శాస్త్ర విజ్ఞానము ఇప్పుడు మిగతా భారతీయ భాషల్లో కూడా... ఇక్కడ నొక్కి చూడండి. For Science in other Indian Languages. Please Click here.

అణువిన్యాసం - వర్గాల సిద్ధాంతం

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Friday, September 19, 2014 0 comments



అధ్యాయం  7
అణువిన్యాసం

వర్గాల సిద్ధాంతం

ప్రాతిపదికలు (radicals)  మూలాంశాలుగా కర్బన రసాయన అణువులు నిర్మితమవుతాయి అన్న భావన బెర్జీలియస్ కి చాలా అర్థవంతంగా కనిపించింది. అకర్బన అణువులు ఎలాగైతే ప్రత్యేక అణువుల చేత నిర్మితమవుతాయో, కర్బన అణువులు ఈ ప్రాతిపదికల చేత నిర్మితమవుతాయి అని భావించాడు. ఎలాగైతే పరమాణువులు అవిభాజ్యంగా, సమగ్రంగా ఉంటాయో, అదే విధంగా ప్రాతిపదికలు కూడా అవిభాజ్యమై సమగ్రంగా ఉంటాయని అనుకున్నాడు.

అకర్బన అణువులో గాని, కర్బన అణువులో గాని వివిధ పరమాణువులని కలిపి వుంచే శక్తి విద్యుత్ శక్తి అని బెర్జీలియస్ భావించాడు. (ఆ భావనే తదనంతరం నిజం అయ్యింది). అలాంటప్పుడు ప్రతీ అణువు లోను కొన్ని ధనావేశాలు, కొన్ని ఋణావేశాలు ఉండి తీరాలి.  ఎందుకంటే భిన్న ఆవేశాల మధ్యనే ఆకర్షణ ఉంటుంది.

సరళమైన అకర్బన రసాయనాల విషయంలో (ఉదాహరణకి సోడియమ్ క్లోరైడ్) ఈ ధన, ఋణ అనే భావన వాస్తవాలతో చక్కగా సరిపోతోంది. ఈ సూత్రాన్ని కర్బన రసాయనాలకి వర్తింపజేయటం కోసం ప్రాతిపదికలలో ఉన్నవి కేవలం హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ పరమాణువులు మాత్రమే నని అనుకున్నాడు. అందులో కార్బన్ కి ఋణావేశం ఉంటే, హైడ్రోజన్ కి ధనావేశం ఉంటుంది. ఆ విధంగా ఆలోచిస్తూ బింజాయిల్ ప్రాతిపదికలో (C7H5O) ఆక్సిజన్ ఉండదని అనుకున్నాడు. అలా పొరబడటం వల్ల ఆ ప్రాతిపదిక మీద చేసిన అధ్యయనాలలో దోషాలు తలెత్తాయి. బెర్జీలియస్ మరో విషయాన్ని కూడా ఊహించాడు. ఒక ధనాంశం స్థానంలో ఓ ఋణాంశాన్ని ప్రవేశపెట్టడం సాధ్యం కాదని అనుకున్నాడు. ఎందుకంటే అలా చేస్తే ఆ రసాయనం యొక్క లక్షణాలలో సమూలమైన మార్పులు వస్తాయి.
కాని ఈ ఆఖరు భావనలో అతడు పొరబడ్డట్టు త్వరలోనే తెలిసింది. ద్యుమా ఎప్పుడూ బెర్జీలియస్ నే గట్టిగా సమర్ధించేవాడు. కాని ద్యుమా శిష్యులలో ఒకడైన అగస్త్ లొరోన్ (1807-1853) అన్నవాడు 1836 ఈథైల్  ఆల్కహాల్ (ethyl alcohol)  అణువులో హైడ్రోజన్ లకి బదులు క్లోరిన్ పరమాణువులని ప్రతిక్షేపించి చూపించాడు. ఆ ప్రయోగం బెర్జీలియస్ భావాలకి గొడ్డలి పెట్టు అయ్యింది. ఎందుకంటే క్లోరిన్ కి ఋణావేశం వుందని, హైడ్రోజన్ కి ధనావేశం ఉందని తెలిసిన విషయమే. కాని ఒక దాని స్థానంలో మరొక దాన్ని ప్రతిక్షేపించినా సమ్మేళనం యొక్క లక్షణాలలో పెద్దగా మార్పు రాలేదు.

పైగా ఈ క్రోరినీకృత సమ్మేళనంలో క్లోరిన్ నేరుగా కార్బన్ కి అతుక్కోవాలి. కాని రెండిటికీ వున్నది ఋణావేశమే అయితే అది ఎలా సాధ్యం? ఋణావేశాలు ఒక దాన్నొకటి వికర్షించుకోవాలిగా? (అంతెందుకు?   అసలు క్లోరిన్ అణువులో రెండు క్లోరిన్ పరమాణువులు ఎలా కలిసి వుంటాయి? మరో శతాబ్ద కాలం దాకా ఈ సమస్యకి సమాధానం దొరకలేదు.)

వయసు పైబడ్డ బెర్జీలియస్ కి చాదస్తం కూడా కాస్త హెచ్చు కావడంతో తన భావాలలోని దోషాలని సులభంగా ఒప్పుకోలేక పోయాడు. లొరోన్ ప్రచురించిన నివేదిక గురించి వినగానే దాని మీద దుమ్మెత్తి పోశాడు. 1839 లో ద్యుమా స్వయంగా అసెటిక్ ఆసిడ్లోని మూడు హైడ్రోజన్ స్థానాలలో క్లోరిన్ లని ప్రతిక్షేపించాడు. కాని పెద్దాయన బెర్జీలియస్ కి ఎదురు చెప్పలేక తన సొంత ఆవిష్కరణలని పక్కబెట్టడమే కాకుండా, లొరోన్ కనుక్కున్న సత్యాలని త్ర్రోసిపుచ్చాడు.

బెర్జీలియస్

ఈ వ్యతిరేకత చూసిన లొరోన్ మాత్రం చెక్కుచెదరలేదు. బెర్జీలియస్ మొండిగా నమ్మినట్టుగా ప్రాతిపదికలు (radicals)  అవిభాజ్యమైనవి కావని నిరూపించడానికి మరిన్ని ఆధారాలు సేకరిస్తూ పోయాడు. అంతేకాక ధన, ఋణావేశాల విషయంలో బెర్జీలియస్ నమ్మకాలు తప్పని లొరోన్ కి అనిపించింది. లొరోన్ ప్రదర్శించిన ఈ ధిక్కారాన్ని బెర్జీలియస్ సహించలేకపోయాడు. ప్రముఖ ప్రయోగశాలల్లో లొరోన్ కి ప్రవేశం దక్కకుండా చేశాడు.  తన భావాలకి విరుద్ధంగా ఆధారాలు పోగవుతున్నా కేవలం రంగంలో పెద్ద వాడు కనుక బతికినంత కాలం ఈ విషయంలో మాత్రం బెర్జీలియస్  మాటే చెల్లుతూ వచ్చింది. కాని 1848  లో బెర్జీలియస్ మరణంతో పాటు అతడి సిద్ధాంతం కూడా భూస్థాపితం అయిపోయింది. అదే సమయంలో లొరోన్ సిద్ధాంతం కొత్త ఊపిరి పోసుకుంది.

(ఇంకా వుంది)

ప్రాతిపదికలు వేళ్లు అయితే, అణువు వృక్షం

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Tuesday, September 16, 2014 0 comments



1810 లో, (ఆ తరువాత కూడా) గే-లుసాక్, తెనార్ లు కలిసి హైడ్రోజన్ సయనైడ్ (HCN) మీద పని చేస్తూ అదొక ఆసిడ్ అని, అంతేకాక అందులో ఆక్సిజన్ లేదని నిరూపించారు. (ఇటువంటి సత్యాన్నే డేవీ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆసిడ్ విషయంలో నిరూపించాడు. ఆ విధంగా ఆసిడ్లు అన్నిటిలోను ఆక్సిజన్ ఉంటుందని లెవోషియే చాటిన నమ్మకం వమ్మయ్యింది.) ఈ ఆసిడ్ గురించి గే-లుసాక్, తెనార్ లు మరో విషయం కూడా కనుక్కున్నారు. హైడ్రోజన్ సయనైడ్ లో వుండే CN  సముదాయాన్ని (దీన్నే సయనైడ్ సముదాయం (cyanide group) అంటారు)  ఒక సమ్మేళనం నుండి మరో సమ్మేళనానికి యథాతథంగా, కార్బన్ కి నైట్రోజన్ కి మధ్య ఉండే బంధాలని తెంచకుండా, మార్చవచ్చని కనుక్కున్నారు. నిజానికి ఈ CN  సముదయం ఒక అఖిలరాశిగా ప్రవర్తిస్తోందని, ఏకైక క్లోరిన్ పరమాణువు లాగానో, బ్రోమిన్ పరమాణువు లాగానో ప్రవర్తిస్తోందని తెలుసుకున్నారు. అందుకే సోడియమ్ సయనైడ్ కి (NaCN), సోడియమ్ క్లోరైడ్ (NaCl)  కి, అలాగే సోడియమ్ బ్రోమైడ్ (NaBr) కి మధ్య కొన్ని సామాన్య లక్షణాలు * ఉన్నాయని తెలిసింది.

