रेणवीय भौतिकी

रेणवीय भौतिकी : रेणूंच्या भौतिकीय गुणधर्मांचा अभ्यास या विषयात करण्यात येतो. अलग अणूंपेक्षा रेणूंच्या भौतिकीय व रासायनिक गुणधर्मांत फार मोठी विविधता आढळून येते. घटक अणूंशी तुलना करता रेणवीय संरचनेची असलेली मोठी जटिलता हे या विविधतेचे मुख्य कारण आहे. रेणू कंप पावू शकत असल्याने त्यांच्या अंगी जादा ऊर्जा प्रकार संभवतात म्हणजे त्यांची घटक अणुकेंद्रे त्यांच्या समतोल स्थितीच्या भोवती आंदोलित होतात व अडथळा नसेल तेव्हा त्यांचे परिभ्रमणही होते. या प्रकारांमुळे अणूंशी तुलना करता रेणूंना अधिक वर्णपटविज्ञानीय गुणधर्म प्राप्त होतात [⟶ वर्णपटविज्ञान]. दृश्य, अवरक्त व सूक्ष्मतरंग या विभागांतील रेणवीय वर्णपटविज्ञान हे रेणवीय संरचना ओळखण्याचे व समजण्याचे भौतिकीय रसायनशास्त्राचे एक अत्यंत समर्थ साधन बनलेले आहे [⟶ रेणवीय संरचना].

रेणवीय भौतिकी हा अलग रेणूंच्या गुणधर्मांच्या अभ्यासाचा विषय आहे, तर रेणवीय विक्रियांचा अधिक व्यापक अभ्यास भौतिकीय रसायनशास्त्राच्या कक्षेत येतो. या गुणधर्मात वर्णपटविज्ञानाच्या विस्तीर्ण क्षेत्राखेरीज इलेक्ट्रॉन आकर्षण (रेणवीय ऋण विद्युत् भारित आयन तयार होण्यासाठी) ध्रुवीयता (बाह्य विद्युत् क्षेत्रांमुळे विविध सममिती अक्षांवर रेणू विकृत होण्याची शक्यता) चुंबकीय व विद्युत् अनेकध्रुवी परिबले (यांचा विद्युत् भाराच्या वितरणांशी संबंध लावता येतो) इतर अणूंशी, रेणूंशी व आयनांशी (विद्युत् भारित अणू, रेणू व अणुगट यांच्याशी) होणाऱ्या रेणूंच्या परस्परक्रिया इत्यादींचा समावेश होतो.

संघनन (वायूचे द्रवात रूपांतर होणे), ⇨पृष्ठताण, वायूंचे विसरण (रेणू परस्परांत मिसळणे), स्फटिकीय व अस्फटिकीय घन पदार्थ तयार होणे यांसारख्या विविध आविष्कारांना आंतररेणवीय प्रेरणा जबाबदार असतात. अशा प्रकारे रेणूची संरचना त्यांची सममिती व आकार निश्चित करण्याच्या पद्धती, दिष्ट संयुजा [⟶ संयुजा], त्याची ध्रुवीयता, त्याच्या परिभ्रमण कंपन व इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा अवस्था इत्यादींचा रेणवीय भौतिकीत अंतर्भाव केला जातो. वरील आविष्कारांचे योग्य विशदीकरण करण्यासाठी ⇨पुंजयामिकीचा मोठ्या प्रमाणात उपयोग करावा लागतो.

द्रव्याच्या स्थूल भौतिकीय गुणधर्मांचे विवेचन त्यामधील सूक्ष्म घटक रेणूंच्या गुणधर्मांनुसार करण्याचा प्रयत्न भौतिकीमध्ये केला जातो. कोणत्याही पदार्थाचे विशिष्ट रासायनिक गुणधर्म दाखविणारा त्या पदार्थातील सर्वांत सूक्ष्म कण किंवा मुक्त अवस्थेत मिळू शकणारा कोणत्याही पदार्थाचा सर्वांत लहान घटककण म्हणजे रेणू, असे रेणूचे वर्णन करता येते. विविध प्रक्रियांच्या साहाय्याने रेणूचे विभाजन त्याच्या घटकांत करता येते. यावरून एक किंवा त्यापेक्षा अधिक अणू एकत्र येऊन संलग्न झाल असता त्यापासून रेणू तयार होतो हे कळते. उदा., दोन हायड्रोजन अणू व एक ऑक्सिजन अणू यांच्या संयोगाने पाण्याचा रेणू निर्माण होतो. रेणूमध्ये असणाऱ्या अणूंच्या संख्या निरनिराळ्या असू शकतात. हीलियम, निऑन, आर्‌गॉन यांसारख्या मूलद्रव्यांच्या रेणूमध्ये फक्त एकच अणू असतो. हायड्रोजन रेणूमध्ये हायड्रोजनाचे दोन अणू असतात, तर प्रथिनासारख्या पदार्थाच्या रेणूमध्ये कित्येक हजार अणू असतात. काही वेळा अनेक लहान रेणू एकत्र येऊन एक मोठा जटिल असा बहुवारिक रेणू निर्माण करतात [⟶ बहुवारिकीकरण]. आधुनिक काळात सर्वत्र उपलब्ध असलेला पॉलिथीन हा पदार्थ एक बहुवारिक आहे. अशाच प्रकारची परिस्थिती स्फटिक स्वरूपात असणाऱ्या घन अवस्थेतील पदार्थाच्या रेणूमध्ये मिळते. स्फटिकातील सर्व अणू एका विशिष्ट आकृतिबंधात जालकाच्या स्वरूपात प्रस्थापित होतात, असे आढळते.

पदार्थाच्या तीन सामूहिक अवस्था : वायू अवस्थेमध्ये पदार्थाची घनता सगळ्यात कमी असते. या अवस्थेत कोणत्याही दोन रेणूंमधील सरासरी अंतर इतके जास्त असते की, त्यांचा एकमेकांवर प्रत्यक्ष यदृच्छरीत्या आघात होईतोपर्यंत त्यांमधील आकर्षणी प्रेरणेचे प्रमाण नगण्य असते. प्रयोगाने आढळणारे वायूचे सर्व गुणधर्म संख्यात्मक वायूच्या गत्यात्मक सिद्धांताच्या साहाय्याने [⟶ द्रव्याचा गत्यात्मक सिद्धांत] स्वरूपात विशद करता येतात. वायूच्या रेणूंच्या इतस्ततः गतीमुळे तो ज्या पात्रात ठेवलेला असेल त्याच्या भिंतीवर होणाऱ्या त्यांचा प्रत्यक्ष आघातांमुळे दाब निर्माण होतो, तर वायूमधील उष्णता संचयाचे प्रमाण त्यामधील रेणूंच्या सरासरी इतस्ततः गतिज ऊर्जा व आंतरिक ऊर्जा यांमुळे निश्चित होते, असे दाखविता येते. हायड्रोजन (H₂) किंवा पाणी (H₂O) हे रेणू संपूर्णपणे दृढ नसून त्यांमधील घटक अणू एकमेकांच्या सापेक्ष अल्प प्रमाणाच्या कंपन क्रिया पूर्ण करू शकतात, असे आढळते. या क्रियेमध्ये अणूचे त्याच्या मूळ स्थानापासून होणारे प्रत्यक्ष विचलन अल्प प्रमाणाचे असले, तरी तदनुरूप कंप्रता (दर सेकंदात होणाऱ्या कंपनांची संख्या) मात्र उच्च मूल्याची असते. याशिवाय संपर्ण रेणूला परिभ्रमण गती असू शकते, त्यामधील घटक अणुकेंद्रांना व इलेक्ट्रॉनांना परिवलन गतीसुद्धा असते, असे प्रयोगाने कळते. रेणूची गतीज ऊर्जा ही विचलन गती, परिभ्रमण गती, कंपन गती व परिवलन गती या चार प्रकारे उद्‌भवते. यांपैकी शेवटल्या तीन ऊर्जा प्रकारांनी मिळून रेणूंची आंतरिक ऊर्जा होते.

