रेणुभार

रेणुभार : पदार्थाच्या रेणूतील सर्व अणूंच्या ⇨अणुभारांच्या बेरजेला त्या पदार्थाचा रेणुभार म्हणतात. अणुभार (व त्यामुळे रेणुभारही) हे सापेक्ष असून त्याकरिता कार्बनाच्या सर्वांत विपुल असलेल्या C¹² या समस्थानिकाचा (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकाराचा) योजलेला १२·०००० हा अणुभार अणुभार यदृच्छया संदर्भ म्हणून ठरविण्यात आलेला आहे. रेणुभार ज्या सापेक्ष अणुभारांच्या कोष्टकावरून काढण्यात येतात, त्यांत कृत्रिम रीत्या मूलद्रव्यांच्या समस्थानिकीय संघटनात बदल न केलेल्या व निसर्गतःच अस्तित्वात असलेल्या स्वरूपात मूलद्रव्ये विचारात घेण्यात येतात. यांखेरीज नैसर्गिक मिश्रणात किरणोत्सर्गजन्य समस्थानिकांचा अंतर्भाव केला जात नाही.

ग्रॅम रेणू किंवा ग्रॅम रेणुभार : पदार्थाच्या रेणुभाराइतकेच ग्रॅममध्ये वजन असलेल्या त्या पदार्थाच्या राशीला ग्रॅम रेणू किंवा ग्रॅम रेणुभार म्हणतात. ग्रॅम रेणूमधील रेणूची संख्या अतिशय प्रचंड (६·०२२×१०^२३) असून तिला आमेडेओ ॲव्होगाड्रो या भौतिकीविज्ञांच्या नावावरून ॲव्होगाड्रो संख्या किंवा स्थिरांक म्हणतात. आंतरराष्ट्रीय एकक पद्धतीत ग्रॅम रेणू आणि ग्रॅम रेणुभार यांऐवजी ‘मोल’ ही संज्ञा आता वापरण्यात येते. ०·०१२ किग्रॅ. मध्ये C¹² या कार्बन समस्थानिकाचे जितके अणू असतात तितकेच रेणू पदार्थाच्या जितक्या राशीत असतात तिला मोल म्हणतात. अर्थात निरनिराळ्या मूलद्रव्यांच्या वा संयुगांच्या मोलमधील रेणूंची संख्या तीच म्हणजे ॲव्होगाड्रो स्थिरांकाइतकीच असते.

सूत्र-भार : पदार्थाच्या अंतिम विश्लेषणाद्वारे त्याच्या सूत्र भाराचे म्हणजे त्याच्या सर्वांत साध्या सूत्रातील अणूंच्या अणुभारांची बेरीज होय. रेणुभार हा सूत्र भाराचा निश्चित गुणक असतो. उदा., विश्लेषणावरून बेंझिनाचे सर्वांत साधे सूत्र CH आहे असे दिसून येते आणि त्याचा सूत्र भार कार्बन व हायड्रोजन यांच्या अणुभारांच्या बेरजेबरोबर म्हणजे १३·०२ असतो. प्रत्येक बेंझीन रेणूची संरचना षट्‌कोनी असून त्याचे खरे सूत्र C₆H₆ आहे व त्याचा रेणुभार ७८·११ आहे. सोडियम क्लोराइडासारख्या काही पदार्थांत पृथक् रेणू नसतात व त्यामुळे त्यांचा सूत्र भार ठरविता येतो पण रेणुभार देता येत नाही. ज्ञात रेणूचा रेणुभार दोन (हायड्रोजन) पासून कित्येक अब्जापर्यंत असू शकतो. एश्चेरिकिया कोलाय या सूक्ष्मजंतूच्या डीएनएचा [डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्लाचा ⟶ न्यूक्लिइक अम्ले] रेणू वर्तुळाकार असून त्याचा रेणुभार २,००,००,००,००० इतका असतो. यासारख्या एकाच प्रचंड रेणूचे द्रव्यमान दर्शविण्यासाठी जीवरसायनशास्त्रज्ञ ‘डाल्टन’ हे एकक वापरतात. डाल्टन हे एका हायड्रोजन अणूचे द्रव्यमान आहे व यावरून पदार्थाच्या एका रेणूचे डाल्टनमधील द्रव्यमान हे संख्यात्मक दृष्ट्या त्याच्या रेणुभाराबरोबर असते. डाल्टन हे एकक ⇨आणवीय द्रव्यमान एककाबरोबर आहे.