(* “కొన్ని సామాన్య లక్షణాలు” అంటే కొన్ని మాత్రమే, అన్నీ ఒకేలా ఉన్నాయని మాత్రం ససేమిరా కాదు. ఉదాహరణకి సోడియమ్ క్లోరైడ్ జీవితానికి ప్రధానమైన రసాయనం. సోడియమ్ బ్రోమైడ్ కి కాస్తంత విష ప్రభావం ఉంటుంది. సోడియమ్ సయనైడ్ మహోగ్ర వేగంతో పని చేసే విషపదార్థం.)

ఆ విధంగా సమగ్రరాశిలా ప్రవర్తిస్తూ, ఒక అణువు నుండి మరో అణువుకి యథాతథంగా మారగలిగే పరమాణు సముదాయాలని ప్రాతిపదిక (radical)  అంటారు. ఈ radical  అన్న పథం లాటిన్ లో “వేరు” (root) అన్న అర్థం గల పదం నుండి వచ్చింది. పరమాణువులు ఎప్పుడూ కొన్ని ప్రత్యేక సముదాయాలుగా ఏర్పడతాయని, ఎంత సంక్లిష్టమైన అణువైనా అందులో కొన్ని ప్రత్యేక పరమాణు సముదాయాల చేతనే నిర్మించబడి వుంటుందని ఊహించుకోడానికి వీలయ్యింది. Radical  లు అనే వేళ్ల లోంచి అణువు అనే వృక్షం పుట్టుకొచ్చిందని అనుకోసాగారు.

అయితే  CN  సముదాయం చాలా సరళమైన సముదాయం. కాని అంతకన్నా చాలా సంక్లిష్టమైన మరో తార్కాణాన్ని వోలర్, లీబిగ్ లు కలిసి ఛేదించారు. బెంజాయిల్  సముదాయాన్ని ఒక అణువు నుండి మరో అణువుకి సమగ్రంగా మార్చవచ్చని తెలుసుకున్నారు. బెంజాయిల్ సముదాయం యొక్క ప్రయోగవేద్య సూత్రం C7H5O అని ఇప్పుడు మనకి తెలుసు.

ఈ పరిశోధనల చరిత్ర బట్టి మనకి ఒక విషయం అర్థమవుతుంది. బృహత్ అణువుల నిర్మాణ రహస్యం అర్థం కావాలంటే వాటిలో వుండే కొన్ని ప్రత్యేక పరమాణు సమూహాలు, అంటే ఈ ప్రాతిపదికల,  నిర్మాణ రహస్యాలు తెలియాలి. అవి తెలిస్తే మరింత సంక్లిష్టమైన అణువులని నిర్మించే రహస్యాలు పట్టుబడతాయి అని ఊహించసాగారు. రసాయన శాస్త్ర సమాజాలలో ఓ కొత్త ఆశాభావం చిగురించింది.

(ఇంకా వుంది)

సరూపకాలలో పరమాణు విన్యాసం

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Wednesday, September 10, 2014 0 comments



1824 లో లీబిగ్ fulminates  (ఫల్మినేట్లు) అనే ప్రత్యేక కుటుంబానికి చెందిన సమ్మేళనాలని అధ్యయనం చేస్తున్నాడు. అదే సమయంలో వోలర్ cyanates (సయనేట్లు)  అనబడే మరో కుటుంబానికి చెందిన సమ్మేళనాలని శోధిస్తున్నాడు. (ఈ వోలర్ తదనంతరం లీబిగ్ కి మంచి స్నేహితుడు అవుతాడు.) ఇద్దరూ తమ పరిశోధనా ఫలితాలని గే-లుసాక్ సంపాదకీయం వహించిన ఒక పత్రికకి పంపించారు.

ఈ రెండు కుటుంబాలకి చెందిన సమ్మేళలనాల ప్రయోగవేద్య సూత్రాలు ఒక్కలాగే ఉండడం గే-లుసాక్ గమనించాడు. కాని చిత్రం ఏంటంటే వాటి రసాయన లక్షణాలు మాత్రం పూర్తిగా భిన్నంగా వున్నాయి. (ఉదాహరణకి సిల్వర్ ఫల్మినేట్ లోను, సిల్వర్ సయనేట్ లోను ఒక సిల్వర్, ఒక కార్బన్, ఒక నైట్రోజన్, ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువు వున్నాయి - AgCNO.)

గే-లుసాక్ తను గమనించిన విశేషాన్ని బెర్జీలియస్ కి విన్నవించాడు. బెర్జీలియస్ ఈ విషయాన్ని నమ్మలేకపోయాడు. తదనంతరం 1830  లో బెర్జీలియస్ స్వయంగా ఇలాంటిదే మరో ఫలితాన్ని మరి రెండు కర్బన రసాయనాల విషయంలో  గుర్తించాడు. రేసెమిక్ ఆసిడ్ (racemic acid), టార్టారిక్ ఆసిడ్ (tartaric acid) ల రసాయన లక్షణాలు బాగా వేరుగా వున్నా వాటి ప్రయోగ వేద్య సూత్రాలు ఒక్కటే (అది C4H6O6).

ఈ రెండు సమ్మేళనాలలోను మూలకాలు ఒకే నిష్పత్తిలో ఉండటం వల్ల బెర్జీలియస్ వీటికి సరూపకాలు (isomers)  అని పేరు పెట్టాడు. ఆ సూచనని వైజ్ఞానిక సమాజం సమ్మతించింది. ఆ తరువాత కొన్ని దశాబ్దాలలో సరూపకతకి చెందిన మరిన్ని తార్కాణాలు దొరికాయి.

రెండు అణువులలో ఒకే రకం పరమాణువులు ఒకే సంఖ్యలో ఉన్నా కూడా ఆ అణువుల రసాయనిక లక్షణాలు వేరుగా వున్నప్పుడు, ఆ తేడా ఆ అణువులలో పరమాణువుల అమరిక వల్లనే వస్తోంది అన్న విషయం మాత్రం క్రమంగా స్పష్టమయ్యింది. కాస్త సరళమైన, సుపరిచితమైన అకర్బన సమ్మేళనాలకి చెందిన అణువులలో బహుశ కేవలం ఒకే విధమైన పరమాణు విన్యాసం సాధ్యం కావచ్చు. కనుక అలాంటి సమ్మేళనాలకి సరూపకాలు ఉండవు. అలాంటప్పుడు ప్రయోగవేద్య సూత్రం సరిపోతుంది. అందుచేత H2O కేవలం నీరు తప్ప మరొకటి కాలేదు.

కాని మరింత సంక్లిష్టమైన కర్బన సమ్మేళనాలలో పలు అణువిన్యాసాలకి అవకాశం వుంటుంది. అందుకే సరూపకాలు ఉంటాయి. సయనేట్లు, ఫల్మినేట్ల విషయంలో ఆ పలు విన్యాసాలని కనుక్కోవడం పెద్ద కష్టం కాలేదు. ఎందుకంటే ఆ అణువులలోని పరమాణువుల సంఖ్య చిన్నదే. సిల్వర్ సయనేట్ సూత్రం AgOCN  అయితే, సిల్వర్ ఫల్మినేట్ సూత్రం  AgNCO.

ఈ అణువులలో ఉన్నవి నాలుగే పరమాణువులు. పరమాణువుల సంఖ్య పెరుగుతున్న కొద్ది వివిధ విన్యాసాల సంఖ్య కూడా పెరుగుతుంది. అప్పుడు ఏ విన్యాసం ఏ సమ్మేళనంతో సరిపోతుందో తేల్చుకోవటం కష్టం అవుతుంది. రాసెమిక్ ఆసిడ్, టార్టారిక్ ఆసిడ్ల విషయంలో కూడా, వాటిలో పదహారు పరమాణువులు ఉంటాయి కనుక, పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు తొలి సగభాగంలో ఆ సమస్యని భేదించడం దుస్సాధ్యం అయ్యింది. ఇంకా పెద్ద అణువుల విషయంలో అయితే సమస్యని ఛేదించడం ఇంచుమించు అసంభవం అనిపించింది.

