Wednesday, October 30, 2013

अणू, रेणू आणि देवाचा कण - भाग २



गेल्या तीन चार शतकांमध्ये युरोपात विज्ञानयुग अवतरले आणि अनेक शास्त्रज्ञांनी निरनिराळ्या दिशांनी वैज्ञानिक पद्धतीने संशोधन सुरू केले. निरनिराळी मूलद्रव्ये (Elements) आणि त्यांची संयुगे (Compounds) यांची रासायनिक सूत्रे (Chemical Formulae) मांडली गेली. दोन मूलद्रव्यांच्या (Elements) संयोगातून (Reaction)  प्रयोगशाळांमध्ये त्यांची संयुगे (Compounds) तयार केली आणि त्या संयुगांचे विद्युतशक्तीने पृथःकरण (Electrolysis) करून त्यातली मूलद्रव्ये वेगळी काढून दाखवली आणि त्यांची समीकरणे सप्रयोग सिद्ध केली गेली. हे करतांना मूलद्रव्याचा (Elements) सर्वात लहान कण हा Atom, आणि संयुगाचा (Compounds) सर्वात लहान कण हा molecule या त्या शब्दांच्या शास्त्रीय व्याख्या रूढ झाल्या. कुठल्याही पदार्थाचा या दोघांपेक्षा लहान कण अस्तित्वात नसतो असेच पुढील दोन तीन शतकेपर्यंत समजले जात होते.

या जगात असंख्य प्रकारचे नैसर्गिक रासायनिक पदार्थ आहेत. त्यांचेसंबंधी संशोधन करत असतांना त्यांचे पृथःकरण करून त्यांच्यामध्ये असलेले घटक वेगवेगळे केले गेले किंवा त्यांची ओळख पटवून घेतली गेली. ते पहात असतांना एक आश्चर्यजनक गोष्ट आढळून आली. नैट्रोजन, ऑक्सीजन, हैड्रोजन, क्लोरिन यासारखे प्रमुख वायू, लोह, तांबे, अॅल्युमिनियम, कॅल्शियम, पोटॅशियम, पारा (मर्क्यूरी) यासारखे मुख्य धातू आणि कार्बन, सिलिकॉन, सल्फर, फॉस्फोरस यांसारखे काही अधातू अशा निवडक मूलद्रव्यांपैकीच काही एलेमेंट्स जगातल्या बहुतेक सगळ्या पदार्थांमध्ये मुख्यतः असतात असे दिसले. अधिक संशोधनानंतर हीलियम, आर्गॉन, रेडियम, युरेनियम वगैरे आणखी काही मूलद्रव्ये मिळाली, पण एवढी प्रचंड विविधता असलेल्या पृथ्वीवरील निसर्गात सर्व मिळून फक्त ९२ च मूलद्रव्ये आहेत हे प्रयोग आणि चिंतन यामधून नक्की ठरले. गेल्या शंभर वर्षांमध्ये त्यात आणखी सुमारे वीस मानवनिर्मित मूलद्रव्यांची भर आता पडली आहे. पण त्यांचे प्रमाण इतके कमी आहे की त्यांचे अस्तित्व फक्त नावापुरतेच आहे. याचा अर्थ हे संपूर्ण जग फक्त सुमारे शंभर प्रकारच्या मूलद्रव्यांच्या अणूंपासून बनलेले आहे. त्यातलीही निम्म्याहून जास्त मूलद्रव्ये अत्यंत दुर्मिळ (रेअर अर्थ्स) अशी आहेत. त्यांचा प्रत्यक्षात फारसा उपयोग केला जात नाही. फक्त चाळीस पन्नास प्रकारच्या अणूंपासून जवळ जवळ सगळे जग निर्माण झाले आहे असे म्हणता येईल.

या उपयोगी मूलद्रव्यांचे गुणधर्म प्रयोगशाळांमध्ये बारकाईने तपासून पाहतांना त्यातून निसर्गाचे विशिष्ट नियम समजत गेले. या चाळीस पन्नासामधलीसुध्दा सगळीच मूलद्रव्ये इतर सगळ्याच मूलद्रव्यांशी संयोग पावत नाहीत. उदाहरणार्थ लोह आणि सोने यांचे संयुग बनत नाही. दागीने बनवण्यासाठी सोन्यामध्ये तांबे मिसळले जाते पण ते फक्त मिश्रण असते. या दोन धातूंमध्ये रासायनिक प्रक्रिया (Chemical Reaction) होत नाही. जी मूलद्रव्ये संयोग पावतात ती विशिष्ट प्रमाणातच एकमेकांशी जुळतात. दोन भाग हायड्रोजन आणि एक भाग ऑक्सीजन मिळून पाणी तयार होते. जगातल्या कुठल्याही समुद्रातले, नदीतले किंवा डबक्यातले पाणी घेऊन तपासून पाहिले तर त्यात हेच प्रमाण दिसते. दोन भाग हायड्रोजन आणि दहा भाग ऑक्सीजन यांना जरी एकत्र ठेऊन त्यात ठिणगी पाडली तरी त्यातल्या फक्त एक भाग ऑक्सीजनचा उपयोग होईल आणि ९ भाग ऑक्सीजन शिल्लक राहील. त्याच प्रमाणे दहा भाग हायड्रोजन आणि एक भाग ऑक्सीजन एकत्र ठेऊन त्यात ठिणगी पाडली तरी फक्त दोन भाग हायड्रोजनचा उपयोग पाणी निर्माण करण्यात होईल आणि ८ भाग हायड्रोजन तसाच शिल्लक राहील. ठिणगी पडली नाही तर हायड्रोजन आणि ऑक्सीजन वायूंचे ज्वालाग्राही मिश्रण तयार होईल. नैट्रोजन, ऑक्सीजन, हैड्रोजन, क्लोरिन वगैरे वायूंचे अणू एकटे रहातच नाहीत. जेंव्हा त्यांचा दुस-या एकाद्या मूलद्रव्याच्या अणूंशी संयोग होत नाही तेंव्हा ते आपल्याच भावाशी जोडून घेऊन जोडप्याने एकत्र राहतात. या वायूंच्या प्रत्येक molecule मध्ये दोन दोन Atom असतात. यासारख्या अनेक गोष्टी या संशोधनांमधून समोर आल्या. हे असे का होत असावे याचा विचार केला गेला.

