}$) पर नियंत्रित रूप से गर्म करने पर यह जल के $\frac{3}{2}$ अणु त्यागकर प्लास्टर ऑफ पेरिस बनाता है। जल मिलाने पर यह पुनः कठोर जिप्सम में बदल जाता है, जिसका उपयोग टूटी हड्डियों को जोड़ने और मूर्तियाँ/साँचे बनाने में होता है।
1.4 रासायनिक अभिक्रियाएँ, रेडॉक्स, संक्षारण (Corrosion) एवं विकृतगंधिता (Rancidity)
ऊष्माक्षेपी बनाम ऊष्माशोषी अभिक्रियाएँ
- ऊष्माक्षेपी (Exothermic): जिनमें उत्पाद के साथ ऊष्मा मुक्त होती है; जैसे—प्राकृतिक गैस ($\text{CH}_4$) का दहन, बिना बुझे चूने ($\text{CaO}$) में जल मिलाना, कोशिकीय श्वसन (Respiration) और वनस्पति द्रव्य का कंपोस्ट में विघटन।
- ऊष्माशोषी (Endothermic): जिनमें ऊर्जा (ऊष्मा, प्रकाश या विद्युत) अवशोषित होती है; जैसे—प्रकाश-संश्लेषण, चूना पत्थर ($\text{CaCO}_3$) का तापीय अपघटन और फोटोग्राफी में सिल्वर ब्रोमाइड ($\text{AgBr}$) का प्रकाश-अपघटन।
संक्षारण (Corrosion) एवं सुरक्षा विधियाँ
- लोहे पर जंग लगना: ऑक्सीजन और नमी दोनों की उपस्थिति में आयरन का हाइड्रेटेड फेरिक ऑक्साइड ($\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot x\text{H}_2\text{O}$) में बदलना; जंग लगने से लोहे का भार बढ़ता है।
- ताँबे व चाँदी का संक्षारण: ताँबे पर क्षारीय कॉपर कार्बोनेट ($\text{CuCO}_3\cdot\text{Cu(OH)}_2$) की हरी परत तथा चाँदी पर सिल्वर सल्फाइड ($\text{Ag}_2\text{S}$) की काली परत जमती है।
- यशदलेपन (Galvanization): लोहे पर अधिक क्रियाशील धातु जस्ता (Zinc — $\text{Zn}$) की परत चढ़ाना; परत खुरच जाने पर भी $\text{Zn}$ स्वयं ऑक्सीकृत होकर लोहे को बचाता है (उत्सर्ग सुरक्षा / Sacrificial Protection)।
विकृतगंधिता (Rancidity): वसा और तेल युक्त खाद्य पदार्थों (जैसे चिप्स, नमकीन) का वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण होने पर उनके स्वाद और गंध का खराब हो जाना विकृतगंधिता कहलाता है। इसे रोकने के लिए चिप्स की थैलियों से ऑक्सीजन हटाकर अक्रिय नाइट्रोजन गैस ($\text{N}_2$) भरी जाती है तथा खाद्य तेलों में BHA (Butylated Hydroxyanisole) और BHT (Butylated Hydroxytoluene) जैसे प्रति-ऑक्सीकारक (Antioxidants) मिलाए जाते हैं।
व्यापक वैज्ञानिक विश्लेषण: धातु-मिश्रधातु, साबुन-अपमार्जक, बहुलक और खाद्य रसायन
2.1 धातु सक्रियता श्रेणी (Reactivity Series) और प्रमुख मिश्रधातुएँ (Alloys)
धातुओं की सापेक्ष क्रियाशीलता का घटता क्रम: $\text{K} > \text{Na} > \text{Ca} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > [\text{H}] > \text{Cu} > \text{Hg} > \text{Ag} > \text{Au} > \text{Pt}$। हाइड्रोजन से ऊपर स्थित धातुएँ तनु अम्लों से हाइड्रोजन विस्थापित करती हैं, जबकि नीचे स्थित धातुएँ ($\text{Cu}, \text{Ag}, \text{Au}$) उत्कृष्ट/कम क्रियाशील होती हैं। दो या अधिक धातुओं (या धातु व अधातु) के समांगी मिश्रण को मिश्रधातु (Alloy) कहते हैं:
| मिश्रधातु (Alloy) | रासायनिक संघटन (Composition) | विशेष गुणधर्म एवं प्रमुख उपयोग |
|---|---|---|
| पीतल (Brass) | ताँबा ($\text{Cu } \sim 70\%$) + जस्ता ($\text{Zn } \sim 30\%$) | संक्षारण-रोधी व आघातवर्धनीय; बर्तन, वाद्य यंत्र, कारतूस के खोल व सजावटी सामान। |
| काँसा (Bronze) | ताँबा ($\text{Cu } \sim 88\text{–}90\%$) + टिन ($\text{Sn } \sim 10\text{–}12\%$) | कठोर व जल-संक्षारण रोधी; मूर्तियाँ, पदक, सिक्के, घंटियाँ (Bell Metal में $\sim 20\%\text{ Sn}$)। |
| जर्मन सिल्वर (German Silver) | ताँबा ($\text{Cu}$) + जस्ता ($\text{Zn}$) + निकल ($\text{Ni}$) | UPSC ट्रैप: नाम में 'सिल्वर' होने के बावजूद इसमें चाँदी ($\text{Ag}$) $0\%$ (बिल्कुल नहीं) होती है! चाँदी जैसी चमक के कारण यह नाम पड़ा। |
| स्टेनलेस स्टील (Stainless Steel) | लोहा ($\text{Fe}$) + क्रोमियम ($\text{Cr } \sim 11\text{–}18\%$) + निकल ($\text{Ni}$) + कार्बन ($\text{C}$) | क्रोमियम सतह पर अभेद्य $\text{Cr}_2\text{O}_3$ परत बनाकर जंग से बचाता है; शल्य चिकित्सा उपकरण व बर्तन। |
| सोल्डर / टाँका (Solder) | सीसा ($\text{Pb}$) + टिन ($\text{Sn}$) (आधुनिक RoHS सोल्डर में $\text{Sn-Ag-Cu}$) | गलनांक बहुत कम होता है; विद्युत तारों व इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की वेल्डिंग में। |
| नाइक्रोम (Nichrome) | निकल ($\text{Ni}$) + क्रोमियम ($\text{Cr}$) + आयरन ($\text{Fe}$) | उच्च विद्युत प्रतिरोधकता एवं उच्च गलनांक; हीटर, गीज़र व टोस्टर के तापन तंतु (Heating Element) में। |
| अमलगम (Amalgam) | पारा ($\text{Hg}$) + अन्य धातु (जैसे $\text{Ag-Sn}$ डेंटल अमलगम) | यदि मिश्रधातु का एक घटक पारा ($\text{Hg}$) हो तो उसे अमलगम कहते हैं; लोहा ($\text{Fe}$), प्लैटिनम और टंगस्टन अमलगम नहीं बनाते (अतः पारे को लोहे के पात्र में रखा जाता है)। |
2.2 साबुन (Soaps), संश्लेषित अपमार्जक (Detergents), मिसेल क्रियाविधि एवं ट्राइक्लोसन
साबुन दीर्घ श्रृंखला वाले वसीय अम्लों (जैसे स्टीयरिक अम्ल $\text{C}_{17}\text{H}_{35}\text{COOH}$, पामिटिक अम्ल या ओलिक अम्ल) के सोडियम या पोटैशियम लवण होते हैं। वनस्पति तेल या वसा (ट्राइग्लिसराइड/एस्टर) को जलीय $\text{NaOH}$ या $\text{KOH}$ के साथ गर्म करके साबुन और सह-उत्पाद के रूप में ग्लिसरॉल (Glycerol) बनाने की प्रक्रिया साबुनीकरण (Saponification) कहलाती है। नहाने के मृदु साबुनों में पोटैशियम ($\text{KOH}$) लवण तथा पारदर्शी साबुनों में ग्लिसरॉल व एथेनॉल प्रयुक्त होता है।
ट्राइक्लोसन (Triclosan — $\text{C}_{12}\text{H}_7\text{Cl}_3\text{O}_2$) एक पॉलीक्लोरीनेटेड फिनॉक्सीफिनॉल यौगिक है, जिसका उपयोग जीवाणुरोधी और कवकरोधी (Antibacterial & Antifungal) एजेंट के रूप में प्रसाधन सामग्रियों (Toiletries)—जैसे एंटी-बैक्टीरियल साबुन, टूथपेस्ट, बॉडी वॉश, डियोडरेंट और हैंड वॉश—में किया जाता रहा है। लंबे समय तक उच्च स्तर के संपर्क में रहने से यह अंतःस्रावी तंत्र (Endocrine System / थायरॉइड हार्मोन) को बाधित करता है और जीवाणुओं में एंटीबायोटिक प्रतिरोध (AMR) को बढ़ावा देता है।
2.3 बहुलक (Polymers), प्लास्टिक वर्गीकरण, BPA, हाइड्रोजेल एवं PFAS ('Forever Chemicals')
छोटे अणुओं (एकलक / Monomers) के परस्पर जुड़कर उच्च अणुभार वाले वृहद अणु बनाने की प्रक्रिया बहुलकीकरण (Polymerization) कहलाती है। अंतरा-आणविक बलों और तापीय व्यवहार के आधार पर प्लास्टिक दो प्रकार के होते हैं:
