पाण्यामागील विज्ञान

'पाणी' केवळ मानवी जीवनाचा नव्हे, तर सजिवसृष्टीचा एक अविभाज्य घटक म्हणजे 'पाणी'. तसं पाणी सर्वव्यापी म्हणजे, पृथ्वीच्या पृष्टभागावर सुमारे 71 टक्के पाणी- पृथ्वीच्या वातावरणात पाणी (बाष्पीरूपानी) तर या लेखाला वाचणाऱ्या आमच्या शहीरात असलेल्या प्रत्येक पेशी मध्ये पाण्याचे प्रमाण 70 ते 90 टक्के.

'पाणी' केवळ मानवी जीवनाचा नव्हे, तर सजिवसृष्टीचा एक अविभाज्य घटक म्हणजे 'पाणी'. तसं पाणी सर्वव्यापी म्हणजे, पृथ्वीच्या पृष्टभागावर सुमारे 71 टक्के पाणी- पृथ्वीच्या वातावरणात पाणी (बाष्पीरूपानी) तर या लेखाला वाचणाऱ्या आमच्या शहीरात असलेल्या प्रत्येक पेशी मध्ये पाण्याचे प्रमाण 70 ते 90 टक्के.

परंतु निदान सूर्यमालेत तरी पृथ्वी सोडल्यास इतर ग्रहांवर पाण्याचे प्रमाण नगण्यच. हे वाचतांना काही वाचकांना आठवत असेल की, आम्ही इतर ग्रहांवर 'आईस' आहे असं वाचले आहे. त्यांची आठवण अगदी योग्य आहे पण बऱ्याचदा घनस्थितीतल्या कार्बन डाय ऑक्साईडला 'ड्राय आईस' म्हणतात हा 'ड्राय' शब्द वापरायचा - लिहायचा राहून गेला ती आपल्याला वाटू लागते इतर ग्रहांवर 'आईस'आहे.

आणि आपल्या माहितीनुसार जिथे जिथे पाणी आहे तिथेच सजिवसृष्टीची शक्यता आहे (अर्थात या वाक्याला लिहितांना सजीवाची व्याख्या आपल्याला माहित आहे तशी आपण वापरतो आहे. काही विज्ञान लेखांमध्ये सल्फरबेस जीवसृष्टीचा उल्लेख असतो तिथे पाण्याची गरज नसते.)

प्रश्न पडतो पाण्यामध्ये अस काय विशेष आहे ज्यामुळे ते जीवसृष्टी निर्मिती साठी आवश्यक आहे ? पृथ्वीवर पाणी का आहे ? पाणी नेमकं आलं कुठून ? पाण्याबाबत पूर्वी काय कल्पना होत्या ? रासायनिक दृष्ट्या पाणी म्हणजे काय ? जळणारा हायड्रोजन व जाळणारा ऑक्सीजन असून पाणी विझवण्यासाठी का वापरतात ? पाणी हे एकच असे रसायन आहे जे स्थायी, द्रव आणि वायू रूपात (म्हणजे सॉलीड, लिक्वीड आणि गॅसीअस यार !) अस्तीत्वात असते. हा एकच पदार्थ असा आहे जो थंड करायला लागल्यावर पहिले अकुंचन पावतो आणि नंतर प्रसरण पावतो. असे अनेक प्रश्न तुम्हाला आणि विज्ञानाला पडलेत या लेखांद्वारे या प्रश्नांची उत्तरे तर बघूतच पण या शिवाय पाण्याचे भविष्यात महत्व- आणि भविष्याचे पाण्यत महत्व देखील बघूत.

'पाणी' रसायनशास्त्राच्या पुस्तकानुसार पाणी म्हणजे हायड्रोजनचे दोन अणू ऑक्सीजनच्या एका अणूबरोबर जोडल्या गेले की बनणारे 'संयूग' होय. यांना जोडणाऱ्या 'फेव्हीकॉल' ला कोव्हॅलंट बाँड म्हणतात.