అణువిన్యాసాలకి సంబంధించిన సమస్యని గుర్తించిన తొలి దశల్లో  అసలీ సమస్యని ఛేదించడం అసంభవం అన్నంత కఠినంగా తోచింది. కాని త్వరలోనే సమస్యని సరళీకరించే మార్గం ఒకటి కనిపించింది.
(ఇంకా వుంది)

సరూపకాలు (isomers) – ప్రాతిపదికలు (radicals)

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Saturday, September 6, 2014 1 comments

సరూపకాలు (isomers)  – ప్రాతిపదికలు (radicals)

పద్దెనిమిదవ శతాబ్దంలో జరిగిన రసాయన శాస్త్ర పురోగతి కారణంగా ఎన్నో సరళమైన అకర్బన రసాయన సమ్మేళనాల లక్షణాలని పరమాణు పరంగా వివరించడానికి సాధ్యమయ్యింది. ప్రతీ అణువులోను ఏఏ పరమాణువులు, ఎన్నెన్ని ఉన్నాయో తెలిస్తే చాలు అన్నట్టు అయ్యింది. ఆక్సిజన్ అణువును O2  అని, హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ ని HCl  అని, అమోనియాని NH౩  అని, సోడియమ్ సల్ఫేట్ ని Na2S04 ఇలా వ్యక్తం చెయ్యడానికి వీలయ్యింది.

ఆ విధంగా ఒక అణువులో ఏఏ రకాల, ఎన్నెన్ని పరమాణువులు ఉంటాయో తెలిపే ఈ సూత్రాలని ‘ప్రయోగవేద్య సూత్రాలు’ (empirical formulas) అంటారు. (empirical  అంటే ప్రయోగం చేత తెలుసుకోదగ్గది అని అర్థం). పందొమ్మిదవ శాతాబ్దపు తొలి దశాబ్దాలలో ప్రతి సమ్మేళనానికి ప్రత్యేకమైన, విలక్షణమైన ప్రయోగ వేద్య సూత్రం ఉంటుందని, ఏ రెండు సమ్మేళనాలకి ఒకే ప్రయోగవేద్య సూత్రం ఉండదని అనుకోవడం ఎంతో సహజంగా అనిపించింది.

పెద్ద పెద్ద అణువులు గల కర్బన రసాయనాల విషయంలో మొదటి నుంచి పెద్ద చిక్కే ఏర్పడింది. మార్ఫిన్ (morphine) (ప్రోటీన్ల తో పోల్చితే ఇది చాలా సరళమైన కర్బన రసాయనం) యొక్క ప్రయోగవేద్య సూత్రం C17H19NO3. పందిమ్మిదవ శతాబ్దపు తొలి దశల్లో లభ్యమైన పద్ధతుల సహాయంతో మార్ఫిన్ సూత్రం  ఈ రెండిట్లో ఏది? C17H19NO3 లేక C16H20NO3  - అన్నది తేల్చుకోవడం చాలా కష్టమై ఉండేది. ఇంచుమించు అసంభవమై ఉండేది. అలాగే మార్ఫిన్ కన్నా మరింత సరళమైన ప్రయోగవేద్య సూత్రం గల ఎసెటిక్ ఆసిడ్ (acetic acid) ప్రయోగవేద్య సూత్రం  C2H4O2. పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు తొలి సగభాగంలో ఈ సమ్మేళనం విషయంలో పెద్ద వివాదం తలెత్తింది. అందుచేత కర్బన రసాయనాల అణువిన్యాసాల విషయంలో ఎన్ని ఇబ్బందులు ఎదురవుతున్నా ప్రయోగవేద్య సూత్రాలతో ప్రారంభించడం కాకుండా మరో దారి కనిపించలేదు.

1780  లలో లెవోషియే కర్బన సమ్మేళనాలలో కార్బన్, హైడ్రోజన్ యొక్క పాళ్లు తెలుసుకోవటం కోసం  ఆ సమ్మేళనాలని మండించి అలా పుట్టిన కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ని, నీటిని కొలిచేవాడు. అతడి ఫలితాలలో నిర్దుష్టత కొరవడింది. పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు తొలి దశల్లో  పై ఫలితానికి  మెరుగులు దిద్దిబడ్డాయి. ఆ మెరుగులు దిద్దినవారు ఫ్రాన్స్ కి చెందిన గే-లుసాక్ (కలిసే ఘనపరిమాణాల నియమాన్ని కనుక్కున్న వాడు) మరియు అతడి సహోద్యోగి లూయీ జాక్ తెనార్ (1777-1857)  లు. శోధించ గోరిన కర్బన రసాయనాన్ని వాళ్లు పొటాషియమ్ క్లోరేట్ వంటి ఆక్సీకరణ పదార్థంతో కలిపారు. ఆ మిశ్రమాన్ని వేడి చేయగా ఆక్సిజన్ పుట్టింది. కర్బన రసాయనంతో ఆక్సిజన్ బాగా కలియడంతో శ్రీఘ్రమైన, సంపూర్ణమైన జ్వలనం సంభవించింది. అలా జ్వలనం నుండి పుట్టిన కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ని, నీటిని సేకరించి, కొలవటం ద్వార మూల రసాయనంలో హైడ్రోజన్, కార్బన్ ల సాపేక్ష పాళ్లు ఎంతో గే-లుసాక్, తెనార్ లు తెలుసుకోగలిగారు. ఇప్పుడు డాల్టన్ సిద్ధాంతం కూడా ఉండనే వుంది కనుక ఆ పాళ్లని పరమాణు పరంగా కూడా వ్యక్తం చెయ్యటానికి వీలయ్యింది.

ఎన్నో కర్బన రసాయనాలలో కార్బన్, హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ లు మాత్రమే ఉంటాయి. కార్బన్, హైడ్రోజన్ లని ముందుగా అంచనా వేస్తే, ఇక మిగిలింది ఆక్సిజనే నని అనుకుంటే ఆ విలువల బట్టి ప్రయోగవేద్య సూత్రాన్ని సులభంగా కనుక్కోవచ్చు. ఆ విధంగా 1811  కల్లా గే-లుసాక్ కొన్ని సరళమైన చక్కెర అణువుల ప్రయోగవేద్య సూత్రాలని అంచనా వేశాడు.

ఈ పద్ధతికి జర్మన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జస్టస్ ఫాన్ లీబిగ్ (1807-1873) మరింత మెరుగులు దిద్దాడు.  1831  కన్నా ఈ లీబిగ్ ఎన్నో కర్బన సమ్మేళనాల  ప్రయోగవేద్య సూత్రాలని ఎంతో కచ్చితంగా అంచనా వేశాడు. 1833  లో జాన్ బాప్టిస్ట్ ఆంద్రే ద్యుమా (1800-1884) అనే ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త పై పద్ధతిని కాస్త సవరించాడు. ఈ కొత్త పద్ధతి సహాయంతో జ్వలనం నుండి పుట్టిన నైట్రోజన్ ని కూడా సేకరించి కొలవటానికి వీలయ్యింది. ఈ విధంగా కర్బన రసాయనాలలో నైట్రోజన్ పాలుని కూడా కొలవటానికి వీలయ్యింది.

పైన చెప్పుకున్న పరిశోధనలన్నీ ‘కర్బన విశ్లేషణ’ లో తొలిమెట్లు అయ్యాయి. అలాంటి తొలి ప్రయత్నాలు చేసిన పురోగాముల కృషి ఫలితంగా ప్రయోగవేద్య సూత్రం అంత ముఖ్యం కాదన్న ఓ అమూల్యమైన సత్యం బట్టబయలు అయ్యింది. ఆ విజయం ఇలా సంభవించింది.

(ఇంకా వుంది)

జీవ పదార్థాన్ని నిర్వచించిన కేకులే

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Thursday, September 4, 2014 3 comments

ఈ రకమైన సంయోజనా ప్రయత్నాల వల్ల ఒక విషయం అర్థమయ్యింది. జీవ పదార్థపు ఉత్పత్తులని కృత్రిమంగా ప్రయోగశాలలో సృష్టించడంతో రసాయన శాస్త్రవేత్త పని అయిపోలేదు. కర్బన రసాయనాలని పోలిన లక్షణాలు కలిగినా, జీవ పదార్థంలోని లేని సమ్మేళనాలని కూడా సంయోజించడానికి వీలవుతుందని అర్థమయ్యింది. పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు రెండవ అర్థభాగంలో ఈ పద్ధతిలో కర్బన రసాయనాలని కృత్రిమంగా సంయోజించే ప్రయత్నం  మహత్తర స్థాయిలో జరిగింది.

