अणुरेणुशास्त्रज्ञ अॅव्होगाड्रो

सर्व जग सूक्ष्म कणांपासून तयार झाले आहे असा काहीसा एक सिद्धांत महर्षी कणाद यांनी पुराणकाळातच मांडला होता असे सांगतात, पण या एका वाक्यापलीकडे त्याविषयीची सविस्तर आणि सुसंगत अशी माहिती मला तरी मिळाली नाही. जे धार्मिक आणि तात्विक ज्ञान परंपरागत पद्धतीने आपल्यापर्यंत येऊन पोचले आहे त्यात वसिष्ठ, विश्वामित्र, व्यास, वाल्मिकी इत्यादि अनेक ऋषींची नावे येतात, पण त्यात कुठेही कणाद ऋषींचा उल्लेख येत नाही. बहुधा अन्य विद्वानांनी त्यांचे तत्वज्ञान मान्य केले नसावे आणि ते काळाच्या ओघात नाहीसे झाले असावे.

जॉन डाल्टन या इंग्रज शास्त्रज्ञाने सन १८०८ मध्ये जो अणुसिद्धांत मांडला होता त्यातही या विश्वामधले सर्व पदार्थ अत्यंत सूक्ष्म अशा अदृष्य अणूंचे बनलेले असतात असे त्याने सांगितले होते आणि त्या सिद्धांतात त्याने त्या कणांचे काही गुणधर्मही सांगितले होते. पण आपल्या सभोवती असलेले दगडमाती, हवा, पाणी इतकेच नव्हे तर माणसे, पशू, पक्षी, झाडे, चंद्रसूर्यतारे वगैरे सगळी निर्जीव किंवा सजीव सृष्टी सूक्ष्म कणांपासून बनलेली असते अशी क्रांतिकारक कल्पना त्या काळातल्या युरोपमधील सर्वसामान्य लोकांनाही समजणे किंवा पटणे कठीणच होते. त्यामुळे तिलाही लगेच फारसा पाठिंबा मिळालाच नाही.

आपल्या डोळ्यांना हवा दिसत नाही, पण तरीही तिचे असणे आपल्याला जाणवते. टॉरिसेली, ओटो व्हॉन गेरिक, रॉबर्ट बॉइल यासारख्या शास्त्रज्ञांनी या अदृष्य पण बाटलीत किंवा फुग्यात कोंडता येणाऱ्या हवेवर विविध प्रयोग करून तिच्या अनेक गुणधर्मांचे शोध लावले. पुढील शतकातल्या शील, प्रेस्टली, लेवोजियर,  गे ल्युसॅक,  कॅव्हेंडिश वगैरे शास्त्रज्ञांनी प्राणवायू, नायट्रोजन आणि हैड्रोजन यासारख्या निरनिराळ्या वायूंचे शोध लावले. तेंव्हा त्यांना तेही हवेचेच वेगवेगळे प्रकार वाटले होते. त्यांनी तशी नावेही ठेवली होती. पुढे त्या वायूंना स्वतःची ओळख आणि नवी नावे मिळाली. वायूंवरील संशोधन हा अठराव्या शतकाच्या अखेरीस आणि एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीच्या काळातल्या संशोधकांसाठी महत्वाचा विषय होता. डाल्टननेसुद्धा यात मोठी भर घातली होती. त्या काळातल्या काही संशोधकांना डाल्टनचा नवा अणुसिद्धांत पटला आणि त्यांनी त्यावर अधिक संशोधन केले. इटालियन शास्त्रज्ञ अॅमिलियो अॅव्होगाड्रो हा त्यातला एक प्रमुख शास्त्रज्ञ होऊन गेला. त्याने डाल्टनच्या सिद्धांतात भर टाकून त्याच्या सिद्धांताला पुढे नेले.

अॅमिलियो अॅव्होगाड्रो याचा जन्म सन १७७६ मध्ये सध्याच्या इटलीमधील तुरीन या गावातल्या  एका स्थानिक राजघराण्यात झाला. त्याने आधी वकीलीचा अभ्यास करून वकीली सुरू करून दिली होती, पण पुढे त्याच्या मनात गणित आणि विज्ञानाची आवड निर्माण झाली आणि तो त्या विषयांच्या अभ्यासाकडे आणि त्यातल्या संशोधनाकडे वळला. त्याने विद्यापीठांमध्ये या विषयांचे अध्यापनही केले तसेच आपले शोधनिबंध पुस्तकांमधून प्रसिद्ध केले.

वायुरूप पदार्थांना आकार नसतो. त्यांचे आकारमान ते ज्या पात्रात ठेवलेले असतात त्याच्या आकारानुसार ठरते.  वायूंचे तापमान आणि दाब यानुसार ते सतत बदलत असते. ते तापमानाबरोबर वाढते आणि दाबाच्या व्यस्त प्रमाणात कमी होते. म्हणून वायूरूप पदार्थांचे आकारमान सांगतांना या दोन्हींचा उल्लेख करणे आवश्यक असते. अॅव्होगाड्रोने सन १८११ मध्ये प्रसिद्ध केलेल्या लेखात असे सांगितले की प्रमाणभूत तापमान आणि दाब (Standard Tempearature and Pressure) असतांना समान आकारमानातील कुठल्याही वायूच्या रेणूंची संख्या तेवढीच असते. अर्थातच सर्व वायुरूप पदार्थ सूक्ष्म अशा रेणूंपासून बनतात हे त्याने आधी मान्य केले होते. ही गोष्ट प्रयोग करून दाखवून देणे शक्य नसल्यामुळे त्याने हे गृहीतक (hypothesis) म्हणूनच मांडले होते. पुढील काळात त्याला अॅव्होगाड्रोचा नियम (Avogadro's law) असे नाव दिले गेले. सन १८१४ मध्ये फ्रेंच शास्त्रज्ञ अँपियर याने सुद्धा अशाच प्रकारचे गृहीतक स्वतंत्रपणे मांडले होते आणि त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांमध्ये तो जास्त प्रसिद्ध असल्यामुळे काही काळ ते गृहीतक त्याच्या नावाने ओळखले जात असे. 

