तक्ता क्र. ३

आता या आश्चर्यकारक आकडेवारीचे स्पष्टीकरण कॅनिझारोने कसे दिले? ऍव्होगाड्रोच्या तत्त्वाप्रमाणे समान आकारमानात समान कण असतात, त्यामुळे इथे आपण समान कणांच्या वजनांची तुलना करत आहोत. वायूच्या घनतेला मूलद्रव्याच्या टक्केवारीने गुणले असता या मूलद्रव्याचे त्या वायूमधील वजन मिळते. तक्ता क्रमांक ३ मधल्या तिसऱ्या स्तंभात निरनिराळ्या वायूंच्या समान रेणूंमध्ये असलेले हायड्रोजनचे वजन दिले आहे. प्रत्येक संयुगामध्ये हायड्रोजनचे प्रमाण वेगळे असल्यामुळे त्यातले हायड्रोजनचे वजन वेगळे असणार हे उघड आहे पण त्यातले सर्वात कमी वजन हे हायड्रोजनच्या एक अणू असलेल्या संयुगाचे समजले तर बाकीची वजने या आकड्याच्या पूर्णांकाच्या पटीत येतील उदा. या तक्त्यामध्ये हायड्रोक्लोरीक आम्लामध्ये हायड्रोजनचे वजन सर्वात कमी आहे. यामध्ये हायड्रोजनचा एक अणू आहे असे समजले तर हायड्रोजन वायूमध्ये दोन, पाण्यामध्ये दोन, अमोनियामध्ये तीन आणि मिथेन वायूमध्ये चार हायड्रोजनचे अणू आहेत असे सिद्ध होते.

तक्ता क्रमांक ४ आणि ५ यांमध्ये अनुक्रमे प्राणवायू आणि क्लोरीन यांच्याबद्दलचे विश्लेषण दाखवले आहे.

तक्ता क्र. ४

तक्ता क्र. ५

क्रमांक चारच्या तक्यावरून प्राणवायूच्या रेणूमध्ये दोन, पाण्यामध्ये एक, सल्फर डायॉक्साइडमध्ये दोन, कार्बन मोनॉक्साईडमध्ये एक आणि कार्बन डायॉक्साईडमध्ये दोन प्राणवायूचे अणू आहेत असे सिद्ध झाले. क्रमांक पाचच्या तक्त्यावरून क्लोरीन वायूमध्ये दोन, हायड्रोक्लोरीक आम्लामध्ये एक, क्लोरोफॉर्ममध्ये तीन, मेथिलीन क्लोराईडमध्ये दोन, आणि कार्बन टेट्राक्लोराईडमध्ये चार असे क्लोरीनचे अणू असतात हे सिद्ध होते.

तीनही तक्त्यांतल्या पहिल्या नोंदींवरून हायड्रोजन, क्लोरीन आणि प्राणवायू ही मूलद्रव्ये डाल्टन म्हणतो तशी अणूंची बनलेली नसून दोन अणूंनी बनलेल्या रेणूंची असतात हे सिद्ध होते. हा ऍव्होगाड्रोच्या तत्त्वाचा मोठाच विजय होता.

याप्रमाणे कुठल्या संयुगात कुठल्या मूलद्रव्यांचे किती अणू आहेत हे सिद्ध केल्यावर कॅनिझारोने या संयुगांचे सूत्र शोधले. उदा. पाण्याचा समावेश दोन तक्त्यांमध्ये झाला आहे. तक्ता क्र. ३ मध्ये हायड्रोजनसाठी आणि तक्ता क्र. ४ मध्ये प्राणवायूसाठी. त्यावरून पाण्याच्या एका रेणूमध्ये हायड्रोजनचे दोन अणू आणि प्राणवायूचा एक अणू आहे हे स्पष्ट झाले. त्यामुळे पाण्याचे सूत्र H₂O असे मिळाले. पाण्याचे विद्युत अपघटन केल्यावर हायड्रोजन आणि प्राणवायू १ : ८ प्रमाणात बाहेर पडतात हे आधीच माहिती असल्यामुळे हायड्रोजनचा अणुभार १ धरल्यास हायड्रोजनच्या दोन अणूंचे वजन २ आणि प्राणवायूचे वजन २ x ८ = १६ झाले. पाण्यात प्राणवायूचा एकच अणू असल्यामुळे प्राणवायूचा अणूभार १६ असा निश्चित झाला. याप्रमाणे संयुगांची अचूक सूत्रे आणि मूलद्रव्यांचे अचूक अणुभार मोजणे कॅनिझारोच्या पद्धतीमुळे शक्य झाले.

