अणुभार

अणुभार : हा रासायनिक मूलद्रव्यांच्या अणूंचा प्रत्यक्ष भार नसून एकक म्हणून घेतलेल्या एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणूंचा तुलनात्मक भार म्हणजे गुणोत्तर असतो. हायड्रोजन हा मूलद्रव्यांपैकी सर्वांत हलका असल्यामुळे त्याचा अणुभार हा एकक धरून इतर मूलद्रव्यांच्या अणूंचे भार पूर्वी ठरविले जात. ही पद्धती वापरून निरनिराळ्या मूलद्रव्यांचे अणुभार दाखविणारी सारणी (कोष्टक) तयार करण्यात आली होती. परंतु फारच थोड्या मूलद्रव्यांचे हायड्रोजनाशी सरळ संयोग होतात व तेवढ्यांचेच अणुभार त्यामुळे अचूक ठरविणे शक्य झाले. हायड्रोजनाच्या मानाने ऑक्सिजनाचे पुष्कळच अधिक मूलद्रव्यांशी सरळ सरळ संयोग होत असल्यामुळे व पुष्कळच मूलद्रव्यांचा अणूभार अचूक ठरविता येत असल्यामुळे ऑक्सिजनाच्या संदर्भाने इतर मूलद्रव्यांचे अणुभार ठरविणे अधिक सोयीचे असते. हायड्रोजन हा एकक असणाऱ्या सारणीत ऑक्सिजनाचा अणुभार १५·९२२ असे. त्याऐवजी तो १६·०००० मानून एक सुधारलेली सारणी १९०० साली तयार करण्यात आली व ती १९६१ सालापर्यंत प्रचारात होती. तिला ‘अणुभारांची रासायनिक सारणी’ म्हणत. त्याच वर्षी इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड ॲप्लाइड फिजिक्स  आणि इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड ॲप्लाइड केमिस्ट्री या संस्थांनी भौतिकीत व रसायनशास्त्रात पूर्वी वापरात असलेल्या अणुभाराच्या मापनाच्या पद्धती एकत्रित करून एकच नवीन पद्धती तयार केली. C¹² हा कार्बनाचा समस्थानिक (एकच अणुक्रमांक पण भिन्न अणुभार असलेला त्या मूलद्रव्यांचा प्रकार, → समस्थानिक) विपुल असल्यामुळे त्याच्या अणुभाराचा १/१२ भार हा एकक त्या पद्धतीत ठरविण्यात आलेला आहे [→ आणवीय द्रव्यमान एकक].

पुढे असे आढळून आले की, सामान्य नैसर्गिक ऑक्सिजन हा समस्थानिकांच्या मिश्रणाचा बनलेला असून त्याचा ९९·७५ इतका अंश O¹⁶ या व उरलेला अत्यल्प अंश O¹⁷ व O¹⁸ या समस्थानिकांचा बनलेला असतो. सारांश, रासायनिक सारणीतील ऑक्सिजनाचा १६ हा अणुभार निसर्गात आढळणाऱ्या तीन समस्थानिकांच्या मिश्रणाचा सरासरी भार असतो. अशा मिश्रणाचा अणुभार १६ असा मानण्याऐवजी त्याच्यातील सर्वांत विपुल व सर्वांत हलक्या अशा समस्थानिकाचा अणुभार १६ धरून एक नवी सारणी तयार करण्यात आली. तिला ‘अणुभाराची भौतिक सारणी’ म्हणतात. त्या सारणीत सामान्य ऑक्सिजनाचा अणुभार १६·००४४७ आहे. रासायनिक सारणीत तो १६·०००० आहे. सारांश, भौतिक अणुभार = रासायनिक अणुभार × १·०००२७५.

नैसर्गिक ऑक्सिजनात असणाऱ्या समस्थानिकांचे प्रमाण सर्वत्र स्थिर नसून हवेतील ऑक्सिजनाच्या किंवा पाण्यातून बाहेर पडणाऱ्या ऑक्सिजनाच्या नमुन्यात वरील समस्थानिकांचे प्रमाण किंचित भिन्न असल्याचे अलीकडे आढळून आले आहे. त्यामुळे भौतिक व रासायनिक अणुभारांचा संबंध दर्शविणारे वर उल्लेख केलेले गुणोत्तर किंचित बदलावे लागते.

अणुभार हे व्यावहारिक आणि सैद्धांतिक दृष्ट्या अत्यंत महत्त्वाचे आहेत व परिमाणात्मक विश्लेषण (पदार्थातील घटकांचे वजनी प्रमाण ठरविणे, →वैश्लेषिक रसायनशास्त्र) करण्यासाठी त्यांचा उपयोग करावाच लागतो. प्रयोगशाळांतील व उद्योगधंद्यांतील रासायनिक कार्यात त्यांचा प्रत्यही उपयोग केला जातो. पदार्थांची संरचना व मौलिक स्वरूपे कशी आहेत याचा उलगडा करून घेण्यासाठीही त्यांचा उपयोग होतो.