- तापसुघट्य बहुलक (Thermoplastics): इनमें रैखिक या किंचित शाखित श्रृंखलाएँ होती हैं और क्रॉस-लिंकिंग नहीं होती; ये गर्म करने पर बार-बार मुलायम होते हैं और ठंडा करने पर कठोर हो जाते हैं, अतः इनका पुनर्चक्रण (Recycling) आसान है। उदाहरण: पॉलीएथिलीन (LDPE, HDPE), पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC), पॉलीस्टाइरीन (PS), पॉलीकार्बोनेट (PC), टेफ्लॉन (PTFE) और पॉलीएथिलीन टेरेफ्थैलेट (PET)।
- तापदृढ़ बहुलक (Thermosetting Plastics): इनमें बहुलक श्रृंखलाओं के बीच प्रबल सहसंयोजक क्रॉस-लिंक (3D Cross-linking) होते हैं; एक बार साँचे में ढलने के बाद इन्हें पुनः गर्म करके मुलायम नहीं किया जा सकता। उदाहरण: बैकेलाइट (Bakelite — फिनॉल + फॉर्मेल्डिहाइड; विद्युत स्विच व बर्तनों के हत्थे में) और मेलामाइन-फॉर्मेल्डिहाइड (Melamine — अग्निरोधी व न टूटने वाली क्रॉकरी में)।
| बहुलक / रसायन का नाम | एकलक (Monomer) / रासायनिक आधार | प्रमुख उपयोग एवं UPSC परीक्षा के विशिष्ट बिंदु |
|---|---|---|
| पॉलीकार्बोनेट (Polycarbonate — PC, RIC #7) | बिस्फेनॉल-A (Bisphenol A — BPA) + फॉस्जीन ($\text{COCl}_2$) | मजबूत, पारदर्शी व ताप-रोधी प्लास्टिक; शिशु फीडिंग बोतलों, पानी के जार, चश्मे के लेंस व CD/DVD में। UPSC 2021: BPA एक अंतःस्रावी अवरोधक (Endocrine Disruptor / Xenoestrogen) है जो प्लास्टिक से खाद्य/पेय में रिसता (Leach) है। |
| पॉलीएथिलीन टेरेफ्थैलेट (PET, RIC #1) | एथिलीन ग्लाइकॉल + टेरेफ्थैलिक अम्ल (संघनन बहुलक / पॉलिएस्टर) | पेयजल व सॉफ्ट ड्रिंक की बोतलें तथा 'डेक्रॉन/टेरीलीन' वस्त्र रेशे; इसमें BPA नहीं होता, किंतु उच्च ताप पर एंटीमनी ($\text{Sb}$) व थैलेट्स के रिसाव की आशंका रहती है। |
| टेफ्लॉन (Teflon — PTFE) एवं PFAS समूह | टेट्राफ्लोरोएथिलीन ($\text{CF}_2=\text{CF}_2$); कार्बन-फ्लोरीन ($\text{C–F}$) आबंध | नॉन-स्टिक बर्तनों की कोटिंग, वाटरप्रूफ कपड़ों, खाद्य पैकेजिंग और अग्निशामक झाग (AFFF) में। UPSC 2024: कार्बनिक रसायन के सबसे प्रबल $\text{C–F}$ आबंध ($\sim 485\text{ kJ/mol}$) के कारण PFAS पर्यावरण में विघटित नहीं होते ('Forever Chemicals') और जंतुओं में जैव-संचयित (Bioaccumulate) होते हैं। |
| हाइड्रोजेल (Hydrogels) | क्रॉस-लिंक्ड जलरागी (Hydrophilic) त्रिविमीय बहुलक जाल (जैसे पॉलीएक्रीलामाइड, PEG, एल्जिनेट) | अपने शुष्क भार से $100\text{–}1000$ गुना जल अवशोषित कर सकते हैं पर घुलते नहीं हैं। UPSC 2024: रोगियों में नियंत्रित दवा वितरण (Controlled Drug Delivery), घाव की ड्रेसिंग, सॉफ्ट कॉन्टैक्ट लेंस और ऊतक अभियांत्रिकी में प्रयुक्त (मोबाइल AC या औद्योगिक स्नेहक में नहीं)। |
| पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA — बायोप्लास्टिक) | लैक्टिक अम्ल / लैक्टाइड (गन्ना, मक्का या कसावा स्टार्च के किण्वन से) | जैव-आधारित एवं जैव-निम्नीकरणीय (Bio-based & Biodegradable) थर्मोप्लास्टिक; औद्योगिक कंपोस्टिंग, बायोमेडिकल टांकों (Sutures), 3D प्रिंटिंग व एकल-उपयोग प्लास्टिक के विकल्प में प्रयुक्त (PIB सितंबर 2026: BioE3 के अंतर्गत भारत में व्यावसायिक लॉन्च)। |
| केवलर (Kevlar) एवं नायलॉन-6,6 | पॉलीऐमाइड (ऐमाइड आबंध $-\text{CONH}-$ युक्त संघनन बहुलक) | केवलर (पैरा-फेनिलीन टेरेफ्थैलेमाइड) स्टील से 5 गुना मजबूत (भार के अनुपात में) — बुलेटप्रूफ जैकेट में प्रयुक्त; नायलॉन पैराशूट व रस्सियों में। |
| प्राकृतिक रबर एवं वल्कनीकरण (Vulcanization) | समपक्ष-1,4-पॉलीआइसोप्रीन (Cis-1,4-polyisoprene; एकलक: आइसोप्रीन) | प्राकृतिक रबर को प्रत्यास्थ, मजबूत व ताप-सह बनाने के लिए उसमें $3\%\text{–}5\%$ सल्फर ($\text{S}$) मिलाकर गर्म किया जाता है (चार्ल्स गुडइयर द्वारा खोजा गया वल्कनीकरण), जिससे सल्फर क्रॉस-लिंक बनते हैं। |
2.4 खाद्य रसायन (Food Chemistry): परिरक्षक, कृत्रिम मधुरक, ट्रांस-फैट एवं विवादास्पद योजक
खाद्य प्रसंस्करण और दैनिक उपभोग की वस्तुओं में प्रयुक्त होने वाले रसायनों से UPSC में बार-बार युग्म-मिलान और कथन आधारित प्रश्न पूछे गए हैं (जैसे 2017 का लिपस्टिक-सीसा, सॉफ्ट ड्रिंक-BVO, चाइनीज फास्ट फूड-MSG प्रश्न):
| श्रेणी (Category) | प्रमुख रासायनिक यौगिक | वैज्ञानिक क्रियाविधि, उपयोग एवं नियामक/स्वास्थ्य तथ्य |
|---|---|---|
| खाद्य परिरक्षक (Food Preservatives) | सोडियम बेंजोएट ($\text{C}_6\text{H}_5\text{COONa}$), सोडियम मेटाबाइसल्फाइट, सॉर्बिक अम्ल के लवण, प्रोपियोनेट | सूक्ष्मजीवों की कोशिका झिल्ली व एंजाइमों को रोककर भोजन को खराब होने से बचाते हैं। सोडियम बेंजोएट अम्लीय खाद्य/सॉफ्ट ड्रिंक व जैम में प्रयुक्त होता है (लेकिन विटामिन C / एस्कॉर्बिक अम्ल की उपस्थिति में यह बेंजीन बना सकता है जो कैंसरकारी है)। |
| कृत्रिम मधुरक (Artificial Sweeteners — Non-nutritive) | सैकरीन (Saccharin), एस्पार्टेम (Aspartame), सुक्रालोज़ (Sucralose), एलिटेम (Alitame) | कैलोरी प्रदान किए बिना मिठास देते हैं (मधुमेह रोगियों हेतु): • सैकरीन (1879): प्रथम कृत्रिम मधुरक (~550 गुना मीठा), शरीर से अपरिवर्तित उत्सर्जित होता है। • एस्पार्टेम (~100 गुना मीठा): एस्पार्टिक अम्ल व फेनिलएलनिन से बना डाइपेप्टाइड मेथिल एस्टर; खाना पकाने के तापमान पर अस्थिर (Unstable at cooking temperature) होता है, अतः केवल ठंडे पेयों व ठंडे खाद्य पदार्थों तक सीमित है। फेनिलकेटोनूरिया (PKU) रोगियों के लिए वर्जित। • सुक्रालोज़ (~600 गुना मीठा): सुक्रोज का ट्राइक्लोरो व्युत्पन्न; पकाने के तापमान पर स्थिर रहता है। |
| स्वादवर्धक एवं पायसीकारक (Flavour Enhancers & Stabilizers) | मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG — अजीनोमोटो) एवं ब्रोमिनेटेड वनस्पति तेल (BVO) | UPSC 2017: • MSG: ग्लूटामिक अम्ल का सोडियम लवण; चाइनीज फास्ट फूड व इंस्टेंट नूडल्स में 'उमामी' (Umami) स्वाद बढ़ाने हेतु प्रयुक्त; अत्यधिक मात्रा से सिरदर्द व तंत्रिका उत्तेजना (Excitotoxicity)। • BVO (Brominated Vegetable Oil): साइट्रस स्वाद वाले सॉफ्ट ड्रिंक्स में फ्लेवरिंग ऑयल को निलंबित रखने (Emulsifier/Density stabilizer) हेतु प्रयुक्त; ब्रोमीन विषाक्तता व तंत्रिका प्रभाव के कारण FSSAI एवं US-FDA द्वारा प्रतिबंधित। |