रेणुभार काढण्याच्या पद्धती : पदार्थाच्या रेणुभारानुसार पदार्थाचे अनेक भौतिकीय किंवा रासायनिक गुणधर्म बदल दाखवितात. रेणुभार काढण्याकरिता या गोष्टीचा उपयोग केला जातो.

पदार्थ घन, द्रव किंवा वायू स्वरूपात उपलब्ध असेल, तर त्याचा रेणुभार काढण्याकरिता निरनिराळ्या पद्धती उपयोगात आणल्या जातात. जर मूळ पदार्थ घन अवस्थेत उपलब्ध असून त्याचे विद्राव स्वरूपात रूपांतरण करणे शक्य असल्यास त्याचा रेणुभार काढण्याकरिता आणखी काही पद्धती उपलब्ध होतात. आकारमानाने मोठ्या असलेल्या रेणूचा भार [उदा., प्रथिन, रेणू, बहुवारिक रेणू (साध्या रेणूंच्या संयोगाने तयार झालेल्या प्रचंड रेणूंनी बनलेल्या पदार्थाचा रेणू)] काढण्याकरिता ज्या पद्धती वापरल्या जातात त्यांचे वर्णन नोंदीच्या शेवटी केले आहे.

ऐतिहासिक दृष्ट्या रसायनशास्त्राच्या मूलभूत नियमांचा पाया असलेली स्टोइकिओमेट्री म्हणजे रासायनिक विक्रियेमधील मूलद्रव्ये व संयुगे यांच्यातील विक्रियाकारक व उत्पादित पदार्थ म्हणून असलेला संख्यात्मक संबंध प्रस्थापित करण्यासाठी रेणुभार निर्धारित करणे अत्यावश्यक होते. आता शुद्ध विज्ञानात या निर्धारणांचा उपयोग असण्याबरोबरच रासायनिक विक्रियांचे अर्थ लावणे, रासायनिक संरचना व आकार यांची निश्चिती करणे, विद्रावक (विरघळविणारा पदार्थ) व विद्रुत (विरघळलेला पदार्थ) यांतील आंतरक्रियेचे अधिक चांगलेआकलन होणे आणि विविध उपयुक्त औद्योगिक प्रक्रियांचे अभिकल्प (आराखडे) व नियंत्रण करण्यासाठी माहिती मिळविणे यांकरिताही रेणुभार निर्धारणांचा उपयोग होतो.

द्रव्यमान व वर्णपटलेखन : पदार्थाच्या घटक अणूंच्या द्रव्यमानाचे द्रव्यमान वर्णपटलेखक [⟶ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान] या उपकरणाद्वारे मापन करून व त्याच्या रासायनिक सूत्रावरून पदार्थाचा रेणुभार काढता येतो. समस्थानिकांनी बनलेल्या ऑक्सिजनासारख्या मूलद्रव्याच्या बाबतीत निरनिराळ्या समस्थानिकांचे अणुभार व त्यांची सापेक्ष विपुलता याच उपकरणाच्या साहाय्याने मोजून रेणुभार काढता येतो.

क्ष-किरण पद्धत : मूळ पदार्थ घन अवस्थेत व स्फटिकी असेल, तर क्ष किरणांच्या साहाय्याने स्फटिक जालकात एका रेणूने व्यापलेल्या सरासरी घनफळाचे (V _m) मापन करता येते. रेणुभार (M) खालील सूत्राच्या साहाय्याने मिळतो.

                M = V _m d N

येथे d = स्फटिकाची घनता व N = ॲव्होगाड्रो स्थिरांक.

