અણુચાળણી

અણુચાળણી (molecular sieves) : વિશિષ્ટ પ્રકારની અણુરચના ધરાવતા, અતિસૂક્ષ્મ છિદ્રાળુ (ultraporous) (d = 5 – 10 Å) અને વિવિધ અણુઓ પ્રત્યે ચાળણી તરીકે વર્તતાં ઝિયોલાઇટ પ્રકારનાં સ્ફટિકમય ઍલ્યુમિનોસિલિકેટ સંયોજનો. તેમનું સામાન્ય સૂત્ર  છે જ્યાં M ધાતુનો આયન અને n તેની સંયોજકતા છે. કુદરતમાં મળી આવતાં ઝિયોલાઇટ જેવાં કે ચેબેઝાઇટ [(Ca,Na₂)Al₂Si₄O₁₂,6H₂O)], મેલિનાઇટ (gmelinite) [(Na₂Ca)Al₂Si₄O₁₂,6H₂O], મોર્ડેનાઇટ (mordanite)  અને લેવિનાઇટ (CaAl₂Si₃O₁₀, 5H₂O) તથા સંશ્લેષિત ઓલાઇટ (દા.ત., BaAl₂Si₄O₁₂, nH₂O), ઉપરાંત ફેલ્સ્પાર પ્રકારનાં ઍલ્યુમિનોસિલિકેટ્સ અને અલ્ટ્રામરીન સંયોજનોનો આમાં સમાવેશ કરી શકાય. ઝિયોલાઇટ સંયોજનોની સામાન્ય અવકાશ ત્રિપરિમાણી સંરચનામાં SiO₄ અને AlO₄ના ચતુષ્ફલક(tetrahedron)માં દરેક ઑક્સિજન પરમાણુ બે ચતુષ્ફલકના ભાગ રૂપે હોય છે, જેથી O(Al + Si)નો પરમાણુ ગુણોત્તર બે થાય છે. Al આયન કરતાં Si આયન પર એક વધુ ધનભાર હોવાને લીધે માળખામાં એક ઋણભાર વધે છે, જેને તટસ્થ કરવા વિસ્થાપન પામી શકે તેવા Na⁺, K⁺ આયનો લાગેલા હોય છે. Ca⁺⁺, Sr⁺⁺, Ba⁺⁺ વગેરે ધન આયનો આવા બે Al-યુક્ત માળખાને તટસ્થ કરી શકે છે. ચતુષ્ફલકીય વલયોના જોડાણથી વિસ્તરિત મધુકોશ (extended honeycomb) જેવી ઉચ્ચ સમમિતિ (symmetry) ધરાવતી જાળીદાર રચનાનું નિર્માણ થાય છે. આ ત્રિપરિમાણીય રચનામાં વલયો અને પોલાણોમાં થઈને આરપાર નળીઓ (channels) પસાર થતી હોય છે. તેમનું કદ સ્ફટિકના કુલ કદના 50 % જેટલું હોય છે. ઝિયોલાઇટના આ પ્રકારના ખુલ્લા (open) અતિસૂક્ષ્મ છિદ્રાળુ માળખાને કારણે તે અણુચાળણી તરીકેના વિશિષ્ટ ગુણો દર્શાવે છે. નળીઓનો વ્યાસ ગરમીના ઉપચારથી અથવા તેમાંનાં ધનાયનોને બદલીને અંકુશમાં રાખી શકાય છે.

આ પદાર્થોની આગળ તરી આવતી લાક્ષણિકતા એ છે કે તેઓની સ્ફટિકીય સંરચનામાં અલ્પ ફેરફાર સાથે અથવા બિલકુલ ફેરફાર વિના તેમનું નિર્જલીકરણ (dehydration) થઈ શકે છે. આવી સક્રિયકૃત અણુચાળણીઓ દૂર થયેલા પાણીના અણુઓને ફરીને ગ્રહણ કરવાની પ્રબળ વૃત્તિ ધરાવે છે. આ વૃત્તિ એટલી પ્રબળ હોય છે કે જો પાણી હાજર ન હોય તો તેઓ ગુહામાં કોઈ પણ પદાર્થને સ્વીકારશે.

આવાં છિદ્રાળુ ખનિજો અણુઓને અલગ કરી શકે છે માટે તે અણુચાળણી તરીકે ઓળખાય છે. ખનિજમાંની નળીઓ તેમના વ્યાસ કરતાં મોટો વ્યાસ ધરાવતા અણુઓ તથા યોગ્ય આકાર નહિ ધરાવતા અણુઓને આરપાર પસાર થવા દે નહિ. વળી નળીઓની અંદરની સપાટી ઉપર અણુઓનું અધિશોષણ શક્ય હોઈ મિશ્રણમાંનો જે પદાર્થ સૌથી વધુ શોષાય તે છેલ્લો બહાર આવે. આ રીતે નળીઓનો વ્યાસ, તેમનો આકાર તથા અંદરની સપાટીના અધિશોષક તરીકેના ગુણોનો યોગ્ય ઉપયોગ કરીને પદાર્થોના અણુઓને અલગ કરવાનું શક્ય બને છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં બીજી કોઈ રીતે જે અણુઓને અલગ કરવાનું શક્ય ન બન્યું હોય તેમને આ રીતે અલગ કરી શકાતા હોવાથી અણુચાળણીઓ ઉદ્યોગમાં ઘણી ઉપયોગી નીવડી છે. n-હેપ્ટેન-આઇસો-હેપ્ટેન; ઇથેનોલ-પાણી, ઇથિલીન-ઇથેન; એલિફેટિક-ઍરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન વગેરે મિશ્રણોના ઘટકો અલગ કરવા માટે અણુચાળણીઓ ઉદ્યોગમાં વપરાય છે. વાયુઓ કે પ્રવાહીઓનાં નિર્જલીકરણમાં પણ તે ઉપયોગી છે. પૂરી વપરાઈ ગયેલી અણુચાળણીઓને ગરમી આપીને ફરીને કાર્યક્ષમ બનાવી શકાય છે. અણુચાળણીઓમાં જરૂરી વાયુઓ (દા.ત., એમોનિયા, ઇથિલીન) શોષીને મળતા ભૂકારૂપ પદાર્થને ફળો ઉપર છાંટવાથી ફળોનો ભેજ અણુચાળણીઓ શોષી લે છે, એટલે વાયુઓ મુક્ત થાય છે અને ફળોને પકવવામાં સહાયરૂપ થાય છે. આમ જરૂરી વાયુઓ સરળતાથી વાપરી શકાય છે. અણુચાળણીઓ ઉદ્દીપક તથા રસાયણોના આધાર (support) તરીકે ઉપયોગી છે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી