पर्यावरण निर्माण में पदार्थों की भूमिका

जल (H₂O): पृथ्वी के लगभग तीन-चौथाई भाग पर फैला यह पारदर्शी द्रव जीव जगत के अस्तित्व का मुख्य आधार है। अपनी विशिष्ट ध्रुवीय आणविक संरचना के कारण यह अकार्बनिक और अधिकांश कार्बनिक पदार्थों को अपने भीतर घोलने की अद्वितीय क्षमता रखता है, इसलिए इसे सार्वत्रिक विलायक (Universal Solvent) कहा जाता है। जल की उच्च विशिष्ट ऊष्मा धारिता ($1\text{ cal/g}\cdot^\circ\text{C}$ अथवा $4200\text{ J/kg}\cdot\text{K}$) वैश्विक तापमान में अचानक उतार-चढ़ाव को रोककर प्राकृतिक जलवायु नियामक (Thermostat) की भूमिका निभाती है।

साधारणतया किसी भी द्रव को ठंडा करने पर उसका आयतन घटता है और घनत्व बढ़ता है। किंतु जल को $0^\circ\text{C}$ से $4^\circ\text{C}$ तक गर्म करने पर यह प्रसारित होने के बजाय संकुचित होता है, और $4^\circ\text{C}$ से $0^\circ\text{C}$ तक ठंडा करने पर संकुचित होने के स्थान पर फैलता है। इस अनोखी प्रकृति को जल का असामान्य या व्यतिक्रांत प्रसार कहते हैं। $4^\circ\text{C}$ तापमान पर जल का घनत्व अधिकतम ($1.000\text{ g/cm}^3$ या $1000\text{ kg/m}^3$) तथा आयतन न्यूनतम होता है।

सर्दियों में जब वायुमंडलीय तापमान शून्य से नीचे चला जाता है, तो झीलों या तालाबों की सतह का जल ठंडा होकर $4^\circ\text{C}$ पर पहुँचता है और भारी होकर तलहटी में बैठ जाता है। इसके बाद ऊपरी सतह का जल $0^\circ\text{C}$ पर पहुँचकर बर्फ में जम जाता है। बर्फ जल से हल्की होने के कारण ऊपर तैरती है और ऊष्मा की कुचालक होने से भीतरी ऊष्मा को बाहर नहीं जाने देती। फलस्वरूप झील के तल का जल $4^\circ\text{C}$ पर द्रव अवस्था में बना रहता है, जहाँ मछलियाँ और अन्य जलीय जीव कड़ाके की ठंड में भी जीवित रहते हैं।

सावधानी: अत्यधिक ठंड में पानी के पाइप या बंद काँच की बोतलें क्यों फट जाती हैं? $4^\circ\text{C}$ से जल जब जमकर $0^\circ\text{C}$ की बर्फ बनता है, तो इसके आयतन में लगभग $9\%$ की वृद्धि होती है। इस बढ़े हुए आयतन द्वारा डाला गया भयंकर बाहरी दबाव धातु के मजबूत पाइपों और काँच की बोतलों को फाड़ देता है!

जल के वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा अत्यंत उच्च ($537\text{ cal/g}$) होती है। गर्मियों में पसीने के वाष्पीकरण द्वारा शरीर से ऊष्मा अवशोषित होकर शीतलता मिलती है। साथ ही महासागर सौर विकिरण को अवशोषित करके पृथ्वी के तापीय संतुलन को स्थिर बनाए रखते हैं।

अम्ल (Acid): वे रासायनिक पदार्थ जो स्वाद में खट्टे होते हैं, नीले लिटमस को लाल करते हैं तथा क्षारक से क्रिया करके लवण व जल बनाते हैं।
• प्राकृतिक/कार्बनिक अम्ल: साइट्रिक अम्ल (नींबू, संतरा), टार्टरिक अम्ल (इमली), लैक्टिक अम्ल (दही), मैलिक अम्ल (सेब), ऑक्सालिक अम्ल (टमाटर), फॉर्मिक/मेथेनॉइक अम्ल (चींटी का डंक)।
• खनिज/अकार्बनिक अम्ल: हाइड्रोक्लोरिक अम्ल ($\text{HCl}$), सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text{H}_2\text{SO}_4$, अम्लों का राजा), नाइट्रिक अम्ल ($\text{HNO}_3$)।

क्षारक (Base): वे धातु ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड जो स्वाद में कड़वे/कसैले होते हैं, स्पर्श करने पर साबुन जैसे चिकने लगते हैं और अम्ल से क्रिया कर लवण व जल बनाते हैं (उदा. $\text{CaO}, \text{CuO}, \text{NaOH}, \text{Ca(OH)}_2$)।
क्षार (Alkali): वे क्षारक जो जल में पूर्णतः घुलनशील होते हैं, उन्हें क्षार कहते हैं (उदा. $\text{NaOH}, \text{KOH}, \text{Ca(OH)}_2$)।
"सभी क्षार क्षारक होते हैं, परंतु सभी क्षारक क्षार नहीं होते" — क्योंकि कॉपर ऑक्साइड ($\text{CuO}$) एक क्षारक है किंतु जल में अघुलनशील होने के कारण क्षार नहीं है।

