डाल्टन आणि अणुसिद्धांत

"जगातील सर्व पदार्थ कणांपासून तयार झाले आहेत." असे काहीसे कणाद ऋषींनी प्रतिपादन केले होते. पण त्यांचे ते विचार बहुधा त्यांच्या ग्रंथातच राहिले. पुढे त्या विचारांचा प्रसार भारतातही झाला नाही. निदान मला तरी या एका वाक्याच्या पलीकडे फारशी माहिती अजूनपर्यंत मिळालेली नाही. डेमॉक्रिटस या ग्रीक विचारवंतानेही अशी कल्पना मांडली होती. तीही कल्पना तशीच राहिली. अणू हा इतका सूक्ष्म असतो की तो कुठल्याही सूक्ष्मदर्शक यंत्रामधूनसुद्धा प्रत्यक्ष डोळ्यांना दिसूच शकत नाही. अठराव्या शतकातल्या जॉन डाल्टन या शास्त्रज्ञानेसुध्दा कल्पनेमधूनच पण सविस्तर असा अणुसिद्धांत मांडला, अणूच्या स्वरूपाबद्दल आणि गुणधर्माबद्दल काही ठाम मते मांडली, तिच्यावर तत्कालीन शास्त्रज्ञांनी विचारविमर्श करून त्याला मान्यता दिली, त्या सिद्धांताच्या आधारावर रसायनशास्त्राची उभारणी केली गेली आणि विज्ञानाच्या प्रगतीमध्ये तो एक अत्यंत महत्वाचा टप्पा ठरला.

जॉन डाल्टन या शास्त्रज्ञाचा जन्म इंग्लंडमधल्या एका लहान गावातल्या एका विणकराच्या घरात सन १७६६मध्ये झाला. त्याचे कुटुंब क्वेकर नावाच्या एका बंडखोर पंथाचे होते. त्या काळातल्या रूढीवादी ख्रिश्चनांनी या पंथातल्या लोकांना जवळ जवळ वाळीत टाकले होते आणि तिथली शिक्षणव्यवस्था त्यांच्या आधीन होती. त्यामुळे डाल्टनला सर्वसामान्य विद्यार्थ्यांसाठी असलेल्या कॉलेज आणि युनिव्हर्सिटीत जायला मिळाले नाही. पण त्या तल्लख बुद्धी असलेल्या मुलाला मनापासून विद्येची अतीव ओढ असल्यामुळे त्याने इतर क्वेकर विद्वानांकडून शिकून आणि पुस्तके वाचून स्वतःच्या प्रयत्नामधूनच अनेक विषयांचे खूप सखोल ज्ञान संपादन केले. इतकेच नव्हे तर त्याने पंधरा वर्षांच्या लहान वयातच क्वेकर पंथाच्या खास संस्थांमध्ये ते विषय शिकवायला सुरुवात केली.

सुरुवातीला डाल्टनला गणित आणि हवामानशास्त्राचा अभ्यास करण्याची गोडी लागली होती. त्याने हवेचा दाब, तापमान, आर्द्रता वगैरेंचा अभ्यास करून आपली निरीक्षणे एका डायरीच्या स्वरूपात प्रसिद्धही केली. त्यात होत असलेल्या बदलांच्या निरीक्षणांसाठी त्याने अनेक उंच डोंगरांवर चढाई केली. हवेच्या दाबामधील फरकावरून डोंगराच्या उंचीचा अंदाज करण्याचे एक तंत्र त्याने तयार केले आणि त्या काळात अशी उंची मोजण्याची दुसरी कसली सोय नसल्याने ते तंत्र लोकांना आवडले. डाल्टन जन्मतःच थोडा रंगांध (color blind) होता. तरीही त्यांने रंगांधळेपणा किंबहुना रंग आणि दृष्टी याच विषयावर संशोधन केले आणि ते प्रसिद्ध केले. एका प्रकारच्या दृष्टीदोषालाच डाल्टनिझम असे नाव पडले.

हवेच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करतांना त्याने अनेक प्रयोग करून पाहिले. चार्ल्स आणि गे ल्यूसॅक या फ्रेंच शास्त्रज्ञांप्रमाणेच त्यानेही निरनिराळ्या वायूंना वेगवेगळे किंवा एकत्र तापवून त्यांचे आकारमान आणि दाब यावर ऊष्णतेचा काय परिणाम होतो याचा अभ्यास केला आणि त्याच्या नोंदी करून ठेवल्या. पण चार्ल्सप्रमाणेच डाल्टननेही त्या लगेच प्रसिद्ध केल्या नाहीत. पुढे गे ल्यूसॅकने चार्ल्सच्या नियमाला प्रसिद्धी मिळवून दिली आणि त्याच्या आधाराने स्वतःचा सिद्धांतही मांडला. डाल्टनच्या बाबतीत तसे काही झाले नाही. पण त्याने एक जास्तीची गोष्ट केली होती. निरनिराळे वायू आणि निरनिराळ्या द्रव पदार्थांच्या वाफा यांचा अभ्यास केल्यावर ते सगळे वायूरूप पदार्थ निरनिराळ्या तपमानांना सारख्याच प्रमाणात प्रसरण पावतात आणि बंद पात्रातला त्यांचा दाब तितक्याच प्रमाणात वाढतो हे त्याच्या लक्षात आले. त्यावरून सन १८०३ मध्ये त्याने आपला सुप्रसिद्ध आंशिक दाबाचा सिद्धांत  (Law of Partial Pressures) मांडला. या नियमानुसार वायूंच्या मिश्रणाचा दाब हा त्यामधील प्रत्येक वायूच्या आंशिक दाबांच्या बेरजेइतका असतो. हवेमधील वाफेचा आंशिक दाब शून्य अंशापासून १०० अंशांपर्यत कसा वाढत जातो हे डाल्टनने प्रयोग करून पाहिले आणि कोष्टकांमधून सांगितले.

निरनिराळ्या वायूंमधील रासायनिक क्रियांमुळे होणारे संयोग त्यांच्या आकारमानांच्या ठराविक प्रमाणातच होतात असे गे ल्यूसॅकने दाखवून दिले होते. त्याच्या पुढे जाऊन वायुरूप, द्रवरूप किंवा घनरूप अशा कोणत्याही दोन मूलद्रव्यांमधील रासायनिक क्रियांमुळे होणारे संयोग त्यांच्या वजनांच्या ठराविक प्रमाणातच होतात असे डाल्टनने सप्रयोग दाखवून दिले. असे का होत असेल यावर खूप विचार करून त्याने सन १८०८ मध्ये अत्यंत महत्वाचा अणुसिद्धांत मांडला. हा सिद्धांत असा आहे.
१. सर्व मूलद्रव्ये अत्यंत सूक्ष्म अशा अणूंची बनलेली असतात.
२. प्रत्येक मूलद्रव्याचे सर्व अणू एकसारखे असतात.
३. निरनिराळ्या मूलद्रव्यांच्या अणूंचे गुणधर्म वेगवेगळे असतात.
४. अणू निर्माण करता येत नाहीत किंवा नष्ट करता येत नाहीत.
५. रासायनिक क्रियांमध्ये भिन्न मूलद्रव्यांचे अणू एकत्र येतात किंवा वेगवेगळे होतात.
६. दोन अणूंचा ठराविक सोप्या प्रमाणातच संयोग होतो.

डाल्टनच्या या सिद्धांतामुळे C + O2 = CO2 यासारखी रासायनिक क्रियांची समीकरणे लिहिणे शक्य झाले आणि त्यावर आधारलेल्या पद्धतशीर आणि नियमबद्ध रसायनशास्त्राचा विकास होत गेला. काही आम्ले, अल्कली, क्षार यासारख्या निरनिराळ्या रसायनांची निर्मिती आणि त्यांचा उपयोग किंवा त्यांच्यावर प्रयोग करणे ही कामे पूर्वीपासून होत आली होती. पण ती सगळी कामे किमया, चमत्कार, जादू, करणी वगैरेसारखी अद्भुत आणि अनाकलनीय समजली जात होती. लेव्होजियर, बॉइल आणि डाल्टन या शास्त्रज्ञांनी त्यांना मूलभूत सैद्धांतिक बैठक दिली. यामुळेच लेव्होजियरप्रमाणेच डाल्टनलाही आधुनिक रसायनशास्त्राचा जनक समजले जाते. अशा प्रकारे डाल्टनच्या नियमामधून रसायनशास्त्राचा पाया घातला गेला आणि त्याचा पुढे विस्तार होत गेला.