विद्रावकाच्या उकळबिंदूतील वाढ व गोठणबिंदूतील घट यांच्या मापनाद्वारे : विद्रावकामध्ये योग्य असा बाष्पीभवन न होणारा विद्रुत पदार्थ विरघळविल्यामुळे विद्रावकाच्या उकळबिंदूत होणारी वाढ किंवा त्याच्या गोठणबिंदूत होणारी घट मोजून विद्रावकाचा रेणुभार काढता येतो. विरल विद्रावाकरिता खालील सूत्रे बऱ्याच प्रमाणात यथार्थ असतात.

येथे M = विद्रावकाचा रेणुभार, K_b, K_f = विद्रावकाकरिता स्थिरांक, g = विद्रुताचे ग्रॅममध्ये वजन, G = विद्रावकाचे वजन (ग्रॅम), ∆T_b = उकळबिंदूत वाढ (^०के.), ∆T_f = गोठणबिंदू घट (^० के.).

जर १ ग्रॅम-रेणू पदार्थ १,००० ग्रॅम पाण्यात विरघळविला, तर त्यायोगे पाण्याच्या उकळबिंदूत होणारी घट ०^०.५१ से. एवढी असते, तर याचमुळे गोठणबिंदूत होणारी घट १^०·८५५ से. या मूल्याची असते. विद्रावातील विद्रुत रेणू हे आदर्श वायू नियमाचे [⟶ स्थिति समीकरण] पालन करतात. या गोष्टीचा वरील सूत्रात उपयोग केलेला असतो. उकळबिंदूत वा गोठणबिंदूत पडणारा फरक मोजण्याकरिता संवेदनक्षम उपकरणाचा वापर केला पाहिजे, हे उघड आहे. यांपैकी गोठणबिंदूवर वातावरणीय दाबाचा विशेष परिणाम होत नसल्यामुळे त्याचा उपयोग जास्त प्रमाणात केला जातो. पदार्थ व विद्रावक यांचे मिश्रण केले असता मूळ पदार्थाच्या रेणूंमध्ये संगमन (संयोग होणे) व प्रक्रियांद्वारे बदल होण्याचा संभव असतो. तसे झाल्यास मापनामध्ये त्रुटी निर्माण होत असल्यामुळे हे परिणाम घडत नाहीत, असे काळजीपूर्वक पहावे लागते. या पद्धतीमध्ये मापन त्वरित रता येते. सु. ३०,००० ग्रॅमपर्यंतच्या रेणुभाराचे मापन या पद्धतीद्वारे करता येते.

विद्रावाकरिता राऊल परिणाम पद्धत : एफ्. एम्. राऊल या फ्रेंच रसायनशास्त्रज्ञांनी मांडलेल्या सिद्धांताप्रमाणे एका ठराविक तापमानाच्या विद्रावकामध्ये अ बाष्पनशील (बाष्पीभवन न होणारा) विद्रुत पदार्थ विरघळवला, तर त्याच्या बाष्पदाबात घट होते. या दाबघटीचे मापन करून विद्रुत पदार्थांचा रेणुभार मिळविता येतो. विरल विद्रावाच्या बाबतीत या कार्यासाठी खालील सूत्र उपयोगी पडते.

 येथे g = M रेणुभार असलेल्या विद्रुताचे वजन (ग्रॅम), G = m₀ रेणुभार असलेल्या विद्रावकाचे वजन (ग्रॅम), P₀ = विद्रावकाचा बाष्प दाब, p = विद्रावकाचा बाष्प दाब. या पद्धतीमध्ये अनेक प्रकारच्या त्रुटी निर्माण होण्याचा दाट संभव असल्यामुळे यापासून मिळणारे निष्कर्ष विशेष अचूक नसतात.

तर्षण दाब पद्धत : पदार्थ योग्य विद्रावकामध्ये विरघळवून अर्धपार्य पटलाचा (विद्रुत पदार्थ पलीकडे जाऊ न देणाऱ्या पटलाचा) उपयोग करून विद्रावाचा तर्षण दाब [⟶ तर्षण] मोजला असता त्यापासून पदार्थाचा रेणुभार (M) खालील सूत्राद्वारे काढता येतो.

