સંશ્લેષ (cohesion)

સંશ્લેષ (cohesion) : દ્રવ્યને ભેગું રાખતું બળ. અણુઓ અને પરમાણુઓ વચ્ચે પ્રવર્તતા આકર્ષણને લીધે આ બળ પેદા થાય છે. પદાર્થના કણો વચ્ચેનું અંતર જેમ જેમ વધતું જાય છે તેમ તેમ આ બળ ઘટતું જાય છે. થોડાક અપવાદો બાદ કરતાં, ઘન પદાર્થોમાં સંશ્લેષ મહત્તમ હોય છે. પ્રવાહીઓમાં આ બળ ઘન પદાર્થોની તુલનામાં થોડુંક ઓછું હોય છે અને વાયુઓમાં આ બળ સૌથી ઓછું હોય છે.

બીજી રીતે, સંઘનિત (condensed) દ્રવ્ય-અવસ્થામાં કણોનું ભેગા ચોંટી રહેવાનું વલણ આ બળને કારણે જોવા મળે છે. અથવા તો એવી પ્રક્રિયાઓ કે બળો આમ ભેગાં રહેવાની ફરજ પાડે છે. પદાર્થના ઘટક કણોને છૂટા પાડવા માટે જે કાર્ય કરવું પડે છે તેને સંસક્તિ ઊર્જા કહે છે; જેમ કે, ધાતુની સંસક્તિ ઊર્જા એટલે ધાતુનો ભૂકો કરી તેના પરમાણુઓને ધરાવસ્થા(ground state)માં લઈ જવા માટે કરવું પડતું કાર્ય. ઘન કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ પદાર્થને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડના અણુઓમાં અલગ કરવા માટે આવશ્યક ઊર્જાને સંસક્તિ ઊર્જા કહે છે. સામાન્ય દ્રવ્યમાં ધન અને ઋણ વિદ્યુતભારો વચ્ચે પ્રવર્તતી આંતરક્રિયાઓને લીધે પેદા થતું કુલંબ-બળ અથવા ક્વૉન્ટમ-યાંત્રિકીય ગતિજ ઊર્જાને લીધે આવું બળ પરિણમે છે. કુલંબ આંતરક્રિયા ઊર્જા ઘટાડે છે અને કણોને ભેગા રાખવાનું વલણ ધરાવે છે. ઇલેક્ટ્રૉન જેવો ક્વૉન્ટમ-યાંત્રિકીય કણ બિલકુલ ઓછી જગા(કદ)માં બંધિત હોવાથી, તેની ગતિજ ઊર્જા વધે છે. દ્રવ્યનું સંશ્લેષ-બળ આ બે અસરો વચ્ચેની નાજુક સમતુલા છે.

રસાયણવિજ્ઞાનમાં જેવો આંતર-આણ્વિક બળો અને રાસાયણિક બંધનો અભ્યાસ તેવો ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં સંશ્લેષ-બળનો અભ્યાસ છે. સંશ્લેષ-બળ એ સ્થૂળ સંધાનિત પદાર્થનું બંધન (binding) છે, અને નહિ કે પરમાણુઓના નાના જૂથ વચ્ચેનું બંધન કે વિસરિત વાયુના કણો વચ્ચેની પારસ્પરિક આંતરક્રિયા. વિદ્યુતસ્થિત (electrostatic) અને ગતિજ ઊર્જાઓ વચ્ચેની સમતુલન પ્રકૃતિને આધારે સંશ્લેષ-બળને કેટલાક ભાગોમાં વહેંચી શકાય છે. આવી વર્ગીકરણની પદ્ધતિઓ આણ્વિક આયનિક, સહસંયોજક અને ધાત્વિક બંધનોને અલગ પાડે છે.

