अक्रिय वायु

अक्रिय वायु : रासायनिक विक्रिया करण्याची सहजप्रवृत्ती नसलेले वायू. यांच्यात हीलियम, निऑन, आर्‌गॉन, क्रिप्टॉन, झेनॉन व रेडॉन (एमॅनेशन) या वायुरूप रासायनिक मूलद्रव्यांचा समावेश होतो. ही सर्व वर्णहीन, गंधहीन व रुचिहीन असल्यामुळे आणि वातावरणात अल्प प्रमाणात असल्यामुळे त्यांचा शोध बऱ्याच उशीरा म्हणजे १८९४ सालानंतर लागला. त्यांची संयुगे निसर्गात न आढळल्यामुळे ते अक्रिय असले पाहिजेत, अशा कल्पनेने त्यांना ^‘अक्रिय वायू^’ अक्रिय वायू असे नाव देण्यात आले. परंतु अलीकडे झेनॉनाची संयुगे तयार करण्यात आली आहेत. म्हणून अक्रिय ही संज्ञा समर्पक नाही. वातावरणातील आर्‌गॉनाचे प्रमाण जवळजवळ १% व इतरांचे अत्यल्प असते. त्यांचे प्रमाण अल्प असल्यामुळे त्यांना ^‘ दुर्मिळ वायू ^’  असेही नाव पडले परंतु ते नावही समर्पक नाही कारण आर्‌गॉन हा दुर्मिळ म्हणण्याइतका कमी प्रमाणात आढळत नाही. तसेच हीलियम

हा अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानातील काही क्षेत्रांतील विहिरींतून बाहेर येणाऱ्या वायूत इतक्या प्रमाणात सापडतो की त्याला ^‘ दुर्मिळ ^’ म्हणता येत नाही. रशियातल्या व दक्षिण आफ्रिकेतल्या नैसर्गिक वायूतही हीलियम असल्याचे अलीकडे आढळून आले आहे. सारांश, ^‘ अक्रिय ^’ किंवा ^‘दुर्मिळ ^’ या संज्ञा समर्पक नसल्यामुळे त्यांना ‘

^‘ अभिजात (नोबल ) वायू ^’ ही संज्ञा प्रचारात येऊ लागली आहे.       

कॅव्हेंडिश यांनी १७८५ साली हवेतील ऑक्सिजन व नायट्रोजन काढून घेतल्यावर तिच्यात काही शिल्लक उरते का हे पाहण्यासाठी प्रयोग केला होता. पण त्या प्रयोगाकडे विशेषसे लक्ष दिले गेले नाही. नंतर १८९४-९५ साली जॉन विल्यम स्ट्रट(मागाहून लॉर्ड रॅली) हे नायट्रोजनची घनता अचूक मोजण्याचे प्रयोग करीत असताना, त्यांना असा आश्चर्यकारक अनुभव आला की, वातावरणाचे त्या काळी माहीत असे ऑक्सिजन, कार्बन

डाय-ऑक्साइड इ. घटक काढून टाकल्यावर मिळणाऱ्या नायट्रोजनची घनता ही प्रयोगशाळेत रासायनिक संयुगांपासून मिळविलेल्या नायट्रोजनच्या घनतेपेक्षा किंचित अधिक असते. नायट्रोजनापेक्षा अधिक घनता असलेला असा एखादा वायू वातावरणातील नायट्रोजनात असावा अशी शंका त्यांना आली व त्यांनी आणि रॅम्झी यांनी मिळून केलेल्या प्रयोगावरून हवेतील ऑक्सिजन, कार्बन डाय-ऑक्साइड, नायट्रोजन काढून टाकल्यावर मूळ हवेपैकी थोडासा वायू शिल्लक राहते, असे त्यांना आढळून आले. त्या वायूला ग्रीक भाषेतील अक्रिय या अर्थाच्या शब्दावरून, ^‘ आर्‌गॉन ^’ असे नाव देण्यात आले. १८६८ साली येनझेन यांना सुर्यप्रकाशाच्या वर्णपटात एक नवीनच पिवळी रेघ आढळली. ती एखाद्या नव्या मूलद्रव्याची असावी, अशा कल्पनेने फ्रँकलँड आणि लॉक्यर यांनी त्या मूलद्रव्याला सूर्याच्या ग्रीक भाषेतील नावावरून ^‘ हीलियम ^’ असे नाव दिले. परंतु प्रत्यक्ष पृथ्वीतील द्रव्यात हे मूलद्रव्य सापडले नव्हते. १८६९ साली हिलेब्रँड यांना असे आढळून आले की युरेनियमाची खनिजे तापविल्यावर त्यांच्यातून वायू बाहेर पडतो. तो नायट्रोजन असावा अशी त्यांची कल्पना होती परंतु तो नायट्रोजन नसून त्याचा वर्णपट फ्रँकलँड व लॉक्यर यांनी वर्णन केलेल्या मूलद्रव्यासारखा असल्यामुळे तो हीलियम आहे, असे रॅम्झी यांनी दाखवून दिले.

