నిర్మాణక్రమం



భావ పరిచయం 

కర్బన రసాయనం అద్యయనం చేసేటప్పుడు ఒక పదార్థంలో ఏయే మూలకాలు ఏయే పాళ్లల్లో ఉన్నాయో తెలిసినంత మాత్రాన సరిపోదు; ఆయా మూలకాల అణువుల (atoms) అమరిక కూడా తెలియాలి. ఈ విషయం సుబోధకం అవడానికి కొన్ని ఉదాహరణలు చూద్దాం.

ఉదాహరణ 1: మనందరికీ 1, 2, 3, 4, … వగైరా అంకెలు తెలుసు. ఇలాంటి అంకెలు రెండు కాని అంతకంటె ఎక్కువ కాని ఉంటే వాటిని సంఖ్యలు అంటారు. ఉదాహరణకి 27, 476 అనేవి సంఖ్యలు. ఈ 476 అనే సంఖ్యనే తీసుకుందాం. ఇందులో 4, 6, 7 అనే మూడు అంకెలు ఉన్నాయి. ఇప్పుడు 746 అనే సంఖ్యని తీసుకొండి. ఇందులో కూడ 4, 6, 7 అనే అంకెలే ఉన్నాయి – కాని ఇక్కడ వీటి అమరిక వేరు. అమరిక మారటంతో 476 విలువ ఒకటయితే 746 విలువ మరొకటి అయింది. ఆ మాటకొస్తే 467, 674, 746, 647, 764 అనే సంఖ్యలన్నిటిలోనూ ఒకే అంకెలు ఉన్నాయి, కాని వాటి స్థానాలు వేరవటంతో వాటి విలువలు వేర్వేరు అయేయి.

ఉదాహరణ 2:  ప్రతి భాషలోను అక్షరాలు ఉంటాయి కదా. పలక అనే మాటలో ఉన్న ప, ల, క అనే తెలుగు అక్షరాలనే తీసుకుందాం.  వీటి స్థానాలని మారుగుళ్లు చేసి కలప అని రాసినప్పుడు మాట అర్థమే మారిపోయింది. పలక వేరు, కలప వేరు. ఈ అక్షరాలనే మరోలా అమర్చి “లపక” అనే మాట తయారు చెయ్యొచ్చు. కాని “లపక” కి అర్థం పర్థం లేదు. ఇదే విధంగా కొన్ని అణువులని (atoms) ఒకలా అమర్చితే మనకి పరిచితమైన బణువు (molecule) రావొచ్చు. మరొక విధంగా అమర్చితే మనకి పరిచయం లేకపోయినా పనికొచ్చే బణువు తయారవవొచ్చు. మూడో విధంగా అమర్చితే “అర్థం పర్థం” లేని బణువు తారస పడవచ్చు. ఇదొక కోణం.

మరొక కోణం నుండి చూద్దాం. అంకెలని, అక్షరాలని అమర్చినప్పుడు మనకి సర్వసాధారణంగా ఆ అంకెలు కాని, అక్షరాలు కాని ఒక వరుసక్రమంలో ఎడమనుండి కుడికి కనిపిస్తాయి. కాని అంకెలని, అక్షరాలని ఒక గీత వెంబడి “రేఖీయంగా” లేక “ఏక-మితీయంగా” లేక “ఏక-దిశాత్మకంగా” (one-dimensional గా) అమర్చాలని నియమం ఏముంది? సుడూకో ఆటతో పరిచయం ఉన్నవాళ్లకి అంకెలని నలుచదరంగా అమర్చటం వల్ల వచ్చే అవకాశాల గురించి తెలిసే ఉంటుంది. అదే విధంగా గళ్లనుడికట్టు (crossword) ఆడే వాళ్లకి కాని “స్క్రేబుల్” (Scrabble) అనే ఆటతో పరిచయం ఉన్న వాళ్లకి కాని అక్షరాలని రెండు దిశలలో అమర్చటం వల్ల వచ్చే సావకాశాలు తెలుస్తాయి.

ఇప్పుడు నిర్మాణక్రమం (structural formula) అనే భావం అర్థం చేసుకోటానికి ఒక ఉపమానం ఉపయోగిద్దాం. ప్రతి అణువుకి కొన్ని చేతులు (లేదా బాహువులు) ఉన్నట్లు ఊహించుకుందాం. అమ్మాయిలు ఒకరి చేతులు మరొకరు పట్టుకుని “ఒప్పులగుప్ప” ఆట ఆడరూ? అలాగే అణువులు తమ స్నేహితులయిన ఇతర అణువుల చేతులు పట్టుకోటానికి ఇష్టపడతాయని అనుకుందాం. ఇలా ఒకరి చేతులు మరొకరు పట్టుకోగా తయారయే గుంపులే బణువులు. అమ్మాయిలకి రెండేసి చేతులు ఉన్నాయని మనకి తెలుసు. అణువులకి ఎన్నేసి చేతులు ఉన్నట్లు? మనుష్యులకి మల్లే రెండు చేతులా? దేవుళ్లకి మల్లే నాలుగు చేతులా? ఆరు చేతులా?

