పదార్థాల మూల రూపాలు!
పిల్లి కళ్లు చీకట్లో మెరవడానికి, టపాసులు పేలిస్తే రకరకాల రంగులు వెదజల్లడానికి కారణం మూలకాలు. ప్రకృతిలోని పదార్థాలన్నీ ఆ మూలకాలతో ఏర్పడినవే. వాటిలో సహజంగా లభించేవే ఎక్కువ. మరికొన్నింటిని కృత్రిమంగా తయారు చేస్తారు. లభించే విధానం, లక్షణాల ఆధారంగా మూలకాలను వర్గీకరించారు. నిత్యజీవితంతో ముడిపడిన ఈ అంశాల్లోని రసాయనశాస్త్ర వివరాలను అభ్యర్థులు తెలుసుకోవాలి.
సజాతి పరమాణువుల కలయిక వల్ల ఏర్పడిన పదార్థాన్ని మూలకం అంటారు. ప్రకృతిలో అవి లభించే విధానం ఆధారంగా మూలకాలను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు.
సహజ మూలకాలు: ఇవి ప్రకృతిలో సహజసిద్ధంగా లభిస్తాయి.
ఉదా: నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, ఫ్లోరిన్
కృత్రిమ మూలకాలు: మానవుడు తన అవసరాల కోసం సహజ మూలకాల నుంచి వీటిని ప్రయోగశాలలో తయారు చేస్తున్నాడు.
మానవుడు తయారు చేసిన మొదటి కృత్రిమ మూలకం టెక్నీషియం (Tc), రెండో కృత్రిమ మూలకం ప్రొమిథియం (Pm). ట్రాన్స్‌ యురేనిక్‌ మూలకాలన్నీ కృత్రిమ మూలకాలు. వీటిని యురేనియం (U92) అనే సహజసిద్ధ మూలకాన్ని పరివర్తనం చెందించి తయారు చేస్తారు. పరమాణు సంఖ్య 1 నుంచి 92 వరకు ఉన్న మూలకాలు దాదాపుగా సహజ సిద్ధ మూలకాలు (టెక్నీషియం(Z = 43), ప్రొమిథియం (Z = 60) మినహా). 92 కంటే ఎక్కువ పరమాణు సంఖ్య ఉన్న మూలకాలు దాదాపుగా కృత్రిమ మూలకాలు (అన్నీ ట్రాన్స్‌ యురేనిక్‌ మూలకాలు).
రసాయనిక స్వభావం ఆధారంగా వర్గీకరణ
లోహాలు: ఇవి మెరిసే గుణాన్ని, దృఢత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వీటికి ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయే స్వభావం ఉంటుంది. ఉత్తమ ఉష్ణ, విద్యుత్తు వాహకాలుగా పనిచేస్తాయి. సాధారణంగా లోహాలు ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి.
ఉదా: ఇనుము, రాగి, వెండి, బంగారం, ప్లాటినం
అలోహాలు: ఇవి మెరిసే గుణాన్ని కలిగి ఉండవు. వీటికి ఎలక్ట్రాన్‌లను స్వీకరించే లేదా గ్రహించే స్వభావం ఉంటుంది. అధమ ఉష్ణ, విద్యుత్తు వాహకాలుగా పనిచేస్తాయి. ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేయవు.
ఉదా: కార్బన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, ఫ్లోరిన్, క్లోరిన్, బ్రోమిన్, అయోడిన్, హైడ్రోజన్, ఫాస్ఫరస్, సల్ఫర్‌
అర్ధ లోహాలు: ఇవి అర్ధ వాహకాల మాదిరి పనిచేస్తాయి.
ఉదా: సిలికాన్, ఆర్సెనిక్, జెర్మేనియం, ఆంటిమోని, టెటారియం
భౌతిక స్థితి ఆధారంగా...
ఘనస్థితి మూలకాలు: పాదరసం మినహా మిగిలిన లోహాలన్నీ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఘనస్థితిలో ఉంటాయి.
ద్రవస్థితి మూలకాలు: ఇవి రెండు రకాలు.