आवर्त सारणीतील (रासायनिक मूलद्रव्यांची कोष्टकरूपाने केलेली विशिष्ट मांडणी) एका रिकाम्या जागेत बसणारा एखादा वायू अस्तित्वात असावा अशी रॅम्झी व ट्रॅव्हर्झ यांना शंका आली होती. त्यांनी द्रव आर्‌गॉनचे अंशात्मक ऊर्ध्वपातन (भिन्न तापमानास उकळणारे, द्रवरुप मिश्रणाचे घटक वेगळे करण्याची एक पद्धत) करून निऑन (ग्रीक : नवीन) हा वायू १८९८ साली शोधून काढला. त्या दोघांनी पुढे क्रिप्टॉन (ग्रीक : लपलेला) व झेनॉन (ग्रीक : परकीय) या दोन वायूंचा शोध लावला. पुष्कळ मोठे घनफळ असलेल्या द्रव हवेचे अत्यंत सावकाश असे बाष्पीभवन काही काल होऊ देऊन उरलेल्या द्रवाचा वर्णपट घेतल्यावर त्यांना या दोहोंचा शोध लागला. या दोन मूलद्रव्यांचे क्वथनांक (उकळण्याचे तापमान) पूर्वी सापडलेल्या इतर अक्रिय वायूंच्यापेक्षा अधिक उच्च असल्यामुळे, इतर वायू बाष्पीभवनाने निघून गेल्यावर ती मूलद्रव्ये उरलेल्या द्रवरूप हवेत राहिलेली होती.  

रेडॉन : रेडियम, थोरियम व ॲक्टिनियम यांच्या किरणोत्सर्गी विघटनाने (अणू आपोआप फुटून त्यातून कण अथवा किरण बाहेर पडण्याची क्रिया) अनुक्रमे  रेडॉन, थोरॉन व ॲक्टिनॉन हे वेगवेगळे समस्थानिक (अनुक्रमांक तोच पण अणुभार  भिन्न असलेला त्या मूलद्रव्याचा प्रकार, →समस्थानिक) तयार होतात व ते असणाऱ्या द्रव्याला ^‘ रेडॉन ^’ हे नाव कधीकधी दिले जाते, त्याला पूर्वी ‘ निटॉन ^’ म्हणत असत. मॅडम क्यूरी यांना किरणोत्सर्गी विघटनाने तयार होणारी एमॅनेशने १८९८साली  आढळली होती, पण एफ. ई. डोर्न यांनी १९०१ साली निटॉन वेगळा काढला. ‘ निटॉन^’ हे नाव रसायनशास्त्रज्ञ व ^‘ एमॅनेशने ^’ हे नाव भौतिकीविज्ञ पसंत करतात. एमॅनेशनांना एमॅनॉन म्हणावे असेही  सुचविण्यात आलेले आहे. घोटाळा टाळण्यासाठी रेडॉन (Rn) हे नाव अणुक्रमांक ८६ असणाऱ्या मूलद्रव्याला दिले जाते. आर. बी. ओएन्झ व इ. रदरफर्ड  यांना थोरियमाच्या संयुगांचे अन्वेषण (१८९९) करताना थोरॉनाचा शोध लागला. रेडियमयुक्त द्रव्यांचे अध्ययन करीत असताना (१९००) डोर्न यांना रेडॉनाचा शोध लागला. एफ. ओ. गीझेल व ए. डेबीर्न यांना (१९०४) ॲक्टिनियमाच्या जोडीने ॲक्टिनॉन आढळते असे कळून आले. रेडॉन हे नाव श्मिट यांनी १९१८साली सुचविले. एमॅनेशनांपैकी फक्त रेडॉन हे सापेक्षतः स्थिर असून महत्त्वा‍चे आहे. त्याचा अर्धायुकाल (किरणोत्सर्गी पदार्थातील अणूंची मूळ संख्या विघटनामुळे निम्मी होण्यास लागणारा काळ) ३·८ दिवस असतो. थोरॉन व ॲक्टिनॉन या समस्थानिकांचे  अर्धायुकाल काही सेकंदाइतकेच असतात.  