| ट्रांस-फैट (Trans-Fatty Acids — TFAs) | असंतृप्त वनस्पति तेलों का आंशिक हाइड्रोजनीकरण (Partial Hydrogenation) — निकल ($\text{Ni}$) उत्प्रेरक की उपस्थिति में | द्रव असंतृप्त तेलों में *cis* ($\text{C=C}$) द्वि-आबंध आंशिक हाइड्रोजनीकरण से *trans* विन्यास में बदल जाते हैं (जैसे वनस्पति घी/मार्जरीन)। ट्रांस-फैट 'खराब कोलेस्ट्रॉल' (LDL) को बढ़ाते हैं और 'अच्छे कोलेस्ट्रॉल' (HDL) को घटाते हैं, जिससे हृदय रोग (CHD) का जोखिम बढ़ता है। तेल को बार-बार उच्च ताप पर तलने (Repeated Reheating) से भी ट्रांस-फैट और कुल ध्रुवीय यौगिक (TPC) बनते हैं। |
| कृत्रिम रूप से फल पकाने वाले रसायन | एथिलीन गैस ($\text{C}_2\text{H}_4$ / Ethephon) बनाम प्रतिबंधित कैल्शियम कार्बाइड ($\text{CaC}_2$) | कैल्शियम कार्बाइड ('मसाला') नमी से क्रिया कर एसिटिलीन गैस ($\text{C}_2\text{H}_2$) बनाता है और इसमें आर्सेनिक व फॉस्फोरस हाइड्राइड की विषाक्त अशुद्धियाँ होती हैं; अतः FSSAI द्वारा $\text{CaC}_2$ पूर्णतः प्रतिबंधित है, जबकि नियंत्रित एथिलीन गैस ($100\text{ ppm}$ तक) अनुमत है। |
| सौंदर्य प्रसाधनों एवं बर्तनों के विषाक्त रसायन | सीसा (Lead — $\text{Pb}$), पारा ($\text{Hg}$), थैलेट्स (Phthalates) एवं पैराबेन्स (Parabens) | UPSC 2017: लिपस्टिक व रंगीन कॉस्मेटिक्स में रंग वर्णक (Pigments) की अशुद्धि के रूप में सीसा (Lead — $\text{Pb}$) पाया जाता है जो तंत्रिका-विषाक्त (Neurotoxic) है। गोरा करने वाली क्रीमों में पारा ($\text{Hg}$) तथा सुगंध व लचीले प्लास्टिक में थैलेट्स (अंतःस्रावी अवरोधक) पाए जाते हैं। |
भारत-केंद्रित परिप्रेक्ष्य: भारतीय संस्थान, खाद्य सुरक्षा मानक (FSSAI) और स्वदेशी बहुलक नवाचार
भारत में रसायन, पेट्रोकेमिकल, बहुलक अभियांत्रिकी और खाद्य सुरक्षा के नियमन तथा अनुसंधान हेतु एक सुदृढ़ संस्थागत ढाँचा कार्यरत है:
1. FSSAI (भारतीय खाद्य सुरक्षा और मानक प्राधिकरण)
खाद्य सुरक्षा और मानक अधिनियम, 2006 (FSS Act, 2006) के अंतर्गत स्वास्थ्य एवं परिवार कल्याण मंत्रालय के अधीन स्थापित वैधानिक निकाय। इसकी प्रमुख वैज्ञानिक पहलें:
- ट्रांस-फैट मुक्त भारत: जनवरी 2022 से सभी खाद्य तेलों, वसाओं और प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों में औद्योगिक ट्रांस-फैट (TFA) की अधिकतम सीमा को $\le 2\%$ (कुल तेल/वसा के द्रव्यमान का) पर सीमित कर दिया गया है (WHO द्वारा श्रेष्ठ अभ्यास के रूप में सम्मानित)।
- खाद्य सुदृढ़ीकरण (Food Fortification — $+F$ लोगो): सूक्ष्म-पोषक तत्वों की कमी ('प्रच्छन्न भूख' / Hidden Hunger) मिटाने के लिए 5 मुख्य खाद्य पदार्थों का मानकीकरण—चावल व गेहूँ का आटा (आयरन, फोलिक एसिड, विटामिन $\text{B}_{12}$), खाद्य तेल व दूध (विटामिन A और विटामिन D), तथा द्वि-सुदृढ़ीकृत नमक (Double Fortified Salt — DFS) (आयोडीन + आयरन)।
- RUCO (Repurpose Used Cooking Oil): जब खाद्य तेल को बार-बार तला जाता है और उसमें कुल ध्रुवीय यौगिक (Total Polar Compounds — TPC) $25\%$ से अधिक हो जाते हैं, तो वह मानव उपभोग के लिए असुरक्षित हो जाता है। RUCO पहल के तहत इस प्रयुक्त तेल को एकत्र कर ट्रांस-एस्टरीकरण (Transesterification) द्वारा बायोडीजल और साबुन में बदला जाता है।
2. CIPET, CSIR प्रयोगशालाएँ एवं रसायन विभाग (DCPC)
- CIPET (केंद्रीय पेट्रोकेमिकल्स इंजीनियरिंग एवं तकनीकी संस्थान): रसायन और उर्वरक मंत्रालय के रसायन एवं पेट्रोकेमिकल्स विभाग (DCPC) के अधीन स्वायत्त संस्थान। इसके तीन उन्नत अनुसंधान केंद्र (SARP)—ARSTPS (चेन्नई), LARPM (भुवनेश्वर) और APDDRL (बेंगलुरु)—बायोपॉलिमर, पुनर्चक्रण और प्लास्टिक परीक्षण मानकों का विकास करते हैं।
- CSIR-NCL (राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाला, पुणे) एवं CSIR-IICT (हैदराबाद): हरित रसायन (Green Chemistry), स्वदेशी उत्प्रेरक (Catalysts), बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर और कृषि-रसायनों (Agrochemicals) के विकास में अग्रणी।
- CSIR-IITR (भारतीय विषविज्ञान अनुसंधान संस्थान, लखनऊ) एवं CSIR-CFTRI (मैसूरु): खाद्य मिलावट का पता लगाने वाले त्वरित परीक्षण किट, माइक्रोप्लास्टिक विषाक्तता अध्ययन और उच्च प्रोटीन/फोर्टिफाइड खाद्य प्रौद्योगिकियों का विकास।
- एकल-उपयोग प्लास्टिक (Single-Use Plastics — SUP) प्रतिबंध एवं EPR: प्लास्टिक अपशिष्ट प्रबंधन नियम (संशोधित) के अंतर्गत कम उपयोगिता और उच्च कचरा क्षमता वाले SUP उत्पादों पर प्रतिबंध तथा प्लास्टिक कैरी बैग की न्यूनतम मोटाई $120$ माइक्रोन निर्धारित की गई है; भारतीय मानक ब्यूरो (BIS) ने बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक हेतु IS/ISO 17088 मानक लागू किया है।
समसामयिक घटनाक्रम (2025–2026) और UPSC CSE 2027 हेतु प्रासंगिकता
4.1 विस्तृत विश्लेषण: BioE3 नीति के अंतर्गत पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) बायोप्लास्टिक (PIB 24 सितंबर 2026)
केंद्रीय विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्री डॉ. जितेंद्र सिंह ने 24 सितंबर 2026 को भारत सरकार की BioE3 नीति (Biotechnology for Economy, Environment & Employment) के अंतर्गत गन्ना-आधारित पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) बायोप्लास्टिक के व्यावसायिक उपयोग का औपचारिक शुभारंभ किया। UPSC 2027 प्रारंभिक एवं मुख्य परीक्षा के लिए इसके प्रमुख वैज्ञानिक आयाम निम्नलिखित हैं:
- रासायनिक एवं जैव-प्रौद्योगिकी पथ: पारंपरिक प्लास्टिक (जैसे PE, PP, PET) कच्चे पेट्रोलियम/प्राकृतिक गैस से बनते हैं, जबकि PLA एक जैव-आधारित एवं जैव-निम्नीकरणीय (Bio-based and Biodegradable) ऐलिफैटिक पॉलिएस्टर है। इसमें गन्ने या स्टार्च के नवीकरणीय शर्करा फीडस्टॉक का जीवाणु किण्वन कर लैक्टिक अम्ल ($\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}$) बनाया जाता है, जिसे चक्रीय द्विलक 'लैक्टाइड' (Lactide) में बदलकर वलय-उन्मीलन बहुलकीकरण (Ring-Opening Polymerization) द्वारा उच्च अणुभार वाले PLA में परिवर्तित किया जाता है।
- UPSC Prelims का सबसे महत्वपूर्ण अंतर — 'बायो-आधारित' बनाम 'बायोडिग्रेडेबल' प्लास्टिक:
- सभी बायो-आधारित प्लास्टिक (Bio-based plastics) जैव-निम्नीकरणीय नहीं होते! उदाहरण के लिए, गन्ने के एथेनॉल से बना बायो-PET (Bio-PET) या बायो-PE (Bio-PE) स्रोत में जैव-आधारित है, किंतु रासायनिक संरचना में पेट्रो-PET/PE जैसा ही होने के कारण जैव-अनिम्नीकरणीय (Non-biodegradable) होता है।