द्रव पदार्थातील रेणूंसाठी वायूप्रमाणेच अवकाशात नियुक्त अशी स्थाने नसतात. त्यामुळे त्यामधील रेणू द्रवाच्या एका भागातून दुसऱ्या भागाकडे सुलभपणे जाऊ शकतात (विसरण क्रिया) द्रवामधील कोणत्याही रेणूच्या सभोवताली इतर रेणू इतक्या जवळजवळ अंतरावर दाटीने उपस्थित असतात की, द्रवामध्ये रेणूंनी प्रत्यक्षपणे न व्यापलेल्या अशा घनफळाचे प्रमाण अगदी कमी असते. द्रवावर बाहेरून दाब लावला असता संपीडनाचे (संकोचनाचे) प्रमाण अत्यल्प का असते व लावलेला दाब सर्व दिशांत सारखा का संक्रामित केला जातो याचे विशदीकरण वरील वस्तुस्थितीवरून मिळते. द्रव रेणूच्या बाष्पीभवन क्रियेचा अभ्यास केल्यास असे दिसून येते की, बाष्पीभवन होणाऱ्या रेणूवर द्रवातील इतर रेणूंमुळे होणारी आकर्षणी प्रेरणा महत्त्वाची असते. रेणू जर द्रवाच्या खूप आत असेल, तर त्यावर द्रवातील इतर रेणूंमुळे उद्‌भवणारी आकर्षणी प्रेरणा शून्य मूल्याची असते, असे सममिती तत्त्वाचा उपयोग करून दाखविता येते. द्रवाच्या पृष्ठभागाजवळ असणाऱ्या रेणूकरिता मात्र ही परिस्थिती असत नाही. तेथील रेणूवर एक परिणामी प्रेरणा मिळते आणि रेणूला द्रवाच्या आत ओढून घेण्याकडे तिची प्रवृत्ती असते. या परिणामी प्रेरणेमुळे द्रवाच्या पृष्ठभागांवर पृष्ठताण मिळतो. क्ष-किरण विवर्तन पद्धतीचा [⟶ क्ष-किरण] उपयोग करून द्रवामधील रेणूंना सुद्धा स्फटिकातील रेणूंप्रमाणे एक अस्पष्ट आकृतिबंधानुसार अवकाश वितरण असते, असे दाखविता येते. घन अवस्थेतील पदार्थांमध्ये मात्र त्यांमधील रेणू हे जास्त नियमबद्ध रीतीने जालकाच्या स्वरूपात प्रस्थापित केलेले असतात. त्यामुळे घन पदार्थांतील रेणूसाठी कंपन, परिभ्रमण वा परिवलन या प्रकारच्या गती असू शकतात. स्फटिक जालकामधील आपले मूळचे स्थान सोडून विसरण क्रियेच्या द्वारे दुसऱ्या एखाद्या जागी जाणे घन पदार्थांतील रेणूला क्वचित प्रसंगीच शक्य होते. जालकातील रेणूच्या परिस्थितीचे वरील चित्रीकरण सार्थ आहे असे क्ष-किरण विश्लेषणाद्वारे दाखविता येते. पदार्थाच्या अवस्थेमध्ये जरी बदल झाला, तरी त्याच्या रेणूच्या आकारमानात, संरचनेत अथवा स्वरूपात विशेष असा फरक पडत नाही, असे प्रयोगाने कळते. उदा., वायुरूप आयोडीन रेणू (I₂) च्या घटक अणूंमधील अंतर = २·६५ (१ म्हणजे अँगस्ट्रॉम = १०^−८ सेंमी.] एवढे असते, तर घन अवस्थेतील याच रेणूंकरिता हे अंतर २·७० Åएवढे होते. अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील) किरणांच्या साहाय्याने बेंझीन रेणूचे विश्लेषण केल्यास बेंझीन वलयाच्या आकृतिबंधात अवस्थेतील बदलामुळे काही फरक पडत नाही, असे दाखविता येते.

आंतररेणवीय प्रेरणा व त्यांचे स्वरूप : विद्युत् भारित रेणूचा अपवाद सोडल्यास बहुतेक सर्व रेणू इतर रेणूंना आकर्षित करतात. रेणूंमधील अंतर जर एका ठराविक मर्यादेपेक्षा कमी झाले, तर या आकर्षणी प्रेरणेचे प्रतिसारक प्रेरणेत रूपांतर होते, असे प्रयोगाद्वारे आढळते. कोणत्याही दोन रेणूंमधील अंतर त्यांच्या व्हॅन डर व्हाल्स त्रिज्यांच्या (लगतच्या रेणूंमधील दोन अणू जास्तीत जास्त किती जवळ येऊ शकतात त्या अंतराच्या निम्म्या अंतराला जे. डी. व्हॅन डर व्हाल्स या डच शास्त्रज्ञांच्या नावावरून व्हॅन डर व्हाल्स त्रिज्या म्हणतात). बेरजेएवढे झाले असता त्यामधील प्रेरणा सामान्यपणे प्रतिसारक स्वरूपाची होऊ लागते, असे म्हणता येते. रेणूच्या व्हॅन डर व्हाल्स त्रिज्येचे मूल्य प्रयोगाद्वारे काढता येते. उदा., आयोडीन रेणूमधील दोन एकरूप अणूंकरिता ही त्रिज्या १·७७ Åएवढी आहे. या रेणूमधील घटक अणूंचे परस्परांपासूनचे प्रत्यक्ष अंतर १·३३ Åएवढे आहे असे आढळते. आयोडीन रेणूमधील अणूंना एकत्र बांधून ठेवणारी प्रेरणा व रेणु-रेणूमध्ये सामान्यपणे मिळणारी आकर्षणी प्रेरणा, या दोन प्रेरणा निरनिराळ्या विक्रियांद्वारे उद्भवत असाव्यात असा अंदाज वरील वस्तुस्थितीवरून बांधता येतो.

रेणु-रेणूमधील आकर्षणी प्रेरणा अनेक कारणांमुळे निर्माण होत असते. जर रेणूंना शाश्वत अथवा कायम स्वरूपाचे विद्युत् द्विध्रुवी परिबल (विद्युत् भार आणि त्याचा स्थान सदिश यांच्या गुणाकाराची येथे रेणूतील सर्व विद्युत् भारांकरिता घेतलेली सदिश बेरीज) असेल, तर त्यामुळे त्यांमध्ये परिणामी आकर्षणी प्रेरणा मिळते. आ. १ मध्ये अ व आ असे दोन रेणू दाखविले आहेत. या रेणूंना शाश्वत अथवा कायम स्वरूपाची विद्युत् परिबले आहेत असे मानले आहे. त्यांवरील विद्युत् भाराचा विन्यास पण आकृतीत दाखविला आहे. जर हे रेणू एकमेकांच्या सापेक्ष असममित अवस्थत असतील, तर त्यांच्या वरील विद्युत् भारामुळे त्यांमध्ये परिणामी आकर्षणी प्रेरणा निर्माण होईल, असे दाखविता येते. वरील मीमांसा रूढ भौतिकीप्रमाणे दिली आहे. पुंजयामिकीचा उपयोग करून एफ्. लंडन यांनी प्रथम रेणूमध्ये एक तिसऱ्या प्रकारची सुद्धा अपस्करण आकर्षणी प्रेरणा मिळते. असे दाखविले. रेणूच्या घटक अणूंमधील अंतर सामान्यपणे १०^−८ सेंमी. या प्रमाणाचे असते, तर त्याचे विच्छेदन करण्याकरिता १−५ eV एवढी ऊर्जा पुरवावी लागते. यावरून रेणूमधील प्रेरणेचा पल्ला व तिचे मूल्य यांविषयीचा अंदाज करणे शक्य होते.

रेणुनिर्मिती व संयुजा : जेव्हा अणू एकमेकांच्या जवळ येऊन संलग्न होतात तेव्हा त्यांपासून रेणू निर्माण कसा होतो, हे विशद करण्याकरिता ⇨संयुजा ही संकल्पना पुढे आली. आधुनिक दृष्टिकोनाप्रमाणे ⇨आवर्त सारणीमधील (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरूप मांडणीमधील) मूलद्रव्यांचा अणूच्या संरचनेचा अभ्यास केल्यास असे आढळते की, संयुजांबंधाचे स्वरूप सामान्यपणे अणूच्या सर्वांत बाहेरच्या कवचात असणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या कृतीवर अथवा त्यांच्या संख्येवर अवलंबून असते. अणूचे संयुजा इलेक्ट्रॉन कवच पूर्णपणे भरण्याकरिता लागणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येपेक्षा कमी इलेक्ट्रॉन जर कवचामध्ये असले, तर दुसऱ्या अणूच्या बरोबर देवघेव करून ही संख्या पुरी करण्याकडे प्रत्येक अणूची प्रवृत्ती असते. उदा., सोडियमाच्या सर्वांत बाहेरच्या म्हणजे संयुजा इलेक्ट्रॉन कवचात फक्त एकच इलेक्ट्रॉन असतो. त्यामुळे तो गमावून सोडियम अणूला स्थिर स्थितीकडे जाता येते. याउलट क्लोरिनाच्या संयुजा कवचात सात इलेक्ट्रॉन असल्यामुळे दुसऱ्या अणूकडून आणखी एक इलेक्ट्रॉन हस्तगत करून स्थैर्याकरिता सागणारी इलेक्ट्रॉनांची आठ ही संख्या पुरी करता येते. त्यामुळे सोडियम व क्लोरीन अणू जर एकमेकांच्या जवळ आले, तर सोडियमामधील एक इलेक्ट्रॉन क्लोरिनाकडे वर्ग केला जातो. उरलेल्या दोन अणूंवर विरुद्ध चिन्हाचे विद्युत् भार झाल्यामुळे त्यांमधील विद्युत् स्थितिक आकर्षणामुळे ते एकत्रित येऊन NaCl हा रेणू निर्माण करतात. याप्रकारे होणाऱ्या बंधाला विद्युत् संयुजी किंवा आयनी बंध म्हणतात. या विक्रियेमधील पहिल्या टप्प्यात अणूमध्ये इलेक्ट्रॉनाची देवघेव होऊन दोन अणूंचे आयनांमध्ये प्रथम रूपांतर होते. याउलट जर दोन क्लोरीन अणू एकमेकांजवळ आले, तर त्यापैकी प्रत्येकाला एक इलेक्ट्रॉन हस्तगत करण्याची आवश्यकता असल्यामुळे, प्रत्येक अणूमधील एकेक इलेक्ट्रॉन समाईक रीतीने वापरला जातो. या क्रियेमुळे अणूवरील मूळ विद्युत् भारात कोणताही फरक पडत नाही. इलेक्ट्रॉनांची परस्पर देवाणघेवाण झाल्यामुळे घटक अणूंमध्ये मात्र विनिमय आकर्षणी प्रेरणा निर्माण होऊन त्यामुळे रेणूची निर्मिती होते. हे आकर्षण विद्युत् स्थितिक स्वरूपाचे असत नाही. इलेक्ट्रॉन विनिमय क्रियेमुळे निर्माण झालेल्या विनिमय प्रेरणेचे विशदीकरण पुंजयामिकीचा उपयोग केल्यानंतरच करता येतो. अशा बंधाला सहसंयुजी बंध असे म्हणतात. याशिवाय इतर कारणांमुळे सुद्धा बंध निर्माण होऊ शकतो. दोन निकट अणूंमध्ये चार किंवा सहा समाईक इलेक्ट्रॉन असतील, तर त्यामुळे अनुक्रमे द्विबंध व त्रिबंध निर्माण होतात, असे दाखविता येते. वर वर्णन केलेले रासायनिक बंध निर्मितीच्या प्रकारांचे विशदीकरण हे सुलभीकृत रीतीने दिलेले आहे.