गुणधर्म व उत्पादन : वर उल्लेख केलेल्या सहाही मूलद्रव्यांचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म सारखेच असून त्यांचा समावेश आवर्त सारणीच्या शून्य गटात केला जातो. ते सापेक्षतः निष्क्रिय असून सामान्य परिस्थितीत त्यांची संयुगे झालेली आढळत नाहीत. ते सर्व एक-आणव (ज्यांचे रेणू एकेक अणूचे आहेत) असे असतात. ते द्रव किंवा बाष्प अवस्थेत असताना त्यांच्या अणूंना जोडणाऱ्या प्रेरणा दुर्बल व व्हॅन डर व्हाल्स प्रकारच्या असतात [→रासायनिक संरचना ]. यावरून ते बाष्पनशील (कमी तापमानास वाफ होणारे) का असतात हे कळून येते. अक्रिय वायूंचे काही गुणधर्म खालील कोष्टकात दिले आहेत   :  

अक्रिय वायूंची संयुगे बनविणे सोपे नसल्यामुळे त्यांना एकमेकांपासून वेगळे करण्यासाठी मुख्यतः  भौतिक पद्धतीच वापरल्या जातात. त्यांपैकी एक पद्धत म्हणजे द्रवीकृत हवेचे अंशात्मक ऊर्ध्वपातन करणे. परंतु या पद्धतीने रेडॉन वेगळा करण्यात अद्यापि यश आलेले नाही. कोष्टकात अक्रिय वायूंचे क्वथनांक दिलेले आहेत. त्यांची नायट्रोजन व ऑक्सिजन (हवेचे मुख्य घटक) यांच्या क्वथनांकाशी तुलना केल्यावर या पद्धतीचे तत्त्व‍ कळून येईल (नायट्रोजन व ऑक्सिजन यांचे क्वथनांक अनुक्रमे–१९६° से. व –१८३° से. आहेत). हीलियम व निऑन  यांचे क्वथनांक नायट्रोजनाच्या  क्वथनांकापेक्षा बरेच कमी आहेत, म्हणून हवेतील नायट्रोजन मिळविणाऱ्या सामान्य  उपकरणात त्यांचे द्रवीभवन होत नाही. अशा उपकरणातील  द्रवीभूत झालेल्या  नायट्रोजनाच्या माथ्यावरील जागेत नायट्रोजन, हीलियम व निऑन या वायूंचे मिश्रण राहते. ते मिश्रण जिच्या सभोवती द्रवीभूत नायट्रोजन आहे, अशा नळीतून घालवून त्याचे बाष्पन होऊ दिले जाते. त्यामुळे तापमान बरेच थंड केले जाऊन त्या मिश्रणातील बहुतेक सर्व नायट्रोजन द्रवीभूत होतो. उरलेल्या वायूत जो थोडासा नायट्रोजन असतो, तो रासायनिक विक्रियेने काढून टाकल्यावर हीलियम व निऑन यांचे मिश्रण उरते.  ते द्रवीकृत हायड्रोजनात (क्वथनांक–२५२·६° से.) बुडविलेल्या एका नळीतून जाऊ दिल्यावर निऑन द्रवीभूत होतो व हीलियम वायू राहतो व तो वेगळा काढला जातो. अशा पद्धतीने हवेतील हीलियम व निऑन हे वेगळे काढता येतात.  

आर्‌गॉन व ऑक्सिजन यांचे क्वथनांक जवळजवळ सारखेच आहेत. द्रवीकृत हवेचे अंशात्मक ऊर्ध्वपातन करून मिळणाऱ्या द्रवीकृत ऑक्सिजनात बराच आर्‌गॉन थोड्या प्रमाणात क्रिप्टॉन व झेनॉन असतात पण त्यांना वेगवेगळे करण्याची पद्धती बरीच क्लिष्ट आहे.  