మూలాలు జీవపదార్థంలో వున్నాయా లేదా అన్న ప్రవేశార్హతను బట్టి సమ్మేళనాలని కర్బనం, అకర్బనం అని వర్గీకరించే పద్ధతి పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు నడిమి కాలానికల్లా నిరర్థకం అని తెలిసింది. ఏ జీవ శరీరంలోను దొరకని కొత్త కర్బన రసాయనాలని సృజించడానికి వీలయ్యింది. అయినా కూడా అలాంటి విభజన పూర్తిగా నిరుపయోగంగా తోచలేదు. ఎందుకంటే ఈ రెండు వర్గాల సమ్మేళనాల మధ్య కొన్ని ముఖ్యమైన తేడాలు వున్నాయి. ఆ తేడాలు ఎంత ముఖ్యమైనవి అంటే ఒక కర్బన రసాయన శాస్త్రవేత్త వాడే రసాయన విధానాలకి ఒక అకర్బన రసాయన శాస్త్రవేత్త వాడే రసాయన విధానాలకి మధ్య ఎంతో తేడా వుంది.

పోగా పోగా ఈ రెండు రసాయన వర్గాలకి మధ్య రసాయనిక విన్యాసంలోనే ఎంతో తేడా వుందని అర్థమయ్యింది. రెండిట్లో ఉండే అణువులు వేరనిపించింది. పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు రసాయన శాస్త్రవేత్తలు వ్యవహరించిన అకర్బన రసాయనాలలో అధిక శాతం చిన్న అణువులే ఉండేవి. అణువుకి రెండు నుండి ఎనిమిది పరమాణువులకి మించి వుండేవి కావు. డజనుకి పైగా పరమాణువులు వుండి అంతో ఇంతో ప్రాముఖ్యత గల అకర్బన రసాయనాలు బహు తక్కువ.

కాని కర్బన రసాయనాలలో అతి సామాన్యమైన వాటిలో కూడా డజనుకి పైగా పరమాణువులు ఉంటాయి. ఇక పిండి పదార్థం, ప్రోటీన్లు మొదలైన రసాయనాల విషయంలో అయితే, వాటిలో వుండే బృహత్తర అణువులలో వేల, లక్షల సంఖ్యలో పరమాణువులు ఉంటాయి.

అందుచేతనే ఎంతో సంక్లిష్టమైన కర్బన రసాయనాలని అతి సులభంగా, పూర్వ స్థితికి మరల్చలేని విధంగా బద్దలు కొట్టొచ్చు. కొద్దిగా వెచ్చజేయడం లాంటి అతి సున్నితమైన విఘాతకారక ప్రభావాలకే అవి ఛిన్నాభిన్నం అయిపోతాయి.
అందుకు విరుద్ధంగా అతి కఠినమైన పరిస్థితులని కూడా అకర్బన రసాయనాలు తట్టుకోగలుగుతాయి.

క్రమంగా కర్బన రసాయనాల విషయంలో మరో సత్యం తేటతెల్లం కాసాగింది. ప్రతి కర్బన రసాయనంలోను మినహాయింపు లేకుండా ఒకటి, లేక అనేక కార్బన్ పరమాణువులు ఉన్నట్టు తెలిసింది. ఇంచుమించు అన్నిట్లోను కార్బన్ తో పాటు హైడ్రోజన్ కూడా వుంటుంది. కార్బన్, హైడ్రోజన్ మూలకాలు జ్వలనీయాలు కనుక అవి ముఖ్యాంశాలుగా గల కర్బన రసాయనాలు కూడా మండే లక్షణం కలిగి ఉండడంలో ఆశ్చర్యం లేదు.


ఇలా ఉండగా ఫ్రెడెరిక్ ఆగస్ట్ కేకులే ఫాన్ స్ట్రాడోనిట్జ్ (ఇతణ్ణి సామాన్యంగా కేకులే అని పిలుస్తారు) అనే  ఓ జర్మన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త ఓ సహేతుకమైన కార్యాన్ని చేపట్టాడు. 1861  లో ప్రచురించబడ్డ ఓ కర్బన రసాయన శాస్త్ర పాఠ్య  పుస్తకంలో ఇతడు కర్బన రసాయనాలని ‘కార్బన్ సమ్మేళనాలకి చెందిన రసాయన శాస్త్రం’ గా నిర్వచించాడు. దాన్ని బట్టి అకర్బన రసాయన శాస్త్రం అంటే కార్బన్ లేని సమ్మేళనాల శాస్త్రం అని అర్థమయ్యింది. ఈ నిర్వచనాన్ని అందరూ సమ్మతించారు. అయితే కొన్ని కర్బన సమ్మేళనాలు (ఉదాహరణకి కార్బన్ డయాక్సయిడ్, కాల్షియమ్ కార్బనేట్) సామాన్యమైన కర్బన  సమ్మేళనాల కన్నా సామాన్య అకర్బన సమ్మేళనాలని పోలి ఉండడం కనిపించింది. అలాంటి కర్బన సమ్మేళనాలని అకర్బన రసాయన శాస్త్ర పాఠ్యపుస్తకాలలోనే విపులంగా చర్చించడం జరుగుతుంది.

జీవలోకపు పునాది రాళ్లు

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Monday, September 1, 2014 0 comments


వోలర్, కోల్బ్, బెర్తెలో మొదలైన వారు సంయోజించిన కర్బన రసాయనాలు కాస్త సరళమైన పదార్థాలు. జీవలోకానికి ప్రత్యేకమైన మరింత సంక్లిష్టమైన పదార్థాలెన్నో వున్నాయి. పిండి పదార్థం (starch),  కొవ్వు (fat),  ప్రోటీన్లు మొదలైనవి అలాంటి రసాయనాలకి తార్కాణాలు. వాటిని శోధించడం మరింత కష్టం. వాటి మౌలిక అంశాల విశ్లేషణ మరింత జటిలం. అప్పుడప్పుడే అంకురిస్తున్న కర్బన రసాయన శాస్త్రానికి ఈ పదార్థాలు దుస్తరమైన సవాళ్లుగా దాపురించాయి.

అయితే ఈ సంక్లిష్టమైన కర్బన రసాయనాలని కూడా సజల ఆసిడ్ లతో గాని, సజల బేస్ లతో గాని కలిపి వేడి చేస్తే అవి మరింత సరళమైన ‘పునాది రాళ్లు’గా విడిపోతాయని ఆ రోజుల్లో తెలిసిన విషయమే. గాట్లీబ్ సిగిస్ముండ్ కిర్షాఫ్ (1764-1833) అనే రష్యన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త ఈ విషయంలో అగ్రగామి.  1812  లో ఇతడు పిండి పదార్థాన్ని (ఆసిడ్ తో కలిపి వేడి చేసి) దాన్ని ఒక ప్రత్యేక చక్కెరగా మార్చగలిగాడు.  ఆ చక్కెరకే తదనంతరం గ్లూకోస్ అని పేరు పెట్టారు.

1820  లో ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త హెన్రీ బ్రాకొనో కూడా ప్రోటీన్ జెలటిన్ ని అదే విధంగా సంస్కారం చేశాడు. అప్పుడు గ్లైసిన్ అనే సమ్మేళనం ఉత్పన్నం అయ్యింది. ఇది నైట్రోజన్ కలిగిన ఒక కర్బన రసాయన ఆసిడ్. ఈ రకమైన ఆసిడ్ల జాతికి తదనంతరం బెర్జీలియస్ ఉమ్మడిగా అమినో ఆసిడ్లు అని పేరు పెట్టాడు. ఇరవై వివిధ అమినో ఆసిడ్లలో ఈ గ్లైసన్ మొదటిది అని తరువాత తెలిసింది. పందొమ్మిదవ శతాబ్దంలో ఈ అమినో ఆసిడ్లు అన్నిటినీ  ప్రకృతి సహజంగా లభ్యమయ్యే ప్రోటీన్ల నుండి సంయోజించ గలిగారు.

పిండి పదార్థం లోను, ప్రోటీన్ల లో కూడా పెద్ద పెద్ద అణువులు ఉంటాయి. పిండి పదార్థంలో గ్లూకోస్ అంశాల పొడవాటి మాలికలు ఉంటాయి. అలాగే ప్రోటీన్లలో అమినో ఆసిడ్ల మాలికలు ఉంటాయి. ప్రయోగ శాలలో అలాంటి మాలికలని సంయోజించడంలో పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు రసాయన శాస్త్రవేత్తలు పెద్దగా పురోగమించలేకపోయారు. కాని కొవ్వు విషయంలో పరిస్థితి వేరేగా వుంది.

