సంగ్రహ ఆంధ్ర విజ్ఞాన కోశము/రెండవ సంపుటము/ఉదజని
ఉదజని (హైడ్రొజేన్):
రసాయనశాస్త్రమునందు ఇప్పటికి రమారమి నూటఒక్క మూలద్రవ్యములు కనుగొనబడినవి. వాటిలో భారవృద్ధిక్రమము ననుసరించి ఉదజని ప్రథమస్థానమును ఆక్రమించియున్నది. ఇదియొక ప్రత్యేక మూలకమని కేవెండిష్అను శాస్త్రజ్ఞుని (1756) చే ప్రప్రథమముగా నిరూపింపబడెను. దీని నతడు జ్వలన వాయువని (inflammable air) అనెను. తరువాత లెవోజియర్ అనునతడు (1783) దీనికి 'హైడ్రొజెన్' అను నామ మిడెను. నీటిని పుట్టించునది యని ఈపదమున కర్ధము. 'ఉదజని' యను పేరుకూడ దీనికి అట్లే ఏర్పడెను.
రసాయనశాస్త్ర పరిభాషలో ఉదజనిని H అను సంకేతాక్షరముతో తెలుపుదురు. దీని పరమాణుభారము 1 గా స్వీకరింపబడెను. అట్లే ఇతర మూలకములతో ఇది సంయోగముచెందు శక్తి (Valency) యు 1 గా గ్రహింపబడెను. ఉదజనిపరమాణువుయొక్క నిర్మాణము ఇట్లుండునని శాస్త్రజ్ఞులు నిర్ణయించిరి. '-' ఇది కేంద్రమునుచుట్టు పరిభ్రమణ శ్రీలమగు ఋణవిద్యుత్కణము (ఎలక్ట్రాన్). దీని ద్రవ్యరాశి అత్యల్పమగుటచే గణనీయముకాదు. '+' ఇదిపరమాణువునందు స్థిరమగుభాగము. దీనిని ప్రోటాన్ అందురు. దీనియందు ఒక ధనవిద్యుత్పూరణము ఉండును. దీనిద్రవ్యరాశియే మొత్తము పరమాణువుయొక్క ద్రవ్యరాశికి సమానము. ఈ ద్రవ్యరాశిని ఒకపరిమాణము (unit) గా గ్రహించి ఇతర మూలకములయొక్క పరమాణుభారములను తెలుపుచుందురు.
ఉదజని పరమాణుభారము 1.67×1024గ్రాము. అనగా ఒక మిలియను మిలియన్ల మిలియన్ల మిలియన్ల ఉదజని పరమాణువులు కలిసి 1 గ్రాము తూగును.
అగ్నిపర్వతములనుండి వెలువడు వాయువులలోను, రాతి - ఉప్పువంటి ఖనిజములలోను, ఉల్కలలోను, సూర్యగోళము యొక్క బాహ్యాకాశములోను ఉదజని ప్రత్యేకరూపములో దొరకును. నీటియందు ఘనపరిమాణమును బట్టి ఉదజని 2 పాళ్ళు, ఆమ్లజని 1 పాలు సంయోగము చెందియుండును. ఆమ్లములలోను, క్షారములలోను, జీవపదార్ధములలోను ఉదజని సంయోగస్థితియందుండును. కార్బోహైడ్రేటులలోను, మిథేను, ఇథేను వంటి వాయువులలోను ఉదజని కర్బనముతో సంయోగము చెంది యుండును. ఉదజని అనేక పరిశ్రమలయందు ఉపయోగము కలిగియుండుటచే, దానిని భారీయెత్తున అనేకవిధములుగా తయారుచేయుచుందురు.
ఆమ్లములలో ఉదజని ఒక ఘటకపదార్థముగా నుండుటచే, సల్ఫ్యూరికామ్లము, హైడ్రోక్లోరికామ్లములలో జింకు, ఇనుము, అల్యూమినము, మెగ్నీషియము, టిన్ను మున్నగు ధాతువులు ప్రతిక్రియనొంది ఉదజనిని వేరుచేయును.
