పంచుకోండి
వ్యూస్
  • స్థితి: సవరణ కు సిద్ధం

మూలకాలు

వివిధ రకాల మూలకాల గురించి తెలుసుకుందాం.

dec18చెకుముకి నేస్తాలూ! విశ్వమంతా పదార్థాలూ, శక్తీ అనే రెండు రూపాలతో ఉందని విజ్ఞాన శాస్త్రవేత్తలు చెప్పారు కదా! పదార్థాలు మూలకాల, వాటి సంయోగ పదార్థాల శుద్ద రూపం లేదా మిశ్రమ రూపంలో ఉంటాయి. ఈనాడు మనకు హైడ్రోజన్ నుంచి యురేనియం వరకు 90 మూలకాలు భూమి నుంచి లభిస్తున్నాయి. కంగారు పడకండి హైడ్రోజన్ నుంచి యురేనియం వరకు 92 మూలకాలని కదా మీ సందేహం? మరి టెక్నీషియం (Z=43), ప్రొమిధ్యం (Z=59) భూమిలో సహజంగా లభించవు. వీటిని కొన్ని నక్షత్రాలలో సహజంగా ఉన్నట్లుగా గుర్తించారు. ఇవి కాక ప్రయోగశాలలో ఇప్పటి వరకు ఒక 25 మూలకాలను తయారు చేశారు. (ఇవన్నీ కృత్రిమ మూలకాలు సుమా) అంటే ప్రకృతిలో కేవలం 90 మూలకాలే ఉన్నాయి. ఎందువల్ల? ఈ 90 మూలకాలు కూడా అన్ని సమాన పరిమాణం (% of abundance) లో ఉండవు. కొన్ని మూలకాలు చాలా ఎక్కువ పరిమాణంలోనూ, కొన్ని మూలకాలు అతి తక్కువ పరిమాణంలోనూ ప్రకృతిలో వుంటాయి. అంతేకాదు. ఒకే మూలకానికి చెందిన విభిన్న సమస్థానీయాలు (Isotopes) కూడా విభిన్న పరిమాణాల్లో లభిస్తాయి, అసలు మూలకాలు ఎలా ఏర్పడ్డాయి? వీటిని గురించి తెలుసుకోవాలంటే ముందు అసలు ఈ విశ్వం (Universe) ఎలా పుట్టిందో తెలియాలి.

విశ్వం మూలం:

విశ్వం ఎలా ఏర్పడింది అనేది చెప్పడానికి అనేక సిద్దాంతాలు ప్రవేశపెట్టారు. అయితే అన్ని సిద్దాంతాల్లోకి ఆమోదయోగ్యత ఎక్కువగా మహా విస్పోటన (Big Bang) సిద్ధాంతానికి ఉంది. ఈ సిద్దాంతం ఏమి చెబుతుందో తెలుసుకొందాం, మహా ప్రళయ విస్ఫోటన (Hot Big Bang) సిద్దాంతంలోని ప్రధాన అంశాలు.

  1. ఆదికాలంలో ఈ విశ్వంలోని శక్తి ద్రవ్యమంతా ఒక ఆది కేంద్రకం (Primeval nuclear)లో ఇమిడి వుండేది.
  2. ఆదికేంద్రకం సాంద్రత అత్యధికం. సుమారు 1096g/cm3
  3. ఆదికేంద్రకం విస్పోటనం చెందిన వెనువంటనే ఉష్ణోగ్రత సుమారు 1032 K గా వుంది.
  4. అంతర్గత ఘర్షణ వల్ల ఈ కేంద్రకం ఒక్కసారిగా ప్రళయ విస్పోటనం చెందింది.
  5. విస్పోటనం తరువాత ద్రవ్యరాశి, శక్తి (వికిరణం) శతం అంతరిక్షమంతా సమ(ఏకరీతిగా వ్యాపించాయి.
  6. ఈ వ్యాకోచంలో విశ్వం చల్లబడింది. ఈ చలబడటంలో విశ్వం నాలుగు రకాల బలాలను ఉత్పన్నం చేసింది. ఆ బలాలే గురుత్వాకరకణ (gravitational), విద్యుదయస్కాంత (electromagnetic), బలమైన కేంద్రక (strong nuclear) బలాలు, బలహీనమైన కేంద్రక (weak nuclear) బలాలు. మహావిస్పోటనం జరిగిన 10-43s (ఉష్ణోగ్రత 1031 K) కు గురుత్వాకరణ బలం. 10-35s (ఉష్ణోగ్రత 1028K) కు కేంద్రక బలాలు, మహావిస్ఫోటనం తరువాత 10-10s (ఉష్ణోగ్రత 1015 K) కు తగ్గినపుడు కేంద్రక, విద్యుదయస్కాంత బలాలు విడిపోయాయి. 6 x 10-6s వద్ద క్వార్క్ ల నుంచి ప్రోటాన్లు, నూట్రాన్లు ఏర్పడి ఎలక్ట్రాన్ లతో స్థిరీకరణ చెందాయి. ఇక్కడ ఉష్ణోగ్రత 1.4 x 1012K మహావిస్ఫోటనం జరిగిన ఒక సెకనుకు కణాలు (particles), ప్రతికణాలుగా (antiparticles) లయకరణం (annihilation) చెంది విద్యుదయస్కాంత ఫోటాన్లు ఉత్పన్నమయ్యాయి. ఈ విధంగా విశ్వమంతా ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లతో ఉంటుంది.
  7. తరువాత కేంద్రక బలాల ద్వారా ప్రోటాన్లు (p), న్యూట్రాన్లు (n) కలిసి డ్యుటీరియం కేంద్రకాల్ని (1p + 1n), హీలియం కేంద్రకాల్ని (2p + 2n) యిచ్చాయి. ఈవిధంగా మూలకాల నిర్మాణం మొదలయింది. అంటే మహా విస్ఫోటనం జరిగిన కొద్ది క్షణాల్లోనే (10s - 500s) విశ్వమంతా ఒక కేంద్రక సంలీన (nuclear fusion) రియాక్టర్ గా మారింది. విశ్వం వ్యాకోచం వల్ల కణ సాంద్రత క్రమంగా తగ్గుతూ 8 నిముషాల్లో విశ్వంలోని నాలుగోవంతు ద్రవ్యరాశీ హీలియం కేంద్రకాలుగా మారగా 75% హైడ్రోజన్ రూపంలో ఉంది. 10 % డ్యుటీరియం (D) 10-6% లిథియం (Li) కేంద్రకాలు కూడా ఏర్పడ్డాయి.

మహావిస్ఫోటన సిద్ధాంతానికి హల్ (Hubble 1929) ప్రయోగం పూర్తి మద్దతునిచ్చింది. ఈ ప్రయోగంలో దూరంగా ఉండే గెలాక్సీల నక్షత్రాల నుంచి వచ్చే కాంతి కాలం గడిచేకొద్దీ ఎరుపువైపు వర్ణపటం కదిలిపోయినట్లు చూపుతుంది. అంటే నక్షత్రాలు దూరంగా జరిగి పోతున్నాయని, విశ్వం వ్యాప్తి చెందుతుందని దాని అర్ధం.

విశ్వంలో విభిన్న మూలకాల లభ్యతాశాతం:

నక్షత్రాలను, సూర్యుణ్ణి గమనించడానికి ప్రత్యేక పరికరాలున్నాయి. వాయునెబ్యులాలను, అంతర్ స్టెల్లార్ సక్షత్ర ప్రాంతాలను వర్ణపటమాపకాల ద్వారా గుర్తించగలం. భూమి, చంద్రుడు వంటి గ్రహ, ఉపగ్రహాలను నేరుగా చూడగలం, వర్ణపటాలలోను పరిశీలించవచ్చు. ఇలాంటి పరిశోధనల్లో నిజాలు తెలిసాయి. విశ్వంలో హైడ్రోజన్ దాదాపు 88.6% (పరమాణవుల సంఖ్య పరంగా), "He" సుమారు 11.3% ఉన్నట్లు తెలిసింది. అంటే ఈ రెండు మూలకాలే 99.9% ఉన్నాయన్న మాట. వీటి ద్రవ్యరాశి 99% అంటే హైడ్రోజన్ నుంచి హీలియంల కేంద్రకాల (Nuclear) తయారీ అతి తక్కువగా మాత్రమే జరిగింది. పరమాణు ద్రవ్యరాశి 100కు చేరే వరకు లభ్యతాశాతం ఘాతాంకపద్దతిలో తగ్గితే, (Z-42) ఆ తరువాత ఇంకా ఎక్కువగా తగ్గింది.

మూలకాలు ఏర్పడటం:

అనేక రకాల నక్షత్రాలు, విభిన్న మూలకాల లభ్యతాశాతం వంటి విషయాలు వివరించడానికి కేంద్రక చర్యలు కారణమని అనేక రకాల కేంద్రక చర్యలు (Nuclear reactions) నిరూపించాయి. అందులో ముఖ్యమైన చర్యలు

  1. హైడ్రోజన్, హీలియం, కార్బన్ మూలకాలు మండటం (Burning), α -  విధానం, సమతావిధానం వంటి ఉష్ణమోచక చర్యలు.
  2. న్యూట్రాన్ ప్రగ్రహణ (Neutron capture) చర్యలు.
  3. ఇంకా ఇతర చర్యలు జరుగుతాయి.

న్యూట్రాన్ ల ప్రగ్రహణ చర్యలు:

నిదానంగా వెళ్లే నెమ్మది న్యూట్రాన్ ప్రగ్రహణ చర్యలు A=23 నుంచి 209 వరకు గల న్యూక్లైడ్ లను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ చర్యలను S - విధాన చర్యలు అని కూడా అంటారు. అదే శరవేగంతో వెళ్లే వేగన్యూట్రాన్ ప్రగ్రహణ చర్యల్లో (r-Neutron capture) ఒక ఐరన్ కేంద్రకానికి 10 నుంచి 100 సెకన్లలో 200 న్యూట్రాన్ల వరకు కలుపవచ్చు.

అంటే రకరకాల కేంద్రక చర్యల ద్వారా విభిన్న న్యూక్లైడ్ లు (Nuclides) ఏర్పడతాయన్నమాట. ఈ చర్యలను బట్టే నక్షత్రాల ద్రవ్యరాశిలో ఏన్యూక్లైడ్లు ప్రధాన పాత్ర వహిస్తాయనేది తెలుస్తుంది. విభిన్న కేంద్రక చర్యల కారణంగానే విభిన్న నక్షత్రాలు ఉంటాయి. ఈ చర్యలు నక్షత్రాల అంతర్భాగాల్లో జరుగుతాయి. కారణం అక్కడ అనుకూలమైన ఉష్ణోగ్రతలు అందుబాటులో ఉండటం వలన.

మనం నివసించే భూమి, ఇతర గ్రహాలు, ఉపగ్రహాలు దాదాపు 450 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం సూర్యుడు నక్షత్రంగా మారుతున్నప్పుడు సూర్యుని నుంచి ఏర్పడిన ముక్కలు. అంటే సూర్య కుటుంబంలోని భాగాలే. గ్రహాలు ఏర్పడేటప్పుడు అధికంగా ఉండే హైడ్రోజన్, హీలియం వాటి నుంచి తొలగింపబడి బరువైన మూలకాలు వాటి సమస్థానీయాలతో సహా గ్రహాల ద్రవ్యరాశి రూపంలో ఉన్నాయన్నమాట.

కేంద్రక చర్యల్లో ఏర్పడిన నక్షత్రాలలోని మూలకాలు సూర్యుడులాంటి నక్షత్రాల నుంచి ఏర్పడిన భూమీ, ఇంకా ఇతర గ్రహాల ద్రవ్యరాశులుగా ఉండటంలో ఆశ్చర్యం లేదుగా. భూమికి సంబంధించిన మూలకాలనొక్కొక్క దానిని గురించి రాబోయే చెకుముకి పత్రికల్లో వరుసగా తెలుసుకొందాం.

విశ్వం అంటే ఏమిటి? విశ్వం అంటే శక్తి. ద్రవ్యరాశులతో నిండిన ప్రదేశమేనని చెప్పవచ్చు. అంటే మన భూమి ఇతర గ్రహాలు, సూర్యుడు, గ్రహాల చుట్టూ తిరిగే ఉపగ్రహాలు నెబ్యులేలు, సూర్యుడు, గ్రహాల చుట్టూ తిరిగే ఉపగ్రహాలు నెబ్యులేలు, సూర్యుడు లాంటి అనేక నక్షత్ర మండలాలు, వీటితో కూడిన శక్తి, ఇదంతా విశ్వమన్నమాట. మహా విస్పోటనం పలితమే నేటి విశ్వం అని మహా విస్ఫోటన సిద్దాంతం చెబుతుంది.

విశ్వం విభిన్న పదార్థాల రూపంలో ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది. రసాయన శాస్త్రం పరంగా ఆ పదార్థాలు మూలకాలు, సమ్మేళనాలు, ఈ రెండు మిశ్రమాల రూపంలో కూడా ఉంటాయి. పదార్తాల పరిమాణాత్మకతనే వాటి ద్రవ్యరాశిగా విజ్ఞానశాస్త్రం చెబుతుంది.

అయితే మూలకాలంటే ఏమిటి? సమ్మేళనాలంటే ఏమిటి? ఒకే రకమయిన పరమాణువులు ఉన్న పదార్థం మూలకం. విభిన్న మూలకాల పరమాణువులు రసాయనికంగా కలిస్తే వచ్చే పదార్థాలు సమ్మేళనాలు. మూలకాలకు ఉదాహరణగా హైడ్రోజన్, హీలియం, సోడియం వంటి ఆవర్తన పట్టికలో ఉన్న వన్నీ. సోడియం క్లోరైడ్, పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్ లాంటి వేరు వేరు పరమాణువులతో ఉన్న అణువులు గల సమ్మేళనాలు, మూలకాలు, సమ్మేళనాలు భౌతికంగా మాత్రమే కలిసి ఉంటే వాటలిని మిశ్రమాలంటాం. అంటే మూలకాలు సంయోగ పదార్థాలు లేదా సమ్మేళనాలనిస్తాయి. మూలకాలు, సమ్మేళనాలు మిశ్రమాలను ఇస్తాయి. దీనిని బట్టి మూలకాలు ప్రధాన సవదార్థాలని తెలిసింది కదా. అందుకే మూలకాలను గురించి ముందు తెలుసుకుందాం.

