पृष्ठविज्ञान: आंतरपृष्ठ म्हणजे द्रव्याच्या दोन अवस्था (उदा., द्रव व वायू, वायू व घन) अलग करणारे मर्यादा-पृष्ठ होय. येथे पृष्ठ ही संज्ञा ‘आंतरपृष्ठ’ याच्याशी समानार्थक म्हणून वापरली जाते.

पृष्ठावर होणाऱ्या कित्येक आविष्कारांचे स्वरूप, द्रव्याच्या अंतर्भागात होणाऱ्या आविष्कांरापेक्षा वेगळे असू शकते. काही पृष्ठीय आविष्कार सर्व परिस्थितींत घडू शकतात, तर काही आविष्कार घडून येण्यासाठी द्रव्याच्या आयतनाच्या (घनफळाच्या) तुलनेने त्याचे पृष्ठीय क्षेत्रफळ खूप जास्त असावे लागते. या दोन्ही प्रकारांचे आविष्कार पृष्ठाचे विद्युत् वर्चस् व पृष्ठऊर्जा या भौतिकीय राशींवर अवलंबून असतात. पृष्ठांच्या बाबतीत घर्षण, अधिशोषण (दुसऱ्या एखाद्या घन, द्रव वा वायुरूप पदार्थातील अणू, रेणू इ. स्वतःच्या पृष्ठाशी साचवून ठेवण्याचा गुणधर्म), आसंजन (एकमेकांलगत असलेल्या निरनिराळ्या पृष्ठांमधील आंतररेणवीय आकर्षण), ओले होणे वा न होणे, इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन यांसारख्या कित्येक गुणधर्मांचे स्थूलमानीय मापन करता येते. पृष्ठावर अत्यल्प प्रमाणात अपद्रव्ये उपस्थित असली, तरीही या गुणधर्मात मोठा बदल होऊ शकतो उदा., वंगणामुळे घर्षणात फार मोठी घट होते. डाख लावणे, धुणे, रंगविणे इ. प्रक्रिया पृष्ठांच्या स्थूलमानीय गुणधर्मांवर अवलंबून असतात. कित्येक जीववैज्ञानिक प्रक्रिया, स्पर्श-उत्प्रेरण (रासायनिक विक्रियेची त्वरा वाढविण्यासाठी विशिष्ट रेणूंचे एखाद्या पृष्ठावर अधिशोषण करून त्यांच्या संरचनेत बदल घडवून आणण्याची प्रक्रिया),  →आयन-विनिमय, जमिनीचे पोषण, मद्यांचे शुद्धीकरण इ. प्रक्रियांतही पृष्ठीय गुणधर्मांचा महत्त्वाचा भाग असतो.

पृष्ठ भौतिकी : घन पृष्ठावरील व पृष्ठाखालील अगदी लगतच्या स्तरातील अणू व इलेक्ट्रॉन यांचे वितरण, त्यांना लागू होणारे गतिकीचे (त्यांच्यावर क्रिया करणाऱ्या प्रेरणा व त्यामुळे निर्माण होणारी गती यांच्या अभ्यास करणाऱ्या शास्त्राचे) नियम, त्यांच्या ऊर्जा पातळ्या, बंधन ऊर्जा इत्यादींचा अभ्यास पृष्ठ भौतिकीत केली जातो. सामान्यत: घन पृष्ठ हे घन पदार्थ व एखादा वायू यांच्यामधील आंतरपृष्ठ असते. → घन अवस्था भौतिकीत घनाच्या अंतर्भागातील परिस्थितीचा अभ्यास होतो, तर पृष्ठ भौतिकीत घन पृष्ठाच्या आत फक्त १० ते १००  Å  (१ Å = १०–१० मी.) अंतरापर्यंतच्याच परिस्थितीचा अभ्यास केला जातो, हा या दोन शास्त्रशाखांतील फरक आहे. स्फटिकांची वाढ, संक्षारण (रासायनिक विक्रियेमुळे संथपणे होणारा ऱ्हास), इलेक्ट्रॉनीय साधनातील विद्युत् प्रवाहाचे वहन यांसारखे परिणाम केवळ याच परिसरात होत असल्याने सैद्धांतिक त्याचप्रमाणे अनुप्रयुक्तीच्या (व्यावहारिक उपयोगाच्या) दृष्टीनेही हा अभ्यास फार मोलाचा आहे. घनपृष्ठावर वायूचे घनपृष्ठावर वायूचे अधिशोषण होते व त्यामुळे या पृष्ठाच्या गुणधर्मात महत्त्वाचे बदल होतात. यामुळे या शास्त्रशाखेतील बहुतेक प्रयोग उच्च प्रतीच्या निर्वातात (दाब सु. वातावरणीय दाब × १०-१३) करणे आवश्यक असते. ही शास्त्रशाखा अद्याप बाल्यावस्थेत आहे, तरीही तिचा प्रारंभ १९२०-३० या दशकात आय्. लँगम्यूर, जी. पी. टॉमसन, सी. जे. डेव्हिसन व एल्. एच्. गर्मर यांच्या प्रयोगांपासून झाला, असे म्हणता येईल.