ఉదా: జింకు + హైడ్రోక్లోరికామ్లము = జింకు క్లోరేడు + ఉదజని.
మెగ్నీషియము + సల్ఫ్యూరికామ్లము = మేగ్నీషియం సల్ఫేటు + ఉదజని.
సోడియం, పొటాసియం వంటి ధాతువులు సాధారణ పరిస్థితులందే నీటిమీద ప్రతిక్రియనొంది ఉదజనిని వేరుచేయును. ఎఱ్ఱగా కాల్చిన ఇనుము లేక కర్బనముమీదుగా నీటియావిరిని పంపినపుడు కూడ ఉదజని విడువబడును. కొద్దిగా ఆమ్లము కలుపబడిన నీటిలోగుండ విద్యుచ్ఛక్తిని పోనిచ్చినచో అది రాసాయనికముగా విభజనముచెంది ఋణధ్రువమువద్ద ఉదజని వాయువు వెలువడును.
కాస్టిక్ సోడా లేక కాస్టిక్ పొటాష్ వంటి దాహకక్షారములు అల్యూమినియము, జింకు, టిన్ను, సిలికన్ వంటి మూలకములతో ప్రతిక్రియ నొంది ఉదజనిని విడుదలచేయును.
ఉదజనివాయువును భారీయెత్తున తయారుచేయుట : సన్నని ఇనుపరేకు ముక్కలను 600° - 800°C వరకు వేడిచేసి, ఎఱ్ఱగాకాల్చి, వాటిమీదుగా నీటి యావిరిని పంపినయెడల ఉదజని విడుదలయి, లోహముయొక్క ఆమ్లజనిదము ఏర్పడును. ఈ లోహామ్లజనిదమును వాటర్గ్యాస్ (జలవాయువు) అనువాయువు సహాయమున క్షయకరణ మొనర్చి (reduce), ఇనుముగా మార్చి, మరల ఉపయోగించుచుందురు.
జలవాయువునుండి కూడ ఉదజని తయారు చేయబడును. ఎఱ్ఱగా కాల్చబడిన కోక్ అనబడు కర్బనము మీదుగా నీటియావిరిని పంపినచో, ఈ క్రింది ప్రతిక్రియ జరిగి జలవాయువు ఏర్పడును. కర్బనము + నీరు కార్బన్ మోనా క్సైడ్ + ఉదజని.
ఈ విధానములో జలవాయువును కోకునుండి గాక, మిథేను అనబడు వాయువును నీటి యావిరితో కలిపి (900°C వరకు వేడి చేసి) కూడ పొందవచ్చును.
మిథేను + నీటియావిరి = కార్బన్ మొనాక్సైడ్ + ఉదజని.
మీథేను అనబడు వాయువు బొగ్గుగనులనుండియు, మురుగును శుభ్రముచేయు (Sewage Purification) నపుడును లక్షలకొలది ఘనపుటడుగుల పరిమాణములో లభించుచుండును. దీనినుండి ఉదజనిని మిక్కిలి చౌకగా తయారు చేయవచ్చును. 'కాస్ట్నర్' విధానములో కాస్టిక్ సొడాను తయారు చేయునపుడు ఉదజని ఉపపదార్థముగా లభించును.
'ధర్మములూ : ఉదజని రంగు, రుచి, వాసన లేని వాయు పదార్థము. నీటిలో చాలకొద్దిగా క కరగును. ఈ వాయువు అన్ని పదార్థములకంటే తేలికయైనది. అధిక పీడనమందు చాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలో దీనిని ద్రవముగా మార్చ వచ్చును. ఆ ద్రవమునకు రంగుఉండదు.
ఇతరపదార్ధములు ఈవాయువునందు మండవు. కాని ఇది కొద్ది నీలిరంగులో మండును. ఇది మండునపుడు ఆక్సిజన్తో సంయోగము చెంది నీరు ఏర్పడును. అందువలననే దీనికి ఉదజని (Hydrogen) అను పేరు పెట్టబడేను. ఉదజనిని, ప్రాణవాయువును 2:1 నిష్పత్తిలో కలిపి అంటించినచో, పెద్దప్రేలుడుధ్వనితో అవి సంయోగము నొందును. ధాతు ఆమ్లజనిదముల నుండి ఆమ్లజనిని గ్రహించి వాటిని ఆయాధాతువులుగా క్షయకరణ మొనర్చును.ఉదజని చాల ఉపధాతువులతోను, ధాతువులతోను సంయోగము చెంది హైడ్రైడులనబడు పదార్థములుగా ఏర్పడును.ఉదా : నీరు, అమ్మోనియా, హైడ్రోజను క్లోరైడు మిథేను, హైడ్రోజనుసల్ఫైడు మున్నగునవి, ఉపధాతువులతో ఉదజని సంయోగము చెందగా ఏర్పడు హైడ్రైడులు. ఇవి సోడియం, పొటాసియం, కాల్సియం మున్నగు ధాతు హైడ్రేడులకంటే స్థిరమైనవిగా నుండును.నికెలు, కోబాల్టు, ఇనుము, ప్లాటినము, పల్లాడియం మున్నగు ధాతువులను ఈ వాయువులో వేడిచేసిన యెడల, అవి ఉదజనిని పీల్చుకొనును. ఈధర్మమును అక్లూజన్ అందురు. పల్లాడియం తన పరిమాణముకంటే 800 నుండి 2200 రెట్ల పరిమాణమువరకు ఉదజనిని పీల్చుకొనును. అక్లూజన్ జరిగిన తరువాత ఈ ధాతువును బాగుగా వేడి చేసినచో, మరల స్వచ్ఛమగు ఉదజని విడుదలగును. ఉదజని సాధారణముగా రెండు పరమాణువులు కలసియుండు అణువుల రూపములో నుండును. కాని ఏదేని ఉదజనిగల సమ్మేళనమునుండి అప్పుడే వియోగము చెంది పరమాణు స్థితియందుండు ఉదజని అణుస్థితియందుండు సాధారణమగు ఉదజని కంటె మిక్కిలి చురుకై నదిగానుండును. ఇట్టిస్థితియందు దీనిని 'సద్యోజాతోదజని' (Nascent Hydrogen) అందురు.పొటాసియం పెర్ మాంగనేటు ద్రావణము లోనికి సాధారణపు ఉదజనిని పంపినపుడు, అది ఆ ద్రావణము యొక్క రంగును పోగొట్టజాలదు. కాని ఆ ద్రావణములో కొద్ది జింకుముక్కలు, సజల సల్ఫ్యూరికామ్లము వేసినచో, ద్రావణము యొక్క ఎరుపురంగు అదృశ్యమగును.ఇచ్చట అప్పుడే వెలువడిన ఉదజని పరమాణుస్థితియందుండును కనుక, దాని ప్రతిక్రియ ఎక్కువ శక్తి మంతముగా నుండుటయే కారణము.
'ఉపయోగములూ : ఉదజని చాల తేలికయైనదగుటచే, బెలూనులవంటి గాలి యెడలందు నింపుటకు ఉపయో గించును. ఆమ్లజనితో దీనికిగల తీవ్రమగు సంసర్గముచే, ఇది శక్తిమంతమగు క్షయకారిగా (reducing agent) పనిచేయును. ఆమ్లజనియే కాక, ఇతర ఋణవిద్యు న్మూలకముల (Electronegative elements) తో కూడ ఇట్లే ప్రవర్తించును. ఈ ధర్మమును బట్టి ఉదజని ధాతువులను వాటి ఆమ్లజనిదములనుండి శుభ్రము చేయుటకును, నూనె లను శుభ్రముచేయుటకును ఉపయోగించును. ఈ వాయువును ఆమ్లజనితో గాని, ఎసిటిలీను అను వాయువుతోగాని కలిపి మండించినచో, సుమారు 2000°C - 3000°C ఉష్ణోగ్రతగల జ్వాల ఏర్పడును. ఇట్టి జ్వాల సహాయమున యంత్రాం గములను సులభముగా మరమ్మతు చేయవచ్చును. కనుక లోహకర్మశాలలందు ఉదజని యొక్క ఉపయోగము ఎంతై నను కలదు. హేబర్ విధానమున ఈ వాయువుము నత్రజనితో సంయోగపరచి ఱమ్మోనియాను తయారుచేయుదురు.