మిచెల్ యూజీన్ చెవెరూల్ (1786-1889) అనే ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త తన సుదీర్ఘమైన వృత్తి జీవనంలో అధిక భాగం కొవ్వు పదార్థాల పరిశోధనకే కేటాయించాడు. 1809  లో అతడు సబ్బుని (కొవ్వు పదార్థాన్ని ఆల్కలీతో వేడి చేసి సబ్బు తయారు చేస్తారు) ఆసిడ్ తో సంస్కారం చేసి మనం ఇప్పుడు ఫాటీ ఆసిడ్లని (fatty acids)  అని పిలిచే పదార్థాలని సంయోజించగలిగాడు. కొవ్వుని సబ్బుగా మార్చినప్పుడు అందులోంచి గ్లిసరాల్ తొలగించబడుతుందని కూడా తరువాత అతడు కనుక్కున్నాడు.

గ్లిసరాల్ కాస్త సరళమైన అణువే. అందులో మూడు స్థానాల వద్ద అదనపు పరమాణు బృందాలు అతుక్కోడానికి వీలు ఉంటుంది. 1840  ల కల్లా ఒక విషయం స్పష్టమయ్యింది. పిండి పదార్థం లోను, ప్రోటీన్ల లోను ఉండే మౌలిక అంశాలు అధిక సంఖ్యలో ఉండొచ్చుగాని, కొవ్వు పదార్థాలలో మాత్రం కేవలం నాలుగు అంటే నాలుగే అంశాలు – గ్లిసరాల్ మరియు మూడు ఫాటీ ఆసిడ్లు -  ఉంటాయని తెలుసుకున్నారు.

ఇక్కడే బెర్తెలొ రంగప్రవేశం చేశాడు. 1854  లో అతడు గ్లిసరాల్ ని స్టియరిక్ ఆసిడ్ తో సంస్కారం చేశాడు. ఈ ఆసిడ్ కొవ్వు పదార్థాలలో దొరికే ఓ సర్వసామాన్యమైన ఆసిడ్. అలా చెయ్యటం వల్ల ఒక గ్లిసరాల్ అంశం, మూడు స్టియరిక్ ఆసిడ్ అంశాలతో కలిసిన ఓ అణువు ఉత్పన్నం అయ్యింది. దాని పేరు ట్రై స్టియరిన్. సహజ కొవ్వు నుండి పుట్టే ట్రై స్టియరిన్ కి దీనికి తేడా లేదని తెలుసుకున్నారు. అప్పటి వరకు సంయోజించ పడ్డ సహజ  పదార్థాలు అన్నిట్లోకి ఇది అత్యంత సంక్లిష్టమైనది అని చెప్పుకోవచ్చు.

ఆ తరువాత బెర్తెలొ మరింత కఠినమైన కార్యాని తలపెట్టాడు. స్టియరిక్ ఆసిడ్ కి బదులుగా ఇతడు వేరే ఆసిడ్లని తీసుకున్నాడు. ఇవి సహజ కొవ్వు పదార్థాల నుండి తీసుకున్నవి కాకపోయినా అలాంటి ఆసిడ్లని పోలి వున్నాయి. ఈ కొత్త ఆసిడ్లని గ్లిసరాల్ తో కలిపి వేడి చేస్తే మామూలు కొవ్వు పదార్థాలని పోలిన పదార్థాలు ఉత్పన్నం అయ్యాయి. కాని ఇవి ప్రకృతిలో లభ్యమయ్యే కొవ్వు పదార్థాల లాగా లేవు.
(ఇంకా వుంది)

పారదోలబడ్డ ప్రాణవాదం

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Thursday, August 28, 2014 0 comments

ఈ కారణం చేతనే అకర్బన రసాయనాలు ప్రకృతిలో విరివిగా దొరుకుతాయని మనుషులు భావించేవారు. జీవరహిత ప్రపంచంలోను, జీవ ప్రపంచం లోను కూడా అవి దొరుకుతాయి. ఉదాహరణకి నీరు సముద్రాలలో ఉంటుంది, రక్తం లో కూడా ఉంటుంది. ఇందుకు భిన్నంగా కర్బన రసాయనాలు మాత్రం కేవలం జీవప్రపంచానికే పరిమితమై ఉంటాయి.

ఈ రకమైన దృక్పథాన్ని 1828  లో ఫ్రెడెరిక్ వోలర్ (1800-1882) చేసిన కృషి సవాలు చేసింది. జర్మనీకి చెందిన ఈ రసాయన శాస్త్రవేత్త బెర్జీలియస్ కి శిష్యుడు. సయనైడ్లు, వాటికి సంబంధించిన ఇతర రసాయనాల మీదకి వోలర్ దృష్టి సారించాడు. ఒక రోజు అమ్మోనియం సయనేట్ అనే సమ్మేళనాన్ని వేడి చేస్తున్నాడు. (ఆ రోజుల్లో దీన్ని అందరూ అకర్బన రసాయనం అనుకునేవారు. దీనికి జీవపదార్థానికి ఏ సంబంధమూ లేదని అనుకునేవారు). అల వేడి చేస్తున్నప్పుడు ఏర్పడ్డ స్ఫటికలు యూరియాని పోలి వున్నాయని గుర్తించాడు వోలర్. ఈ యూరియా మనుషుల, జంతువుల మూత్రంలో అధిక మోతాదులో దొరికే ఒక పదార్థం. అంటే ఒక కర్బన రసాయనం. ఆ స్ఫటికాలని నిశితంగా పరీక్షిస్తే అవి నిజంగానే యూరియా స్ఫటికాలని తెలిసింది.

వోలర్ ఈ ప్రయోగాన్ని మళ్లీ మళ్లీ చేసి నిర్ధారించాడు. అమ్మోనియమ్ సయనేట్ లాంటి అకర్బన రసాయనాన్ని యూరియా వంటి కర్బన రసాయనంగా ఎప్పుడు కావాలంటే అప్పుడు మార్చుకోవచ్చు నని గుర్తించాడు. తను కనుక్కున్న విషయాన్ని గురువైన బెర్జీలియస్ కి మనవి చేసుకుంటూ ఉత్తరం రాశాడు. ఈ బెర్జీలియస్ నూతన భావాలని సులభంగా ఒప్పుకునే రకం కాడు. కాని పదే పదే చెయ్యబడ్డ ప్రయోగ ఫలితాలని పరిశీలించిన మీదట జీవ, జీవరహిత రసాయనాలు అంటూ తను చేసిన విభజన అంత సరైనది కాదని ఒప్పుకున్నాడు.

అయితే వోలర్ సాధించిన విజయాన్ని ఆకాశానికి ఎత్తనక్కర్లేదు. నిజానికి ఇది అంత గొప్ప ఫలితమేమీ కాదు. అసలు అమ్మోనియమ్ సయనేట్ అకర్బన రసాయనమే కాదని వాదించడానికి కొన్ని ఆధారాలు వున్నాయి. పోనీ కర్బన రసాయనమే అనుకున్నా కూడా అమ్మోనియమ్ సయనేట్ యూరియాగా మారడానికి కారణం ఆ అణువులోని పరమాణువుల స్థానాలలో కాస్త మార్పు రావడమే కవచ్చు. యూరియా అణువు లో పూర్తిగా కొత్త అంశాలు కావు.

అలాగని వోలర్ సాధించిన ఫలితాన్ని పూర్తిగా కొట్టేయడానికి కూడా లేదు. ఎందుకంటే ఎంతైనా అది మనుషుల మనసుల మీద ప్రాణవాదపు పట్టు సడలేలా చేసింది.  ఆ ఫలితం రసాయన శాస్త్రవేత్తలకి కర్బన రసాయనాలని సంయోజించే దిశగా ప్రోత్సాహాన్నిచ్చింది.

1845  లో వోలర్ శిష్యుడైన అడోల్ఫ్ విల్హెల్మ్ హర్మన్ కోల్బ్ (1818-1884)  అసెటిక్ ఆసిడ్ ని సంయోజించడంలో కృతకృత్యుడు అయ్యాడు. ఈ అసెటిక్ ఆసిడ్ కర్బన రసాయనం అనటంలో సందేహం లేదు. అంతేకాక తను వినియోగించిన విధానంలో మూలాంశాలైన కార్బన్, హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ ల నుండి క్రమబద్ధంగా జరిగే రసాయన చర్యల ఫలితంగా చివరిలో అసెటిక్ ఆసిడ్ ఎలా ఉత్పన్నం అవుతుందో కనిపిస్తుంది. ఈ రకంగా మూలకాలతో మొదలుపెట్టి ఒక పదార్థాన్ని సంయోజించడానిన్ని ‘పూర్ణ సంయోజనం’ అంటారు. ఒక రసాయన శాస్త్రవేత్త ఇంతకన్నా కోరుకునేది మరేమీ ఉండదు. యూరియాని సంయోజించటంలో వోలర్ సాధించిన విజయం వల్ల పని కాలేదు అనుకుంటే, కోల్బ్ సాధించిన అసెటిక్ ఆసిడ్ సంయోజనం వల్ల మాత్రం ప్రాణవాదం భూస్థాపితం అయిపోయింది.

