रासायनिक संयोगाचे मूलभूत नियम (Laws of Chemical Combination)
रसायनशास्त्र हे केवळ गुणात्मक नसून परिमाणात्मक (Quantitative) विज्ञान आहे. १८ व्या शतकात फ्रेंच शास्त्रज्ञ अँटोनी लॅव्हॉइझिए (Antoine Lavoisier) आणि जोसेफ प्राउस्ट (Joseph Proust) यांनी केलेल्या प्रयोगांमधून दोन अत्यंत मूलभूत नियम प्रस्थापित झाले.
१. वस्तुमान अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Mass)
नियम: कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियेमध्ये वस्तुमान निर्माणही होत नाही आणि नष्टही होत नाही. दुसऱ्या शब्दांत: अभिकारकांचे एकूण वस्तुमान = उत्पादितांचे एकूण वस्तुमान (Total Mass of Reactants = Total Mass of Products)
प्रायोगिक पडताळणी:
- एका कॉनिकल फ्लास्कमध्ये बेरियम क्लोराईडचे ($BaCl_2$) द्रावण घ्या आणि एका छोट्या नळीत सोडियम सल्फेटचे ($Na_2SO_4$) द्रावण घेऊन ती नळी फ्लास्कमध्ये दोऱ्याने अशी लटकवा की दोन्ही द्रावणे मिसळणार नाहीत.
- फ्लास्कला रबरी बूच लावून काट्यावर त्याचे वस्तुमान नोंदवा (उदा. $m_1 = 300.2\text{ g}$).
- आता फ्लास्क तिरका करून दोन्ही द्रावणे एकमेकांत मिसळा.
- लगेचच बेरियम सल्फेटचा ($BaSO_4$) पांढरा घट्ट अवक्षेप तयार होतो:
$$BaCl_2 + Na_2SO_4 \longrightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$$
- फ्लास्कचे पुन्हा वस्तुमान मोजल्यास ते अचूक $300.2\text{ g}$ च भरते! वस्तुमानात तिळमात्र बदल होत नाही.
२. स्थिर प्रमाणाचा नियम (Law of Constant / Definite Proportions)
नियम: कोणत्याही शुद्ध रासायनिक संयुगात मूलद्रव्ये वस्तुमानाच्या नेहमी एका निश्चित आणि स्थिर प्रमाणातच एकत्र आलेली असतात.
संयुग कोणत्याही स्रोतातून मिळवलेले असो किंवा कोणत्याही पद्धतीने प्रयोगशाळेत तयार केलेले असो, त्यातील घटकांचे वस्तुमानी गुणोत्तर कधीही बदलत नाही.
प्रमुख उदाहरणे:
- पाणी ($H_2O$):
- हायड्रोजनचे अणू वस्तुमान $= 1\text{ u}$, ऑक्सिजनचे $= 16\text{ u}$.
- पाण्याचे वस्तुमानी गुणोत्तर $= 2(1) : 16 = 2:16 = \mathbf{1:8}$.
- याचा अर्थ जर आपण $9\text{ g}$ पाण्याचे विद्युत अपघटन केले, तर नेहमी $1\text{ g}$ हायड्रोजन वायू आणि $8\text{ g}$ ऑक्सिजन वायूच मिळतो.
- अमोनिया ($NH_3$):
- नायट्रोजनचे वस्तुमान $= 14\text{ u}$, हायड्रोजनचे $= 3(1) = 3\text{ u}$.
- वस्तुमानी गुणोत्तर $= \mathbf{14:3}$.
- जर $17\text{ g}$ अमोनिया अपघटन पावला तर $14\text{ g}$ नायट्रोजन आणि $3\text{ g}$ हायड्रोजन मिळतात.
- कार्बन डायऑक्साईड ($CO_2$):
- कार्बनचे वस्तुमान $= 12\text{ u}$, ऑक्सिजनचे $= 2(16) = 32\text{ u}$.
- गुणोत्तर $= 12:32 = \mathbf{3:8}$.
३. डाल्टनच्या अणू सिद्धांताची मूलभूत गृहीतके
जॉन डाल्टन (१८०८) यांनी या नियमांचे अचूक स्पष्टीकरण देण्यासाठी खालील तत्त्वे मांडली:
- सूक्ष्म कण: सर्व द्रव्य अतिसूक्ष्म कणांचे बनलेले असते ज्यांना 'अणू' म्हणतात.
- अविभाज्यता: अणू हे अविभाज्य कण आहेत, जे रासायनिक अभिक्रियेत निर्माण करता येत नाहीत किंवा नष्टही करता येत नाहीत.
- समान मूलद्रव्याचे अणू: दिलेल्या एकाच मूलद्रव्याचे सर्व अणू वस्तुमानात आणि रासायनिक गुणधर्मांत तंतोतंत समान असतात.
- भिन्न मूलद्रव्यांचे अणू: वेगवेगळ्या मूलद्रव्यांचे अणू वस्तुमानात आणि गुणधर्मांत भिन्न असतात.
- संयुग निर्मिती: वेगवेगळ्या मूलद्रव्यांचे अणू साध्या पूर्णांकांच्या गुणोत्तरात एकत्र येऊन संयुगे तयार करतात.