ముందుగా ఏ మూలకం గురించి మనం తెలుసుకోవాలి? అన్నింటి కంటే అల్పభారంగల హైడ్రోజన్ ను గురించి ముందుగా తెలుసుకుందాం

హైడ్రోజన్

hydrogenహైడ్రోజన్ అన్ని మూలకాల్లోకి అత్యధికంగా విశ్వంలో లభించే మూలకం. పరమాణువుల పరంగా 88.6 శాతం పరమాణువులు 11.3 శాతం ఉన్నాయి. అంటే ఈ రెండు మూలకాలే సంఖ్యాపరంగా 99.9 శాతం పరమాణువులనిస్తున్నాయి. ద్రవ్యరాశి పరంగా కూడా ఈ రెండు మూలకాలే 99 శాతం పరమాణువులనిస్తున్నాము. ద్రవ్యరాశి పరంగా కూడా ఈ రెండు మూలకాలే 99 శాతం ద్రవ్యరాశి పరంగా కూడా ఈ రండా మూలకాలే 99 శాతం ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉన్నాయి. దీనిని బట్టి మనకు ఏమర్థమవుతుంది. కేంద్రక చర్యల ద్వారా హైడ్రోజన్ తో మొదలు పెట్టి , ఇతర మూలకాల ఏర్పడతాయి కదా. కేంద్రక చర్యలు చాలాచాలా స్వల్పమని చెలుస్తుంది. అందుకే ఇతర మూలకాల చాలా అరుదుగా ఉంటాయి. హైడ్రోజన్ ను గుర్తించిన విధానం మీకు తెలుసా? ఇనుమును సజల సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంలో చర్య జరిపించినప్పుడు ఒక వాయువు వస్తుదని 1671 లో రాబర్ట్ బాయిల్ గుర్తించాడు. ఈ వాయువు తేలికగా మండుతుంది. దాదాపు 95 సంవత్సరాల తర్వాత 1766లో కావిండిష్ ద్వారా ఆ వాయువు ధర్మాల్ని ప్రయోగపూర్వకంగా తెలుసుకున్నాడు. గాలి కంటే తేలికయినదని, ఆక్సీజన్ లో మండి నీరు ఏర్పరుస్తుందని చూపాడు. అప్పటి వరకు నీటిని మూలకంగా భావించేవారు. అది తప్పని తేలిపోయింది. లావోషీర్ దీనికి హైడ్రోజన్ అని 1783లో పేరుపెట్టారు. (హైడ్రోజన్ అంటే గ్రీకు భాషలో నీటిని ఏర్పరచేది అని అర్థం.)

హైడ్రోజన్ పై పరిశోధనలు జరిపిన మరికొందరు శాస్త్రవేత్తలను తెలుసుకుందాం.

సంవత్సరం

పరిశీలన

శాస్త్రక్షులు

1800

నీటివిద్యుద్విశ్లేషణ ఆక్సీజన్, హైడ్రోజన్ ఏర్పడడం

వికల్సన్, కార్లిపిల్.

1810-1815

ఆమ్లాల్లో ప్రధాన మూలకం హైడ్రోజన్

హెచ్ డేవి

1863

ఎర్రగా కాలిన ఇనుము, ప్లాటినంల ద్వారా హైడ్రోజన్ వ్యాపనం

డెవిల్లి, ట్రూస్ట్

1866

పల్లాడియంపై హైడ్రోజన్ అధిశోషణం

టి. గ్రహం

1878

వర్ణపటమాపకంతో సూర్యమండలంలోని హైడ్రోజన్ ను గుర్తించడం

జె.ఎన్. లాకియర్

1895

హైడ్రోజన్ ను ద్రవీకరించడం

జెం. దీవర్

1920

హైడ్రోజన్ బందాన్ని కనుగొనడం

లాటిమర్, రోడ్బుష్

1922

అర్థో, పారా హైడ్రోజన్

ఆర్. మెకే

1932

హైడ్రోజన్ వ్యాపకం, నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రయోగాల్లో డ్యుటిరియం గుర్తింపు

వెడ్

 

కేంద్రక చర్యల్లో ట్రైటియం లేదా బలిఫంట్ గుర్తించడం

రూథర్ ఫర్డ్

1939

ట్రైటియం రేడియో ధార్మికతను గుర్తించడం

అల్వరెజ్

1950

వాతావరణంలో హైడ్రోజన్ వాయువు గుర్తించడం షాల్టింగ్స్, హాల్టెక్

 

1951

వర్షపు నీటిలో హైడ్రోజన్ ను గుర్తించడం లిబ్బీ

 

1954

బికినీ ఎటోల్ పై హైడ్రోజన్ బాంబు విస్ఫోటనం

 

చూశారు కదా. ఒక్క హైడ్రోజన్ ను గురించి ఎంతమంది శాస్త్రవేత్తలు శ్రమపడి మనకు చెప్పారు.

మనకు ఈ మూలకం కావాలంటే ఎలా తయారు చేసుకోవచ్చు తెలుసుకుందాం.

  1. సోడియం ఎమాల్గం లేదా కాల్షియం లోహాంపై నీటి చర్యలో హైడ్రోజన్ వస్తుంది.
  2. జింక్ లాంటి లోహాలపై సజన హైడ్రో క్లోరిక్ ఆమ్లం చర్యలో హైడ్రోజన్ వస్తుంది.
  3. అధిక మొత్తంలో హైడ్రోజన్ కావాలంటే 900 డిగ్రీల సెల్సియస్ వద్ద ప్రొఫేస్ లాంటి హైడ్రో కార్బన్ లపై ఉత్పేరకం సమక్షంలో నీటి ఆవిరి చర్య ఉపయోగపడితింది.

హైడ్రోజన్ ను గురించిన కొన్ని విశేషాలు తెలుసుకుందామా?

  1. పారా, ఆర్థో హైడ్రోజన్ లంటే ఏమిటి తెలుసా?
  2. హైడ్రోజన్ ద్విపరమాణుక అణువులుగా ఉంటుంది కదా. ఒకొక్క పరమాణు కేంద్రకంలో ఒక ప్రోటాన్ ఉంటుంది. ఈ ప్రోటాన్ కు స్పిన్ ధర్మం ఉంటుంది. ఒక అణువులోని రెండు పరమాణువుల కేంద్రక ప్రోటాన్లకు ఒకే రకమైన దిశలో స్పిన్ ఉంటే (సమాంతర) అలాంటి హైడ్రోజన్ అణువులన్ని అర్థో హైడ్రోజన్లంటారు. ప్రోటాన్ ల స్పిన్ వ్యతిరేక దిశలో ఉంటే (ప్రతి సమాంతరం) ఆ అణువులును పారా హైడ్రోజన్లంటారు. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 75 శాతం అర్థో ఉంటే ఉష్ణోగ్రత తగ్గే కొద్దీ పారా హైడ్రోజన్  పెరుగుతూ gi వద్ద పూర్తిగా పార అణువులుంటాయి. ఆర్థో, పారా హైడ్రోజన్ అణువులను కేంద్రక ఐన్, సోమర్ లు అంటారు.

  3. హైడ్రోజన్, 2 డ్యూటిరియం, 3 ట్రైటియం ల మధ్య సంబంధం తెలుసా?
  4. Hi ఒక ప్రొటాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్, 2 Hi ఒక ప్రోటాన్, ఒక న్యూట్రాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్, 3Hi ఒక ప్రోటాన్, రెండు న్యూట్రాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్, 3H కు ఒక ప్రోటాన్, రెండు న్యూట్రాన్ లు ఒక ఎలక్ట్రాన్ లు ఉండి మూడింటికి పరమాణువు సంఖ్యం (1), ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం (1 1) ఉడడం వల్ల అవర్తన పట్టికలో ఒకే స్థానంలో ఉంటాయి. అందుకే వీటిని సమస్థానీయాలు (ఐసోటోప్స్) అంటారు. ఇవి కేద్రకంలోని, న్యూటన్ ల (ఐసోటోప్స్) సంఖ్యలో భేదాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

  5. ఆవర్తన పట్టికలో హైడ్రోజన్ స్థానం ఏమిటో చెప్పండి?
  6. ఎలక్ట్రాన్ విన్యాస పరంగా పదార్థంలో (+1) ఆక్సీకరణ స్థితి పరంగా ఇది క్షారలోహాలతో ఉండాలి. హాలోజన్ ల వలే ద్విపరమాణుక అణువు వాయువు -1 ఆక్సీకరణ స్థితిని చూపి 17వ గ్రూపు హాలోజన్ లతో ఉండాలి. హాలోజన్ లకు సమీప జడవాయువు  విన్యాసం కంటే ఒక ఎలక్ట్రాన్ తక్కువ ఉన్నట్లు హీలియం కంటే హైడ్రోజన్ కు ఒక ఎలక్ట్రాన్ తక్కువ రుణవిద్యుదాత్మకత విలువ, సగం నిండక కర్పంతో ఇది 14వ గ్రూపు (కార్డన్ ఫ్యామిలి)ని పోలి ఉంటుంది. ఇన్ని సమస్యలన్నీ ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం పరంగా 1వ గ్రూపు సరియైనది కదా.

హైడ్రోజన్, బెలూన్ లు హైడ్రోజన్ ను ఇంధనంగా వాడే విధానం గురించి తెలుసుకోండి. హైడ్రోజన్ ఇంధనంగా మారితే కాలుష్యమనేది ఉండదు కదా.

హీలియం

heliumచెకుముకి నేస్తాలూ! మీకు సైన్స్ అంటే చాలా ఇష్టం కదా! మరి సైంటిస్టులు కొత్త కొత్త విషయాలను కనిపెట్టే విధానాలు ఎలా ఉంటాయో మీకు తెలుసా? మనం సాధారణంగా ఏమనుకొంటామంటే సైంటిస్టు ఫలానా విషయాలను అవగాహన చేసుకొంటాడని, తన సిద్ధాంతాలు, ప్రయోగాలు తయారుచేసుకొంటాడని. ఇది కొంత వరకు నిజమైనా, ఎక్కువ సందర్భాల్లో ఇది వాస్తవం కాదు..

ఉదాహరణకు హీలియం ఇంకా ఇదే గ్రూపులో ఉన్న నియాన్, ఆర్గాన్, క్రిప్టాన్, జినాన్, రేడాన్ లను కొనుగొన్న విధానం. అంటే అనేక సందర్భాల్లో సైంటి నష్టలకు ఏదో వెదక బోతే ఇంకేదో దొరుకుతుందన్నమాట. హీలియంను కొనుగొన్న పరిస్థితులు ఎలాంటియో చూడండి.

కావెండిష్ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు 1785లో గాలి మిశ్రమం గుణాత్మకంగా O2, N2, CO2, H2O ల మిశ్రమంగా అప్పటికే తెలియడం వల్ల పరిమాణాత్మకంగా ఏ వాయువు ఎంత ఉందో ప్రయోగాల ద్వారా చెప్పడానికి ప్రయత్నించాడు. గాలిలోని 1/120 వంతు పైన పేర్కొన్న ఏ వాయుపూ కాదని తెలిసింది.

1868 సంవత్సరం ఆగస్టు 18వ తేదీన సూర్యగ్రహణం సమయంలో సూర్యుని వర్ణ మండలం వర్ణపట విశ్లేషణలో సోడియం ఇచ్చే పసుపు పచ్చని వర్ణరేఖలకు దగ్గరగా ఇంకొక పసపు పచ్చని రేఖను గుర్తించారు. ఈ రేఖ ఒక కొత్త మూలకానిది కావచ్చునని జె.ఎన్. లాకియర్, ఇ. ఫ్రాంక్లాండ్లు భావించారు. సూర్యుని నుంచి వచ్చిన రేఖ కాబట్టి ఆ మూలకానికి హీలియం అని పేరు పెట్టారు. (Heleos = Sun) ఇదే పసుపుపచ్చ రేఖను వేసువ్యూస్ (Vesuvius) అగ్ని పర్వతం బద్దలైనప్పుడు వెలువడిన వాయు కాంతుల్లో కూడా గుర్తించాడు ఎల్. పామిరీ (L. Palmieri). ఇది 1881 లో జరిగింది. అయితే భూమి వాతావరణంలోని గాలిలో కొత్త గ్రూపు మూలకాలు (VIII - B) ఉన్నట్లు రాంసే గుర్తించాడు. హీలియం అందులో ఒకటి. అయితే ఈ పరిశీలనకు ఆద్యుడు మాత్రం లార్డ్ రాలీ. అందుకే 1904 సంవత్సరంలో రాం సేకు రసాయనశాస్త్రంలో, రాలీకి భౌతిక శాస్త్రంలో ఈ పరిశీలనలకు నోబెల్ బహుమతులొచ్చాయి.

అయితే రాలీకి మరో సమస్య వచ్చి పడింది, అదేమిటంటే గాలి నుంచి O2, CO2, H2O లను తొలగించి నైట్రోజన్ మాత్రమే మిగిలిందని భావించి దాని సాంద్రత కనుక్కొంటే దానికి అమ్మోనియా వియోగ చర్య ద్వారా వచ్చిన నైట్రోజన్ కంటే సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నట్లు తెలిసింది. ఇది ఎలా సంభవం? అప్పుడు రాం సే గాలి నుంచి వచ్చిన నైట్రోజన్ మొత్తాన్ని మెగ్నీషియంతో చర్య జరిపించి మెగ్నీషియం నైట్రైడ్ గా మార్చాడు. అయితే కొంత భాగం (నైట్రోజన్ అనుకున్న దానిలో) చర్యలో పాల్గొనలేదు అని తెలిసింది. అంటే పూర్తిగా నైట్రోజన్ అనుకున్న దానిలో నైట్రోజన్ తోపాటు వేరే పదార్థాలున్నాయన్నమాట. ఆ పదార్థం చర్యలో పాల్గొనలేదు కాబట్టి దానికి ఆర్గాన్ (ఆర్గాన్ అంటే గ్రీకు భాషలో సోమరి లేదా బద్ధకస్తురాలు) అని పేరు పెట్టారు. మరి ఈ మూలకం లాగా ధర్మాలు గల వేరే మూలకాలు ఆవర్తన పట్టికలో అప్పటి వరకు లేవు. వెంటనే రాం సేకు ఒక ఆలోచన వచ్చింది. ఇలాటి ధర్మాలు గల ఒక మొత్తం గ్రూపు మూలకాలు ఉండవచ్చని. దీంతో 1998 నాటికల్లా రాంసే, ట్రావర్స్లు ద్రవీకరణం చెందిన గాలిని హిమ స్వేదన ప్రక్రియల ద్వారా దాని అనుఘటకాలుగా వేరుచేసి గాలిలోనే ఈ ప్రత్యేక గ్రూపు మూలకాలు ఉన్నట్లు వర్ణమాపకపట విశ్లేషణ ద్వారా గుర్తించి వాటికి క్రిప్టాన్ (అంటే Hidden) దాగి ఉన్న మూలకం, నియాస్ (New), క్లినాన్ (వింతైన) మూలకాలని పేర్లు పెట్టారు. హీలియం పేరు ఇదివరకే ఇచ్చారు కదా,

1895 లో రాంసే యురేనియం ఖనిజాలలో హీలియం అంతర్జారణ (Occlusion) చెంది ఉన్నట్లు గుర్తించాడు. అయితే ఆయన ఇది నైట్రోజన్ అనుకున్నాడు. అయితే తరువాత ఐదు సంవత్సరాలకు గాలి నుంచి లభించిన నియాన్లో హీలియం ఉన్నట్లు రాంసే ట్రావర్స్లు గుర్తించారు. ఈ విధంగా ఉత్కృష్ట వాయువులు మొత్తం ఒక గ్రూపుగా మనకు తెలిసాయి. మొదట్లో ఈ గ్రూపు మూలకాలను జడవాయువులు (Inert Gases) గాభావించి, వేలన్స్ సున్నా కాబట్టి సున్నా గ్రూపు మూలకాలన్నారు. అయితే A, Von Antropoff వీటికి గరిష్టంగా వీలైన వేలన్స్ (8) ఇవ్వాలని, వీటిని VII - B గ్రూపు మూలకాలుగా ఆవర్తన పట్టికలో ఉంచాలన్నాడు. వీటిని మొదట్లో విరళ (Rare) వాయువుల (Gases) అని కూడా పిలిచారు. అయితే ఈ గ్రూపులోని Ne, Ar (తేలిక మూలకాలు), ప్రకృతిలో అధికంగానే ఉండటం, క్రిప్టాన్ Kr, Xe లు రసాయన చర్యలలో పాల్గొని అనేక సమ్మేళనాలనివ్వడం వల్ల ఇవి జడవాయువులు కూడా కాదని, విరళ వాయువులు కాదని అందుకే వీటిని ఉతృష్ట వాయువులు (Noble Gases) గా చెప్పాలని నిర్ణయించారు.