ఈ విజయాన్ని మరింత ముందుకు తీసుకు వెళ్లిన ఓ ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త ఉన్నాడు.  అతడి పేరు పియర్ యూజీన్ మార్సెలొన్ బెర్తెలొ (1827-1907). 1850  లలో ఇతడు అధిక సంఖ్యలో కర్బన రసాయనాలని సంయోజిస్తూ వచ్చాడు. మిథైల్ ఆల్కహాల్, ఇథైల్ ఆల్కహాల్, మీథేన్, బెంజీన్, అసెటిలిన్ మొదలుకొని ఎన్నో ముఖ్యమైన కర్బన రసాయనాలని సంయోజించాడు. ఈ దెబ్బతో అకర్బన రసాయన ప్రపంచం నుండి కర్బన రసాయన ప్రపంచంలోకి ప్రవేశించడం ఓ విశేషంలా తోచడం మానేసింది. అదొక సర్వసామాన్యమైన విషయం అయిపోయింది.


(ఇంకా వుంది)

కర్బన రసాయన శాస్త్రం

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Monday, August 25, 2014 0 comments

అధ్యాయం 6
కర్బన రసాయన శాస్త్రం

ప్రాణవాదానికి ఆయువు చెల్లు

అగ్నిని కనుక్కున్న నాటి నుండి మనిషి పదార్థాలని  మండేవి, మండనివి అని రెండు వర్గాలుగా విభజిస్తూ వచ్చాడు. ఆ రోజుల్లో కలప, కొవ్వు, చమురు  - వీటినే ప్రధానంగా ఇంధనాలుగా వాడేవారు. కలప వృక్షప్రపంచం నుండి పుట్టిన ఉత్పత్తి అయితే, కొవ్వు, చమురు జీవప్రపంచం నుండి మాత్రమే కాక, వృక్షప్రపంచం నుండి కూడా వచ్చిన ఉత్పత్తులు. ఖనిజ ప్రపంచానికి చెందిన పదార్థాలలో అధికశాతం – నీరు, ఇసుక, రాళ్లు మొదలైనవి – మండేవి కావు. పైగా ఇవి నిప్పుని ఆర్పడానికి పనికొస్తాయి.

కనుక తొలి దశల్లో మండేవి, మండనివి అనే రెండు జాతుల పదార్థాలని జీవప్రపంచం నుండి వచ్చేవి, జీవప్రపంచం నుండి రానివి అనే రెండు వర్గాలుగా కూడా విభజించడం సహజంగా జరిగింది. (అయితే ఈ సూత్రానికి ఎన్నో మినహాయింపులు ఉన్నాయి. కార్బన్, సల్ఫర్ మూలకాలు జీవరహిత ప్రపంచం నుండి వచ్చే పాదార్థాలలాగా కనిపిస్తాయి గాని అవి మండుతాయి.)

పద్దెనిమిదవ శతాబ్దంలో పెరుగుతున్న పదార్థ విజ్ఞానాన్ని ఆలంబనగా చేసుకున్న రసాయన శాస్త్రవేత్తలు జ్వలనీయత (మండటం) అనే ఒక్క లక్షణం సహాయంతో జీవప్రపంచపు ఉత్పత్తులని, జీవరహిత ప్రపంచపు ఉత్పత్తుల నుండి వేరు చెయ్యటం సాధ్యం కాదని తెలుసుకున్నారు. జీవరహిత ప్రపంచం నుండి వచ్చిన పదార్థాలు ఎంతో కరుకైన సంస్కారాలని కూడా తట్టుకుని మనగలిగేవి. కాని జీవపదార్థం మాత్రం, లేదా ఒకప్పుడు జీవం వున్న పదార్థం మాత్రం, అలాంటి సంస్కారాలని తట్టుకోగలిగేది కాదు. నీటిని మరిగించి మళ్లీ స్వేదనంతో నీటిగా మార్చవచ్చు. ఇనుమును, ఉప్పుని కరిగించి, మళ్లీ మూల స్థితికి వచ్చేలా గడ్డ కట్టేట్టు చెయ్యొచ్చు. ఇందుకు భిన్నంగా ఆలివి నూనెని, లేదా చక్కెరని, వేడి చేస్తే (మంట రాకుండా జాగ్రత్తలు తీసుకున్నా కూడా), వాటి లోంచి పొగ పుట్టి మసిబారతాయి. ఆ చర్య తరువాత అడుగున మిగిలేది ఆలివ్ నూనె గాని, చక్కెర గాని కాదు. అంతే కాక ఆ మిగిలిన అవశేషాల నుండి ఆలివ్ నూనెని, చక్కెరని తిరిగి సాధించడానికి వీలుపడదు.

ఈ రకమైన భేదాలు చాలా మౌలికమైన భేదాల లాగా తోచాయి. 1807  లో బెర్జీలియస్ ఆలివ్ నూనె, చక్కెర మొదలైన పదార్థాలన్నీ జీవప్రపంచానికి చెందిన ఉత్పత్తులు కనుక వాటిని organic (కర్బన రసాయనాలు) అనాలని సూచించాడు. ఇక జీవరహిత ప్రపంచానికి చెందిన నీరు, ఉప్పు మొదలైన పదార్థాలన్నీ inorganic (అకర్బన రసాయనాలు) అన్నాడు.

అయితే రసాయన శాస్త్రవేత్తలు గమనించిన విషయం ఒకటి వుంది. వేడి చెయ్యడం మొదలైన కరుకైన సంస్కారాల వల్ల కర్బన రసాయనాలు అకర్బన రసాయనాలుగా మారిపోతాయి అన్న సంగతి వాళ్ళు గుర్తించారు. అయితే అకర్బన రసాయనాల నుండి కర్బన రసాయనాలుగా అంటే వ్యతిరేక దిశలో మార్పిడి మాత్రం పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు తొలి దశల వరకు తెలిసి రాలేదు.

ఆ రోజుల్లో ఎంతో మంది రసాయన శాస్త్రవేత్తలు జీవం అనేది ఓ ప్రత్యేక లక్షణం అని, భౌతిక ప్రపంచపు నియమాలు దాన్ని పాలించవని, ఆ నియమాలన్నీ జీవరహిత ప్రపంచానికే పరిమితమని భావించేవారు. జీవం పట్ల ఈ రకమైన వైఖరిని ‘ప్రాణవాదం’ (vitalism) అంటారు.  ఒక శతాబ్ద కాలం క్రితం ఫ్లాగిస్టాన్ ని కనుక్కున్న స్టాల్ దాన్ని బోధించేవాడు. ఈ ప్రాణవాదం ప్రకారం, అకర్బన రసాయనాలని కర్బన రసాయనాలుగా మార్చడానికి ఏదో ‘ప్రాణ శక్తి’ (vital force) అవసరమని భావించేవారు. రసాయన శాస్త్రవేత్తలకి అప్పటికి తెలిసిన విధానాల సహాయంతో పరీక్షా నాళాలలో, ప్రయోగశాలలో ఈ ‘ప్రాణ శక్తి’ని ఎలా వినియోగించాలో, శాసించాలో అర్థం కాలేదు.
(ఇంకా వుంది)


విద్యుద్ విశ్లేషణ - మైకేల్ ఫారడే

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Saturday, August 23, 2014 1 comments

అప్పుడు ఇంగ్లీష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త హంఫ్రీ డేవీ కి (1778-1829) ఓ చిత్రమైన ఆలోచన వచ్చింది. రసాయనాల వల్ల సాధ్యం కానిది విద్యుత్తు వల్ల అవుతుందేమో అని ఇతడు ఆలోచించాడు. ఎందుకంటే రసాయనాలు ఏమీ చెయ్యలేకపోయిన కొన్ని సందర్భాలలో విద్యుచ్ఛక్తి యొక్క చిత్రమైన ప్రభావం వల్ల పదార్థాలలోని నీటిని వెలికి తీయడానికి వీలయ్యింది.

ఆ కారణం చేత డేవీ 250  లోహపు పళ్లాల దొంతరని ఏర్పాటు చేసి ఓ పెద్ద విద్యుత్ బ్యాటరీని నిర్మించడానికి పూనుకున్నాడు. అంత పెద్ద బ్యాటరీని గతంలో ఎవరూ  నిర్మించలేదు. అజ్ఞాత మూలకాలు ఉన్నాయని అనుకున్న పదార్థాలు కలిసిన ద్రావకాలలో అధిక స్థాయిలో విద్యుత్ శక్తిని ప్రవేశపెట్టి చూశాడు. కాని అలా చెయ్యడం వల్ల నీట్లోంచి హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ లు వెలువడటం తప్ప మరేమీ జరగలేదు.

