प्राचीन भारतीय आणि ग्रीक तत्त्ववेत्त्यांनी नेहमीच पदार्थाच्या अज्ञात आणि अदृश्य स्वरूपाबद्दल चिंतन केले आहे. पदार्थाच्या विभाज्यतेची कल्पना भारतात, सुमारे $500 BC$ या काळापासून विचारात घेतली गेली आहे. भारतीय तत्त्ववेत्ता महर्षी कणाद यांनी असे प्रतिपादन केले की जर आपण पदार्थ (पदार्थ) विभाजित करत राहिलो तर आपल्याला लहान आणि लहान कण मिळतील. शेवटी, एक अशी पायरी येईल जेव्हा आपल्याला सर्वात लहान कणांपर्यंत पोहोचू जेथे पुढील विभाजन शक्य होणार नाही. त्यांनी या कणांना परमाणू असे नाव दिले. दुसरे भारतीय तत्त्ववेत्ते, पकुधा कात्यायन यांनी या सिद्धांताचा विस्तार केला आणि सांगितले की हे कण सामान्यतः एकत्रित स्वरूपात अस्तित्वात असतात जे आपल्याला पदार्थाचे विविध प्रकार देतात.

अंदाजे त्याच काळात, प्राचीन ग्रीक तत्त्ववेत्ते - डेमोक्रिटस आणि ल्युसिपस यांनी सुचवले की जर आपण पदार्थ विभाजित करत राहिलो तर एक अशी पायरी येईल जेव्हा मिळालेल्या कणांचे पुढे विभाजन करता येणार नाही. डेमोक्रिटस यांनी या अविभाज्य कणांना अणू (अर्थात विभाजन न होणारे) असे नाव दिले. हे सर्व तात्त्विक विचारांवर आधारित होते आणि अठराव्या शतकापर्यंत या कल्पनांची पडताळणी करण्यासाठी फारसे प्रायोगिक कार्य करता आले नाही.

अठराव्या शतकाच्या अखेरीस, वैज्ञानिकांनी मूलद्रव्ये आणि संयुगे यातील फरक ओळखला आणि स्वाभाविकच मूलद्रव्ये कशी आणि का एकत्रित होतात आणि ती एकत्रित झाल्यावर काय होते हे शोधण्यात रस घेतला.

अँटोनी एल. लाव्हॉइझियर यांनी रासायनिक संयोगाचे दोन महत्त्वाचे नियम स्थापन करून रासायनिक विज्ञानाचा पाया घातला.

3.1 रासायनिक संयोगाचे नियम

लाव्हॉइझियर आणि जोसेफ एल. प्राउस्ट यांनी केलेल्या अनेक प्रयोगांनंतर खालील दोन संयोग स्थापित करण्यात आले.

3.1.1 द्रव्यमानाच्या संवर्धनाचा नियम

रासायनिक बदल (रासायनिक अभिक्रिया) घडल्यावर द्रव्यमानात बदल होतो का?

क्रियाकलाप 3.1

• खालीलपैकी एक संच, $X$ आणि $Y$ रसायने घ्या-

  $\text{X}$	$\text{Y}$
  (i) कॉपर सल्फेट	सोडियम कार्बोनेट
  (ii) बेरियम क्लोराईड	सोडियम सल्फेट
  (iii) लेड नायट्रेट	सोडियम क्लोराईड

• $X$ आणि $Y$ यांच्या खाली सूचीबद्ध केलेल्या पदार्थांच्या कोणत्याही एका जोडीचे स्वतंत्रपणे 5% द्रावण पाण्यात $10 mL$ तयार करा.

• शंकूच्या आकाराच्या फ्लास्कमध्ये $Y$ चे थोडेसे द्रावण घ्या आणि प्रज्वलन नलिकेत $X$ चे काही द्रावण घ्या.

• प्रज्वलन नलिका फ्लास्कमध्ये काळजीपूर्वक लटकवा; द्रावणे मिसळू नयेत याची खात्री करा. फ्लास्कवर एक कॉर्क लावा (चित्र 3.1 पहा).

चित्र 3.1: $X$ चे द्रावण असलेली प्रज्वलन नलिका, $Y$ चे द्रावण असलेल्या शंकूच्या आकाराच्या फ्लास्कमध्ये बुडवलेली

• फ्लास्क आणि त्यातील सामग्री काळजीपूर्वक तोलून पहा.

• आता फ्लास्कला टेकवा आणि फिरवा, जेणेकरून $X$ आणि $Y$ द्रावणे मिसळतील.

• पुन्हा तोलून पहा.

• अभिक्रिया फ्लास्कमध्ये काय होते?

• तुम्हाला वाटते का की रासायनिक अभिक्रिया घडली आहे?

• आपण फ्लास्कच्या तोंडावर कॉर्क का लावावा?

• फ्लास्क आणि त्यातील सामग्रीचे वस्तुमान बदलते का?

द्रव्यमानाच्या संवर्धनाचा नियम सांगतो की रासायनिक अभिक्रियेत द्रव्यमान निर्माण होऊ शकत नाही किंवा नष्टही होऊ शकत नाही.

3.1.2 स्थिर गुणोत्तराचा नियम

लाव्हॉइझियर यांनी, इतर वैज्ञानिकांसोबत, हे नोंदवले की अनेक संयुगे दोन किंवा अधिक मूलद्रव्यांपासून बनलेली असतात आणि प्रत्येक अशा संयुगात समान मूलद्रव्ये समान प्रमाणात असतात, ते संयुग कोठून आले किंवा कोणी तयार केले याची पर्वा न करता.

पाण्यासारख्या संयुगात, हायड्रोजनचे वस्तुमान आणि ऑक्सिजनचे वस्तुमान यांचे गुणोत्तर नेहमी $1: 8$ असते, पाण्याचा स्रोत कसाही असो. अशाप्रकारे, जर $9 g$ पाण्याचे विघटन केले तर नेहमी $1 g$ हायड्रोजन आणि $8 g$ ऑक्सिजन मिळते. त्याचप्रमाणे अमोनियामध्ये, नायट्रोजन आणि हायड्रोजन नेहमी वस्तुमानाने $14: 3$ या गुणोत्तरात असतात, ते कोणत्या पद्धतीने किंवा कोणत्या स्रोतातून मिळाले याची पर्वा न करता.

यामुळे स्थिर गुणोत्तराच्या नियमाकडे नेले गेले ज्याला निश्चित गुणोत्तराचा नियम असेही म्हणतात. हा नियम प्राउस्ट यांनी “रासायनिक पदार्थातील मूलद्रव्ये नेहमी निश्चित वस्तुमान गुणोत्तरात असतात” असे मांडला.

वैज्ञानिकांसमोर पुढची समस्या म्हणजे या नियमांचे योग्य स्पष्टीकरण देणे. ब्रिटिश रसायनशास्त्रज्ञ जॉन डॉल्टन यांनी पदार्थाच्या स्वरूपाबद्दल मूलभूत सिद्धांत दिला. डॉल्टन यांनी पदार्थाच्या विभाज्यतेची कल्पना स्वीकारली, जी तोपर्यंत फक्त एक तत्त्वज्ञान होती. त्यांनी ग्रीक लोकांनी दिलेले ‘अणू’ हे नाव घेतले आणि सांगितले की पदार्थाचे सर्वात लहान कण अणू आहेत. त्यांचा सिद्धांत रासायनिक संयोगाच्या नियमांवर आधारित होता. डॉल्टनच्या अणुसिद्धांताने द्रव्यमानाच्या संवर्धनाच्या नियमाचे आणि निश्चित गुणोत्तराच्या नियमाचे स्पष्टीकरण दिले.

जॉन डॉल्टन यांचा जन्म 1766 मध्ये इंग्लंडमध्ये एका गरीब विणकर कुटुंबात झाला. बारा वर्षांच्या वयात त्यांनी शिक्षक म्हणून कारकीर्द सुरू केली. सात वर्षांनंतर ते शाळेचे प्राचार्य झाले. 1793 मध्ये, डॉल्टन मॅंचेस्टरला गणित, भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्र शिकवण्यासाठी गेले

जॉन डॉल्टन एक कॉलेज. त्यांनी तेथे बहुतांश आयुष्य शिकवणे आणि संशोधन करण्यात घालवले. 1808 मध्ये, त्यांनी आपला अणुसिद्धांत सादर केला जो पदार्थाच्या अभ्यासात एक वळण होते.

डॉल्टनच्या अणुसिद्धांतानुसार, सर्व पदार्थ, मूलद्रव्य, संयुग किंवा मिश्रण असो, अणू नावाच्या लहान कणांपासून बनलेले असतात. या सिद्धांताची प्रतिपादने खालीलप्रमाणे मांडता येतील:

(i) सर्व पदार्थ अणू नावाच्या अतिशय सूक्ष्म कणांपासून बनलेले असतात, जे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये सहभागी होतात.

(ii) अणू हे अविभाज्य कण आहेत, जे रासायनिक अभिक्रियेत निर्माण होऊ शकत नाहीत किंवा नष्टही होऊ शकत नाहीत.

