वायवीय रसायन

विज्ञान के इतिहास में, वायवीय रसायन विज्ञान सत्रहवीं, अठारहवीं और उन्नीसवीं सदी के प्रारंभ में वैज्ञानिक अनुसंधान का एक क्षेत्र है। इस कार्य के महत्वपूर्ण लक्ष्य थे गैसों के भौतिक गुणों की समझ और वे रासायनिक अभिक्रियाओ से कैसे संबंधित हैं, जो अंततः पदार्थ की संरचना हैं। फ्लॉजिस्टन सिद्धांत का उदय, और पृथ्वी के वायुमंडल के गैसीय घटक के रूप में ऑक्सीजन की खोज और दहन अभिक्रियाओ में भाग लेने वाले एक रासायनिक अभिकर्मक के बाद एक नए सिद्धांत द्वारा इसके प्रतिस्थापन को वायवीय रसायन विज्ञान के युग में संबोधित किया गया था।

अभिकर्मक के रूप में वायु
अठारहवीं शताब्दी में, जैसा कि रसायन विज्ञान का क्षेत्र कीमिया से विकसित हो रहा था, एक अभिकर्मक के रूप में वायु के विचार के आसपास प्राकृतिक दर्शन का एक क्षेत्र बनाया गया था। इससे पहले, वायु को मुख्य रूप से एक स्थिर पदार्थ माना जाता था जो अभिक्रिया नहीं करेगा और बस अस्तित्व में रहेगा। यद्यपि, जैसा कि लेवोज़ियर और कई अन्य वायवीय रसायनज्ञ जोर देंगे, वायु वास्तव में गतिशील थी, और न केवल दहनशील सामग्री से प्रभावित होगी, बल्कि विभिन्न पदार्थों के गुणों को भी प्रभावित करेगी।

वायवीय रसायन विज्ञान की प्रारंभिक चिंता दहन अभिक्रिया थी, जिसकी शुरुआत स्टीफन हेल्स से हुई थी। ये अभिक्रियाएं अलग-अलग "वायु" देती हैं क्योंकि रसायनज्ञ उन्हें कहते हैं, और इन अलग-अलग वायु में अधिक सरल पदार्थ होते हैं। लेवोज़ियर तक, इन वायुओं को अलग-अलग गुणों वाली अलग-अलग संस्थाएँ माना जाता था; लेवोज़ियर वायु के विचार को बदलने के लिए काफी हद तक जिम्मेदार थे, जैसा कि उनके समकालीनों और पहले के रसायनज्ञों ने इन विभिन्न वायुओं द्वारा गठित किया था।

गैसों का यह अध्ययन हेल्स द्वारा वायवीय गर्त के आविष्कार के साथ लाया गया था, एक उपकरण जो पुनरुत्पादित परिणामों के साथ अभिक्रियाओ द्वारा दी गई गैस को एकत्र करने में सक्षम है। सत्रहवीं शताब्दी की शुरुआत में जे.बी. वैन हेल्मोंट द्वारा गैस शब्द गढ़ा गया था। यह शब्द प्राचीन ग्रीक शब्द χάος, कैओस (कॉस्मोगोनी) ग्रीको-रोमन परंपरा से लिया गया था, अभिक्रियाओ द्वारा छोड़े गए पदार्थों को ठीक से इकट्ठा करने में असमर्थता के परिणामस्वरूप, क्योंकि वह तीसरे प्रकार के कारक का ध्यानपूर्वक अध्ययन करने का प्रयास करने वाले पहले प्राकृतिक दार्शनिक थे। यद्यपि, यह तब तक नहीं था जब तक लेवोज़ियर ने अठारहवीं शताब्दी में अपना शोध नहीं किया था कि इस शब्द का उपयोग वैज्ञानिकों द्वारा सार्वभौमिक रूप से वायु के प्रतिस्थापन के रूप में किया गया था।