ద్రావక రూపంలో కాక పదార్థాన్ని ఘన రూపంలో తీసుకుంటే ఎలా వుంటుందని ఆలోచించాడు. కాని ఘన రూపంలో వున్న పదార్థం లోంచి విద్యుత్తు ని ప్రవహింపజేయడం కష్టం అయ్యింది. అప్పుడు సమ్మేళనాలని కరిగించి ఆ కరిగిన పదార్థం లోంచి విద్యుత్తును పోనివ్వాలన్న ఆలోచన వచ్చింది.

ఈ కొత్త ఉపాయం చక్కగా పని చేసింది.  అక్టోబర్ 6, 1807 నాడు డేవీ ఓ ముఖ్యమైన ప్రయోగం చేశాడు. కరిగించిన పొటాష్ (పొటాషియమ్ కార్బనేట్) లోంచి విద్యుత్తును పోనిచ్చాడు.  ఆ చర్య లోంచి చిన్న చిన్న లోహపు తునియలు వెలికి వచ్చాయి. దానికి అతడు పొటాషియమ్ అని పేరు పెట్టాడు. (ఈ లోహం ఎంత సక్రియంగా వుందంటే అది నీటికి తో చర్య జరిపి నీట్లోని ఆక్సిజన్ ని వెలికి లాగి, నీట్లోని హైడ్రోజన్ ని వెలికి తీసి, ఎంత శక్తి విడుదల చేస్తుందంటే ఆ చర్య జరిగినప్పుడు భగ్గున అగ్గి పుడుతుంది.) ఒక వారం తరువాత డేవీ సోడా (సోడియమ్ కార్బనేట్) నుంచి సోడియమ్ ని శుద్ధి చేశాడు. ఇది పొటాషియమ్ కన్నా కాస్త తక్కువగా మాత్రమే సక్రియంగా వుంది).

తదనంతరం 1808 లో, బెర్జీలియస్ సూచించిన కాస్త భిన్నమైన విధానాన్ని ఉపయోగించి, డేవీ మరిన్ని లోహాలని వాటి ఆక్సయిడ్ ల నుంచి శుద్ధీకరించాడు. మెగ్నీషియా నుంచి మెగ్నీషియమ్ ని, స్ట్రాంషియా నుంచి స్ట్రాంషియమ్ ని, బేరిటా నుంచి బేరియమ్ ని, సున్నం నుంచి కాల్షియమ్ ని శుద్ధీకరించాడు. (సున్నం ని లాటిన్ లో కాల్షియమ్ అంటారు.)

డేవీ మరి కొన్ని విషయాలని కూడా కనుక్కున్నాడు. ఒక తరం క్రితం షీలే కాస్త ఆకుపచ్చ రంగులో ఉండే ఓ వాయువుని కనుక్కున్నాడు. అదొక ఆక్సయిడ్ ఏమో ననుకుని పొరబడ్డాడు. ఆ వాయువు ఆక్సయిడ్ కాదని అదొక మూలకమని డేవీ నిరూపించాడు. దానికి ‘క్లోరిన్’ అని పేరు సూచించాడు. గ్రీకు భాషలో క్లోరిన్ అంటే ఆకుపచ్చ అని అర్థం. అలాగే శక్తివంతమైన ఆసిడ్ అయిన హైడ్రోక్లోరిక్ ఆసిడ్ లో ఆక్సిజన్ ఉండదని నిరూపించాడు డేవీ. ఆ విధంగా ప్రతీ ఆసిడ్ లోను తప్పకుండా ఆక్సిజన్ ఉంటుందన్న లెవోషియే సూచన తప్పని నిరూపించాడు.

విద్యుద్ విశ్లేషణలో డేవీ చేసిన కృషిని అతడు అనుచరుడు, అంతే సత్తా గల అంతేవాసి అయిన మైకేల్ ఫారడే (1791-1867) మరింత విస్తరింపజేశాడు. ఫారడే తన కృషితో గురువుని మించిన శిష్యుడు అనిపించుకున్నాడు. విద్యుద్ రసాయన శాస్త్రం (electrochemistry) లో పని చేసిన ఫారడే ఎన్నో ముఖ్యమైన పారిభాషిక పదాలని ప్రవేశపెట్టాడు. అవి ఇప్పటికీ వాడుకలో వున్నాయి. ఉదాహరణకి విద్యుత్ శక్తి యొక్క ప్రయోగంతో అణువులని భేదించే ప్రక్రియకి విద్యుత్ విశ్లేషణ అని మొదట పేరు పెట్టింది ఇతడే. విలియమ్ వెవెల్ అనే ఇంగ్లీష్ సాహితీవేత్త చేసిన సూచన మేరకు విద్యుత్ ప్రవాహానికి ప్రవేశాన్నిచ్చే ద్రావకానికి ఎలెక్‍ట్రోలైట్ అని పేరు పెట్టాడు. ఆ ద్రావకంలో ముంచే లోహపు కడ్డీలకి, లేదా బద్దలకి ఎలెక్‍ట్రోడ్ లు అని పేరు పెట్టాడు. ధనావేశం కలిగిన ఎలెక్‍ట్రోడ్  ని ఆనోడ్ అన్నాడు. ఋణావేశం కలిగిన ఎలెక్‍ట్రోడ్  ని కాథోడ్ అన్నాడు.


 ఎలెక్‍ట్రోలైట్  లో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకుపోయే రేణువులకి ‘అయాన్స్’ (ions)   అని పేరు పెట్టాడు. (గ్రీకు భాషలో ‘సంచారకులు’ అనే అర్థం గల పదం నుండి ఈ పదం వచ్చింది.) ఆనోడ్ దిశగా ప్రయాణించే రేణువులని ఆనయాన్ లు (anions) అన్నాడు. అలాగే కాథోడ్ దిశగా ప్రయాణించే రేణువులని కాటయాన్లు (cations) అన్నాడు.
1832  లో అతడు విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రానికి చెందిన కొన్ని మౌలిక నియమాలని సంఖ్యాత్మకంగా వ్యక్తం చేశాడు. విద్యుత్ విశ్లేషణలో అతడు సూత్రీకరించిన మొదటి నియమం ఇది. విద్యుత్ విశ్లేషణలో ఒక ఎలెక్‍ట్రోడ్  వద్ద వెలువడ్డ పదార్థం యొక్క ద్రవ్యరాశి, ఆ ద్రావకం లోంచి ప్రవహించిన మొత్తం విద్యుత్తుని  అనులోమంగా (proportional) ఉంటుంది. విద్యుత్ విశ్లేషణలో అతడి రెండవ నియమం ఇలా వుంటుంది. ఒక నియత మొత్తంలో ప్రవేశపెట్టబడ్డ విద్యుత్తుకు ఫలితంగా ఉత్పన్నం అయ్యే లోహం యొక్క భారం ఆ లోహం యొక్క తుల్యభారానికి (equivalent weight) అనులోమంగా ఉంటుంది.

ఉదాహరణకి ఒక నియత మొత్తం ఆక్సిజన్ తో  పొటాషియం కన్నా వెండి 2.7 రెట్లు ఎక్కువ మొత్తంలో కలిసింది అనుకుందాం. అలాగే ఒక నియత మొత్తంలో విద్యుత్తు ఫలితంగా ఉత్పన్నమయ్యే పొటాషియమ్ కన్నా వెండి 2.7  రెట్లు ఎక్కువ ఉత్పన్నం అవుతుంది.
ఫారడే సూత్రీకరించిన విద్యుద్విశ్లేషణా నియమాల ఫలితంగా పదార్థంలో అతి సూక్ష్మమైన అంశాలు అణువులు అయినట్టే, విద్యుత్తులో కూడా అతి సూక్ష్మమైన ‘విద్యుత్ అణువులు’ ఉంటాయేమో నన్న భావన ఉదయించింది.
అందుచేత ఒక ఎలక్ట్రోలైట్ లోంచి విద్యుత్తుని పంపించినప్పుడు పదార్థపు అణువులని ఈ ‘విద్యుత్ అణువులు’ ఆనోడ్ వద్దకి గాని, కాథోడ్ వద్దకి గాని లాక్కుపోతాయేమో. అలాగే తరచు ఒక పదార్థపు అణువుని లాక్కెళ్లడానికి ఒక ‘విద్యుత్ అణువు’ సరిపోతుందేమో. కొన్ని సార్లు రెండు, మూడు ‘విద్యుత్ అణువులు’ అవసరం అవుతాయేమో. ఈ రకమైన వాదనలతో ఫారడే ప్రతిపాదించిన విద్యుద్విశ్లేషణా నియమాలని సమర్ధించడానికి వీలవుతున్నట్టు తోచింది.