આણ્વિક બંધન (molecular bond) : જ્યારે અણુઓ વધુ પડતા નજીક આવે છે ત્યારે ઇલેક્ટ્રૉન-વાદળો એકબીજાં ઉપર સંપાત થાય છે. પાઉલીના બાકાતીના નિયમ (Pauli’s Exclusion Principle) મુજબ બે ઇલેક્ટ્રૉન એક જ ક્વૉન્ટમ-યાંત્રિકીય અવસ્થામાં રહી શકતા નથી. આ નિયમથી ઇલેક્ટ્રૉન અવસ્થાઓમાં વિરૂપણ આવે છે, જેને કારણે ઇલેક્ટ્રૉનિક ગતિજ ઊર્જા વધે છે. ગતિજ ઊર્જાનો વધારો બંધન-સામર્થ્ય ઘટાડે છે. આકર્ષીય ડાયપોલ-ડાયપોલ આંતરક્રિયા અને ગતિજ ઊર્જાના વધારા વચ્ચેની સ્પર્ધા આંતર-અણુકીય અવકાશને સમતુલા ભણી લઈ જાય છે.

આયનિક બંધન (ionic bond) : સોડિયમ ક્લોરાઇડ (NaCl) જેવી પ્રણાલીમાં ધન આયન (Na⁺) અને ઋણ આયન (Cl^–) વચ્ચે આકર્ષણ પ્રવર્તે છે. મોટાભાગની આયનિક પ્રણાલીઓ બંધ-કવચ (closed shell) આયનોની બનેલી હોય છે. ગર્ભ-ગર્ભ અપાકર્ષણ પ્રવર્તે છે. વિદ્યુતભારિત કણો વચ્ચેની આંતરક્રિયા તટસ્થ અણુઓ વચ્ચેની આંતરક્રિયા કરતાં પ્રબળ હોઈ, આયનિક પ્રણાલીની સંસક્તિ ઊર્જા વધુ હોય છે.

સહસંયોજક બંધન (covalent bond) : કાર્બન સ્ફટિકના ગ્રૅફાઇટ અને ડાયમંડ આ પ્રકારનું બંધન ધરાવે છે. સિલિકન અને જર્મેનિયમ પણ આવું બંધન ધરાવે છે. સહસંયોજક બંધન ધરાવતા સ્ફટિકોની સંસક્તિ ઊર્જા ધનના આયનિક સ્ફટિકનાં લક્ષણો સાથે સામ્ય ધરાવે છે. સહસંયોજક બંધનો દિશિક (directional) હોઈ પ્રવાહીમાં તે અનુકૂળ નથી. ઉદાહરણ રૂપે, ગલનબિંદુએ સિલિકન અને જર્મેનિયમ અર્ધવાહક સ્ફટિકમાંથી ધાત્વિક પ્રવાહીમાં રૂપાંતર પામે છે.

ધાત્વિક બંધન (metallic bond) : ધાત્વિક સ્ફટિકોમાં ધન ધાત્વિક આયનોની નિયમિત ગોઠવણી મુક્ત ઇલેક્ટ્રૉનના ‘વાતાવરણ’થી જકડાયેલી હોય છે. સ્થિર વિદ્યુત આંતરક્રિયા તેનું મૂળ છે. આવી આંતરક્રિયા પરમાણુઓએ મુક્ત કરેલા સંયોજક ઇલેક્ટ્રૉન અને સ્ફટિકના ઘન અંતર્ભાગ વચ્ચે થતી હોય છે. બંધનમાં ભાગ લેતા કણો ઢ રીતે યુગ્મિત થતા નથી. મુક્ત સંયોજક ઇલેક્ટ્રૉન ઘણી વધારે ચાલકતા ધરાવતા હોઈ સ્થાનગત થયેલા હોતા નથી. નીચા તાપમાને આવી ધાતુઓ વિદ્યુતની સુવાહક હોય છે.

જો સંશ્લેષનું કાર્ય (ઊર્જા) જાણવામાં આવે તો દ્રવ્યનું તત્ત્વ-સામર્થ્ય (tensile strength) નક્કી કરી શકાય છે. ગણતરી કરેલાં સામર્થ્યનાં મૂલ્યો ઘણાં વધારે હોય છે. કેટલાક પદાર્થોનું સહેલાઈથી ભંજન કરી શકાય છે. પ્રવાહીઓની બાબતે ઉચ્ચ તનન-સામર્થ્ય માપી શકાતું નથી, કારણ કે જેવું તેના ઉપર બળ લગાડવામાં આવે છે કે તરત જ તે વહેવા લાગે છે.

હરગોવિંદ બે. પટેલ