నూతన ఆవర్తన పట్టికలో ఈ మూలకాలు 18వ గ్రూపు మూలకాలు. వీటికి (హీలియం తప్ప) బాహ్యకర్పరంలో ns2np6 విన్యాసం ఉండడంతో రసాయన చర్యల్లో పాల్గొనవని భావించి 1916లో జి. ఎన్. లూయీ, డబ్ల్యు కొస్సెల్లు అష్టక నియమాన్ని దానికి అనుగుణంగా ఎలక్ట్రాన్ వేలన్స్ సిద్ధాంతాన్ని ప్రవేశపెట్టి పరమాణువుల మధ్య రసాయన బంధాలు, ఏర్పడటాన్ని వివరించాడు.

విశ్వంలో హైడ్రోజన్ తర్వాత అత్యధికంగా లభించే మూలకం హీలియం. సూర్యుడులాంటి నక్షత్రాల్లో జరిగే కేంద్రక సంలీన చర్యల్లో హైడ్రోజన్ హీలియంగా మారుతుంది. భూమికి సంబంధించి రేడియో ధార్మికతా చర్యల్లో ఏర్పడే ఆల్ఫా కణాలు హీలియంగా మారుతాయి. అయితే హీలియంపై తక్కువ ద్రవ్యరాశి కారణంగా భూమ్యాకర్షణ శక్తి తక్కువ కావడంతో ఎక్కువగా హీలియం భూమి వాతావరణ పరిధిని దాటి వ్యాపిస్తుంది. అందేకే ఎక్కువభాగం హీలియం భూమి ఏర్పడిన తొలిరోజుల్లోనే భూమికి దూరమైపోయింది.

హీలియం వాతావరణ వాయువుల్లో క్రిప్టాన్ కంటే ఐదురెట్లు, Xe కంటే అరవై రెట్లు ఎక్కువుంటుంది. అయితే దీనిని 0.4 శాతం కంటే ఎక్కువ హీలియం ఉన్న సహజ వాయువు నుంచి వేరు చేస్తారు. ఇది లాభదాయకం.

హీలియం ధర్మాలు:

పరమాణు సంఖ్య 2, ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s2 పరమాణు ద్రవ్యరాశి 4, పొడిగాలిలో హీలియం 5.24 ppm/vol. భూమి రాళ్లలో 3 x 10-3ppm/mass. దీని ప్రథమ అయనీకరణ శక్తి 2372 KJmol-1, భాష్పీభవన స్థానం -268.93 డిగ్రీల సెల్సియస్ (4,215 K). ద్రవీభవన స్థానం ఉండదు.

ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించుకుంటూ పోతే హీలియం ఒక్కటే ఘనస్థితికి చేరనిది. దీనికి త్రికబిందువు లేదు (త్రిక బిందువు వద్ద పదార్థాల మూడు స్థితులు (ఘన, ద్రవ, వాయు) సమతాస్థితిలో ఉంటాయి) ఇది హీలియంకు వీలుకాదు. హీలియంను 4.2 Kకు చల్లబరిస్తే హీలియం -1 గా ద్రవీకరణం చెందుతుంది. ఉష్ణోగ్రత ఇంకా తగ్గిస్తూ పోతే అది నిరంతరం బాష్పీభవనం చెందుతూనే ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత 2.2 K కు రాగానే బాష్పీభవనం అగిపోతుంది. ఇది సాధారణంగా ఘనపదార్థాల్లో జరుగుతుంది. అయితే 2.2 K వద్ద అంతరణు ఆకర్షణలు ఘన పదార్థంలో ఉండవలసినంత లేకపోవడంతో 2.2 K వద్ద కూడా హీలియంను ద్రవంగానే భావించి హీలియం -2 అని అంటారు. ఈ ద్రవం అవకాశం ఉన్నంతవరకు వ్యాపనం చెంది మొత్తం ఉపరితలాన్ని కొన్ని వందల పరమాణువుల మందం (చాలాతక్కువ మందంతో కప్పివేస్తుంది. అంటే ఒక అనుకూలమయిన పాత్రను తీసికొని దాని కింది భాగాన్ని హీలియం -2 (ఉష్ణోగ్రత 2.2 K) వరకూ చల్లబరుస్తూ పోతే 2.2 K వద్ద ఎలాంటి రాపిడిగాని, ఘర్షణ గానీ లేకుండా తొట్టిలోని He-2 పాత్ర పైభాగం నుంచి పాత్ర మూతి అంచు వరకు ప్రవహించి తరువాత పాత్రలోకి ప్రవేశిస్తుంది. ఇది పాత్రలోనూ, తొట్టిలోనూ He-2 ఒకే లెవెల్ కు వచ్చే వరకు జరుగుతుంది. హీలియం -2 లో సాధారణ హీలియం ద్రవం (He-1), అతి ప్రవాహి (Super Fluid) అనే రెండు అనుఘటకాలుంటాయి. ఉష్ణోగ్రత 0 K (పరమ ఉష్ణోగ్రత)కు వచ్చేసరికి స్నిగ్ధత, ఎంట్రోపీలు ఉండవు.

హీలియం రబ్బరు, PVC, గాజు వంటి అనేక ఘన పదార్థాల ద్వారా తేలికగా వ్యాపనం చెందుతుంది. అందుకే గాజుతో తయారుచేయబడిన దీవార్ ఫ్లాస్క్లలో హివంక (Cryoscopy), అతిశీతల (Cool) ప్రయోగాలు చేయలేము.

హీలియం ఉపయోగాలు:

అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రతలు సాధించడానికి క్రయోజనిక్ ప్రవాహిగా హీలియం (He) ఉపయోగపడుతుంది. 4.2 K లేదా అంతకంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు కూడా హీలియంతో సాధ్యం. లోతైన సముద్రాల్లో ఈదే వారికి వారికుద్దేశించిన గాలిలో నైట్రోజన్ (N2) శాతం తగ్గించి హీలియం (He) వాడతారు. అధిక పీడనాల్లో నైట్రోజన్ (N2) ఈతగాళ్ల రకంలో ఎక్కువగా కరిగి బెండ్స్ అనే నొప్పుల వ్యాధికలుగజేస్తుంది. హీలియం కరుగుదల రక్తంలో తక్కువ కాబట్టి ఈ ప్రమాదం లేదు. హీలియంను లీక్ డిటెక్టర్ గాను, HTR న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లకు శీతలీకరణిగాను, వాయు ద్రవ క్రొమటోగ్రఫీలో ప్రవాహీ వాయువు (Flow gas) గాను, ద్రావణాలలోని గాలిని తొలగించడానికి, రసాయన చర్యలో అవసరం మేరకు జడ వాతావరణం కలుగజేసేందుకు. హీలియంను వాడతారు. ద్రావణాల్లోని గాలిని తొలగించడానికి హీలియంను వాడతారు. ఒకప్పుడు ఏర్షిప్లో వాడేవారు ప్రస్తుతం ఇది తగ్గించారు. అయితే వాతావరణ పరిశోధనకు వాడే బెలూన్లో మాత్రం ఎక్కువగా హీలియం బెలూన్లే,

లిథియం

lithium1J.A. Arfvedson అనే ఒక యువకుడు J.J. Berzelius ప్రయోగశాలలో సహాయకుడుగా పని చేసేవాడు. ఆయనే 1817వ సంవత్సరంలో ఒక కొత్త క్షార లోహాన్ని గుర్తించాడు. అంటే అప్పటికే హంప్రీదేవీ పొటాషియం, సోడియం అనే క్షార లోహాల్ని d ద్రవ కాస్టిక్ పొటాష్ (KOH), కాస్టిక్సోడా (NaOH)ల నుంచి విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ ద్వారా వేరు పరిచి ఉన్నాడు. ఆర్చ్ వెడ్సన్ సోడియం, పొటాషియం సమ్మేళనాలకు లిథియం సమ్మేళనాలకు ఒకే రకమయిన ధర్మాలున్నట్లు గుర్తించాడు.

లీడియంను మొదటిసారిగా పెటలైట్ (LiAISi4O10, ఖనిజం నుంచి తయారు చేశారు. స్పోడుమిన్ (LiAISi2O6), లెపిడోలైట్ (K2Li3Al4Si7O21(OH,F)3) లలో లీడియం ఉంది.

లిథియం అంటే గ్రీకు భాషలో రాయి అని అర్థం. సోడియం, పొటాషియంలు శాకజ (Vegetable) మూలాలు కూడా కలవి. లీథియం ఖనిజాల నుంచి మాత్రమే వచ్చిందని చెప్పడానికే ఆ పేరు పెట్టాడు ఆర్స్ వెడ్ సెన్, 1818లో డేవీ ద్రవ Li2Oను విద్యుద్విశ్లేషణ చేసి Li ను వేరు చేశాడు. సోడియం, పొటాషియంలలాకాక ఫెర్రో మెగ్నిషియన్ ఖనిజాల్లో లిథియం ఎక్కువగా లభిస్తుంది. దీనికి కారణం లిథియం అతిచిన్న పరిమాణం, మెగ్నీషియంతో దానికి గల కర్ణ సంబంధం.

లిథియం ముఖ్య ఖనిజం స్పోడుమిన్ (Spodurrene, LiASlSi2O6).

లిథియం ధర్మాలు:

లీథియం ఫస్ట్ గ్రూప్ మూలకం. పరమాణు సంఖ్య 3, ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం [He] 2s1. పరమాణు ద్రవ్యరాశి 6.941U. ప్రథమ అయనీకరణ శక్తి, ఎలక్ట్రాన్ స్వీకరణ ఎంథాల్పీలు వరుసగా 520.2 KJmol-1, -59.8 KJmol-1 ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు 180.6°C, 1342°C సాంద్రత 0.534 gcm-3 20°C వద్ద అంటే గది ఉ ష్ణోగ్రత వద్ద లభించే ఘన పదార్థాలన్నింటిలోకి సాంద్రత తక్కువ గలదన్నమాట. జ్వాలా పరీక్షలో క్రీమ్సన్ ఎరుపు (670.8 mm) ఇస్తుంది.

ఈనాడు లీథియం ఒక ముఖ్యమైన పారిశ్రామిక ప్రాముఖ్యత గల లోహం. లిథియం స్టీరేట్ నూనెలను కందెన గ్రీజులుగా మార్చే ప్రక్రియలో దళసరి కారకం (Thickner), జెల్లీ కారకంగా ఉపయోగపడుతుంది. - మోటార్ రంగంలో ఈ గ్రీజులకు ఎంతో ప్రాధాన్యత , వున్నది.

lithium2లిథియం కార్పొశెట్ (Li2CO3)కు పారిశ్రామిక ని ప్రాధాన్యత వుంది. దీని నుంచి అనేక లీథియం ర సమ్మేళనాలు తయారు చేస్తారు. లిథియం కార్పొరేట్ ను పింగాణి, గట్టి గాజు తయారీ పరిశ్రమల్లో వాడతారు. గాజులోని కొన్ని సోడియం అయాన్లు లీథియం అయాన్లుతో మార్పు చెందడం లేదా సోడియం గాజును వీథియం అయాన్లున్న ద్రవంతో ముంచి గాజు ఉపరితలంపై కొన్ని సోడియం అయాన్లను లీథియం అయాన్లతో ప్రతిక్షేపించి గట్టిగాజు తయారు చేస్తారు. అల్యూమినియం సంగ్రహణలో Li2CO3, వాడతారు. ఇది విద్యుత్ ఘటంలోని పదార్థాల మిశ్రమం ద్రవీభవన స్థానాన్ని తగ్గించి విద్యుద్వాహకతను పెంచి ఫ్లోరిన్ వాయువు విడుదలను తగ్గిస్తుంది.

లీడియం, లెడ్ మిశ్రలోహం బేరింగుల తయారీలోను, లీథియం, అల్యూమినియం మిశ్రలోహం గట్టిగాను తక్కువ సాంద్రతతోను ఉంటుంది. అందుకే విమానాల తయారీలో దీనిని వాడతారు.

LiOH నుంచి లీథియం స్టీరేట్ చేస్తారు. సబ్ మెరైన్, స్పేస్ షిప్లలో CO2 ను తొలగించడానికి LiOH వాడతారు. LiOH నుంచి హైడ్రోజన్ తయారు చేస్తారు. ఉష్ణకేంద్రక ఆయుధాల్లో LiD ని వాడతారు. LiTaO3 ని లేసర్ కిరణాలను క్రమబద్దీకరించడానికి వాడతారు. LiF ను X - కిరణ డొసిమెట్రీలో వాడతారు.

LiAlH4, Li, NH3 లను అనేక కర్బన పదార్థాల తయారీలో వాడతారు. Li2CO3 ని శరీరంలోని Na/K, Mg/Ca సమతుల్యాల కోసం వాడతారు. లిథియం ఘటికాలు తెలిసినవే కదా ఇందులో Li/Si మిశ్రలోహాన్ని ఋణధృవంగాను, FeSx ను ధన ధృవంగాను ద్రవ LiCI/KCIను విద్యుద్విశ్లేష్యం గాను వాడుతున్నారు.

Li 1s2 2s1 విన్యాసం, అధిక రెండో అయనీకరణశక్తి ఎందుకు Li ఎప్పుడు Li+ నేర్పరుస్తుందో చెబుతాయి. అయితే అతి చిన్న పరిమాణం కారణంగా లీథియం మిగిలిన క్షార లోహాల ధర్మాలతో పోల్చినప్పుడు కొంతవేరుగా ఉంటుంది. ద్రవస్థితిలో క్షారలోహాలు ఒకదానిలో ఒకటి కరుగుతాయి కాని Li కరుగదు. కేవలం సోడియంతో మాత్రం అదీ 380oC పైన మాత్రం కరుగుతుంది LiOH, Li2CO3నీటిలో చాలా తక్కువగా కరుగుతాయి. LiF కూడా MgF2 లాగా చాలా తక్కువగా నీటిలో కరుగుతుంది. MgCO3 కూడా నీటిలో చాలా తక్కువగా కరుగుతుంది. Li క్షార లోహం ఒక్కటే నైట్రోజన్తో నేరుగా Li3N ఇస్తుంది. ఇది కూడా Mg3N2 ఏర్పడినట్లుగానే,

లిథియం లవణాలు హైడ్రేట్లుగా స్పటికీకరణం చెందుతాయి. eg: Li x 3H2O, X= Cl, Br, I, CIO3, ClO4, MnO4, NO3, BF4, మొదలైనవి.

