रासायनिक दीप्ति

रासायनिक दीप्ति : सर्वसामान्यपणे ऊष्मादायी प्रकारच्या रासायनिक विक्रियेतून बाहेर पडणारी ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात असते. याउलट काही विशिष्ट विक्रिया घडताना त्यांच्यातील अतिरिक्त ऊर्जा (बहुधा) दृश्य प्रकाशाच्या रूपात बाहेर पडते. रासायनिक विक्रियेमुळे निर्माण होणाऱ्या अशा प्रकाशाला ‘रासायनिक दीप्ती’ असे म्हणतात. या विक्रिया बहुधा सामान्य तापमानाला किंवा त्याच्या जवळपास घडत असतात. पदार्थ जळण्याइतपत किंवा तापदीप्ती देण्याइतपत तापत नसल्यामुळे या प्रकारच्या दीप्तीला थंड प्रकाश असेही म्हणतात. पदार्थ न तापवताही होणाऱ्या प्रकाशनिर्मितीला सामान्यपणे ⇨संदीप्ती असे म्हणतात. अनुस्फुरण व प्रस्फुरण हे संदीप्तीचे अन्य प्रकार मानले जातात.

किंचित आर्द्र हवेत फॉस्फरसाचे मंद ⇨ऑक्सिडीभवन होताना त्यातून बाहेर पडणारा हिरवटसर निळा प्रकाश हे रासायनिक दीप्तीचे एक चिरपरिचित उदाहरण म्हणून देता येईल. एका विशिष्ट जातीचे लाकूड कुजत असताना त्यातून निर्माण होणाऱ्या संदाप्तीची पहिली नोंद १६२७ पूर्वी फ्रान्सिस बेकन यांनी केली होती. लाकडातून बाहेर पडणारा प्रकाश ते लाकूड कार्बन डाय-ऑक्साइड किंवा नायट्रोजन वायूत ठेवल्यास थांबतो परंतु पुन्हा हवेशी किंवा ऑक्सिजनाशी संपर्क आल्यावर तेच लाकूड पूर्वीप्रमाणेच प्रकाश देऊ लागते, असे अलेक्झांडर हंबोल्ट यांनी १७९९ मध्ये दाखवून दिले.

जीवसृष्टीत ऑक्सिडीभवन विक्रिया मंदपणे घडताना बाहेर पडणारी दीप्ती जीवदीप्ती म्हणून ओळखली जाते आणि हा रासायनिक दीप्तीचाच एक प्रकार होय (उदा., काजव्याचा लुकलुकणारा प्रकाश). जीवदीप्तीमध्ये ल्युसिफेरिनासारख्या प्रथिनांचे ऑक्सिडीभवन विशिष्ट एंझाइमाच्या (जीवरासायनिक विक्रिया घडून येण्यास मदत करणार्याड प्रथिनाच्या ) साहाय्याने होते. [⟶ जीवदीप्ति).

रासायनिक दीप्ती जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांबळ्या रंगाच्या पलीकडील), दृश्य किंवा अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील) देखील असू शकते. रासायनिक दीप्तीची निर्मिती होताना रासायनिक विक्रियेत निर्माण होणारा एखादा रेणू त्याच्या अनुस्फुरणशीलतेमुळे विक्रियेत उत्पन्न होणाऱ्या ऊर्जेने उद्दीपित होतो म्हणजे त्या रेणूतील एखादा इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा पातळीला नेला जातो. नंतर जेव्हा तो पूर्वीच्या कमी ऊर्जेच्या पातळीला घसरतो, तेव्हा त्याने उद्दीपनासाठी घेतली होती ती ऊर्जा रासायनिक दीप्तीच्या रूपात बाहेर पडते. रासायनिक विक्रियेच्या ऊर्जेने उद्दीपित होणारा रेणू रासायनिक विक्रियाजन्य ऊर्जेऐवजी ,जर जंबुपार प्रारणाने (तरंगरूपी ऊर्जेने ) उद्दीपित केला जाऊन पुन्हा पूर्वावस्थेला येऊ दिला, तर ज्या तरंगलाबीचे अनुस्फुरण त्याने दिले असते, नेमकी त्याच तरंगलांबीची रासायनिक दीप्ती विक्रियाजन्य ऊर्जेद्वारे होणाऱ्या उद्दीपनात तो रेणू देतो.