- इसके विपरीत, कुछ जीवाश्म/पेट्रोकेमिकल-आधारित प्लास्टिक—जैसे PBAT (Polybutylene Adipate Terephthalate) और PCL (Polycaprolactone)—स्रोत में जीवाश्म-आधारित होते हुए भी रासायनिक रूप से जैव-निम्नीकरणीय (Biodegradable) होते हैं।
- PLA (Polylactic Acid) और PHA (Polyhydroxyalkanoates) दोनों दृष्टियों से श्रेष्ठ हैं—वे जैव-आधारित (Bio-based) भी हैं और जैव-निम्नीकरणीय/कंपोस्टेबल (Biodegradable/Compostable) भी हैं।
प्रारंभिक परीक्षा दृष्टिकोण (Prelims Perspective): कथन ट्रैप, युग्म मिलान एवं सूक्ष्म विभेद
1. सामान्य कथन-ट्रैप (Common Statement Traps)
- ट्रैप 1 (एस्पार्टेम बनाम सुक्रालोज़): यदि कथन में कहा जाए कि "एस्पार्टेम का उपयोग बेकरी उत्पादों को उच्च तापमान पर पकाने (Cooking/Baking) में किया जाता है" — तो यह गलत है। एस्पार्टेम उच्च ताप पर विघटित हो जाता है; बेकिंग हेतु सुक्रालोज़ का उपयोग होता है।
- ट्रैप 2 (जर्मन सिल्वर एवं डच मेटल): जर्मन सिल्वर ($\text{Cu + Zn + Ni}$) में चाँदी ($0\%$) नहीं होती; इसी प्रकार 'रोल्ड गोल्ड' (कृत्रिम सोना — $\text{Cu } 90\% + \text{Al } 10\%$) में सोना नहीं होता।
- ट्रैप 3 (हाइड्रोजेल के अनुप्रयोग — UPSC 2024): हाइड्रोजेल उच्च जल-धारण करने वाले बहुलक जाल हैं जो नियंत्रित दवा वितरण, घाव भरने और कॉन्टैक्ट लेंस में काम आते हैं, परंतु उच्च दाब/ताप वाले औद्योगिक स्नेहक (Lubricants) या मोबाइल एयर-कंडीशनिंग रेफ्रिजरेंट के रूप में प्रयुक्त नहीं होते।
- ट्रैप 4 (अम्ल को तनु करना): सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text{H}_2\text{SO}_4$) को तनु करते समय हमेशा जल में अम्ल को धीरे-धीरे मिलाया जाता है, कभी भी अम्ल में जल नहीं डाला जाता, क्योंकि यह प्रक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है और अम्ल उछलकर बाहर आ सकता है।
2. उच्च-संभावना युग्म मिलान (High-Yield Pair Matching)
- बिस्फेनॉल-A (BPA): पॉलीकार्बोनेट प्लास्टिक व एपॉक्सी रेजिन (UPSC 2021)।
- ट्राइक्लोसन (Triclosan): प्रसाधन सामग्री / टॉयलेटरीज़ (साबुन, टूथपेस्ट — UPSC 2021)।
- PFAS ('Forever Chemicals'): नॉन-स्टिक कुकवेयर, वाटर-रिपेलेंट वस्त्र व खाद्य पैकेजिंग (UPSC 2024)।
- मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG): चाइनीज फास्ट फूड में स्वादवर्धक (UPSC 2017)।
- ब्रोमिनेटेड वनस्पति तेल (BVO): सॉफ्ट ड्रिंक में घनत्व स्थायीकारक (UPSC 2017)।
- सोडियम बेंजोएट व पोटैशियम मेटाबाइसल्फाइट: अम्लीय खाद्य, जैम व स्क्वैश में परिरक्षक।
- सिल्वर आयोडाइड ($\text{AgI}$), ठोस $\text{CO}_2$ एवं साधारण नमक ($\text{NaCl}$): कृत्रिम वर्षा (Cloud Seeding) में प्रयुक्त रसायन।
- सिल्वर ब्रोमाइड ($\text{AgBr}$): श्वेत-श्याम फोटोग्राफी में प्रकाश-संवेदी लवण (और सोडियम थायोसल्फेट 'हाइपो' फिक्सर के रूप में)।
मुख्य परीक्षा दृष्टिकोण (Mains GS-III Perspective): खाद्य सुदृढ़ीकरण, प्लास्टिक प्रदूषण और हरित रसायन
6.1 भारत में खाद्य प्रसंस्करण एवं खाद्य सुदृढ़ीकरण (Food Fortification): वैज्ञानिक आधार, लाभ एवं चुनौतियाँ
UPSC मुख्य परीक्षा (GS-III) में खाद्य प्रसंस्करण उद्योग (Food Processing Industry) और पोषण सुरक्षा निरंतर पूछे जाने वाले विषय हैं। चावल सुदृढ़ीकरण (Rice Fortification) में सामान्य चावल के आटे में सूक्ष्म-पोषक तत्व—आयरन ($28\text{–}42.5\text{ mg/kg}$ फेरिक पायरोफॉस्फेट के रूप में), फोलिक एसिड ($75\text{–}125\text{ }\mu\text{g/kg}$) और विटामिन $\text{B}_{12}$ ($0.75\text{–}1.25\text{ }\mu\text{g/kg}$)—मिलाकर एक्सट्रूज़न तकनीक (Extrusion Technology) से फोर्टिफाइड राइस कर्नेल (FRK) बनाए जाते हैं और उन्हें सामान्य चावल के साथ $1:100$ के अनुपात में मिश्रित (Blend) किया जाता है।
- सकारात्मक प्रभाव: भारत में रक्ताल्पता (Anaemia — NFHS-5 के अनुसार महिलाओं व बच्चों में उच्च प्रसार) और न्यूरल ट्यूब दोषों को कम करने का अत्यंत लागत-प्रभावी माध्यम; पकाने या धोने पर सूक्ष्म-पोषक तत्व नष्ट नहीं होते और उपभोक्ता को अपने आहार की आदत नहीं बदलनी पड़ती।
- वैज्ञानिक एवं नीतिगत सावधानियाँ: थैलेसीमिया (Thalassemia) और सिकल सेल एनीमिया (Sickle Cell Anaemia) से पीड़ित व्यक्तियों में अतिरिक्त आयरन के संचय (Iron Overload) के प्रति चिकित्सकीय निगरानी, छोटे चावल मिलों में समरूप ब्लेंडिंग गुणवत्ता नियंत्रण, और प्राकृतिक आहार विविधता (मोटे अनाज / श्री अन्न, दलहन व हरी सब्जियाँ) के साथ संतुलन।
6.2 माइक्रोप्लास्टिक्स एवं 'फॉरएवर केमिकल्स' (PFAS) का संकट और समाधान की राह (Way Forward)
$5\text{ mm}$ से छोटे प्लास्टिक कणों को माइक्रोप्लास्टिक और $1\text{ }\mu\text{m}$ ($1000\text{ nm}$) से छोटे कणों को नैनोप्लास्टिक कहा जाता है। प्राथमिक माइक्रोप्लास्टिक (जैसे कॉस्मेटिक माइक्रोबीड्स, सिंथेटिक वस्त्रों के पॉलिएस्टर माइक्रोफाइबर) और द्वितीयक माइक्रोप्लास्टिक (बड़े प्लास्टिक कचरे के सूर्य के UV विकिरण व यांत्रिक घर्षण से टूटने पर) अब मानव रक्त, प्लेसेंटा और समुद्री नमक तक में पाए गए हैं। इसके समाधान हेतु चतुर्मुखी रणनीति आवश्यक है: (i) BioE3 नीति के तहत PLA व PHA बायोपॉलिमर की उत्पादन लागत घटाना, (ii) विस्तारित उत्पादक उत्तरदायित्व (EPR) का कठोर प्रवर्तन, (iii) अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में हाइड्रोजेल एवं झिल्ली निस्पंदन तथा आइडियोनेला साकाइंसेस (Ideonella sakaiensis — PETase एंजाइम) जैसे प्लास्टिक-अपघटक सूक्ष्मजीवों का उपयोग, और (iv) FSSAI-CSIR द्वारा खाद्य पैकेजिंग में BPA व PFAS की सख्त सीमा तय करना।
सत्यापित UPSC प्रारंभिक परीक्षा पूर्व प्रश्न (Verified Prelims PYQs: 2017–2024)
नीचे दैनिक जीवन के रसायन विज्ञान, बहुलकों (BPA, हाइड्रोजेल, PFAS) और खाद्य/प्रसाधन रसायनों (ट्राइक्लोसन, MSG, BVO, सीसा) पर पूछे गए 5 प्रामाणिक UPSC CSE Prelims प्रश्न दिए गए हैं। किसी भी विकल्प पर क्लिक करके आधिकारिक उत्तर और विकल्प-वार व्याख्या देखें:
विस्तृत व्याख्या: पर- और पॉलीफ्लोरोएल्किल पदार्थ (PFAS) संश्लेषित रसायनों का एक बड़ा समूह हैं जिनमें अत्यंत प्रबल कार्बन-फ्लोरीन ($\text{C–F}$) सहसंयोजक आबंध पाया जाता है।
• कथन 1 सही है: जल-रोधी और ग्रीस-रोधी गुणों के कारण PFAS नॉन-स्टिक बर्तनों, फास्ट-फूड रैपर/पैकेजिंग, वाटरप्रूफ कपड़ों और अग्निशामक झाग में प्रयुक्त होते हैं, जहाँ से ये पेयजल और भोजन में व्यापक रूप से पहुँच चुके हैं।
• कथन 2 सही है: $\text{C–F}$ आबंध के कारण ये ताप, प्रकाश या सूक्ष्मजीवों द्वारा आसानी से विघटित नहीं होते, इसलिए इन्हें 'फॉरएवर केमिकल्स' (Forever Chemicals) कहा जाता है।
• कथन 3 सही है: शरीर से अत्यंत धीमी गति से उत्सर्जित होने के कारण ये रक्त प्रोटीन, यकृत और गुर्दों में जुड़कर जंतुओं व मनुष्यों में जैव-संचय (Bioaccumulation) करते हैं। (PFOA और PFOS को स्टॉकहोम कन्वेंशन में POPs के रूप में सूचीबद्ध किया गया है)।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट)
सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3। तीनों कथन पूर्णतः सत्य हैं।
विस्तृत व्याख्या:
• कथन 1 सही है: हाइड्रोजेल क्रॉस-लिंक्ड जलरागी (Hydrophilic) बहुलकों के त्रिविमीय नेटवर्क होते हैं जो भारी मात्रा में जल/जैविक द्रव सोखकर फूल (Swell) सकते हैं और शरीर के $\text{pH}$ या तापमान के अनुसार दवा को धीरे-धीरे लक्षित अंग तक छोड़ते हैं (Controlled Drug Delivery), साथ ही कॉन्टैक्ट लेंस व घाव ड्रेसिंग में प्रयुक्त होते हैं।
• कथन 2 और 3 गलत हैं: मोबाइल एयर-कंडीशनिंग प्रणालियों में प्रशीतक गैसों (जैसे HFCs/HFOs) व कंप्रेसर का उपयोग होता है, तथा औद्योगिक स्नेहकों (Lubricants) में उच्च ताप/दाब सहने वाले खनिज तेलों, सिंथेटिक एस्टर या ग्रेफाइट/$\text{MoS}_2$ का प्रयोग होता है, न कि जल-आधारित हाइड्रोजेल का। (UPSC आधिकारिक कुंजी के अनुसार विकल्प (a) केवल 1 सही है)।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट)
सही उत्तर: (a) केवल 1।
विस्तृत व्याख्या: बिस्फेनॉल-A (BPA) का उपयोग मुख्यतः कठोर और पारदर्शी पॉलीकार्बोनेट (PC) प्लास्टिक (पानी की बोतलें, बेबी फीडिंग बोतलें, खाद्य कंटेनर, चश्मे के लेंस) तथा धातु के डिब्बों की आंतरिक कोटिंग वाले एपॉक्सी रेजिन (Epoxy Resins) के निर्माण में एकलक (Monomer) के रूप में होता है। यह एस्ट्रोजन हार्मोन की नकल (Xenoestrogen) कर अंतःस्रावी तंत्र को बाधित करता है। LDPE एथिलीन से, PET एथिलीन ग्लाइकॉल व टेरेफ्थैलिक अम्ल से, और PVC विनाइल क्लोराइड से बनता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट)
सही उत्तर: (b) पॉलीकार्बोनेट।
विस्तृत व्याख्या: ट्राइक्लोसन एक संश्लेषित जीवाणुरोधी एवं कवकरोधी (Antimicrobial) रसायन है जिसे व्यक्तिगत स्वच्छता एवं प्रसाधन उत्पादों (Toiletries)—जैसे साबुन, टूथपेस्ट, बॉडी वॉश, शेविंग क्रीम और डियोडरेंट—में सूक्ष्मजीवों की वृद्धि रोकने के लिए मिलाया जाता है। खाद्य परिरक्षण में सोडियम बेंजोएट, फल पकाने में एथिलीन/कैल्शियम कार्बाइड, और प्लास्टिक कंटेनरों में BPA/थैलेट्स संबंधित होते हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट)
सही उत्तर: (d) प्रसाधन सामग्रियों में (Toiletries)।
विस्तृत व्याख्या: तीनों युग्म सही सुमेलित हैं:
• युग्म 1 सही है: लिपस्टिक में प्रयुक्त खनिज रंग वर्णकों (Pigments) में भारी धातु सीसा (Lead — $\text{Pb}$) अशुद्धि के रूप में पाया जाता है, जो एक गंभीर न्यूरोटॉक्सिन है।
• युग्म 2 सही है: खट्टे (Citrus) स्वाद वाले सॉफ्ट ड्रिंक्स में फ्लेवरिंग ऑयल को पूरे पेय में समान रूप से निलंबित रखने के लिए ब्रोमिनेटेड वनस्पति तेल (BVO) का उपयोग घनत्व स्थायीकारक के रूप में होता रहा है, जो ब्रोमीन विषाक्तता पैदा करता है।
• युग्म 3 सही है: मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG) का उपयोग चाइनीज फास्ट फूड और प्रोसेस्ड फूड में स्वादवर्धक (Flavour enhancer) के रूप में किया जाता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट)
सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3।
सत्यापित UPSC मुख्य परीक्षा पूर्व प्रश्न (Mains GS-III PYQ) एवं आदर्श उत्तर
("Examine the scope of the food processing industries in India. Elaborate the measures taken by the government in the food processing industries for generating employment opportunities.")
आदर्श उत्तर संरचना (250 शब्द — खाद्य रसायन, परिरक्षण विज्ञान एवं नीतिगत समन्वय सहित):
भूमिका: खाद्य प्रसंस्करण उद्योग (Food Processing Industry — FPI) कच्चे कृषि उत्पादों को भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं—जैसे पाश्चुरीकरण, निर्जलीकरण, किण्वन (Fermentation), परिरक्षण (सोडियम बेंजोएट, सॉर्बेट्स, नियंत्रित वायुमंडलीय पैकेजिंग) और सूक्ष्म-पोषक सुदृढ़ीकरण (Food Fortification)—के माध्यम से मूल्य-वर्धित, सुरक्षित एवं दीर्घ-आयु (Shelf-stable) खाद्य उत्पादों में रूपांतरित करता है। भारत विश्व का अग्रणी दूध, दलहन, बागवानी और अनाज उत्पादक है, किंतु यहाँ प्रसंस्करण स्तर अभी भी ~10–12% के आसपास है, जो इसके विशाल विस्तार क्षेत्र को दर्शाता है।
1. भारत में खाद्य प्रसंस्करण उद्योग का वैज्ञानिक एवं आर्थिक कार्यक्षेत्र (Scope):
- फसल-टापरांत क्षति (Post-Harvest Losses) में कमी: वैज्ञानिक कोल्ड-चेन, वैक्यूम पैकेजिंग, खाद्य विकिरणन (Food Irradiation) और सुरक्षित परिरक्षकों के उपयोग से फलों-सब्जियों में होने वाली 15–25% बर्बादी को रोका जा सकता है।
- पोषण सुरक्षा एवं 'प्रच्छन्न भूख' का निवारण: FSSAI के '+F' फोर्टिफिकेशन मानकों (एक्सट्रूज़न तकनीक से आयरन, फोलिक एसिड व विटामिन $\text{B}_{12}$ युक्त चावल और विटामिन A व D युक्त तेल/दूध) तथा 'श्री अन्न' (मोटे अनाज) के मूल्य-वर्धन से कुपोषण व एनीमिया का समाधान।
- हरित एवं चक्रीय जैव-अर्थव्यवस्था: FSSAI की RUCO पहल के तहत प्रयुक्त खाद्य तेल का ट्रांस-एस्टरीकरण कर बायोडीजल निर्माण तथा BioE3 नीति (2026) के तहत कृषि अपशिष्ट व गन्ने से बायोडिग्रेडेबल PLA खाद्य पैकेजिंग का विकास।
2. रोजगार सृजन हेतु प्रमुख सरकारी उपाय:
- प्रधानमंत्री किसान संपदा योजना (PMKSY): मेगा फूड पार्क, एकीकृत कोल्ड-चेन, एग्रो-प्रोसेसिंग क्लस्टर और NABL-मान्यता प्राप्त खाद्य परीक्षण प्रयोगशालाओं के निर्माण से खेत-से-बाज़ार (Farm-to-Fork) तक लाखों प्रत्यक्ष एवं अप्रत्यक्ष ग्रामीण रोजगारों का सृजन।
- PM-FME योजना (सूक्ष्म खाद्य प्रसंस्करण उद्यमों का औपचारिकरण): 'एक जिला एक उत्पाद' (ODOP) दृष्टिकोण के तहत 2 लाख सूक्ष्म इकाइयों को क्रेडिट-लिंक्ड सब्सिडी, ब्रांडिंग और FSSAI स्वच्छता/सुरक्षा प्रशिक्षण (FoSTaC के तहत 25 लाख+ फूड हैंडलर्स प्रशिक्षित)।
- खाद्य प्रसंस्करण हेतु PLI योजना: रेडी-टू-ईट (RTE), बाजरा-आधारित उत्पादों और समुद्री उत्पादों के घरेलू विनिर्माण व निर्यात को प्रोत्साहन।
निष्कर्ष: खाद्य रसायन सुरक्षा (ट्रांस-फैट मुक्त मानक, माइक्रोप्लास्टिक नियंत्रण), बायोडिग्रेडेबल पैकेजिंग और ग्रामीण क्लस्टर-आधारित प्रसंस्करण का एकीकरण भारतीय कृषि को 'केवल उत्पादन' से 'मूल्य-वर्धित पोषण एवं रोजगार इंजन' में रूपांतरित कर सकता है।
अध्ययनसार™ मूल अभ्यास प्रश्न बैंक (15 नए Prelims MCQs + 4 Mains अभ्यास प्रश्न)
UPSC CSE 2027 के नवीनतम पैटर्न (कथन-I/कथन-II, 'कितने कथन सही हैं', युग्म मिलान और अनुप्रयोग आधारित प्रश्न) पर तैयार 15 मौलिक प्रारंभिक परीक्षा प्रश्न नीचे दिए गए हैं:
व्याख्या: NCERT कक्षा XII रसायन विज्ञान ('दैनिक जीवन में रसायन') के अनुसार एस्पार्टेम सुक्रोज से लगभग 100 गुना मीठा होता है। यह एस्पार्टिक अम्ल और फेनिलएलनिन अमीनो अम्लों के डाइपेप्टाइड का मेथिल एस्टर है। खाना पकाने के उच्च तापमान पर इसका एस्टर/पेप्टाइड आबंध जल-अपघटित (Hydrolyse) हो जाता है, जिससे इसकी मिठास समाप्त हो जाती है। इसके विपरीत, सुक्रालोज़ (Sucralose) पकाने के तापमान पर स्थिर रहता है।
उत्तर देखें
सही उत्तर: (c)
व्याख्या:
• कथन 1 सही है: सितंबर 2026 में BioE3 नीति के तहत भारत में गन्ने से PLA बायोप्लास्टिक का व्यावसायिक लॉन्च किया गया है।
• कथन 2 गलत है: 'जैव-आधारित' (Bio-based) का अर्थ केवल यह है कि कच्चा माल जैविक बायोमास से आया है। गन्ने के एथेनॉल से बना Bio-PET या Bio-PE रासायनिक रूप से पेट्रो-PET/PE के समान ही होता है और पर्यावरण में जैव-निम्नीकरणीय नहीं (Non-biodegradable) होता।
• कथन 3 सही है: मानव शरीर में PLA धीरे-धीरे जल-अपघटित होकर प्राकृतिक लैक्टिक अम्ल में बदल जाता है जिसे शरीर उपापचयित कर लेता है; अतः यह घुलनशील टांकों और ड्रग-डिलीवरी इम्प्लांट्स में प्रयुक्त होता है।
उत्तर देखें
सही उत्तर: (b) केवल दो
व्याख्या: साबुन दीर्घ श्रृंखला वाले वसीय अम्लों के सोडियम/पोटैशियम लवण ($\text{R-COO}^-\text{Na}^+$) हैं जो कठोर जल के $\text{Ca}^{2+}$ व $\text{Mg}^{2+}$ आयनों से जुड़कर अघुलनशील कैल्शियम/मैग्नीशियम स्टीयरेट (Scum) बनाते हैं। संश्लेषित अपमार्जक लंबी श्रृंखला वाले एल्किल बेंजीन सल्फोनिक अम्लों के सोडियम लवण ($\text{R-SO}_3^-\text{Na}^+$) होते हैं जिनके $\text{Ca}^{2+}/\text{Mg}^{2+}$ लवण जल में घुलनशील रहते हैं।
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सही उत्तर: (a)
व्याख्या: युग्म 3 गलत है क्योंकि 'जर्मन सिल्वर' में चाँदी ($\text{Ag}$) बिल्कुल नहीं ($0\%$) होती; यह ताँबा ($\text{Cu } \sim 60\%$), जस्ता ($\text{Zn } \sim 20\%$) और निकल ($\text{Ni } \sim 20\%$) की मिश्रधातु है। युग्म 1, 2 और 4 पूर्णतः सही सुमेलित हैं।
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सही उत्तर: (c) केवल तीन युग्म
व्याख्या: तीनों कथन सही हैं। FSSAI ने खाद्य तेलों में औद्योगिक ट्रांस-फैट की सीमा $\le 2\%$ और प्रयुक्त खाद्य तेल में कुल ध्रुवीय यौगिकों (TPC) की अधिकतम सीमा $25\%$ निर्धारित की है। $25\%$ TPC से अधिक वाले तेल को RUCO पहल के तहत बायोडीजल बनाने में भेजा जाता है।
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सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3
व्याख्या:
• कथन 1 गलत है: मानव शरीर का सबसे कठोर पदार्थ 'दंत इनेमल' कैल्शियम कार्बोनेट का नहीं, बल्कि कैल्शियम हाइड्रॉक्सीऐपेटाइट ($\text{Ca}_{10}(\text{PO}_4)_6(\text{OH})_2$ — कैल्शियम फॉस्फेट का क्रिस्टलीय रूप) का बना होता है, और यह तब संक्षारित होता है जब मुँह का $\text{pH } 5.5$ से कम हो जाता है (न कि 7.0 से कम)।
• कथन 2 और 3 बिल्कुल सही हैं: $\text{pH}$ लघुगणकीय पैमाना होने के कारण 2 इकाई की कमी से $[\text{H}^+]$ सांद्रता $10^2 = 100$ गुना बढ़ जाती है।
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सही उत्तर: (b) केवल 2 और 3
व्याख्या: बैकेलाइट और मेलामाइन सघन त्रिविमीय क्रॉस-लिंक्ड तापदृढ़ (Thermosetting) बहुलक हैं। इसके विपरीत, PVC और PET तापसुघट्य (Thermoplastics) हैं जो गर्म करने पर मुलायम हो जाते हैं और पुनर्चक्रित किए जा सकते हैं।
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सही उत्तर: (a) केवल 1 और 2
व्याख्या:
• कथन 1 और 2 सही हैं: FSSAI मानकों के तहत चावल में आयरन, फोलिक एसिड और विटामिन $\text{B}_{12}$ तथा तेल व दूध में विटामिन A और D जोड़े जाते हैं।
• कथन 3 गलत है: एक्सट्रूज़न तकनीक से बने फोर्टिफाइड राइस कर्नेल (FRK) को सामान्य चावल के साथ $1:100$ के अनुपात (अर्थात् 100 दाने सामान्य चावल में 1 दाना FRK) में मिलाया जाता है, न कि $1:10$ में।
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सही उत्तर: (c) केवल 1 और 2
व्याख्या: ऑक्सैलिक अम्ल अघुलनशील फेरिक ऑक्साइड (जंग) के साथ घुलनशील फेरिऑक्सैलेट संकुल बनाकर दाग हटा देता है (कथन 1 सही)। लाल चींटी और बिच्छू बूटी के डंक में फॉर्मिक अम्ल (मेथेनोइक अम्ल — $\text{HCOOH}$) होता है, न कि टार्टरिक अम्ल (कथन 2 गलत)। अम्लराज में $3\text{ भाग सांद्र HCl} : 1\text{ भाग सांद्र HNO}_3$ होता है (कथन 3 सही)।
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सही उत्तर: (b) केवल 1 और 3
व्याख्या: सक्रियता श्रेणी में जस्ता ($\text{Zn}$) लोहे ($\text{Fe}$) से ऊपर स्थित है (अर्थात् $\text{Zn}$ का मानक ऑक्सीकरण विभव $\text{Fe}$ से अधिक है)। इसलिए परत टूटने या खरोंच लगने पर भी $\text{Zn}$ ऐनोड बनकर स्वयं ऑक्सीकृत होता है और लोहे को कैथोड बनाकर जंग से बचाता है। इसे कैथोडिक या उत्सर्ग सुरक्षा (Cathodic / Sacrificial Protection) कहते हैं।
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सही उत्तर: (d)
व्याख्या: कथन 1 और 2 सही हैं। कथन 3 गलत है क्योंकि प्राकृतिक रबर का एकलक आइसोप्रीन (Isoprene — 2-मेथिल-1,3-ब्यूटाडाइईन) होता है, जबकि 'क्लोरोप्रीन' संश्लेषित रबर नियोप्रीन (Neoprene) का एकलक है।
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सही उत्तर: (a) केवल 1 और 2
व्याख्या: कथन 1 गलत है (प्रमुख UPSC ट्रैप!): कैल्शियम कार्बाइड ($\text{CaC}_2$) जल/नमी से अभिक्रिया कर एथिलीन नहीं, बल्कि एसिटिलीन गैस ($\text{C}_2\text{H}_2$) बनाता है ($\text{CaC}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{C}_2\text{H}_2\uparrow$)। कथन 2 और 3 पूर्णतः सत्य हैं।
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सही उत्तर: (c) केवल 2 और 3
व्याख्या: युग्म 1 (बेकिंग सोडा) और युग्म 2 (धोने का सोडा) सही हैं। युग्म 3 गलत है क्योंकि कैल्शियम सल्फेट डाइहाइड्रेट ($\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}$) कठोर 'जिप्सम' है; हड्डियों पर प्लास्टर चढ़ाने का चूर्ण प्लास्टर ऑफ पेरिस ($\text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$ — कैल्शियम सल्फेट अर्धहाइड्रेट) होता है।
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सही उत्तर: (b) केवल 1 और 2
व्याख्या: विकृतगंधिता तेल/वसा के असंतृप्त आबंधों के मुक्त-मूलक ऑक्सीकरण (Free-radical oxidation) से होती है। नाइट्रोजन गैस ($\text{N}\equiv\text{N}$ त्रि-आबंध के कारण अक्रिय) ऑक्सीजन को विस्थापित करती है, BHA/BHT मुक्त मूलकों को निष्क्रिय करते हैं, और अपारदर्शी पैकेजिंग प्रकाश-उत्प्रेरित ऑक्सीकरण को रोकती है।
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सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3
व्याख्या: तीनों युग्म पूर्णतः सही हैं:
• $\text{AgI}$: इसकी षट्कोणीय क्रिस्टल संरचना प्राकृतिक बर्फ के समान होती है, इसलिए यह अतिशीतित बादलों में कृत्रिम वर्षा कराने में प्रयुक्त होता है।
• $\text{AgBr}$: प्रकाश पड़ने पर यह अपघटित होकर धात्विक सिल्वर बनाता है ($2\text{AgBr} \xrightarrow{h\nu} 2\text{Ag} + \text{Br}_2$)।
• $\text{AgNO}_3$: CSIR-NPL द्वारा विकसित चुनावी स्याही में सिल्वर नाइट्रेट होता है, जो त्वचा के नमक ($\text{NaCl}$) से क्रिया कर अघुलनशील $\text{AgCl}$ बनाता है और प्रकाश में गहरा काला/बैंगनी निशान छोड़ता है।
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सही उत्तर: (a) सभी तीन युग्म
9.2 मुख्य परीक्षा (Mains GS-III) अभ्यास प्रश्न एवं मॉडल उत्तर
मॉडल उत्तर (250 शब्द):
भूमिका: आधुनिक उपभोक्ता उत्पादों—नॉन-स्टिक कुकवेयर, वाटरप्रूफ वस्त्र, फास्ट-फूड पैकेजिंग और सिंथेटिक कपड़ों—ने दैनिक जीवन को सुविधाजनक बनाया है, किंतु इनके परिणामस्वरूप पर- और पॉलीफ्लोरोएल्किल पदार्थ (PFAS) तथा माइक्रोप्लास्टिक्स ($< 5\text{ mm}$) के रूप में चिरस्थायी रासायनिक प्रदूषण का संकट उत्पन्न हुआ है।
1. रासायनिक स्थायित्व एवं जैव-संचय का वैज्ञानिक आधार:
- प्रबलतम कार्बन-फ्लोरीन ($\text{C–F}$) आबंध: PFAS में फ्लोरीन की सर्वोच्च विद्युत-ऋणात्मकता ($4.0$) और छोटे परमाणु आकार के कारण $\text{C–F}$ आबंध की वियोजन ऊर्जा अत्यंत उच्च ($\sim 485\text{ kJ/mol}$) होती है। कोई भी प्राकृतिक प्रकाश-अपघटन, तापीय प्रक्रिया या सामान्य जीवाणु एंजाइम इस आबंध को आसानी से नहीं तोड़ पाता, जिससे इन्हें 'फॉरएवर केमिकल्स' कहा जाता है।
- जैव-आवर्धन एवं स्वास्थ्य प्रभाव: वसा की बजाय रक्त सीरम प्रोटीन व यकृत में जुड़ने के कारण PFAS और प्लास्टिक योजक (जैसे पॉलीकार्बोनेट में बिस्फेनॉल-A व थैलेट्स) अंतःस्रावी अवरोधक (Endocrine Disruptors), थायरॉइड विकार, प्रतिरक्षा दमन और यकृत/वृक्क कैंसर के कारक बनते हैं।
2. BioE3 नीति (2026) और जैव-आधारित बहुलकों की समाधानकारी भूमिका:
- पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) एवं PHA का व्यावसायिक विनिर्माण: सितंबर 2026 में विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय (DBT/BIRAC) ने BioE3 नीति के अंतर्गत गन्ने के बायोमास से PLA बायोप्लास्टिक के व्यावसायिक उत्पादन का शुभारंभ किया है। PLA और पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्कानोएट्स (PHA) एस्टर आबंधों से युक्त होते हैं जो सूक्ष्मजीवों द्वारा $\text{CO}_2$, जल और ह्यूमस में पूर्णतः विघटित हो जाते हैं।
- IIT मद्रास (CoE BioPack) एवं CIPET के नवाचार: खाद्य पैकेजिंग में PFAS कोटिंग के स्थान पर समुद्री शैवाल (Seaweed), काइटोसन और स्टार्च आधारित बैरियर कोटिंग्स का विकास।
निष्कर्ष: स्टॉकहोम कन्वेंशन के तहत PFAS के चरणबद्ध उन्मूलन, FSSAI-CSIR द्वारा खाद्य माइक्रोप्लास्टिक मानकों के निर्धारण और BioE3 हरित विनिर्माण के समन्वय से ही सुरक्षित चक्रीय अर्थव्यवस्था स्थापित की जा सकती है।
मॉडल उत्तर (150 शब्द):
भूमिका: भारत एक ओर सूक्ष्म-पोषक तत्वों की कमी ('प्रच्छन्न भूख'—आयरन, विटामिन A, D व $\text{B}_{12}$ की कमी) और दूसरी ओर मोटापे व हृदय रोगों (NCDs) के दोहरे पोषण भार का सामना कर रहा है, जिसके समाधान में खाद्य रसायन केंद्रीय भूमिका निभाता है।
- खाद्य सुदृढ़ीकरण (+F): एक्सट्रूज़न तकनीक से चावल में फेरिक पायरोफॉस्फेट (आयरन), फोलिक एसिड व विटामिन $\text{B}_{12}$ ($1:100$ अनुपात; दिसंबर 2028 तक PMGKAY में विस्तारित) तथा नमक में आयोडीन व आयरन (DFS) मिलाकर रक्ताल्पता व घेघा रोग का वैज्ञानिक निवारण किया जा रहा है।
- ट्रांस-फैट नियंत्रण ($\le 2\%$): वनस्पति तेलों के आंशिक हाइड्रोजनीकरण से बनने वाले *trans* आइसोमर धमनियों में LDL कोलेस्ट्रॉल जमा करते हैं। FSSAI द्वारा TFA को $\le 2\%$ पर सीमित करने और 2025 के 'Stop Obesity' अभियान (तेल व नमक में 10% कटौती) से हृदय रोगों में कमी आएगी।
- RUCO पहल: बार-बार तले गए तेल ($\text{TPC} > 25\%$) को खाद्य श्रृंखला से हटाकर ट्रांस-एस्टरीकरण द्वारा बायोडीजल (39+ लाख लीटर उत्पादित) में बदलना जन-स्वास्थ्य और स्वच्छ ऊर्जा दोनों को सशक्त करता है।
अभ्यास प्रश्न 3 (10 अंक • 150 शब्द — उत्तर रूपरेखा)
प्रश्न: "हाइड्रोजेल (Hydrogels) क्या हैं? लक्षित औषधि वितरण, स्मार्ट कृषि (मृदा नमी संरक्षण) और जल से माइक्रोप्लास्टिक हटाने में इनकी क्रियाविधि समझाइए।"
उत्तर संकेत: (i) त्रिविमीय क्रॉस-लिंक्ड जलरागी बहुलक नेटवर्क की परिभाषा; (ii) $\text{pH}$/तापमान-संवेदी स्मार्ट हाइड्रोजेल द्वारा कैंसर या मधुमेह में नियंत्रित दवा वितरण (UPSC 2024); (iii) शुष्क क्षेत्रों में 'पूसा हाइड्रोजेल' द्वारा सिंचाई जल को सोखकर जड़ों को धीरे-धीरे उपलब्ध कराना; (iv) IISc बेंगलुरु द्वारा विकसित इंटरपेनिट्रेटिंग पॉलिमर नेटवर्क (IPN) हाइड्रोजेल द्वारा जल से माइक्रोप्लास्टिक का अधिशोषण व UV-अपघटन।
अभ्यास प्रश्न 4 (10 अंक • 150 शब्द — उत्तर रूपरेखा)
प्रश्न: "हरित रसायन (Green Chemistry) के सिद्धांत क्या हैं? भारत के रसायन और पेट्रोकेमिकल क्षेत्र को वर्ष 2030 तक वैश्विक विनिर्माण केंद्र बनाने में हरित उत्प्रेरक और चक्रीय रसायन कैसे सहायक हैं?"
उत्तर संकेत: (i) पॉल अनास्तास के हरित रसायन सिद्धांत—परमाणु मितव्ययिता (Atom Economy), सुरक्षित विलायक, उत्प्रेरण और जैव-निम्नीकरणीय उत्पाद; (ii) CSIR-NCL व CSIR-IICT द्वारा विषैले विलायकों के स्थान पर जलीय/सुपरक्रिटिकल $\text{CO}_2$ माध्यम का विकास; (iii) 14वें इंडिया केम 2026 और PCPIRs में हरित हाइड्रोजन/अमोनिया और बायो-रसायनों का एकीकरण।
त्वरित पुनरावृत्ति (Rapid Revision): 22 उच्च-घनत्व परीक्षा तथ्य एवं मुख्य विभेद
- अल्कली बनाम क्षार: सभी जल-घुलनशील क्षार 'अल्कली' ($\text{NaOH, KOH}$) कहलाते हैं; सभी अल्कली क्षार हैं, पर सभी क्षार अल्कली नहीं हैं।
- लुईस अम्ल एवं क्षार: इलेक्ट्रॉन युग्म ग्राही = लुईस अम्ल ($\text{BF}_3, \text{AlCl}_3$); इलेक्ट्रॉन युग्म दाता = लुईस क्षार ($\text{NH}_3, \text{OH}^-$)।
- प्राकृतिक अम्ल मिलान: सिरका = एसिटिक अम्ल; चींटी/नेटल डंक = फॉर्मिक (मेथेनोइक) अम्ल; दही = लैक्टिक अम्ल; इमली/अंगूर = टार्टरिक अम्ल; टमाटर/पालक = ऑक्सैलिक अम्ल (जंग के दाग हटाने में प्रयुक्त)।
- अम्लराज (Aqua Regia): $3\text{ भाग सांद्र HCl} + 1\text{ भाग सांद्र HNO}_3$; सोना ($\text{Au}$) और प्लैटिनम ($\text{Pt}$) को घोलने में सक्षम।
- दंत क्षय एवं अम्ल वर्षा की pH सीमा: मुँह का $\text{pH } < 5.5$ होने पर दंत इनेमल (कैल्शियम हाइड्रॉक्सीऐपेटाइट) क्षरित होता है; वर्षा जल का $\text{pH } < 5.6$ होने पर वह अम्ल वर्षा कहलाती है।
- प्रमुख लवण सूत्र: विरंजक चूर्ण = $\text{CaOCl}_2$; बेकिंग सोडा = $\text{NaHCO}_3$; धोने का सोडा = $\text{Na}_2\text{CO}_3\cdot 10\text{H}_2\text{O}$ (स्थायी कठोरता हटाता है); प्लास्टर ऑफ पेरिस = $\text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$।
- जंग लगना एवं यशदलेपन: लोहे पर जंग लगने ($\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot x\text{H}_2\text{O}$) से उसका भार बढ़ता है; जस्ते ($\text{Zn}$) की परत चढ़ाना यशदलेपन (Galvanization) है जो उत्सर्ग सुरक्षा देता है।
- जर्मन सिल्वर का ट्रैप: जर्मन सिल्वर ($\text{Cu + Zn + Ni}$) में चाँदी ($\text{Ag}$) $0\%$ (बिल्कुल नहीं) होती है।
- अमलगम (Amalgam) अपवाद: पारे ($\text{Hg}$) की मिश्रधातु को अमलगम कहते हैं; लोहा ($\text{Fe}$) और प्लैटिनम अमलगम नहीं बनाते।
- मिसेल (Micelle) की दिशा: साबुन के अणु की अध्रुवीय हाइड्रोकार्बन पूँछ तेल/ग्रीस की बूँद के भीतर और आयनिक शीर्ष ($-\text{COO}^-\text{Na}^+$) बाहर जल की ओर रहता है।
- ट्राइक्लोसन (UPSC 2021): साबुन, टूथपेस्ट व डियोडरेंट जैसी प्रसाधन सामग्रियों (Toiletries) में प्रयुक्त जीवाणुरोधी रसायन; हार्मोन अवरोधक व AMR कारक।
- बिस्फेनॉल-A (BPA — UPSC 2021): पॉलीकार्बोनेट (PC) प्लास्टिक व एपॉक्सी रेजिन का मुख्य संरचनात्मक एकलक; एस्ट्रोजन की नकल करने वाला अंतःस्रावी अवरोधक।
- PFAS ('Forever Chemicals' — UPSC 2024): कार्बन-फ्लोरीन ($\text{C–F}$) के अति-प्रबल आबंध के कारण पर्यावरण में नष्ट नहीं होते और जंतुओं में जैव-संचयित होते हैं।
- हाइड्रोजेल (UPSC 2024): क्रॉस-लिंक्ड जलरागी बहुलक नेटवर्क; रोगियों में नियंत्रित दवा वितरण (Controlled Drug Delivery), घाव ड्रेसिंग व कॉन्टैक्ट लेंस में प्रयुक्त।
- वल्कनीकरण एवं रबर एकलक: प्राकृतिक रबर का एकलक आइसोप्रीन है; इसे मजबूत बनाने हेतु सल्फर ($\text{S}$) के साथ गर्म करना वल्कनीकरण कहलाता है।
- कृत्रिम मधुरक अंतर: एस्पार्टेम खाना पकाने के तापमान पर अस्थिर होता है (केवल ठंडे पेयों में प्रयुक्त); सुक्रालोज़ ताप-स्थिर है।
- UPSC 2017 रसायन युग्म: लिपस्टिक = सीसा ($\text{Pb}$); सॉफ्ट ड्रिंक = ब्रोमिनेटेड वनस्पति तेल (BVO); चाइनीज फास्ट फूड = मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG)।
- फल पकाने का रसायन: कैल्शियम कार्बाइड ($\text{CaC}_2$) नमी से क्रिया कर एसिटिलीन गैस ($\text{C}_2\text{H}_2$) बनाता है (आर्सेनिक अशुद्धि के कारण प्रतिबंधित); प्राकृतिक हार्मोन एथिलीन ($\text{C}_2\text{H}_4$) अनुमत है।
- ट्रांस-फैट एवं RUCO सीमा: FSSAI द्वारा खाद्य तेलों में ट्रांस-फैट सीमा $\le 2\%$; प्रयुक्त तेल में कुल ध्रुवीय यौगिक ($\text{TPC}$) $> 25\%$ होने पर RUCO के तहत बायोडीजल में रूपांतरण।
- चावल सुदृढ़ीकरण (+F, दिसंबर 2028 तक): आयरन, फोलिक एसिड व विटामिन $\text{B}_{12}$ युक्त FRK दानों का सामान्य चावल में $1:100$ अनुपात में मिश्रण।
- PLA बायोप्लास्टिक (PIB सितंबर 2026): BioE3 नीति के तहत गन्ने से लैक्टिक अम्ल द्वारा निर्मित जैव-आधारित एवं जैव-निम्नीकरणीय पॉलिएस्टर; इसके विपरीत Bio-PET जैव-आधारित तो है पर जैव-निम्नीकरणीय नहीं।
- सिल्वर यौगिक त्रयी: $\text{AgI}$ = कृत्रिम वर्षा; $\text{AgBr}$ = फोटोग्राफी; $\text{AgNO}_3$ = चुनावी अमिट स्याही।
प्रामाणिक संदर्भ एवं आधिकारिक स्रोत सूची
- पत्र सूचना कार्यालय (PIB), विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय — BioE3 नीति के अंतर्गत गन्ना-आधारित बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक (PLA) का व्यावसायिक शुभारंभ (24 सितंबर 2026): https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2314491 (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
- पत्र सूचना कार्यालय (PIB) एवं FSSAI — 'Eat Right India', ट्रांस-फैट उन्मूलन, RUCO बायोडीजल, चावल सुदृढ़ीकरण एवं माइक्रोप्लास्टिक अनुसंधान पहल: https://www.pib.gov.in/PressNoteDetails.aspx?NoteId=154849&ModuleId=3 तथा https://www.fssai.gov.in/ (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
- रसायन और पेट्रोकेमिकल्स विभाग (DCPC) एवं CIPET — 14वाँ इंडिया केम 2026 और बायोडिग्रेडेबल पैकेजिंग उत्कृष्टता केंद्र (अक्टूबर 2026): https://www.pib.gov.in/PressReleaseDetail.aspx?PRID=2325901®=48&lang=1 तथा https://www.cipet.gov.in/ (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
- संघ लोक सेवा आयोग (UPSC) — आधिकारिक पूर्व प्रश्नपत्र (Prelims 2017, 2021, 2024 एवं Mains GS-III 2025): https://www.upsc.gov.in/examinations/previous-question-papers (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
- NCERT विज्ञान एवं रसायन विज्ञान पाठ्यपुस्तकें (कक्षा X: अध्याय 1–4 'रासायनिक अभिक्रियाएँ, अम्ल-क्षार-लवण, धातु-अधातु, कार्बन एवं उसके यौगिक'; कक्षा XII: 'बहुलक' एवं 'दैनिक जीवन में रसायन'): https://ncert.nic.in/textbook.php (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
अंतर-अध्याय संदर्भ (Cross-Chapter References): परमाणु संरचना, समस्थानिक व रासायनिक आबंध पूर्ववर्ती अध्याय 06 में; जैव-अणु (कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, लिपिड, एंजाइम) आगामी अध्याय 08 में; औद्योगिक किण्वन व खाद्य प्रसंस्करण जैव-प्रौद्योगिकी अध्याय 14 में; नैनो-पदार्थ व उन्नत स्मार्ट पदार्थ अध्याय 43–44 में तथा पर्यावरण प्रदूषण उपचार तकनीकें अध्याय 49 में विस्तार से सम्मिलित हैं।