నేస్తాలూ! మీరు మూలకాలను గురించి తెలుసుకొంటే భవిష్యత్లో రసాయనశాస్త్రం మీకు ఎంతో తేలిక అన్పిస్తుంది సుమా. లీథియంనే చూడండి. మీ తరగతి రసాయన శాస్త్ర పుస్తకాల్లో ఎక్కడో ఒక చోట ఇవన్నీ వచ్చేవే. లిథియం క్షారలోహమే అయినా మిగిలిన క్షారలోహాల ధర్మాలతో పోలిస్తే విభేదాలేమన్నా ఉన్నా అవి ఏమిటి? ఉంటే ఎందుకు ఉన్నాయి? లిథియంకు మెగ్నీషియంకు ధర్మాల్లో పోలికలు ఏమిటి? వీటికి కారణం ఏమిటి? కర్ణ సంబంధమంటే ఏమిటి? ఇవన్నీ మీరు తేలికగా అర్ధం చేసుకోగలుగుతారు సుమా.

సైన్స్ పరిశీలనలు, ప్రయోగాలు, అనువర్తనాలు మానవ జాతి మనుగడకు గొప్ప సోపానాలని గుర్తిస్తారు కదూ.

బెరీలియం

beryllium1నేస్తాలూ! ఇప్పుడు మనం బెరీలియం గురించి తెలుసుకుందాం. ఇది ఆవర్తనపట్టికలో పరమాణు సంఖ్య 4 తో నాలుగోస్థానంలో ఉంది.

దాదాపు రెండు వేల సంవత్సరాల క్రితం ప్లినీ (PLINY) అనే ఆయన బెరైల్ ఖనిజాన్ని చూసి ఇది ఎమరాల్డ్ (మరకతం లేదా పచ్చ )ను పోలి ఉందని చెప్పాడు. దాదాపు 1800 సం. తరువాత 1798లో R-J హయ (Hauy) అనే ఖనిజ శాస్త్రవేత్త అదే విషయాన్ని గ్రహించి వౌక్వెలిన్ (Vauquelin) ను నిర్ధారించమని కోరాడు.

వౌక్వెలిన్ బెరైల్ ను, ఎమరాల్డ్ ను ప్రయోగపూర్వకంగా పరిశీలించి రెండింటిలోను ముందే గుర్తించినట్లు అల్యూమినా (Al2O3), సిలికా (SiO2) ఉన్నాయని అయితే బెరైల్లో బెరీలియా (Beryllia) అనే ఒక కొత్త ఆక్సైడ్ (earth) ఉన్నదని ఇది అల్యూమినాను పోలి ఉన్నా పట్టికలాంటి పదార్థాలనివ్వదని, KOH తో చర్య జరుపదని చెప్పాడు. దీనికి తీపి రుచి ఉన్నట్లు గుర్తించారు. అయితే తరువాత పరిశీలనలో ఇది విష పదారమని, దీనికి కారణం బహుశా మెగ్నీషియం ఉద్రిక్త ఎంజైముల నుంచి ఇది మెగ్నీషియం ను స్థానభ్రంశం చెందించడం కావచ్చునన్నారు.

బెరైల్, ఎమరాల్డ్ రెండింటికి సారూప్యతకు కారణం రెండూ ప్రధానంగా Be3Al2Si6O18 అనీ, ఎమరాల్డ్ లో షుమారు 2% క్రోమియం కూడా ఉండటం

వల్ల దానికి ఆకుపచ్చ రంగు వస్తుందని తెలుసుకున్నారు. దీంతో Be కు AI లాగానే వేలన్స్ 3 అనీ తుల్యతాభారం 4, 5 కావడంతో పరమాణు భారం = తుల్యతా భారం x వేలన్సీ. కాబట్టి Be పరమాణు భారం 4.5 x 3 = 13.5 గా చెప్పారు.

అయితే మెండలీఫ్ ఆవర్తన పట్టికను తయారుచేసి Be వేలన్స్ ‘2’ మాత్రమే అని గుర్తించి దీనిని క్షారమృత్తిక లోహాలతో (2nd group (IIA), alkaline earth metals) తో ఉంచాడు.

beryllium2మొదటిసారిగా బెరీలియం లోహాన్ని ఎవరు గా తయారుచేశారో తెలుసా మీకు? ఆయనే! ఎవరైతే ఒక 5 కర్బన పదార్ధాన్ని (యూరియా) మొదటి సారిగా ప్రయోగశాలలో తయారు చేశాడో ఆయనన్నమాట. అపును మీలో చాలామంది అనుకొంటున్న వోలర్, అదీ 1828 లోనే నుమా,  బెరీలన్ ఖనిజానికి సంబంధించినదిగా భావించి పోలర్ దీనికి బెరీలియం అని పేరు పెట్టాడు. అదే సంవత్సరం బుస్సీ (Bussy) అనే ఆయన అదే చర్యలో అంటే బెరీలియం క్లోరైడ్ ను పొటాషియంతో క్షయకరణం చేసి ‘Be’ ను వేరుపరచాడు. 1898 లో లిబీయ్ (Lebeau) అనే ఆయన ‘Be’ ను విద్యుద్విశ్లేషణ చర్యతో తయారుచేశాడు. 1932 లో ద్రవ BeF2BaF2, మిశ్రమాన్ని విద్యుద్విశ్లేషణ చేసి A. స్టాక్, H. గోల్డ్ స్మిత్ లు ‘Be’ ను తయారుచేశారు.

బెరీలియం ప్రకృతిలో చాలా తక్కువగా (2 ppm) దొరుకుతుంది. దీని ఖనిజాలు బెరైల్ Be3AlSi6O18, ఫినసైట్ Be2SiO4

బెరీలియం ధర్మాలు:

పరమాణు సంఖ్య: 4, ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s22s2 , ద్రవీభవన స్థానం 1289oC, బాష్పీభవన స్థానం 2472oC, సాంద్రత (20oC) 1.848 g/cm-3 అయనీకరణ శక్తులు 1=899.4 kJmol-1, I=1757 kJmol-1

బెరీలియం ముఖ్యంగా గద్దరూపంలో గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గర సాపేక్షంగా చురుకైనదికాదు. నీటితో కాని, నీటిఆవిరితో కాని చర్య జరుపదు. 600oC కు కూడా ఇది గాలిలో ఆక్సీకరణం చెందదు. అయితే పొడి చేసినప్పుడు మాత్రం ఈ 600oC వద్ద Be3N2. 600oC పైన హాలోజన్లతో కలిసి Bex2 ఏర్పరుస్తుంది. చాలోజన్లతో (S, Se, Te) చర్య జరపాలంటే ఇంకా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు వేడిచేయాలి. అమ్మోనియాతో 1200oC వద్ద Be3N2 ఇస్తుంది. కార్బన్తో 1700o"C వద్ద BeC2 ఇస్తుంది. గాధ నైట్రిక్ విలీనజల ఆమ్లంతో ఆక్సైడ్ ఉపరితల పూత ఏర్పడి క్షయం చెందదు. HCl, H2SO4, HNO3 తో Be చర్యలో H2 విడుదల అవుతుంది. అయితే జల NaOH, KOH లతో H2 ఇస్తుంది. ఇది మిగిలిన క్షారమృత్తిక లోహాల కంటే వేరు. Li కు మిగతా ఆల్కల్ (క్షార) లోహాల మధ్య ఉన్న భేదాల కంటే బెరీలియంకు మిగతా క్షారమృత్తిక ధర్మాలకు తేడా చాలా ఎక్కువ. దీనికి కారణం బెరీలియంకు అతి చిన్న పరమాణు పరిమాణం ఉండటమే. అయితే BC కు AI తో కర్ణసంబంధం ఎక్కువగా ఉంటుంది. బెరీలియం ద్విస్వభావ (లోహ, అలోహ) లక్షణాలతో ఉంటుంది. బెరీలియంను తయారు చేసే విధానాలు చూడండి,

  1. బెరైట్ ను Na2SiF6 ను కలిపి 700oC - 750oC వద్ద భర్జనం (Roasting) చేసి కరిగే ఫ్లోరైడ్లను నీటిలో కరిగించి వేరుచేస్తారు. pH 12 దగ్గర Be(OH)2 అవక్షేపిస్తారు.
  2. BeF2, ను 1300oC వద్ద Mg తో క్షయకరణం చేసి ‘Be’ ని చేస్తారు,
  3. BeCl2 ను క్షారలోహ క్లోరైడ్లతో గలనం చేసి గలనాన్ని విద్యుద్విశ్లేషలు చేస్తారు.

బెరీలియం తేలికైన లోహం అయినా ద్రవీభవన స్థానం చాలా ఎక్కువకదా! అందుకే Ni, Cu ల మిశ్రలోహాల్లో Be వాడతారు. Cu కు 2% Be కలిపితే కాపర్ బలం 6 రెట్లు పెరుగుతుంది. మిశ్రలోహాలు మంచి విద్యుద్వాహకులు. తుప్పు పట్టటం వంటి క్షయ లక్షణాలుండవు. Ni-Be మిశ్రలోహాలు కూks ప్రత్యేకమైన పరికరాల తయారీలో వాడతారు. న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో బెరీలియంను స్పూన్ మోడరేటర్ (స్యూట్రాన్ల సంఖ్యను నియంత్రించేదిగా) వాడతారు,

1932లో బావిక్ (Chadwick) న్యూట్రాను కనుగొన్న చర్య. 94Be+42He→126C+0n1

Be ఎట్లా ఉంటుందో తెలుసా?

Mg లాగే వెండి కాంతి కలిగి ఉంటుంది. , Be, AI రెండూ ఆక్సైడ్ పూత ఉపరితలంపై ఏర్పడటం వల్ల గాలిలో స్థిరంగా ఉంటాయి. Al2O3 లాగే BeO  ద్విస్వభావ (amphoteric) అక్సైడ్. ఘన, భాష్ప సీతుల్లో BeCl2, SP2 సంకరీకరణంతో Be2Cl4 గా ఉంటుంది. వాయుస్థితిలో మోనోమర్ BeCl2 గా ఉంటుంది. బెరీలియం కర్బనలోహ సమ్మేళనాలు చాలా ముఖ్యమయినవి.

Be అయాన్ పరమాణం చాలా చిన్నది కావడం, విద్యుదావేశం +2 ఉండటంతో Be2+ సాంద్రీకరణ శక్తి పోలో ఎక్కువ. ఇది H2O అణువులతో (Be(H2O)4)2+బలమైన సంభీష్యన్ని ఇస్తుంది. చిన్న వరిమాణం, అధిక విద్యుదావేశం ఉన్న అbయాసులు సమయోజనీయ బంధాల నేర్పరుస్తాయన్న ఫాజన్ నియమం ప్రకారం బెరీలియం సంయోగ పదార్థాలకు సమయోజనీయ బంధ లక్షణాలుంటాయి. Be2Cl4 లో ప్రతి ‘Cl’ పరమాణువు ఒక సమయోజనీయ బంధాన్ని, ఒక సమన్వయబంధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.

బెరీలయం మిగతా క్షారమృత్తికలోహాల నుంచి ధర్మాల్లో భేదం చూపడానికి అల్యూమినియం ధర్మాలతో పోలిక కలిగి ఉండటానికి కారణాలు తెలుసుకదా! తెలియకపోతే వెంటనే తెలుసుకోవాలి మరి.

బోరాన్

boron1బోరాక్స్ ఎప్పటినుంచో తెలుసు. దీనిని దృఢమయిన గట్టి (hard) గాజును, మెరుగు (glazed) గాజును తయారు చేయడానికి వాడేవారు. H. డేవీ, J.L. గేలుసాక్, L.J. ధేనార్డ్ లు  కలిసి 1808 లో అధికంగా మలినాలున్న బోరాన్ ను తయారుచేశారు. H. మొయిసాన్ 1892 లో 95 - 98% శుద్ద బోరాన్ ను B2O3 ని Mg తో క్షయకరణం చెందించి తయారు చేశాడు. అయితే 99% పైన శుద్దత గల బోరాన్ లభించడం 20వ శతాబ్దంలోనే వీలయింది. దీనికి కారణం ఇది దుర్గలనీయ (refractory) లక్షణాలతో అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, అనేక లోహాలతో చర్య జరపడమే.

బోరాన్ పేరును డేవీ పెట్టాడు. ఇది బోరాన్ ఉత్పత్తికి మూలమైన బోరాక్స్. బోరాన్ ను కార్బన్తో పోలికలున్న ధర్మాల కారణంగా కార్బన్ పేర్లు తీసికొని BOR-(ax+carb)-ON = BORON  అన్న పేరు పెట్టారు.

బోరాన్ను మిగతా మూలకాలతో పోల్చినపుడు ప్రకృతిలో చాలా తక్కువ (సుమారు 9 పి.పి.యం) గా దొరుకుతుంది. ఇది బొరేట్లు లేదా బోరోసిలికేట్ల రూపంలో ప్రకృతిలో లభిస్తుంది. ఇది ముఖ్యంగా బోరాక్స్ Na2(B4O5(OH)4), 8H2O, కెర్నెట్ Na2(B4O5(OH)4), 2H2O ఖనిజాలుగా ఉంటుంది.

boron2బోరాన్ ఆవర్తన పట్టికలో ఐదవ మూలకం. దీని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s2 2s2 2p1. ఇది 13 వ గ్రూపులో ఉన్నది. తక్కువ శుద్ధమైన అస్ఫాటిక బోరాన్ ను మొయిథాన్ బోరాన్ అంటారు. 13వ గ్రూపులో ఉన్న ఒకే అలోహం బోరాన్. ఇది మూడు సమయోజనీయ బంధాలు ఏర్పరస్తూ sp2 సంకరీకరణంలో ఉంటుంది. అంటే అష్టక నియమాన్ని పాటించలేదు, ఉదాహరణకు BF3 చూద్దాం. దీని బాహ్య కర్పరంలో మూడు ఎలక్ట్రాన్లు, నాలుగు ఖాళీ ఆర్బిటాళ్ళు ఉండటం వల్ల ఇవి బోరాన్లో మిగిలి ఉన్న ఖాళీ ఆర్బిటాల్తో లూయీ ఆమ్లాలుగా చర్యలు జరుపుతాయి. లూయీ ఆమ్లాలు ఎలక్ట్రాన్ జతలను స్వీకరించి సమన్వయ సమయోజనీయ బంధాలు ఏర్పరుస్తాయి. అందుకే బోరాన్ హైడ్రైడ్లు, హాలైడ్లు ఎలక్ట్రాన్ కొరత సమ్మేళనాలు.

