ज्योत

ज्योत : वायुरूपात किंवा बाष्परूपात असलेले पदार्थ जळत असताना उच्च तापमानाचे व बहुधा प्रकाशमान असे जे क्षेत्र निर्माण होते, त्याला ज्योत असे म्हणतात. कोळसा जळताना लालभडक होतो पण त्याची ज्योत होत नाही, कारण तो घनरूप असतो. लाकूड जळते तेव्हा ज्योत (जाळ) निर्माण होते कारण त्याच्या घटकांपासून ज्वलनशील वायू बनून ते जळत असतात. रॉकेल आणि स्पिरिट बाष्परूप होऊन जळतात म्हणून त्यांच्याही ज्योती बनतात. सामान्यतः या विक्रियांत ज्वलनशील वायूंचे किंवा बाष्पांचे ऑक्सिडीकरण (ऑक्सिजनाशी रासायनिक संयोग होणे) होत असते तथापि ज्योत उत्पन्न करणाऱ्या विक्रिया ऑक्सिडीकरणाच्याच असतात असे मात्र नाही. काही विघटनी विक्रियांमध्येही (ज्यांमध्ये रेणूचे तुकडे पडतात अशा विक्रियांमध्ये सुद्धा) ज्योतनिर्मिती होते. उदा., ओझोनाच्या (O₃) विघटनाने ऑक्सिजन (O₂) बनण्याची क्रिया. सर्व ज्योती प्रकाशमान असतातच असेही नाही. उदा., हायड्रोजनाची ज्योत फारशी दृश्यमान नसते मिथेन वायूची फिक्कट निळसर असते. मशालीची, रॉकेलच्या उघड्या चिमणीची, कंदिलाची, मेणबत्तीची, स्टोव्हची व गॅसच्या शेगडीची ज्योत या सामान्य व्यवहारात दिसणाऱ्या ज्योती होत [→ज्वालक].

रचना : उभ्या नळीमधून हायड्रोजन वायूचा प्रवाह सोडून तो पेटविला म्हणजे हायड्रोजनाची ज्योत निर्माण होते (आ. १). या ज्योतीत तळाशी पसरट व वर निमुळते असे प्रकाशाचे दोन शंकू दिसतात. ते एकात एक असून आतल्या (अ) शंकूमध्ये जळत नसलेला वायू असतो व त्याचे ज्वलन बाहेरच्या (आ) या शंकूमध्ये होत असते. हायड्रोजन शुद्ध असेल आणि सभोवारच्या हवेत धुळीचे कण नसतील, तर ज्योत दीप्तिहीन (प्रकाश नसलेली) असते.

कार्बन मोनॉक्साइडापासून मिळणाऱ्या ज्योतीची रचनाही वरीलप्रमाणेच असते.

अमोनिया वायूच्या ज्योतीमध्ये एकात एक असे प्रकाशाचे तीन शंकू असलेली रचना असते (आ. २). नळीच्या तोंडाजवळ असणाऱ्या (अ) शंकूमध्ये ज्याचे ज्वलन व्हावयाचे आहे असा वायू असतो. त्याच्या बाहेरच्या (आ) शंकूत अमोनियाचे विघटन होत असते. याचा रंग पिवळा दिसतो. सर्वांत बाहेरच्या (इ) शंकूत विघटनाने बनलेला हायड्रोजन वायू जळत असतो हा शंकू निळसर दिसतो. सायनोजेन वायूची ज्योतही अशीच तीन विभागांची असते. पहिल्या विभागात ज्वलन व्हावयाचा वायू असतो दुसऱ्या गुलाबी रंगाच्या विभागात त्याचे विघटन होऊन कार्बन मोनॉक्साइड व नायट्रोजन हे वायू बनतात. सर्वांत बाहेरच्या हिरवट रंगाच्या विभागात कार्बन मोनॉक्साइडाचे ज्वलन होते.