उद्दिष्टे : पृष्ठ भौतिकीच्या अभ्यासाची दोन प्रमुख उद्दिष्टे आहेत. एक म्हणजे अत्यंत विशुद्ध अशा स्फटिक पृष्ठाची सर्व भौतिकीय वैशिष्ट्ये निश्चित करणे. दुसरे उद्दिष्ट प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा), त्याचप्रमाणे द्रव्याचे उत्तेजित व अनुत्तेजित अणू व रेणू, आयन (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट) व इलेक्ट्रॉन इ. कण, विद्युत् व चुंबकीय क्षेत्रे आणि असे पृष्ठ यांच्यामधील परस्परक्रिया समजून घेणे. खरे म्हटले, तर या परस्परक्रियांच्याच साहाय्याने पृष्ठांची वैशिष्ट्ये अजमावता येतात. पृष्ठांची भौतिकीय वैशिष्ट्ये : संपूर्ण घन अवस्थेपेक्षा त्यांच्या पृष्ठांचे गुणधर्म इतके वैशिष्ट्यपूर्ण असतात की, केव्हा केव्हा पृष्ठावस्था ही द्रव्याची एक स्वतंत्र अवस्थाच आहे असे मानले जाते. पृष्ठाची प्रमुख वैशिष्ट्ये पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) पृष्ठावर कोणत्या मूलद्रव्यांचे अणू आहेत त्याची निश्चिती, (२) त्या अणूंची मांडणी, (३) पृष्ठातील इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा पातळ्या, (४) पृष्ठातील अणूंच्या बंधन ऊर्जा, (५) इलेक्ट्रॉनांची कार्यफलने (पृष्ठापासून त्याच्यातील इलेक्ट्रॉन मुक्त करण्यासाठी त्या इलेक्ट्रॉनांना द्यावी लागणारी किमान ऊर्जा), (६) तेथील अणूंचे गतिविषयक नियम, (७) पृष्ठाशी नैसर्गिक रीत्या संलग्न असलेली विद्युत् क्षेत्रे इत्यादी. पृष्ठाची पूर्व तयारी : प्रयोगासाठी वापरण्याचे आदर्श पृष्ठ सु. एक चौ. सेंमी. इतक्या क्षेत्रफळावर आणवीय दृष्ट्या समतल आणि अपद्रव्ये व विकृती यांपासून मुक्त असे असावे. मग सुयोग्य प्रक्रिया करून त्या पृष्ठात जरूर ते फेरफार करता येतील. हा आदर्श संपूर्णपणे गाठणे अद्याप शक्य झालेले नाही. प्रयोगायोग्य घन पृष्ठ तयार करण्याची एक पद्धत म्हणजे निर्वातात इष्ट द्रव्याचा स्फटिक त्याच्या एखाद्या पाटनपृष्ठावर [→ पाटन] यांत्रिक रीत्या फोडणे. दुसऱ्या पद्धतीत स्फटिकाच्या पृष्ठाला यांत्रिक किंवा विद्युत् विच्छेद्य (विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने घटक अलग करण्याच्या) पद्धतीने झिलई देऊन तो यथायोग्य बनवितात व नंतर त्यावर निर्वातात आयनांचा मारा करून अधिशोषित (व इतर) अपद्रव्ये काढून टाकतात व त्याचे स्वच्छ पृष्ठ अनावृत करतात. निर्वातात धातूच्या तीक्ष्ण टोकाला प्रचंड सामर्थ्याचे (४×१०७ व्हो./सेंमी. पेक्षा जास्त जोरदार) विद्युत् क्षेत्र लावले असता टोकाच्या पृष्ठावरील अणू ओरबाडून निघून त्यांच्या खालचे स्वच्छ पृष्ठ प्रयोगासाठी उपलब्ध होते पण अशा रीतीने मिळालेले क्षेत्रफळ अत्यंत लहान असते. रासायनिक क्रियांद्वारेही अपद्रव्यांचे निराकरण करून स्वच्छ पृष्ठ मिळविता येते. अभ्यासाच्या पद्धती : (१) क्षेत्र उत्सर्जन पद्धती : पृष्ठाच्या अभ्यासाची ही एकमेव प्रत्यक्ष पद्धत आहे. या पद्धतीत परीक्ष्य पृष्ठ म्हणजे धातूच्या सुईंचे तीक्ष्ण अग्र (त्रिज्या सु. १०-५ सेंमी.) असते. या पद्धतीचे तीन अलग प्रकार करता येतात.