येथे R = वायू स्थिरांक [⟶ स्थिति समीकरण], T = तापमान (^० के), π = तर्षण दाब, C = विद्रुताची संहती (सांद्रता ग्रॅम प्रती एकक घनफळ) ही पद्धत मोठ्या आकारमानाच्या रेणूंकरिता विशेष वापरली जाते (रेणुभार मापनाचा पल्ला १०,००० – ५,००,०००).

बाष्प घनता पद्धत : पदार्थ जर वायू अथवा बाष्प स्वरूपाचा असेल, तर त्याच्या २२·४ लि. या घनफळाचे वजन (०^° से. व ७६० मिमी. वातावरणीय दाब असताना) हेच पदार्थाचे रेणुभार दाखविते.

जर ०^° से. ७६० मिमी. वातावरणीय दाब या परिस्थितीकरिता वायू अथवा बाष्प स्वरूपात मिळत नसेल, तर प्रत्यक्ष कोणत्याही सोईच्या तापमान व दाब मूल्याकरिता करून, आदर्श वायू नियमाचा वापर करून २२·४ लि. घनफळाच्या बाष्पाचे किंवा वायूचे ०^° से. ७६० मिमी. वातावरणीय दाब यांकरिता अपेक्षित वजनाचे गणन केले जाते. या मापनाकरिता जे. बी. ए. द्यूमा व व्हिक्टॉर मायर यांच्या पद्धतींचा मोठ्या प्रमाणात उपयोग केला जातो. आधुनिक काळात मायर पद्धतीमध्ये सुधारणा करून तिची अचूकता ०·०२ पर्यंत वाढविली गेली आहे. पदार्थाच्या बाष्पीभवनाकरिता २,०००^° से. पर्यंतची तापमाने वापरण्यात आली आहेत. अर्थात या तापमानास पदार्थाच्या रेणूचे अपघटन (घटक द्रव्ये अलग होण्याची क्रिया) होत नाही हे पहावे लागते.

ध्वनी वेग पद्धत : काही शुद्ध द्रवांच्या बाबतीत त्यांतील ध्वनीच्या वेगाचे मापन करून त्यांचे रेणुभार मूल्य मिळविता येते. एखाद्या तापमानाला असणारा अशा द्रवातील ध्वनीचा वेग (R) हा त्या द्रवाच्या रेणुभारावर (M), त्या तापमानाला असणाऱ्या त्या द्रव्याच्या घनतेवर (d) व हवेतील ध्वनीच्या वेगावर (r) अवलंबून असतो. या राशींना जोडणारे सूत्र खालीलप्रमाणे आहे.

वायू अभिस्पंदन : पदार्थ जर वायुरूप असेल, तर विभाजक भित्तीमध्ये ठेवलेल्या छिद्रातून त्याच्या बाहेर पडण्याच्या म्हणजे अभिस्पंदनाच्या वेगावरून त्याच्या रेणुभाराचे मापन करता येते. याकरिता एक ठराविक दाब व तापमानाचा वायू एका पात्रात साठविलेला असतो. पात्राच्या एका बाजूच्या भित्तीत एक छिद्र असते. भित्तीच्या दोन्ही बाजूंस असलेल्या वायुदाबांतील फरकामुळे छिद्रावाटे वायूचे संचारण सुरू होते. प्रती सेकंदामध्ये छिद्राच्या दुसऱ्या बाजूस येणाऱ्या वायूचे घनफळ या स्वरूपात वायूचा संचारण वेग मोजला जातो. ज्ञात व अज्ञात रेणुभारांच्या पदार्थाच्या अभिस्यंदन वेगाचे मापन करून त्यांच्या रेणुभारांचे गुणोत्तर सामान्यपणे मिळविले जाते. याकरिता उपयुक्त सूत्र खालीलप्रमाणे आहे.

येथे u₂ = पदार्थाचा अभिस्पंदन वेग, u₁ = मानक (प्रमाणभूत) वायुरूप पदार्थांचा वेग, M₂ = पदार्थाचा रेणुभार, M₁ = मानक वायुरूप पदार्थाचा रेणुभार.