दोन, तीन किंवा अधिक मूलद्रव्यांपासून संयुग तयार होते तेंव्हा त्या मूलद्रव्यांचे अणू (Atom) एकमेकांना बांधून घेतात किंवा एकमेकांमध्ये अडकतात आणि त्यातून त्या संयुगाचा रेणू (molecule ) तयार होतो. त्या पदार्थाचे सगळे गुणधर्म या रेणूमध्ये असतात, रेणू हा त्याचा सर्वात सूक्ष्म असा कण असतो. त्याच्या अंतरंगात निरनिराळे अणू (Atom) असतात, पण ते सुटे नसतात रासायनिक (Chemical) बंधनात ते जखडले गेलेले असतात. संयुग बनल्यानंतर मूलद्रव्यांचे गुणधर्म शिल्लक रहात नाहीत. हायड्रोजन आणि ऑक्सीजन यांचे कुठलेच गुणधर्म पाण्यामध्ये नसतात, पाण्याचे गुण सर्वस्वी भिन्न असतात. भिन्न अणूंचे मिळून संयुग होत असतांना  त्यांच्यात हे बंध कां, कसे आणि केंव्हा तयार होऊ शकतील याची तात्विक चिकित्सा अणूंच्या मॉडेल्सवरून केली जाते. प्रत्येक मूलद्रव्यांचे अणू ठराविक प्रमाणातच दुस-या मूलद्रव्यांचे अणूंशी जुळतात याचे कारण त्या अणूंच्या अंतर्गत रचनेमध्ये असणार, हे विचार प्रबळ झाले. यावरून अणूच्या अंतर्गत रचनेची मॉडेल्स तयार केली गेली. अशी काही मॉडेल्स चित्रामध्ये दाखवली आहेत.

मुळात अणू हाच इतका सूक्ष्म कण असतो की कुठल्याही प्रकारच्या सूक्ष्मदर्शक यंत्रानेसुद्धा अख्ख्या अणूचे दर्शन घेणे देखील केवळ अशक्य आहे. त्याच्या अंतरंगात डोकावून पाहण्याचा प्रश्नच येत नाही. यामुळे अणू या मूल कणाची रचना कशी असावी यावर फक्त तात्विक विवेचन करणे शक्य आहे. पण ही रचना अशा अशा प्रकारची असल्यास त्यामुळे त्या अणूचे गुणधर्म असे असे होतील आणि तो पदार्थ अशा अशा प्रकारे वागेल असे तर्कानेच ठरवता येते.  या कामात निरनिराळ्या मॉडेल्सचा उपयोग केला जातो. प्रत्यक्षामध्ये अणूचे बाह्य किंवा अंतरंग असेच असेल किंवा वेगळेच असेल, हे कोणीच पुराव्यानिशी सांगू शकणार नाही. पण अभ्यास करण्यासाठी ते असे असे आहे असे गृहीत धरून त्याची समीकरणे मांडली जातात आणि प्रयोगावरून ती सिद्ध झाली तर तेवढ्यापुरते तरी ते मॉडेल बरोबर आहे असे मानले जाते.

 

या सगळ्या मॉडेल्समध्ये असे दाखवले आहे की अणूंच्या मध्यभागी एक अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो. त्यात धनविद्युतभार असलेले प्रोटॉन्स नावाचे आणि कुठलाही विद्युतभार नसलेले न्यूट्रॉन्स नावाचे कण असतात. अणूचे बहुतेक सगळे वस्तुमान या दोन प्रकारच्या कणांमध्येच असते. इलेक्ट्रॉन्स नावाचे ऋण विद्युतभार असलेले अतीसूक्ष्म कण या न्यूक्लियसच्या सभोवती घिरट्या घालत असतात. प्रत्येक अणूमधील प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स यांची संख्या नेहमी समसमान असते. त्यामुळे या दोघांनी मिळून बनलेला अणू न्यूट्रल म्हणजे विद्युतभारहीन असतो. या प्रकारच्या रचनांमधून हे स्पष्ट होते की अणू हा सर्वात सूक्ष्म कण राहिला नाही. त्याचा भाग असलेले प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे कण अणूपेक्षा खूपच छोटे असतात, विशेषतः इलेक्ट्रॉन्स तर अगदीच सूक्ष्म असतात.

 . . . .  . . . . . . . . . . .  . . (क्रमशः)

1 comment:

vaghesh said...

सर, लेख खूप आवडला. आपला उपक्रम स्तुत्य आहे. माहित नसलेल्या अनेक गोष्टी आपल्यामुळे माहित होत आहेत.