कधी कधी रासायनिक विक्रियेतून दीप्ती मिळण्याच्या प्रणालीत आणखी एक मधली पायरी असू शकते. विक्रियेत निर्माण झालेला उद्दीपित रेणू अनुस्फुरणशील नसला तरीही तो त्याच्याशी लगेच संपर्कात येणाऱ्या अन्य अनुस्फुरणशील रेणूला स्वतःजवळची अधिकत्वाने असलेली ऊर्जा देऊन त्याला उद्दीपित करतो आणि मग तो रेणू ती उद्दीपनाची ऊर्जा रासायनिक दीप्तीच्या रूपात बाहेर फेकतो.

जेव्हा उद्दीपनाने एखादा रेणू अपघटन पातळीला (घटक अलग होण्याच्या पातळीला) नेला जातो, किंवा त्याउलट रेणूचे घटक संयोजन पावून त्यांपासून रेणू तयार होतो, तेव्हा अशा स्थित्यंतरातील पूर्ण ऊर्जा एकाच निश्चित तरंगलाबीच्या रूपात दिली जातेच असे नाही, तर ती पूर्ण ऊर्जा (ऊ) अंशतः प्रकाश रूपात (प्र) आणि अंशतः अप्रसारण रूपात (अ) अशा दोन प्रकारे दिली जाते, ती अशी की,

ऊ = प्र_१+ अ_१ = प्र_२ +अ_२ = प्र_३ +अ_३ म्हणून ऊ ऊर्जांतराला संवादी एकच दिप्ती रेखा न मिळता प्र_१ प्र_२ प्र_३ इत्यादींना संवादी (व त्यांची मूल्ये जवळजवळ असल्यामुळे) व जवळजवळ तरंगलांबी असणाऱ्या+ दीप्ती रेखा मिळतात म्हणजे वर्णपट मिळतो. NO चे अणुरूप O ने NO₂ मध्ये रूपांतर होताना मिळणारी हिरवी रासायनिक दीप्ती अशीच वर्णपटरूपात मिळते. एकाच तरंगलांबीची दीप्ती मिळत नाही. (१) NO₂*⟶ NO + O + hν यात अपघटनपूर्व वर्णपटासारखी दीप्ती, तर (२) NO + O + M (अन्य रेणू) ⟶ NO₂*+ M आणि नंतर NO₂*⟶ NO₂ + hν यात रासायनिक दीप्तीत तुल्यरूप वर्णपट पहावयास मिळतो (येथे * हे चिन्ह उद्दीपित रेणू दर्शविते h प्लांक स्थिरांक व ν कंप्रता म्हणजे दर सेकंदास होणारी कंपनसंख्या आहे तरंगलांबी कंप्रतेच्या व्यस्त प्रमाणात असते). अपघटनपूर्व व संयोजननिर्मित रेणूतील जवळजवळ असणाऱ्या ऊर्जापातळ्या व काही ऊर्जा अप्रारणाने विसर्जित होऊन बाकी भाग रासायनिक दीप्तीत प्रकट होणे, यामुळे असे घडते. दीप्तीच्या काही ऊर्जेचे रेणूंची स्पंदने, परिवलन इ. रूपांत वितरण होते, असे म्हणता येईल.

रासायनिक दीप्ती देणारी विक्रीया प्रकाशरासायनिक विक्रियेच्या [⟶ प्रकाशरसायनशास्त्र ) उलट स्वरूपाची असते. पहिलीत रासायनिक विक्रियेची ऊर्जा प्रकाशरूपात प्रकट होते, तर दुसरीत प्रकाशाची ऊर्जा रासायनिक विक्रिया घडवून आणते. रासायनिक दीप्ती क्रिया पुढील दोन पायऱ्यां नी दाखविता येते.

