This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
കാന്തീയ രസതന്ത്രം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
കാന്തീയ രസതന്ത്രം
Magneto-chemistry
രസതന്ത്രപ്രശ്‌നങ്ങള്‍ക്കു പരിഹാരം കണ്ടെത്തുന്നതിന്‌ രാസപദാര്‍ഥങ്ങളുടെ കാന്തിക സവിശേഷതകള്‍ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്ന ശാസ്‌ത്രശാഖ. രസതന്ത്രത്തിന്റെ കാര്‍ബണികവും അകാര്‍ബണികവുമായ രണ്ടു മേഖലകളിലും ഇത്‌ ഉപയോഗപ്പെടുത്തിവരുന്നു. കാന്തികക്ഷേത്രവും പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ അണുകതന്മാത്രീയ സംരചനകളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം സ്ഥാപിച്ചെടുക്കുകയാണ്‌ ഇതില്‍ പ്രധാനമായും ചെയ്യുന്നത്‌.
കാന്തീയ രസതന്ത്രപഠനങ്ങള്‍ക്ക്‌ തുടക്കമിട്ടത്‌ മൈക്കല്‍ ഫാരഡേയാണ്‌. ലന്‍ഷ്‌വാങ്‌, ക്യൂറി, വൈസ്‌, പാസ്‌കല്‍ എന്നിവരുടെ ഗവേഷണങ്ങളില്‍ ഈ ശാസ്‌ത്രശാഖ വളര്‍ച്ച പ്രാപിച്ചു. അണുവിന്റെ കാന്തികാഘൂര്‍ണവും രസതന്ത്ര സന്തുലനവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഗില്‍ബര്‍ട്ട്‌ എന്‍.ലൂയി വിശദമാക്കിയതിനു (1920) ശേഷമാണ്‌ കാന്തീയ രസതന്ത്രത്തിനു ഗണ്യമായ വളര്‍ച്ച ഉണ്ടായത്‌. ഇവരെല്ലാം യൗഗികങ്ങളുടെ കാന്തശീലത നിര്‍ണയിച്ച്‌ അവയുടെ രാസസംരചനകളെക്കുറിച്ച്‌ കൂടുതല്‍ വിവരങ്ങള്‍ നേടിത്തന്നവരാണ്‌.
ഒരു പദാര്‍ഥത്തില്‍ ഉളവാകുന്ന കാന്തീകരണ തീവ്രത, അതേ കാന്തികക്ഷേത്രം നിര്‍വാതത്തില്‍ ജനിപ്പിക്കുന്ന കാന്തീ്‌കരണതീവ്രതയെക്കാള്‍ കുറവോ, അല്‌പം കൂടുതലോ, വളരെ കൂടുതലോ ആയിരിക്കാം; കുറവ്‌ പ്രതികാന്തിക (diamagnetic) പദാര്‍ഥത്തിലും അല്‌പം കൂടുതല്‍ അനുകാന്തിക (paramagnetic) പദാര്‍ഥത്തിലും വളരെ കൂടുതല്‍ പ്രത്യയസ്‌കാന്തിക (antiferro-magnetic) പദാര്‍ഥത്തിലും ആയിരിക്കും. സാധാരണയായി കണ്ടുവരുന്ന സവിശേഷത പ്രതികാന്തതയാണ്‌. അനുകാന്തത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്ന പദാര്‍ഥങ്ങളില്‍ അണുവിനോ, തന്മാത്രയ്‌ക്കോ, അയോണിനോ കാന്തികാഘൂര്‍ണം (magnetic moment) ഉണ്ടായിരിക്കും. താപനിലയനുസരിച്ച്‌ അനുകാന്തത വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. പദാര്‍ഥത്തില്‍ അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകള്‍ (unpaired electrons)ഒന്നോ അതിലധികമോ ഉള്ളപ്പോഴാണ്‌ സ്ഥിരമായ കാന്തികാഘൂര്‍ണം ഉളവാകുന്നത്‌. ഒരു പദാര്‍ഥത്തില്‍ സ്ഥിരകാന്തികാഘൂര്‍ണമുള്ള അണുക്കള്‍ വളരെ അടുത്തു സ്ഥിതിചെയ്യുമ്പോള്‍ ആ പദാര്‍ഥം (ഉദാ. ഇരുമ്പ്‌) അയസ്‌കാന്തത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നു.സ്ഥിരകാന്തികാഘൂര്‍ണമുള്ള അനവധി അണുക്കളുടെ പ്രത്രിക്രിയയില്‍, അവയുടെ ആഘൂര്‍ണങ്ങള്‍ ഒരേദിശയില്‍ സമാന്തരമായി നിരന്നുകഴിയുമ്പോള്‍, ബൃഹത്തായ ഒരു പരിണതആഘൂര്‍ണം ഉളവാകുന്നു. ഇതാണ്‌ ഇരുമ്പുലോഹത്തിലെ സ്ഥിതി. മാങ്‌ഗനീസ്‌ ലോഹത്തിലെ അവസ്ഥ നേരെ വിപരീതമാണ്‌. അടുത്തടുത്തുള്ള രണ്ട്‌ അണുക്കളുടെ കാന്തികാഘൂര്‍ണങ്ങള്‍ സമാന്തരവും വിപരീത ദിശകളിലുള്ളവയുമാകയാല്‍, ഒന്നിന്റെ കാന്തികാഘൂര്‍ണം മറ്റേതിന്റേതിനെ മിക്കവാറും റദ്ദാക്കി, പ്രത്യയസ്‌കാന്തത ഉളവാക്കുന്നു.
പ്രതികാന്തിക പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ കാന്തശീലത (magnetic susceptibility) താപനിലയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല; പ്രരക കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയെയും ഭേദപ്പെടുത്തുന്നില്ല. അനുകാന്തികപദാര്‍ഥങ്ങളുടെ കാന്തശീലത കേവല താപനിലയോട്‌ വ്യുത്‌ക്രമമായി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു; പ്രരക കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല. അയസ്‌കാന്തികപ്രത്യയസ്‌കാന്തിക പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ കാന്തശീലത താപനിലയെയും പ്രരക കാന്തികതീവ്രതയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നത്‌ സങ്കീര്‍ണമായ രീതിയിലാണ്‌. അനുകാന്തിക പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ കാന്തികസവിശേഷതകള്‍ക്ക്‌ നിദാനം അവയിലുള്ള അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകളുടെ സംഖ്യയാണ്‌. അവയുടെ 4fകവചത്തിലെ അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകളാണ്‌ അണുവിന്‌ അനുകാന്തികത നല്‌കുന്നത്‌; ചുറ്റുമുള്ള ആനയോണുകളുടെ വിദ്യുത്‌ക്ഷേത്രം ഈ ഇലക്‌ട്രാണുകളെ സ്വാധീനിക്കുന്നില്ല. 5s, 5pകവചങ്ങളുടെ സംരക്ഷണത്തില്‍, അന്തര്‍ഭാഗത്താണ്‌ 4fകവചങ്ങള്‍. ലാന്‍ഥനൈഡ്‌ ആനയോണുകളെ സ്വതന്ത്രമായ വാതക അയോണുകളെപ്പോലെ കരുതി, കാന്തികആഘൂര്‍ണം പരികലനം ചെയ്യാവുന്നതാണ്‌. ജെ.