(iii) दिलेल्या मूलद्रव्याचे अणू वस्तुमानात आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये सारखे असतात.

(iv) भिन्न मूलद्रव्यांच्या अणूंचे वस्तुमान आणि रासायनिक गुणधर्म वेगवेगळे असतात.

(v) अणू लहान पूर्ण संख्यांच्या गुणोत्तरात एकत्रित होऊन संयुगे तयार करतात.

(vi) दिलेल्या संयुगात अणूंची सापेक्ष संख्या आणि प्रकार स्थिर असतात.

तुम्ही पुढील प्रकरणात अभ्यासाल की सर्व अणू अजूनही लहान कणांपासून बनलेले असतात.

3.2 अणू म्हणजे काय?

तुम्ही कधी एक वल्हई भिंती बांधताना पाहिले आहे का, या भिंतींपासून एक खोली आणि नंतर इमारत बनवण्यासाठी खोल्यांचा संग्रह? प्रचंड इमारतीचा बिल्डिंग ब्लॉक काय आहे? मुंग्यांच्या वार्याचा बिल्डिंग ब्लॉक काय? तो वाळूचा एक छोटासा दाणा आहे. त्याचप्रमाणे, सर्व पदार्थांचे बिल्डिंग ब्लॉक्स अणू आहेत.

अणू किती मोठे असतात?

अणू खूपच लहान असतात, ते आपण कल्पना करू शकतो किंवा त्याच्याशी तुलना करू शकतो त्यापेक्षा लहान असतात. लाखो अणू एकत्र केले तरही कागदाच्या या पानाइतकीच जाडीचा थर तयार होईल.

अणुत्रिज्या नॅनोमीटरमध्ये मोजली जाते.

$$ \begin{aligned} 1 / 10^{9} m & =1 nm \\ 1 m & =10^{9} nm \end{aligned} $$

सापेक्ष आकार

आपल्याला वाटू शकते की जर अणू आकाराने इतके क्षुल्लक असतील तर आपण त्यांची काळजी का घ्यावी? याचे कारण असे की आपला संपूर्ण जग अणूंपासून बनलेला आहे. आपण त्यांना पाहू शकत नाही, पण ते तिथे आहेत, आणि आपण जे काही करतो त्यावर सतत परिणाम करत आहेत. आधुनिक तंत्रांद्वारे, आता आपण मूलद्रव्यांच्या पृष्ठभागांची विस्तारित प्रतिमा तयार करू शकतो ज्यामध्ये अणू दिसतात.

चित्र 3.2: सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाची एक प्रतिमा

3.2.1 भिन्न मूलद्रव्यांच्या अणूंचे आधुनिक चिन्हे काय आहेत?

डॉल्टन हे मूलद्रव्यांसाठी चिन्हे विशिष्ट अर्थाने वापरणारे पहिले वैज्ञानिक होते. जेव्हा त्यांनी मूलद्रव्यासाठी चिन्ह वापरले तेव्हा त्यांचा अर्थ त्या मूलद्रव्याच्या निश्चित प्रमाणात, म्हणजेच त्या मूलद्रव्याच्या एका अणूचाही होता. बर्झिलियस यांनी सुचवले की मूलद्रव्यांची चिन्हे त्या मूलद्रव्याच्या नावाच्या एक किंवा दोन अक्षरांपासून बनवली जावीत.

चित्र 3.3: डॉल्टन यांनी सुचवल्याप्रमाणे काही मूलद्रव्यांची चिन्हे

सुरुवातीला, मूलद्रव्यांची नावे ज्या ठिकाणी ती प्रथम आढळली त्या ठिकाणाच्या नावावरून घेतली गेली. उदाहरणार्थ, कॉपर हे नाव सायप्रस येथून घेतले गेले. काही नावे विशिष्ट रंगांवरून घेतली गेली. उदाहरणार्थ, गोल्ड हे इंग्रजी शब्दावरून घेतले गेले ज्याचा अर्थ पिवळा असा होतो. आजकाल, आययूपीएसी (इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अॅप्लाइड केमिस्ट्री) ही एक आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक संस्था आहे जी मूलद्रव्यांची नावे, चिन्हे आणि एकके मंजूर करते. बऱ्याच चिन्हांमध्ये इंग्रजीतील मूलद्रव्याच्या नावाचे पहिले एक किंवा दोन अक्षर असतात. चिन्हाचे पहिले अक्षर नेहमी कॅपिटल अक्षर (अप्परकेस) म्हणून लिहिले जाते आणि दुसरे अक्षर लहान अक्षर (लोअरकेस) म्हणून लिहिले जाते.