కాని ఈ ‘విద్యుత్ అణువులు’ అసలేంటి, వాటి లక్షణాలేంటి అన్న విషయం పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు చివరి దశ దాకా తేటతెల్లం కాలేదు. కాని ఆశ్చర్యం ఏమిటంటే అసలు ఫారడేకే ఈ ‘విద్యుత్ అణువులు’ అన్న భావనే కాక, అసలు అణువాదమే పెద్దగా నచ్చేది కాదు.


(‘అణువులు’ అధ్యాయం సమాప్తం)








రసాయన శాస్త్రంలో విద్యుత్ విశ్లేషణ

Posted by శ్రీనివాస చక్రవర్తి Tuesday, August 19, 2014 2 comments


ఈ రసాయనిక సూత్రాల సహాయంతో రసాయనిక చర్యలని వర్ణించే రసాయనిక సమీకరణాలని వ్యక్తం చెయ్యొచ్చు.ఉదాహరణకి కార్బన్ ఆక్సిజన్ తో కలిసినప్పుడు కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ఉత్పన్నం అవుతుంది అన్న సత్యాన్ని ఈ విధంగా వ్యక్తం చెయ్యొచ్చు.

C + O2 à CO2

లెవోషియే సూచించిన ద్రవ్య నిత్యత్వ సూత్రాన్ని పై సమీకరణం తృప్తిపరచాలంటే సమీకరణానికి ఇరుపక్కలా ఉండే పరమాణువుల లెక్క సరిపోవాలి. ఉదాహరణకి పై సమీకరణంలో ఒక  C  పరమాణువు, రెండు  O  పరమాణువులతో కలిసినప్పుడు ఒక  C  రెండు O  లు గల CO2  ఏర్పడుతుంది.
అలాగే హైడ్రోజన్, క్లోరైడ్ లు కలిస్తే హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ ఏర్పడుతుంది అన్న విషయాన్ని వ్యక్తం చెయ్యదలచుకున్నారు అనుకోండి. దాన్ని ఈ విధంగా వ్యక్తం చెయ్యొచ్చు.
H2 + Cl2 à HCl

కాని పైన చూపించిన చర్యలో ముందు రెండు హైడ్రోజన్ పరమాణువులు, రెండు క్లోరైడ్ పరమాణువులు ఉన్నా చర్య జరిగాక ఒక హైడ్రోజన్, ఒక క్లోరైడ్ పరమాణువు ఉండడం కనిపిస్తుంది. ఈ దోషాన్ని సవరించడానికి పై చర్యని మనం సంతులిత రసాయన చర్య (balanced chemical reaction) గా మార్చుకోవాలి.
H2 + Cl2 à 2HCl
అప్పుడు చర్యకి కుడి ఎడమ పక్కల పరమాణువుల సంఖ్య సరిపోతుంది.
అదే విధంగా హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ లు కలిసి నీటిని ఏర్పరచే చర్యని కూడా ఈ విధంగా ఓ సంతులిత చర్యగా వ్యక్తం చేయవచ్చు.
2 H2 + O2 à 2H2O

విద్యుత్ విశ్లేషణ

లోగడ నికోల్సన్, కార్లైల్ లు విద్యుత్ శక్తిని ఉపయోగించి ముఖ్యమైన రసాయన శాస్త్ర పరిశోధనలు చేసిన సంగతి చూశాం. విద్యుత్ శక్తిని ఉపయోగించి కొన్ని మూలకాల శుద్ధీకరణలో మరింత సంచలనాత్మక ఫలితాలు సాధించడానికి వీలయ్యింది.

ఒకటిన్నర శతాబ్ద కాలం క్రితం బాయిల్ మూలకాలని నిర్వచించిన నాటి నుండి ఆ నిర్వచనానికి సరిపోయే మూలకాలని గణనీయ సంఖ్యలో కనుక్కున్నారు. శాస్త్రవేత్తలని ఇబ్బంది పెట్టిన మరో విషయం ఏమిటంటే కొన్ని పదార్థాలు మూలకాలు కావని తెలుసు, వాటిలో అంతవరకు తెలియని కొత్త మూలకాలు ఏవో ఉన్నాయని కూడా తెలుసు. కాని ఆ మూలకాలని వెలికితీయడం ఎలాగో తెలియలేదు.

ఎన్నో సందర్భాలలో మూలకాలు ఆక్సిజన్ తో కలిసి ఆక్సయిడ్ ల రూపంలో  లభ్యం అవుతాయి. ఆక్సిజన్ తో మరింత బలమైన అనుబంధం (affinity)  గల మరో మూలకాన్ని ప్రవేశపెడితే, ఆక్సిజన్ మొదటి మూలకాన్ని వొదిలిపెట్టి రెండవ మూలకాన్ని ఆశ్రయించవచ్చు. ప్రయోగంలో ఆ విషయం నిర్ధారితం అయ్యింది. అలాంటి రెండవ మూలకం పాత్ర కార్బన్ చక్కగా పోషించింది. ఉదాహరణకి ముడి ఇనుములో ఉండేది అధికశాతం ఐరన్ ఆక్సయిడ్. దీన్ని కార్బన్ యొక్క శుద్ధరూపం అయిన కోక్ తో కలిపి వేడిచేస్తారు. కార్బన్ ఆక్సిజన్ తో కలిసి కార్బన్ మోనాక్సయిడ్, కాఅర్బన్ డయాక్సయిడ్ లు ఏర్పడతాయి. ఇవి వాయువులు కనుక పైకి ఎగిరిపోతాయి. ఇక లోహరూపంలో వున్న ఇనుము అడుగున మిగులుతుంది.

ఇప్పుడు సున్నాన్ని (lime) తీసుకుందాం. దాని లక్షణాల బట్టి చూస్తే సున్నం కూడా ఒక రకమైన ఆక్సయిడే ననిపిస్తుంది. కాని మనకి మనకి తెలిసిన మూలకాలు ఏవీ కూడా ఆక్సిజన్ తో కలిసి సున్నాన్ని ఏర్పాటు చెయ్యటం మనకి తెలియదు. ఆ అజ్ఞాత మూలకాన్ని శుద్ధి చెయ్యడం కోసం సున్నాన్ని, కోక్ తో కలిపి వేడి చేసి చూడొచ్చు. కాని అలా చేసినందువల్ల ఏమీ జరగలేదు. ఆ అజ్ఞాత మూలకం ఏదో ఆక్సిజన్ కి ఎంత బలంగా అతుక్కుపోయింది అంటే కార్బన్ దాన్ని దాని స్థానం నుంచి కదిలించలేక పోయింది. కార్బనే కాక మరే ఇతర రసాయనం కూడా సున్నం నుండి ఆక్సిజన్ ని వేరు చెయ్యలేకపోయింది.

(ఇంకా వుంది)

postlink

సైన్సు పుస్తకాలు ఇక్కడ నుంచి కొనవచ్చు.. click on image

Silence...Please!!!

ఆఁ...అది...ఇప్పుడు మిమ్మల్ని గ్రంథాలయంలోకి అడుగుపెట్టటానికి అనుమతినిస్తున్నా. ఇక్కడ నొక్కి లోనికి వెళ్ళండి.

అంతరిక్షం చూసొద్దాం రండి

"తారావళీ సూపర్ ట్రావెల్స్" తరపున స్వాగతం... సుస్వాగతం!" "తారావళీ సూపర్ ట్రావెల్స్" గురించి ప్రత్యేకించి మీకు చెప్పనవసరం లేదు. తారాంతర యాత్రా సేవలు అందించడంలో మాకు 120 ఏళ్ల అనుభవం ఉంది. మా హెడ్ క్వార్టర్స్ భూమి మీదే ఉన్నా, సౌరమండలం బయట మాకు చాలా బ్రాంచీలు ఉన్నాయని మీకు బాగా తెలుసు. అంతరిక్షానికి వెళ్ళడానికి ఇక్కడ నొక్కండి

Printer-friendly gadget

Print

ఈ బ్లాగులోని పోస్ట్ లు ఆటోమేటిక్ గా మీ మెయిల్ ఇన్బాక్స్ లోకి చేరడానికి మీ ఈ-మెయిల్ ఐడీని ఎంటర్ చేసి చందాదారులు కండి Enter your email address:

Delivered by FeedBurner

Total

Blogumulus by Roy Tanck and Amanda FazaniInstalled by CahayaBiru.com

Label Category

Followers

archive

Total Pageviews

Sign In

Share It

విజ్ఞానులు

GuestBooker 2.5

Recent Posts

Popular Posts

Follow by Email