मेणबत्तीची ज्योत : बर्झीलियस यांनी या ज्योतीमध्ये चार विभाग असतात हे निदर्शनास आणले (आ. ३). सर्वांत आतल्या (अ) विभागात मेणाची वाफ असते, त्याच्या वरील विभाग (आ) हा सर्वांत मोठा असून दीप्तिमान असतो सर्वांत वरचा विभाग (इ) हा अस्पष्ट दिसणारा असून ज्योतीच्या तळाशी (ई) हा लहानसा आणि निळ्या रंगाचा विभाग असतो. या ज्योतीत (अ) विभागातील वाफेचे उष्णतेने (आ) विभागात विघटन होते व त्यामुळे कार्बनाचे जे सूक्ष्म कण निर्माण होतात ते प्रखर उष्णतेने तापून दीप्तिमान होतात. मेणबत्तीचा प्रकाश पडतो तो त्यामुळेच. (अ) विभागातील वाफेच्या काही अंशाचा ज्योतीच्या बुडाशी हवेशी संपर्क येतो व येथे (ई) मध्ये कार्बन कण वेगळे न होता त्यांचे पूर्ण ज्वलन होते. (इ) या सर्वांत बाहेरच्या विभागात (आ) विभागातील ज्वलनक्रिया पूर्ण होते.

कोळशाच्या वायूपासून जेव्हा दीप्तिमान ज्योत मिळते, त्या वेळी तिचेही विभाग मेणबत्तीच्या ज्योतीसारखेच असतात.

बन्सन ज्योत : बन्सन ज्वालकामध्ये एक उभी नळी असून तिच्या तळभागात ज्वलनशील वायू, नैसर्गिक वायू (खनिज इंधन वायू) किंवा दुसरा हायड्रोकार्बन वायू आणणारी लहान छिद्र असलेली एक नळी असून ज्वलनासाठी लागणारी हवा आत घेण्याची व तिचे प्रमाण कमी-जास्त करण्याची योजना असते [→ ज्वालक].·

तळातून हवा घेणे बंद करून ज्वालक पेटविला म्हणजे पिवळ्या रंगाची ज्योत दिसते. येथे ज्वलनास लागणारी हवा तळातून घेतलेली नसते. ज्वलनशील वायूमध्ये ज्वालकाच्या तोंडाशी ती मिसळली जात असते. तळातून पुरेशी हवा आत घेणे सुरू केले म्हणजे ती ज्वलनशील वायूत मिसळते व या मिश्रणामुळे जी ज्योत मिळते, तीमध्ये तीन विभाग असतात. सर्वांत आतल्या (अ) विभागात ज्याचे ज्वलन व्हावयाचे आहे तो वायू असतो. त्याच्या बाहेर निळसर हिरवा (आ) विभाग आढळतो. या विभागात ज्वलनशील वायूची ज्वालकाच्या तळातून·घेतलेल्या हवेशी विक्रिया होऊन कार्बन मोनॉक्साइड व हायड्रोजन यांचे मिश्रण बनते व त्याचे बरेचसे ज्वलन होते. यातून ज्यांचे ज्वलन व्हावयाचे राहते ते वायू अगदी बाहेरच्या (इ) विभागात येऊन सभोवतालच्या हवेच्या पुरवठ्याने आपले ज्वलन पूर्ण करतात. 

कार्यपद्धती व प्रकार : ज्योतींच्या कार्यपद्धतीचा विचार केला तर त्यांचे दोन प्रकार पडतात : (१) विसरण (एकमेकांशेजारी असणाऱ्या वायूंचे रेणू परस्परांत मिसळल्यामुळे निर्माण होणाऱ्या) ज्योती व (२) पूर्व-मिश्रित ज्योती.·

हायड्रोजनाची, अमोनियाची आणि मेणबत्तीची ज्योत ही विसरण ज्योतींची उदाहरणे होत. या ठिकाणी ज्वलनशील वायू आणि हवा (अथवा ऑक्सिजन) यांचे मिश्रण ज्वलनक्षेत्रात होत असते. या ज्योती कशा तेवत राहतात हे लक्षात यावे म्हणून हायड्रोजनाच्या ज्योतीचा जास्त तपशीलवार विचार करू. उभ्या नळीतून हायड्रोजन बाहेर पडू लागला की, भोवतालची हवा त्या वायूच्या सीमाप्रदेशातून त्याच्यात मिसळण्यासाठी आत शिरू लागते. त्यामुळे मध्यभागी हायड्रोजन वायूचा गाभा व त्याच्या सभोवार हा वायू आणि हवा यांच्या मिश्रणाचे वेष्टण, अशी रचना होते. जो जो वर जावे तो तो हा गाभा क्रमाक्रमाने संकुचित होत जातो व काही अंतरावर त्याचे अस्तित्व आढळत नाही. वायूमध्ये हवेचे विसरण होण्यास सुरुवात नळीच्या तोंडापासून होत असल्यामुळे त्या ठिकाणी वायूचे प्रमाण अधिक व हवेचे कमी असणार आणि जो जो वर जावे तो तो हवेचे प्रमाण वाढत जाणार हे उघड आहे.