याप्रमाणे ज्या मूलद्रव्यांची संयुगे वायूरूपात आणता येतात त्यांचे अचूक अणुभार मोजणे ही कॅनिझारोची मोठीच कामगिरी झाली. तरीही काही जड मूलद्रव्यांची संयुगे वायूरुपात आणता येत नाही. उदा. शिसे आणि चांदी. त्यांचे अणुभार कसे मोजायचे?

उदा. शिशाचा संयोगी भार ५१.८ आहे तर त्याचा अणुभार किती? आपल्याला आता प्राणवायूचा अणुभार १६ आहे हे माहीत झाले, त्यानुसार १०३.६ ग्रॅम शिसे १६ ग्रॅम प्राणवायूशी संयोग पावेल. पण शिसे आणि प्राणवायू यांच्या संयुगाचे अचूक सूत्र समजल्याशिवाय शिशाचा अणुभार मोजता येणार नाही. म्हणजे ऑक्साईडचे सूत्र PbO असेल तर शिशाचा अणुभार १०३.६, जर Pb₂O असेल तर ५१.८ आणि जर PbO₂ असेल तर २०७.२, त्यामुळे या प्रश्नाचे अचूक उत्तर शोधण्यासाठी अधिक माहितीची गरज आहे.

पीअर ड्यूलाँग (Pierre Dulong) (१७८५-१८३८) आणि अलेक्सिस पेटिट (Alexis Petit) (१७९१-१८२०) यांनी जड मूलद्रव्यांचे अणुभार मोजण्याची पद्धत इ. स. १८१९ मध्ये शोधून काढली होती. परंतु त्याकाळी असलेल्या गोंधळामुळे ती दुर्लक्षित राहिली. पदार्थाची विशिष्ट उष्णता म्हणजे एक ग्रॅम पदार्थाचे तापमान एक डिग्री सेंटिग्रेडने वाढवण्यासाठी लागणारी उष्णता. मूलद्रव्याचा अणुभार आणि त्या पदार्थाची विशिष्ट उष्णता यांचा गुणाकार हा स्थिर असतो आणि त्याची किंमत साधारणपणे ६ कॅलरी किंवा २५ ज्यूल्स इतकी असते. अर्थात ड्यूलाँग आणि पेटिट यांनी हा नियम सांगताना कुठलेही स्पष्टीकरण दिले नाही. त्यामुळेही शास्त्रज्ञांनी दुर्लक्ष केले असेल. कॅनिझारोने जड मूलद्रव्यांच्या विशिष्ट उष्णता मोजून त्यांच्यावरून त्यांचे अणुभार मोजले. त्यापैकी काही मूलद्रव्यांचे अणुभार आणि आजचे अचूक अणुभार तक्ता क्र. ६ मध्ये दिले आहेत. यावरून ही पद्धत बऱ्यापैकी अचूक आहे असे म्हणता येते. वर दिलेल्या शिशाच्या उदाहरणात, ५१.८, १०३.६, २०७.२ या तीन शक्यतांपैकी तिसरी संख्या अणुभार असणे शक्य आहे हे या पद्धतीने समजते आणि अचूक अणुभार संयोगी भार वापरून केलेल्या आकडेमोडीने काढता येतो.

