Saturday, September 10, 2022

सिमेंट कॉन्क्रेट

सिमेंटची बांधकाम व्यवसायात खरी गरज काय आहे असा प्रश्न पडला असेल तर वाळू, खडी, वीट, जेली, स्टील यांना एकत्रित ठेवण्याचे काम ते करते. तसेच सिमेंट ही ताकद आणि आयुष्यमान वाढवण्याचे कार्य करते. सिमेंट हे ३३, ४३ आणि ५३ ग्रेडमध्ये असतात तर हे विविध ग्रेड सिमेंटची आणि वाळू यांची २८ दिवसात किती ताकद येते हे दर्शविते. कॉन्क्रेट हे सिमेंट, वाळू, खडी आणि पाणी यांचे मिश्रण असते.  कॉन्क्रेट तयार करीत असताना त्यामधील घटक हे ठराविक प्रमाणात घ्यावे लागतात अन्यथा त्यांची ताकद कमी होते. कॉन्क्रेटमध्ये पाणी टाकल्यावर हायड्रेशन चालू होते. त्यामुळे ४० ते ५० मिनिटामध्ये त्याचा वापर करावा लागतो. जेव्हा स्लॅप टाकला जातो तेव्हा कॉन्क्रेट स्टीलभोवती ओतत असताना त्यामध्ये छिद्र, वेज राहणार नाही याची काळजी घ्यावी लागते. नाहीतर त्या कॉन्क्रेटमध्ये चिरा पडतात आणि त्यांची ताकद कमी होते. त्यासाठी यांत्रिक व्हाब्रेटर वापरले असता त्यात छिद्र आणि वेज राहत नाही आणि त्यांची ताकद वाढते. कॉन्क्रेट हे सकाळी किंवा संध्याकाळी वापरणे अधिक उपयुक्त असते. जर ते दुपारी वापरले तर पाणी उडून गेल्याने त्यामधील घटकाचे प्रमाण बदलते आणि हायड्रेशन व्यवस्थित होत नाही. परिणामी कॉन्क्रेटची क्षमता कमी होते. जर दुपारी कॉन्क्रेट वापरण्याशिवाय पर्याय नसेल तर प्लास्टिक पेपर त्यावर अंथरल्याने पाणी उडून जाण्याचे प्रमाण कमी होते आणि हायड्रेशन व्यवस्थित होते. कॉन्क्रेट क्युअरिग होणे महत्वाचे असते. क्युअरिग म्हणजे असे वातावरणकी कॉन्क्रेटमध्ये सुयोग्य प्रमाणात द्रता असणे होय. ही आद्रता बाहेरून पाणी मारून टिकवली जाते. भिंतीला बाहेरून पाणी मारले जाते तर छत किंवा स्लॅप यांसाठी १ मी × १ मी पाण्याचे डबके केले जाते. बीम आणि कॉलम यांना मात्र ओलसर पोती वापरली जातात. क्युअरिगचा कालावधी २१ दिवस असते. कॉन्क्रेटला बऱ्याचदा चिरा का पडतात हा प्रश्न पडत असेल. खरे तर वाळूमध्ये बारीक चिकणमाती असते. ही चिकणमाती पाणी शोषते त्यामुळे कॉन्क्रेटमध्ये पाण्याचे प्रमाण कमी पडते आणि हायड्रेशन व्यवस्थित होत नाही. परिणामी कॉन्क्रेटला चिरा पडतात. हे सर्व टाळायचे असेल तर वाळूमधील चिकणमाती पाण्याने व्यवस्थित धुतली पाहिजे. बांधकामात ज्या विटा वापरल्या जातात त्या पूर्णता भाजलेल्या नसतील आणि त्याचे कडे तुटले असतील तर ते कॉन्क्रेटमधील पाणी शोषतात. त्यामुळे विटा बांधकामपूर्वी २४ तास पाण्यात भिजवावे आणि ओल्या स्थितीत ते वापरावे जेणेकरुन क्युअरिग उत्तम होते.

