అధ్యాయం 9
భౌతిక రసాయన శాస్త్రం
ఉష్ణం
పదిహేడు, పద్దెనిమిదవ
శతాబ్దాల వరకు భౌతిక, రసాయన శాస్త్రాల మధ్య కచ్చితమైన భేదం ఉండేది. అణువిన్యాసం స్థాయిలో
జరిగే మార్పులని అధ్యయనం చేసే శాస్త్రం రసాయన శాస్త్రం. అలాంటి మార్పులతో సంబంధం లేని
పరిణామాలు అధ్యయనం చేసేది భౌతిక శాస్త్రం.
పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు
తొలి దశల్లో, డేవీ అకర్బన రసాయనాల అణువిన్యాసాన్ని అధ్యయనం చేసే పనిలో ఉండగా, బెర్థెలొ
కర్బన రసాయనాల అణువిన్యాసంలో మార్పులు అధ్యయనం చేసే పనిలో ఉండగా, మరో పక్క భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు
ఉష్ణ ప్రవాహాన్ని అధ్యయనం చేస్తున్నారు. ఉష్ణప్రవాహాన్ని చదివే శాస్త్రాన్నే ఉష్ణగతి
శాస్త్రం (thermodynamics) అంటారు (అంటే ఉష్ణం యొక్క చలనాన్ని వర్ణించే శాస్త్రం).
ఈ రంగంలో ప్రముఖులు
ఇంగ్లీష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త జేమ్స్ ప్రెస్కాట్
జూల్ (1818-1889) మరియు జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు జూలియస్ రాబర్ట్ ఫాన్ మెయర్
(1814-1878), హర్మన్ లూడ్విగ్ ఫెర్డినాండ్ ఫాన్ హెల్మ్‍హోల్జ్ (1821-1894). వీరి వైజ్ఞానిక
కృషి వల్ల ఓ ముఖ్యమైన వైజ్ఞానిక సత్యం బోధపడింది. ఉష్ణం మొదలైన శక్తి రూపాలలో మార్పు
వచ్చినప్పుడు, ఒక శక్తి రూపం మరో శక్తి రూపంగా మారుతుందే గాని, శక్తి యొక్క ఉత్పత్తిగాని,
క్షయం గాని జరగవు. ఈ నియమాన్నే శక్తి నిత్యత్వ సూత్రం (law of conservation of
energy) అని, ఉష్ణగతి శాస్త్రపు మొదటి నియమం (first law of thermodynamics) అని అంటారు.
తదనంతరం ఫ్రెంచ్
భౌతిక శాస్త్రవేత్త నికొలాస్ లియొనార్ సాడీ కార్నో (1796-1832), ఇంగ్లీష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త
విలియమ్ థామ్సన్ (ఇతడికే తరువాత లార్డ్ కెల్విన్ అని పేరు వచ్చింది) (1824-1907), జర్మన్
భౌతిక శాస్త్రవేత్త రడోల్ఫ్ జూలియస్ ఎమాన్యుయల్ క్లాసియస్ (1822-1888) మొదలైన ప్రముఖ
శాస్త్రవేత్తలు ఈ రంగంలో మరింత ముందుకు వెళ్లారు. ఉష్ణాన్ని దానంతకి దాన్ని ఏ బాహ్య
ప్రభావమూ లేకుండా ప్రవహించనిస్తే అది ఎప్పుడూ అధిక ఉష్ణోగ్రత నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత
ఉన్న స్థానాల వద్దకి ప్రవహిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రతా భేదం వుండి ఉష్ణం ప్రవహిస్తున్న సందర్భాలలోనే
ఉష్ణం నుండి శక్తిని (పనిని) రాబట్టొచ్చు. ఈ నియమాన్ని మరింత సార్వజనీన రూపంలో కూడా
వ్యక్తం చెయ్యొచ్చు. అధిక తీక్షణత నుండి తక్కువ తీక్షణత దిశగా శక్తి ప్రవహిస్తున్నప్పుడే
దాని నుండి శక్తిని (అంటే పనిని) వెలికితీయవచ్చు.
1850 లో క్లాసియస్ ‘ఎంట్రొపీ’ అనే పేరు పరిచయం చేశాడు.
ఆ పదం వివిక్తంగా (వేరుగా, బాహ్య పరిసరాలతో సంబంధం లేకుండా, isolated) ఉండే వ్యవస్థలోని
మొత్తం ఉష్ణానికి, ఆ వ్యవస్థ యొక్క నిరపేక్ష ఉష్ణోగ్రతకి మధ్య నిష్పత్తిని సూచిస్తుంది.
ఒక వ్యవస్థ యొక్క శక్తి లో అప్రయత్నంగా ఏ మార్పు జరిగినా అందు వల్ల వ్యవస్థ ఎంట్రొపీ
పెరుగుతుందని నిరూపించాడు. ఈ సూత్రాన్నే ఉష్ణగతి శాస్త్రంలో రెండవ నియమం అంటారు.
భౌతిక శాస్త్రంలో
వచ్చే ఈ ఒరవడులని రసాయన శాస్త్రంతో సంబంధం లేకుండా ఉంచడానికి వీలుపడలేదు. ఎందుకంటే
పందొమ్మిదవ శతాబ్దపు ఉష్ణ మూలాలలో, సూర్యుణ్ణి పక్కన పెడితే, మిగతావి చెక్క, బొగ్గు,
చమురు మొదలైన జ్వలనీయ పదార్థాల జ్వలన చర్యలే.
మరి కొన్ని రసాయన
చర్యలలో కూడా ఉష్ణం ఉత్పన్నం అవుతుంది. ఉదాహరణకి బేస్ ల చేత ఆసిడ్ల తటస్థీకరణ చర్య
ఆ కోవకి చెందినదే. నిజానికి రసాయన చర్యలన్నీ ఏదో రకమైన ఉష్ణ మార్పిడికి గురి అవుతాయి.
రసాయన చర్య లోంచి ఉష్ణం (లేదా కాంతి) బాహ్య ప్రపంచం లోకి వెలువరించబడడం, లేదా బాహ్య
ప్రపంచం నుండి ఉష్ణం (లేదా కాంతి) రసాయన చర్య చేత లోనికి గ్రహించబడడం జరుగుతుంది.
1840 లలో ఈ భౌతిక, రసాయన ప్రపంచాలు సంగమించే తరుణం వచ్చింది.
స్విస్-రష్యన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జర్మేన్ హెన్రీ హెస్ (1802-1850) కృషిలో ఆ కలియక సంభవించింది. నియత మొత్తాల వద్ద
రసాయన పదార్థాల మధ్య జరిగిన చర్యల లోంచి పుట్టిన ఉష్ణాన్ని ఇతడు చాలా కచ్చితమైన పద్ధతుల
సహాయంతో కొలిచాడు. ఒక పదార్థం నుండి మరో పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేసే క్రమంలో పుట్టే
(లేదా గ్రహించబడే) ఉష్ణం యొక్క మొత్తం విలువ, ఆ మార్పుకి కారణమైన రసాయన మార్గం ఎలాంటిదైనా,
అందులో ఎన్ని దశలు ఉన్నా, ఎప్పుడూ ఒక్కటే నని హెస్ నిరూపించాడు. ఇలాంటి సార్వత్రికమైన
నియమానికి సూత్రధారుడు కనుక హెస్ ని కొన్ని సార్లు ఉష్ణరసాయన శాస్త్రానికి
(thermochemistry) మూలకర్తగా చెప్పుకుంటారు.
(ఇంకా వుంది)
0 comments