(अ) क्षेत्र-इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक पद्धती : या पहिल्या प्रकारात सुई उच्च निर्वातात ठेवून तिच्या अग्रावर ४×१०७ व्हो./सेंमी. या सामर्थ्याचे योग्य दिशेचे विद्युत् क्षेत्र लावले जाते. त्यामुळे अग्रावरील अणूतून इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन (क्षेत्र उत्सर्जन) होते. विद्युत् क्षेत्रामुळे प्रवेगित होऊन हे इलेक्ट्रॉन अनुस्फुरक (ज्यावर प्रारण पडले असता दृश्य प्रकाशाचे उत्सर्जन होते अशा द्रव्याचा थर दिलेल्या) पडद्यावर आदळून तेथे प्रकाशबिंदू उत्पन्न करतात. अशा तऱ्हेने पडद्यावर अग्राची सु. १०,००,००० पट मोठी प्रतिमा तयार होते. अग्रावर अनेक स्फटिकीय पृष्ठे समाविष्ट झालेली असतात. त्यांच्यावरील अणूंच्या मांडणीची कल्पना या चित्रावरून येते. या पद्धतीने पृष्ठावरील धातूचे अणू व अधिशोषित अणू यांचा अभ्यास करता येतो. (आ) क्षेत्र-आयन सूक्ष्मदर्शक पद्धती : वरील व्यवस्थेत निर्वाताऐवजी सुईचे अग्र अल्प दाबाच्या (सु. १ × १०-३ टॉर) हीलियम, निऑन किंवा हायड्रोजन वायूच्या वातावरणात ठेवतात. मग सुईला *येथे आकृती आहे.

आ.१. इरिडियम स्फटिकाच्या पृष्ठाचे क्षेत्र-आयनसूक्ष्मदर्शक पद्धतीचे चित्र.