1) ఏకైక లోహద్రవం: పాదరసం, దీన్ని క్విక్‌ సిల్వర్‌ అంటారు.
2) ఏకైక అలోహద్రవం: బ్రోమిన్, దీన్ని రెడ్‌ లిక్విడ్‌ అంటారు.
* గాలియంను వేసవి ద్రవం అంటారు. దీనికి కారణం గాలియం ద్రవీభవన స్థానం 29.78oC నుంచి 30.5oC వరకు ఉండటం.
* హీలియం ద్రవం సూపర్‌ లిక్విడ్‌గా ప్రసిద్ధి. కారణం హీలియం ద్రవం గురుత్వాకర్షణకు వ్యతిరేఖ దిశలో ప్రయాణిస్తుంది.
వాయుస్థితి మూలకాలు: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 11 మూలకాలు వాయుస్థితిలో ఉంటాయి. అవి హీలియం, నియాన్, ఆర్గాన్, క్రిప్టాన్, గ్జినాన్, రేడాన్‌ అనే ఆరు జడవాయువులు; హైడ్రోజన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, ఫ్లోరిన్, క్లోరిన్.
లోహాలు - వాటి ప్రాముఖ్యత, ఉత్ప్రేరకాలు
లోహాల ప్రాముఖ్యత: అత్యంత తేలికైన లోహం లిథియం. దీన్ని సెల్‌ఫోన్‌ బ్యాటరీల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు. ఆవర్తన పట్టికలో అత్యంత దుష్ప్రభావాన్ని కలిగిన లోహం ప్లూటోనియం (Pu239). అత్యంత సాంద్రతయుతమైంది ఆస్మియం (Os> Ir> Pt> Au> Hg), ఉత్తమ ఉష్ణ, విద్యుత్‌ వాహక లోహం వెండి (Ag> Cu> Al> Fe) కాగా అధమ ఉష్ణ, విద్యుత్‌ వాహక లోహం సీసం. వేడి చేసినప్పుడు అత్యధిక వ్యాకోచ రేటును చూపించేది అల్యూమినియం, సంకోచించే ఏకైక లోహం జిర్కోనియం (Zr).
ఉక్కుతో సమాన గట్టిదనాన్ని కలిగి ఉండి దానిలో సగం బరువు మాత్రమే ఉండే లోహం టైటానియం. మానవుడు మొదటగా ఉపయోగించిన లోహం రాగి కాగా ప్రస్తుతం అత్యధికంగా వినియోగిస్తున్న లోహం ఇనుము. మయోగ్లోబిన్, హీమోగ్లోబిన్‌లలో ఉండే లోహం ఫెర్రస్‌. క్లోరోఫిల్‌లో మెగ్నీషియం ఉంటుంది. ఆవులు, పిల్లుల కళ్లు చీకటిలో మెరవడానికి కారణమైన లోహం జింక్‌. అత్యధిక ద్రవీభవన స్థానం ఉన్న అత్యధికంగా టంగ్‌స్టన్‌కు అత్యల్పంగా పాదరసానికి ఉంటుంది. అత్యధిక అఘాత వర్ధనీయత (Maleability - పదార్థాన్ని కొట్టినప్పుడు పలుచటి రేకులుగా మారే గుణం) ఉన్న లోహం బంగారం. అత్యధిక తాంతవత (Ducility - పదార్థాన్ని సన్నటి తీగలుగా మార్చగలిగిన ధర్మం) కలిగిన లోహం ప్లాటినం. అత్యధిక లోహ స్వభావం ఫ్రాన్షియంకు ఉంటుంది.