वैन हेल्मॉन्ट (1579 - 1644) को कभी-कभी वायवीय रसायन विज्ञान का संस्थापक माना जाता है, क्योंकि वे एक अभिकर्मक के रूप में वायु में रुचि लेने वाले पहले प्राकृतिक दार्शनिक थे। अलेक्जेंडर वोल्टा ने 1776 में वायवीय रसायन विज्ञान की जांच शुरू की और तर्क दिया कि मार्श गैसों पर प्रयोगों के आधार पर विभिन्न प्रकार की ज्वलनशील हवाएं होती है। रासायनिक तत्वों की खोज करने वाले वायवीय रसायनज्ञों में जोसेफ प्रिस्टले, हेनरी कैवेंडिश, जोसेफ ब्लैक, डेनियल रदरफोर्ड और कार्ल शेहेल सम्मलित हैं। इस अवधि के दौरान गैसों की जांच करने वाले अन्य व्यक्तियों में रॉबर्ट बॉयल, स्टीफन हेल्स, विलियम ब्राउन्रिग, एंटोनी लेवोइसियर, जोसेफ लुइस गे-लुसाक और जॉन डाल्टन सम्मलित हैं।

रासायनिक क्रांति
1770 और 1785 के बीच के वर्षों में, पूरे यूरोप के रसायनज्ञों ने विभिन्न गैसों को पकड़ना, अलग करना और तौलना शुरू किया।

वायवीय गर्त गैसों के साथ काम करने के लिए अभिन्न था (या, जैसा कि समकालीन रसायनज्ञ उन्हें कहते हैं, वायु)। जोसेफ ब्लैक, जोसेफ प्रीस्टले, हरमन बोएरहावे और हेनरी कैवेंडिश द्वारा किया गया काम काफी हद तक उपकरण के उपयोग के इर्द-गिर्द घूमता है, जिससे उन्हें विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओ और दहन विश्लेषणों द्वारा दी गई वायु को इकट्ठा करने की अनुमति मिलती है। उनके काम से कई प्रकार की वायु की खोज हुई, जैसे कि डिफ्लॉजिस्टिकेटेड वायु (जोसेफ प्रिस्टले द्वारा खोजी गई)।

इसके अलावा, वायु का रसायन दहन विश्लेषण तक ही सीमित नहीं था। अठारहवीं शताब्दी के दौरान, कई रसायनज्ञों ने पुरानी समस्याओं की खोज के लिए एक नए मार्ग के रूप में वायु की खोज का उपयोग किया, जिसका एक उदाहरण औषधीय रसायन विज्ञान का क्षेत्र है। एक विशेष अंग्रेज, जेम्स वाट, ने वायु के विचार को लेना शुरू किया और उन्हें वायवीय चिकित्सा के रूप में संदर्भित करने के लिए उपयोग किया, या प्रयोगशालाओं को ताजी वायु के साथ अधिक काम करने योग्य बनाने के लिए वायु का उपयोग और सफलता की अलग-अलग डिग्री के साथ विभिन्न बीमारियों वाले रोगियों की सहायता करना। किए गए अधिकांश मानव प्रयोग स्वयं रसायनज्ञ पर किए गए थे, क्योंकि उनका मानना था कि आत्म-प्रयोग एक आवश्यक हिस्सा था या क्षेत्र की प्रगति कर रहा था।

जेम्स वॉट
वायवीय रसायन विज्ञान में जेम्स वाट के शोध में जल बनाने के लिए ज्वलनशील (H2) और डिफ्लॉजिस्टिकेटेड (O2) वायु का उपयोग सम्मलित था। 1783 में, जेम्स वाट ने दिखाया कि जल ज्वलनशील और डीफ्लोजिस्टिक वायु से बना था, और यह कि दहन से पहले गैसों का द्रव्यमान दहन के बाद जल के द्रव्यमान के बराबर था। इस बिंदु तक, जल को एक यौगिक के बजाय एक मौलिक तत्व के रूप में देखा जाता था। जेम्स वाट ने डॉ. थॉमस बेडडोस और इरास्मस डार्विन के साथ सहयोग करके "वायवीय चिकित्सा" के रूप में औषधीय उपचारों में हाइड्रोकार्बोनेट (गैस) जैसे विभिन्न तथ्यात्मक वायु के उपयोग का पता लगाने की भी मांग की, ताकि स्थिर वायु का उपयोग करके तपेदिक से पीड़ित उनकी बेटी जेसी वाट का इलाज किया जा सके।