काही रेणू एकमेकांजवळ आणले असता त्यांमध्ये असणाऱ्या प्रेरणेमुळे अनेक प्रकारांच्या रासायनिक विक्रिया घडून येतात. या विक्रया मुख्यत्वे करून तीन प्रकारच्या असतात : (१) समघटकीकरण : या प्रकारामध्ये संयुगाच्या रासायनिक सूत्रात फरक पडत नाही. त्यामधील घटक अणूंच्या बंधामध्ये पुनर्विन्यास (पुन्हा मांडणी) झाल्यामुळे संयुगाच्या गुणधर्मांत बदल घडून येतो. अमोनियम सायनेटाचे यूरियामध्ये रूपांतर ही या प्रकारची एक महत्त्वाची अशी विक्रिया फ्रीड्रिख व्हलर यांनी जर्मनीमध्ये १८२८ साली संशोधिली, [⟶ समघटकीकरण]. (२) प्रतिष्ठापन विक्रिया : हिच्यात रेणूमधील काही घटक अणूंऐवजी फक्त दुसरे अणू, रेणू अथवा अणुगट प्रस्थापित केले जातात. निओपॅटेन (C₅H₁₂) या रेणूच्या मिथिल गटामधील (CH₃−) हायड्रोजन अणूंच्याऐवजी इतर अणू किंवा अणुगट यांची प्रस्थापना केल्यास या प्रकारची विक्रिया घडून येते. जर R = (CH₃)₃ C− धरले तर या विक्रियेत खाली दर्शविलेले बदल मिळतात.

RCH₃ → RCH₂Cl → RCH₂MgCl → RCH₂CO₂H → RCH₂NH_2.

 (३) समावेशक विक्रिया : या तिसऱ्या प्रकारामध्ये रेणूमधील मूळ घटकांमध्ये अतिरिक्त अणूंचा समावेश केला जातो. उदा., एथिलिनाचे एथेनामध्ये [(C₂H₄) → (C₂H₆)].

रेणूविषयीचे संपूर्ण ज्ञान होण्याकरिता पुढील माहिती असणे आवश्यक असते : (१) रेणूकरिता मूलद्रव्य प्रमाणदर्शी सूत्र उदा., पाण्याकरिता H₂O असे मूलद्रव्य प्रमाणदर्शी सूत्र देता येते. (२) समतोल अवस्थेत घटक अणूंचे सरासरी अवकाश वितरण. (३) गतिकीय अवस्था. दुसऱ्या प्रकारची माहिती प्राथमिक स्तरावर भूमितीय परिभाषेचा उपयोग करून देता येते. उदा., कार्बन टेट्राक्लोराइड हा रेणू रेखीव चतुष्फलक आकारचा आहे, त्यामध्ये चार क्लोरीन अणू चार टोकांस असून कार्बन अणू त्याच्या मध्यभागी आहे, असे वर्णन करता येते. कार्बन टेट्राक्लोराइडामध्ये चारही बंधांची लांबी एकसारखी असून तिचे प्रमाण १·७७ Åएवढे असते, तर त्यांमधील कोन १०९^०२८¢एवढा आहे, असे नमूद केल्यास ही माहिती निश्चित स्वरूपाची होते. सामान्यपणे रेणूंच्या संरचनेमधील सममितीचे प्रमाण जेवढे कमी प्रतीचे त्या प्रमाणात त्याविषयीचे ज्ञान निश्चित करण्याकरिता लागणाऱ्या स्वतंत्र प्रचलांची (विशिष्ट परिस्थितीत अचल राहणाऱ्या राशींची) संख्या जास्त होते. रेणूमध्ये असणारी सममिती व रेणूमधील आंतरिक परिमाणे यांबद्दलचे ज्ञान वर्णपटविज्ञान, इलेक्ट्रॉन वा न्यूट्रॉन अथवा क्ष-किरण विवर्तन इ. प्रयोगांद्वारे मिळविता येते. रेणूची गतिकीय अवस्था ही त्यामधील अणू वा अणुकेंद्रे यांचे कंपन व परिभ्रमण, त्यांमधील इलेक्ट्रॉनांच्या अक्षीय व परिवलन गती यासंबंधीच्या प्रचलांवरून निश्चित होते. रेणवीय वर्णपटविज्ञान, द्विध्रुवी परिबल, रेणवीय शलाका इ. पद्धतींचा उपयोग करून या प्रचलांची मूल्ये निश्चित केली जातात.

रेणवीय आकार व आकारमान : रेणूचे निरपेक्ष द्रव्यमान व त्याचे आकारमान यांचे मापन करण्याकरिता विशेष संवेदनशील अशा भौतिकीय मापन पद्धतीचा उपयोग करावा लागतो. भौतिकीमधील निरनिराळ्या शाखांमधील प्रयोगांद्वारे बहुसंख्य रेणू काही अँगस्ट्रॉम त्रिज्या असणाऱ्या गोलकाप्रमाणे कार्य करतात, असे कळते. बहुतेक सर्व रेणूंची द्रव्यमानमूल्ये १०^−२३ ते १०^−२० ग्रॅ. या मर्यादेत आढळतात. प्रथिनांसारखे असे काही रेणू आहेत की, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने त्यांचे प्रत्यक्ष निरीक्षणही करता येते.

घटक अणूंची वा रेणूंची संख्या व आकारमान यांवर त्यांपासून निर्माण झालेल्या रेणूचे आकारमान साहजिकच अवलंबून असते. द्वि-आणवीय रेणू हा प्रकार सर्वांत वर्णन करण्यास सोपा आहे. प्रत्येक अणू गोलीय आकाराचा असून त्याला एक ठराविक (व्हॅन डर व्हाल्स) कार्यकारी त्रिज्या असते, असे मानता येते. रेणूमधील दोन अणू एकमेकांस जेथे प्रत्यक्ष स्पर्श करतात तेथील त्या दोघांचेही पृष्ठभाग मात्र थोडेफार सपाट होतात. त्यांमधील समतोल स्थितीमधले अंतर Re याने दर्शविले, तर Re मूल्य (r1 + r2) पेक्षा नेहमीच कमी असते (r1, r2 = दोन अणूंच्या व्हॅन डर व्हाल्स त्रिज्या). हायड्रोजन रेणू (H3) करिता r1 = r2 = १·२ Å, तर Re = ०·७४ Å या मूल्याची असते. रेणूचा आकार त्यामधील अणूच्या विन्यासावर सुद्धा काही प्रमाणात अवलंबून असतो. उदा., पाण्याच्या रेणूमध्ये H, O, H हे तीन अणू दोन रेषीय बंधांनी एकमेकांशी जोडले गेले असून त्यांमध्ये १०५ अंशांचा कोन असतो.

विध्रुत् द्विध्रुवी परिबल : बऱ्याच रेणूंना विद्युत् द्विध्रुवी परिबल (वि. द्वि. प.) असते. अणूमध्ये पुंजयामिकीप्रमाणे मिळणारे इलेक्ट्रॉन वितरण हे अणुकेंद्राभोवती सममित रीतीने पसरलेले आहे. वितरणाचे विद्युत् केंद्र व (धन विद्युत् भारित) अणुकेंद्र यांची स्थाने एकच असतात. त्यामुळे अणूला कायम स्वरूपाचे शून्य मूल्याचे वि. द्वि. प. असते. रेणूमध्ये परस्परक्रियेमुळे ही सममिती भंग पावते व त्यामुळे वि. द्वि. प. निर्माण होते. या परिणामाचे वर्णन Nacl या द्वि आणवीय रेणूच्या संदर्भात करणे सुलभ ठरते. Nacl मधील रासायनिक बंध आयनी प्रकारचा आहे त्यामुळे त्यामधील विद्युत् भार विन्यास आ. २ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे असतो. या परिस्थितीकरिता वि. द्वि. प. = µ = eR_e इलेक्ट्रॉनावरचा विद्युत् भार = e = ४·८ X १०^−१० विद्युत् स्थितिक एकक. सामान्यपणे Re ≈१ Åअसल्यामुळे µ≈४·८ × १०^−१८ विद्युत् स्थितिक एकक ४·८ ≈ D (डेबाय एकक). जेव्हा रेणू कंप पावतो तेव्हा वि. द्वि. प. चे मूल्य बदलते. हा बदल आ. ३ मध्ये दाखविला आहे. आकृतीमध्ये R_e = घटक अणूंमधील समतोल अवस्थेत असणारे अंतर, µ_e = समतोल अवस्थेतील वि. द्वि. प. चे मूल्य.