जब किसी अम्ल और क्षारक को निश्चित अनुपात में मिलाया जाता है, तो वे एक-दूसरे के अम्लीय व क्षारीय गुणों को पूर्णतः समाप्त करके उदासीन लवण और जल बनाते हैं:
$$\text{HCl} + \text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{ऊष्मा}$$
यह अभिक्रिया सदैव ऊष्माक्षेपी (Exothermic) होती है, जिसमें अम्ल के $\text{H}^+$ आयन और क्षारक के $\text{OH}^-$ आयन मिलकर जल का निर्माण करते हैं।

1. अम्लता (Acidity) का उपचार: पेट में अत्यधिक हाइड्रोक्लोरिक अम्ल स्रावित होने पर एंटासिड के रूप में मिल्क ऑफ मैग्नीशिया [$\text{Mg(OH)}_2$] दिया जाता है जो अम्ल को उदासीन करता है।
2. कीटों का डंक: मधुमक्खी के डंक में फॉर्मिक अम्ल होता है, जिसे बेकिंग सोडा या चूना लगाकर उदासीन किया जाता है। ततैया के डंक में क्षारीय द्रव होता है, जिसे सिरके (एसीटिक अम्ल) से ठीक किया जाता है।

समुद्री जल के वाष्पीकरण या सेंधा नमक की खदानों से प्राप्त सोडियम क्लोराइड ($\text{NaCl}$) हमारे भोजन का अनिवार्य घटक है। यह शरीर में परासरण दाब (Osmoregulation), तंत्रिका आवेग और रक्तचाप को संतुलित रखता है। प्राचीन काल से इसका उपयोग मांस व मछली के संरक्षण (Preservation) में होता आ रहा है। घेंघा (Goitre) रोग की रोकथाम के लिए इसमें पोटेशियम आयोडेट ($\text{KIO}_3$) मिलाकर आयोडीनयुक्त नमक तैयार किया जाता है।

• बेकिंग सोडा (Baking Soda, $\text{NaHCO}_3$): सोडियम हाइड्रोजन कार्बोनेट। इसे गर्म करने पर कार्बन डाइऑक्साइड गैस निकलती है: $$2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$ यह $\text{CO}_2$ गैस डबलरोटी व केक को छिद्रयुक्त एवं स्पंजी बनाती है।
• धावन सोडा (Washing Soda, $\text{Na}_2\text{CO}_3\cdot 10\text{H}_2\text{O}$): सोडियम कार्बोनेट डेकाहाइड्रेट। इसका उपयोग कपड़ों की धुलाई और कठोर जल को मृदु करने में होता है।

शुष्क बुझे चूने पर क्लोरीन गैस प्रवाहित करके ब्लीचिंग पाउडर [$\text{CaOCl}_2$ या $\text{CaOCl(Cl)}$] का निर्माण किया जाता है: $$\text{Ca(OH)}_2 + \text{Cl}_2 \to \text{CaOCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$$ यह वायु में उपस्थित कार्बन डाइऑक्साइड से क्रिया करके क्लोरीन गैस ($\text{Cl}_2$) मुक्त करता है। मुक्त क्लोरीन की तीव्र ऑक्सीकरण क्षमता पेयजल और नालियों के हानिकारक जीवाणुओं को नष्ट कर देती है।

• बिना बुझा चूना (Quick Lime, $\text{CaO}$): चूना पत्थर को गर्म करने से बनता है। इसमें जल मिलाने पर अत्यधिक ऊष्मा के साथ बुझा हुआ चूना [Slaked Lime, $\text{Ca(OH)}_2$] बनता है, जो सफेदी करने तथा अम्लीय मृदा सुधार में प्रयुक्त होता है।
• प्लास्टर ऑफ पेरिस [$\text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$]: जिप्सम को $100^\circ\text{C}$ पर गर्म करके तैयार किया जाता है। जल मिलाने पर यह तेजी से ठोस जिप्सम में बदल जाता है, जिसका उपयोग टूटी हड्डियों पर प्लास्टर चढ़ाने तथा मूर्तियाँ बनाने में होता है।

सावधानी: बरसात के मौसम में साधारण नमक गीला क्यों हो जाता है? शुद्ध $\text{NaCl}$ आर्द्रताग्राही नहीं होता, किंतु साधारण नमक में मैग्नीशियम क्लोराइड ($\text{MgCl}_2$) और कैल्शियम क्लोराइड ($\text{CaCl}_2$) की अशुद्धियाँ पाई जाती हैं जो वायुमंडल से नमी सोखकर नमक को गीला कर देती हैं।

किसी भी सजीव के शुष्क भार का लगभग 96% भाग मात्र चार अधातु तत्वों से बना है: कार्बन (C), हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O) तथा नाइट्रोजन (N)। ये मिलकर प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, वसा और न्यूक्लिक अम्ल (DNA ও RNA) का निर्माण करते हैं। इसके अतिरिक्त फॉस्फोरस (P) और सल्फर (S) कोशिकाओं की आनुवंशिक एवं ऊर्जा संरचना में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।