जोसेफ ब्लैक
जोसेफ ब्लैक एक रसायनज्ञ थे जिन्होंने विलियम कुलेन के अधीन अध्ययन करने के बाद वायवीय क्षेत्र में रुचि ली। वह पहले मैग्नेशिया अल्बा, या मैग्नीशियम कार्बोनेट (MgCO3), और चूना पत्थर, या कैल्शियम कार्बोनेट | कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3), और दोनों के गुणों पर डी ह्यूमोर एसिडो ए सिबिस ऑर्थो, एट मैग्नेशिया अल्बा नामक शोध प्रबंध लिखा। मैग्नीशियम कार्बोनेट पर उनके प्रयोगों ने उन्हें निश्चित वायु, या कार्बन डाईऑक्साइड  (सीओ2), सांस लेने सहित विभिन्न रसायनों के साथ अभिक्रियाओ के दौरान छोड़ा जा रहा था। उसके बावजूद वायु को इकट्ठा करने और उसका विश्लेषण करने के लिए आविष्कार किए गए वायवीय गर्त या अन्य उपकरण का उपयोग नहीं करने के बावजूद, उसके अनुमानों ने आम वायु के बजाय निश्चित वायु में अधिक शोध किया, वास्तव में गर्त का उपयोग किया जा रहा था।

गैसीय अमोनिया को पहली बार 1756 में कैलक्लाइंड मैग्नेशिया (मैग्नीशियम ऑक्साइड) के साथ सैल अमोनियाक (अमोनियम क्लोराइड) पर अभिक्रिया करके जोसेफ ब्लैक द्वारा अलग किया गया था। इसे 1767 में पीटर वोल्फ द्वारा फिर से अलग कर दिया गया था।  1770 में कार्ल विल्हेम शेहेल द्वारा

जोसेफ प्रीस्टले
विभिन्न प्रकार की वायु पर अवलोकन में जोसेफ प्रिस्टले, वायु का वर्णन करने वाले पहले लोगों में से एक थे, जो पदार्थ के विभिन्न राज्यों से बना है, न कि एक तत्व के रूप में। प्रिस्टले ने निश्चित वायु की धारणाओं पर विस्तार से बताया (CO2), ज्वलनशील नाइट्रस वायु, विट्रियोलिक एसिड वायु, क्षारीय वायु और फ्लॉजिस्टन सिद्धांत को सम्मलित करने के लिए मेफिटिक वायु और ज्वलनशील वायु। प्रिस्टले ने फ्लॉजिस्टन सिद्धांत के संदर्भ में श्वसन (फिजियोलॉजी) की प्रक्रिया का भी वर्णन किया। प्रिस्टले ने स्थिर वायु के साथ जल को संसेचन के लिए अपने निर्देशों में निश्चित वायु का उपयोग करके पाजी  और अन्य बीमारियों के इलाज के लिए एक प्रक्रिया भी स्थापित की। न्यूमेटिक केमिस्ट्री पर प्रिस्टले के काम का उनके प्राकृतिक विश्व के विचारों पर प्रभाव पड़ा। एक हवाई अर्थव्यवस्था में उनका विश्वास डीफ्लॉजिस्टिकेटेड वायु में सबसे शुद्ध प्रकार की वायु होने के उनके विश्वास से उपजा है और यह कि फ्लॉजिस्टन और दहन प्रकृति के केंद्र में हैं। जोसेफ प्रीस्टले ने मुख्य रूप से वायवीय गर्त के साथ शोध किया, लेकिन वह कई नए जल में घुलनशील|जल में घुलनशील वायु को इकट्ठा करने के लिए जिम्मेदार था। यह मुख्य रूप से जल के लिए पारे के उनके प्रतिस्थापन द्वारा प्राप्त किया गया था, और बढ़ी हुई स्थिरता के लिए सिर के नीचे एक शेल्फ को लागू करना, कैवेंडिश द्वारा प्रस्तावित विचार पर पूंजीकरण और पारा वायवीय गर्त को लोकप्रिय बनाना।