उदाहरणार्थ

(i) हायड्रोजन, $H$

(ii) ॲल्युमिनियम, $Al$ आणि $AL$ नाही

(iii) कोबाल्ट, Co आणि CO नाही.

काही मूलद्रव्यांची चिन्हे नावाच्या पहिल्या अक्षरापासून आणि नावात नंतर येणाऱ्या अक्षरापासून बनवली जातात. उदाहरणे आहेत: (i) क्लोरीन, $Cl$, (ii) जस्त, $Zn$ इ.

इतर चिन्हे लॅटिन, जर्मन किंवा ग्रीक मधील मूलद्रव्यांच्या नावांवरून घेतली गेली आहेत. उदाहरणार्थ, लोहाचे चिन्ह $Fe$ त्याच्या लॅटिन नाव फेरमवरून, सोडियमचे चिन्ह $Na$ नॅट्रियमवरून, पोटॅशियमचे चिन्ह $K$ कालियमवरून घेतले गेले आहे. म्हणून, प्रत्येक मूलद्रव्याला एक नाव आणि एक अद्वितीय रासायनिक चिन्ह असते. (वरील सारणी तुम्हाला मूलद्रव्यांबद्दल अभ्यास करताना संदर्भासाठी देण्यात आली आहे. एकाच वेळी सर्व लक्षात ठेवण्याचा प्रयत्न करू नका. कालांतराने आणि वारंवार वापराने तुम्ही स्वत:हून चिन्हे पुनरुत्पादित करू शकाल.)

3.2.2 अणुवस्तुमान

डॉल्टनच्या अणुसिद्धांताने मांडलेली सर्वात उल्लेखनीय संकल्पना म्हणजे अणुवस्तुमानाची. त्यांच्या मते, प्रत्येक मूलद्रव्याचे एक वैशिष्ट्यपूर्ण अणुवस्तुमान होते. या सिद्धांताने स्थिर गुणोत्तराच्या नियमाचे इतके चांगले स्पष्टीकरण दिले की वैज्ञानिक अणूचे अणुवस्तुमान मोजण्यास प्रवृत्त झाले. एखाद्या वैयक्तिक अणूचे वस्तुमान निश्चित करणे हे तुलनेने कठीण काम असल्याने, रासायनिक संयोगांचे नियम आणि तयार झालेली संयुगे वापरून सापेक्ष अणुवस्तुमाने निश्चित करण्यात आली.

कार्बन आणि ऑक्सिजनपासून तयार झालेल्या संयुग, कार्बन मोनॉक्साईड (CO) चे उदाहरण घेऊ. प्रायोगिकरित्या हे निरीक्षण करण्यात आले की 3 $g$ कार्बन $4 g$ ऑक्सिजनसोबत संयोग पावून $CO$ तयार करते. दुसऱ्या शब्दांत, कार्बन त्याच्या वस्तुमानाच्या $4 / 3$ पट ऑक्सिजनसोबत संयोग पावते. समजा आपण अणुवस्तुमान एकक (पूर्वी ‘amu’ म्हणून संक्षिप्त, परंतु आययूपीएसीच्या नवीनतम शिफारशींनुसार, आता ‘$u$’ - युनिफाइड मास म्हणून लिहिले जाते) एका कार्बन अणूच्या वस्तुमानाइतके म्हणून परिभाषित केले, तर आपण

सारणी 3.1: काही मूलद्रव्यांची चिन्हे

कार्बनला $1.0 u$ आणि ऑक्सिजनला $1.33 u$ अणुवस्तुमान नियुक्त करू. तथापि, या संख्या पूर्ण संख्या किंवा शक्य तितक्या पूर्ण संख्येच्या जवळ असणे अधिक सोयीचे आहे. विविध अणुवस्तुमान एकके शोधत असताना, वैज्ञानिकांनी सुरुवातीला नैसर्गिकरित्या आढळणाऱ्या ऑक्सिजनच्या अणूच्या वस्तुमानाचा 1/16 भाग एकक म्हणून घेतला. हे दोन कारणांमुळे संबंधित मानले गेले:

• ऑक्सिजन मोठ्या संख्येने मूलद्रव्यांसोबत अभिक्रिया करते आणि संयुगे तयार करते.

• या अणुवस्तुमान एककाने बहुतेक मूलद्रव्यांचे वस्तुमान पूर्ण संख्यांमध्ये दिले.