                                                              प्रा. शामकुमार देशमुख (सोलापूर )

                                  deshmukhnano@yahoo.com

 

 

 

 

 

क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधची शतकपूर्ती

  

क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधची शतकपूर्ती

डब्ल्यू. एच. ब्रॅग आणि डब्ल्यू. एल. ब्रॅग ह्या पिता पुत्रांनी शोधलेल्या  एक्स रे डिफ्रॅक्शन  समीकरणाला शंभर वर्ष पूर्ण होत आहेत. तसेच डिसेंबर २०१२ मध्ये आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक समूहांनी क्रिस्टलोग्राफी व एक्स रे डिफ्रॅक्शनच्या शोधला शतकपूर्ती झाल्याने वेगवेगळे कार्यक्रम आयोजित केले होते. त्यातच भर म्हणून की काय इंटरनॅशनल युनिअन ऑफ क्रिस्टलोग्राफी यांनी २०१४ हे आंतरराष्ट्रीय क्रिस्टलोग्राफी वर्ष म्हणून जाहीर केले आहे. सलग २०१२ ते २०१४ हे तीन वर्ष एक्स रे डिफ्रॅक्शनच्या शोधाची व क्रिस्टलोग्राफीची आठवण करून देणारे वर्ष ठरत आहे. गेल्या शंभर वर्षात क्रिस्टलोग्राफी ह्या शाखेत वीस नोबेल पारितोषिके मिळाली आहेत. ह्यावरून ह्या शाखेची उपयोगीता आपल्याला लक्षात येते. एक्स रे डिफ्रॅक्शनचा शोध व ब्रॅग समीकरण ह्यामुळे रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, जीवरसायनशास्त्र, धातुशास्त्र ह्या विषयात मैलाचा दगड बनला आहे असे म्हटले तर वावगे ठरणार नाही. एवढेच नाही तर मंगळावर जे स्पिरीट रोव्हर पाठविण्यात आले त्यामध्येही एक्स रे स्पेक्ट्रोमीटरचा उपयोग करण्यात आला. आपल्या रोजच्या जीवनात एखाद्याचे हाड तुटले तर सहजपणे आपण एक्स रे काढण्याचा सल्ला देतो. अशा प्रकारे  एक्स रे हा शब्द व त्याचे तंत्रज्ञान आपण इतके बेमालूमपणे वापरतो परंतु ज्यांनी ह्या शोधासाठी आपले आयुष्य वेचले त्याकडे मात्र आपले लक्ष जात नाही. बऱ्याचदा आपल्याला हा शोध कसा लागतो त्यामागे शोधकर्त्याची भूमिका काय असते. ते कशा प्रकारे शोधापर्यंत पोहचतात हेच समजत नाही. ते कशा  रीतीने विचार करतात ह्याबाबत मात्र नक्कीच कुतूहल असते. तेच कुतूहल शमवण्याचा प्रयत्न ह्या ठिकाणी केला जात आहे.

      १८९७ ह्या वर्षी रॉन्टजेन हे  विकिरणाचे प्रयोग करीत असताना अचानक काही किरणे बाहेर पडताना दिसली, ते काय आहेत हे माहीत नसल्याने त्यांनी त्यास एक्स रे हेच नाव दिले. त्यांनी त्याचे गुणधर्म शोधण्याचा प्रयत्न केला. त्यांना तो कधी वेव्ह वाटला तर कधी पार्टिकल, अशा व्दिधा मनस्थितीत त्यांना त्यावर पूर्णपणे स्वताचे मत नोंद्वता आले नाही. १९१२ हे साल येईपर्यंत एक्सरेचे गुणधर्म पूर्णता समजले नव्हते. त्याचदरम्यान मुनीच विद्यापीठात मॅक्स वॉन लाऊ हे समरफिल्ड ह्या शास्त्रज्ञासमवेत संशोधन करीत होते. तेव्हा प्रकाशाचे डिफ्रॅक्शन हे ग्रेटींगच्या साह्याने होते हे त्यांना माहित होते. त्यामागील नक्की कारण काय आहे हे त्यांनी समजाऊन घेतले. त्यांना लक्षात आले की प्रकाशाची वेव्हलेंग्थ व ग्रेटींगमधील अंतर प्रमाणात असेल तर डिफ्रॅक्शन होऊ शकते. डिफ्रॅक्शन म्हणजे प्रकाशाचे वक्रीभवन जर प्रकाश एका पदार्थावर पडला तर त्याची सावली ठिपक्यांच्या स्वरुपात फोटोग्राफिक प्लेटवर दिसते. रुदरफोर्डने नुकतेच अणूचा आकार एक अॅगस्ट्राँम एवढा काढला होता. एक्स रेची  वेव्हलेंग्थ  सुद्धा तेव्हा माहित नव्हती. पण त्यांनी विचार केला की प्रकाशाच्या ऐवजी आपण एक्स रेचा मारा एका स्फटिकावर केला तर त्याचे ठिपके दिसतील. तसेच स्फटिक अणुपासून बनलेले असावे  व अणूमध्ये नक्कीच अंतर असले पाहिजे असा अंदाज केला. जर त्यामध्ये अंतर असतील तर ते आपणास नक्कीच  रांगोळीच्या ठिपक्याप्रमाणे दिसेल व त्यांना  जोडून ठराविक आकृती तयार करता येऊ शकते. स्फटिक निवडण्याचा उद्देश हा की तो ग्रेटींगप्रमाणे कार्य करेल व चांगले डिफ्रॅक्शन पॅटर्न मिळतील. ह्या सर्व विचारांती त्यांनी कॉपर सल्फेटवर एक्स रेचा मारा केला तेव्हा त्यांना काही संमिश्र ठिपके दिसले. नंतर त्यांनी झिंक सल्फाईड स्पटिकाचे  डिफ्रॅक्शन पॅटर्न घेतले. त्यातून जे दिसले हे सर्व अचंबित करण्यासारखे होते. पॅालिक्रोमॅटीक एक्स रेचे विभाजन होऊन त्या स्फटिकाचे सिमेट्रिक काळे ठिपके मिळाले. ह्या प्रयोगातून दोन महत्वाचे निष्कर्ष निघाले एक म्हणजे एक्स रे हे वेव्ह आहेत तर स्फटिकामधील अणूची रचना रांगोळीच्या ठीपक्याप्रमाणे असुन त्याची पुनरावृत्ति होते ही संकल्पना समजण्यास मदत मिळाली. अशा सिमेट्रिक अणुपासून युनीट सेल तयार होते त्याच्या पुनरावृत्तिने स्फटिक तयार होते. अशा रीतीने स्फटीकाच्या अंतरंगात डोकावण्याचे काम एक्स रे मुळे शक्य झाले.