वायुमिश्रण काडी लावून पेटविले म्हणजे त्याचा बाहेरचा थर प्रथम पेटतो व तेथून ज्योतीचा प्रवास आतील थराकडे होऊ लागतो. अखेरीस ज्योत वायूच्या गाभ्याच्या शंकूवर येऊन स्थिरावते. कारण यापुढील भागात ज्वलनास आवश्यक तेवढी हवा नाही म्हणून तिला पुढे जाता येत नाही. तसेच तिला माघारीही परतता येत नाही कारण बाहेरच्या थरांच्या ज्वलनवेगामुळे ती आत रेटली जाते. या परिस्थितीचा परिणाम असा होतो की, ज्योतिरूप झालेला ज्वलनप्रदेश गाभ्याच्या वर शंकूसारखा स्थिर होतो. या शंकूच्या आतून ज्वलनशील वायूचा पुरवठा होत राहतो व ज्वलनामुळे तयार झालेले पदार्थ आणि हवेतील उरलेला नायट्रोजन वर जाऊन हवेत मिसळतात. याच वेळी ताजी हवा या प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेने ज्वलनक्षेत्रातील ज्वलनशील वायूशी मिसळण्यासाठी आत येत राहते. त्याचप्रमाणे ज्वलनाने बनलेले उष्ण वायू निघून जाताना काही प्रमाणात ज्वलनशील वायूत मिसळतात व त्याला विरल आणि उष्ण बनवितात.

पूर्व-मिश्रित ज्योतीमध्ये ज्वलनशील वायू आणि हवा यांचे अगोदरच बनलेले मिश्रण नळीच्या तोंडातून बाहेर पडून जळत असते. बन्सन ज्वालकाच्या तळाशी असलेली भोके उघडी ठेवून ज्वालक पेटविला म्हणजे बनणारी ज्योत किंवा गॅसच्या शेगडीच्या ज्योती अशा प्रकारच्या असतात.

ज्वलनशील वायू व हवा यांचे मिश्रण एका ठिकाणी पेटविले म्हणजे त्या ज्वलनाचा प्रसार उष्णतेच्या संवाहकतेने एका थराकडून दुसऱ्या थराकडे याप्रमाणे स्थिर वेगाने होत जातो. या वेगाला ज्वलनवेग म्हणतात. ज्योत एका जागी स्थिर व सतत तेवत रहावयास ज्वलनवेगापेक्षा ज्वाला प्रसारण वेग जास्त असावा लागतो.·

ज्वलनशील वायू व हवा यांच्या मिश्रणाचा प्रवाहवेग नियंत्रित करून ज्योतीची उंची व आकार मर्यादित करता येतात. वेग वाढविला तर ज्योतीच्या शंकूची उंची वाढते आणि तो कमी झाला तर त्याची उंचीही कमी होते. एका विवक्षित प्रवाहवेग मर्यादेनंतर ज्वालकमुखापासून ज्योत वर उचलली जाते व विझते. याला ज्योतीचे उच्चाटन म्हणतात. याच्या उलट वायुप्रवाह वेग कमी करू लागल्यास शंकूचा आकार·आखूड होत होत अखेर जवळजवळ सपाट होतो. वेग यापेक्षाही कमी केला, तर ज्योत खाली सरकते व ज्वालकाच्या नळीत तळाशी असलेल्या छिद्राशी येऊन स्थिरावते. याला ज्योतीचे प्रतिगामी ज्वलन म्हणतात.

काही पूर्व-मिश्रित इंधनज्योती पटलित (थराथरांच्या) असतात व काही संक्षुब्ध असतात. पटलित ज्योतींचे सीमापृष्ठ स्थिर व मर्यादित असते. आत जाणारे आणि बाहेर पडणारे हे दोन्ही प्रवाह एकमेकांस अडथळा न आणणारे असतात. याच्या उलट संक्षुब्ध ज्योत अनेक फाटे फुटलेली व आवाज करणारी असते. या ज्योतीत छिद्रामधून हवेत येणाऱ्या इंधनवायूची गती विशिष्ट सीमागतीपेक्षा जास्त असते व त्यामुळे भोवतालची हवा आणि इंधनवायू यांची वावटळ पेट घेऊन उठते. ज्योतीचा आवाज होतो तो त्यामुळे.·

इंधनवायूची गती जरुरीपेक्षा कमी असेल, तर ज्योत मध्येच एकदम विझते. यासाठी ज्या छिद्रातून वायू बाहेर येतो त्याच्याजवळ एक इंधनज्योत सतत तेवत ठेवावी लागते. संक्षुब्ध ज्योतीमध्ये इंधनवायूची गती जास्त असल्याने व ज्योतीस विस्तृत क्षेत्र उपलब्ध असल्यामुळे त्यांचे उष्णता-उत्पादन विपुल असते. त्यामुळे व्यवहारात अशाच ज्योती वापरल्या जातात.

मेणबत्तीच्या ज्योतीत किंवा तत्सम बन्सन ज्योतीत फुंकनळीने (निमुळती होत जाऊन टोकाला बारीक छिद्र असलेली सरळ अथवा काटकोनात वळविलेल्या धातूच्या नळीने तिच्यातून हवा फुंकून ज्योत लांब व पसरट बनविता येते व ती तापवावयाच्या वस्तूवर खेळविता येते प्रयोगशाळेत व सोनारकामात ही वापरतात) हवा फुंकली म्हणजे जी फुंकनळी-ज्योत मिळते तीमध्ये दोन विभाग असतात. बाहेरचा भाग ऑक्सिडीकारक व आतील भाग क्षपणकारी (संयुगातून ऑक्सिजन काढून घेणारा) असतो. आवश्यकतेप्रमाणे योग्य तो विभाग संयुगावर खेळविला म्हणजे त्यामध्ये फेरफार घडून येतात. त्यांचे निरीक्षण करुन खनिज पदार्थांचे अभिज्ञान (ओळखण्याची क्रिया) करता येते. भात्याने ज्योतीत हवा अथवा ऑक्सिजन फुंकल्याने मिळणाऱ्या ज्योतीचे तापमान उच्च असते. काचेची उपकरणे बनविण्यासाठी अशा ज्योती उपयोगी पडतात.

ज्वालाग्राही वायूंचे मिश्रण पेटविले, तर निर्माण झालेली ज्योत एका ठिकाणी राहत नाही पुढे पुढे सरकत जाते व जळलेला उष्ण वायू मागे राहतो. अशी ज्योत पुढे सरकत राहण्यासाठी वायूंचे मिश्रण विवक्षित प्रमाणात असावे लागते. उदा., कोळशाचा वायू व हवा या वायूंचे प्रमाण ५ ते ३१ टक्के (आकारमानाने) यांच्या दरम्यान असले, तरच ज्योत पुढे सरकत राहते. या प्रमाणापेक्षा तो वायू कमी-जास्त असला तर ज्योत सरकत नाही. ज्योतीचे पुढे सरकणे वायुमिश्रणाच्या एका थरापासून दुसऱ्या थराकडे असे होत असते व त्याचप्रमाणे उष्णतेचे वहनही होत जाते. ज्योतीचा पुढे सरकण्याचा वेग वायुमिश्रणाचे तापमान, दाब व मिश्रण पात्राचा आकार यांवर अवलंबून असतो. हायड्रोजन व हवा यांच्या ज्योतीचा वेग हा सर्वांत जास्त म्हणजे दर सेकंदास २७० सेंमी. इतका असतो. सामान्य इंधन वायुमिश्रणाची ज्योत दर सेकंदास ५० सेंमी. या वेगाने पुढे जाते.