నేటి నాగరకతయందు ఉదజనితో సంయోగము చెందిన అనేక పదార్ధములు వాడుకలో నున్నవి. వాటిలో పలురకములుగు హైడ్రో కార్బనులు, అమ్మోనియా, జలవాయువు (Watergas), కోల్ గ్యాస్, ప్లాస్టికులు మొదలగునవి విరివిగా నున్నవి. వీటిని గూర్చిన విజ్ఞానమంతయు సేంద్రియరసాయన శాస్త్రములో (organic chemistry) ప్రత్యేకముగా వివరింపబడియుండును. అవి నూనెలలో సహజముగ వాసన, రంగు ఉండుటచే, వాటిని ఆహార పదార్థములుగా వాడుటకు రుచిగా నుండవు. సూక్ష్మకణములుగా విభజించిన నికెలును ఉత్ప్రేరకముగా ఉపయోగించి ఆ నూనెలలోనికి ఉదజని వాయువును సంయోగపరచినచో వాటిలోని వాసన, రంగు పోయి, ఆరిన నేయివలె పేరుకొనును. ఇదియే 'డాల్డా' లేక 'వనస్పతి' అనబడు కృత్రిమమగు నెయ్యి. అట్లే జంతువుల క్రొవ్వులను ఉదజనీకరణము చేసి సబ్బులను తయారుచేయుటకు అవసరమగు గట్టి క్రొవ్వులను చేయుదురు.వీటికి కావలసిన ముడిపదార్థములలో తిమింగిలముల క్రొవ్వు ముఖ్యమైనది. ఉదజని యొక్క ఈ ఉపయోగము కనిపెట్టబడిన పిదప నేతికివలయు వేరు సెనగపంట యొక్కయు, సబ్బులకు వలయు తిమింగిలములను పట్టు పరిశ్రమయొక్కయు ప్రాముఖ్యము హెచ్చి ప్రపంచములో అనేకమంది కార్మికులకు పని కల్పించుచున్నది. ఆముదమువంటి నూనెను కూడ ఉదజనీకరణ మొనర్చి పలువిధము లుగా వాడుచున్నారు. ఈ విధముగా పూర్వము ఉపయోగములేక వ్యర్థముగా పోవు అవిసె నూనె, ప్రత్తినూనే మున్నగు పలురకములగు నూనెలు ఉదజనీకరణమువలన ఆహారపదార్థములుగా, ఉపయోగములోనికి తేబడినవి.
ఉదజని యొక్క రూపాంతరములు (Isotopes) : మామూలు ఉదజని యొక్క పరమాణు భారము 1 అని చెప్పియుంటిమి. కాని ఇట్టి 5000 భాగముల ఉదజనిలో ఒక భాగము పరమాణు భారము 2 గా కలిగియుండునని కనిపెట్టబడెను. ఈ 1 భాగమును భారోదజని (Heavy Hydrogen) అని పిలిచెదరు. దీనినే డ్యూ టెరియం (Dueterium) అందురు. సాధారణముగా మూలకముల యొక్క రూపాంతరములు (isotopes) అతి స్వల్ప భేదములను మాత్రమే కలిగియుండును. కాని హైడ్రొజనునకును, డ్యూ టెరియమునకును మధ్యగల భేదములు
విస్తారముగా నుందును. డ్యూటెరియము హైడ్రొజను కంటే చాల మందముగా ప్రతిక్రియలనొండును. ట్రెటియం అనబడు మరియొక రూపొంగరము (isotope) ఉదజనిలో అతిస్వల్పముగా నుండునని కూడ కనుగొనిరి. ఈ మూడు రూపాంతరములను H, D, T (Protium, Deuteriumand Tretium) అను సంకేతాక్షరములతోగాని, ద్రవ్యరాసుల ననుసరించి 1H, 2H, 3H అని గాని వ్యవహరింతురు. పు.ప.శా