तक्ता क्र. ६

कार्ल्स्रू परिषद आणि कॅनिझारोच्या कार्याला मान्यता

थोडक्यात, कॅनिझारोने संयोगी भार, अणुसिद्धांत, ऍव्होगाड्रोचे तत्त्व, वायूंच्या घनतेवरून काढलेले निष्कर्ष, ड्यूलाँग - पेटिटचा नियम, जड मूलद्रव्यांच्या विशिष्ट उष्णता, या सर्वांचा यथायोग्य वापर करून मूलद्रव्यांचे अणुभार, संयुगांची सूत्रे, त्यांचे रेणुभार या सर्व गोष्टी अचूक मोजण्याची पद्धत विकसित केली. ऍव्होगाड्रोचे तत्त्व पूर्णत्वाला नेले. त्याचा हा सुप्रसिद्ध शोधनिबंध इ. स. १८५८ मधल्या एका दुय्यम इटालियन शास्त्रीय नियतकालिकात प्रसिद्ध झाला होता. अर्थातच त्याकडे शात्रज्ञांचे दुर्लक्ष झाले यात नवल नाही. इ. स. १८६० मध्ये अणुभार आणि रासायनिक सूत्रे यांच्याबद्दलचा गोंधळ शिगेला पोचला होता. जवळपास प्रत्येक मोठ्या शास्त्रज्ञाची रासायनिक सूत्रे लिहायची स्वतःची अशी खास पद्धत होती आणि एकाचा मेळ दुसऱ्याला नव्हता त्यामुळे ऑगस्टस केक्युले (Augustus Kekule) आणि ज्याँ ड्युमा (Jean Dumas) या शास्त्रज्ञांनी या प्रश्नाचा कायमचा सोक्षमोक्ष लावण्याच्या उद्देशाने जर्मनीमधल्या कार्ल्स्रू (Karlsruhe) शहरात परिषद भरवली. त्यामध्ये कॅनिझारोने स्वतः विकसित केलेल्या अणुभार मोजण्याच्या पद्धती समजावून सांगितल्या. परिषद संपता संपता अँजेलो पावेसी या कॅनिझारोच्या मित्राने दरवाज्यात उभे राहून बाहेर पडणाऱ्या प्रत्येक शास्त्रज्ञाला कॅनिझारोच्या निबंधाची छापील प्रत दिली. जरी परिषद या विषयावर एकमत न होता गोंधळातच समाप्त झाली तरी परिषद संपवून परतीच्या मार्गावर अनेक शास्त्रज्ञांनी कॅनिझारोचा निबंध वाचला, त्यावर विचार केला आणि कॅनिझारोचे निष्कर्ष मान्य केले. पुढे दहा वर्षांच्या आत ज्या दोघांनी आपापली आवर्त - सारणी (Periodic Table) मांडली ते लोथर मेयर आणि मेंडेलीव हे दोघेही परिषदेला हजर होते आणि त्यापैकी लोथर मेयर कॅनिझारोच्या शोधनिबंधाने भारावून गेला होता. खरे तर चॅनकोर्टॉइस (१८६२), न्यूलँडस (१८६३), मेंडेलीव (१८६९) आणि लोथर मेयर (१८७०) यांचे मूलद्रव्यांची आवर्त - सारणी तयार करण्याचे प्रयत्न १८६० मधील परिषदेतल्या कॅनिझारोच्या शोधनिबंधानंतरच झाले हे लक्षात घ्यायला हवे. कॅनिझारोच्या संशोधनाने या सर्व आवर्तसारण्यांचा पाया घातला. त्याने हा गोंधळ दूर केला नसता तर आवर्तसारण्या बनवण्याचे प्रयत्न कितपत सफल झाले असते याबद्दल शंकाच आहे. 

अशी ही अणुभारमापनाची साठा उत्तराची कहाणी पाचा उत्तरी सुफळ संपूर्ण!

संदर्भ:
http://www1.umn.edu/ships/modules/chem/avogadro.pdf
http://fromdeathtolife.org/cphil/chem3.html
http://en.wikibooks.org/wiki/Chemical_Principles/Are_Atoms_Real%3F_From_Democritus_to_Dulong_and_Petit

कॅनिझारोच्या त्या सुप्रसिद्ध निबंधाचे इंग्रजी भाषांतर खालील दुव्यावर वाचता येईल.
http://www.chemteam.info/Chem-History/Cannizzaro.html

विनायक गोरे