ક્વૉન્ટમ-નીપજ અથવા ક્વૉન્ટમક્ષમતા

ક્વૉન્ટમ-નીપજ અથવા ક્વૉન્ટમક્ષમતા : એક ક્વૉન્ટમ શોષાયેલી ઊર્જાને લીધે રાસાયણિક પરિવર્તન પામતા અણુઓની સંખ્યા Φ. ગણિતીય રૂપે કહેતાં :

         

ક્વૉન્ટમ-નીપજનો સૌપ્રથમ ખ્યાલ સ્ટાર્ક તથા આઇન્સ્ટાઇને (1910) આપેલો. તેનું મૂલ્ય એક કરતાં ઓછાથી માંડીને લાખ સુધીનું હોય છે. પ્રકાશ-રાસાયણિક સમતુલ્યતાના નિયમ મુજબ અણુ દ્વારા શોષાયેલા વિકિરણનો પ્રત્યેક ક્વૉન્ટમ પ્રકાશ-રાસાયણિક પ્રક્રિયાના પ્રાથમિક તબક્કામાં એક અણુને સક્રિય કરે છે. જો નીપજ દ્વારા આગળ કોઈ વધુ પ્રક્રિયા થતી ન હોય તો આવા કિસ્સામાં પ્રક્રિયા કરતા અણુની સંખ્યા અને શોષાયેલા ક્વૉન્ટમની સંખ્યાનો ગુણોત્તર 1 : 1 સંબંધ દર્શાવશે; પરંતુ ઘણા કિસ્સામાં પ્રકાશ-રાસાયણિક રીતે સક્રિય થયેલો અણુ શ્રેણીબદ્ધ ઉષ્મીય પ્રક્રિયાઓ – જેને દ્વિતીયક પ્રક્રિયાઓ કહે છે -ની શરૂઆત કરે છે, પરિણામે એક ક્વૉન્ટમના શોષણથી એક કરતાં વધુ અણુઓની પ્રક્રિયા થાય છે અને તેથી ઉપર પ્રમાણેનો 1 : 1 સંબંધ જળવાતો નથી. કેટલાક કિસ્સાઓમાં પ્રકાશ-રાસાયણિક રીતે સક્રિય અણુ બિન-ઉત્તેજિત થઈ જાય છે. આથી પ્રતિ ક્વૉન્ટમે પ્રક્રિયા પામતા અણુની સંખ્યા એક કરતાં ઓછી થશે. આવાં વિચલન દર્શાવવા ક્વોન્ટમ-નીપજ કે ક્ષમતાની રજૂઆત કરવામાં આવી હતી. પ્રકાશ-રાસાયણિક પ્રક્રિયાની ક્વૉન્ટમ-નીપજ અથવા ક્વૉન્ટમ-ક્ષમતા એટલે પ્રકાશના પ્રત્યેક ક્વૉન્ટમના શોષણથી પ્રક્રિયકના વપરાતા અણુઓની સંખ્યા. બીજી રીતે કહીએ તો ક્વૉન્ટમ-ક્ષમતા એટલે વિકિરણના પ્રત્યેક આઇન્સ્ટાઇનના શોષણદીઠ પ્રક્રિયા પામતા મોલની સંખ્યા. ક્વૉન્ટમ-નીપજનાં એક કરતાં જુદાં મૂલ્ય આવવાનું કારણ એવું આપી શકાય કે આઇન્સ્ટાઇનનો સમતુલ્યતાનો નિયમ માત્ર પ્રાથમિક વિધિ(process)ને જ લાગુ પડે છે, ત્યાર પછીની દ્વિતીયક વિધિને લાગુ પડતો નથી.