हरमन बोएरहावे
जबकि वायवीय रसायन विज्ञान के क्षेत्र में प्रत्यक्ष अनुसंधान के लिए श्रेय नहीं दिया गया, हरमन बोरहावे (शिक्षक, शोधकर्ता और विद्वान) ने 1727 में एलिमेंटा चिमिया को प्रकाशित किया। इस ग्रंथ में हेल्स के काम के लिए समर्थन सम्मलित था और वायु के विचार पर भी विस्तार से बताया गया था। अपने स्वयं के शोध को प्रकाशित नहीं करने के बावजूद, एलिमेंटा चिमिया में वायु पर इस खंड को कई अन्य समकालीनों द्वारा उद्धृत किया गया था और इसमें वायु के गुणों का वर्तमान ज्ञान सम्मलित था। Boerhaave को डेनियल फारेनहाइट के साथ अपने काम के माध्यम से रासायनिक थर्मोमेट्री की दुनिया में जोड़ने का श्रेय भी दिया जाता है, जिसकी चर्चा एलिमेंटा चिमिया में भी की गई है।

हेनरी कैवेंडिश
हेनरी कैवेंडिश, गर्त में पारा (तत्व) के साथ जल को बदलने वाले पहले व्यक्ति नहीं होने के बावजूद, यह देखने वाले पहले लोगों में से थे कि स्थिर वायु पारे के ऊपर अघुलनशील थी और इसलिए अनुकूलित उपकरण का उपयोग करके इसे अधिक कुशलता से एकत्र किया जा सकता है। उन्होंने स्थिर वायु (कार्बन डाइऑक्साइड|CO2) और ज्वलनशील वायु (हाइड्रोजन | एच2). ज्वलनशील वायु पहली गैसों में से एक थी जिसे पृथक किया गया और वायवीय गर्त का उपयोग करके खोजा गया। यद्यपि, उन्होंने अपने स्वयं के विचार को इसकी सीमा तक नहीं भुनाया, और इसलिए पारा वायवीय गर्त का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया। कैवेंडिश को वातावरण में गैसों की मात्रा का लगभग सही विश्लेषण करने का श्रेय दिया जाता है। कैवेंडिश ने यह भी दिखाया कि ज्वलनशील वायु और वायुमंडलीय वायु को मिलाकर 1784 में जल बनाया जा सकता है।

स्टीफन हेल्स
अठारहवीं शताब्दी में, रसायन विज्ञान में दहन विश्लेषण के उदय के साथ, स्टीफन हेल्स ने पदार्थ के नमूनों से गैसों को इकट्ठा करने के लिए वायवीय गर्त का आविष्कार किया; एकत्र की गई गैसों के गुणों में उनकी रुचि नहीं थी, लेकिन वे यह पता लगाना चाहते थे कि उनके द्वारा जलाई गई सामग्री या किण्वन से कितनी गैस निकली। हेल्स वायु को अपनी लोच खोने से रोकने में सफल रहे, यानी जल के माध्यम से गैस को बुदबुदाते हुए, और इसलिए घुलनशील गैसों को घोलकर मात्रा में कमी का अनुभव करने से रोकते हैं।

वायवीय गर्त के आविष्कार के बाद, स्टीफन हेल्स ने विभिन्न वायुओं में अपना शोध जारी रखा, और उनके विभिन्न गुणों के कई न्यूटोनियन विश्लेषण किए। उन्होंने 1727 में अपनी पुस्तक वेजिटेबल स्टैटिक्स प्रकाशित की, जिसका वायवीय रसायन विज्ञान के क्षेत्र पर गहरा प्रभाव पड़ा, जैसा कि कई शोधकर्ताओं ने अपने अकादमिक पत्रों में इसका हवाला दिया। वेजिटेबल स्टैटिक्स में हेल्स ने न केवल अपनी गर्त का परिचय दिया, बल्कि एकत्रित वायु से प्राप्त परिणामों को भी प्रकाशित किया, जैसे कि वायु की लोच और संरचना के साथ-साथ दूसरों के साथ मिश्रण करने की उनकी क्षमता।

