रेडिओ रसायनशास्त्र : किरणोत्सर्गी म्हणजे भेदक कण किंवा किरण बाहेर टाकणाऱ्‍या द्रव्यांच्या अभ्यासाशी संबंधित असलेली रसायनशास्त्राची शाखा. या शाखेची अचूक व्याख्या करण्यात आलेली नाही. तथापि या शाखेत रासायनिक विक्रियांविषयीचा अभ्यास करण्यासाठी नैसर्गिक किंवा कृत्रिम किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या एकाच मूलद्रव्याच्या प्रकारांचा) उपयोग करून घेण्यात येतो. किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या सर्व रसायनशास्त्रीय उपयोगांचा या शाखेत समावेश करण्यात येतो. अणुकेंद्रीय विक्रियांच्या अभ्यासासाठी ⇨अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्रात व या शाखेत वापरण्यात येणारी तंत्रे सारखीच असल्याने या दोन्ही शाखांत पुष्कळच साम्य आढळते, मात्र या दोन्ही शाखा मूलतः वेगळ्या आहेत. कारण अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्राचा उद्देश अणुकेंद्रीय विक्रियांविषयीची परिपूर्ण व तपशीलवार माहिती मिळविणे हा असतो.मात्र अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्रात रेडिओ रासायनिक विश्लेषणाचे पुढील तीन टप्पे येतात : (१) अणुकेंद्रीय विक्रियांच्या अभ्यासासाठी निवडलेल्या लक्ष्यावर न्यूट्रॉन, आल्फा कण किंवा प्रोटॉन यांचा भडि-मार करून विक्रीया घडवून आणणे (२) अशा विक्रियेतून निर्माण होणारे घटक अतिशुद्ध रूपात वेगळे करणे आणि (३) या घटकांचा किरणोत्सर्ग गायगर-म्यूलर गणित्रासारख्या [⟶कण अभिज्ञातक] उपकरणाने मोजणे [⟶ अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र]. किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून निघणाऱ्‍या प्रारणांच्या (तरंगरूपी ऊर्जेच्या) होणाऱ्‍या परिणामांच्या अभ्यासाला पूर्वी रेडिओ रसायनशास्त्र म्हणत असत परंतु आता हा अभ्यास ⇨प्रारण रसायनशास्त्रात येतो.
किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचे इतर रासायनिक गुणधर्म हे किरणोत्सर्गी नसलेल्या समस्थानिकांसारखेच असतात. मात्र किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या दोन मूलभूत गुणधर्मांमुळे त्यांचे अस्तित्व ओळखणे व त्यांची अतिसूक्ष्म मात्रा (राशी) अत्यंत अचूकपणे ठरविणे शक्य होते व या गुणधर्मांमुळे या समस्थानिकांचा रसायनशास्त्राच्या अभ्यासात (उदा., रासायनिक विश्लेषण, मूलद्रव्याच्या मार्गाचा मागोवा घेणे इ.) विस्तृतपणे वापर केला जातो. हे गुणधर्म पुढीलप्रमाणे होत : (१) एखाद्या नमुन्यातील समस्थानिकाच्या किरणोत्सर्गी अणूंच्या संख्येनुसार नमुन्याच्या क्षयाची त्वरा ठरते. गायगर-म्यूलर गणित्राने ही त्वरा मोजून तिच्या मदतीने किरणोत्सर्गी संयुगाचे विश्लेषण करता येते. नायट्रोजन व ऑक्सिजन यांचे सुयोग्य किरणोत्सर्गी समस्थानिक नाहीत मात्र उरलेल्या बहुतेक मूलद्रव्यांचा एखादा किरणोत्सर्गी सम- स्थानिक एखाद्या संयुगात प्रविष्ट किंवा समाविष्ट करता येऊ शकतो. यामुळे किरणोत्सर्गाच्या मदतीने अशा संयुगाच्या १०–६ ते १०–१० ग्रॅ. इतक्या सूक्ष्म द्रव्यमानाने अत्यंत अचुकपणे मापन करता येते. प्रायोगिक रसायनशास्त्रात अचूक विश्लेषणाची मोठ्या प्रमाणावर गरज असते व म्हणून विशषतः अत्यंत बिनचूक विश्लेषणाची आवश्यकता असणाऱ्‍या रासायनिक संशाधनात या समस्थानिकांचा उपयोग करून घेता येऊ शकतो. (२) किरणोत्सर्गी क्षयाच्या त्वरेवर समस्थानिकाच्या रासायनिक स्वरूपाचा अजिबात परिणाम होत नाही तसेच किरणोत्सर्गाचा समस्थानिकांच्या रासायनिक गुणधर्मावरही उलट परिणाम होत नाही, हा यांचा दुसरा मूलभूत महत्त्वाचा गुणधर्म आहे.
