Notes Potha

පරමාණුක ව්‍යුහය යනු පරමාණුවක් සෑදී ඇති ආකාරය සහ එහි අඩංගු අංශු පිලිබඳ අධ්‍යයනයයි. මූලික වශයෙන්, පරමාණුවක් පරමාණුක න්‍යෂ්ටියක් (atomic nucleus) සහ එය වටා කක්ෂවල පිහිටා ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන (electrons) වලින් සමන්විත වේ. පරමාණුවේ මධ්‍යයේ පිහිටි න්‍යෂ්ටිය, ප්‍රෝටෝන (protons) සහ නියුට්‍රෝන (neutrons) වලින් සමන්විත වන අතර, මෙම අංශු දෙක සාමූහිකව නියුක්ලියෝන (nucleons) ලෙස හැඳින්වේ. ප්‍රෝටෝන ධන ආරෝපිත වන අතර, නියුට්‍රෝන ආරෝපණ රහිත වේ. න්‍යෂ්ටිය වටා කක්ෂගත වන ඉලෙක්ට්‍රෝන සෘණ ආරෝපිත අංශු වේ.

රසායනික ගණනය යනු රසායන විද්‍යාවේදී පදාර්ථයේ ප්‍රමාණයන්, ප්‍රතික්‍රියාවල ප්‍රමාණයන් සහ රසායනික සංයෝගවල සංයුතිය ගණනය කිරීම සඳහා ගණිතමය මූලධර්ම සහ සමීකරණ යෙදීමයි. රසායනික සමීකරණ සමතුලිත කිරීම, මවුල සංකල්පය (mole concept) භාවිතා කරමින් ස්කන්ධය, මවුල ගණන, අණු ප්‍රමාණය හෝ පරිමාව අතර සම්බන්ධතා සොයා ගැනීම මෙයට ඇතුළත් වේ. උදාහරණයක් ලෙස, යම් ප්‍රතික්‍රියාවකදී නිපදවන නිෂ්පාදනයේ ස්කන්ධය ගණනය කිරීම, ද්‍රාවණයක සාන්ද්‍රණය (concentration) නිර්ණය කිරීම, හෝ රසායනික සංයෝගයක ආනුභවික සූත්‍රය (empirical formula) සහ අණුක සූත්‍රය (molecular formula) තීරණය කිරීම සඳහා රසායනික ගණනය අත්‍යවශ්‍ය වේ. මෙම ගණනයන් රසායනාගාර කටයුතුවලදී, කාර්මික නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන්හිදී සහ පර්යේෂණවලදී නිවැරදි හා කාර්යක්ෂම ප්‍රතිඵල ලබා ගැනීමට මූලික වන අතර, රසායන විද්‍යාඥයින්ට හා ඉංජිනේරුවන්ට ද්‍රව්‍යවල හැසිරීම් පුරෝකථනය කිරීමට සහ පාලනය කිරීමට උපකාරී වේ.

පදාර්ථයේ ප්‍රධාන අවස්ථා තුනෙන් එකක් වන වායු අවස්ථාව, නියත හැඩයක් හෝ නියත පරිමාවක් නොමැති ද්‍රව්‍ය ස්වභාවයකි. වායු අණු හෝ පරමාණු එකිනෙකින් ඉතා ඈතින් පිහිටා ඇති අතර, ඒවා අතර ඇති ආකර්ෂණ බල ඉතා දුර්වල වේ. මෙම අංශු අහඹු ලෙස සහ ඉතා වේගයෙන් නිරන්තරයෙන් චලනය වන අතර, එකිනෙක සහ ඔවුන් අඩංගු භාජනයේ බිත්ති සමඟ ගැටේ. මෙම අංශු වල අහඹු චලිතය නිසා වායූන් පැතිරීමට (diffuse) සහ මිශ්‍ර වීමට (mix) නැඹුරු වේ.

වායුන්ගේ ගුණාංග විස්තර කිරීමට උෂ්ණත්වය (Temperature), පීඩනය (Pressure) සහ පරිමාව (Volume) යන සාධක ඉතා වැදගත් වේ. උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට වායු අණුවල චාලක ශක්තිය වැඩි වන අතර, පීඩනය වැඩි වන විට වායුවේ පරිමාව අඩුවේ. පරිපූර්ණ වායු නියමය (Ideal Gas Law - $$\text{PV}=\text{nRT}$$) වැනි නියම මගින් මෙම සාධක අතර සම්බන්ධතා විස්තර කරයි. වායු අවස්ථාවේදී පදාර්ථය අධ්‍යයනය කිරීම භෞතික විද්‍යාවේ, රසායන විද්‍යාවේ සහ ඉංජිනේරු විද්‍යාවේ වැදගත් වන අතර, කාලගුණ විද්‍යාව, අභ්‍යවකාශ ගවේෂණය සහ කාර්මික ක්‍රියාවලීන්හිදී එයට පුළුල් යෙදීම් ඇත.