      ब्रॅग पिता पुत्रांनी ह्या डिफ्रॅक्शन पॅटर्नला  नवी दिशा देण्याचे काम केले. विल्यम एच. ब्रॅग हे अॅडलेड विद्यापीठात शिकवत होते, नंतर त्यांनी लीड विद्यापीठात अध्यापन चालू केले. तेव्हा लॅाऊ यांचे एक्स रेवरील निष्कर्ष आले होते. त्याच दरम्यान मुलगा ब्रॅग ज्युनियर केंब्रीज विद्यापीठात ग्रॅज्युएशन करण्यासाठी आला. त्याला केंव्हडिश प्रयोगशाळेत जे. जे. थॅाम्सन यांच्या समवेत संशोधन करण्याची संधी मिळाली. त्यानंतर दोघांनी  एक्स रे स्पेक्ट्रोमीटरमध्ये बऱ्याच सुधारणा केल्या. त्यांनी फोटोग्राफिक फिल्म ऐवजी आयोनाझेशन चेंबर वापरले. त्यांनी दाखवून दिले की हिरा आणि ग्राफाईट हे दोन्ही कार्बनचे प्रतिरूप असले तरी त्यांची संरचना वेगळीच आहे. तसेच सोडीअम क्लोराईडमधील अणू हे ठराविक पॅटर्नप्रमाणे असतात. १९१३ मध्ये रॉयल सोसायटी लंडन येथे आपले संशोधन मांडले. ह्या शोधानंतर दोनच वर्षात नोबेल पारितोषिक मिळाले. एक्स रेच्या शोधामुळे १९१४ साली लॅाऊ यांना तर ब्रॅग समीकरणाच्या शोधला १९१५ साली ब्रॅग्ज यांना भैातिकशास्त्रात नोबेल पारितोषिक मिळाले. वडीलांना व मुलाला एकत्रितपणे नोबेल पारितोषिक मिळणे हा एक योगायोगच आहे. आपल्या शरीरात एन्झाईम, हामोर्न्स, हिमोग्लोबिन हया  जीवरसायनांची संरचना समजणे एक आव्हानच होते. त्यासाठी एक्स रे डिफ्रॅक्शन ह्या तंत्राचा वापर करण्यात  आला. रोझलॅन्ड फ्रॅकलीन, जेम्स वॅाटसन आणि फ्रान्सीस क्रीक यांनी डी. एन. ए. ची संरचना शोधण्यासाठी ह्याच तंत्राचा वापर केला. अशा रीतीने विज्ञान क्षेत्रात ह्या शोधाने नवीन क्रांतीच घडवून आणली.