रेणूमधील एखाद्या विशिष्ट अणूच्या जागी किरणोत्सर्गी समस्थानिक आणतात किंवा प्रविष्ट करतात आणि या अणूच्या एखाद्या रासायनिक विक्रियेतील वर्तनाचा वा भवितव्याचा मागोवा घेण्यासाठी अशा समस्थानिकाचा उपयोग होऊ शकतो. रासायनिक विक्रीयेत निर्माण होणारी संयुगे शुद्ध रूपात वेगळी करून घेतात व नंतर त्यांचे किरणोत्सर्गी आमापन (किरणोत्सर्गाचे मापन) करणे शक्य होते. अशा तऱ्‍हेने मार्गणासाठी (मागोवा घेण्यासाठी) कोणत्याही किरणोत्सर्गी समस्थानिक उपयुक्त असतो उदा., क्रोमियम (५१), कोबाल्ट (६०), कथिल (११३), पारा (२०३). तथापि कार्बन (१४), हायड्रोजन (३) (ट्रिटियम), गंधक (३५), फॉस्फरस (३२) व आयोडीन (१२५) या समस्थानिकांचा अधिक उपयोग करण्यात येतो. कार्बन (१४) व हायड्रोजन (३) हे समस्थानिक बहुतेक ज्ञात नैसर्गिक व संश्लेषित संयुगांत आढळत असल्याने त्यांच्या आधारे अधिक प्रमाणात किरणोत्सर्गी समस्थानिक निर्माण केले जातात. मात्र यांच्यापासून होणारे उत्सर्जन दुर्बल असल्याने त्यांचे अस्तित्व ओळखण्यासाठी मोठी राशी आवश्यक असते. यामुळे अधिक संवेदनशील पद्धती विकसित करण्यात येत आहेत. या समस्थानिकांच्या उपयोगांनुसार (अनुप्रयुक्ती-नुसार) रेडिओ रसायनशास्त्राच्या अभ्यासाचे पुढील दोन भाग पाडतात.
सुलभ उपयोग : या बाबतीत बहुतकरून मार्गण तंत्राच्या उच्च संवेदनशीलतेचा वा अचूकतेचा वापर करून घेतात. कारण विश्लेषणाच्या पर्यायी पद्धती मंद असून पुष्कळदा त्या तेवढ्या अचूक नसतात. रसायने अलग करण्यासाठी विवेचक अवक्षेपण (द्रव माध्यमातील घन प्रावस्था निवडकपणे अलग करण्याची प्रक्रिया),विद्रावक निष्कर्षण [⟶निष्कर्षण], ⇨आयन-विनियम व विद्युत्निक्षेपण (विद्युत् क्षेत्राच्या मदतीने अलगीकरणाची क्रिया सुधारणे) या प्रक्रिया वापरून रसायने अलग करतात. या प्रक्रियांची कार्यक्षमता अभ्यासण्याकरिता प्रथम इच्छित संयुगात किरणोत्सर्गी समस्थानिक प्रविष्ट करतात आणि नंतर अलगीकरण होत असताना किरणोत्सर्गाचा मागोवा घेतात. अशा प्रकारे विद्रावात असलेल्या सोने-प्लॅटिनम-इरिडियम या धातूंचे प्रमाण अचूकपणे ठरविण्यासाठी हे तंत्र वापरतात. या विद्रावाचे तप्त क्षारीय सोडियम फॉर्मेटाबरोबर ⇨क्षपण करून या धातू अवक्षेपित करतात (साक्याच्या रूपात मिळवितात). अवशिष्ट भागावर अम्लराजाची क्रिया करून सोने व प्लॅटिनम विरघळविण्यात येतात. यामुळे इरिडियम मागे राहतो. या विद्रावावर हायड्रोजन पेरॉक्साइडाची विक्रिया करून सोने अवक्षेपित करतात. विद्रावक गाळतात व उरलेल्या विद्रावातून सोडियम फॉर्मेटाबरोबर प्लॅटिनम शेवटी अवक्षेपित करण्यात येते. साध्या वजनी पद्धतीने ज्ञात प्रमाणाच्या विद्रावाचा अभ्यास केला असता धातूंच्या अपेक्षित प्रमाणांत तफावत आढळली. किरणोत्सर्गी मार्गण मूलद्रव्य वापरल्यावर सोन्याच्या अंशामध्ये मूळ सोन्याच्या ९७ टक्केच सोने असलेले आढळले व उरलेले बहुतेक सोने प्लॅटिनमाच्या अंशात गेल्याचे दिसून आले. अशा प्रकारे रेडिओ रसायनशास्त्राच्या तंत्राचा उपयोग परिमाणात्मक विश्लेषणाची पद्धती सुधारण्यासाठी होतो.