वरील वर्णनात खालील गृहीते मानली आहेत : (१) रेणूतील विद्युत् भार बिंदुरूपात असतात. (२) रेणूमधील फक्त बंधक इलेक्ट्रॉनामुळे वि. द्वि. प. निर्माण होते. प्रत्यक्षात रेणूच्या घटक अणूंमधील इतर इलेक्ट्रॉनसुद्धा याकरिता साहाय्यभूत होतात. सहसंयुजी बंधाकरिता सुद्धा या प्रकारचा परिणाम कमीजास्त प्रमाणात घडून येतो. H₂, N₂, CO₂ यांसारख्या रेणूंमध्ये एक प्रकारची इलेक्ट्रॉन स्थानच्युती होते असे दिसून येते पण ही स्थानच्युती इतक्या सममित प्रकारे होते की, त्यामुळे वि. द्वि. प. निर्माण होत नाही. रेणूच्या वि. द्वि. प. चे अचूक गणन पुंजयामिकीचा उपयोग करून करता येते पण विवध प्रकारच्या रेणूंच्या वि. द्वि. प. चे प्रयोगाद्वारे मापन करून त्यांचा परस्परसंबंध रेणूच्या ज्ञात संरचनेशी जोडणे हे जास्त सोपे ठरते.

विशिष्ट रासायनिक बंध, अणुगट इत्यादींमुळे मिळणारे परिबल हे सदिश (महत्ता व दिशा हे दोन्ही असलेली राशी) असते. कोणत्याही जटिल रेणूमध्ये कोणकोणते घटक बंध वा अणुगट आहेत व ते संरचनेत कोणत्या जागी कसे प्रस्थापित केले आहेत हे जर प्रयोगाने माहीत झाले, तर या प्रत्येक घटकाकरिता असणारे विशिष्ट सदिश परिबल विचारात घेऊन त्यावरून समग्र रेणूकरिता परिणामी परिबलाचे गणन करणे अवघड नसते. अशा प्रकारे गणन केलेले परिबलाचे मूल्य पुरेशा अचूक रीतीने प्रयोगांनी मिळालेल्या मूल्याशी एकरूप आढळते. उदा., बेंझिनामध्ये एका हायड्रोजनाच्या बदली एक क्लोरीन अणू बसविला, तर त्यामुळे निर्माण होणाऱ्या क्लोरोबेंझीन रेणूमध्ये १·७०D या मूल्याचे वि. द्वि. प. निर्माण होते, असे या पद्धतीने दाखविता येते. हे परिबल C–Cl या बंधामुळे निर्माण होते, असे सिद्ध करता येते. याच तत्त्वाचा उपयोग केला असता ऑर्थो, मेटा व पॅरा डायक्लोरोबेंझीन (C₆H₄Cl₃) करिता अनुक्रमे २·९४, १·७० आणि ०D या मूल्यांची वि. द्वि. प. असली पाहिजेत, असे कळते. प्रयोगाने या संयुगांकरिता २·५३, १·६७ व ०D एवढी मूल्ये मिळतात.

रेणवीय ध्रुवीयता : वर वर्णन केलेले शाश्वत स्वरूपाचे वि. द्वि. प. काही रेणूंनाच असते. याउलट बाह्य क्षेत्र लावले असता रेणूमधील अंतर्गत इलेक्ट्रॉन एका बाजूस विचलित होतात, तर त्यांमधील धन विद्युत् भारवाही अणुकेंद्रे त्याच्या बरोबर विरुद्ध दिशेत ढकलली जातात. यामुळे रेणूमध्ये प्रवर्तित प्रकारचे अल्प वि. द्वि. प. निर्माण होते. ही क्रिया सर्व रेणूंमध्ये घडून येते. या क्रियेस ध्रुवीकरण असे म्हणतात. भिन्न रेणूंमध्ये ध्रुवीकरणाचे प्रमाण निरनिराळे असते व त्याचे मापन रेणवीय ध्रुवीयता या राशीच्या साहाय्याने केले जाते. एकक बलाचे बाह्य विद्युत् क्षेत्र लावले असता प्रत्येक रेणूमध्ये अशा प्रकारे निर्माण होणाऱ्या प्रवर्तित वि. द्वि. प. च्या मूल्यास रेणवीय ध्रुवीयता म्हणतात. रेणूमधील घटकांमध्ये असणाऱ्या प्रत्येक रासायनिक बंधाकरिता एक विशिष्ट मूल्याची ध्रुवीयता नियुक्त करून यावरून समग्र रेणूकरिता परिणामी ध्रुवीयतेचे गणन करता येते. पदार्थावर जर E मूल्याचे विद्युत् क्षेत्र बाहेरून लावले, तर यामुळे रेणूला प्रवर्तित वि. द्वि. प. µप्राप्त होते, हे परिबल विद्युत् क्षेत्राच्या रेषीय प्रमाणात बदलत असल्यामुळे µ = µ E असे सूत्र मांडता येते. या सूत्रात ∝ = रेणूची ध्रुवीयता आहे. एक विद्युत् स्थितिक एकक मूल्याच्या क्षेत्राकरिता या परिबलाचे प्रमाण सामान्यतः १०−२३ विद्युत् स्थितिक एकक किंवा १०−५ D एवढे असते (१ D = १०−१८ स्थिर विद्युत् एकक). या परिबलाची दिशा ही सामान्यपणे क्षेत्राच्या दिशेपेक्षा भिन्न असू शकते, असे आढळते. हा परिणामसुद्धा समदिक् नसतो म्हणजे ध्रुवीयतेचे मूल्य निरनिराळ्या दिशांत भिन्न असू शकते.

रेणू व प्रकाश प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) यांमधील परस्परक्रियेचे स्वरूप रेणवीय परिबलाच्या मूल्यावरून ठरते, हे लक्षात ठेवण्याजोगते आहे. रेणूद्वारे प्रकाशाचे उत्सर्जन, शोषण व प्रकीर्णन (विखुरणे) या परस्परक्रिया होत असतात. या सर्वात परिणाम रेणूच्या परिबलावरून निश्चित होत असते.

विद्युत् अपार्यता स्थिरांक : ध्रुवीयता व वि. द्वि. प. यांमध्ये घनिष्ठ संबंध असतो. पदार्थाचे विद्युत् गुणधर्म रेणूच्या वि. द्वि. प. मुळे (कायम अथवा प्रवर्तित) निश्चित होतात. विद्युत् क्षेत्रामध्ये ⇨विद्युत् अपारक पदार्थ आणला असता त्यामध्ये घट होते. क्षेत्रात होणारी ही घट दोन प्रकारे होऊ शकते. पहिला परिणाम विकृती ध्रुवीकरणामुळे निर्माण होतो. उपयोजित F या विद्युत् क्षेत्रामुळे रेणूमधील अंतर्गत इलेक्ट्रॉन वितरणावर परिणाम घडून त्यामुळे रेणूला वि. द्वि. प. µ m प्राप्त होते. येथे m = µ_pF आणि µ_p = रेणूची ध्रुवीयता असून m याचे मूल्य पदार्थाच्या तापमानावर अवलंबून नसते. आता जर पदार्थांमधील रेणूंना शाश्वत स्वरूपाचेही वि. द्वि. प. असेल, तर उपयोजित क्षेत्रामुळे प्रत्येक रेणूवर त्यामुळे एक प्रेरणा कार्यान्वित होऊन रेणूच्या सदिश द्विध्रुवी परिबलाच्या दिशा क्षेत्रदिशेशी समांतर करण्याचा ती प्रयत्न करते. याउलट ऊष्मीय हालचालीमुळे रेणूंचे एकमेकांबरोबर जे परस्पर आघात होतात, त्यांमुळे या परिबलाच्या दिशांची मांडणी इतस्ततः करण्याकडे प्रवृत्ती असते. पदार्थामध्ये प्रत्यक्षात जी मांडणी अस्तित्वात येते ती या वरील दोन विरुद्ध स्पर्धक क्रियांचाच परिपोष असते. परिणामी प्रत्येक रेणूला विद्युत् क्षेत्र दिशेत एक सरासरी मूल्याचे परिबल मिळते. या परिणामामुळे प्रत्येक रेणूची दिकविन्यास ध्रुवीयता खालील सूत्राने मिळते असे दाखविता येते.