 

                                    शामकुमार देशमुख

 

 

 

Wednesday, September 25, 2013

रंगाचे जग


रंगाचे जग
रंग बरसे भिगे चुनरीयारे रंग बरसे ! हे गाणं मनाला नुसत भावतच नाही तर रंग मनसोक्तपणे खेळण्यास  प्रेरित करते. रंगाचे आणि मानवाचे नाते हे इतके घट्ट आहे हे शब्दात व्यक्त करणे शक्य नाही. रंगपंचमीचा सण असो अथवा होळीचा सण रंगाची उधळण ही नवचैतन्य निर्माण करते. पाहुण्यांच्या स्वागतासाठी रांगोळी काढण्याची आपली पद्धत फारच जुनी आहे. रांगोळी ही भूमितीय, गणितीय रचना तसेच पाने, फुले अशा विविध आकाराने सजलेली असते. त्यातही ठिपके जोडून विविध रंग भरून त्यास सजविले जाते. अशा ह्या रांगोळीतून रंगसंगती साधून योग्य तो संदेशही दिला जातो. जरा आपण वेगळा विचार केला जसे रंगच नसते तर ! मग हे जग आपणास निरुत्साही, उदास वाटले असते. पूर्वी कृष्ण धवल दूरदर्शन घराघरात असायचा आता आपणास तो शोधूनही सापडणार नाही. रंगीत टेलीव्हिजनने जी मोहिनी घातली ती कमी होणारच नाही. रंग हा निसर्गाने दिलेला अमुल्य ठेवा आहे. हजारो वर्षापासून मानव त्याचे जतन करत आला आहे. त्यातच रासायनिक रंगाची भर अलिकडे पडत आहे.
प्राचीन काळापासून मानवाने रंग बनविण्याच्या विविध पद्धती शोधून काढल्या. त्याच्या साह्याने गुहेमध्ये विविध कथा चित्राच्या माध्यमातून काढल्याचे आढळते. आज हजारो वर्ष झाली तरी बऱ्याच गुहेमधील चित्राचे रंग फिकट झाले नाहीत हे विशेष. गेरू, चिकणमाती, पिवळसर तांबूस माती हे मानवाने वापरलेले पहिले रंग आहेत. आपले पूर्वज मन्जीस्ठा वनस्पतीच्या मुळीपासून लाल रंग काढायचे ते सुती कापडावर टाकल्यावर जांभळा रंग मिळायचा. ह्याच्या मूळया ओषधसाठी तर वापरायचे परंतु रंग देण्यासाठी यांचा वापर व्हायचा ह्यामध्ये अलीझरीन नावाचे रसायन असल्याने त्यास रंग यायचा.
खरे तर रंगामध्ये पिग्मेन्ट (Pigment) वर्णक आणि डाय (Dye) रंजक हे दोन पदार्थ असतात. हे दोन्हीही सारखे नसून त्यामध्ये मुलभूत फरक आहे. तो म्हणजे विरघळण्याचा. रंजक हा (पाण्यात) द्रावणात विरघळतो तर वर्णक हे द्रावणात अप्स्करीत (Dispersion)होतात. समजा लोखंडाचा गंजलेला चुरा पाण्यात टाकला. त्यात पांढरा सुती कपडा बुडवल्यावर तपकिरी रंग मिळतो. तो वाळवून परत धुतल्यावर आयर्न ऑक्साईडचे कण खाली पडतात. ह्यावरुन लक्षात येते की आयर्न ऑक्साईड पाण्यात विरघळत नाही तर तो अप्स्करीत होतो. पाण्यात मात्र अलीझरीन हे रसायन टाकल्यावर तो विरघळतो. त्यात कापड बुडवल्यावर त्यास कायमस्वरुपी लाल रंग मिळतो. येथे आयर्न ऑक्साईड हा वर्णक आहे तर अलीझरीन हा रंजक आहे.
रंग हे सेंद्रीय व असेंद्रिय अशा दोन विभागात मोडतात. त्यामध्ये नैसर्गिक आणि कृत्रिम असे प्रकार आढळतात. रंजक हे पारदर्शक पांढरा आणि रंगीतही असतो. झिंक, लीड ऑक्साईड आणि टिटानियम ऑक्साईड हे पांढरे रंजक आहेत. पारदर्शक रंजकाचा  वार्नीश, पेन्ट, पॉलिश ह्यामध्ये वापर केला जातो. त्यात कॅल्शीयम कार्बोनेट, मॅग्नेशियम सिलिकेट व बेरियम सिलिकेट असते. रंगीत रंजकमध्ये नैसर्गिक खनिजे असतात. आयर्न ऑक्साईड हा विविध रंगात आढळतो. भारतीय लाल, स्पनिश लाल, पर्शियन लाल हे सर्व रंग आयर्न ऑक्साईडची आहेत. नीलमणी हे नैसर्गिकरीत्या