ශක්ති විද්‍යාව යනු තාපය (heat) සහ වෙනත් ආකාරයේ ශක්ති (energy) අතර සම්බන්ධය මෙන්ම, ශක්තිය වැඩ (work) බවට පරිවර්තනය වන ආකාරය සහ පදාර්ථය තුළ ශක්තියේ වෙනස්වීම් පිළිබඳව අධ්‍යයනය කරන භෞතික විද්‍යාවේ ශාඛාවකි. මෙය පද්ධතිවල (systems) ශක්ති හුවමාරු සහ ඒවායේ ගුණාංග (උෂ්ණත්වය, පීඩනය, පරිමාව) අතර ඇති සම්බන්ධතා විස්තර කරන නියම කිහිපයක් මත පදනම් වේ.

ප්‍රධාන වශයෙන් ශක්ති විද්‍යාවේ නියම හතරක් ඇත:

1. ශක්ති විද්‍යාවේ ශූන්‍ය නියමය (Zeroth Law of Thermodynamics): පද්ධති දෙකක් වෙන වෙනම තුන්වන පද්ධතියක් සමඟ තාප සමතුලිතතාවයේ පවතී නම්, එම පද්ධති දෙක එකිනෙක සමඟද තාප සමතුලිතතාවයේ පවතී. මෙය උෂ්ණත්වය මැනීමේ පදනම වේ.
2. ශක්ති විද්‍යාවේ පළමු නියමය (First Law of Thermodynamics): ශක්ති සංස්ථිති නියමය ලෙසද මෙය හැඳින්වේ. ශක්තිය නිර්මාණය කිරීමට හෝ විනාශ කිරීමට නොහැකි අතර, එය එක් ආකාරයකින් තවත් ආකාරයකට පරිවර්තනය කළ හැක. පද්ධතියකට ලබා දෙන තාපය, එහි අභ්‍යන්තර ශක්තියේ වෙනසට සහ පද්ධතිය මගින් සිදු කරන කාර්යයට සමාන වේ.
3. ශක්ති විද්‍යාවේ දෙවන නියමය (Second Law of Thermodynamics): ස්වභාවික ක්‍රියාවලීන් සිදුවන්නේ පද්ධතියේ සමස්ත අවුල් සහගත බව හෙවත් එන්ට්‍රොපිය (entropy) වැඩි වන දිශාවටය. මෙය තාප එන්ජින්වල කාර්යක්ෂමතාවයට සීමා පනවයි.
4. ශක්ති විද්‍යාවේ තෙවන නියමය (Third Law of Thermodynamics): නිරපේක්ෂ ශුන්‍ය උෂ්ණත්වයට (absolute zero temperature) ළඟා වන විට, පරමාණුක මට්ටමේදී පද්ධතියක එන්ට්‍රොපිය අවම අගයක් ගනී (සාමාන්‍යයෙන් ශුන්‍ය වේ).

ශක්ති විද්‍යාව එන්ජින් සැලසුම් කිරීම, ශීතකරණ පද්ධති, රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවල ශක්‍යතාව (feasibility), ද්‍රව්‍යවල ගුණාංග සහ පාරිසරික ක්‍රියාවලීන් තේරුම් ගැනීම වැනි විවිධ ක්ෂේත්‍රවලට අත්‍යවශ්‍ය වේ.

S, P, සහ D ගොනු වලට අයත් මූලද්‍රව්‍යන්ගේ රසායනය

ආවර්තිතා වගුව, මූලද්‍රව්‍ය ඒවායේ ඉලෙක්ට්‍රෝන වින්‍යාසය සහ රසායනික ගුණාංග අනුව S, P, D, සහ F ගොනු (blocks) ලෙස වර්ග කරයි. මෙම ගොනු තුන, එනම් S, P, සහ D ගොනු මූලද්‍රව්‍ය, රසායන විද්‍යාවේදී ඉතා වැදගත් වන අතර, ඒවායේ ගුණාංගවලට හේතුවන්නේ ඒවායේ අවසාන ඉලෙක්ට්‍රෝන පුරවන උප කවචයයි.