धन वर्चस् देऊन अती उच्च विद्युत् क्षेत्र (सु. ५ × १०८ व्हो./सेंमी.) निर्माण केल्यास अग्रापासून त्या वायूचे आयन प्रवेगित होऊन अनुस्फुरक पडद्यावर अग्राच्या पृष्ठाचे चित्र तयार करतात. या चित्रात २ × १०-१० मी. इतक्या लहान आकारमानाच्या गोष्टीही स्पष्ट दिसू शकतात. म्हणजे प्रत्यक्ष अणूंचेच चित्रण होते. या चित्रांच्या साहाय्याने पृष्ठावरील अणूंची मांडणी, मांडणीतील विकृती इ. गोष्टी कळू शकतात. आ. १ मध्ये असे एक चित्र दाखविले आहे. (इ) अणु-एषणी पद्धती : या प्रकारात सुईचे अग्र इच्छेनुसार वेगवेगळ्या बाजूला कलते करता येते व त्या त्या बाजूचे परीक्षण करता येते.

 आ.२. अणु-एषणी पद्धतीची रचना : (१) सुईचे अग्र, (२) अनुस्फुरक पडदा, (३) पडद्यातील सूक्ष्म छिद्र,(४) द्रव्यमान वर्णपटमापक, (५) अणूचा मार्ग.

अग्राचा विशिष्ट भाग पडद्यातील एका सूक्ष्म छिद्रासमोर आणतात. मग सुईला एक उच्च विद्युत् दाबाचा स्पंद दिल्यास त्या भागावरील अणू ओढून काढले जातात व ते त्या छिद्रातून बाहेर घेतात आणि त्यांचे द्रव्यमान वर्णपटमापकाच्या [→ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान] साहाय्याने वस्तुमान निश्चित करतात. त्यावरून त्या मूलद्रव्याची ओळख पटू शकते. या तऱ्हेने एकएका अणूचेही अचूक अभिज्ञान होऊ शकते. आ. २ मध्ये या पद्धतीची रचना दाखविली आहे. (२) आयनांचा भडिमार (SIMS) : या पद्धतीत परीक्ष्य पृष्ठाच्या अगदी सूक्ष्म क्षेत्रफळावर सुयोग्य वेगाच्या आयनांच्या माऱ्याने पृष्ठाच्या द्रव्याचे आयन (दुय्यम आयन, SI) मुक्त केले जातात. या दुय्यम आयनांची द्रव्यमान वर्णपटमापकाच्या (MS) साहाय्याने परीक्षा करून त्यावरून खुद्द पृष्ठावरील अणू, अपद्रव्याचे अणू इत्यादींची चिकित्सा केली जाते. (३) इलेक्ट्रॉन विवर्तन : घन पृष्ठावर इलेक्ट्रॉनांची शलाका पाडली असता ते इलेक्ट्रॉन पृष्ठाकडून वेगवेगळ्या दिशांना विशिष्ट तऱ्हेने प्रसारित होतात. याला → इलेक्ट्रॉन विवर्तन असे म्हणतात. हे प्रसारित इलेक्ट्रॉन अनुस्फुरक पडद्यावर पडले असता तेथे प्रकाशबिंदू निर्माण होतात. त्यांची छायाचित्रे घेता येतात. त्यावरून विवर्तित इलेक्ट्रॉनांचे वेग, दिशा, विशिष्ट दिशेने मिळणारी विवर्तनाची तीव्रता या गोष्टी कळू शकतात. त्यावरून पृष्ठासंबंधी काही माहिती अप्रत्यक्षपणे मिळते.

आ.३. अल्प ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (LEED):(१) परीक्ष्य पृष्ठ, (२) आपाती इलेक्ट्रॉन शलाका,(३) पृष्ठ लंब, (४) विवर्तित इलेक्ट्रॉन. अल्प (१० ते ५०० eV eV म्हणजे इलेक्ट्रॉन व्होल्ट, १ eV = १.६०२×१०-१९ जूल) ऊर्जेच्या शलाका पृष्ठावर जवळजवळ लंब दिशेने आपाती करून (पाडून) त्यांचे विवर्तन पाहिले जाते. (या पद्धतीला LEED—Low-energy electron diffraction—पद्धती म्हणतात). उच्च (१० ते ५० keV) ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉन शलाका पृष्ठाला जवळजवळ समांतर दिशेने आपाती करून त्यांचे विवर्तन पाहिले जाते (RHEED – Reflection high-energy electron diffraction—पद्धती). पातळ पटलामधून पलीकडे गेलेल्या

    इलेक्ट्रॉनांच्या विवर्तनाचाही उपयोग करता येतो.

