आवर्त सारणी : पायाभूत सिध्दांत (Periodic table : Basic theories)

सतराव्या शतकात निसर्गातील काही मोजकीच मूलद्रव्ये माहित होती. नवनव्या शोधांमुळे मूलद्रव्यांची संख्या वाढत गेली व एकेका मूलद्रव्याचा स्वतंत्र अभ्यास करणे अवघड झाले. मूलद्रव्यांच्या गुणधर्मातील साधर्म्य, त्यांची संयुगे बनविण्याची क्षमता अशा बाबींसाठी मूलद्रव्यांचे वर्गीकरण करण्याची गरज निर्माण झाली. मूलद्रव्यांची मांडणी करताना त्यातील विस्कळितपणा दूर करून सुटसुटीतपणा आणल्यास त्यांचा शास्त्रोक्त अभ्यास करणे सुलभ व्हावे हा मूलभूत हेतू होता.

सन १८०० मध्ये ३१ मूलद्रव्ये ज्ञात होती. त्यांचा अभ्यास करताना त्यांच्या गुणधर्मांतील काही विशिष्ट सूत्र शोधून त्यानुसार वर्गवारी करण्यासाठी अनेक शास्त्रज्ञांनी आपापल्या निरीक्षणानुसार वेगवेगळे सिद्धांत मांडत मूलद्रव्यांचे वर्गीकरण केले.

प्राउट गृहीतक : सुरुवातीच्या काळात मूलद्रव्यांची विभागणी धातू व अधातू अशा दोन गटांमध्ये केली. परंतु लवकरच असे निदर्शनास आले की, काही मूलद्रव्ये दोन्ही गटांचे गुणधर्म दाखवितात. १८१५ मध्ये विल्यम प्राउट या इंग्लिश रसायनशास्त्रज्ञांनी असे गृहीतक (Prout’s Hypothesis) मांडले की, सर्व मूलद्रव्यांचा मूलभूत घटक हायड्रोजनचा अणू असून इतर मूलद्रव्यांची निर्मिती हायड्रोजनपासून झाली. याला एकत्व सिद्धांत (Unitary Theory) असे नाव दिले.

डोबेरायनर त्रिके : १८१५ मध्ये जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ जोहॅन वोल्फगांग डोबेरायनर (Johann Wolfgang Dobereiner) याने समान गुणधर्म असलेल्या ३/३ मूलद्रव्यांचे गट तयार केले व त्या त्रिकूटांचे नामकरण केले ‘डोबेरायनर त्रिके’ (Debornier triad). या त्रिकूटातील मूलद्रव्यांची मांडणी त्यांच्या चढत्या अणुवस्तुमानानुसार केली असता असे दिसले की, मधल्या मूलद्रव्याचे अणुवस्तुमान  हे इतर दोन मूलद्रव्यांच्या अणुवस्तुमानाच्या सरासरीइतके आहे.उदा., लिथियम-सोडियम-पोटॅशियम यांचे त्रिकूट. ह्याच प्रकारात मोडणारी अन्य दोन त्रिके म्हणजे क्लोरीन-ब्रोमीन-आयोडीन व कॅल्शियम-बेरियम-स्ट्राँशियम. परंतु ह्या सिद्धांतानुसार वरील तीन त्रिकांशिवाय तेव्हा ज्ञात असलेल्या इतर मूलद्रव्यांबाबत अशी मांडणी करता आली नाही. डोबेरायनरने मूलद्रव्याच्या अणुवस्तुमानाचा संबंध त्याच्या गुणधर्मांशी जोडल्याने रसायनशास्त्राला एक दिशा मिळाली.

न्यूलँड्झचा अष्टक सिद्धांत : १८६४ मध्ये ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जॉन अलेक्झांडर रेइना न्यूलँड्झने तेव्हा ज्ञात असलेल्या ५६ मूलद्रव्यांची मांडणी त्यांच्या वाढत्या अणुवस्तुमानानुसार केली.

मांडणीची सुरुवात सर्वांत कमी अणुवस्तुमान असलेल्या हायड्रोजनने तर शेवट सर्वांत जास्त अणुवस्तुमान असलेल्या थोरियमने  केला. तेव्हा असे आढळून आले की, प्रत्येक सात मूलद्रव्यानंतर आठव्या मूलद्रव्याचे गुणधर्म पहिल्या मूलद्रव्याच्या गुणधर्माशी जुळतात. ह्या मांडणीची तुलना संगीतातल्या सप्तसूरांप्रमाणे असल्यामुळे त्याला ‘न्यूलँड्झचा अष्टक सिद्धांत’ (Newland’s Octave law) म्हणतात. हा सिद्धांत कॅल्शियमपर्यंतच्या मूलद्रव्यांनाच लागू पडतो म्हणजेच हलके अणुवस्तुमान असलेल्या मूलद्रव्यांचीच वर्गवारी यानुसार करता येते. तसेच निष्क्रिय वायूंचा शोध लागल्यावर त्यांचा समावेश या मूलद्रव्यांच्या मांडणीत करता येत नव्हता.

लॉथर मेयर आण्विक आकारमान सिद्धांत : १८६९ मध्ये लॉथर मेयरने मूलद्रव्यांचे भौतिक गुणधर्म व त्याचे वस्तुमान अभ्यासताना अणुआकारमान (अणुआकारमान = अणूवस्तुमान/घनता) व अणुवस्तुमान यांचा आलेख मांडला, तेव्हा असे दिसून आले की, समान गुणधर्म असलेल्या मूलद्रव्यांची जागा आलेखावर एकसारखी दिसते. त्यातून असा निष्कर्ष निघाला की, मूलद्रव्यांचे गुणधर्म हे मूलद्रव्यांच्या अणुआकारमानाचे आवर्ती कार्य आहे. याला लॉथर मेयर आण्विक आकारमान सिद्धांत ( Lothar Meyer’s Atomic Volume) म्हणतात.

संदर्भ :

• विज्ञान आणि तंत्रज्ञान, इयत्ता १० वी-भाग १, महाराष्ट्र राज्य पाठ्यपुस्तक निर्मिती व अभ्यासक्रम संशोधन मंडळ, पुणे.
• NCERT Science book for class 10^th and 11^th.

समीक्षक – श्रीनिवास सामंत