 येथे µ = रेणूचे शाश्वत वि. द्वि. प., k = बोल्टसमान स्थिरांक (एल्. वोल्टसमान या भौतिकीविज्ञांच्या नावावरून ओळखण्यात येणारा स्थिरांक), T = पदार्थाचे तापमान. या परिस्थितीत पदार्थाची रेणुभारात्मक ध्रुवीयता (प्रती ग्रॅम – मोल) खालीलप्रमाणे मिळते.

येथे N_० = ॲव्हागाड्रो स्थिरांक (आमेडेओ अँव्होगाड्रो या भौतिकीविज्ञांच्या नावाने ओळखण्यात येणारी, पदार्थांच्या ग्रॅम रेणुभारातील रेणूंची संख्या). वायू व अध्रुवीय (ज्यात शाश्वत वि. द्वि. प. नाही अशा) विद्रावकामधील (विरघळणाऱ्या द्रवातील) विरल विद्राव यांकरिता खाली दिलेले आर्. जे. ई. क्लॉसियस व ओ. एफ. मसोती यांचे सूत्र मिळते.

 येथे (∊= विद्युत् अपार्यता स्थिरांक [→ विद्युत् अपारक पदार्थ], m = पदार्थाचा रेणुभार, d = पदार्थाची घनता, ∝P व µ यांची मूल्ये प्रयोगाने काढण्याकरिता सामान्यपणे दोन पद्धती वापरल्या जातात. या दोन्ही पद्धतींत विद्युत् अपार्यतेचे मापन करून त्यापासून रेणुभारात्मक ध्रुवीयता मिळविली जाते. पहिल्या पद्धतीत ध्रुवीयतेचे (P_m) तापमानाबरोबरचे चलन प्रयोगाने मोजले जाते. या प्रदत्तापासून (माहितीपासून) वरील सूत्राचा (BrF₅) वि. द्वि. प. १·५२ D एवढे आहे, असे दिसून आले आहे. या वि. द्वि. प. मुळे त्याच्या रेणूच्या संभाव्य सममितीवर निर्बंध पडतात. आ. ४ मध्ये दाखविलेली फक्त संरचना प्रदत्ताशी सुसंगत आहे, असे दाखविता येते.

 प्रयोगात वापरलेल्या तापमानाच्या मर्यादेत सगळ्याच पदार्थांना स्थैर्य असतेच असे नाही. त्यामुळे प्रयोगाद्वारे µ व Pm यांची मूल्ये काढण्याकरता दुसरी पर्यायी पद्धत वापरतात. या पद्धतीकरिता वापरलेल्या मीमांसेत विकृती ध्रुवीयता (Pm) ∝ यामध्ये (Pm)e व (Pm)A हे अनुक्रमे इलेक्ट्रॉन व अणू यांच्या विचलनामुळे दोन घटक निर्माण होतात, असे मानले जाते. त्यामुळे समग्र रेणुभारात्मक ध्रुवीयता

P_m=(Pm)_e  +(P_m)_A + P_o               …           …           (४)

 या स्वरूपात मांडता येते (P_o = दिक्‌विन्यास ध्रुवीयता घटक). या तीन ध्रुवीयता घटकांशी संबंधित असलेल्या निरूढीची (जडत्वाची) मूल्ये भिन्न असल्यामुळे त्यांचा प्रत्यावर्ती (दर सेकंदास अनेक वेळा दिशा व मूल्य उलटसुलट होणाऱ्या) विद्युत् क्षेत्राकरिता मिळणारा प्रतिसाद निरनिराळा होतो म्हणून तिचे विद्युत् क्षेत्र कंप्रतेबरोबरच चलन प्रयोगाद्वारे मिळविल्यास, त्यापासून या तीन घटकांचे परिणाम एकमेकांपासून वेगळे करणे किंवा त्यांची मूल्ये निश्चित करणे शक्य होते. आ. ५ वरून वरील वर्णन स्पष्ट होते.

 क्षेत्राची कंप्रता वाढवीत गेल्यास एका ठराविक कंप्रता मर्यादेनंतर रेणूच्या परिबलाचा दिक्‌विन्यास होत नाही आणि त्यामुळे P_m मधील P_o या घटकाचा लोप होतो. कंप्रतेमध्ये आणखी वाढ केल्यास [(P_m)A] हा घटक लोप पावतो. अतिउच्च कंप्रतेकरिता फक्त [(P_m)e] हा घटकच शिल्लक राहतो. अशा प्रकारे [(P_m)e], [(P_m)A] व P_o या घटकांचे मापन करता येते. P_o च्या मूल्यावरून µव इतर घटकांच्या मूल्यापासून µP यांच्या मूल्यांविषयी संख्यात्मक अंदाज करता येतो.

रेणू सममिती व प्रकाशीय सक्रियता : काही घन पदार्थांमधून (किंवा विद्रावांमधून) प्रतलीय ध्रुवित (एकाच प्रतलात कंपने होणाऱ्या) प्रकाशाचे प्रेषण केल्यास प्रकाशाच्या प्रतलाचे काही प्रमाणात परिभ्रमण होते, हा आविष्कार ज्या पदार्थात मिळतो त्यास प्रकाशतः सक्रिय पदार्थ असे म्हणतात. हा आविष्कार पदार्थांच्या रेणूच्या संरचनेत एक विशिष्ट प्रकारची असममितता असल्यामुळे निर्माण होतो. प्रकाशीय सक्रियतेवरील प्रयोगाद्वारे रेणूमध्ये असलेल्या प्रत्यक्ष सममितीविषयी उपयुक्त माहिती त्यामुळे मिळू शकते. ज्या रेणूचे आरशामधील प्रतिबिंब मूळ रेणूवर अध्यारोपित करता येत नाही अशा रेणूकरिता प्रकाशीय सक्रियता मिळते. आरशातील प्रतिबिंबात पार्श्विक पर्यसन होत असल्यामुळे असा पर्यसनाने ज्या रेणूच्या संरचनेत बदल झालेला दिसतो अशाच रेणूकरिता हा आविष्कार अनुभवास येतो. या आविष्काराची मीमांसा करताना पदार्थावरील पृथक् रेणूचे दिक्विन्यास काहीही असले, तरी सबंध समूह एक मोठा रेणू असे समजून या समूहाच्या गुणधर्माचे वर्णन केले जाते. या मोठ्या समतुल्य रेणूचे गुणधर्म एकरूप असतात, असे या ठिकाणी समजले जाते. एका मध्यवर्ती कार्बन अणूभोवती असलेल्या चतुष्फलकाच्या चार टोकांशी ज्यामध्ये (परस्परांपासून) भिन्न असे चार प्रकारांचे अणू किंवा अणुगट आहेत असा रेणू हे या प्रकारच्या रेणूचे सर्वांत सोपे असे उदाहरण आहे. [⟶ त्रिमितीय रसायनशास्त्र ध्रुवणमिति ].

रेणवीय संरचना संशोधना पद्धती : काही काळापूर्वी रेणवीय संरचनेविषयीचे अंदाज मुख्यत्वेकरून पदार्थाचे स्थूलमानीय गुणधर्म (उदा., विद्युत् अपार्यता स्थिरांक, विद्युत् द्विध्रुवी परिबल) किंवा संयुगांच्या रासायनिक विक्रिया यांच्यावरच आधारलेले असत. वर्णपटविज्ञान व विवर्तन (क्ष-किरण व इलेक्ट्रॉन यांच्याद्वारे) ही आधुनिक तंत्रे वापरली असता रेणवीय संरचनेविषयी जास्त तपशीलवार असे ज्ञान होते. रेणवीय संरचनेविषयी माहिती मिळविण्याकरिता ज्या अनेक संवेदनशील व अचूक अशा पद्धती अलीकडे उपलब्ध झाल्या आहेत. त्यांपैकी महत्त्वाच्या पद्धतीचे वर्णन खाली दिले आहे.

इलेक्ट्रॉन विवर्तन : एकसमान गतिज ऊर्जा असलेल्या इलेक्ट्रॉनांची शलाका पदार्थांच्या रेणूमधून गेली असता तिचे विवर्तन (मार्गातील अडथळ्याच्या कडेवरून जाताना दिशाबदल होणे) होते. इलेक्ट्रॉन शलाकेकरिता पदार्थामधून भेदून जाण्याची क्षमता कमी असल्यामुळे ही पद्धत बहुतांशी वायूंच्या रेणूंचे संशोधन करण्याकरिताच उपयोगी पडते. वायू अवस्थेमध्ये रेणूंमधील सरासरी अंतर खूप असल्यामुळे रेणूमधील अणूंच्या अंतर्गत विन्यासामुळे विवर्तनाचा आकृतिबंध निश्चित होत असतो. या पद्धतीमध्ये एक विशिष्ट रेणवीय संरचना गृहीत धरून निरनिराळ्या दिशांत मिळणाऱ्या विवर्तनीय इलेक्ट्रॉनांच्या तीव्रतेचे (म्हणजेच त्यांच्या संख्येचे) गणन केले जाते. गणित करून मिळालेल्या संख्येची प्रयोगान्ती मिळालेल्या संख्येशी तुलना करून गृहीत धरलेल्या रेणवीय संरचनेच्या प्रतिकृतीच्या यथार्थतेविषयी अंदाज घेतला जातो.