‘शीत ज्योत’ नावाची एक ज्योत ईथर व ऑक्सिजन यांचे मिश्रण सावकाश तापविले म्हणजे निर्माण होते. वास्तविक ही शीत नाही उष्णच आहे. नेहमीच्या ज्योतीप्रमाणे हिचे पुढे सरकणे उष्णतेच्या वहनावर अवलंबून नाही. ते मिश्रणवायूतील विक्रियाक्षम रेणूंच्या किंवा मुक्त मूलकांच्या (सामान्यतः इतर अणूंशी संयोगित अवस्थेत असणाऱ्या परंतु विशिष्ट परिस्थितीत स्वतंत्र अस्तित्व असणाऱ्या अणुगटांच्या) विसरणामुळे होत असते. या प्रकारच्या विक्रियेत रेणू उद्दीपित होऊन प्रकाशनिर्मिती होते.

दीप्ती : ज्योतीची प्रकाश देण्याची शक्ती तीमध्ये असणाऱ्या घन कणांच्या तापमानावर अवलंबून असते. बन्सन ज्योतीस तळातून मिळणारी हवा कमी केली म्हणजे कोळशाच्या वायूतील सुटे कार्बनकण तापून दीप्तिमान होतात म्हणून अशी ज्योत प्रकाशमान असते. गॅसबत्तीमध्ये (पेट्रोमॅक्समध्ये) प्रकाश देणारे जे प्रावरण असते, त्यामध्ये थोरियम अथवा सिरियम धातूच्या ऑक्साइडाचे कण असतात. गॅसचे ज्वलन होताना ते तापतात व त्यामुळे प्रखर प्रकाश पडतो.

काही वायूंच्या ज्योती त्यात घन पदार्थांचे कण नसतानाही दीप्तिमान असतात. उदा., ऑक्सिजन व नायट्रोजन वायू अधिक दाबाखाली असताना मिळणाऱ्या ज्योती. येथे दाबामुळे वायूंची घनता वाढते व त्यामुळे दीप्ती येते.

तापमान : ज्योतींचे तापमान मोजण्याच्या अनेक पद्धती आहेत. प्लॅटिनम व प्लॅटिनम-ऱ्होडियम या तपयुग्माने (दोन भिन्न धातूंच्या तारांची संधिस्थाने दोन निरनिराळ्या तापमानांत ठेवल्यास निर्माण होणारा विद्युत् प्रवाह मोजून त्यावरून तापमान मोजणाऱ्या साधनाने) ज्योतींचे तापमान मोजण्याची एक पद्धत आहे.

 वर्ण : हवेचा पुरवठा भरपूर असताना बन्सन ज्योतीचा वर्ण फिकट निळसर असतो. अशा ज्योतीत धातूंची लवणे धरली, तर ज्योतीला वेगवेगळे वर्ण येतात. उदा., स्ट्राँशियमाच्या लवणाने तांबडा, पोटॅशियमाच्या लवणाने जांभळा, बेरियम लवणाने हिरवा इत्यादी. हा गुणधर्म रासायनिक विश्लेषणात संयुगातील धातू ओळखण्यासाठी वापरता येतो, या परीक्षणासाठी स्वच्छ केलेली प्लॅटिनमाची तार धातूच्या लवणाच्या विद्रावात बुडवून ज्योतीत धरतात व ज्योतीला कोणता वर्ण येतो ते पाहतात. त्यावरून उपस्थित धातू ओळखता येते [⟶ रासायनिक विश्लेषण].

उपयोग : ऑक्सि-ॲसिटिलीन व ऑक्सि-हायड्रोजन ज्योतींचा उपयोग धातूंचे जोडकाम करण्यासाठी होतो. धातूंचे पत्रे कापण्यासाठीही काही ज्योती उपयोगी पडतात. शोभेच्या दारूकामात आणि सैन्यांच्या संदेशवहनात रंगीत ज्योती वापरतात. ज्योत प्रकाशमापनाच्या साहाय्याने मूलद्रव्ये व संयुगे यांचे अभिज्ञान आणि मापन अल्पांश पदार्थ वापरून त्वरेने करता येते.

संदर्भ :

1. Parkes, G. D. Mellor’s Modern Inorganic Chemistry, London, 1961.

2. Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, London, 1966.

3. Williams, T. A. Combustion Theory, London, 1965.

शेजवलकर, बा.ग. सूर्यवंशी, वि. ल.

“