आढळतो. त्याच्या गडद रंगाने तो मोहिनी घालतो त्याचमुळे त्याचा वापर सुवर्ण अलंकारात आणि नक्षीकामात केला जातो. फेरीक फेरोसायनायड हे निळे रंजक म्हणून वापरतात. त्यास पुर्शियन ब्ल्यू म्हणतात. अशी विविध रसायने कृत्रिमरीत्या तयार केली जातात. त्याचा उपयोग वाहन उद्योगात, पेन्ट आणि शाई तयार करण्यासाठी केला जातो. कापड, प्लास्टिक, सिमेंट, सोंदर्य प्रसाधने ह्यामध्येही मोठया प्रमाणात याचा वापर केला जातो. काही रंगद्रव्ये गंजरोधक म्हणून वापरतात. अशा रीतीने आपल्या रोजच्या जीवनात विविध रंगद्रव्ये उपयोगात येतात.
निसर्गातील वनस्पती, प्राणी यांना  रंगाचा वापर  कसा ? कुठे ? आणि केव्हा करायचा याचं ज्ञान नक्कीच असते.  त्या ज्ञानाच्या आधारे ते आपले अस्तित्व टिकवून आहेत. वर्णक हा आपल्या जैवविविधतेचा महत्वाचा भाग आहे.  सस्तन प्राण्यातील त्वचेला, केसांना काळा, राखाडी, तपकिरी व लाल हे रंग मेलानीन ह्या वर्णकामुळे येतो. त्याचमुळे शरीराचे अतिनील किरणापासून संरक्षण होते. ह्या वर्णकाचा उपयोग बरेच प्राणी स्वताचे संरक्षण करण्यासाठी करतात. मादागास्करच्या जंगलात रंग बदलणाऱ्या  सरडयाच्या विविध प्रजाती आढळतात. त्यांच्या त्वचेतील रंगबदल हा फक्त वातावरणात सामावण्यासाठी नाही तर वेगळा  मूड व्यक्त करण्यासाठी प्रामुख्याने केला जातो. काही प्राणी हे आपल्या शरीराचा रंग असा बदलतात की शत्रू त्यांना त्या परिसरात ओळखूच शकत नाहीत. काही सरडे हे रंगीबेरंगी असतात. ते आपल्या त्वचेचा रंग शरीराचे तापमान नियंत्रित करून बदलतात. ह्या रंग बदलामधून ते शत्रूस चेतावनी देतात. हे रंग बदलण्याचे कारण म्हणजे यांच्या शरीरातील होणारी  उष्णरासायनिक प्रक्रिया होय. येथे रंगाची प्रखरता त्याच्या शरीरातील तापमानानुसार बदलते. अधिक तापमानास वेगळा रंग तर कमी तापमानास वेगळा रंग दिसतो. सरडे हे ह्याच्या साह्याने आपल्या त्वचेवरील रंग बदलून आपल्या भावना व्यक्त करतात. पुनरुत्पादनाच्या काळातही त्वचेतील बदल हा मादीस आकर्षित करण्यास उपयुक्त ठरतो.
वनस्पतीच्या पानांचा रंग क्लोरोफिल ह्या वर्णकामुळे हिरवा असतो. त्याच्या साह्याने ते स्वताचे अन्न तयार करतात. लिंबू, संत्री, द्राक्षे यांचा रंग पिवळा असतो. त्यामध्ये   फ्लेव्होनॉयड हा वर्णक असतो. हे रसायन आपल्या शरीरातील कोलेस्टेरॉल कमी करण्यास मदत करते. फळे पिकले किंवा नाही हे रंगावरुनच ओळखले  जाते. त्याच्या रंगातील बदल हा अॅन्थोसायनीन ह्या वर्णकामुळे येतो. टोमाटोला लाल रंग लायकोपीनमुळे तर गाजराला फिकट तांबूस रंग बीटाकेरोटीनमुळे येतो. एवढेच नाहीतर पालक, चुका व इतर हिरव्या भाज्यांना हिरवा रंग क्लोरफिल ह्या वर्णकामुळे येतो. बरीचशी फुले ही रंगीत असण्याचे कारण म्हणजे त्याकडे किडे, कीटक, पक्षी आकर्षित व्हावे त्यातूनच परागकणाचे वहन होऊन पुनरुत्पादन व्हावे हा उद्येश असतो. सजीव हे वर्णकाचा उपयोग हे त्याची वाढ, सुधारणा, संरक्षण व पुनरुत्पादन ह्यासाठी करतात. निसर्ग हे रंगावर अवलंबून आहे. जर रंगच नसते तर सजीव सृष्टी टिकू शकली नसती असे म्हटले तर वावगे ठरणार नाही.

                                    प्रा. शामकुमार देशमुख 
                                    deshmukhnano@yahoo.com