क्ष-किरण व न्यूट्रॉन विवर्तन : सामान्यपणे टक्केवारीने विचार केल्यास पदार्थामध्ये होणाऱ्या क्ष किरणांच्या विवर्तनाचे प्रमाण इलेक्ट्रॉन विवर्तनापेक्षा पुष्कळच कमी असते. त्यामुळे क्ष-किरण पदार्थाच्या आत खोल अंतरापर्यंत प्रवेश करू शकतात. घनअवस्थी स्फटिक जालकामधील रेणूच्या (अणूंच्या) विन्यासाचा अभ्यास क्ष-किरण विवर्तनामुळे सहज करता येतो.

स्फटिकाच्या एकक कोशाचा आकार व स्वरूप यांमुळे क्ष-किरण विवर्तन महत्तम मूल्यांचा भूमितीय आकृतिबंध निश्चित होत असतो. क्ष-किरण विवर्तन छायाचित्रामध्ये महत्तम मूल्य स्थाने ठिपक्यांनी निर्देशित केली जातात. विवर्तन महत्तम मूल्याची तीव्रता या कोशात असणाऱ्या अणूंची संख्या, त्यांचे स्वरूप व वितरण यांवर अवलंबून राहते (आ. ६).

चुकतमापत पद्धतीचा उपयोग करून प्रयोगाने मिळालेल्या विवर्तन आकृतिबंधाची तुलना वाजवी गृहितांवर आधारलेल्या व गणितीय रीत्या मिळालेल्या आकृतिबंधाची करून रेणवीय संरचना निश्चित करता येते.

क्ष-किरण विवर्तनामुळे रेणूमधील भिन्न ठिकाणी असणाऱ्या इलेक्ट्रॉन घनतेविषयीचे ज्ञान मिळते. आधुनिक भौतिकीप्रमाणे रेणूमधील इलेक्ट्रॉनांचे निर्देशन एक प्रकारचा ऋण विद्युत् भार मेघ अशा स्वरूपात करण्यात येते. रेणूच्या निरनिराळ्या भागांतील वा मेघाची घनता क्ष-किरण विवर्तनापासून मिळू शकते.

क्ष-किरण विवर्तन प्रयोगांवरून रेणूकरिता इलेक्ट्रॉन घनता वितरण काढण्याच्या पद्धतीत अनेक टप्पे असतात. कोणत्याही एका विवक्षित दिशेत विवर्तित होणाऱ्या क्ष-किरण शलाकेला एक विशेषक तीव्रता (अथवा परमप्रसर म्हणजे स्थिर स्थितीपासून असणारे महत्तम स्थलांतर) असते व त्यामधील प्रारणाच्या कलेस (एखाद्या संदर्भाच्या सापेक्ष असणाऱ्या अवस्थेस) एक विशिष्ट मूल्य असते. प्रयोगाने फक्त तीव्रतेबद्दलचा अचूक व निश्चित असा प्रदत्त मिळतो. निरनिराळ्या दिशांतील कलेचे मूल्य निश्चित करण्याकरिता (१) सममिती मीमांसा, (२) सांख्यिकीय (संख्याशास्त्रीय) पद्धती, (३) ज्ञात अणूच्याबाबतीतील प्रारंभिक मूल्ये इ. गोष्टींचा उपयोग करण्यात येतो. भिन्न दिशांत विवर्तन पावणाऱ्या क्ष-किरण शलाकेकरिता योग्य असे कलासंबंध प्रस्थापित करता आले, तर त्यांपासून त्रिमितीय इलेक्ट्रॉन घनता नकाशे मिळविता येतात. अशा रीतीने रेणूची संरचना निश्चित करता येते. विसापेक्षा जास्त घटक अणुसंख्या असणाऱ्या रेणूची वरील प्रकारे संरचना निश्चित करणे, संगणकाच्या शोधापूर्वी शक्य नव्हते. संगणकाच्या साहाय्याने आधुनिक काळात शंभर घटक अणुसंख्या असणाऱ्या रेणूच्या एकाकी स्फटिकावर प्रयोग करून त्याची संरचना अगदी सुलभपणे निर्धारित करता येते.

डी. हॉजकिन व त्यांचे सहाध्यायी यांनी वर वर्णन केलेली रीत वापरून ब_१२ जीवनसत्वाची संरचना निश्चित केली. या शोधाबद्दल त्यांना १९६४ सालचे नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. जे. सी. केंड्र्यू व माक्स पेरूट्‌झ यांना मायोग्लोबिन व हीमोग्लोबिन (रक्तारुण) या प्रथिनांची संरचना शोधून काढल्याबद्दल १९६२ सालचे नोबेल पारितोषिक मिळाले. एम्. एच्. एफ्. विल्फिन्झ यांनी क्ष-किरण विवर्तन पद्धतीचा उपयोग करून डीएनएच्या (डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्लाच्या) रेणूविषयी केलेल्या अभ्यासामुळे त्याची रेणवीय संरचना निश्चित करण्यास मदत झाली. [⟶ क्ष-किरण स्फटिकविज्ञान].

क्ष-किरण विवर्तन पद्धत ही वायूकरिता इलेक्ट्रॉन विवर्तन पद्धतीपेक्षा जास्त अचूक आहे, असे समजतात. दुसऱ्या महायुद्धकाळापासून क्ष-किरणांऐवजी न्यूट्रॉन शलाकेचा उपयोग विवर्तन अभ्यासाकरिता करण्यात येऊ लागला. हिचा उपयोग हायड्रोजन व त्यासारखे इतर हलके अणू यांवरील प्रयोगांकरिता केला जातो, कारण सर्व भारांच्या अणूंद्वारे न्यूट्रॉनाचे सारख्याच प्रमाणात विवर्तन होते, असे आढळते.

द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान : या भंजक (ज्यात नमुन्याच्या पदार्थाचा अंशतः नाश करावा लागतो अशा) विश्लेषण पद्धतीत द्रव्यमान वर्णपटमापकामध्येच इलेक्ट्रॉनांचा भडिमार करून नमुन्यामधील संयुगाचे प्रथम त्याच्या घटक मूलकांत (म्हणजे अणू किंवा अणुगटांत) विभाजन केले जाते. त्यानंतर द्रव्यमान वर्णपटमापकात उपलब्ध झालेल्या सर्व मूलक घटकांचे व्यक्तिशः द्रव्यमान व त्यांची विपुलता यांचे मापनकेले जाते. अनुमान व प्रायोगिक पडताळा या क्रियांचा अनुक्रमे उपयोग करून संयुगाच्या संरचनेविषयी अंदाज करणे शक्य होते. या पद्धतीत विश्लेषणाकरिता आवश्यक अशा नमुनाद्रव्यांचे द्रव्यमान काही मिग्रॅ. एवढे कमी असल्यामुळे ही मापन पद्धती सोयीस्कर ठरते. [⟶ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान].

क्ष-किरण अनुस्फुरण विश्लेषण : घन व द्रव पदार्थांच्या विश्लेषणासाठी मोठ्या प्रमाणात उपयुक्त ठरलेल्या या अभंजक पद्धतीकरिता नमुनाद्रव्य स्फटिक स्वरूपातच पाहिजे अशी अट सुद्धा असत नाही. नमुनाद्रव्यावर उच्च तीव्रतेचे क्ष-किरण टाकले असता त्यामधील घटक अणू त्याच्या विशिष्ट वर्णपट रेषा उत्सर्जित करतात. उत्सर्जित क्ष-किरण वर्णपट रेषांचे एका स्फटिक चकतीपासून विवर्तन करून त्यांचे तरंगलांबीनुसार विश्लेषण केले जाते. उत्सर्जित क्ष-किरणाच्या तरंगलांबीच्या विशिष्ट मूल्यावरून नमुन्यातील अणूची ओळख करून घेतली जाते. घटक अणूंची विपुलता किंवा संहती या रेषांच्या तीव्रतेवरून निश्चित करता येते. या पद्धतीचा उपयोग करून पदार्थामधील मूलकाची ओळख मात्र करून घेता येत नाही. ही पद्धत प्रकाशीय विश्लेषण पद्धतीइतकी संवेदनशील नसली, तरी तिच्या साहाय्याने काही मिलिग्रॅम द्रव्यमानाच्या नमुन्यामधील १०^−६ ग्रॅमएवढे सूक्ष्म द्रव्यमान असणाऱ्या घटकाचा शोध घेता येतो. शंभर टक्के संहती असणाऱ्या घटकद्रव्याकरिता सुद्धा हा पद्धतीचा उपयोग करता येतो, हे या पद्धतीचे वैशिष्ट्ये आहे. प्रकाशीय विश्लेषण पद्धतीची कमाल वापर मर्यादा फक्त वीस टक्के संहतीपर्यंत असते.

अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन : काही अणुकेंद्रांना परिणामी परिवलन गती असते. ज्या अणुकेंद्रांचा कोनीय संवेग [⟶ यामिकी ] शून्य मूल्याचा नसतो, अशी अणुकेंद्रे एखाद्या सूक्ष्म चुंबकाप्रमाणे कार्य करतात. त्यांवर बाहेरून चुंबकीय क्षेत्र लावले असता ⇨पुंजसिद्धांताप्रमाणे हे चुंबक बाह्य क्षेत्राच्या सापेक्ष काही ठराविक दिशांतच राहू शकतात. वरील भिन्न पण ठराविक दिशांत विस्थापन केलेल्या अणुकेंद्रीय चुंबकांच्या ऊर्जा निरनिराळ्या निश्चित मूल्याच्या असतात. या भिन्न मूल्यांच्या ऊर्जा पातळ्यांना (पीटर झीमान या भौतिकीविज्ञांच्या नावावरून) झीमान ऊर्जा पातळ्या असे म्हणतात. अणुकेंद्र विचलित करून त्यास नवीन दिशेत वळविण्याकरिता त्याला ऊर्जा पुरवावी लागते. ही ऊर्जा बहुधा रेडिओ कंप्रता पट्‌ट्यातील (१० किलोहट्‌र्झ ते १०० गिगॅहट्‌र्झ) असते. रेडिओ कंप्रता प्रारणाचे अणुकेंद्राद्वारे होणारे शोषण हे पुंज सिद्धांतानुसार होत असल्यामुळे अणुकेंद्रीय चुंबकाच्या दोन ऊर्जा पातळ्यांच्या मूल्यांनुसार एका ठराविक कंप्रतेच्या रेडिओ प्रारणाच्या शोषणाने ही क्रिया घडून येऊ शकते. त्यामुळे या परिणामाला अनुस्पंदन परिणाम असे म्हटले जाते. उच्च विभेदनक्षमता असणारी तंत्रे१/२परिवलन पुंजांक [परिवलनांक ⟶ पुंजयामिकी ] असणाऱ्या अणुकेंद्रांच्या बाबतीतच उपलब्ध आहेत. यामध्ये H², C¹³, F¹³, P³¹या अणुकेंद्रांचा मुख्यत्वेकरून समावेश होतो.

अणुकेंद्राच्या झीमान ऊर्जा पातळ्यांमधील फरक हा बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या मूल्यावर सरळ अवलंबून असतो. ज्या रेडिओ कंप्रतेकरिता अनुस्पंदन मिळते व ज्या कंप्रतेकरिता पुंजीय शोषण होऊन अणुकेंद्रीय चुंबकाचे एका ऊर्जा पातळीपासून जास्त ऊर्जेच्या पातळीमध्ये संक्रमण होते, त्या रेडिओ कंप्रतेचे मूल्य बाह्य चुंबकीय क्षेत्र मूल्य बदलून बदलता येते. चुंबकीय क्षेत्र व अनुस्पंदन रेडिओ कंप्रता यांमधील वरील विशिष्ट संबंधामुळे अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदनाद्वारे रेणवीय संरचनेचा शोध घेता येतो. सर्व एकरूप अणुकेंद्राकरिता (उदा., प्रोटॉन) बाह्य चुंबकीय क्षेत्र व अनुस्पंदन रेडिओ कंप्रता यांमधील संबंध एकाच सूत्राने दर्शविला जावा अशी अपेक्षा असली, तरी ही अपेक्षा काटेकोरपणे पूर्णहोत नाही. कार्बनी संयुगामध्ये हायड्रोजन अणुकेंद्र (म्हणजेच प्रोटॉन) हे निरनिराळ्या संख्येत, इतर अणूंच्या बरोबर विविध प्रकारच्या गटांत आढळते. उदा., ॲसिटिक अम्लामध्ये (CH₃CO₂H) ते दोन निरनिराळ्या गटांशी संलग्न असते. प्रत्येक गटातील प्रोटॉन संख्या हीसुद्धा भिन्न असते. C₆H₀ मध्ये प्रोटॉनाची रासायनिक परिस्थिती निराळी असते. पदार्थावर (सामान्यपणे विद्रावाच्या स्वरूपात) चुंबकीय क्षेत्र बाहेरून लावले असता, त्याचा परिणाम निरीक्षणाखालील प्रोटॉनापुरताच सीमित न राहता, तो त्याच्या रासायनिक परिसरातील सर्व अणूंवर व त्यांमधील इलेक्ट्रॉनांवर सुद्धा होतो. क्षेत्रामुळे इलेक्ट्रॉन गतीत जो बदल होतो, त्यामुळे त्यांच्या आसपासच्या अवकाशात चुंबकीय परिणाम निर्माण होत असल्यामुळे प्रोटॉनावर प्रत्यक्ष कार्य करीत असलेल्या चुंबकीय क्षेत्राच्या मूल्यात फरक पडतो. याचा अर्थ असा होतो की, एकाच रेडिओ कंप्रतेकरिता प्रोटॉन अनुस्पंदन मिळविण्याकरिता निरनिराळ्या परिसरांतील प्रोटॉनांकरिता विभिन्न मूल्याची चुंबकीय क्षेत्र मूल्ये आवश्यक होतात. याउलट संयुगामधील प्रोटॉनाची अनुस्पंदन कंप्रता प्रयोगशाळेत मोजली असता त्यापासून प्रोटॉनाच्या संयुगामधील परिस्थितीबद्दल सविस्तर आणि महत्त्वाची अशी माहिती मिळू शकते. या कार्याकरिता प्रोटॉनयुक्त असे एक विशिष्ट रसायन प्रमाणभूत धरतात. प्रमाणभूत रसायन व निरीक्षणाखालील संयुग यांमधील प्रोटॉन अनुस्पंदन कंप्रता मूल्ये मोजली जातात.आ. ७ मध्ये काही प्रातिनिधिक संयुगांकरिता मिळालेली रासायनिक बदलाची (म्हणजे कंप्रतेत मिळणाऱ्या बदलाची) मूल्ये दिली आहेत. 

वरील मापनाकरिता टेट्रामिथिलसिलेन (CH₃)₄ Si हे द्रव्य प्रमाणभूत म्हणून धरले आहे. आकृतीवरून प्रोटॉन चुंबकीय अनुस्पंदन प्रयोगापासून संयुगातील प्रोटॉनाच्या रासायनिक परिस्थितीबद्दल (प्रोटॉन संख्या व संलग्न परिसर गट) महत्त्वाची माहिती कशी मिळविता येते, हे लक्षात येते.

रेणवीय वर्णपटविज्ञान : रेणवीय ऊर्जा पातळ्या व वर्णपट : वर्णपटविज्ञानाचा उपयोग करून रेणूच्या ऊर्जा पातळ्या अथवा अवस्था, त्यांची आंतरिक संरचना, घटक अणूंमधील प्रेरणेचे स्वरूप, त्यांमधील बंध व त्याचे प्रकार अशा अनेक बाबींविषयी चांगली माहिती मिळते. रेणूने उत्सर्जित केलेल्या वर्णपटांचा अभ्यास केल्यास, त्यांमध्ये दोन विभाग असतात असे आढळते : (१) पट्टयुक्त वर्णपट व (२) अखंडित वर्णपट. यांपैकी पट्टयुक्त वर्णपट अनेक पृथक् पट्टांपासून तयार झालेला असतो असे आढळते. यामधील प्रत्येक पृथक् पट्टाची एका बाजूची सीमा अथवा कड विशेषेकरून स्पष्ट असतात. या सीमेस पट्टशीर्ष असे म्हणतात. निरनिराळ्या रेणूंकरिता पट्टशीर्षांचे वर्णपटावरील स्थान अलग व निश्चित असल्यामुळे पट्टशीर्षाच्या तरंगलांबीवरून रेणूची ओळख पूर्ण करून घेता येते. उच्च विभेदनक्षमता असलेल्या वर्णपटमापकाच्या साहाय्याने या पट्टाचे निरीक्षण केले असता हे पट्ट अखंडित नसून जवळजवळ असलेल्या असंख्य वर्णपट रेषांमुळे बनले आहेत असे आढळते. रेणूला अखंडित व पृथक् अशा दोन्ही प्रकारच्या ऊर्जा पातळ्या असतात, असे यावरून दिसते. हायड्रोजन रेणूचा अखंडित वर्णपट या दुसऱ्या प्रकारच्या उत्सर्जनाचे एक चांगले उदाहरण आहे.

रेणू जर वायुरूप असेल, तर त्याच्या पृथक् ऊर्जा पातळ्या सुस्पष्ट व रेखीव असतात. घन किंवा द्रव अवस्थेमधील पदार्थाच्या रेणूंमध्ये परस्परक्रिया होत असल्यामुळे ऊर्जा पातळ्यांचे रेखीव स्वरूप नष्ट होते व त्या अस्पष्ट अथवा पुसटलेल्या बनतात. खालील वर्णनात विवेचनाच्या सोईकरिता रेणू वायू अवस्थेत आहेत, ते द्वि-आणवीय आहेत व त्यांच्या पृथक् ऊर्जा पातळ्या अथवा अवस्था एकाकी आहेत, अशी गृहिते स्वीकारलेली आहेत. येथे इलेक्ट्रॉन परिवलन गतीमुळे मिळणारी रेणवीय ऊर्जा पण विचारात घेतलेली नाही. पुंजयामिकीप्रमाणे कोणत्याही रेणूची एकंदर ऊर्जा W खालील पृथक् घटकांच्या स्वरूपात मांडता येते.