బోరాన్ కు తన గ్రూపులోని మూలకాలతో కంటే సిలికాన్ ధర్మాలతో ఎక్కువ సారూప్యత ఉంది. మీకు తెలిసిపోయిందిగా అది కర్ణ సంబంధమని. అందుకే అది బోరోసిలికేట్లను ఎక్కువగా ఏర్పరుస్తుంది.

మీకు తెలుసో, లేదో? నాకు తెలియదు గానీ, సిలికాన్తో కంటే కూడా కార్బన్తో కూడా దీనికి అనుబంధం ఎక్కువే సుమా! అందుకే దీని హెడ్లు కార్బన్ హైడ్రేడ్లను పోలి ఉండటమే కాకుండా ఇవి రెండు కలిసి కార్బోరేన్ లనే సంయోగ పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి. దీనికి కారణం తెలిసికొని చెకుముకి అడ్రస్కు రాయండి. మీరు సరియైన సమాధానం రాస్తే మీకు మంచి బహుమతి కూడా ఉంటుంది. అందుకే కారణాన్ని ఇప్పుడు మీకు చెప్పను.

ఇక బోరాన్ ఉపయోగాలు చూద్దాం. ఇది తేలికగాను, ఎక్కువ అడ్డుకోత వైశాల్యంతోను ఉంటుంది. అందుకే బోరాన్ స్టీల్ లేదా బోరాన్ కార్బైడ్ కడ్డీలను న్యూక్లియర్ రియాక్టర్ల లో న్యూట్రానులను శోషించుకొనుటకు నియంత్రిణులు (control rods) గా వాడతారు. దీంతో న్యూక్లియర్ రియాక్టర్తో జరిగే శృంఖల చర్యావేగం తగ్గిపోతుంది. బోరాన్-10, న్యూట్రాన్ గ్రహణ థెరపీ (Neutron Capture Therapy) తో మెదడు క్యాన్సర్ (కణిత) కు చికిత్స చేయవచ్చును. ఇందులో వెలువడిన రేడియేషన్ కాన్సర్ కణితి మందంలోనే పనిచేసి కణితిని నిర్మూలిస్తుంది.

బోరాన్ లభించే చర్యలు

  1. బోరాక్స్ → ఆర్థోబోరిక్ ఆమ్లం → B2O3 → 2B + 3MgO
  2. బోరాన్ ట్రై అయోడైడ్ → బోరాన్ + అయోడిన్
  3. బోరాన్ ట్రై క్లోరైడ్ + హౌడ్రోజన్ → బోరాన్ + హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్
  4. డై బోరేన్ →  బోరాన్ హైడ్రోజన్

కార్బన్

july16కార్బన్ క్రీస్తుపూర్వ కాలంలోనే బొగ్గు, మసి, ఇండియన్ ఇంక్ గా అనేక రూపాల్లో తెలిసినా దీనిని మూలకంగా గుర్తించింది మాత్రం 18వ శతాబ్దం రెండో భాగంలో మాత్రమే. కార్బన్ మండినప్పుడు వచ్చే పొగ ప్రాణహాని అని గుర్తించి బ్రిటన్ లో 1273 AD లోనే దీని వాడకాన్ని తగ్గించేందుకు ఆంక్షలు విధించారు. 1568 లోనే లెడ్ పెన్సిళ్లను కంబన్ లాండ్ గ్రాఫైటితో మొదటిసారిగా ఉపయోగించారు. 1752 - 1754 సంవత్సరాల మధ్యకాలంలో కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను సున్నపు రాయి (CaCO3) ని వేడి చేసి, కార్బనేట్ లపై ఆమ్లాల చర్యల ద్వారా తయారు చేశారు. అప్పుడు కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను స్థిరగాలి (Fixed Air) అని కూడా పిలిచేవారు. జోసఫ్ బ్లాక్ కు కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను తొలిగా తయారు చేసిన ఘనత దక్కుతుంది. ఆయనే 1757 కూరగాయలు (Vegetables) ను పులియ బెట్టడం (fermentation), చార్ కోల్ (బొగ్గు)ను మండించడం, జంతువులను కాల్చడం వంటి చర్యల్లో కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ వస్తుందని చెప్పాడు. జై, ప్రీస్ట్ లే 1771లో ఆకుపచ్చని మొక్కలు గాలిలోని కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను ఉపయోగించుకొని గాలిని శుద్ధి చేస్తాయని చెప్పాడు. ఆ విధంగా శుద్ధి కావడానికి మొక్కలు ఆక్సిజన్ ను గాలిలోకి విడుదల చేయడమేనని గుర్తించడానికి ఆయనకు మరో మూడు సంవత్సరాలు పట్టింది {1774),

1727లో ఇంజిన్హౌస్ (Ingenious) కిరణజన్య సంయోగక్రియ (photosynthesis) గురించి మొదటిసారిగా వివరించాడు. ఆకుపచ్చని మొక్కలు పగలు సూర్యకాంతి సమక్షంలో కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను తీసుకొని ఆక్సిజన్ను విడుదల చేస్తాయని, రాత్రి చీకటి సమయాల్లో కార్బన్ డై ఆక్సైడోను విడుదల చేస్తాయని కనుగొన్నాడు. ఇంగ్లీషు పదం కార్బన్ Carbon ను లాటిన్ పదం కార్బో (Carbo - charcoal) నుంచి లావోషర్ 1789లో ఇచ్చాడు. అదే సంవత్సరంలో కెర్నర్, హార్స్ టెన్ లు గ్రాఫైట్ పేరును గ్రీకు పదం గ్రాఫీన్ (Graphein = to Write) ఆధారంగా ఇచ్చారు. డైమండ్ పేరు ఎవరిచ్చారో తెలియకపోయినా అది రెండు గ్రీకు పదాల కలగలుపుగా (diaphane = పారదర్శకం, Transparent; Adames = invincible (or) indomitable; refering to its extreme hardness) వచ్చిందని భావించవచ్చు.

july181796లో టెన్నంట్ (Tennant) డైమండ్ ను కాల్చి కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ తయారు చేసి వచ్చిన కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ భారం ద్వారా, డైమండ్ కేవలం కార్బన్ మాత్రమే అని ఋజువు పరచాడు. గ్రాఫైట్ కూడా కార్బన్ మాత్రమేనని 1779 నాటికే షీల్ (Scheele) తెలిపాడు. మంటల కాంతికి కార్బన్ కణాలు కారణమని 1805లో హంఫ్రీ డేవీ తెలిపాడు.

ప్రకృతిలో చాలా ఎక్కువగా వ్యాప్తి చెంది ఉన్న మూలకాలలో కార్బన్ ఒకటి. జీవరాసులన్నింటిలోనూ ఇది ముఖ్యమైన మూలకం. ఇది ప్రొటీన్లు, కార్బోహైడ్రేట్లు, కొవ్వులు,... ఇలా అనేక పదార్థాల్లో ప్రధానమూలకం. ప్రకృతిలో లభించే మూలకాల్లో ఇది ఆధిక్యత (ద్రవ్యరాశి) పరంగా 17వ స్థానంలో ఉంది. దాదాపు 180 ppm గా భావిస్తున్నారు. జంతువులు,

మొక్కలు ఇలా సమస్త జీవరాసులోనేకాక కార్బోనేట్ రాళ్ళు, (లెమ్ స్టోన్ CaCO3), మాగ్నసైట్ (MgCO3), డోలమైట్ (MgCO3, CaCO3), క్రూడ్ ఆయిల్, కోల్ వంటి వాటన్నింటిలో కార్బన్ సంయోగస్థితిలో ఉంటుంది. అంతేగాక స్వేచ్ఛాస్థితి (మూలకస్థితి)లో గ్రాఫైట్, డైమండ్ లుగా దొరుకుతుంది.

కార్బన్ కు కోఆర్డినేషన్ సంఖ్య '4' అని, సంయోగ పదార్థాల్లో కార్బన్ టెట్రాహెడ్రాల్ నిర్మాణాలతో ఉంటుందని వాంట్హాఫ్ 1874లో వివరించారు.

కార్బన్, దాని సంయోగ పదార్థాలపై జరిగిన పరిశోధనల్లో వచ్చిన నోబెల్ బహుమతులు సైన్స్ లో ముఖ్యంగా మన రసాయన శాస్త్రంలో మరే భాగంలోనూ వచ్చి ఉండవనుకుంటే అతిశయోక్తి కాదు.

july17కార్బన్ ప్రకృతిలో మూలక స్థితిలో గ్రాఫైట్, డైమండ్ లుగా లభిస్తుంది కదా, ఇవి కార్బన్ స్ఫటిక రూపాంతరాలు (అల్లోట్రోఫ్లు Allotrophes). వీటిని భిన్నరూపాలని కూడా అంటారు. ఒక మూలకం రెండు లేక అంతకంటే ఎక్కువ రూపాల్లో లభిస్తే ఆ మూలకానికి భిన్నరూపకత (Allotrophes) అనే ధర్మం ఉన్నదంటాము. ఈ రూపాలు ఒకదాని నుంచి వేరొకటి ఆ రూపాల్లోని అణువుల్లో పరమాణువులు బంధించబడి ఉన్న విధానంలో కాని (కార్బన్, భిన్న రూపాలైన, డైమండ్ లో ప్రతి కార్బన్ sp3 సంకరకరణంలో ఇతర నాలుగు కార్బన్ లతో సమయోజనీయు బంధాలేర్పరుస్తుంది. గ్రాఫైట్లో ప్రతి కార్బన్ sp2 నంకరకరణంతో మూడు ఇతర కార్బన్లతో సమయోజనీయబంధంగా ఏర్పరచి ఒక స్వేచ్చా ఎలక్ట్రాన్ ను అణువు మొత్తానికి ఇచ్చి విద్యుద్వాహకతను ప్రదర్శిస్తుంది) లేదా అణువులోని పరమాణుకత (atomicity: ఒక అణువులోని పరమాణువుల సంఖ్య) తో కాని తేడాలు కలిగి ఉంటుంది. (ఉదా: ఓజోన్ 03, ఆక్సీజన్ 02). ఇవి కాక చార్ కోల్, లాంప్ బ్లాక్ వంటి భిన్న రూపాలు కూడా కార్బన్ కు ఉన్నాయి. బ్లాక్ మినిష్టర్ పుల్లరీన్ (C60, C70) లాంటి ఇతర భిన్నరూపాలను కూడా శాస్త్రవేత్తలు తయారుచేశారు. డైమండ్లో C - C బంధ దైర్ఘ్యం 1.54 Ao కాగా, గ్రాఫైట్లో ఇది 1.42 Ao. గ్రాఫైట్ షట్కోణపలక నిర్మాణంలో ఒక పొరకు మరోపొరకు మధ్యదూరం 3.34 Ao, ఈ పొరల నిర్మాణమే అది కందెన (lubricant) గా పనిచేయడానికి ఉపయోగపడుతుంది. డైమండ్లు విలువలను కారట్ (Carat)లలో చెబుతారు. ఒక కారట్ అంటే ద్రవ్యరాశి వరంగా 200mg లకు సమానం. అది శుద్ధత్వానికి సంబంధించింది కాదు సుమా.

july19కార్బో (గురివింద) చెట్టు అతి చిన్నవైన, సజాతీయంగా ఉండే గింజలనీనుంది. వీటిలో డైమండ్ లను తూచే వారు, ఇప్పటివరకూ తెలిపిన డైమండ్లలో అత్యంత విలువగలది కుల్లినాన్ (Cullinan). ఇది 3106 కారట్ల (621.2 g) బరువు గలది. దీనిని 25.01.1905 న వెలికి తీసారు. ఇతర విలువైన డైమండ్ లు (వజ్రాలు) 100 - 800 కారట్ ల విలువగలవి. మన కోహినూర్ డైమండ్ 186 కారట్ల బరువుండేది. అయితే ప్రస్తుతం 109 కారట్ల బరువును తగ్గించారు. మరి బంగారం కూడా కారట్లలో చెబుతారు కదా, అదీ, ఇదీ సమానమా? కాదు. శుద్ద బంగారం తీసికొని దానిలో గుణాత్మకంగా 24వ భాగాన్ని ఒక కారట్ అంటారు. శుద్ద (మేలిమి) బంగారం 24 కారట్లు ఉంటుంది. అయితే బంగారం గట్టిదనాన్ని పెంచడానికి వాడే రాగి, వెండి వంటి లోహాల్ని కలిపిన బంగారంలో బంగారం ద్రవ్యరాశి శాతం తగ్గుతుంది. ఉదాహరణకు మనం నగల తయారీకి వాడే బంగారం 22 కారట్లది. అంటే 24 కారట్ల బంగారంలో బంగారం నూరు శాతం అయితే 22 కారట్ల బంగారంలో 22/ 24x100=91.6%. అందుకే నగల తయారీకి వాడే బంగారాన్ని 91.6 KDM అంటారు.

మీరు వాడే లెడ్ పెన్సిళ్ళలో లెడ్ ఉండదు సుమా. పేపర్ పైన నల్లగా రాసే పదార్థం గ్రాఫైట్. అందుకే గ్రాఫైటను బ్లాక్లెడ్ లేదా ప్లంబాగో (Plumbago) అంటారు. డైమండ్, గ్రాఫైట్ లతో పాటు కార్బన్ కోల్ (coal) అనే రూపంలో కూడా ప్రకృతిలో దొరుకుతుంది. ఈ కోలోనే అందులో కార్బన్ శాతాన్ని బట్టి వీట్ (60% C), లిగ్నైట్ (67% C), బిట్యుమినస్ (88% C), ఆంధ్రసైట్ (95% C) అనే పేర్లతో పిలుస్తారు.

నూతన ఆవర్తన పట్టికలో కార్బన్ 14వ గ్రూపులో, రెండో పీరియడ్లో ఉన్నది. C పరమాణు సంఖ్య 6, ఎలక్ట్రాను విన్యాసం 1s22s22p2. అంటే దీని వేలన్సీ 4 అన్నమాట. కార్బన్ కు కాటనేషన్ (Catenation) ధర్మం (అంటే తన పరమాణువులతోనే ఒకదానితో మరొకటిగా వరుస బంధాలను ఏర్పరచి పొడవాటి శృంఖలాలనివ్వడం) అత్యధికంగా ఉంటుంది. కార్బన్ రసాయనశాస్త్రం వదిలివేస్తే మనకు మిగిలేది గుండుకు దగ్గరైన బట్టతల లాంటి రసాయనశాస్త్రమే సుమా.

కార్బన్ డేటింగ్ అంటే ఏమిటో మీకు తెలుసా?

పురావస్తు జీవ పదార్థాల వయస్సు (age)ను తెలిపే ఒక విధానమే కార్బన్ డేటింగ్, కార్బన్ ప్రకృతిలో అత్యధికంగా 12C రూపంలోను, చాలా తక్కువగా 13C రూపంలోను ఉంటుంది. వాతావరణంలో మాత్రం విశ్వ (cosmic) న్యూట్రాన్లు , డై నైట్రోజన్ ను డీకొని 14C సమస్థానీయం (isotope) ను ఏర్పరుస్తాయి.