विश्वाच्या प्रयोगशाळेत प्रत्येक अणूला एक शिकवण असते - तुझ्यातल्या केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या ईलेक्ट्रॉनला एका वर्तुळाकार मार्गानी फिरावे लागेल. हा मार्ग जर केंद्रापासून सर्वाधिक दूर असेल तर यामध्ये 8 ईलेक्ट्रॉन असावे मग या निर्सगाच्या शाळेत एक प्रश्न विचारल्या गेला. जर सर्वाधिक दूर मार्गाची (याला शास्त्रीय भाषेत 'ऑर्बिट' म्हणतात.) क्षमताच कमी असेल तर ? तेव्हा उत्तर मिळाले मग दोन चा नियम पाळा. विश्वातला प्रत्येक अणू हा नियम पाळायचा प्रयत्न करतो ऑक्सीजन जवळ एकूण 8 'इलेक्ट्रॉन' असतात यातले दोन केंद्रकाजवळच्या कक्षेत तर इतर 6 इलेक्ट्रॉन सर्वात दूर म्हणजे दुसऱ्या कक्षेत फिरत असतात - नियमानुसार त्याला यात 8 इलेक्ट्रॉन हवे असतात आणि अचानक त्याला दोन हायड्रोजन दिसतात प्रत्येकाजवळ फक्त एक एक इलेक्ट्रॉन असतो. हे तीघेही एकत्र येवून ठरवतात एक एक इलेक्ट्रॉन 'शेअर' करत आणि निसर्ग शाळेचा नियम खरा करू. (हे म्हणजे होमवर्क केलेली एकच वही दोन विद्यार्थ्यांनी दाखवण्यासारखी घटना झाली) ऑक्सीजनला वाटेल माझ्याजवळ 6 अ 2 म्हणजे आठ इलेक्ट्रॉन आहेत तर हायड्रोजनला त्याच्या वाट्याला दोन आहे हे सिध्द करेल परंतु यामुळे त्यांच्यात एक रासायनिक बंध निर्माण होतो यालाच कोव्हॅलेंट बाँड म्हणतात.

परंतु एकवेळ हा बाँड तयार झाल्यावर ऑक्सीजन त्याची नखं बाहेर काढतो. (तुप पोळीवर ओतून घ्यावं तसे) दुबळ्या हायड्रोजन जवळचे इलेक्ट्रॉन स्वत:कडे ओढून घेतो. यामुळे ऑक्सीजनवर थोडा ऋणभार (नेगेटीव्ह चार्ज) तर हायड्रोजनवर थोडा धनभार ( पॉझीटीव्ह चार्ज) येतो. पाण्याचा रेणू 'पोलर' बनतो यामुळे त्यामध्ये कोणालाही स्वत:कडे विरघळवण्याचे सामर्थ्य येते आणि जीवसृष्टीच्या निर्मितीत त्याचे हेच सामर्थ्य महत्वाची भूमिका निभावते.

या धन - आणि ऋण भारामुळे पाण्याच्या रेणूमध्ये आणखीन एक क्षमता विकसीत होत ती म्हणजे या सगळ्या रेणूंमध्ये एक वेगळाच बंध निर्माण होतो. याला शास्त्रीय भाषेत 'हायड्रोजन बाँड' म्हणतात. या हायड्रोजन बाँडमुळे रेणूंची एक जाळी तयार होते आणि एक रेणू जरी वर उचलायचा प्रयत्न केला की सगळे उचलल्या जातात.

या वैशिष्ट्यामुळे पाणी हा विश्वातील सर्वात विलक्षण द्रव बनला. पृथ्वीवर पाणी द्रव स्वरूपात तर आढळतोच पण थंड प्रदेशात किंवा आपल्या फ्रीजमध्ये ते बर्फ बनून घनस्वरूपात धारण करते आणि सातत्यानी स्वत:ला ते वायुस्वरूपात बदलत राहते. यालाच बाष्पीभवन म्हणतात. याशिवाय पाण्याचे स्फटीक बनतात पण हे एकमेव द्वितीय असलेले पाणी केवळ पृथ्वीवरच का ? हे पृथ्वीच्या जन्मापासून होते का ? आणि हे सगळ्या ग्रहांवर का नाही हे वाचार - पुढील लेखात.



नितीन ओक, अकोला