S ගොනුව (S-block)

S-ගොනුවට අයත් වන්නේ ආවර්තිතා වගුවේ 1 කාණ්ඩයේ (ක්ෂාර ලෝහ - Alkali Metals) සහ 2 කාණ්ඩයේ (ක්ෂාරීය පාංශු ලෝහ - Alkaline Earth Metals) මූලද්‍රව්‍ය වේ. මේවායේ බාහිරතම වැලන්ස් ඉලෙක්ට්‍රෝන S උප කවචයේ පිහිටා ඇත. මෙම මූලද්‍රව්‍ය ඉතා ප්‍රතික්‍රියාශීලී වන අතර, පහසුවෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන (1 කාණ්ඩය +1 අයනයක් ලෙසත්, 2 කාණ්ඩය +2 අයනයක් ලෙසත්) ලබා දී ධන ආරෝපිත අයන සාදයි. ඒවා ලෝහමය ගුණ පෙන්වන අතර, අඩු අයනීකරණ ශක්තීන් සහ අඩු විද්‍යුත් ඍණතා පෙන්වයි.

P ගොනුව (P-block)

P-ගොනුවට අයත් වන්නේ ආවර්තිතා වගුවේ 13 සිට 18 දක්වා කාණ්ඩවල (බෝරෝන් කාණ්ඩය, කාබන් කාණ්ඩය, නයිට්‍රජන් කාණ්ඩය, ඔක්සිජන් කාණ්ඩය, හැලජන සහ උච්ච වායු) මූලද්‍රව්‍ය වේ. මේවායේ බාහිරතම වැලන්ස් ඉලෙක්ට්‍රෝන P උප කවචයට පුරවනු ලැබේ. P-ගොනුවට ලෝහ, අලෝහ සහ අර්ධ ලෝහ (metalloids) යන සියලු වර්ගවල මූලද්‍රව්‍ය ඇතුළත් වන නිසා, ඒවායේ රසායනික ගුණාංග පුළුල් පරාසයක විහිදේ. 17 කාණ්ඩයේ හැලජන වැනි මූලද්‍රව්‍ය ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමට දැඩි ප්‍රවණතාවක් දක්වන අතර, 18 කාණ්ඩයේ උච්ච වායු රසායනිකව අක්‍රීය වේ. මෙම මූලද්‍රව්‍ය අයන බන්ධන මෙන්ම සහසංයුජ බන්ධනද සෑදීමට හැකියාව දක්වයි.

D ගොනුව (D-block)

D-ගොනුවට අයත් වන්නේ ආවර්තිතා වගුවේ 3 සිට 12 දක්වා කාණ්ඩවල පිහිටි සංක්‍රාන්ති මූලද්‍රව්‍ය (Transition Elements) වේ. මේවායේ අවසාන ඉලෙක්ට්‍රෝන d උප කවචයට පුරවනු ලැබේ. සංක්‍රාන්ති මූලද්‍රව්‍යවල සුවිශේෂී ගුණාංග රාශියක් ඇත:

• විචල්‍ය සංයුජතා (Variable Valency/Oxidation States): ඒවා විවිධ ධන ආරෝපිත තත්ත්වයන් පෙන්වයි (උදා: යකඩ Fe2+සහFe3+).
• වර්ණවත් සංයෝග සාදයි: ඒවායේ බොහෝ සංයෝග ජලීය ද්‍රාවණවලදී වර්ණවත් වේ (උදා: තඹ සල්ෆේට් නිල් පැහැතිය).
• උත්ප්‍රේරක ගුණ (Catalytic Properties): කාර්මික ප්‍රතික්‍රියාවලදී උත්ප්‍රේරක ලෙස ක්‍රියා කිරීමට හැකියාව ඇත.
• සංකීර්ණ සංයෝග (Complex Compounds) සාදයි: ලෝහ අයන, ලිගන්ඩ් (ligands) සමඟ සම්බන්ධ වී සංකීර්ණ ව්‍යුහයන් සාදයි.

මෙම ගොනු තුනට අයත් මූලද්‍රව්‍යයන්ගේ රසායනය අවබෝධ කර ගැනීම, ද්‍රව්‍යවල ගුණාංග, රසායනික ප්‍රතික්‍රියා සහ විවිධ කාර්මික යෙදීම් තේරුම් ගැනීම සඳහා අත්‍යවශ්‍ය වේ.