7N14+0n16C14+1H1

14C గాలిలోని డై ఆక్సీజన్ తో కలిసి 14CO2 ఇస్తాయి. ఆకుపచ్చని మొక్కలు july20కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను తీసుకొనేటప్పుడు 12CO2 తో పాటు ఈ 14CO2 ను కూడా తీసికొని కిరణజన్య సంయోగక్రియలో గ్లూకోజ్ చక్కెరను ఏర్పరుస్తాయి. మొక్కలు ఆ గ్లూకోజీను స్టార్చి, ప్రొటీన్లు, సెల్యులోజ్, లాంటి పదార్థాలుగా మారుస్తాయి. అందుకే మొక్కలు భాగాలన్నింటిలో 14C ఉంటుంది. మరి జంతువులు మొక్కలను తింటాయి కదా. అందుకే జంతువుల్లో కూడా 14C  ఉంటుంది. 14C బలహీనమయిన రేడియోధార్మిక పదార్థం. ఇది ꞵ - కిరణక్షయ (decay) చర్యలో పాల్గొంటుంది. అయితే ప్రాణుల్లో తీసికొనే 14C కు, క్షయం చెందే 14C కు మధ్య ఎప్పుడూ సహజంగానే సమతాస్థితి ఉంటుంది. 14C అర్ధాయువు 5668 సంవత్సరాలు. అయితే మొక్కగాని, జంతువుగాని చనిపోతే 14C తీసుకోవడం ఆగిపోగా, 14C క్షయం మాత్రం జరుగుతూనే ఉండి క్రమేణా 14C నిర్జీవ వదారంలో తగ్గిపోతూ ఉంటుంది. జీవంలేని పదార్ధంలోని 14C కు జీవంతో ఉన్న ప్రాణి 14C కు ఉన్న నిష్పత్తినుపయోగించి ఆ మొక్క లేదా జంతువు ఎప్పుడు చనిపోయిందో గణించవచ్చు

కార్బన్ గురించి మరిన్ని విషయాలను పదవతరగతి నుంచి నేర్చుకోవడం మొదలు పెడతారు.

డై నైట్రోజన్

aug3అత్యధికంగా లభించే మూలకం డైనైట్రోజన్. గాలిలో నైట్రోజన్ వునపరిమాణం పరంగా 78.1%, పరమాణువుల పరంగా 78.3%, ద్రవ్యరాశి పరంగా 75.5% ఉంటుంది. అందుకే పారిశ్రామికంగా డై నైట్రోజన్ ను గాలి నుంచి వేరు చేస్తారు. ప్రతిజీవరాశిలోను నైట్రోజన్ ప్రోటీన్ల రూపంలో ఉంటుంది. ప్రొటీన్ల మొత్తం ద్రవ్యరాశిలో 17% నైట్రోజన్ ఉంటుంది. అయితే భూమి నుంచి వచ్చే మూలకాల్లో, దీని లభ్యత 33వ స్థానంలో, KNO3, (నైటర్ లేదా సాల్ట్ పీటర్ లేదా బెంగాల్ (ఇండియా సాల్ట్ పీటర్), NaNO3 (సోడానైటర్, చిలీసాల్ట్ పీటర్) గా ప్రధానంగా లభిస్తుంది.

నైట్రోజన్ కు సంబంధించిన చారిత్రక సంఘటనలు చూడండి..

  1. డి. రూధర్ ఫర్డ్, సి,డబ్ల్యు. షీల్, హెచ్. కావెండిష్ లు 1772లో నైట్రోజన్ ను గాలి నుంచి వేరుపరచారు.
  2. భూమిలో వ్యవసాయానికి సంబంధించి నైట్రోజన్ ప్రాముఖ్యతను 1862లో గుర్తించారు.
  3. కొన్ని మొక్కల, చెట్ల వేర్ల కణుపుల్లో నైట్రోజన్ - స్థిరంగా ఉంటుందని 1886లో గుర్తించారు.
  4. పారిశ్రామికంగా నైట్రోజన్ ను మొదటిసారిగా 1895లో కాల్షియం సైనమైడ్ తయారీలో ఉపయోగించారు. కాల్షియం సైనమైడ్ నుంచి అమ్మోనియా తయారుచేస్తారు.
  5. బర్క్లాండ్-ఐడ్ విధానంలో నైట్రోజన్ ను NO గా మార్చి తరువాత HNO3 తయారుచేసే విధానం 1900వ సంవత్సరంలో వచ్చింది. ప్రస్తుతం ఇది వాడుకలో లేదు.
  6. హేబర్ పద్ధతిలో NH3 తయారీ (N2+3H2→2NH3) చర్య 1909లో మొదలుపెట్టారు.
  7. 15N ఐసోటోప్ ను 1929లో S.M. Naude కనుగొన్నాడు. అదే సంవత్సరం ప్రారంభంలో కార్బన్, ఆక్సిజన్ ఐసోటోప్ లు కనుగొన్నారు. నైట్రోజన్ కు రెండు ఐసోటోప్ లు ఉన్నాయి. ఒకటి 14N (ద్రవ్యరాశి 14.00307, లభ్యత 99.634%), రెండు 15N (ద్రవ్యరాశి 15.00011, లభ్యత 0.366%)

aug4నైట్రోజన్ అధికచర్యాశీలత గల అలోహంగా ఉండాలి. కాని విచిత్రంగా అది ఒకరకంగా జడపదార్ధమని చెప్పాలి (సాధారణ స్థితుల్లో సుమా! దీనికి కారణం తెలుసా? అది రెండేసి స్వంత పరమాణువులతో ద్వీపరమాణుక అణువు రూపం (N2 లో ఉండటం, రెండు పరమాణువుల మధ్య త్రికబంధం (N=N) ఉండటం అని చెప్పాలి. కొన్ని ఉత్కృష్ట వాయువులతో తప్ప మిగిలిన మూలకాలన్నింటితో నైట్రోజన్ చర్యలు జరుపుతుంది. అయితే ఈ చర్యలకు నైట్రోజన్ ను చర్యాశీలక పరమాణు నైట్రోజన్ గా ఉంచాలి. ఇది అల్పపీడనాల్లో డై నైట్రోజన్ వాయువులో విద్యుత్ స్పార్క్లు పంపడం వి ద్వారా వస్తుంది.

మీలో చాలా మందికి నైట్రోజన్ వలయం (nitrogen cycle) తెలుసు కదా! దాన్ని గురించి కొంత చర్చిద్దాం, సరేనా?

ఒక సంవత్సరంలో వాతావరణం, నేల, సముద్రాలు, జీవరాశుల మధ్య షుమారు 108 నుండి 109 టన్నుల వరకు నైట్రోజన్ మార్పిడి జరుగుతుంది. దీనినే నైట్రోజన్ వలయం అంటాము.

aug5నేలలో (మట్టిలో) నైట్రోజన్ నైట్రేట్లు, నైట్రేట్లు, అమ్మోనియం సమ్మేళనాల రూపంలో ఉంటుంది. అయితే ఈ నైట్రోజన్ ను మొక్కలు తీసికొని ప్రొటోఫాసం తయారు చేసుకొని పెరుగుతాయి. ఇది భూమి నైట్రోజన్ ను కోల్పోయే ఒక చర్య. ఈ మొక్కలు జంతువులకు ఆహారమవుతాయి కదా. అంటే నైట్రోజన్ మొక్కల నుంచి జంతువుల్లోకి మారుతుంది. తిరిగి జంతువులు యూరియా, యూరిక్ ఆమ్లాల వంటి వ్యర్థ పదార్దాలుగా విసర్జించడం వల్ల, జంతువులు చనిపోయిన తరువాత వియోగం చెందడం ద్వారా నైట్రోజన్ ను మళ్ళీ మట్టిలోకి పంపుతాయి. ఇది ఒక కారణం అయితే కొన్ని నైట్రోజన్ తొలగింపు బాక్టీరియా (denitrifying bacteria or denitrificants) నైట్రేట్లను N2, NH3 వాయువులుగా మార్చడం వల్ల అవి వాతావరణంలోకి పోతాయి. ఇది భూమి నైట్రోజన్ ను కోల్పోయే రెండో విధానం. అయితే తొలకరి వానలుపడగానే అమ్మోనియా వాటితో భూమికి తిరిగి చేరుకుంటుంది. రెండు డినైట్రిస్టయింగ్ బాక్టీరియా పేరు తెలుసుకొంటారా! అవి 1. సూడోమనన్ (Pseudomonas), 2. అక్రో వెబాకర్ (Achromobacter).

డీనైట్రిఫయింగ్ చర్యలు: నైట్రేట్ లు → నైట్రేట్ లు → నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ → నైట్రోజన్ → అమ్మోనియా,

మూడో విధానంలో నీటి ద్వారా నైట్రోజన్ న వేర్మేళనాలు భూమినుంచి సముద్రంలోకి కొట్టుకుపోతాయి. అయితే ఈ చర్య వల్ల సముద్రపు మొక్కలు జీవించే ఏర్పాటు ఉంటుంది.

నాలుగోవిధానంలో మొక్కలు, బొగ్గు, మోటారు ఇంధనాలు మండటం వంటి చర్యల్లో కొద్ది ప్రమాణంలో ఏర్పడిన NO, NO2 భూమి నుంచి వాతావరణంలోకి పోతాయి. ఇవి కొన్ని సమయాల్లో స్మార్ (smog) ఏర్పరిచినా వర్షం వచ్చినప్పుడు వర్షపునీటితో కలిసి భూమిని తిరిగి చేరుకొంటాయి.

అయితే ఇక్కడ మనం ముఖ్యంగా గమనించాల్సింది ఏమిటంటే, నైట్రిఫైయింగ్ బాక్టీరియా నైట్రోజన్ ను నైట్రేట్ లు, అమ్మోనియాగా మార్చి నైట్రోజన్ ను భూమిలో స్థిరపరచడం (fixation) ద్వారా భూమికి అధికంగా (సంవత్సరానికి సుమారు 175 మిలియన్ల టన్నులు) నైట్రోజన్ను అందించడం. అంటే షుమారు 60% అధికంగా భూమి ఈ విధానంలో నైట్రోజన్ను సంపాదిస్తుందన్నమాట. ఈ చర్యను జరిపే నైట్రిఫైయింగ్ బాక్టీరియాల్లో అతి ముఖ్యమయినది రైజోబియం (Rhizobium). ఇది లెగుమోనన్ (leguminosae) మొక్కల జాతి (బఠాని, చిక్కుడు మొదలైనవి) వేర్లలోని కణుపుల్లో ఉంటాయి. అయితే కొన్ని బాక్టీరియాలు భూమిలో స్వేచ్ఛాస్థితిలోనే ఉంటాయి. ఉదాహరణకు బ్ల-గ్రీన్ బాక్టీరియా అయిన అనబిన (anabena), నోష్ఠక్ (nostoc) లాంటివి, ఏరోబిక్ (aerobic) బాక్టీరియా అయిన అజోబాక్టర్ (azobactor), బీజరీంకియా (bitzerinckia), అనరోబిక్ (anaerobic) బాక్టీరియా అయిన క్లోప్రిడియం పాస్టోరియనేమ్ (clostridium Pastonianum). అయితే ఈ బాక్టీరియాలన్నింటిలో ఉండే నైట్రోజన్స్ (nitrogenase) నైట్రోజన్ ను స్థిరపరచడానికి ఉపయోగపడుతుదని గుర్తించారు.

అమ్మోనియం నైట్రేట్ ఏరువు ద్వారా దాదాపు 20% నైట్రోజన్ భూమికి అందిస్తారు. ఒక ఎకరం పొలంలో రైజోబియం 120, బ్లూ-గ్రీన్ బాక్టీరియా-10, అజోబాక్టర్ 0.1, క్లోప్రిడియం 0.1 కిలోగ్రాముల నైట్రోజన్ ను ఒక సంవత్సరంలో అందిస్తాయి.

aug6మీరంతా ఇక నుంచి నైట్రోజన్ అనికాక డై నైట్రోజన్ అని చెప్పాలి. ఎందుకంటే అది స్వేచ్ఛాస్థితిలో N2 గా ఉంటుంది కదా. డై నైట్రోజన్ పరమాణు సంఖ్య - 7. పరమాణు భారం - 14. ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s2 2s2 2sp3 అంటే దీనిలో చివరగా వచ్చి చేరే ఎలక్ట్రాన్ 'p' ఉపకర్పరంలోకి పోతుంది. కాబట్టి ఇది p-బ్లాక్ మూలకం. రెండో పీరియడ్లో గ్రూప్-15లో ఉంటుంది కదా, ఆవర్తన పట్టికలో, సమ్మేళనాల్లో నైట్రోజన్ -III, -II, -1, 0, +l, +II, +III, +IV, +V ఆక్సీకరణ స్థితులను చూపుతుంది. మీరు ఈ ప్రాజెక్టు చేయండి. కొన్ని మొక్కలకు అమ్మోనియం నైట్రేట్ ఎరువువేసి, కొన్నింటికి ఎరువు లేకుండా పెంచండి. ఒక నెలరోజులకు తగ్గకుండా పరిశీలనలు రాయండి. ఆ మొక్కల పెరుగుదల, ఆరోగ్యం లాంటి విషయాలు మీరు గుర్తించితే, అసక్తి కలిగించే ఫలితాలు కన్పిస్తాయి. చేస్తారు కదూ!

మీకోసం పై తరగతుల్లో డై నైట్రోజన్ రసాయనశాస్త్రం ఎదురుచూస్తుంటుంది.

Why is nitrogen so important?

Nitrogen is required to make PROTEINS

ఆక్సీజన్

sep21C.W. Schele, J. Pristley అనే ఇద్దరు విడివిడిగానే 1773 - 74లో ఆక్సీజన్ ను కనుగొన్నారు అని చెబుతారు కాని అది పూర్తి నిజం మాత్రం కాదు. దీనికి కారణం ఆక్సీజన్ పాల్గొనే దహనచర్యలు, కిరణజన్య సంయోగ క్రియ వంటి చర్యల గురించి అప్పటికే కొంతవరకు తెలుసుకొన్నారు. అయితే వారికి 'ఆక్సీజన్ ఒక మూలకం' అని చెప్పేంత పరిజ్ఞానం మాత్రం అప్పటికి లేదని చెప్పాలి. ఈ సందర్భంగా ఇక్కడ 1697లో జార్జి ఎర్నస్ట్ స్టాల్ (George Ernst Stall) ప్రతిపాదించిన ప్లాజిస్టన్ (Phlogiston) సిద్దాంతం గురించి మనం తెలుసుకోవాలి. ముందుగా ఆ సిద్ధాంతానికి ఆధారమైన శాస్త్రజ్ఞుల పరిశీలనలను చూద్దాం. అవి.