నీటికి దూరంగా కిరోసిన్‌లో నిల్వ ఉంచే లోహాలు సోడియం, పొటాషియం. దీనికి కారణం ఇవి నీటితో కలిస్తే ఉద్ధృత చర్య జరిగి పేలుడు సంభవిస్తుంది. మానవ శరీరంలో అత్యధికంగా కాల్షియం, అత్యల్పంగా మాంగనీస్‌ లభిస్తాయి. అత్యధిక సంఖ్యలో స్థిరమైన ఐసోటోపులను కలిగి ఉన్న లోహం టిన్‌. టపాకాయల్లో ఇటుక ఎరుపు రంగు కోసం కాల్షియం; ఆపిల్‌ గ్రీన్, లేత ఆకుపచ్చ రంగు కోసం బేరియం, నీలి రంగు కోసం కాపర్‌ లవణాలు, బంగారు పసుపు రంగు కోసం సోడియంను ఉపయోగిస్తారు. వెండి రంగు కోసం మెగ్నీషియం, అల్యూమినియం లవణాలు; ఎరుపు రంగు కోసం స్ట్రాన్షియం లవణాలను ఉపయోగిస్తారు.
ఉత్ప్రేరకం: రసాయనికంగా లేదా ద్రవ్యాత్మకంగా ఎలాంటి మార్పు చెందకుండా రసాయనిక చర్యావేగాన్ని మార్చే పదార్థాన్ని ఉత్ప్రేరకం అంటారు. ఉత్ప్రేరకం అనేది చర్యను ప్రారంభించదు కానీ చర్యావేగాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. ఉత్ప్రేరక ఉపరితల వైశాల్యం పెరిగేకొద్దీ దాని సామర్థ్యం పెరుగుతుంది.
ప్రవర్థకం అనే పదార్థం ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉత్తేజితం చెందిస్తే ఉత్ప్రేరకం క్రియాజనకాలను ఉత్తేజితం చెందించి, తద్వారా చర్యావేగాన్ని అంటే క్రియాజనకాలను క్రియాజన్యాలుగా మారుస్తుంది. ఉత్ప్రేరకం అనే పదాన్ని మొదటిసారిగా ఉపయోగించినవారు జాన్‌ జాకబ్‌ బెర్నీలియస్‌.
ఉత్ప్రేరకం రకాలు
ధన ఉత్ప్రేరకం: ఈ రకమైన ఉత్ప్రేరకాలు చర్యావేగాన్ని పెంచుతాయి.
హేబర్‌ విధానం: నైట్రోజన్, హైడ్రోజన్ అనే వాయుస్థితి మూలకాలను ఒకదానితో మరొకదాన్ని 400 450ాది ఉష్ణోగ్రత, 200 అట్మాస్ఫియర్‌ల పీడనం వద్ద చర్య జరిపించి అమ్మోనియా వాయువును తయారు చేస్తారు. అమ్మోనియాను ఎరువుల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు. హేబర్‌ విధానంలో ఇనుమును ఉత్ప్రేరకంగా, మాలిబ్డినంను ప్రవర్థకంగా ఉపయోగిస్తారు.
నూనెల హైడ్రోజనీకరణం: అసంతృప్త నూనెలకు హైడ్రోజన్ వాయువును కలిపి సంతృప్త కొవ్వులను (డాల్డా) తయారు చేసే ప్రక్రియ. ఈ పద్ధతిలో ఉపయోగించే ఉత్ప్రేరకం రేని నికెల్ (నికెల్, అల్యూమినియంల మిశ్రమ లోహం).