(१) A + B ⟶ C* + D

(२) C* (उद्दीपित रेणू) ⟶ C + hν (दीप्ती)

येथे A व B या पदार्थात विक्रिया घडून दोन उत्पाद पदार्थ मिळतात. त्यांपैकी C* उद्दीपित अवस्थेत असून D उद्दीपित अवस्थेत नाही. नंतर उद्दीपित रेणू C* स्वतःजवळची अधिकत्वाने असलेली ऊर्जा रासायनिक दीप्तीरूपात देऊन टाकून उद्दीपित नसलेल्या सामान्य अशा C रूपात येतो. hν ने दीप्तीचे स्वरूप दाखविले जाते.

रासायनिक दीप्ती मिळविण्यासाठी रासायनिक विक्रिया प्रक्रिया प्रकर्षाने ऊष्मादायी असावी लागते व त्या विक्रियेत उद्दीपित होऊ शकतील असे रेणूही उपस्थित असावे लागतात. कधी कधी रंजकद्रव्ये त्यात मिसळून असे रेणू पुरविले जातात.उदा., अम्लीय विद्रावातील सिलोक्झेनाचे परमँगॅनेटाने ऑक्सिडीकरण करताना त्यात ऱ्होडामाइन-बी हे रंजकद्रव्य टाकल्यास ते अधिक तीव्र रक्तरंगी रासायनिक दीप्ती देते. रासायनिक दीप्ती देणारी विक्रिया वेगवान असावी लागते व उद्दीपित रेणूची ऊर्जा कंपनाने गमावली न जाता ती एकाच टप्प्यात इलेक्ट्रॉनाला दिली जाण्याची शक्यता असावी लागते. यासाठी रेणूंच्या भूमितीय संरचनेत विक्रियेमुळे होणारे बदल अतिशय कमी असावे लागतात. या सर्व कारणांमुळे प्रकर्षाने ऊष्मादायी व जलद ऑक्सिडीकरण विक्रियाच बहुधा रासायनिक दीप्ती प्रेरक आढळतात. रासायनिक दीप्ती देणाऱ्या अनेक कार्बनी संयुगांचा व त्यांच्या ऑक्सिडीकरणाचा तपशीलवार अभ्यास करण्यात आलेला आहे. उदा., ल्युमिनॉल, ल्युसिजेनिन, ऑक्झॅलिक अम्ल एस्टर संयुगे इत्यादी. यांशिवाय काही कार्बनी पेरॉक्साइडे व हायड्रोपेरॉक्साइडे यांच्या औष्णिक अपघटन क्रियादेखील रासायनिक दीप्ती देतात.

प्रकाशरासायनिक विक्रियेप्रमाणेच रासायनिक दीप्ती विक्रियांची क्षमता (ϕ) मोजली जाते.

येथेϕ = मुक्त होणाऱ्या फोटॉनांची संख्या

त्यासाठी ऊर्जा पुरविणाऱ्या विक्रियेत सहभागी होणाऱ्या, रेणूंची संख्या

ल्युमिनॉल किंवा ऑक्झॅलेट एस्टर संयुगे यांचे हायड्रोजन पेरॉक्साइडाने ऑक्सिडीकरण होताना या दीप्ती विक्रियांची क्षमता ३० टक्के आहे असे जेव्हा म्हटले जाते, तेव्हा त्याचा अर्थ असा की , विक्रियाजन्य ऊर्जेने उद्दीपित शंभर रेणूंपैकी तीसच रेणू त्यांची अधिकत्वाने असणारी ऊर्जा रासायनिक दीप्तीरूपात देतात व सत्तर उद्दीपित रेणू स्वतःची अधिक उर्जा कंपने वगैरे अन्य मार्गाने गमावतात. अनेक रासायनिक दीप्ती विक्रियांची क्षमता अतिशय कमी म्हणजे १०^–८ इतकी सुध्दा असते म्हणजे त्यात दहा कोटी उद्दीपित रेणूंपैकी एखादाच आपली स्वतःची अधिकत्वाने असणारी ऊर्जा रासायनिक दीप्तीरूपात देऊ शकतो.