लेशमात्र मूलद्रव्यांशी निगडीत असणारे काही आविष्कार हे दर लिटरमध्ये १०–१० ग्रॅ. इतक्या अत्यंत सूक्ष्म संहतीत (प्रमाण असताना) घडतात. या आविष्कारांचा अभ्यास अशा समस्थानिकांच्या मदतीने करणे सर्वाधिक सोयीचे ठरू शकते. अविद्राव्य (न विरघळणाऱ्‍या) म्हणून समजण्यात येणाऱ्‍या अवक्षेपाची विद्राव्यता विद्रावक माध्यम एखाद्या किरणोत्सर्गी घन पदार्थाने संयुक्त करून मोजतात. उदा., Sn3[Fe(CN)6]2 या रूपात कथिलाचे अवक्षेपण करताना किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या मदतीने असे मापन करण्यात आले आहे. याच पद्धतीने एखाद्या घन पदार्थाचा बाष्पदाब मोजतात. एखाद्या नमुन्यात दहा लाख भागांमागे काही थोडे भाग असलेल्या बहुतेक लेशमात्र मूलद्रव्यांचे गुणात्मक व परिमाणात्मक विश्लेषण करणे रेडिओ सक्रियण विश्लेषणामुळे शक्य झाले आहे. या पद्धतीने मूलद्रव्याची त्याच्या प्रकारांनुसार १०–८ ते १०–१२ ग्रॅ. एवढी राशी मोजता येऊ शकते.
जटिल कार्बनी विक्रियांच्या यंत्रणांचे अध्ययन करताना मार्गण मूलद्रव्य म्हणून अशा प्रविष्ट किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा चांगला उपयोग होतो. कारण यांच्या अत्यंत सूक्ष्म मात्राही गायगर-म्यूलर गणित्राने अथवा छायाचित्रणाद्वारे सहज ओळखता येतात. उदा., किरणोत्सर्गी कार्बन (१४) असणारा कार्बन डाय-ऑक्साइड वनस्पतींत प्रविष्ट करून व तिच्या जीवनचक्रातील कार्बनयुक्त संयुगांचा मागोवा घेऊन ⇨प्रकाशसंश्लेषणाचे टप्पे निश्चित करता येऊ शकतात. तसेच डब्ल्यू. एफ्. लिबी यांच्या एका पद्धतीत कार्बन (१४) चा वापर करून पुरातत्त्वविद्येतील शोध व कार्बनी द्रवयुक्त इतर नमुन्यांचा काळ ठरवितात. [⟶किरणोत्सर्गी कार्बन कालनिर्णय पद्धति].