मोठ्या आकारमानाच्या रेणूकरिता खालील पद्धती उपयुक्त ठरतात. कार्बनी बहुवारिक पदार्थाच्या रेणुभाराचे मापन करण्यामध्ये अनेक अडचणी येतात. अशा पदार्थाचा विद्राव करणे एकतर अवघड असते आणि तसे करणे शक्य झाले, तर त्यामध्ये विक्रिया होऊन पदार्थाच्या रेणूचे अनेक वेळा अवक्रमण (कार्बन अणूची संख्या कमी असलेल्या रेणूत रूपांतर) होते. अशा पदार्थाच्या रेणुभाराचे मूल्य हे मापन करण्याकरिता वापरलेल्या पद्धतीवर काही प्रमाणात अवलंबून राहते, असे आढळते. रेणुभार नमूद करताना तो मोजण्याकरिता वापरलेल्या पद्धतीचे निर्देशन करणे या परिणामामुळे आवश्यक ठरते.

मिश्रणाचे रेणुभार मोजताना मिळणारा सरासरी रेणुभार हा मोजण्याकरिता वापरलेल्या पद्धतीवर अवलंबून असू शकतो. उदा., बहुतेक बहुवारिकांच्या नमुन्यांत विभिन्न रेणुभार असलेले पदार्थ असतात आणि त्यामुळे बहुवारिक नमुन्याच्या बाबतीत एकच रेणुभार सांगता येत नाही. याऐवजी खालील सूत्रानुसार निरनिराळे रेणुभार सरासरी मांडण्यात येतात.

यात Ni ही Mi रेणुभार असलेल्या रेणूंची संख्या आहे. k = 1 असल्यास सूत्रावरून सरासरी रेणुभार मिळतो. k = 2 असल्यास भारित सरासरी रेणुभार मिळतो.

इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकी : मोठ्या आकारमानाच्या रेणूचे आकारमान ⇨इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने प्रत्यक्ष मोजून त्याच्या घनतेवरून त्याचा रेणुभार काढता येतो.

श्यानता मापन : काही विशिष्ट भौतिकीय परिस्थितींमध्ये द्रवरूप पदार्थाची श्यानता (दाटपणा) व त्याचा रेणुभार यांमध्ये परस्परसंबंध प्रस्थापित करणाऱ्या सूत्राचा वापर करता येतो. या पद्धतीने मापन सहजपणे करता येत असल्याने आणि तीत वापरण्यात येणारी साधने साधी असल्याने बहुवारिक विज्ञानामध्ये या पद्धतीचा उपयोग मोठ्या प्रमाणात केला जातो पण तीवरून मिळणारी मूल्ये विशेष अचूक नसतात. बहुवारिक पदार्थ वितळलेल्या अवस्थेत श्यान (मंद प्रवाही) गुणधर्म दाखवितात.

अतिकेंद्रोत्सारण : प्रबल गुरुत्वाकर्षणीय क्षेत्रांमध्ये विद्रावातील मोठ्या रेणूचे जे अवसादन (विद्रावातील घन पदार्थ अलग होण्याची क्रिया) होते, तीयोगे असा रेणूंचा रेणुभार निर्धारित करता येतो. केंद्रोत्सारक उपकरण [⟶ केंद्रोत्सारण ] उच्च वेगाने फिरत असता विद्रुताच्या स्वरूपात असणाऱ्या पदार्थाच्या रेणूंचे जे अरीय (त्रिज्यीय) वितरण मिळते, त्यापासून त्याचा रेणुभार काढता येतो. विरघळविता येण्याजोगत्या पदार्थांकरिता ही पद्धत उपयुक्त ठरते. जर पदार्थाची घनता विद्रावकाच्या घनतेपेक्षा जास्त असेल, तर केंद्रापासून दूर जाण्याकडे त्याची प्रवृत्ती असते. या पद्धतीने रेणुभार निश्चित करण्याच्या गणितीय मीमांसेमध्ये विसरण (रेणू एकमेकांत मिसळणे) परिणामाचा विचार करावा लागत असल्यामुळे तिचे स्वरूप साधे रहात नाही.