करवंटीपासून बनविलेल्या सक्रियित (अधिक क्रियाशील बनविलेला) कोळशाच्या पृष्ठावर कमी तापमानात वायूचे जे अधिशोषण (पृष्ठभागावर होणारे शोषण) होते, त्याचे मान निरनिराळ्या वायूंच्या बाबतीत निरनिराळे असते व या गुणधर्माचाही उपयोग अक्रिय वायू वेगळे करण्यासाठी केला जातो. द्रवीकृत हवेचे अंशात्मक ऊर्ध्वपातन करून जे निरनिराळे अंश मिळतात त्यांचे निरनिराळ्या तापमांनात त्या कोळशावर अधिशोषण व नंतर विशोषण (अधिशोषण झालेला वायू बाहेर काढणे) करून निऑन, आर्‌गॉन, क्रिप्टॉन व झेनॉन यांचे व्यापारी  प्रमाणात उत्पादन केले जाते.

अक्रिय वायूंचे काही गुणधर्म 

*२६ वातावरणाइतका दाब असताना

अक्रिय वायू अत्यंत स्थिर असतात. त्यांची प्रवृत्ती संयुक्त न होण्याकडे असते व त्यांची संयुगे बनविणे कठीण असते. इलेक्ट्रॉनांचा मारा किंवा इतर विक्षोभक परिस्थिती नसताना अक्रिय वायूंच्या अणूंचे जे सर्वांत बाहेरचे कवच असते, ते इलेक्ट्रॉनांनी पूर्ण भरलेले असते, म्हणून ते वायू रसायनतः अक्रिय असतात. ते सर्व अल्प प्रमाणात विरघळतात व रेणुभार जो जो अधिक तो तो विद्राव्यता (विरघळण्याची क्षमता) अधिक होत जाते. तापमान कमी करून अक्रिय वायूंचे द्रवीकरण करता येते. त्यांचा  क्वथनांक अणुभाराच्या प्रमाणात अधिक होत जातो. तापमान पुरेसे कमी करून हीलियमाखेरीज इतर सर्वांना घनरूप देता येते व ०° ते १° के. [→केल्व्हिन निरपेक्ष तापक्रम] तापमानास २५ किंवा अधिक वातावरणाइतका बाह्य दाब देऊन हीलियमही घन स्वरूपात मिळवता येतो.

हीलियम व रेडॉन यांच्याखेरीज इतर सर्व वायूंचे उत्पादन हे प्रथम हवेचे द्रवीकरण करून व नंतर अंशात्मक उर्ध्वपातन करून  आणि उर्ध्वपातनाने मिळालेल्या पदार्थांवर काही विशेष प्रक्रिया करून केले जाते. काही क्षेत्रांतील नैसर्गिक वायूत हीलियमाचा अंश असतो व त्याच्यातून तो वेगळा काढला जातो. रेडियमाच्या किरणोत्सर्गी विघटनाने निर्माण होणाऱ्या वायूपासून रेडॉन मिळविला जातो.

उपयोग : एमॅनेशनांचा उपयोग मुख्यत : फक्त रासायनिक अध्ययनासाठी होतो पण  इतर अक्रिय वायूंचा उपयोग औद्योगिक कामासाठी व नेहमीच्या व्यवहारातील कित्येक उपयुक्त वस्तू बनविण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात होतो. विजेच्या दिव्यांचे गोळे (बल्ब) व अनुस्फुरक दिव्यांच्या नळ्या (फ्लुओरेसंट ट्यूब्ज) यांच्यात भरण्यासाठी  आर्‌गॉन वापरला जातो. जाहिरातींसाठी किंवा शोभेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या, लाल प्रकाश देणाऱ्या विजेच्या दिव्यांच्या नळ्यात निऑन भरलेला असतो. पाऱ्याची वाफ असलेल्या विजेच्या दिव्यांऐवजी झेनॉन असलेले विजेचे दिवे वापरले जातात. तापदीप्त दिवे, अनुस्फुरित दिवे, विद्युत-विसर्जन-नळ्या इत्यादींत क्रिप्टॉन वायू असतो. क्रिप्टॉनयुक्त दिव्यांचा प्रकाश धुके असतांनाही दिसू शकत असल्यामुळे विमानांना मार्गदर्शन करणाऱ्या धावपट्टीवरील दिव्यांसाठी तो उपयुक्त ठरला आहे.

पहा : आर्‌गॉन क्रिप्टॉन झेनॉन निऑन रेडॉन वायूंचे द्रवीकरण हीलियम.

संदर्भ : 1. Abbot, D. Inorganic Chemistry, London,1965. 

           2. Mellor, J.W. A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical  Chemistry, London, 1963.

कारेकर, न. वि.

“