कैंप स्थल के अलाव में मुट्ठी भर नमक छिड़कने पर लौ पल भर के लिए पीली हो जाती है, और रात के आकाश में आतिशबाज़ी लाल, हरे और नीले रंग बिखेरती है। आग में डाले गए पदार्थ के अनुसार रंग बदलने की इस घटना के पीछे रसायन विज्ञान का यह सिद्धांत छिपा है कि हर तत्व एक निश्चित रंग का प्रकाश देता है। केवल लौ का रंग देखकर नमूने में मौजूद धातु तत्व की पहचान करने वाला प्रयोग ही ‘ज्वाला परीक्षण (Flame Test)’ है।
सरल शब्दों में, ज्वाला परीक्षण का अर्थ है ‘धातु तत्व या उसके यौगिक को लौ में रखने पर प्रत्येक तत्व के विशिष्ट रंग का प्रकाश दिखाई देने की घटना, या इस घटना के आधार पर तत्व की पहचान करने की विश्लेषण विधि’। महँगे उपकरणों के बिना केवल एक लौ से संघटन का अनुमान लगाया जा सकता है, इसलिए यह स्कूल की प्रयोगशालाओं में अक्सर किया जाता है। लेकिन इसका सिद्धांत परमाणु की संरचना और प्रकाश के गुणों तक जुड़ा हुआ है।
इस लेख में हम क्रम से ज्वाला परीक्षण का अर्थ और रंग बनने का सिद्धांत, विभिन्न तत्वों की लौ के रंग, नए तत्वों की खोज का इतिहास और आतिशबाज़ी में इसका उपयोग, तथा प्रयोग की विधि और उसकी सीमाएँ देखेंगे।
हर तत्व के प्रकाश की अलग पहचान: ज्वाला परीक्षण
ज्वाला परीक्षण क्या है?
कीमियागर भी बहुत पहले से जानते थे कि आग में डाले गए पदार्थ के अनुसार लौ का रंग बदलता है। लेकिन सामान्य लौ में अपने आप नारंगी और पीला रंग होता है, इसलिए नमूने से निकलने वाला रंग उसमें मिल जाने पर उसे अलग पहचानना कठिन था।
इस समस्या को जर्मनी के हाइडेलबर्ग विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ रॉबर्ट बुन्सेन (Robert Bunsen) ने हल किया। बुन्सेन ने हवा और गैस के मिश्रण की मात्रा नियंत्रित करके लगभग रंगहीन, स्वच्छ लौ पैदा करने वाला बर्नर बनाया। यह बुन्सेन बर्नर आज भी प्रयोगशालाओं में एक मानक उपकरण के रूप में इस्तेमाल होता है। रंगहीन लौ में केवल नमूने का रंग स्पष्ट दिखाई देता है, इसलिए तभी से ज्वाला परीक्षण एक विश्वसनीय विश्लेषण विधि बन गया।
ज्वाला परीक्षण में रंग पूरे यौगिक से तय नहीं होता, बल्कि उसमें मौजूद धातु तत्व से तय होता है। सोडियम क्लोराइड हो या सोडियम नाइट्रेट, सोडियम मौजूद होने पर दोनों एक जैसी पीली लौ देते हैं।
लौ में रंग बनने का सिद्धांत और विभिन्न तत्वों के रंग
लौ का रंग परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होता है। इस प्रक्रिया को तीन चरणों में समझा जा सकता है।
(1) ऊर्जा का अवशोषण
लौ की गर्मी मिलने पर धातु के परमाणु के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अवशोषित करके अपनी मूल अवस्था से अधिक ऊर्जा वाली अवस्था में पहुँच जाते हैं। इसे उत्तेजित अवस्था कहते हैं।
(2) प्रकाश का उत्सर्जन
उत्तेजित अवस्था अस्थिर होती है, इसलिए इलेक्ट्रॉन जल्द ही अपनी मूल, कम ऊर्जा वाली अवस्था में लौट आता है और दोनों अवस्थाओं की ऊर्जा के अंतर के बराबर ऊर्जा प्रकाश के रूप में उत्सर्जित करता है।
(3) विशिष्ट रंग
हर तत्व में उन ऊर्जा स्तरों के बीच का अंतर अलग होता है, जिनमें इलेक्ट्रॉन रह सकते हैं। इसलिए हर तत्व से उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य भी अलग होती है। यही अंतर लौ के रंगों में अंतर के रूप में दिखाई देता है।
कुछ प्रमुख तत्वों की लौ के रंग इस प्रकार हैं।
- सोडियम (Sodium): गहरा पीला रंग होता है। लगभग 589 नैनोमीटर तरंगदैर्घ्य का प्रकाश तीव्रता से उत्सर्जित होता है।
- लिथियम (Lithium): गहरा लाल रंग होता है।
- पोटैशियम (Potassium): हल्का बैंगनी रंग होता है।
- कैल्शियम (Calcium): नारंगी आभा वाला लाल रंग होता है।
- स्ट्रॉन्शियम (Strontium): चमकीला किरमिज़ी रंग होता है।
- ताँबा (Copper): नीला-हरा रंग होता है।
- बेरियम (Barium): हल्का पीला-हरा रंग होता है।