ఈ ప్రశ్నలకి సమాధానం కావాలంటే పరిమాణాత్మక విశ్లేషణ (quantitative analysis) చెయ్యాలి. రెండు ఉదజని అణువులు ఒక ఆమ్లజని అణువుతో కలిస్తే నీరు వస్తుందన్న విషయం పరిమాణాత్మక విశ్లేషణ ద్వారానే తెలిసింది. మన ఒప్పులగుప్ప ఉపమానం ప్రకారం ఒక ఆమ్లజని అణువు రెండు ఉదజని అణువుల “చేతులు” పట్టుకోవాలి కనుక ఆమ్లజని అణువుకి రెండు చేతులు, ఉదజని అణువు ఒకొక్కదానికి ఒకొక్క చెయ్యి ఉంటే సరిపోతుంది. ఇదే విషయాన్ని రసాయన పరిభాషలో చెప్పాలంటే ఆమ్లజని బాహుబలం 2, ఉదజని బాహుబలం 1 అని అంటాం. ఈ బాహుబలం అన్న మాట ఇంగ్లీషులోని “వేలెన్సీ (valency) అన్న మాటకి తెలుగుసేత. లేటిన్ భాషలో "వేలెన్సీ” అంటే బలం. (ఇందులోంచే వేలర్ valor లేదా పరాక్రమం వచ్చి ఉంటుంది.) కనుక ఈ మాటని మనం “బలం” అని కాని మరికొంచెం వివరణాత్మకంగా ఉంటుందనుకుంటే “బాహుబలం” అని కాని అనొచ్చు. లేదా కొంచెం కుదించి “బాలం” అనొచ్చు. మనం "బాలం" అందాం. ఆ “బాలం” అన్న మాట “వాలం” లా ఉంది కదూ. అణువుల హ్రశ్వనామాల పక్క గీసిన చిన్న చిన్న గీతలు తోకలులా ఉన్నాయి కనుక “బాలం” అన్న పేరు బాగానే ఉందని సమర్ధించుకోవచ్చు. ("వేలెన్సీ” అన్న మాటని సంయోజకత అని తెలిగించడం కూడా కద్దు.)

బాహుబలం 
అణువులని రకరకాలుగా అమర్చి బణువులని చేసేటప్పుడు, వాటి అమరికలని బొమ్మలు గీసి చూపడం రివాజు. బొమ్మలు వాడడానికి నిశ్చయించుకున్నాము కనుక కొంచెం వెనక్కి వెళ్లి, ముందుగా కర్బనం, ఉదజని, ఆమ్లజనుల అణువులని వాటి బాహువులతో చూపెడతాను. ఈ దిగువ బొమ్మ చూడండి.

బొమ్మ: బాలం ని గీతలతో చూపే విధానం.

ఈ బొమ్మలో ఉదజని (H) కి ఇటో, అటో ఒక చిన్న గీత గీసి, ఆ గీతని ఉదజని యొక్క బాహువు (చెయ్యి, హస్తము) అని అనుకోవాలి. ఈ చిన్న గీత H కి కుడి పక్కనో, ఎడం పక్కనో, మీదనో, కిందనో, ఏటవాలుగానో – ఎక్కడ గీసినా పరవా లేదు. ముఖ్యమయిన విషయం ఏమిటంటే ఉదజనికి ఒకే ఒక చెయ్యే ఉన్నట్లు ఊహించుకోవాలి. ఈ చేతితో ఉదజని అణువు “మరొకరి” చేతిని పట్టుకోగలదు. లేదా రసాయన పరిభాషలో ఉదజని బాలం 1.

ఆమ్లజనికి (O కి) ఇటూ, అటూ కూడ ఒక గీత గీసేము. అంటే ఆమ్లజనికి రెండు చేతులు ఉన్నాయన్నమాట. ఈ రెండు చేతులూ ఎడం పక్క, కుడి పక్క ఉండాలనే నియమం ఏదీ లేదు; ఎక్కడయినా ఉండొచ్చు. తన రెండు చేతులతో ఆమ్లజని అణువు ఇతరుల చేతులు రెండు పట్టుకోగలదు. కనుక రసాయన పరిభాషలో ఆమ్లజని బాలం 2.