  1. లోహాలను వేడిచేసినప్పుడు కాల్క్స్ లు (Calxes) లేదా లవణాలను ఏర్పరుస్తాయి.
  2. అలా ఏర్పడిన లవణాలు ఆయా లోహాలకన్న సాంద్రత తక్కువ కదా (ఇది లోహాం కాదు కదా అనకండీ).
  3. కొన్ని లవణాలు బొగ్గుతో వేడి చేసినప్పుడు తిరిగి లోహాలనేర్పరుస్తాయి.
  4. అన్నింటికన్నా ముఖ్య విషయం ఏమిటంటే ఏదో కొద్ది లోహాలు తప్ప ఎక్కువ లోహాలు ప్రకృతిలో లోహాలుగా కాక లవణాలుగా మాత్రమే లభిస్తాయి.

ఎంత చక్కటి పరిశీలనలు. నేడు దవతరగతిలోపు విద్యార్థులకే పై పరిశీలనలకు కారణాలు తెలుసు. కాని 17వ శతాబ్దం చివరినాటికి ఆనాటి మేధావులకు కూడా పై విషయాలకు కారణాలు తెలియవు. మరి పరిశీలనల పైన ఆధారపడి తదనుగుణమైన పరిశోధనలు చేసే అవకాశాలు, విధానాలు తెలియని ఆ రోజుల్లో 1697లో GE. స్టాల్ ప్లాజిస్టన్ సిద్ధాంతం (ఏంత మూఢనమ్మకాలతో కూడి ఉన్నదో చూడండి. ఆయన ప్లాజిస్టన్ సిద్ధాంతంలోని ముఖ్యాంశాలు.

  1. దహనం చెందే ప్రతి పదార్థంలో దహనం చెంది పదార్థం నుంచి విడుదలైపోయేది ఒకటి ఉంటుంది. దాని పేరే ప్లాజిస్టన్ (Phlogiston). గ్రీకు భాషలో ప్లాజిస్టోన్ (phlogistos) అంటే దహనమయ్యేది అని అర్ధం.
  2. కట్టెలు, బొగ్గు వంటి పదార్ధాలో ఈప్లాజిస్టన్ చాలా అధికంగా ఉంటుంది. అందుకే అవి దహనం చెందినప్పుడు వచ్చే బూడిద మండిన పదార్థాల పరిమాణంతో పోల్చితే చాలా తక్కువ. క్రొవ్వొత్తి లాంటి పదార్థాన్ని దాదాపు పూర్తిగా ప్లాజిస్టన్ అనుకోవచ్చు. ఎందకంటే క్రొవ్వొత్తి దహనం చెందిన తరువాత మనకు ఏమీ మిగలదు కదా, (CO2, H2O వంటి వాయువులు వస్తాయని తెలుసుకునే అవకాశం ఆ రోజుల్లో లేదు మరి)
  3. లోహాల కంటే అవి ఏర్పరచే లవణాలు చాలా సరళతరమైనవి. ఎందుకంటే ప్రకృతిలో లోహాలు లవణాలుగా ఉంటాయి.

దహనంలో లోహాలు ప్లాజిస్టన్ ను కోల్పోయి లవణాలనిస్తాయి. అందుకే లవణాలకు మళ్ళీ ప్లాజిస్టన్ ను కలిపితే లోహాలు వస్తాయి.

మరి మన బొగ్గులో ప్లాజిస్టన్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది కదా. అందుకే లవణాన్ని బొగ్గుతో చర్య జరిపితే తిరిగి లవణం బొగ్గులోని ప్లాజిస్టన్ ను తీసికొని లోహాన్ని తిరిగి ఇస్తుంది.

అంటే పైసా దాంతం ఎలా ఉపయోగపడుతుందంటే

  1. లోహాలకు ధర్మాలలో పోలికలకు కారణం వాటిల్లో ఉండే ప్లాజిస్టన్,
  2. ఒక గంట జాడీలో మూసి ఉంచిన వెలుగుతున్న క్రొవ్వొత్తిమంట కొంత సేపటికి ఆరిపోవడానికి కారణం జాడీలోని క్రొవ్వొత్తి ఇచ్చే ప్లాజిస్టన్ తో సంతృప్తి చెందడమే.

అయితే 1630 నాటికే జీన్రే (Jean Rey) టిన్ ను గాలిలో మండించగా వచ్చిన లవణం భారం టిన్ భారం కంటే అధికం అని గుర్తించాడు. మరి ఇది ప్లాజిస్టన్ సిద్ధాంతానికి వ్యతిరేకం కదా, అయితే రసాయన శాస్త్రజ్ఞులెవరూ ఈ విషయాన్ని (జీన్రే పరిశీలనను) అంతగా పట్టించుకొన్నట్లు కనబడదు. అయితే ప్లాజిస్టన్ నోద్ధాంతం చెప్పిన మన స్టాల్ మాత్రం దీనికి సమాధానంగా ఏం చెప్పాడో తెలుసా? ప్లాజిస్టన్ పోయిన తరువాత టిన్లో దానికి సంబంధించిన ఖాళీలు ఉంటాయి కదా, అందులోకి గాలి దూరి బరువు పెరిగి ఉంటుందని. తనకు తెలీకుండానే నిజానికి ఎంత దగ్గరగా వచ్చాడో మనమిడతం భటు చూశారుగా. అంతే మరి. 18వ శతాబ్దంలో ఒక వెలుగు వెలిగిన రసాయనశాష్ట్ర సిద్ధాంతం ప్లాజిస్టన్ సిద్ధాంతమంటే మరి మీరు నమ్మాల్సిందే. అనేక పరిశోధనలకు ఆధారం ఈ సిద్ధాంతమే అంటే ఆశ్చర్యపోవద్దు.

ఆ సమయంలో రంగప్రవేశం చేశాడు మన Father of Modern Chemistry (ఆధునిక రసాయన శాస్త్ర పితామహుడు) ఎ. లావోషీర్, 1772 ప్రాంతంలో లావోషీర్ ఆలోహాల్ని దహనం చెందించగా వచ్చే ఉత్పన్నాల ద్రవ్యరాశులు ఆ అలోహాలకంటే చాలా ఎక్కువ అని గుర్తించాడు. దీనికి కారణం ఫాస్పరస్ లాంటి అలోహాలు గాలిలోని దేనితోనో కలిసి క్రొత్తగా ఉత్పన్నాన్ని ఇస్తాయని అందుకే ఉత్పన్నం ద్రవ్యరాశి గాలిలో మండించిన దాని అలోహం ద్రవ్యరాశికన్న

ఎక్కువగా ఉంటుందని చెప్పాడు, లానోషేర్ చెప్పినదానికి అనుగుణంగానే పరిమిత గాలిలో అలోహాన్ని (ఫాస్పరస్ అనుకొందాం) మండించినప్పుదం గాలి ఘనపరిమాణంలో 1/5 వంతు తగ్గిపోయింది.

అలోహాలను గాలిలో దహనం చేయగావచ్చిన ఉత్పన్నాలకు ఆమ్లలక్షణాలున్నాయి. ఉదాహరణకు SO2, P205 లు సల్ఫర్, ఫాస్పరస్ ను గాలిలో మండించగా వచ్చే ఉత్పన్నాలు. వీటికి ఆమ్లధర్మాలుంటాయి. అందుకే ఈ అలోహాలతో కలిసి ఆమ్లానికిచ్చే గాలిలోని భాగాన్ని లావోషీర్ ఆక్సీజన్ అన్నాడు. (ఆక్సీజన్ అంటే ఆమ్లం ఏర్పరచేది అని అర్ధు)

P4(s) + 5O2 → P4O10(s);

P4O10(s) + 6H2O(1) → 4H3PO4(aq)

ఈ విధంగా పదార్థాల దహనానికి ఆక్సీజన్ అవసరమని లావోషీర్ చెప్పిన దాన్ని అంగీకరించారు. ఈ విధంగా ఆవర్తన పట్టికలోని ఎనిమిదో మూలకానికి ఆక్సీజన్ అని పేరు వచ్చిందన్న మాట.

భూమి మీద మూలకాలన్నింటిలోకి అధికంగా లభించేది ఆక్సీజన్. స్వేచ్ఛాస్థితిలోనూ, సమ్మేళనాలలోనూ ఆక్సీజన్ ప్రకృతిలో ఉంటుంది.

గాలిలో 85% కంటే ఎక్కువ ద్రవ్యరాశికి ఆక్సీజన్ అత్యధికంగా లభిస్తుంది. ప్రతి “5” పరమాణువుల్లో చంద్రుడిలో “3” ఆక్సీజన్ వే (44.6% ద్రవ్యరాశి శాతం)

ఆక్సీజన్ పరమాణు సంఖ్య '8' కదా. దీంతో నూతన ఆవర్తన పట్టికలో దీని స్థానం రెండో పీరియడ్, 16వ గ్రూపు (VIA గ్రూపు) అలోహ ధర్మాలు అధికంగా ఉన్నా గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గర చురుకుగా చర్యల్లో పాల్గొనలేక పోవడానికి కారణం అది పరమాణువుగా కాక స్వేచ్ఛా స్థితిలో ద్విపరమాణుక అణువు (O2) గా ఉండటమే. మరీ ఇతర మూలకాలతో కలవాలంటే అది పరమాణుస్థితిలో ఉండాలి కదా. అంటే 0 లోని ద్విబంధం విచ్చిన్న కావాలి. అంటే కొంతశక్తి O2(g) → 2 O(g) – 493.4kJ మనం అందిస్తే ఆక్సీజన్ చర్యల్లో వేగంగా పాల్గొనే అవకాశం వస్తుంది.

ఆక్సీజన్ కు రంగు, రుచి, వాసన ఉండవు. ఇది 3.08 cm3 వరకు, 100 cm3 నీటిలో కరుగుతుంది. (STP వద్ద O2 ను, 20oC వద్ద నీటిని తీసుకొన్నప్పుడు) అదే నీరు 50oC వద్ద ఉంటే ఆక్సీజన్ కరుగుదల (ద్రావణీకత) తక్కువే అయినా సముద్రజీవులకు అది నరిపోతుంది. కర్బన ద్రావణుల్లో ఎక్కువగా కరుగుతుంది. 25oC, 1 atm పీడనాల్లో వంద cm3 ద్రావణని తీసుకుంటే, అది ఈథర్ అయితే 45.0 cm3, CCI4లో 30.0 cm3, Me2COలో 28 cm3 బెంజీన్ లో 22.3 cm3 ఆక్సీజన్ కరుగుతుంది.

ఆక్సీజన్ కు సంబంధించిన చారిత్రక ఘట్టాలు క్రింద చూడండి.

15వ శతాబ్దం: లియోనార్డో డావెన్సీ - గాలిలో అనేక అనుఘటకాలున్నాయి. అందులో ఒకటి

దహనక్రియకు దోహదం చేస్తుంది.

1773 - 74: C.W. షీల్, జె. ప్రీన్స్టీ లు విడివిడిగా ఆక్సిజన్ ను కనుగొన్నారు. దాని ధర్మాలు పరిశోధించారు.

1777: A.L. లావొషిర్ 'ఆక్సీజన్' (ఆమ్లజని)గా పేరు పెట్టాడు.

1781: H. కావెండిష్, నీటి అణువులోని ఘటన మూలకాలు ఆక్సీజన్, హైడ్రోజన్ లుగా గుర్తించాడు.

1800: W. నికల్సన్, A. కార్లిన్లీ లు నీటిని విద్యుద్విశ్లేషణ చేసి (W, Nicholson), (A. Carlisle) హైడ్రోజన్, ఆక్సీజన్ ను ఉత్పన్నం చేసి తిరిగి హైడ్రోజన్ ఆక్సీజన్ ల రసాయనిక సంయోగంతో (విస్పోటన చర్య) నీటిని ఏర్పరచారు.

1840: C.F. Schonbein దాని వాసన ద్వారా ఓజోన్ అని O3 కి పేరు పెట్టాడు.

1877: ఆక్సీజన్ ను L. Cailletet, R. Piotet లు విడి విడిగా ద్రవీకరించి ద్రవ ఆక్సీజన్

సాధించారు.

1881: పారిశ్రామికంగా O2 ను BaO2 నుంచి Brin's ఆక్సీజన్ కంపెనీ మొదటిసారిగా

తయారుచేసింది.

1896: ద్రవ ఆక్సీజన్ సాంకేతికంగా C. Von Linde సాధించాడు.

1929: O17, O18 ఐసోటోప్లు WE, Gianquic and H.L. Jognston కనుగొన్నారు.

1963: రాకేట్ లో H2(1)/O2(1) ద్రవ ఇంధనాలుగా మొదటిసారిగా వాడారు.

నిజానికి ఆక్సిజన్ చాలా చురుకైన మూలకం (ఋణ విద్యుదాత్మకత 3.5 ఎక్కువ మూలకాలు. అకార్బన సమ్మేళనాలు ఆక్సిజన్తో చర్య జరిపి ఉష్ణాన్ని విడుదల చేస్తాయి. అన్ని కర్బన సమ్మేళనాలు ఆక్సీజస్తో చర్య జరుపుతాయి.

అయితే W, Pt, Al లాంటి లోహాలు He, Ne, Ar, Kr ఆక్సీజన్ తో వేరుగా కాని, అసలు కాని చర్య జరుపవు.

కొన్ని సమయాల్లో చర్య స్వచ్చంధం కాకపోతే ఉష్ణం, కాంతి, విద్యుత్ ఉత్సర్గం, ఉత్ర్పేరకాల్ని  ఉపయోగించడం వంటి మార్గాల ద్వారా చర్యలు జరుపవచ్చు.

ఆక్సీజన్ కు O2+, O3, O3. O3, O2, O22-, O2- లలో ఆక్సీకరణ స్థితులు +1/2, O, -1/3, -1/2, -1, -2 లుగా వరుసగా ఉంటాయి.

ఆక్సీజన్ ఏర్పరచే సంయోగ పదార్థాలు, వాటి ధర్మాలు, ఉపయోగాలు ముందు ముందు తెలుసుకొందాం.

ఫ్లోరిన్

oct16ఫ్లోరిన్ పరమాణు సంఖ్య 9. ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s2 2s2 2p5 అంటే ఇది p-బ్లాక్ లోని ఐదవ గ్రూపుకు చెందిన మూలకం. ఆవర్తన పట్టికలో 17వ గ్రూపు (IUPAC) లేదా VII A (ఐరోపా విధానంలో గ్రూపుల సంఖ్య) లేదా VII B (అమెరికా విధానంలో గ్రూపుల సంఖ్యకు చెందినది. రెండవ పీరియడ్ లో ఎడమ నుంచి కుడికి చివరగా ఉన్న అత్యంత చురుకైన అలోహధర్మాలు గల మూలకం. దీని తరువాత Ne తో ఈ పీరియడ్ పూర్తి అవుతుంది.