ક્વૉન્ટમ-નીપજનું પ્રાયોગિક નિર્ધારણ જુદી જુદી રીતોથી થઈ શકે છે. આ નિર્ધારણ માટે શોષાયેલા આઇન્સ્ટાઇનની સંખ્યા અને નીપજના મળેલા મોલની સંખ્યા જાણવી પડે છે. ક્વૉન્ટમની કે આઇન્સ્ટાઇનની સંખ્યા જાણવા માટે રેડિયો માઇક્રોમિટર, ફોટોઇલેક્ટ્રિક કોષ, રાસાયણિક ઍક્ટિનોમિટર, યુરેનાઇલ ઑક્ઝેલેટ ઍક્ટિનોમિટર વાપરવામાં આવે છે. નીપજનું નિર્ધારણ કોઈ પણ યોગ્ય રાસાયણિક રીતથી કરવામાં આવે છે. કેટલીક પ્રક્રિયાઓમાં ક્વૉન્ટમ- નીપજ ઘણી ઊંચી અને કેટલીક પ્રક્રિયાઓમાં ઘણી નીચે આવે છે; દા. ત.,

ક્રમ	પ્રક્રિયા	તરંગલંબાઈ (Å)	ક્વૉન્ટમ નીપજ
1.	CO + Cl2 = COCl2	4000 – 4360	103
2.	H2 + Cl2 = 2HCl	< 4500	104 – 105
3.	2H2O2 = 2H2O + O2	–	> 7
4.	H2 + Br2 = 2HBr	5100	0.01
5.	2NH3 = N2 + 3H2	2100	0.2
6.	CH3COCH3 = C2H6 + CO	3000	0.1
7.		1800	0.04
8.	2HI = H2 + I2	2070-2823	2
9.	2Fe3+ + I2 = 2Fe2+ + 2I–	5790	1
10.	SO2 + Cl2 = SO2Cl2	4200	1
11.	3O2 = 2O3	1700-1900	3

ઊંચી ક્વૉન્ટમ-નીપજ માટે બૉડેન્સ્ટાઇને આપેલાં કારણો આ પ્રમાણે છે : રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ બે તબક્કામાં થતી હોય છે : (i) પ્રાથમિક વિધિ અને (ii) દ્વિતીયક વિધિ. પ્રાથમિક વિધિમાં એક અણુ પ્રકાશના એક ક્વૉન્ટમનું શોષણ કરે છે. આથી અણુ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં આવે છે અથવા મુક્તમૂલકની રચનામાં ફેરવાય છે. દ્વિતીયક વિધિમાં ઉત્તેજિત અણુ અથવા મુક્તમૂલક અન્ય પ્રક્રિયામાં પરિણમે છે, જે અંધકારમાં પણ થઈ શકે છે. આ વિધિમાં એક કરતાં વધુ અણુઓ વિયોજિત થતા હોય છે જેથી ઊંચી ક્વૉન્ટમ-નીપજ મળે છે. H₂ અને Cl₂ વચ્ચેની પ્રક્રિયામાં પ્રક્રિયા-સાંકળ ચાલુ રહે છે જેથી મળતા HClના અણુની સંખ્યા એક કરતાં વધારે હોય છે. આવી સાંકળ આગળ વધતી અટકાવવા પ્રક્રિયામાં અસંગત (foreign) પદાર્થ ઉમેરવામાં આવે છે. માર્શલ અને ટેલર અનુસાર સાંકળમાંનો ઓછામાં ઓછો એક તબક્કો પ્રાયોગિક રીતે કરી શકાય છે.

અથડામણને લીધે ઉત્તેજિત અણુ બિનઉત્તેજિત બને અથવા તેનું પ્રસ્ફુરણ થાય કે નીપજોનું પુન: જોડાણ થાય તો ક્વૉન્ટમ-નીપજનું મૂલ્ય નીચું રહે છે. HIનું વિયોજન, HBrનું વિયોજન, ઍન્થ્રેસિનનું બહુલીકરણ વગેરે નીચી ક્વૉન્ટમ નીપજવાળી પ્રક્રિયાઓનાં ઉદાહરણ છે. ક્વૉન્ટમ નીપજને અસર કરતાં પરિબળોમાં (ક) તાપમાન, (ખ) તરંગલંબાઈ, (ગ) પ્રકાશની તીવ્રતા, (ઘ) નિષ્ક્રિય વાયુઓનું ઉમેરણ અથવા હાજરી વગેરે ગણાવી શકાય.

ઈન્દ્રવદન મનુભાઈ ભટ્ટ