मानव की लाल रक्त कोशिकाओं (RBC) में उपस्थित श्वसन वर्णक हीमोग्लोबिन (Hemoglobin) के केंद्र में फेरस आयन ($\text{Fe}^{2+}$) विद्यमान होता है। यह आयरन फेफड़ों से प्रत्येक ऊतक तक ऑक्सीजन ले जाने के लिए ऑक्सीहीमोग्लोबिन बनाता है। भोजन में लोहे की कमी से हीमोग्लोबिन कम हो जाता है, जिससे रक्तअल्पता (Anemia) रोग होता है।

शरीर के कुल कैल्शियम का 99% भाग हड्डियों और दाँतों में सुरक्षित रहता है। कैल्शियम और फॉस्फोरस मिलकर हाइड्रॉक्सीएपेटाइट [$\text{Ca}_{10}(\text{PO}_4)_6(\text{OH})_2$] नामक मजबूत खनिज का निर्माण करते हैं। इसके अलावा रक्त का थक्का जमने (Blood Clotting) और पेशी संकुचन के लिए कैल्शियम आयन ($\text{Ca}^{2+}$) अनिवार्य है।

पौधों के हरे लवक (Chloroplast) में स्थित क्लोरोफिल (Chlorophyll) अणु के केंद्र में मैग्नीशियम आयन ($\text{Mg}^{2+}$) रासायनिक रूप से आबंधित रहता है। मैग्नीशियम की कमी होने पर पत्तियाँ पीली पड़ जाती हैं, जिसे हरिमहीनता (Chlorosis) कहते हैं और पौधों की प्रकाश संश्लेषण क्षमता नष्ट हो जाती है।

तंत्रिका कोशिकाओं की झिल्ली के आर-पार सोडियम ($\text{Na}^+$) और पोटेशियम ($\text{K}^+$) आयनों का तीव्र संचरण तंत्रिका आवेगों व संवेदनाओं को मस्तिष्क तक पहुँचाता है। थायरॉइड ग्रंथि के थायरोक्सिन हार्मोन निर्माण हेतु आयोडीन (I) आवश्यक है, जिसकी कमी से घेंघा (Goitre) रोग होता है।

वे धातुएँ जिनका घनत्व $5\text{ g/cm}^3$ से अधिक होता है और जो सजीवों के शरीर में प्रवेश कर हानिकारक विषैला प्रभाव उत्पन्न करती हैं, उन्हें भारी धातुएँ (Heavy Metals) कहते हैं। ये शरीर के प्रमुख एंजाइमों के सल्फाहाइड्रिल ($-SH$) समूहों से जुड़कर जैविक उपापचय को ठप कर देती हैं और खाद्य श्रृंखला में जैव-आवर्धन (Biomagnification) प्रदर्शित करती हैं।

पश्चिम बंगाल के मालदा, नदिया, मुर्शिदाबाद, उत्तर व दक्षिण 24 परगना सहित 8 से अधिक जिलों में उथले नलकूपों के जल में विषैले आर्सेनिक यौगिक (आर्सेनाइट $\text{AsO}_3^{3-}$ व आर्सेनेट $\text{AsO}_4^{3-}$) घुले मिलते हैं।
• विश्व स्वास्थ्य संगठन (WHO) की मानक सुरक्षित सीमा: $0.01\text{ mg/L}$ ($10\text{ ppb}$); भारत में अधिकतम स्वीकार्य सीमा $0.05\text{ mg/L}$ है।
• आर्सेनिक युक्त जल पीने से हथेलियों व तलवों पर काले धब्बे, खुरदरे छाले तथा अंततः घातक ब्लैक फुट रोग (Black Foot Disease) एवं त्वचा का कैंसर हो जाता है।

घातक भूल: बहुत से लोग समझते हैं कि आर्सेनिक युक्त पानी को उबालने से वह शुद्ध हो जाता है। जल उबालने से आर्सेनिक नष्ट नहीं होता; बल्कि वाष्पीकरण के कारण जल की मात्रा घटने से आर्सेनिक की सांद्रता और अधिक खतरनाक हो जाती है! उपाय: एलम (फिटकरी) व आयरन फिल्टर का प्रयोग अथवा 150 मीटर से अधिक गहरे नलकूपों के आर्सेनिक-मुक्त जल का उपयोग करना।

पॉलिथीन और प्लास्टिक कृत्रिम पॉलीमर हैं जो प्राकृतिक रूप से सैकड़ों वर्षों में भी अपघटित नहीं होते (Non-biodegradable)। इन्हें जलाने पर विषैली डाइऑक्सिन गैस निकलती है और नालियाँ जाम होकर कृत्रिम बाढ़ आती है। सूक्ष्म माइक्रोप्लास्टिक कण जल और मछलियों के माध्यम से मानव शरीर में पहुंचकर आंतरिक अंगों को क्षति पहुँचा रहे हैं। इसका एकमात्र विकल्प जूट के थैले और पुनःचक्रण योग्य सामग्रियों का प्रयोग है।