രാസോർജം (Chemical energy)

---

സസ്യങ്ങൾ, ആൽഗകൾ, ചിലയിനം ബാക്ടീരിയകൾ എന്നിവയ്ക്കെല്ലാം സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ ഊർജം ഉപയോഗപ്പെടുത്തി ഗ്ലൂക്കോസ് നിർമിക്കാൻ കഴിയും. 

  \( 6CO_2+6H_2O \Rightarrow  C_6H_{12}O_6 +6CO_2\)

ഫോട്ടോസിന്തസിസ് വളരെ സങ്കീർണമായ ഒരു പ്രക്രിയ ആണല്ലോ.  ഭൂമിയിലെ എല്ലാ ജീവജാലങ്ങൾക്കും ആവശ്യമായ ഊർജം ലഭിക്കുന്നത് ഈ പ്രക്രിയ വഴി പ്രകാശോർജത്തെ രാസോർജമായി മാറ്റിക്കൊണ്ടാണ്.  ഇപ്രകാരം ശേഖരിക്കുന്ന ഊർജം പ്രയോജനപ്പെടുത്തിയാണ് സസ്യങ്ങൾ അനേകം രാസപദാർത്ഥങ്ങൾ നിർമിക്കുന്നത്.  ഭൂമിയിലെ ഏറ്റവും വലിയ രാസ ഫാക്ടറി ആയി കണക്കാക്കുന്നത് സസ്യങ്ങളെയാണ്.  

നാം ജീവിതാവശ്യങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊർജത്തിന്റെ ഏറിയ പങ്കും രാസോർജത്തിൽ നിന്നുള്ളതാണ്.  

ഊർജം എപ്രകാരമാണ് പദാർത്ഥങ്ങളിൽ നിലകൊള്ളുന്നത് എന്നു പരിശോധിക്കാം.  അലസ വാതകങ്ങൾ (inert gases) ആറ്റങ്ങളായാണ് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്.  എന്നാൽ മറ്റു മൂലകങ്ങൾ സ്വതന്ത്ര ആറ്റങ്ങളായല്ല നിലനിൽക്കുന്നത്.  ഉദാഹരണമായി ഹൈഡ്രജനെ പരിഗണിക്കാം.  ഹൈഡ്രജൻ ന്യൂക്ലിയസിൽ ഒരു പ്രോട്ടോണും പുറത്തായി ഒരു ഇലക്ട്രോണും മാത്രമുള്ള ഏറ്റവും ചെറിയ ആറ്റമാണല്ലോ.  ഹൈഡ്രജൻ വാതകത്തിൽ സ്വതന്ത്ര ആറ്റങ്ങൾക്കു പകരം രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ രാസബന്ധനം ഉണ്ടായി തന്മാത്ര ആയാണ് നിലനിൽക്കുന്നത്.  ഈ തന്മാത്രയിൽ ഉള്ള രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകളും തന്മാത്രയിലെ രണ്ട് ന്യൂക്ലിയസിലുമുള്ള പ്രോട്ടോണുകളുമായി ദൃഢമായ ആകർഷണവലയത്തിലാണുള്ളത്‌. അതിനാൽ സ്വതന്ത്ര ആറ്റങ്ങളെക്കാൾ വളരെ ഉയർന്ന സ്ഥിരതയാണ് ഈ തന്മാത്രയ്ക്കുള്ളത്. 

ഇതിനർത്ഥം സ്വതന്ത്ര ആറ്റങ്ങളിൽ നിലനിന്നിരുന്ന സ്ഥാനികോർജ്ജം (Potential energy) ഈ രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ രാസബന്ധനം ഉണ്ടായപ്പോൾ വലിയതോതിൽ നഷ്ടപ്പെട്ടു എന്നാണല്ലോ.        

 \( H(g)+H(g)\Rightarrow H_2(g)+ 436 kJ/mol \)

ഈ രാസ സമവാക്യം അനുസരിച്ച് വാതകാവസ്ഥയിലുള്ള രണ്ട് ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ രാസബന്ധനത്തിൽ ഏർപ്പെട്ട് വാതകാവസ്ഥയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ തന്മാത്രയിലെ ഒരു മോൾ രാസബന്ധനങ്ങൾ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ  436 kJ ഊർജം പുറത്തുവിടും.  (ഒരു മോൾ രാസബന്ധനങ്ങൾ  = അവോഗാഡ്രോ സംഖ്യക്ക് (\(6.02\times 10^{23}\)) തുല്യമായത്രയും രാസബന്ധനങ്ങൾ). വ്യത്യസ്തങ്ങളായ രാസബന്ധനങ്ങൾ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ പുറത്തുവിടുന്ന ഊർജത്തിന്റെ അളവുകൾ (ബോണ്ട് എനർജി : Bond energy) പട്ടികയിൽ കാണാം.  

ഈ രാസബന്ധനങ്ങൾ ഉണ്ടായ അവസരത്തിൽ പുറത്തുവിട്ട അതെ അളവിൽ ഊർജം നൽകിയാൽ അവയെ പിളർത്താനുമാകും. ഇതിനെ Bond dissociation energy എന്നു വിളിക്കുന്നു. അളവിൽ ഇവ രണ്ടും തുല്യമാണല്ലോ !

ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ എന്തെല്ലാം മാറ്റങ്ങളാണ് ഉണ്ടാകുന്നത് ? അഭികാരങ്ങളിലെ (reactants) രാസബന്ധനങ്ങൾ പൂർണമായോ ഭാഗികമായോ മുറിഞ്ഞുപോകുകയും ഉല്പന്നങ്ങളിലെ (products) പുതിയ രാസബന്ധനങ്ങൾ ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യുന്നു.  അതിനാൽ അഭികാരങ്ങളിലെ രാസബന്ധനങ്ങളെ പിളർക്കാൻ ആവശ്യമായ ഊർജവും ഉല്പന്നങ്ങളിലെ രാസബന്ധനങ്ങൾ രൂപംകൊണ്ടപ്പോൾ പുറത്തുവിട്ട ഊർജവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസമാണ് ഊർജമായി പുറത്തുവിടുന്നത് അല്ലെങ്കിൽ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് 

ഉദാഹരണമായി മീഥേൻ വാതകത്തിന്റെ ജ്വലനം പരിഗണിക്കാം 

\( CH_4+2O_2\Rightarrow CO_2+2H_2O \)

(ഒരു മോൾ മീഥേൻ: 16g + രണ്ട് മോൾ ഓക്സിജൻ: 64g \(\Rightarrow\) ഒരു മോൾ കാർബൺ ഡൈഓക്സൈഡ്: 44g  + രണ്ട് മോൾ ജലം: 36g) 

രാസ സമവാക്യമനുസരിച്ച് അഭികാരങ്ങളിലെ നാല് കാർബൺ – ഹൈഡ്രജൻ ഏകബന്ധനവും രണ്ട് ഓക്സിജൻ – ഓക്സിജൻ ദ്വിബന്ധനവും പിളർക്കേണ്ടതുണ്ട്.  മുകളിലെ പട്ടികയനുസരിച്ച്  \(4 \times 413 \,kJ+ 2\times 498\,kJ = 2648 kJ\) ഊർജം ഇതിനാവശ്യമാണ്.

ഉല്പന്നങ്ങളിൽ കാർബൺ ഡൈഓക്സൈഡിലെ രണ്ട് കാർബൺ – ഓക്സിജൻ ദ്വിബന്ധനങ്ങളും രണ്ട് ജല തന്മാത്രകളിലായി നാല് ഓക്സിജൻ – ഹൈഡ്രജൻ ഏകബന്ധനങ്ങളും ഉണ്ടല്ലോ.  അവ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ ഉള്ള ഊർജമാറ്റം മുകളിലെ പട്ടിക ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം. 

$$2 \times 799\, kJ + 4 \times 463 \, kJ   =  3450\, kJ $$

അതായത് ഒരു മോൾ മീഥേൻ ജ്വലനവിധേയമാകുമ്പോൾ \(2648 kJ\) ഊർജം ആഗിരണം ചെയ്ത് \(3450\, kJ\) ഊർജം     പുറത്തുവിടുന്നു.  ഊർജമാറ്റം മുഴുവനായി പരിഗണിച്ചാൽ ഒരു മോൾ മീഥേനിൽ നിന്ന്  \(3450 \,kJ– 2648 \,kJ= 802\, kJ\)  ഊർജം ലഭിക്കും .

ഒരു ഉദാഹരണം കൂടി :

$$ C_6H_{12}O_6(s)+6O_2(g) \Rightarrow 6CO_2(g)+6H_2O + 2721 kJ $$

ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള ഒരു മോൾ ഗ്ളൂക്കോസ് (180g) ഓക്സിജന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ പൂർണമായും ജ്വലനത്തിനു വിധേയമായാൽ 2721 kJ ഊർജം ലഭിക്കും.  ബോംബ് കലോറിമീറ്റർ (Bomb Calorimeter) എന്ന ഉപകരണത്തിന്റെ സഹായത്തോടെയാണ് ഇത് അളന്ന്  തിട്ടപ്പെടുത്തുന്നത്.  രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ എത്ര താപമാണ് ഉൽപാദിപ്പിക്കപ്പെട്ടതെന്നു പഠിക്കാൻ ഈ രീതിയാണ് അവലംബിക്കുന്നത്.  താപം പുറത്തുവിടുന്ന രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ താപമോചകങ്ങളെന്നും (Exothermic) താപം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നവയെ താപശോഷകങ്ങളെന്നും (Endothermic) വിളിക്കുന്നു.

പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിൽ ഇതിന്റെ എതിർദിശയിലെ മാറ്റമാണല്ലോ നടക്കുന്നത്.  സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ നിന്ന്   2721 kJ ഊർജം ആഗിരണം ചെയ്താണ് ഇത് സാധ്യമാകുന്നത്.  അതിനാൽ ഇതൊരു താപശോഷക പ്രക്രിയയാണ്.  

നമ്മുടെ ശരീരത്തിനാവശ്യമായ ഊർജം ലഭിക്കുന്നത് പ്രധാനമായും ഗ്ളൂക്കോസിൽ നിന്നാണ്.  മുകളിൽ കാണുന്ന രീതിയിൽ അല്ലെന്നു മാത്രം.  എൻസൈമുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സങ്കീർണമായ ഒരു പ്രക്രിയയാണത്. 

ഒരു രാസപ്രക്രിയയിൽ നടക്കുന്ന ഊർജ മാറ്റത്തിൽ ഏറ്റവും പ്രധാനമായ പങ്ക് അഭികാരത്തിലെയും ഉല്പന്നങ്ങളിലെയും  രാസബന്ധനങ്ങൾക്കാണ്.  എങ്കിലും എൻട്രോപിയിലുള്ള മാറ്റവും ചെറിയതോതിൽ സ്വാധീനിക്കും. 

കാലങ്ങളായി സൂര്യനിൽനിന്ന് ലഭിച്ചിട്ടുള്ള പ്രകാശോർജം രാസോർജമായി ശേഖരിക്കപ്പെട്ടതാണ് ജീവിതം സാധ്യമാക്കിയത് ! 

---