స్పర్శా విధానం: ఈ విధానంలో అధిక పరిమాణంలో సల్య్ఫూరికామ్లాన్ని తయారు చేస్తారు. సల్ఫర్‌ డై ఆక్సైడ్, ఆక్సిజన్ వాయువులను చర్య జరపగా పొందిన సల్ఫర్‌ ట్రై ఆక్సైడ్‌కు అతి స్వల్ప పరిమాణంలో సల్య్ఫూరికామ్లాన్ని కలిపి ఓలియంను ్బబీ2ళీ2వీ7్శ తయారు చేస్తారు. దీన్ని నీటికి కలిపినప్పుడు రెండు మోల్‌ల సల్య్ఫూరికామ్లం ఏర్పడుతుంది. ఈ చర్య నెమ్మదిగా జరుగుతుంది. కాబట్టి చర్యావేగాన్ని పెంచడానికి వెనెడియం పెంటాక్సైడ్‌ ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
ఈ విధానంలో ముడిపదార్థంలో ఆర్సెనిక్ అనే మలినం లేనప్పుడు వెనెడియం పెంటాక్సైడ్‌కు బదులుగా ప్లాటినంను ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
ఆస్వాల్డ్‌ విధానం: ఈ విధానంలో నత్రికామ్లాన్ని తయారు చేస్తారు. దీనిలో 10 : 1 నిష్పత్తిలో పొడిగాలి, అమ్మోనియాల మిశ్రమాన్ని సంపీడనం చేసి ప్లాటినం మీదుగా 800 డిగ్రీల సెంటీగ్రేడ్‌ వద్ద పంపించినప్పుడు ఏర్పడే నైట్రిక్‌ ఆక్సైడ్‌ను ఆక్సిజన్‌తో ఆక్సీకరణం చెందించి నైట్రోజన్ డై ఆక్సైడ్‌ను తయారు చేస్తారు. ఈ నైట్రోజన్ డై ఆక్సైడ్ నీరు, ఆక్సిజన్ సమక్షంలో చర్య జరిపి నైట్రిక్‌ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.
దక్కన్‌ విధానం: వాయుస్థితిలో ఉండే హైడ్రోక్లోరిక్‌ ఆమ్లాన్ని క్యూప్రిక్‌ క్లోరైడ్‌ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో ఆక్సీకరణం చెందించి క్లోరిన్ వాయువును తయారు చేసే ప్రక్రియ.
* బ్యూనా - S - రబ్బరు తయారీలో ఘన సోడియంను ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
రుణ ఉత్ప్రేరకం: రసాయన చర్యావేగాన్ని తగ్గించడానికి ఉపయోగించే వాటిని రుణ ఉత్ప్రేరకాలు అంటారు.
* సోడియం సల్ఫైట్‌ గాలిలోని ఆక్సిజన్‌తో ఆక్సీకరణం చెంది సోడియం సల్ఫేట్‌గా మారిపోయే చర్యావేగాన్ని తగ్గించడానికి ద్రవ రూప ఆల్కహాల్‌ను రుణ ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
* బెంజాల్డిహైడ్‌ గాలిలోని ఆక్సిజన్‌తో చర్య పొంది బెంజోయిక్‌ ఆమ్లంగా మారిపోయే చర్యావేగాన్ని తగ్గించడానికి డై ఫినైల్‌ అమైన్‌ అనే పదార్థాన్ని రుణ ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
* పెట్రోల్‌ విస్ఫోటక లక్షణాన్ని తగ్గించడానికి రుణ ఉత్ప్రేరకంగా, ప్రతి విస్ఫోటక పదార్థంగా టెట్రా ఇథైల్‌ లెడ్‌ను ఉపయోగిస్తారు. పెట్రోల్‌ స్వచ్ఛతను ఆక్టేన్‌ సంఖ్య ఆధారంగా, డీజిల్‌ స్వచ్ఛతను సిటేన్‌ సంఖ్య ఆధారంగా లెక్కిస్తారు. ప్రస్తుతం దేశంలో ఉపయోగించే డీజిల్‌ సిటేన్‌ విలువ 45 - 55 మధ్యలో ఉంటుంది. కలదు.
స్వయం ఉత్ప్రేరకం: రసాయనిక చర్యలో ఏర్పడిన క్రియాజన్యాల్లోని ఒక క్రియాజన్యం అదే రసాయన చర్యకు ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తే దాన్ని స్వయం ఉత్ప్రేరకం అంటారు. ఇక్కడ బాహ్య ఉత్ప్రేరకం కలపాల్సిన అవసరం లేదు. చర్య తొలిదశలో నెమ్మదిగా జరిగి సరిపడా క్రియజన్యాలు ఏర్పడగానే చర్యావేగం పెరుగుతుంది.
* ఆర్సెనిక్ హైడ్రైడ్‌ (ఆర్సీన్‌) ఆర్సెనిక్, హైడ్రోజన్‌లుగా విడిపోయే చర్యకు అక్కడ ఏర్పడిన ఆర్సెనిక్ ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది.
రచయిత: దామ ధర్మరాజు
