धडा 9: पदार्थाचा अणुआधार

1789 मध्ये अँटोनी लव्हाझिए यांनी अभिक्रियेपूर्वी आणि नंतर सर्व काही तोलले आणि एक नमुना शोधला. द्रव्यमान अविनाशित्वाचा नियम सांगतो की रासायनिक अभिक्रियेत अभिकारकांचे एकूण वस्तुमान उत्पादित पदार्थांच्या एकूण वस्तुमानाइतके असते. व्हिनेगर आणि बेकिंग सोडा उघड्या फ्लास्कमध्ये अभिक्रिया करतात तेव्हा कार्बन डायऑक्साइड निघून जातो म्हणून वाचन कमी येते. फ्लास्कला फुगा बांधला तर वायू अडकतो आणि वाचन तेच राहते. वायू तयार न होणाऱ्या अभिक्रियेत, जसे सोडियम सल्फेट आणि बेरियम क्लोराइडपासून पांढरा अवक्षेप मिळतो, तेव्हा उघड्या फ्लास्कमध्येही वाचन तेच राहते. कारण अणू फक्त नव्याने मांडले जातात, हरवत नाहीत.

फ्रेंच रसायनशास्त्रज्ञ जोसेफ प्राउस्ट यांना आढळले की संयुगात तीच मूलद्रव्ये नेहमी वस्तुमानाच्या निश्चित गुणोत्तरात असतात, स्रोत किंवा तयार करण्याची पद्धत कोणतीही असो. हा स्थिर प्रमाणाचा नियम, ज्याला निश्चित प्रमाणाचा नियमही म्हणतात. शुद्ध पाण्यात हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन नेहमी 1 : 8 या वस्तुमान-गुणोत्तरात असतात, म्हणून 9 g पाण्यापासून 1 g हायड्रोजन आणि 8 g ऑक्सिजन मिळतो. हे गुणोत्तर वस्तुमानाचे आहे, अणूंच्या संख्येचे नाही; पाण्यात अणूंचे गुणोत्तर 2 : 1 आहे. मिश्रणे हा नियम पाळत नाहीत, कारण वाळू आणि लोखंडाचा भुगा कोणत्याही गुणोत्तरात मिसळता येतात. गुणोत्तर वापरताना दिलेल्या वस्तुमानाला त्याच्या गुणोत्तर-संख्येने भागा आणि दुसऱ्या संख्येने गुणा.

1808 मध्ये जॉन डाल्टन यांनी गृहीतकांवर आधारित अणुसिद्धांत मांडला; गृहीतक म्हणजे पुराव्याशिवाय सत्य मानलेली मूलभूत कल्पना. त्यांनी सांगितले की पदार्थ सूक्ष्म अणूंनी बनलेला असतो; अणू अविभाज्य असतात आणि रासायनिक अभिक्रियेत निर्माण किंवा नष्ट होत नाहीत; एका मूलद्रव्याचे अणू वस्तुमान आणि रासायनिक गुणधर्मांत सारखे असतात; वेगवेगळ्या मूलद्रव्यांचे अणू वेगळे असतात; आणि अणू साध्या पूर्ण संख्यांच्या गुणोत्तरात जुळतात, म्हणजे दिलेल्या संयुगात त्यांचे प्रकार आणि संख्या निश्चित असतात. पहिली कल्पना द्रव्यमान अविनाशित्वाचा नियम स्पष्ट करते आणि शेवटची स्थिर प्रमाणाचा नियम. आज आपल्याला माहीत आहे की अणूत अणुअंतर्गत कण असतात आणि एकाच मूलद्रव्याचे अणू वस्तुमानात वेगळे असू शकतात.

रेणू म्हणजे एकापेक्षा जास्त अणूंचा विद्युत-उदासीन कण जो स्वतंत्रपणे राहू शकतो आणि पदार्थाचे गुणधर्म दाखवतो. हेलियम एकेकट्या अणूंच्या रूपात असतो, कारण त्याचे संयुजा कवच आधीच भरलेले आहे. इतर अणू सहसंयुज बंधात इलेक्ट्रॉन सामायिक करून भरलेले कवच मिळवतात, K कवचासाठी द्वयक आणि इतरत्र अष्टक. एक सामायिक जोडी म्हणजे एकेरी बंध, दोन जोड्या म्हणजे दुहेरी बंध आणि तीन जोड्या म्हणजे तिहेरी बंध. Cl₂ मध्ये क्लोरिनचे दोन अणू एक जोडी सामायिक करतात, O₂ मध्ये ऑक्सिजनचे दोन अणू दोन जोड्या आणि N₂ मध्ये नायट्रोजनचे दोन अणू तीन जोड्या सामायिक करतात. HCl, H₂O, NH₃ आणि CO₂ सारख्या संयुगांतही अणू इलेक्ट्रॉन सामायिक करतात. सहसंयुज संयुगांना mono-, di-, tri-, tetra-, penta- अशा उपसर्गांनी नाव देतात.