एका साध्या गुरुत्वपात्रामध्ये पदार्थाचा विद्राव ठेवला, तर अवसादन परिणामामुळे त्यामध्ये उदग्र दिशेत त्याच्या संहतीत नियमित बदल होताना आढळतात. निरनिराळ्या उंचींवर मिळणाऱ्या संहतींचे मापन केले, तर त्यापासून मोठ्या रेणूचा रेणुभार काढता येतो. या पद्धतीने १० डाल्टनपेक्षाही मोठ्या रेणूचे रेणुभार काढण्यात आलेले आहेत.

प्रकाश प्रकीर्णन पद्धत : या पद्धतीत पदार्थ योग्य विद्रावकामध्ये विरघळविला जातो. विद्रुतावस्थेमुळे त्यावर टाकलेल्या प्रकाशाचे प्रकीर्णन (इतस्ततः विखुरण्याची क्रिया) होते. कोणत्याही एका दिशेत प्रकीर्णित प्रकाशाची तीव्रता विद्रावातील विरघळलेल्या रेणूच्या द्रव्यमानावर अवलंबून असते. या पद्धतीमध्ये मिळालेल्या प्रदत्तावरून (माहितीवरून) रेणूच्या आकारमानविषयी पण अंदाज करता येतो. निरनिराळ्या दिशांत मिळणाऱ्या प्रकीर्णित प्रकाशाचे मापन करून रेणुभार मिळविता येतो. ही पद्धत १,००० ते १०,००० डाल्टन रेणुभार असणाऱ्या रेणूंकरिता उपयुक्त असते. या पद्धतीने विद्रावातील बहुवारिक पदार्थाचे भारित सरासरी रेणुभार मिळविण्यात आलेले आहे.

एकरेणवीय पृष्ठपटल : अशा पटलाकरिता FA = nRT हे सूत्र यथार्थ ठरते. यामध्ये F = पृष्ठदाब, A = पटल क्षेत्रफळ, T = तापमान (^०के.), R = ग्रॅम रेणुभाराकरिता वायू स्थिरांक, n = पटलामधील ग्रॅम-रेणुसंख्या पृष्ठपटल प्रत्यक्षामध्ये आयताकृती तारेच्या चौकटीमध्ये साकार केले जाते. या चौकटीच्या एका बाजूची तार हालविता येते व अशा प्रकारे पटल क्षेत्रफळाचे मूल्य बदलता येते. मापनामध्ये पृष्ठदाब व पटल क्षेत्रफळ यांच्यातील बदल पटल तराजूच्या साहाय्याने मोजून आणि FA व F यांचा आलेख काढून त्याचे F = 0 ला बहिर्वेशन [⟶ अंतर्वेशन व बहिर्वेशन] करून nRT चे मूल्य मिळविले जाते. पटलाचे वजन व त्यामधील ग्रॅम रेणूसंख्या अशा रीतीने मिळवून त्यापासून रेणुभार काढला जातो.

वर्णलेखन पद्धती : मिश्रणांच्या बाबतीत रेणुभार व रेणुभार वितरण काढण्यासाठी जेल पारगमन वर्णलेखनाचा [⟶ वर्णलेखन] उपयोग करण्यात येतो. याकरिता काचेच्या स्तंभात दृढ सच्छिद्र जेल कण भरलेले असतात आणि नमुन्याच्या विद्रावाचे जेलच्या स्तंभातून योग्य विद्रावकांच्या साहाय्याने धावन करण्यात येते. अनेक बहुवारिकांकरिता हे तंत्र  चांगल्या प्रकारे वापरता आलेले आहे. इतर पद्धतींच्या मानाने वेग व सापेक्षतः लहान नमुने लागणे हे या पद्धतीचे महत्त्वाचे वर्णलेखन पद्धत [⟶ वर्णलेखन] वापरण्यात येते.

संदर्भ : Bonnar, R. U. Dimbat, M. Stross, F. H. Number Average Molecular Weights, New York, 1962.

           2. Durrant, P. J. General and Inorganic Chemistry, London, 1964.

  3. Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, London, 1966.

  4. Sienko, M. J. Plane, R. A. Chemistry, New York, 1976.

चिपळोणकर, व. त्रिं.

“