ఆమ్లజనికీ, ఉదజనికీ ఉన్నట్లే ప్రతి అణువుకి కొంత బాలం ఉంటుంది. ఉదాహరణకి గంధకం (Sulfur) యొక్క బాలం 2, నత్రజని (Nitrogen) యొక్క బాలం 3, భాస్వరం (Phosphorus) యొక్క బాలం కొన్ని సందర్భాలలో 3, మరికొన్ని సందర్భాలలో 5.  ఆ మాటకొస్తే కొన్ని మూలకాలకి బాలం 0 (సున్న). ఈ మూలకాలకి బాహువులు లేవన్న మాట. వీటిని కావలిస్తే “నిర్బాహువులు” (నిర్భాగ్యులు కాదు) అనొచ్చు. డబ్బు లేని వాళ్ళ సంపర్కం ఎవ్వరికీ ఎలాగ అక్కరలేదో అలాగే నిర్బాహులయిన నిర్భాగ్యపు మూలకాలతో సంయోగం చెందటానికి ఏవీ ఇష్టపడవు. నియాను (Neon), ఆర్గాను (Argon) వంటి వాయువులు ఈ జాతికి చెందినవి. కావలిస్తే వీటిని నిర్భాగ్యపు వాయువులు (inert gases) అనొచ్చు. వీటన్నిటికంటె ముఖ్యమైన కర్బనం (Carbon) యొక్క బాలం 4.

నిర్మాణక్రమం 
ఇప్పుడు రెండు ఉదజని అణువులు, ఒక ఆమ్లజని అణువు రసాయన సంయోగం చెందేయనుకుందాం. ఒకొక్క ఉదజనికి ఒకొక్క చెయ్యి ఉన్నాది కదా. ఒక ఆమ్లజని అణువుకి రెండు చేతులు ఉన్నాయి. ఇప్పుడు ఈ ఆమ్లజని అణువు ఒకొక్క చేత్తో ఒకొక్క ఉదజని అణువు చెయ్యి పట్టుకుందనుకుందాం. అప్పుడు వాటి అమరిక H-O-H లా ఉంటుంది (లేదా, బొమ్మలో లా కూడ చూపించవచ్చు). ఈ అమరికనే నిర్మాణక్రమం (structural formula) అని అంటారు.

సర్వ సాధారణంగా ఆ అణువుల అమరిక మూడు దిశలలోకి వ్యాప్తి చెంది ఉంటుంది. మరొక విధంగా చెబుతాను. ఒక  అణువుని మరొక అణువుకి తగిలించినప్పుడు ఆ అమరికలు తిన్నగా చీపురు పుల్లలాగా ఉండవు, పల్చగా అప్పడాలలాగా ఉండవు; ఆ బణువులు మూడు దిశలలోనూ వ్యాపించి ఉంటాయి. ఒక బణువులో ఏ అణువు ఏ అణువుకి ఎటుపక్క ఉందో నిర్ద్వందంగా చూపించాలంటే “పూసలు-పుల్లల నమూనాలు” (ball and rod models) ఉపయోగించాలి. బొమ్మ చూడండి. ఈ బొమ్మలో మధ్య (ఎర్రగా) ఉన్నది ఆమ్లజని అణువు. దానికున్న రెండు చేతుల తోటీ రెండు ఆమ్లజని(తెల్లగా ఉన్నవి) అణువులని పట్టుకున్నాది.

మరొక ఉదాహరణగా డైమెతల్ ఈథర్ అనే పదార్థంలోని అణువుల అమరిక పూసలు-పుల్లల నమూనాలో ఎలా ఉంటుందో బొమ్మలో చూడండి. ఈ బొమ్మలో మధ్య (ఎర్రగా) ఉన్నది ఆమ్లజని అణువు. దానికున్న రెండు చేతుల తోటీ రెండు కర్బనం (నల్లగా ఉన్నవి) అణువులని పట్టుకున్నాది. ఈ రెండు కర్బనం అణువులూ వాటికి ఇంకా ఖాళీగా ఉన్న మూడు చేతులతోటీ మూడేసి ఉదజని (తెల్లటివి) అణువులని పట్టుకున్నాయి. కాగితం మీద కాని, కంప్యూటరు తెర మీద కాని ఇటువంటి బొమ్మలు గీసి చూపించటం అంత తేలిక కాదు. అందుకని అణువుల అమరికని సులభమైన పద్ధతిలో గీయవచ్చు. వీటిని “చదును నిర్మాణక్రమం” (flat structural formula) అందాం. ఈ రోజుల్లో రసాయనశాస్త్రపు పాఠ్య పుస్తకాలలో ఇంతకంటె మంచి బొమ్మలు, రంగులలో, వేస్తున్నారు. ఆ రకం బొమ్మల కంటె ఇక్కడ చూపించే బొమ్మలు అర్థం చేసుకోవటం తేలిక. విషయం అర్థం అయిన తరువాత  క్లిష్టమయిన బొమ్మలు అర్థం చేసుకోవటం తేలిక.

మూలాలు 
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు, నిత్యజివితంలో రసాయన శాస్త్రం, ఇ-పుస్తకం, కినిగె ప్రచురణ, http://kinige.com/kbook.php?id=3621 

రసాయన శాస్త్రము