17వ గ్రూపు మూలకాలను ఏలోజన్ లని పిలుస్తారు. ఈ ఏలోజన్ పేరును 1811లో J.S.C. Scheweigger క్లోరిన్ కు దాని ధర్మాలను వివరించడం కోసం ఇచ్చాడు. మూలకాలతో ప్రతి లోహంతోనూ వేరుగా రసాయనచర్య జరిప్ లవణాలను ఏర్పరచడం క్లోరిన్ ప్రత్యేకత. లవణాలలో ముఖ్యమైనవి సోడియం క్లోరైడ్ కదా. ఇది సముద్రజలాల్లో అధికంగా ఉంటుంది. దీని నుంచి క్లోరిన్ వస్తుంది. ఏలోస్ అంటే సముద్రలవణం జనస్ అంటే జనించేది. అంటే క్లోరిన్ సముద్ర జలం నుంచి వచ్చే సోడియం క్లోరైడ్ లవణం నుంచి వస్తుంది. కాబట్టి క్లోరిన్ ను ఏలోజన్ అన్నారు. ఈ పేరును మొత్తం 17వ గ్రూపులోని ఐదు మూలకాలకు సాధారణ నామంగా వాడుతున్నారు.

oct17ఫ్లోర్ స్పార్ (CaF2)లో ఫ్లోరిన్ ఉంటుంది. ఫ్లోర్ (Fluor) అంటే ప్రవహించేది (flowing) అని అర్థం. CaF2 ను ఫ్లక్స్ గా లోహసంగ్రహ విధానాల్లో వాడతారు. కాబట్టి దానికి ఫ్లోర్ స్పార్ అని పేరు వచ్చింది. ఆ పేరు నుంచే ఫ్లోరిన్ పేరు వచ్చింది. ఈ పేరును హంఫ్రీడేవీకి 1812 లో A.M. ఆంపియర్ సూచించాడు. హైడ్పో ఫ్లోరిక్ ఆమ్లం క్షయీకరణ ధర్మం (corrosive property), CaF2 యొక్క Fluorescence ధర్మం 17వ శతాబ్దం నాటికే అవగతమయ్యాయి. అయితే ఫ్లోరిన్ ను మొదటిసారిగా నిర్జల హైడ్రోప్లోరిక్ ఆమ్లంతో తీసుకొన్న KHF2, చల్లని ద్రావణాన్ని Pt/Ir ఎలక్ట్రోడ్ లను ఉపయోగించి విద్వుద్విశ్లేషణం చేసి F2 ను తయారుచేశారు. దీనికి ఫ్లోర్ స్పార్ తో మూసిన ప్లాటినం 'U' నాళికను వాడాడు. ఆ విధంగా వచ్చిన ఫ్లోరిన్ వెంటనే స్పటిక సిలికాన్ తో చర్య జరిపి పెద్దమంటలు ఇచ్చింది. ఫ్లోరిన్ ఈ విధంగా 1886 లో జూన్ 26న H. Moisson తయారుచేశాడు. దీనికి 1906 లో H. Moisson కు నోబెల్ బహుమతి ఇచ్చారు. ఫ్లోరిన్ తయారు చేయడానికి ప్రయత్నించి విఫలమైన వారిలో H.Davy (1813-14), G. Aime (1833), M. Faraday (1834), C.J&T. Knox (1836), P. Louyet (1846), E.Fermi (1854), H. Kammerer (1862), G Gore (1870) ముఖ్యులు. నిజానికి ఇరవైయ్యో శతాబ్దంలో మాత్రమే ఫ్లోరిన్ సాంకేతిక రసాయనశాస్త్రం అభివృద్ధి చెందింది. జడత్వం గల నూనెలు, గ్రీజులు, పాలిమర్ లు  ఫ్లోరిన్ సమ్మేళనాలలో ముఖ్యమైనవి. శీతలీకరణ సాంకేతిక రంగంలో ఫ్రియాన్ వాయువు (CCI2F2, 1928) తయారీ మానవాళికి గొప్పవరంగా తొలిరోజుల్లో భావించినా, దాంతో ఓజోన్ పొరకు రంధ్రం ఏర్పడుతుందని గ్రహించిన తరువాత ఆ ఫ్రియాన్ వాయువులే మానవాళికి శాపంగా భావించడం జరిగింది. నాన్ స్టిక్ ప్లాస్టిక్ పాలిటెట్రా ఫ్లోరో ఇథలిన్ (PTFE or Teflon) 1938లో తయారు చేశారు. 'U' ఐసోటోప్ లను UF6 లుగా చేసి వ్యాపన విధానంలో U ను వేరు చేస్తున్నారు (1940). నిర్జల H2F2 అనేక చోట్ల ఉపయోగపడుతుంది. అందులో ఒక ముఖ్యమయిన ఉపయోగం గాజు వస్తువులపై రాయడానికి (etching) H2F2 ను వాడతారు. H2F2 ఆమం శరీరంపై పడితే పుండ్లు వస్తాయి. తక్కువ గాఢతలో F(0.1 ppm) దంతాలకు చాలా ఉపయోగం, అదే 2-3 ppm గాఢతగల జలద్రావణం దంతాలపై గోధుమరంగు చారలేర్పరుస్తుంది. 550 porn లేదా ఇంకా ఎక్కువ గాధ HF అనేక రుగ్మతలను చివరకు ప్రాణహానిని కూడా కలుగజేస్తుంది. ఫ్లోరైడ్ లు ముఖ్యంగా ఆక్సీజన్, నైట్రోజన్ ల ఫ్లోరైడ్ లు ఇతర ఏలోజన్ ల (XF5 ఇక్కడ X=Cl, Br, I ClF3, BrF3, IF7 లాంటివి) ఫ్లోరిన్ ఏర్పరుస్తుంది. ఉత్రుష్ట (noble) వాయువులతో ముఖ్యంగా క్సినాన్ తో  XeF2, XeF4, XeF6, XeOF2 వంటి అనేక సంయోగ పదార్థాలను ఫ్లోరిన్ ఇస్తుంది.

oct1817వ గ్రూపులో F2 కు మిగితా ఏలోజన్ ల కంటె ముఖ్యంగా అయనైజేషన్ ఎంథాల్పీ ఋణ విద్యుదాత్మకత ఉన్నా, F2 ఎలక్ట్రాన్ స్వీకరణ ఎంథాల్నీ Electron gain enthalpy లోదా ఎలక్ట్రాన్ ఎఫినిటి) క్లోరిన్ కంటె తక్కువ. దీనికి కారణాలు 1) ఫ్లోరిన్ అతిచిన్న పరిమాణం, 2. ఫ్లోరిన్ పరమాణువులో అంతర్ కర్పరంలో మొత్తం కేవలం రెండు ఎలక్ట్రాన్ లే (1s2) ఉండటం వల్ల అవి కేంద్రక ఆకర్షణను బాహ్య ఎలక్ట్రాన్ లపై యవనిక (screening) ప్రభావాన్ని చూపలేదు. దాంతో బాహ్య కర్పర ఎలక్ట్రాన్ పై వికర్షణ ప్రభావాన్ని చూపడం వల్ల అది బాహ్య కర్బనంలో చేరేటప్పుడు కొంత శక్తిని ఉపయోగించి ఈ వికర్షణను తట్టుకొంటుంది. అందుకే ఫలిత శక్తి తక్కువగా (క్లోరిన్ లో కంటే) విడుదల అవుతుంది. ఇదే కారణాన్ని F-F బంధశక్తి కంటే Cl-Cl బంధశక్తి ఎందుకు ఎక్కువో చెప్పడానికి ఉపయోగపడుతుంది. ముందు ముందు ఫ్లోరిన్, దాని సంయోగ పదార్థాల గురించి, వాటి ఉపయోగాల గురించి ఇంకా తెలుసుకుందాం.

Deficiency of fluorine

What happens if we don’t have enough fluorine?

  • Your teeth will decay slowly.
  • You will get poor eyesight.
  • You will have a curved spine.

నియాన్

nov14నియాన్ పరమాణు సంఖ్య 10. దీని పరమాణు ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s22s02p6. IUPAC విధానంలో ఇది 18వ గ్రూపు మూలకం. P బ్లాకులో 6వ గ్రూపుకు చెందినది. రెండవ పీరియడ్ లో ఎడమ నుంచి కుడికి చివరి మూలకం. Ne పరమాణువుకు బాహ్యకర్పరంలో ఎనిమిది ఎలక్ట్రాన్లు ఉండడం దాని రసాయన జడత్వానికి కారణమని భావించడం జరిగింది. ఈ గ్రూపు మూలకాల ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాలే అష్టక నియమానికి ఆధారం. ఈ మూలకాలు కనుగొన్న తరువాతనే ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాలు తెలుసుకోవడం తద్వారా మూలకాలు రసాయన చర్యల్లో ఏర్పరచే వాటి పరమాణువుల మధ్య బంధాలు వివరించడం జరిగింది.

H. కావెండిష్ 1785వ సంవత్సరంలోనే గాలిలో ఆక్సీజన్ తో చర్యలో జడత్వం ప్రదర్శించే షుమారు 1/120వ భాగం వాయువులు ఉన్నట్లు గుర్తించడం జరిగింది. W. రామ్ సే, లార్డ్ రాలీలు ఆ జడవాయువులు కొత్త మూలకాలని గుర్తించారు. ఆవర్తన పట్టికలో ఒక క్రొత్త గ్రూపును వీటికి ఇవ్వడం జరిగింది. అదే 18వ గ్రూపు లేదా VIII A లేదా VIII B గ్రూపు. ఈ మూలకాలను కనుగొన్నందుకు కెమిస్ట్రీలో రామ్సే కు ఫిజిక్స్ లో రాలీకి 1904లో నోబెల్ బహుమతులు వచ్చాయి.

నియాన్ ను 1898లో రామ్ సే, M.W. ట్రావర్స్ లు ద్రవస్థితిలోని గాలిని తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలలో స్వేదనం చేసి వేరుపరచారు. ఈ పద్ధతిలో వారికి మూడు క్రొత్త మూలకాలు కనుగొనడానికి వీలుకలిగింది. వాటికి నియాన్ (గ్రీకు భాషలో (New) క్రొత్త అని అర్థం), క్రిప్టాన్ (గ్రీకుభాషలో దాగి ఉన్న (Hidden) అని అర్థం), క్సినాన్ (గ్రీకు భాషలో ప్రత్యేకమైన (Strange) అని అర్ధం) అని పేర్లు పెట్టడం జరిగింది. వీటిని స్టెక్ర్టోస్కోపిక్ విధానాల్లో నిర్ధారించారు. ఈ విధంగా నియాన్ ద్రవగాలి నుంచి అతికష్టం మీద వేరుచేయగా వచ్చిందన్నమాట.

nov15నియాన్ మూలకం అతి చురుకైన ఫ్లోరిన్ అలోహానికి, (F9) అతి చురుకైన సోడియం లోహానికి (Na11) వారధిగా ఉన్నది. నియాన్ గ్రూపును రసాయన జడత్వం వల్ల వేలన్సీ '0' అనుకొని మొదట్లో 'O' గ్రూపు మూలకాలుగా పిలిచినా.. వీటికి అత్యధికమయిన ‘8’ వేలన్సీని ఆపాదించి VIII B గ్రూపుగా నిర్ణయించడం జరిగింది. ఈ గ్రూపు మూలకాలకు మొదట్లో Rare Gases అని పేరు ఇచ్చినా తేలికైన He, Ne, Ar లు అధికంగానే ఉండటం వల్ల ప్రస్తుతం ఆ పేరు వాడకలో లేదు. అదేవిధంగా బరువైన Kr, Xe ల రసాయన చర్యాశీలత చూసిన తరువాత వీటికి జడవాయువులు (Inert gases) అనే పేరు కూడా పోయి ప్రస్తుతం ఉత్ర్కుష్ట వాయువులు (Noble gases) గా చెప్పబడుతున్నాయి. Ne, Kr, Ar, Xe లను ఉత్సర్గనాళాల్లో మిశ్రమంగా వాడుతున్నారు.

సాధారణంగా ఈ ఉత్సర్గనాళాలలను నియాన్ దీపాలు అంటారు. ఒక్కొక్క రకమైన ఉత్రుష్టవాయు మిశ్రమం నియాస్ దీపంలో ఒక్కొక్క రంగునిస్తుంది. ఇది మిశ్రమ ఘటక నిష్పత్తులపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ నియాన్ దీపాలను వ్యాపార ప్రకటనా దీపాలుగా వాడతారన్న విషయం మనకు తెలిసిందే. అదేవిధంగా ఈ వాయువులను ప్రతిదీప్తి (Fluorescnt) లైట్లలో కూడా వాడుతారు. అయితే ప్రతిదీప్తి లైట్లు ఇచ్చే కాంతి రంగు లైటు లోపలి గోడలపై పూసి ఉన్న ప్రతిదీప్తి పదార్థం (Phosphor) మీద మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. అందులో తీసికొన్న ఉత్ర్కుష్ట వాయువుపై ఆధారపడదు. లేసర్లలో కూడా ఈ వాయువులను వాడుతున్నారు. Ne కు రసాయన చర్యలు దాదాపు లేవు అనే చెప్పాలి.

Ne వాయువు ధర షుమారు ఒక ఘనపు మీటరుకు 100 డాలర్లు. Kr, Xe లు ఇంకా అధిక ధరతో ఉండడం వల్ల వీటిని ప్రత్యేక సాంకేతిక ఉపయోగాలకే వాడుతున్నారు.

Neon’s Personality

  • Color: Reddish-Orange
  • Density: 0.9*10-3 g.cm-3 at 20oC
  • Boiling Point: -246oC
  • Melting Point: -249 oC
  • Crystal Structure: Cubic

Neon is used for a number of things we use or would like to use in everyday life:

  • Making advertising signs.
  • Used to make TV tubes.
  • Neon is used to make gas lasers.
  • Liquid neon is a very powerful refrigerant it is forty times more refrigerating capacity than liquid helium, and it is coincidently less expensive than helium as well.
  • Used for making some epic lamps.

నియాన్ కు సంబంధించిన ఇతర విషయాలు:

పరమాణు భారం : 20.1797

సాంద్రత: 0.900 gL-1

ద్రవీభవన స్థానం: -248.59oC

భాష్పీభవన స్థానం: -246.08oC

వేలన్స్: 0; బ్లాక్ P, గ్రూప్ 18; పీరియడ్ 2,

ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం: 1s22s22p3

ఇది విశ్వంలో 0.13%, సముద్రాల్లో 0.000000012%. భూమి ఉపరితల పొరల్లో ఉంటుంది

0.00000030% ఉంది. శుద్ధ నియాన్ వాయువు నియాన్ దీపాల్లో అధిక ఓల్టేజి పంపితే ప్రకాశవంతమైన ఎరుపు రంగు ఇస్తుంది.

నియాన్ కు ఘనస్థితిలో FCC నిర్మాణం ఉంటుంది. పరమాణు వ్యాసార్థం: 38 pm

ఆధారం: డా. కోయ వెంకటేశ్వర రావు

3.01602564103
మీ సూచనను పోస్ట్ చేయండి

(ఈ పేజీ లో ఉన్న కంటెంట్ పై ఏమైన వ్యాఖ్యలు / సలహాలు ఉంటే, ఇక్కడ పోస్ట్ చేయండి)

Enter the word
నావిగేషన్
పైకి వెళ్ళుటకు