रासायनिक दीप्ती देणारी एकूण विक्रिया दर्शविणारी काही समीकरणे :

अशा विक्रियांत कार्बनी संयुगांच्या ऑक्सिडीकरणामुळे रासायनिक दीप्ती मिळते.

बन्सन ज्वालकाच्या ज्योतीच्या [⟶ ज्योत] अंतर्भागात तापदीप्तीस आवश्यक असलेल्या तापमानापेक्षा बऱ्याच कमी तापमानावर रासायनिक दीप्तीचा निळसर भाग असतो. ल्युमिनॉल किंवा सिलोक्झेन हे पोटॅशियम परमँगॅनेट व हायड्रोजन पेरॉक्साइड यांच्या विद्रावाबरोबर अनुक्रमे श्वेत नारिंगी रासायनिक दीप्ती देतात आणि या दीप्तीची प्रखरता मिश्रणातील घटकांच्या सापेक्ष प्रमाणावर अवलंबून असते. यांशिवाय ल्युमिनॉलाची दीप्ती Cu⁺⁺ सारख्या उत्प्रेरकाने (विक्रियेची गती बदलणाऱ्या द्रव्याने) अधिकच उजळते.

उपयुक्ततेच्या दृष्टीने रासायनिक दीप्ती देणाऱ्या ऑक्सिडीकरण विक्रियांचा विशेष अभ्यास केला जात आहे. चित्रपटगृह अगर तत्सम ठिकाणचा वीजपुरवठा खंडित झाल्यास बाहेर जाण्याचा मार्ग दाखविणारी ‘EXIT/ बाहेर जाण्याचा मार्ग’ ही अक्षरे वीजपुरवठा बंद होताच हवा आणि दीप्ती विक्रियाकारकाचा कृत्रिमपणे लगेच संबंध आणला जाऊन दीप्तीमान केली जातात. अंधाऱ्या रात्री हवाई अथवा सागरी अपघातात सापडलेल्यांची सुटका करण्यासाठी अशाच प्रकारच्या रासायनिक दीप्ती निर्माण करणाऱ्या नलिकांचा उपयोग केला जातो. या पद्धतीत मिळणारी दीप्ती छायाचित्रे घेण्याएवढी प्रखर असते. ड्यूटेरॉन व क्लोरीन यांतील व अन्य काही विक्रियांच्या वेगाचा व यंत्रणेचा सूक्ष्म अभ्यास करण्यासाठी रेणवीय शलाका उपकरणांप्रमाणेच रासायनिक दीप्ती उपकरणे उपयोगात आणली गेली आहेत. ओझोन, नायट्रोजन ऑक्साइडे व गंधकाच्या संयुगांच्या अत्यल्प मात्रा (सु. दहा लाख भागांत १ पर्यंतही) मोजण्यासाठीही रासायनिक दीप्ती विक्रियांचा उपयोग केला जातो. विविध जीवरासायनिक प्रणालींचा व पर्यायाने संजीवांचा रेणवीय स्तरावर अभ्यास करण्यासाठी रासायनिक दीप्ती उपयुक्त ठरली आहे.

संदर्भ: 1. Bowen, E. J. Ed., Luminescence in Chemistry, Princeton, 1968.

2. Corimer, M. J. and others, Ed., Chemiluminescence and Biolumnesecence, 1973.

3. Leverenz, H. W. An Introduction to Luminescence in Solids, New York, 1968.

4. Seliger, H. H. McElroy, W. D. Light : Physical and Biological Action, New York, 1965.

करबेलकर, ना. वि.

“