(THEED— Transmission high-energy-electron diffraction—पद्धती).

आ.४. उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन : (१) परीक्षा पृष्ठ, (२)आपाती इलेक्ट्रॉन शलाका, (३) पृष्ठ लंब,(४) विवर्तित इलेक्ट्रॉन, (५) अनुस्फुरक पडदा, (६) १० ते ५० ke V ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांची निर्मिती करणारे उपकरण (इलेक्ट्रॉन बंदूक).

आ. ३ व ४ मध्ये यांपैकी पहिल्या दोन पद्धतींची रूपरेषा दाखविली आहे. 

इलेक्ट्रॉन द्रव्यात फार खोलवर शिरू शकत नसल्याने आपोआपच विवर्तन परिणाम पृष्ठावरील किंवा त्याच्या आतील अल्प खोलीवरच्या अणूंवरच अवलंबून राहतो. यामुळे या पद्धतीने पृष्ठावरील खुद्द घन पदार्थाचे अणू, त्यावर अधिशोषित झालेले इतर अणू व पृष्ठावर संघनन (वाफ थंड होऊन तिचे द्रवीभवन होणे), संक्षारण इ. प्रक्रिया करणारे अणू यांबद्दलची माहिती उपलब्ध होते.


आ. ५ मध्ये अनुस्फुरक पडद्यावर RLEED (Reflection LEED) पद्धतीने मिळालेली दोन चित्रणे व आ. ६ मध्ये RHEED पद्धतीची दोन चित्रणे दिली आहेत. अशा चित्रणावरून काही आडाखे वापरून पृष्ठावरील परिस्थितीबद्दल निष्कर्ष काढावे लागतात.आ. ५. RLEED चित्रण : (अ) निकेलाच्या स्फटिकाच्या ‘स्वच्छ’, (110) पृष्ठाचे चित्रण (आ) त्याच स्फटिकावर ऑक्सिजनाचे अधिशोषण झाल्यानंतरचे चित्रण.इलेक्ट्रॉन विवर्तन पद्धतीमध्ये अलीकडे कित्येक सुधारणा झाल्या असून त्यामुळे त्यांची क्षमता खूपच वाढली आहे. त्या सर्वांचा परामर्ष येथे अर्थात घेणे शक्य नाही.

या पद्धतीच्या अभ्यासावरून असे दिसून आले की, अनेक धातूंच्या स्फटिकांच्या पृष्ठावरील व अंतर्भागातील अणूंची मांडणी एकसारखीच असते परंतु सोने, प्लॅटिनम, जर्मेनियम अशा काही धातूंच्या बाबतीत या दोन ठिकाणच्या अणूंच्या मांडणीत बराच फरक असतो. पृष्ठाचे तापमान वाढविले की, त्यावरील अणूंच्या (उष्णताजन्य) आंदोलनांचा परमप्रसर (आंदोलन क्रियेतील कमाल स्थानांतरण) वाढतो, हेही चित्रणातील त्यांच्याशी संलग्न असलेल्या प्रकाशबिंदूंची तीव्रता कमी होते यावरून दिसून आले आहे. या प्रयोगावरून हेही उघड झाले की, पृष्ठावर होणारे अधिशोषण तीन प्रकारे होते. एका प्रकारात पृष्ठशोषित अणू पृष्ठावरच्याच स्तरात राहतात.