अठराव्या शतकाच्या अखेरीला लेवोजियरने मूलद्रव्यांची नवी संकल्पना मांडली आणि जगामधील सर्व पदार्थांची मूलद्रव्ये (Elements), संयुगे (Compounds) आणि मिश्रणे (Mixtures) या तीन प्रकारांमध्ये विभागणी केली. पण डाल्टनने अणुसिद्धांत मांडला होता त्या काळापर्यंत अणू (Atom) आणि रेणू (Molecule) यांच्या स्पष्ट व्याख्या झाल्या नव्हत्या. हे दोन्ही शब्द सूक्ष्म कण म्हणूनच ओळखले जात होते. अणू किंवा रेणूएवढा सूक्ष्म कण डोळ्यांनी पाहणे आजही शक्य नाही आणि भविष्यातही शक्य होणार नाही, तेंव्हा पूर्वीच्या काळातसुद्धा कुठलेही अणू रेणू वेगळे काढून प्रत्यक्ष डोळ्यांनी पाहणे किंवा दाखवणे अशक्यच होते. डाल्टनने त्याच्या तर्कशुद्ध विचारामधून अशा कणांची कल्पना केली होती आणि अॅव्होगाड्रोनेही तशाच प्रकारे रेणूंचा नियम सांगितला होता, पण ते विचार इतर लोकांच्या आकलनशक्तीच्या आणि कल्पनाशक्तीच्या पलीकडे होते. त्यात इंग्लंडमधला डाल्टन, इटलीमधला अॅव्होगाड्रो आणि फ्रान्समधला अँपियर यांनी त्यांच्या देशात प्रसिद्ध केलेल्या पुस्तकांमधल्या कल्पना सर्व देशांमधल्या तत्कालिन विद्वानांच्या वाचनात येऊन, त्यावर साधकबाधक चर्चा आणि विचारविनिमय होऊन त्या सर्वांना पटायला मध्ये कित्येक वर्षांचा काळ जावा लागला.

मूलद्रव्यांचे सर्वात लहान कण म्हणजे अणू आणि संयुगांचे सर्वात लहान कण म्हणजे रेणू अशी एक ढोबळ कल्पना बऱ्याच काळानंतर रूढ झाली, तशी ती अजूनही रूढ आहे. पण वायूंचे आकारमान, वस्तुमान, तापमान वगैरेवरील प्रयोगातून अणूरेणूंचे गुणधर्म शोधण्याच्या प्रयत्नात काही विसंगति दिसून येत होत्या. त्याची कारणे कळत नव्हती किंवा त्यामुळे अणुसिद्धांतावरच प्रश्नचिन्ह लागत होते. पण प्राणवायू, हैड्रोजन आदि मूलद्रव्यांचे दोन दोन अणू एकत्र येऊन त्यांचे रेणू तयार होतात असे अॅव्होगाड्रोने सुचवल्यानंतर या विसंगतींचा उलगडा झाला. अशा मूलद्रव्यांचा निसर्गात असलेला सर्वात लहान कण हा दोन अणूंचा रेणू असतो, पण रासायनिक क्रियेमध्ये भाग घेतांना त्यातले अणू वेगळे होतात आणि इतर मूलद्रव्यांच्या अणूंशी त्यांचा संयोग होऊन नवा रेणू तयार होतो. उदाहरणार्थ हवेमधला प्राणवायू O2 या रूपात असतो आणि हैड्रोजन H2 असतो, पण पाण्यामध्ये ते H2O असे संयुग होऊन एकत्र नवा रेणू बनवतात.

अणू, रेणू वगैरेंच्या सिद्धांतांबद्दल दीर्घ काळापर्यंत लोकांच्या मनात शंका होत्या. त्यामुळे अॅव्होगाड्रोच्या नियमाकडेसुद्धा त्याच्या काळातल्या शास्त्रज्ञांनी द्यावे तेवढे लक्ष दिले नव्हते. नंतरच्या काळातल्या शास्त्रज्ञांनी यावर अधिक संशोधन केले.  सुमारे पन्नास वर्षांनंतर  सन १८६५मध्ये जोसेफ लॉश्मिट या जर्मन शास्त्रज्ञाने रेणूंच्या संख्येचा अंदाज बांधण्याचा  प्रयत्न केला आणि जवळजवळ १०० वर्षांनंतर सन १९०९ मध्ये जीन पेरिन या शास्त्रज्ञाने असे सिद्ध केले की प्रत्येक ग्रॅमरेणू एवढ्या वस्तुमानात त्या पदार्थाचे ६.०२२१४०८६ × १०^२३  ( १० गुणिले १० असे तेवीस वेळा किंवा १ या आकड्यापुढे २३ शून्ये) इतके अणू असतात. त्याने या प्रचंड आकड्यला 'अॅव्होगाड्रो नंबर' असे नाव सुचवले आणि सर्वानुमते ते नाव देण्यात आले.
----------