अणुभाराची निश्चिती : अणुभार ठरविण्याच्या पद्धतींपैकी महत्त्वाच्या अशा सात पद्धती असून त्यांपैकी चार रासायनिक पद्धती आहेत. एखाद्या मूलद्रव्याचा सममूल्य भार (वजनी ८ भाग ऑक्सिजन किंवा १ भाग हायड्रोजन यांच्याशी संयोग पावणारे किंवा तितके भाग त्यांच्या संयुगातून दूर करणारे मूलद्रव्याचे वजन) किती आहे, हे शोधून काढण्यावर त्या आधारलेल्या आहेत. एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुभार हा त्याच्या सममूल्य भाराची एखादी पूर्णांक पट असतो व ती पट कोणती हे प्रयोग करून त्या प्रयोगांच्या फलांवरून ठरवावयाचे असते. म्हणून अणुभार ठरविण्याच्या रासायनिक पद्धती म्हणजे सारत: मूलद्रव्यांच्या संयुजा (अणूंची परस्परांशी संयोग पावण्याची क्षमता दर्शविणारा अंक) ठरविण्याच्या पद्धतीच असतात. रासायनिक पद्धती पुढील होत :

(१) कान्नीदझारो पद्धती : एखाद्या मूलद्रव्याच्या पुष्कळशा बाष्पनशील संयुगांच्या रेणुभारांचे (संयुगाचा किंवा मूलद्रव्याचा रेणू हायड्रोजनाच्या अणूच्या किती पट जड आहे हे दर्शविणाऱ्या अंकांचे) मापन करून त्याच्या वरून अणुभार ठरविला जातो.

(२) डुलाँग व पेटिट पद्धती : एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुभार व त्याची विशिष्ट उष्णता ( १ ग्रॅम पदार्थाचे तापमान १^० से. वाढविण्यास लागणारी उष्णता आणि १ ग्रॅम पाण्याचे तापमान १^० से. वाढविण्यास लागणारी उष्णता यांचे गुणोत्तर) यांच्या गुणाकाराचे फल नेहमीच ६·३ असते, या डुलाँग व पेटिट यांच्या नियमावरून मूलद्रव्यांचा अणुभार स्थूलमानाने कळतो. नंतर अणुभार= सममूल्य भार × संयुजा, हा नियम वापरून स्थूल मूल्यापासून अचूक मूल्य ठरविले जाते [→ सममूल्य भार].

(३) मिचर्लिख पद्धती : दोन पदार्थ समरूप (सारखा स्फटिकाकार असलेले) असले म्हणजे त्यांची रासायनिक सूत्रे सारखीच असतात, असा अनुभव मिचर्लिख यांना आला होता. यावरून ओघानेच असे ठरते की, अशा समरूप पदार्थांतील ज्या मूलद्रव्यांच्या जोड्या असतात त्यांची संयुजा सारखीच असते. संयुजा कळली म्हणजे त्या मूलद्रव्यांचे अणुभार ठरविता येतात. आता या पद्धतीचा वापर करीत नाहीत.

(४) मेंडेलेव्ह पद्धती : एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणुभाराचे प्रायोगिक पद्धतीने मिळालेले मूल्य बरोबर आहे की नाही, हे त्या मूलद्रव्याच्या आवर्त-सारणीतील (रासायनिक मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरूपाने केलेल्या विशिष्ट मांडणीतील) स्थानावरून ठरविता येते. 

 इतर पद्धतींपैकी मुख्य म्हणजे पुढील होत :

(५) क्ष-किरण पद्धती : क्ष-किरणांनी स्फटिकांचे विश्लेषण करून स्फटिकांच्या एकक-कोशिकेचे (स्फटिकातील अणूंच्या आंतरिक संरचनेच्या सर्वांत लहान घटकाचे) आकारमान ठरविता येते आणि बहुतेक स्फटिकांच्या एकक-कोशिकेत असलेल्या अणूंची संख्याही ठरविता येते. स्फटिकांची घनता अगदी अचूक मोजता आली तर एकक-कोशिकेचा व तिच्यातील प्रत्येक अणूचा अणुभार हिशोबाने काढता येतो. ॲव्होगाड्रो-अंकावरून (विशिष्ट परिस्थितीत एक ग्रॅम रेणुभारात असलेल्या रेणुसंख्येवरून) ऑक्सिजनाच्या अणूचा निरपेक्ष भार माहीत होतो व त्याच्यावरून हिशोब करून एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुभार अचूक ठरविता येतो.

(६) द्रव्यमान वर्णपटलेखकावरून : ॲस्टन यांनी १९१९ साली शोधून काढलेल्या द्रव्यमान वर्णलेखकावरून मूलद्रव्यांचे अणुभार अचूक ठरविता येतात [→ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान].

(७) अणुकेंद्रीय विक्रियांच्या ऊर्जेवरून : या पद्धतीत आइन्स्टाइन यांचे द्रव्यमान (M) आणि ऊर्जा (E) यांच्या संबंधाचे Δ E= Δ Mc² हे समीकरण वापरतात. या समीकरणात c हा प्रकाशवेग आहे. अणुकेंद्रावर मारा करणारे कण आणि त्यामुळे होणाऱ्या विभाजनाचा परिणाम म्हणून निर्माण झालेले अणुखंड यांच्या ऊर्जा-मूल्यांत ΔE इतका फरक पडला, तर विक्रियेपूर्वीच्या व नंतरच्या एकूण कणांच्या द्रव्यामानातील फरक ΔM इतका असतोच. मापानाने ΔE व ΔM यांची मूल्ये कळली म्हणजे द्रव्यमान वर्णपटमापकाच्या साहाय्याने काढलेल्या आलेखातील संकुलन-अंकाच्या (हा अंक द्रव्यामानांक आणि अणुभार यांतील फरक भागिले द्रव्यमानांक यांच्याबरोबर असतो, → द्रव्यमानांक) वक्र रेषेवरून अचूक अणुभार ठरविता येतो.

पहा : आवर्त सारणी.

कारेकर, न. वि.