කාබනික රසායනය යනු කාබන් පරමාණුව අඩංගු සංයෝග සහ ඒවායේ ගුණ, ව්‍යුහය, ප්‍රතික්‍රියා සහ සංස්ලේෂණය අධ්‍යයනය කරන රසායන විද්‍යාවේ ශාඛාවයි. කාබන් පරමාණුවට අද්විතීය හැකියාවක් ඇත: එයට අනෙකුත් කාබන් පරමාණු සමඟ දිගු දාම, ශාඛා සහිත ව්‍යුහයන් සහ වළලු සෑදිය හැකි අතර, හයිඩ්‍රජන්, ඔක්සිජන්, නයිට්‍රජන්, හැලජන වැනි විවිධ පරමාණු සමඟද බන්ධන සෑදිය හැකිය. මෙම සුවිශේෂී හැකියාව නිසා කාබන්, අති විශාල හා විවිධාකාර සංයෝග ප්‍රමාණයක් සාදයි. ජීවීන්ගේ පැවැත්මට අත්‍යවශ්‍ය වන ප්‍රෝටීන, න්‍යෂ්ටික අම්ල (DNA, RNA), මේද සහ කාබෝහයිඩ්‍රේට වැනි සංයෝග ඇතුළුව, ජීව රසායනික ද්‍රව්‍ය බොහොමයක් කාබනික සංයෝග වේ.

කාබනික රසායනය ඖෂධවේදය, කෘෂිකර්මාන්තය, පෙට්‍රෝලියම් කර්මාන්තය, බහු අවයවික (polymers) නිෂ්පාදනය සහ නව ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය වැනි බොහෝ කර්මාන්ත සඳහා අතිශයින් වැදගත් වේ. එය අප අවට ලෝකයේ ද්‍රව්‍ය සෑදී ඇති ආකාරය සහ ඒවා එකිනෙක සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරන ආකාරය පිළිබඳ මූලික අවබෝධයක් ලබා දෙයි.

කාබනික රසායනය යනු කාබන් පරමාණුව අඩංගු සංයෝග සහ ඒවායේ ගුණ, ව්‍යුහය, ප්‍රතික්‍රියා සහ සංස්ලේෂණය අධ්‍යයනය කරන රසායන විද්‍යාවේ ශාඛාවයි. කාබන් පරමාණුවට අද්විතීය හැකියාවක් ඇත: එයට අනෙකුත් කාබන් පරමාණු සමඟ දිගු දාම, ශාඛා සහිත ව්‍යුහයන් සහ වළලු සෑදිය හැකි අතර, හයිඩ්‍රජන්, ඔක්සිජන්, නයිට්‍රජන්, හැලජන වැනි විවිධ පරමාණු සමඟද බන්ධන සෑදිය හැකිය. මෙම සුවිශේෂී හැකියාව නිසා කාබන්, අති විශාල හා විවිධාකාර සංයෝග ප්‍රමාණයක් සාදයි. ජීවීන්ගේ පැවැත්මට අත්‍යවශ්‍ය වන ප්‍රෝටීන, න්‍යෂ්ටික අම්ල (DNA, RNA), මේද සහ කාබෝහයිඩ්‍රේට වැනි සංයෝග ඇතුළුව, ජීව රසායනික ද්‍රව්‍ය බොහොමයක් කාබනික සංයෝග වේ.

කාබනික රසායනය ඖෂධවේදය, කෘෂිකර්මාන්තය, පෙට්‍රෝලියම් කර්මාන්තය, බහු අවයවික (polymers) නිෂ්පාදනය සහ නව ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය වැනි බොහෝ කර්මාන්ත සඳහා අතිශයින් වැදගත් වේ. එය අප අවට ලෝකයේ ද්‍රව්‍ය සෑදී ඇති ආකාරය සහ ඒවා එකිනෙක සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරන ආකාරය පිළිබඳ මූලික අවබෝධයක් ලබා දෙයි.

චාලක රසායනය යනු රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවල වේගය (rate), එම වේගයට බලපාන සාධක සහ ප්‍රතික්‍රියා සිදුවන යාන්ත්‍රණය (mechanism) අධ්‍යයනය කරන රසායන විද්‍යාවේ ශාඛාවයි. රසායනික සමතුලිතතාවය ප්‍රතික්‍රියාවක අවසාන තත්වය ගැන කතා කරන අතරතුර, චාලක රසායනය අවධානය යොමු කරන්නේ එම අවසාන තත්වය කරා ළඟා වීමට ගතවන කාලය සහ ඒ සඳහා ප්‍රතික්‍රියාව ගමන් කරන මාර්ගය ගැනය.