तथापि, 1961 मध्ये सार्वत्रिकरित्या स्वीकारलेल्या अणुवस्तुमान एककासाठी, कार्बन-12 समस्थानिक हे अणुवस्तुमाने मोजण्यासाठी मानक संदर्भ म्हणून निवडले गेले. एक अणुवस्तुमान एकक हे कार्बन-12 च्या एका अणूच्या वस्तुमानाच्या अगदी एक बाराव्या $(1 / 12^{th})$ भागाइतके वस्तुमान एकक आहे. सर्व मूलद्रव्यांची सापेक्ष अणुवस्तुमाने कार्बन-12 च्या अणूच्या संदर्भात आढळली आहेत.

एक फळविक्रेता कोणतेही मानक वजन न ठेवता फळे विकत असल्याची कल्पना करा. तो एक कलिंगड घेतो आणि म्हणतो, “याचे वस्तुमान 12 एककांच्या बरोबरीचे आहे” (12 कलिंगड एकक किंवा 12 फळ वस्तुमान एकक). तो कलिंगडाचे बारा समान तुकडे करतो आणि तो जी फळे विकत आहे त्यांचे वस्तुमान कलिंगडाच्या एका तुकड्याच्या वस्तुमानाच्या सापेक्ष शोधतो. आता तो त्याची फळे सापेक्ष फळ वस्तुमान एकक (fmu) द्वारे विकतो, जसे चित्र 3.4 मध्ये दाखवले आहे.

चित्र 3.4 : (a) कलिंगड, (b) 12 तुकडे, (c) $1 / 12$ कलिंगडाचा, (d) फळविक्रेता कलिंगडाचे तुकडे वापरून फळे कशी तोलू शकतो

त्याचप्रमाणे, एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणूचे सापेक्ष अणुवस्तुमान हे अणूचे सरासरी वस्तुमान, $1 / 12^{\text{th }}$ एका कार्बन-12 अणूच्या वस्तुमानाच्या तुलनेत म्हणून परिभाषित केले जाते.

सारणी 3.2: काही मूलद्रव्यांची अणुवस्तुमाने

3.2.3 अणू कशा रीतीने अस्तित्वात असतात?

बहुतेक मूलद्रव्यांचे अणू स्वतंत्रपणे अस्तित्वात राहू शकत नाहीत. अणू रेणू आणि आयन तयार करतात. हे रेणू किंवा आयन मोठ्या संख्येने एकत्रित होऊन तो पदार्थ तयार करतात जो आपण पाहू, अनुभवू किंवा स्पर्श करू शकतो.

3.3 रेणू म्हणजे काय?

रेणू सामान्यतः दोन किंवा अधिक अणूंचा एक गट असतो जे रासायनिकरित्या एकत्र बांधलेले असतात, म्हणजेच आकर्षक शक्तींद्वारे घट्ट धरलेले असतात. रेणूची व्याख्या मूलद्रव्य किंवा संयुगाचा सर्वात लहान कण म्हणून केली जाऊ शकते जो स्वतंत्र अस्तित्वासाठी सक्षम असतो आणि त्या पदार्थाचे सर्व गुणधर्म दर्शवितो. समान मूलद्रव्याचे किंवा भिन्न मूलद्रव्यांचे अणू एकत्र येऊन रेणू तयार करू शकतात.

3.3.1 मूलद्रव्यांचे रेणू

मूलद्रव्याचे रेणू त्याच प्रकारच्या अणूंनी बनलेले असतात. अनेक मूलद्रव्यांचे रेणू, जसे की आर्गॉन (Ar), हेलियम (He) इ. फक्त त्या मूलद्रव्याच्या एका अणूपासून बनलेले असतात. परंतु बहुतेक अधातूंच्या बाबतीत असे नसते. उदाहरणार्थ, ऑक्सिजनच्या रेणूमध्ये ऑक्सिजनचे दोन अणू असतात आणि म्हणून त्याला द्विअणुक रेणू म्हणून ओळखले जाते, $O_2$. जर ऑक्सिजनचे 3 अणू नेहमीच्या 2 ऐवजी एका रेणूमध्ये एकत्रित झाले तर आपल्याला ओझोन मिळते, $O_3$. रेणू बनवणाऱ्या अणूंच्या संख्येला त्याची अणुकेंद्रीयता म्हणतात.

धातू आणि काही इतर मूलद्रव्ये, जसे की कार्बन, यांची साधी रचना नसते परंतु एकत्र बांधलेल्या अतिशय मोठ्या आणि अनिश्चित संख्येने अणूंचा समावेश असतो.

चला काही अधातूंची अणुकेंद्रीयता पाहूया.

सारणी 3.3 : काहींची अणुकेंद्रीयता