 आ.६. RHEED चित्रण : (अ) एका खडबडीत पृष्ठाचे चित्रण (आ) पृष्ठ नितळ केल्यानंतरचे चित्रण. दुसऱ्या प्रकारात पृष्ठाखालच्या काही स्तरांतही त्यांचा शिरकाव झालेला असतो. तिसऱ्या प्रकारात अधिशोषणानंतर पृष्ठाच्या अणूंशी किंवा इतर अधिशोषित अणूंशी त्यांची संयुगेही होऊ शकतात. धातूला गंज चढण्याची प्रक्रिया कशी होते, तेही या प्रयोगावरून समजू शकते.

इतर पद्धती : पृष्ठावर सुयोग्य ऊर्जेचे क्ष-किरण अथवा जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य) किरण यांचा मारा केला असता प्रकाशविद्युत् परिणाम अथवा ओझे परिणाम (पी. व्ही. ओझे या फ्रेंच भौतिकीविज्ञांच्या नावावरून ओळखण्यात येणारा परिणाम) यामुळे पृष्ठातून इलेक्ट्रॉन बाहेर पडतात [→ प्रकाशविद्युत् ]. त्यांच्या गतिज ऊर्जा मोजून त्यावरूनही पृष्ठीय भौतिक परिस्थितीची माहिती मिळू शकते. वायूच्या साहचर्यात तप्त तंतू थंड केला, तर तंतूवर वायूचे अधिशोषण होते. मग तो तंतू पुन्हा तापविला असता पृष्ठशोषित वायू पुन्हा मुक्त होतो. वेगवेगळ्या तापमानाला मुक्त होणाऱ्या वायूच्या प्रमाणाचे मापन करून त्यावरून शोषित वायूच्या बंधन ऊर्जा काढता येतात. पृष्ठाबद्दलच्या अभ्यासाचे निष्कर्ष : ही शास्त्रशाखा अद्याप संपूर्णपणे विकसित झालेली नसल्यामुळे पृष्ठीय परिस्थितीबद्दल निश्चित असे अंतिम निष्कर्ष अद्याप उपलब्ध झालेले नाहीत. पृष्ठाबद्दल स्थूलमानीय (एकूण पृष्ठाबद्दल सांख्यिकीय आढावा देणारी) प्रतिमाने (मॉडेल्स) तयार केली गेली असून ती बरीच उपयुक्त ठरली आहेत. परंतु पृष्ठाबद्दल सूक्ष्ममानीय (अणू व इलेक्ट्रॉनांबद्दल तपशीलवार माहिती देणारी) प्रतिमाने अद्याप पुरेशी विकसित झालेली नाहीत. ट्रँझिस्टरसारखी घन अवस्था इलेक्ट्रॉनीय साधने जास्त कार्यक्षम करण्यासाठी पृष्ठीय भौतिकी उपयोगी पडू शकेल. त्याचप्रमाणे जीववैज्ञानिक प्रक्रिया समजून घेण्यासाठीही या अभ्यासाचा हातभार लागले, अशी अपेक्षा आहे.

पृष्ठ रसायनशास्त्र : पृष्ठ भौतिकीपासून मिळणाऱ्या माहितीचा रसायनशास्त्रात उपयोग करून घेणे, त्याचप्रमाणे पृष्ठावर घडून येणाऱ्या विविध रासायनिक विक्रियांचा अभ्यास करणे या विक्रियांचे स्वरूप व त्वरा कोणत्या गोष्टींवर अवलंबून आहेत ते शोधून काढणे, हे विषय पृष्ठ रसायनशास्त्रात मोडतात.

