அணு அண்டம் அறிவியல்-15

என்னோட முந்தைய போஸ்டை யாரும் படிக்கலை தானே? :)

அறிவியல் அன்பர்களுக்கு சமுத்ராவின் வணக்கம்...

எல்லாப் பொருட்களும் அணுக்களால் ஆனவை என்ற கருத்தை நிரூபித்ததில் டேனியல் பெர்நௌலி (Daniel Bernoulli 8 February 1700 – 8 March 1782) என்ற விஞ்ஞானியின் பங்கு முக்கியமானது..அதை அ-அ-அ- வில் சொல்ல மறந்து விட்டேன்...

நமக்கு எல்லாம் பொதுவாகத் தெரிந்திருக்கும் ஒரு வாயு விதி (gas laws ,Boyle 's law) ஒரு வாயுவின் கன அளவு (volume ) அதிகரித்தால் அதன் அழுத்தம் (pressure ) குறையும் என்பது...அதாவது

V α 1 / P

படத்தைப் பாருங்கள்..

வாயு (மஞ்சள் கலர்) பிஸ்டனால் அழுத்தப்படும் போது அதன் volume குறைவதால் அதன் அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது.. பெர்நௌலி இதற்கான காரணத்தை இப்படி ஊகித்தார்...அதாவது வாயு என்பது கோடிக்கணக்கான அணுக்களால் ஆக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும்.'அழுத்தம்' என்பது வாயுவின் அணுக்கள் ஒன்றோடு ஒன்று அல்லது கொள்கலனின் சுவர்களுடன் மோதும் போது ஏற்படுகிறது..கொள்கலனின் வால்யூமை பாதியாகக் குறைத்தால் உள்ளே உள்ள அந்த வாயுவின் அணுக்கள் முன்னர் மோதியதைப் போல இரண்டு மடங்கு அதிகமாக ஒன்றுடன் ஒன்று மோதும்..வால்யூமை நான்கு மடங்கு குறைத்தால் வாயுவின் அணுக்கள் முன்னர் மோதியதைப் போல நான்கு மடங்கு அதிகமாக மோதும்..இந்த மோதல்களைத் தான் நாம் வாயுவின் அழுத்தம் என்கிறோம்..

அணுக்கள் இருப்பதை ஊகித்த இன்னொரு விளைவு 'Brownian motion 'இதை நாம் முதலிலேயே சொல்லியாகி விட்டது..

'அணுவைத் துளைத்து ஏழ் கடலைப் புகுத்தி' என்று திருக்குறளை சும்மானாச்சும் ஒரு உயர்வு நவிற்சிக்காக சொல்கிறோம்..உண்மையிலேயே முதன் முதலில் அணுவைத் துளைத்துப் பார்த்த முதல் மனிதர் ஹென்றி ரூதர்போர்ட் என்று அணு அண்டம் அறிவியல் -9 இல் பார்த்தோம். அதாவது அவரின் மாடலின் படி உள்ளே மிகச் சிறிய
இடத்தில் வீற்றிருக்கும் நேர் மின் சுமை கொண்ட அணுக்கருவை வெளியே எதிர் மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் சுற்றி வருகின்றன. இது கிரகங்கள் சூரியனை சுற்றி வருவது போல இருப்பதால் இதை 'PLANET MODEL ' என்பார்கள்..

1776 இல் ஹென்றி காவெண்டிஷ் என்ற விஞ்ஞானி டெஸ்ட் டியூபில் இருந்து வெளிப்பட்ட ஹைட்ரஜன் வாயுவுடன் ஆர்வக் கோளாறால் வெளியில் இருந்து கொஞ்சம் ஆக்சிஜனை சேர்த்தபோது (கொஞ்சம் பயத்துடன் தான் , ஏதோ ஒரு புதிய அமிலம் வெளிப்பட்டு வெடித்து விட்டால்?) டெஸ்ட் டியூபில் நீராவி வெளிப்பட்டு பின்னர் ஆச்சரியமாக நீர்த்துளிகள் படிந்தன..

தண்ணீர் என்பது ஒரு அதிசயம்..அந்த அதிசயத்தை இப்போது கொஞ்சம் வியக்கலாம்...சாமியார் வெறும் கையில் விபூதி கொடுத்தால் அதை அதிசயம் என்று கொண்டாடி அவருக்காக வாழ்வையே அர்ப்பணிக்கத் தயாராக இருக்கும் நாம் நம் பக்கத்திலேயே இருக்கும் அதிசயங்களை ஏனோ கண்டுகொள்வதே இல்லை..'நீரின்றி அமையாது உலகு' 'மாமழை போற்றுதும்' என்றெல்லாம் புகழ்கிறது தமிழ்.உலகின் முதல் உயிர் கூட நீரில் தான் தோன்றியதாக சொல்கிறார்கள்..ஒரு நாள் பைப்பில் தண்ணீர் வரவில்லை என்றால் அந்த நாளே நாறிப் போய் விடுகிறது..
இத்தனை சிறப்புகள் வாய்ந்த தண்ணீரின் உள்ளே என்ன தான் இருக்கிறது என்று பார்ப்போம்..