अनन्यसाधारण उपयोग : विसरण : द्रव्याच्या विसरणाची (द्रव्याच्या कणांच्या उत्स्फूर्त हालचालीच्या व विखुरण्याच्या क्रियेची)त्वरा (गती) जाणून घेणे हे रसायनशास्त्राच्या अभ्यासाच्या दृष्टीने अत्यंत महत्त्वाचे असते. कारण एखादे मूलद्रव्य (कण) विक्रियेच्या ठिकाणी कोणत्या त्वरेने जाऊ शकते, तिच्यावर पुष्कळशा रासायनिक विक्रियांची त्वरा अवलंबून असते. उदा., विद्युत् विच्छेद्य पदार्थाच्या (वितळलेल्या वा विशिष्ट विद्रावात विरघळलेल्या स्थितीत ज्याच्यातून विद्युत् प्रवाह जाऊ शकतो अशा संयुगाच्या)विद्युत् अग्राकडे होणाऱ्‍या विसरणाऱ्‍या त्वरेवर पुष्कळ विद्युत् अग्र प्रक्रियांची त्वरा अवलंबून असते. तसेच तांब्याच्या ⇨ऑक्सिडीभवनाची त्वरा ही त्याचे आयन (विद्युत् भारित अणू) विसरणाने पृष्ठभागी येण्याच्या त्वरेवर अवलंबून असते. साध्या तांब्याच्या नमुन्याच्या दोन थरांमध्ये किरणोत्सर्गी तांब्याच्या नमुन्याचा थर ठेवल्यास वाढत्या तापमानाला तांब्याचे आयन धातूत अधिक दीर्घ अंतरापर्यंत विसरित होतात. तांब्याच्या स्वयंविसरणाच्या (म्हणजे तांब्यातील तांब्याच्या विसरणाच्या) त्वरेचे निरीक्षण किरणोत्सर्गी समस्थानिकयुक्त भागातून तशा नसणाऱ्‍या भागांत होणाऱ्‍या किरणोत्सर्गीच्या स्थानांतरणाच्या मदतीने करता येते. यासाठी ठराविक अंतरावरील चकत्या काढून घेतात व नंतर त्यांचे आमापन करतात. या पद्धतीचा उपयोग वैद्यकीय संशोधनात (उदा., मेंदूचे मानचित्र तयार करणे) करतात.
समस्थानिकीय विनिमय : किंचित विद्राव्य असलेल्या शिशाच्या (लेड) क्लोराइडाचे स्फटिक क्लोरीन (३६) हा समस्थानिक असणाऱ्‍या मिठाच्या पाण्यात मिसळल्यास लेड क्लोराइडात लगेचच किरणोत्सर्ग आढळतो. कारण या दोन संयुगांमध्ये क्लोरीन आयनाचा विनियम (देवाण-घेवाण) होतो. विगमनानंतर (रेणूचे दोन वा अधिक घटक अलग झाल्यानंतर) दोन्ही संयुगांपासून हा क्लोरीन आयन तयार होतो आणि मिठापासून (NaCl) बनलेले काही क्लोरीन आयन शिशाच्या आयनांशी जोडले जाऊन लेड क्लोराइड किरणोत्सर्गी बनते.
विनिमयाच्या प्रक्रिया अखंडपणे चालू असतात मात्र त्या केवळ किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या मदतीने ओळखता येऊ शकतात म्हणून त्यांना समस्थानिकीय विनिमय विक्रिया म्हणतात. समाईक अणू वा गट असणाऱ्‍या कोणत्याही दोन प्रकारच्या रेणूंमध्ये अशी विक्रिया घडू शकते. वरीलप्रमाणे त्या विगमनाद्वारे घडू शकतात किंवा द्विरेणवीय प्रक्रियेने म्हणजे रासायनिक बंध निर्मिणाऱ्‍या वा खंडित करणाऱ्‍या दोन प्रकारच्या रेणूंमधील टकरीने घडू शकतात.