सोडियम का पीला प्रकाश रोज़मर्रा की ज़िंदगी में भी आसानी से देखा जा सकता है। सड़कों और सुरंगों को पीले रंग से रोशन करने वाले सोडियम लैंप, सोडियम परमाणुओं से निकलने वाले इसी प्रकाश का उपयोग करते हैं। सूप पकाते समय उफनकर गिरा शोरबा गैस चूल्हे की लौ को पीला कर देता है, तो उसका कारण भी शोरबे के नमक में मौजूद सोडियम ही होता है।
नए तत्व खोजने और रात के आकाश को रंगने वाली लपटें
ज्वाला परीक्षण एक साधारण प्रयोग से आगे बढ़कर नए तत्व खोजने का साधन बन गया। 1859 में बुन्सेन ने भौतिक विज्ञानी गुस्ताव किर्खहॉफ़ (Gustav Kirchhoff) के साथ मिलकर एक वर्णक्रमदर्शी बनाया, जिसमें प्रिज़्म से लौ के प्रकाश को अलग-अलग भागों में बाँटकर देखा जा सकता था। जो रंग आँखों से एक जैसे लगते थे, उन्हें वर्णक्रमदर्शी से देखने पर हर तत्व के लिए अलग-अलग स्थानों पर चमकीली रेखाएँ दिखाई देती थीं।
वर्णक्रमदर्शी से खोजे गए नए तत्व
1860 में खनिजयुक्त झरने के पानी का विश्लेषण करते समय दोनों को आसमानी रंग की दो ऐसी रेखाएँ मिलीं, जिन्हें पहले कभी नहीं देखा गया था। उन्होंने लैटिन में ‘आसमानी रंग’ के अर्थ वाले शब्द के आधार पर उसका नाम सीज़ियम रखा। अगले वर्ष गहरी लाल रेखा के संकेत से उन्होंने रूबिडियम की खोज की। इस तरह तत्वों के नाम ही लौ के रंगों से निकले थे। इसके बाद हरी रेखा वाला थैलियम और नील रंग की रेखा वाला इंडियम भी इसी विधि से खोजे गए। 1868 में पूर्ण सूर्यग्रहण के दौरान सूर्य के प्रकाश में एक ऐसी पीली रेखा देखी गई, जो किसी भी ज्ञात तत्व से मेल नहीं खाती थी। पृथ्वी पर खोजे जाने से पहले ही इस तत्व को यूनानी भाषा में सूर्य के अर्थ वाले शब्द के आधार पर हीलियम नाम दे दिया गया।
आतिशबाज़ी के रंग
आतिशबाज़ी में भी यही सिद्धांत इस्तेमाल होता है। लाल रंग स्ट्रॉन्शियम, हरा रंग बेरियम, पीला रंग सोडियम और नीला रंग ताँबे के यौगिक देते हैं। इनमें साफ़ और गहरा नीला रंग तापमान के प्रति संवेदनशील होता है, इसलिए आतिशबाज़ी के विशेषज्ञ इसे पैदा करना सबसे कठिन मानते हैं।
ज्वाला परीक्षण की विधि और उसकी सीमाएँ
स्कूल में किया जाने वाला ज्वाला परीक्षण सरल है। प्लैटिनम या नाइक्रोम के तार को तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल में डुबोकर लौ में गर्म किया जाता है और यह प्रक्रिया तब तक दोहराकर उसे साफ़ किया जाता है, जब तक उससे कोई रंग न निकले। फिर उस पर नमूना लगाकर उसे अधिक तापमान वाली बाहरी लौ में रखते हैं और रंग देखते हैं।
हालाँकि, ज्वाला परीक्षण की कुछ स्पष्ट सीमाएँ हैं।
(1) सोडियम का हस्तक्षेप
सोडियम का पीला प्रकाश इतना तीव्र होता है कि उसकी बहुत थोड़ी मात्रा भी अन्य रंगों को ढक देती है। इसलिए पोटैशियम के बैंगनी रंग की पहचान करते समय पीले प्रकाश को छानने वाले कोबाल्ट काँच से देखा जाता है।
(2) मिलते-जुलते रंग और व्यक्तिनिष्ठता
लिथियम, स्ट्रॉन्शियम और कैल्शियम जैसे तत्वों के लाल रंग के विभिन्न रूपों को आँखों से अलग पहचानना कठिन होता है, और देखने वाले व्यक्ति के अनुसार निष्कर्ष अलग हो सकता है।
(3) पहचाने जा सकने वाले तत्वों की सीमा
हर धातु लौ में स्पष्ट रंग नहीं देती, और उसकी मात्रा को ठीक-ठीक मापना भी कठिन होता है। आज संघटन के सटीक विश्लेषण के लिए परमाणु उत्सर्जन वर्णक्रममिति जैसी उपकरण-आधारित विश्लेषण विधियाँ इस्तेमाल की जाती हैं।
ज्वाला परीक्षण वह प्रयोग है, जो आँखों के सामने यह दिखाता है कि हर तत्व एक निश्चित प्रकार का प्रकाश उत्सर्जित करता है। बुन्सेन और किर्खहॉफ़ ने जब उस प्रकाश को अलग-अलग भागों में बाँटकर देखा, तभी वर्णक्रमविज्ञान का द्वार खुला। यही सिद्धांत आगे चलकर तारों के प्रकाश से दूर स्थित खगोलीय पिंडों का संघटन जानने तक पहुँचा।
यह याद रखना कि एक लौ के रंग में भी परमाणुओं की कहानी छिपी होती है, पदार्थों की अदृश्य दुनिया को समझने वाली वैज्ञानिक सोच का पहला कदम है।
