બહુરૂપતા (રસાયણશાસ્ત્ર) (અપરરૂપતા, અનેકરૂપતા)

January, 2000

બહુરૂપતા (રસાયણશાસ્ત્ર) (અપરરૂપતા, અનેકરૂપતા) (poly- morphism, allotropy) : કોઈ પણ તત્વની (કે પદાર્થની) ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોની ર્દષ્ટિએ એક કરતાં વધુ વિભિન્ન સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવવાની ઘટના. આવાં જુદાં જુદાં સ્વરૂપોને બહુરૂપકો (polymorphs) કહે છે. તત્ત્વનાં આવાં સ્વરૂપો વચ્ચેના તફાવતમાં નીચેની પૈકી એક બાબત સમાયેલી હોય છે : (i) સ્ફટિકીય સંરચના, (ii) વાયુના અણુમાં રહેલા પરમાણુઓની સંખ્યા અને (iii) પ્રવાહીની આણ્વિક (molecular) સંરચના. પ્રથમ પ્રકારનું ઉદાહરણ કાર્બન છે કે જે સ્ફટિકમય અને અસ્ફટિકમય બંને સ્વરૂપે મળે છે. સ્ફટિકમય સ્વરૂપોમાં કઠણ, પારદર્શક હીરાનો તથા કાળા, નરમ ગ્રૅફાઇટનો સમાવેશ થાય છે. ફુલેરીન પણ કાર્બનનું એક અપરરૂપ છે. મેશ એ અસ્ફટિકમય કાર્બન છે. બીજા પ્રકારનું ઉદાહરણ ઑક્સિજન છે. સામાન્ય ઑક્સિજન બે પરમાણુઓ ધરાવે (દ્વિપારમાણ્વિક) છે, જ્યારે ઓઝોન ઑક્સિજનના ત્રણ પરમાણુ ધરાવે છે. બંનેની આણ્વિક સંરચના વિભિન્ન હોય છે. સામાન્ય ઑક્સિજનને કોઈ વાસ હોતી નથી, જ્યારે ઓઝોન વિશિષ્ટ અને તીવ્ર વાસ ધરાવે છે. પ્રવાહી ગંધક અને હીલિયમ ત્રીજા પ્રકારનાં ઉદાહરણો છે.

સામાન્ય રીતે ઘન પદાર્થોમાં બહુરૂપતા તેમની જુદી જુદી સ્ફટિક-સંરચનાને કારણે જોવા મળે છે. આવર્તક (periodic) કોષ્ટકના ચોથા (IV), પાંચમા (V) અને છઠ્ઠા (VI) સમૂહોમાં તે વધુ જોવા મળે છે. આમ, કાર્બન, ફૉસ્ફરસ, આર્સેનિક, ઑક્સિજન, સલ્ફર, લોહ (આયર્ન) (ઊંચા તાપમાને), કલાઈ (tin), સિલીનિયમ જેવાં તત્ત્વો એક કરતાં વધુ સ્વરૂપે જોવા મળે છે. કલાઈ બે, યુરેનિયમ ત્રણ, મૅંગેનીઝ ચાર જ્યારે પ્લૂટોનિયમ છ જેટલાં અપર રૂપો ધરાવે છે. ફૉસ્ફરસ સફેદ, કાળો અને લાલ એમ ત્રણ સ્વરૂપે મળે છે. રૉમ્બિક અને મૉનોક્લિનિક એ સલ્ફરનાં સ્ફટિકમય સ્વરૂપો છે. જ્યારે લેમ્ડા, મ્યુ અને જાંબલી એ અસ્ફટિકી સ્વરૂપો છે.

કેટલીક વાર એવું બને છે કે વિવિધ રૂપો તાપમાનની ચોક્કસ સીમામાં જ સ્થાયી હોય છે. દા.ત., કલાઈમાં બે સ્ફટિકરૂપો પૈકી સફેદ (ધાત્વિક) કલાઈ 13.2° સે.થી ઊંચા જ્યારે રાખોડી (અધાત્વિક) કલાઈ 13.2° સે.થી નીચા તાપમાને સ્થાયી હોય છે. જે તાપમાને એક અપર રૂપ બીજામાં ફેરવાય તેને તેનું સંક્રમણ (transition) તાપમાન કહે છે. આ પ્રકારની ઘટનાને ઉત્ક્રમ્યરૂપિતા (enantiotropy) કહે છે. મૉનોક્લિનિક અને રૉમ્બિક સલ્ફર વચ્ચેનું સંક્રમણ તાપમાન 96° સે. જેટલું છે. કાર્બનનાં બે અપર રૂપો, હીરો અને ગ્રૅફાઇટ, એકબીજા સાથે સમતોલનમાં અસ્તિત્વ ધરાવે તેવું કોઈ સંક્રમણ તાપમાન નથી. આ ઘટનાને એકરૂપિતા (monotropy) કહે છે.

કેટલાંક સંયોજનો પણ જુદી જુદી સ્ફટિકરચનાને કારણે બહુરૂપતા ધરાવે છે; દા.ત., કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO3) બે સ્ફટિકીય સ્વરૂપો ધરાવે છે; એરેગોનાઇટ [વિષમલંબાક્ષ (orthorhombic) સંરચના] અને કેલ્સાઇટ [ત્રિસમનતાક્ષ (trigonal)]. ટાઇટેનિયમ ડાયૉક્સાઇડ (TiO2) ત્રણ સ્ફટિક-સંરચના ધરાવે છે. તે પૈકી રૂટાઇલ એ દ્વિસમલંબાક્ષ (tetragonal) છે; અનાસ્તેજ પણ દ્વિસમલંબાક્ષ છે; જ્યારે બ્રૂકાઇટ એ વિષમલંબાક્ષ છે. બે સ્વરૂપ ધરાવતા પદાર્થ દ્વિરૂપી (dimorphous) અને ત્રણ બહુરૂપકો ધરાવતો પદાર્થ ત્રિરૂપી (trimorphous) કહેવાય છે.

બહુરૂપકોના અસ્તિત્વના કારણ અંગે કોઈ સર્વમાન્ય સમજૂતી મળતી નથી.

જ. પો. ત્રિવેદી