घन पृष्ठावरील आकार-विशेष : आणवीय दृष्ट्या घन पृष्ठ संपूर्णपणे समतल असे कधीच नसते, त्याच्यावर आढळून येणारे विविध आकार-विशेष आ. ७ मध्ये दाखविले आहेत. अशा पृष्ठावर वेगवेगळ्या पातळ्यांवर कित्येक प्रतले असतात. त्यांना टप्पे असे म्हणतात. या टप्प्यांच्या कडांना पायऱ्या असे म्हणतात. या कडा अगदी सरळ नसून त्यांत कोठेकोठे तुटक भाग असतात. त्यांना खांडवे असे म्हणतात. कोठेकोठे टप्प्यांवर आणि पायऱ्यांवर अन्य द्रव्याचे अधिशोषित अणू (शोषिताणू) आढळतात. त्याखेरीज टप्प्यांच्या पृष्ठभागावर कोठेकोठे खड्ड्यासारख्या ‘रिक्तता’ असतात.   टप्प्यामधील अणूभोवती जास्तीत जास्त (इतर) अणू असतात. पायऱ्यावरील अणूंच्याबाबतीत भोवतालच्या अणूंची संख्या त्यामानाने कमी असते व खांडव्यावरील अणूंच्या बाबतीत ही संख्या किमान असते. त्यामुळे त्या त्या ठिकाणची भौतिकीय वैशिष्ट्ये व रसायनिक गुणधर्म बरेच वेगळे येतात, असे प्रयोगावरून दिसून आले आहे.

अधिशोषण : विशिष्ट पदार्थाचे १ चौ. सेंमी. क्षेत्रफळाचे मुक्त पृष्ठ तयार करण्यासाठी लागणाऱ्या ऊर्जेला मुक्त ऊर्जा असे म्हणतात. धातुपृष्ठांच्या मुक्त ऊर्जा सर्वांत जास्त असून हायड्रोकार्बनांच्या खूपच कमी असतात. निसर्गात नेहमी मुक्त ऊर्जा किमान करण्याकडे प्रवृत्ती  

आ.७. घन पृष्ठावरील आकार-विशेष : (१) टप्पे, (२) पायऱ्या, (३) खांडवे, (४) शोषिताणू, (५) रिक्तता.असते. यामुळे धातुपृष्ठे इतर द्रव्याच्या अणू वा रेणूंचे अधिशोषण करतात. वातावरणाच्या संपर्कात आलेल्या पृष्ठावर सामान्यत: कार्बन, हायड्रोकार्बन, ऑक्सिजन, पाणी, गंधक इ. द्रव्यांचे शोषित थर असतात. रासायनिक विक्रियेत उत्प्रेरक (रासायनिक विक्रियेची त्वरा बदलण्याचे कार्य करणारा पण विक्रियेच्या शेवटी तसाच राहणारा पदार्थ) म्हणून काम करणाऱ्या पृष्ठांवर संबंधित द्रव्याचे शोषित स्तर असतात. या शोषित स्तरांमुळेही पृष्ठाचे रासायनिक गुणधर्म बदलतात. मिश्रधातूमधील ज्या घटकाची मुक्त ऊर्जा कमी असेल त्याच्या अणूंची संहती (प्रमाण) पृष्ठावर वाढते. त्याचप्रमाणे धातूमधील अशुद्ध द्रव्येही पृष्ठावर केंद्रित होतात. अशा तऱ्हेने घन पदार्थाच्या पृष्ठाचे संघटन त्याच्या अंतर्भागापेक्षा वेगळे होते.