एखाद्या मूलद्रव्याच्या दोन ऑक्सिडीभवन (संयुक्त अवस्थेतील अणूचे मूलद्रव्यात परिवर्तन होण्यासाठी त्यात दोन इलेक्ट्रॉन समाविष्ट होण्याची गरज असलेल्या) अवस्थेत एका इलेक्ट्रॉनाच्या स्थानांतरणाने (इलेक्ट्रॉन विनियम विक्रिया) विनिमय घडून येतो. तथापि पुष्कळ बाबतींत प्रत्यक्षात अणूमार्फत किंवा विक्रियेत भाग घेणाऱ्‍या पदार्थांना जोडणाऱ्‍या एखाद्या गटाद्वारे इलेक्ट्रॉनाचे स्थानांतरण होते. विक्रियेत सहभागी असलेले दोन पदार्थ निरनिराळ्या वेळी अलग करून आणि एकूण किरणोत्सर्गापैकी किती अंश प्रत्येकात आहे ते काढून त्यावरून विनियम विक्रियेची त्वरा ठरवितात. मुळात किरणोत्सर्गी समस्थानिक नसणाऱ्‍या रेणूत हा किरणोत्सर्गाचा अंश काळानुसार घातीय नियमाने वाढतो तर किरणोत्सर्गी समस्थानिक प्रविष्ट केलेल्या रेणूमध्ये तो याच नियमाने घटतो. वितरणामार्फत होणाऱ्‍या विनिमयाच्या त्वरेच्या अभ्यासाद्वारे पुढील गोष्टींविषयीची माहिती मिळते : विरघळलेल्या व विरघळविणाऱ्‍या पदार्थाचे आयनीभवन (विद्युत् भारित अणू, रेणू किंवा अणुगटात परिवर्तन होण्याची क्रिया), ऑक्सिडीभवन-क्षपण [⟶ऑक्सिडीभवन] विक्रिया, वायुंचे ऊष्मीय विगमन, उत्प्रेरकीय (विक्रियेची गती बदलणाऱ्‍या पदार्थाच्या) पृष्ठावरील वायूंचे विगमन वगैरे, यांशिवाय ⇨संक्रमणी मूलद्रव्यांच्याजटिल सहसंयुजी संयुगांच्या प्रतिष्ठापन विक्रियांच्या [⟶रासायनिक विक्रिया] अभ्यासात द्विरेणवीय विनिमय अत्यंत महत्त्वाचे असतात.
समस्थानीय मार्गंण अध्ययन : एखाद्या रेणूतील विशिष्ट अणूत किरणोत्सर्गी समस्थानिक प्रविष्ठ करून विक्रियेच्या यंत्रणेची तपशीलवार माहिती मिळू शकते. अशा रीतीने कार्बॉक्सिलिक गटात किरणोत्सर्गी समस्थानिक प्रविष्ट करून प्रॉपिऑनिक अम्लाचे अम्ल डायक्रोमेटात ऑक्सिडीभवन करतात. येथे किरणोत्सर्गाने उद्दीपित होणारे द्रव्य म्हणजे फक्त किरणोत्सर्गी कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू असतो.
नवीन मूलद्रव्ये : कृत्रिम रीतीने बनविलेली युरेनियमोत्तर (अणुक्रमांक म्हणजे अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या ९२ पेक्षा अधिक असलेली) मूलद्रव्ये, तसेच टेक्नेशियम व ॲस्टटीन ही सर्व मूलद्रव्ये किरणोत्सर्गी आहेत. त्यांचे सखोल रासायनिक अध्ययन करताना रेडिओ रासायनिक तंत्रे उपयुक्त ठरतात. तथापि हा विषय सामान्यपणे अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्रात अंतर्भूत करण्यात येतो.
सुरक्षितता : फॉस्फरस (३२) पासून मिळणारे बीटा किरण आणि आयोडीन (१२५) पासून मिळणारे गॅमा व क्ष-किरण या अधिक ऊर्जायुक्त प्रारणांचा धोका टाळण्यासाठी योग्य ते सुरक्षा उपाय योजावे लागतात. उदा., बंदिस्त प्रणाली, चांगले वायुवीजन असलेली जागा, काम करण्याची नीटनेटकी पद्धती, वापरल्यावर टाकून देता येतील असे हातमोजे, कोट वगैरे, उलट गंधक (३५), कार्बन (१४), हायड्रोजन (३) यांचे बीटा किरण दुर्बल असल्याने त्यांच्या बाबतीत वरीलसारख्या संरक्षक उपायांची गरज नसते.
पहा : अणुऊर्जेचे शांततामय उपयोग अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र किरणोत्सर्ग किरणोत्सर्गी कार्बन कालनिर्णय पद्धति खडकांचे वय प्रारण रसायनशास्त्र मार्गण मूलद्रव्ये.
संदर्भ : 1. Friedlander, G. Kennedy, J. W. Nuclear and Radi Chemistry, London, 1955.
2. Murray, A. Williams, D. Organic Synthesis with Isotopes, New York, 1956.
3. Wang, Y. Handbook of Radioactive Nuclide, Clevland, Ohio, 1969.
ठाकूर, अ. ना.
.
“