എച്ച്‌. വാന്‍വ്‌ലെക്ക്‌ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത രീതിയനുസരിച്ച്‌ ലാന്‍ഥനൈഡ്‌ അയോണുകളുടെ കാന്തികാഘൂര്‍ണം നിര്‍ണയിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്‌. പരീക്ഷണംകൊണ്ട്‌ ലഭ്യമായത്‌ അതിന്‌ തുല്യമാണെന്നു കണ്ടെത്തുകയും ചെയ്‌തു. ആക്‌റ്റിനൈഡ്‌ യൗഗികങ്ങളില്‍ 5f കവചത്തിലുള്ള അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകള്‍മൂലമാണ്‌ അനുകാന്തത ഉണ്ടാകുന്നത്‌. എന്നാല്‍ ഇവയ്‌ക്ക്‌ 4ളകവചത്തിലുള്ള ഇലക്‌ട്രാണുകള്‍ക്കെന്നപോലെ സുരക്ഷിതത്വമില്ല. പരലിലെ വിദ്യുത്‌ക്ഷേത്രത്തിന്റെ സ്വാധീനതയുള്ളതിനാല്‍ ആക്‌റ്റിനൈഡ്‌ അയോണുകളുടെ കാന്തികാഘൂര്‍ണം പരികലനം ചെയ്യുമ്പോള്‍ ഊര്‍ജസ്‌തരങ്ങള്‍ക്കു വരുന്ന വിഭജനം കണക്കിലെടുക്കേണ്ടിവരുന്നു. അയോണുകളുടെ കാന്തികഗുണത്തിന്മേല്‍ വിദ്യുത്‌ക്ഷേത്രം ഏല്‌പിക്കുന്ന സ്വാധീനം അയുഗ്മിത 3d ഇലക്‌ട്രാണുകളുള്ള അയണ്‍ഗ്രൂപ്പ്‌ യൗഗികങ്ങ(iron group compounds)ളില്‍ കൂടുതല്‍ പ്രത്യക്ഷമായിരിക്കും, സാമാന്യമായി, ഒരു അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണിന്റെ കാന്തികാഘൂര്‍ണം, കക്ഷ്യകോണീയ സംവേഗത്തിന്റെയും ചക്രണകോണീയ സംവേഗത്തിന്റെയും സദിശയോഗത്തിന്‌ (vector sum) ആനുപാതികമാണ്‌. ഓക്‌സിജന്‍, നൈട്രിക്‌ ഓക്‌സൈഡ്‌, നൈട്രജന്‍ ഡൈഓക്‌സൈഡ്‌, ക്ലോറിന്‍ ഡൈഓക്‌സൈഡ്‌ എന്നിവ അനുകാന്തതയുള്ള വാതകങ്ങളാണ്‌; ഒന്നോ രണ്ടോ അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകളുള്ള കാര്‍ബണിക യൗഗികങ്ങളും അനവധിയുണ്ട്‌. ഫ്‌ളൂറസീന്‍, നാഫ്‌ഥലീന്‍ എന്നീ കാര്‍ബണിക യൗഗികങ്ങള്‍ പ്രതികാന്തത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നവയാണെങ്കിലും അവയില്‍ അള്‍ട്രാവയലറ്റ്‌ പ്രകാശം വീഴ്‌ത്തിയാല്‍ അനുകാന്തത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നതാണ്‌. അണുവിനോ തന്മാത്രയ്‌ക്കോ അനുകാന്തത ലഭിക്കണമെങ്കില്‍ അതിനു സഹജമായോ ഉത്തേജിതമായോ അയുഗ്മിത ഇലക്‌ട്രാണുകള്‍ ഉണ്ടായിരിക്കണം.