මෙහිදී අධ්‍යයනය කරන ප්‍රධාන සාධක වන්නේ:

• ප්‍රතික්‍රියාකාරකවල සාන්ද්‍රණය (Concentration of Reactants): සාන්ද්‍රණය වැඩි වන විට ප්‍රතික්‍රියා වේගය සාමාන්‍යයෙන් වැඩිවේ.
• උෂ්ණත්වය (Temperature): උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට අණුවල චාලක ශක්තිය වැඩි වී, ඵලදායී ගැටීම් (effective collisions) වැඩි වන නිසා ප්‍රතික්‍රියා වේගය වැඩිවේ.
• පීඩනය (Pressure): වායුමය ප්‍රතික්‍රියාවලදී පීඩනය වැඩි කිරීමෙන් ප්‍රතික්‍රියා වේගය වැඩි විය හැක.
• උත්ප්‍රේරක (Catalysts): උත්ප්‍රේරක මගින් ප්‍රතික්‍රියා වේගය වෙනස් කරයි (සාමාන්‍යයෙන් වැඩි කරයි), නමුත් ඒවා ප්‍රතික්‍රියාවේදී වැය නොවේ.
• ප්‍රතික්‍රියාකාරකවල ස්වභාවය (Nature of Reactants): ප්‍රතික්‍රියා කරන ද්‍රව්‍යවල රසායනික ගුණාංග අනුවද වේගය වෙනස් වේ.

චාලක රසායනය ඖෂධ සංවර්ධනය, කාර්මික නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන් ප්‍රශස්තකරණය, පරිසර දූෂණය පාලනය කිරීම සහ ජෛව රසායනික ක්‍රියාවලීන් තේරුම් ගැනීම වැනි ක්ෂේත්‍ර ගණනාවකදී අත්‍යවශ්‍ය වේ. එය ප්‍රතික්‍රියා සිදුවන ආකාරය සහ ඒවා පාලනය කරන්නේ කෙසේද යන්න පිළිබඳව ගැඹුරු අවබෝධයක් ලබා දෙයි.

විද්‍යුත් රසායනය යනු විද්‍යුත් ශක්තිය සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා අතර සම්බන්ධය අධ්‍යයනය කරන රසායන විද්‍යාවේ ශාඛාවයි. මෙය මූලිකවම විද්‍යුතය මගින් රසායනික වෙනස්කම් ඇති කරන ආකාරය (විද්‍යුත් විච්ඡේදනය - electrolysis) සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා මගින් විද්‍යුතය ජනනය කරන ආකාරය (ගැල්වානි කෝෂ/වෝල්ටීය කෝෂ - galvanic/voltaic cells) පිළිබඳව සොයා බලයි. ඔක්සිකරණ-ඔක්සිහරණ (redox) ප්‍රතික්‍රියා විද්‍යුත් රසායනයේ හදවත වන අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරුව මගින් ශක්ති පරිවර්තනය සිදුවේ.

මෙම ක්ෂේත්‍රය බැටරි, ඉන්ධන කෝෂ (fuel cells), විද්‍යුත් ආලේපනය (electroplating), විඛාදනය (corrosion) සහ විවිධ රසායනික ද්‍රව්‍ය කාර්මිකව නිෂ්පාදනය කිරීම වැනි පුළුල් පරාසයක යෙදීම් ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, ජංගම දුරකථන සහ විදුලි වාහන ක්‍රියාත්මක කරන බැටරි, විද්‍යුත් රසායනික මූලධර්ම මත පදනම් වේ. විද්‍යුත් රසායනය පරිසර විද්‍යාව, ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව සහ ජීව විද්‍යාව වැනි ක්ෂේත්‍රවලද වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි.

අකාබනික රසායනයේ දැනුම ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව (materials science), භූ රසායන විද්‍යාව (geochemistry), ජීව අකාබනික රසායන විද්‍යාව (bioinorganic chemistry), උත්ප්‍රේරණය (catalysis) සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාව (electronics) වැනි විවිධ ක්ෂේත්‍රවලට අත්‍යවශ්‍ය වේ. කාර්මිකව ඇමෝනියා, සල්ෆියුරික් අම්ලය, ප්ලාස්ටික්, ඖෂධ සහ අර්ධ සන්නායක වැනි ද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදනයේදී අකාබනික රසායනික ප්‍රතික්‍රියා සහ සංයෝගවල කාර්යභාරය ඉතා වැදගත් වේ.