पृष्ठ रासायनिक बंध : लोखंड किंवा टंगस्टन यासारख्या रासायनिक दृष्ट्या क्रियाशील पदार्थाच्या पृष्ठावर त्याचे तापमान कमी असताना (१००º के. पर्यंत) C2H4 सारख्या द्रव्याचे रेणू जसेच्या तसेच अधिशोषित होतात. परंतु पृष्ठाचे तापमान जसजसे वाढवावे तसतसे त्या रेणूतील विशिष्ट रासायनिक बंध तोडले जातात. उदा., टंगस्टनाचे तापमान १५०º के. असल्यास C2H4 पैकी C—H बंध तोडले जाऊन C2H2 रेणू तयार होतात. ३००º के. तापमानाला हायड्रोजनाचे दोन्ही अणू मुक्त होऊन हे C2 रेणू तयार होतात. १,१००º के. या तापमानाला C2 मधील कार्बन अणूही अलग होतात. संक्रमणी धातूंच्या पृष्ठावरील खडबडीतपणामुळे H-H, C-H, C-C, C = O यांसारखे सामर्थ्यवान रासायनिक बंधही तुटू शकतात. एखाद्या पृष्ठाचा आपण जेव्हा उत्प्रेरक या दृष्टीने उपयोग करतो तेव्हा पृष्ठावरील वेगवेगळ्या आकार-विशेषांचा मिळून एकत्रित परिणामच आपल्याला दिसत असतो. परंतु विशिष्ट विक्रिया काही विशिष्ट आकार-विशेषावरच अधिक त्वरेने घडून येतात. उदा., H-H व C-H हे बंध प्लॅटिनमाच्या पृष्ठावरील पायऱ्यांवर जास्त सहजपणे तुटतात, तर C-C बंध खांडव्यावर सुकरतेने सुटतात. तेव्हा दुसऱ्या धातूंच्या अणूंनी खांडवे बंद करून टाकले, तर फक्त पहिल्या प्रकारच्या विक्रियाच घडून येतील. मग हायड्रोजनीकरणासारख्या हायड्रोजन अणूचा एखाद्या पदार्थात समावेश करण्याच्या विक्रियेसारख्या विक्रिया दडपून टाकल्या जातील व हायड्रोजननिरास विक्रिया (पदार्थातून हायड्रोजन काढून टाकण्याची विक्रिया) आणि  → समघटकीकरण या विक्रिया प्रकर्षाने होतील. n–हेप्टेनापासून बेंझीन किंवा टोल्यूइन तयार करणे यांसारख्या विक्रिया प्लॅटिनमाच्या खडबडीत पृष्ठावर काही ऑक्सिजन अधिशोषित असतानाच होतात. शुद्ध लोह किंवा ऱ्होडियम पृष्ठापेक्षा त्यावर पोटॅशियम किंवा इतर संयुगे (प्रवर्तक म्हणून) अधिशोषित केलेली पृष्ठे जास्त प्रभावी उत्प्रेरक होतात, त्याचे मर्मही हेच आहे. अशा तऱ्हेने जास्त प्रभावी उत्प्रेरक कसे करावेत ते पृष्ठविज्ञानाच्या अभ्यासावरून समजते. [→ उत्प्रेरण].

फोटॉनांच्या साहाय्याने घडून येणाऱ्या विक्रिया (उदा., पाण्याचे हायड्रोजन व ऑक्सिजन यांमध्ये विच्छेदन) कशा घडून येतात तेही या शास्त्रावरून समजू लागले आहे व त्या क्रिया जास्त प्रभावशाली करण्याचे मार्गही त्यावरून उमगू लागले आहेत. संक्षारणाच्या विक्रियाही धातुपृष्ठावरच सुरू होतात. त्यांनी प्रतिबंध कसा करावा. त्याच प्रमाणे प्रारणामुळे घन पृष्ठांची होणारी हानी कशी कमी करावी हेही याच अभ्यासावरून स्पष्ट होते. →प्रक्षालके (डिटर्जंट्स), आर्द्रताकारके, →पृष्ठक्रियाकारके इत्यादींची कार्यपद्धतीही याच शास्त्रावरून समजते. ऊर्जेचे परिवर्तन आणि संग्रहण हेही विषय पृष्ठविज्ञानातच अंतर्भूत होतात.

संदर्भ : 1. Bickerman, J. J. Surface Chemictry: Theory and Applications, New York, 1958.

             2. Blakely, J. M., Ed. Surface Physics of  Solids, 2 Vols., New York, 1975.

             3. Davis, J. T. Rideal. E. Interfacial Phenomena, New York, 1963.

             4. Prutton, M. Surface Physics, New York, 1975.

             5. Somorjai, G. A. Surface Science, Science, Washington, 11 August 1978.

पुरोहित, वा. ल.

Close Menu
Skip to content