താഴ്‌ന്ന സമമിതി(low symmetry)യുള്ള പരലുകളില്‍ പരസ്‌പരം 90º വ്യത്യാസമുള്ള ദിശകളില്‍ മൂന്ന്‌ മുഖ്യകാന്തികാക്ഷങ്ങള്‍ ഉണ്ട്‌. ഈ അക്ഷങ്ങളില്‍ പരലിന്റെ കാന്തശീലതയ്‌ക്കു വ്യത്യാസമുണ്ടെങ്കില്‍ പരല്‍ കാന്തീയമായി അസമദൈശികം (anisotropic) ആയിരിക്കും. തന്മാത്ര കാന്തീയമായി സമദൈശികം ആണെങ്കില്‍ പരലിന്റെ സംരചനയും സമദൈശികമാകാനേ തരമുള്ളൂ. അസമദൈശികത തന്മാത്രകളുടെ ആപേക്ഷികമായ അഭിവിന്യാസത്തെ മാത്രംആശ്രയിക്കുന്നു. തന്മാത്രകള്‍ സ്‌തരങ്ങളായി വിന്യസിച്ചിരിക്കുയാണെങ്കില്‍ അസമൈദശികത വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും; ചിട്ടയില്ലാതെ അനിയതമായി വിന്യസിച്ചിരിക്കുകയാണെങ്കില്‍ ഒന്നിന്റെ അസമൈദശികത മറ്റൊന്നിന്റേതിനെ റദ്ദാക്കുകയും തത്‌ഫലമായി പരല്‍ സമദൈശികത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. പരലുകളുടെ കാന്തശീലതാനിര്‍ണയനം രചനാത്മക രസതന്ത്ര(Structural chemistry)ത്തിലെ മുഖ്യപ്രശ്‌നമാണ്‌. ഗണ്യമായ അസമദൈശികത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്ന ആരോമാറ്റിക്‌ യൗഗികങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച്‌ഇത്‌ സുപ്രധാനമാണ്‌. കാന്തികദത്തത്തില്‍നിന്നുള്ള അറിവ്‌, എക്‌സ്‌റേ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരല്‍സംരചനാ നിര്‍ണയനത്തെ സഹായിക്കുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റും ആരോമാറ്റിക്‌ യൗഗികങ്ങളും വിപുലമായ തോതില്‍ പ്രതികാന്തിക അസമദൈശികത പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നവയാണ്‌. തന്മാത്രകളില്‍ ബെന്‍സീന്‍ വലയങ്ങളോ അതുപോലുള്ള മറ്റു വലയങ്ങളോ ഉള്ളതുകൊണ്ടാണ്‌ ഇത്‌ സംഭവിക്കുന്നത്‌. എന്നാല്‍ ക്യൂബിക്‌ തരത്തില്‍പ്പെട്ട കാര്‍ബണ്‍ പരലുകള്‍ (ഉദാ. വൈരക്കല്ല്‌) സമദൈശികമാണ്‌. ഗ്രാഫൈറ്റില്‍ അഷ്‌ടകോണീയാക്ഷത്തിനു (hexagonal axis) സമാന്തരമായി, വലയങ്ങള്‍ക്കു ലംബമായി, അനുകാന്തത വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും; അഷ്‌ടകോണീയാക്ഷത്തിനു ലംബമായിട്ടുള്ള പ്രതികാന്തതയുടെ 40 മടങ്ങ്‌.
ഓരോ കാര്‍ബണ്‍ അണുവിലും അതിന്റെ ആധാരതലത്തില്‍ സ്വതന്ത്രമായി വിഹരിക്കുന്ന ഒരു ഇലക്‌ട്രാണ്‍മൂലമാണ്‌ ഷട്‌കോണീയാക്ഷത്തിന്റെ ദിശയില്‍ ഭീമമായ പ്രതികാന്തതയുണ്ടാകുന്നത്‌. ഇലക്‌ട്രാണിന്‌ ഈ അക്ഷത്തിനു ലംബമായിട്ടുള്ള ചലനസ്വാതന്ത്യ്രം പരിമിതമാണ്‌. കാര്‍ബണ്‍ അണുക്കളുടെ ഓരോ സ്‌തരവും ബൃഹത്തായ ഒരു ആരോമാറ്റിക്‌ തന്മാത്രയായി ഗണിക്കേണ്ടിയിരിക്കുന്നു. ബെന്‍സീന്‍ യൗഗികത്തിന്‌, വലയത്തിന്‌ ലംബമായുള്ള മുഖ്യകാന്തശീലത, വലയത്തിന്റെ തലത്തിലുള്ളതിന്റെ രണ്ടിരട്ടിയാണെന്ന്‌ ആദ്യമായി നിരീക്ഷിച്ചത്‌ സി.വി. രാമനും കെ.എസ്‌. കൃഷ്‌ണനുമാണ്‌. പരലുകളുടെ അസമദൈശികതയും സംരചനയുമായുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച്‌ കൂടുതല്‍ പഠനങ്ങള്‍ കൃഷ്‌ണനും ലോണ്‍സ്‌ഡെയിലും നടത്തിയിട്ടുണ്ട്‌.
(പ്രാഫ. എസ്‌. ഗോപാലമേനോന്‍; സ.പ.)