चारपेक्षा कमी संयुजा इलेक्ट्रॉन असलेला धातूचा अणू ते गमावतो आणि चारपेक्षा जास्त असलेला अधातूचा अणू मिळवतो किंवा सामायिक करतो. सोडियमचा अणू (2, 8, 1) एक इलेक्ट्रॉन गमावून Na⁺ बनतो, ज्यात 11 प्रोटॉन आणि 10 इलेक्ट्रॉन असतात. क्लोरिनचा अणू (2, 8, 7) एक इलेक्ट्रॉन मिळवून Cl⁻ बनतो. धन आयनांना धनायन आणि ऋण आयनांना ऋणायन म्हणतात, आणि दोघांना मिळून आयन. त्यांच्यातील स्थिरविद्युत आकर्षण म्हणजे आयनिक बंध. आयनिक संयुगे त्रिमितीय स्फटिक बनवतात; सोडियम क्लोराइडमध्ये प्रत्येक Na⁺ भोवती सहा Cl⁻ असतात. नावात आधी धनायन आणि मग ऋणायन येते, -ide शेवटासह; NH₄⁺ सारखे बहुअणुक आयन म्हणजे अणूंचे गट.

सहसंयुज संयुगासाठी चिन्हे आणि त्यांच्या संयुजा लिहा आणि संयुजांची अधोलिखित अंक म्हणून आडवी अदलाबदल करा; अधोलिखित 1 लिहीत नाहीत. आयनिक संयुगासाठी आधी धनायन लिहा, चिन्हांखाली भार लिहा आणि फक्त अंकांची अदलाबदल करा; भार सूत्रात लिहीत नाहीत. अधोलिखित अंकांना सामाईक अवयवाने भागा, कारण सूत्र सर्वात सोपे गुणोत्तर दाखवते. एकाच प्रकारचे दोन किंवा अधिक बहुअणुक आयन लागले तर ते कंसात ठेवा, जसे Mg(NO₃)₂ आणि Al(OH)₃ मध्ये. एकूण धनभार एकूण ऋणभाराइतका असावा, म्हणजे संयुग उदासीन राहते.

द्रावणातील विद्युतप्रवाह हलणारे आयन वाहून नेतात. घन सोडियम क्लोराइडमध्ये आयन ठरावीक जागी धरलेले असतात, म्हणून तो वहन करत नाही; पाण्यात विरघळल्यावर किंवा वितळल्यावर आयन मुक्त होतात आणि तो वहन करतो. सोडियम क्लोराइड आणि कॉपर सल्फेटसारखी आयनिक संयुगे साधारणपणे पाण्यात विद्राव्य पण पेट्रोल आणि केरोसीनमध्ये अविद्राव्य असतात, आणि आयनांमधील प्रबळ आकर्षणामुळे त्यांचे वितळबिंदू आणि उत्कलनबिंदू उच्च असतात. कापूर आणि नॅफ्थालीनसारखी सहसंयुज संयुगे साधारणपणे पाण्यात अविद्राव्य पण पेट्रोल आणि केरोसीनमध्ये विद्राव्य असतात, आणि त्यांचे वितळबिंदू आणि उत्कलनबिंदू कमी असतात. साखर सहसंयुज आहे आणि पाण्यात विरघळते, पण ती आयन देत नाही, म्हणून तिचे द्रावण वहन करत नाही. चाचणीत कमी व्होल्टेजची बॅटरी वापरा आणि पेट्रोल व केरोसीन ज्वालेपासून दूर ठेवा.

सहसंयुज संयुगाचे रेणुवस्तुमान म्हणजे त्याच्या सूत्रातील सर्व अणूंच्या अणुवस्तुमानांची बेरीज, एकक u. ऑक्सिजनसाठी O₂ = 16 × 2 = 32 u, आणि अमोनियासाठी NH₃ = 14 + 3 × 1 = 17 u. आयनिक संयुगे रेणू बनवत नाहीत; ती स्फटिक बनवतात, म्हणून आपण सूत्र-एकक वापरतो, म्हणजे आयनांचे सर्वात साधे पूर्ण-संख्या गुणोत्तर. सूत्र-एकक वस्तुमान म्हणजे सूत्र-एककातील अणुवस्तुमानांची बेरीज, उदा. NaCl = 23 + 35.5 = 58.5 u. कंसाला अधोलिखित अंक असेल तर कंसातील सर्वांना गुणा, म्हणून Ca(OH)₂ = 40 + 2 × (16 + 1) = 74 u.