W = W_T + W_e + W_v + W_R               …           …           …           (५)

वरील समीकरणात W_T ही उष्णतेमुळे रेणूजवळ असणारी यादृच्छिक स्वरूपाची स्थानांतरण गतिज ऊर्जा दाखविली आहे पण तिचा परिणाम वर्णपटावर अत्यंत कमी प्रमाणात होतो व त्यामुळे ती नगण्य समजतात. W_e = इलेक्ट्रॉनीय स्वरूपात असणारा रेणू ऊर्जा अंश, Wv = रेणूमधील दोन अणू गुरुत्वमध्याभोवती करू शकणाऱ्या कंपनांमुळे उद्‌भवणारी ऊर्जा आणि W_R = सबंध रेणूच्या परिभ्रमण गतीमुळे असणारी गतिज ऊर्जा. द्वि-आणवीय रेणू डंबेलच्या आकाराचा आहे असे समजले, तर W_v व W_R या दोन्ही गतींची कल्पना करणे शक्य होईल. टोकाशी असलेले अणू जेव्हा एकमेकांजवळ किंवा दूर होत कंपने करतात तेव्हा या कंपनांची ऊर्जा Wv असे मानले आहे. द्वि आणवीय डंबेल आपल्या अक्षाभोवती परिभ्रमण करू शकते या क्रियेमुळे WR ही ऊर्जा निर्माण होते. यांपैकी W_e व W_v मिळून रेणूची आंतरिक ऊर्जा बनते, तर W_T व W_R या ऊर्जा यामिकीय स्वरूपाच्या असतात. यांपैकी W_T या ऊर्जेचा वर्णपटावर नगण्य परिणाम होत असल्याने ती यापुढील विवेचनात विचारात घेतलेली नाही. ज्या अवस्थेत रेणूची ऊर्जा सर्वांत कमी मूल्याची (W” = W_e^” + W_v^” + W_R^”) असते ती रेणूची निम्न स्थिती होय. रेणूला जर त्यावर प्रारण (पुरेशा ऊर्जेचे) टाकून ऊर्जा पुरविली, तर तो त्याचे एका ठराविक मापातच शोषण करू शकतो. ऊर्जा शोषणामुळे वरील तिन्ही ऊर्जा घटकांत फरक (म्हणजे वाढ) होऊन त्यांची नवी मूल्ये W_e^’, W_v^’, W_R^’ एवढी झाली असे समजले, तर या नव्या अवस्थेत रेणू काही क्षण उत्तेजित अवस्थेत राहतो. नंतर तो परत आपल्या मूळच्या (W”) या निम्न अवस्थेत उस्फूर्तपणे येतो. या घटनेत अतिरिक्त ऊर्जा, प्रारणाच्या स्वरूपात उत्सर्जित केली जाते. प्रारण कंप्रता जर v असेल, तर कंप्रतेचे मूल्य खालील सूत्राने मिळते.

hν = (W_e^’−W_e^”) + (W_v^’−W_v^”) + (W_{R ^’}−W_R^”)              …           (६)

येथे h हा प्लांक स्थिरांक (माक्स प्लांक या भौतिकीविज्ञांच्या नावाने ओळखण्यात येणारा स्थिरांक) आहे. बहुतेक सर्व रेणूंकरिता पहिल्या पदाचे मूल्य १.·०९ eV तर दुसऱ्या व तिसऱ्या पदांची अनुक्रमे ≈१·०९ eV व ≈०·००५ eV या प्रमाणांची असतात. याचा अर्थ असा होतो की, फक्त परिभ्रमण ऊर्जा पातळ्यांमध्येच बदल झाला, तर त्यामुळे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रारणाची कंप्रता सूक्ष्मतरंग विभागात (१−१०० गिगॅहर्ट्‌झ) असते. रेणूच्या कंपन ऊर्जेत फक्त फरक पडला, तर त्यामुळे उद्‌भवणारे प्रारण अवरक्त अथवा अतिअवरक्त प्रकारचे असते. मात्र अवरक्त प्रारण रेणूवर टाकले असता त्यामुळे कंपन व परिभ्रमण या दोन्ही प्रकारांच्या ऊर्जा पातळ्या उत्तेजित होऊ शकतात. रेणूच्या इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा पातळीमध्ये फक्त फरक केला, तर त्यामुळे दृश्य व जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील) कंप्रतेचे प्रारण उत्सर्जित केले जाते. रेणूच्या इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा पातळ्या उत्तेजित करण्याकरिता लागणारी किमान ऊर्जा (म्हणजेच कंप्रता, कारण प्रारण ऊर्जा = hν) निरनिराळ्या संयुगांकरिता त्यांच्या आंतरिक संरचनेनुसार भिन्न मूल्याची असते. ज्या पदार्थ रेणूकरिता ही किमान कंप्रता उच्च जंबुपार विभागात पडते असे पदार्थ सामान्य सूर्यप्रकाशात रंगहीन दिसतात. या कंप्रतेचे मूल्य दृश्य वर्णपट सीमेत पडत असेल, तर ते रंगीत दिसतात. संयुगामध्ये असणाऱ्या एकांतरित (एकाआड एक) द्विबंधाची संख्या व संयुगाचा दृश्य रंग यांचा निकट संबंध आहे, असे दाखविता येते. संयुगातील द्विबंध एकांतरित प्रकारचे आहेत की विलग प्रकारचे याविषयीचा अंदाज अशा प्रकारे पदार्थाच्या रंगावरून करता येतो.

रेणूच्या उत्सर्जन व शोषण वर्णपटांच्या अभ्यासावरून रेणूसंबंधीच्या पुढील गोष्टींविषयी माहिती मिळते : (१) आंतर-अणुकेंद्रीय अंतर, (२) रेणू विघटन ऊर्जा, (३) प्रेरणा स्थिरांक, (४) रेणूचे निरूढी परिबल, (५) रेणूमधील समस्थानिक अणूंचे (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांच्या अणूंचे) सापेक्ष द्रव्यमान, (६) अणुकेंद्रीय परिवलन व त्याकरिता सार्थ असणारी फेमी-डिरॅक किंवा बोस-आइन्स्टाइन सांख्यिकी [⟶ सांख्यिकीय भौतिकी]. 

निरूढी परिबल : द्वि-आणवीय रेणूला जर विद्युत् द्विध्रुवी परिबल असेल, तरच तो शुद्ध परिभ्रमण वर्णपट उत्सर्जित किंवा शोषण करू शकतो. परिभ्रमण करणारा द्विध्रुव प्रारणाच्या विद्युत् क्षेत्राबरोबर परस्परक्रिया करून त्याच्याबरोबर ऊर्जा-विनिमय करतो. जेव्हा शुद्ध परिभ्रमण वर्णपट मिळतो तेव्हा रेणूच्या कंपन व इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा पातळ्या उत्तेजित होत नाहीत. अशा परिस्थितीत मिळणारा परिभ्रमण वर्णपट एकसारख्या अंतरावर असलेल्या अनेक वर्णपट रेषांमुळे बनलेला असतो, असे आढळते. रेणू हा दृढ धूर्णकाप्रमाणे कार्य करतो असे मानून पुंजयामिकीप्रमाणे त्याचे विश्लेषण केले, तर दोन समीपस्थ वर्णपट रेषांमधील कंप्रता फरक (d) खालील सूत्राने दिला जातो, असे दाखविता येते.

येथे I = रेणूच्या गुरुत्वमाध्यमातून आंतर-आणवीय अक्षाला लंब असणाऱ्या अक्षाभोवती रेणूचे निरूढी परिबल, h = प्लांक स्थिरांक, द्वि-आणवीय रेणूकरिता

येथे m₁, m₂ घटक अणूंची द्रव्यमाने दर्शवितात, तर r_e = आंतरआणवीय अंतर अथवा बंधलांबी. वर्णपटमापकाच्या साहाय्याने रेणूकरिता dν मोजले असता त्यावरून I व r_e या राशींच्या मूल्यांचे गणन करता येते.

फारसे बदल न करता वरील मीमांसा त्रि-आणवीय व इतर रेषीय रेणूंकरिता वापरता येते. जर OCS यासारखा रेषीय रेणू विचारात घेतला, तर या रेणूला एकच निरूढी परिबल असले, तरी त्याकरिता O−C व C−S अशा दोन निराळ्या मूल्यांच्या बंधलांब्या असतात. यांची मूल्ये काढण्याकरिता समी. (६) पुरे पडत नाही. आणखी  प्रदत्त मिळविण्याकरिता समस्थानिक प्रतिष्ठापन विक्रियेचा उपयोग करतात. OCS रेणूमध्ये S³²च्याऐवजी S³⁴ या समस्थानिक अणूची प्रतिष्ठापना करून परत त्याच्या वर्णपटाचे संशोधन केले जाते. अशा विक्रियेमध्ये बंधलांबीची मूल्ये बदलत नाहीत हे गृहीत धरले असता, या सर्व प्रदत्तावरून O−C व C−S या बंधलांब्यांची मूल्ये काढता येतात. कोष्टक क्र. १ मध्ये सूक्ष्मतरंग शोषण वर्षपटद्वारा अशा प्रकारे निर्धारित केलेली मूल्ये दाखविली आहेत.

कोष्टक क्र. १. सूक्ष्मतरंग शोषण वर्णपटापासून द्वि-आणवीय/रेषीय रेणूकरिता बंधलांबी मूल्ये.