वायवीय गर्त
वायवीय रसायन विज्ञान के निर्माता कहे जाने वाले स्टीफन हेल्स ने 1727 में वायवीय गर्त का निर्माण किया। इस उपकरण का व्यापक रूप से कई रसायनज्ञों द्वारा विभिन्न वायु के गुणों का पता लगाने के लिए उपयोग किया गया था, जैसे कि जिसे ज्वलनशील वायु कहा जाता था (जिसे आधुनिक रूप से हाइड्रोजन कहा जाता है)। लैवोज़ियर ने गैसों को इकट्ठा करने और उनका विश्लेषण करने के लिए अपने गैसोमीटर के अलावा इसका इस्तेमाल किया, जिससे उन्हें सरल पदार्थों की सूची बनाने में मदद मिली। वायवीय गर्त, जबकि अठारहवीं शताब्दी में अभिन्न, गैसों को अधिक कुशलता से इकट्ठा करने के लिए या केवल अधिक गैस एकत्र करने के लिए कई बार संशोधित किया गया था। उदाहरण के लिए, कैवेंडिश ने नोट किया कि एक अभिक्रिया द्वारा दी गई निश्चित वायु की मात्रा पूरी तरह से जल के ऊपर मौजूद नहीं थी; इसका मतलब था कि निश्चित जल इस वायु में से कुछ को अवशोषित कर रहा था, और उस विशेष वायु को इकट्ठा करने के लिए मात्रात्मक रूप से इस्तेमाल नहीं किया जा सकता था। इसलिए, उन्होंने गर्त में जल की जगह पारे को डाला, जिसमें अधिकांश हवाएँ घुलनशील नहीं थीं। ऐसा करने से, वह न केवल एक अभिक्रिया द्वारा छोड़ी गई सभी वायु को एकत्र कर सकता था, बल्कि वह जल में वायु की घुलनशीलता भी निर्धारित कर सकता था, जिससे वायवीय रसायनज्ञों के लिए अनुसंधान का एक नया क्षेत्र शुरू हो गया। यद्यपि यह अठारहवीं शताब्दी में गर्त का प्रमुख अनुकूलन था, जल के लिए पारा (तत्व) के इस प्रतिस्थापन से पहले और बाद में कई छोटे बदलाव किए गए थे, जैसे कि गैस संग्रह होने पर सिर को आराम देने के लिए एक शेल्फ जोड़ना। यह शेल्फ विलियम ब्राउनरिग के पशु मूत्र मूत्राशय जैसे कम पारंपरिक सिरों का उपयोग करने की भी अनुमति देगा।

वायवीय गर्त का एक व्यावहारिक अनुप्रयोग युडियमेटर था, जिसका उपयोग जान इंजेनहौज द्वारा यह दिखाने के लिए किया गया था कि पौधों ने सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने पर विलोजीकृत वायु का उत्पादन किया, एक प्रक्रिया जिसे अब प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है।

गैसोमीटर
अपनी रासायनिक क्रांति के दौरान, लेवोज़ियर ने गैसों को सटीक रूप से मापने के लिए एक नया उपकरण बनाया। उन्होंने इस उपकरण को गैस होल्डर कहा। उसके दो भिन्न संस्करण थे; जिसे उन्होंने फ्रेंच एकेडमी ऑफ साइंसेज|एकेडेमी और जनता के प्रदर्शनों में इस्तेमाल किया, जो लोगों को यह विश्वास दिलाने के लिए एक बड़ा महंगा संस्करण था कि इसमें एक बड़ी सटीकता थी, और एक समान सटीकता के साथ छोटा, अधिक प्रयोगशाला व्यावहारिक संस्करण. यह अधिक व्यावहारिक संस्करण निर्माण के लिए सस्ता था, और अधिक रसायनज्ञों को लेवोज़ियर के उपकरण का उपयोग करने की अनुमति देता था।

यह भी देखें

 * मधुमक्खी का छत्ता
 * वायवीय संस्थान

नोट्स और संदर्भ
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