காவெண்டிஸ்சின் இந்த ஆய்வில் இருந்து கங்கைத் தண்ணீரில் சாஸ்திரம் சொல்வது போல முப்பத்து முக்கோடி தேவர்கள் எல்லாம் இல்லை..அதன் ஒவ்வொரு மூலக்கூறிலும் இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் மற்றும் ஓர் ஆக்சிஜன் அணு இருப்பதாக அறியப்பட்டது.. (H2O)

சரி இயற்கையாக கிடைக்கும்,ஒன்றுக் கொன்று சம்பந்தம் இல்லாமல் இருக்கும், இரண்டு தனிமங்கள் (ஆக்சிஜன், ஹைட்ரஜன்) ஏன் ஒன்றுடன் ஒன்று காதல் கொண்டு சேர வேண்டும்? அவற்றை வெளியில் இருந்து எந்த ஃபெவிகாலும் போட்டு இயற்கை ஒட்டி வைக்க வாய்ப்பு இல்லை..அவை தங்கள் வெளிக்கூட்டில் (outermost shell ) உள்ள எலக்ட்ரான்களை வைத்துக் கொண்டு இணைகின்றன..அதாவது ஹைட்ரஜன் அணுவில் வெளியே சுற்றும் (ஒற்றை) எலக்ட்ரானை நழுவி ஓடி விடாதபடி அதன் அணுக்கருவின் மின்காந்த விசை பிடித்து வைத்துள்ளது..ஹைட்ரஜன் அணுவை தனியாகப் பார்ப்பது கொஞ்சம் கஷ்டம்...அப்போது தான் கல்யாணம் ஆன ஜோடி மாதிரி இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் எப்போதும் கைகோர்த்துக் கொண்டு ஒரு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறாக இருக்கின்றன..இது ஏன் என்றால் ஒரு ஹைட்ரஜன் அணு தன் எலக்ட்ரான் கூடு நிரம்பி இருக்க வேண்டும் என்று விரும்புகிறது..அந்த கூடு நிரம்ப இன்னொரு எலக்ட்ரான் வேண்டியிருக்கிறது...இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் கிட்ட வந்து 'இதப் பாருப்பா நம்ம கிட்ட இருக்கற ஒரு எலக்ட்ரானை ரெண்டு பெரும் பகிர்ந்துக்குவோம்..ரெண்டு பேருக்கும் ரெண்டு எலக்ட்ரான் இருக்கற மாதிரி இருக்கும்' என்று ஒப்பந்தம் போட்டுக் கொண்டு இணைகின்றன..(அண்ணன் சட்டையை தம்பியும் தம்பி சட்டையை அண்ணனும் மாற்றி மாற்றி போட்டுக் கொண்டால் ரெண்டு பேருக்கும் ரெண்டு சட்டை இருப்பது போல தோன்றும் இல்லையா?) இந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் இரண்டு அணுக்கருவையும் சுற்றுகின்றன..




ஒரு ஆக்சிஜன் அணு தன் வெளிக்கூட்டில் ஆறு எலக்ட்ரான்களுடன் உள்ளது..தான் பூர்த்தியடைய (8) இன்னும் இரண்டு எலக்ட்ரான்களை அது தேடுகிறது...ஒரு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு பக்கத்தில் வரும் போது அந்த ஜோடியைப் பிரித்து 'பாருப்பா நான் கொஞ்சம் பெரிய ஆளு...சொல்ற மாதிரி கேளுங்க..நான் உங்க ரெண்டு பேருக்கும் ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானைத் தர்றேன்..நீங்க ரெண்டு பேரும் உங்க கிட்ட இருக்கற ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானை எனக்குக் கொடுங்க..ரெண்டு எலக்ட்ரானை ரெண்டு பேர் SHARE பண்ணிக்குவோம்.. உங்களுக்கும் ரெண்டு ரெண்டு எலக்ட்ரான் கிடைச்ச மாதிரி இருக்கும்..எனக்கும் எட்டு கிடைச்சிரும்..இனிமேல் சிவனேன்னு நம்ம பாட்டுக்கு இருக்கலாம்..எலக்ட்ரானுக்கு வெளியில் அலைய வேண்டாம்.." என்று சொல்லி(?) கீழே கண்டது போல இணையும் (படம்)

இப்படி நல்ல பிள்ளை மாதிரி ஒப்பந்தம் போட்டுக் கொண்ட ஆக்சிஜன் பின்னர் தன் வேலையைக் காட்ட ஆரம்பிக்கறது. அண்ணன் பாப்பா தம்பிப் பாப்பா பொம்மையை தன் பக்கத்தில் இழுத்துக் கொள்வது போல ஹைட்ரஜன் அப்பாவியாகத் தந்த அந்த ஒரு எலக்ட்ரானையும் தன் பக்கம் இழுக்க ஆரம்பிக்கிறது..அதாவது அந்த எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜன் அணுவிடம் சிநேகம் கொண்டு அதிக நேரம் இருக்கிறது..இதனால் ஆக்சிஜன் அணுவுக்கு ஒரு சிறிய அளவு எதிர் மின் தன்மை கிடைக்கிறது..(சாதாரணமாக ஓர் அணுவில் எலக்ட்ரான்களும் ப்ரோடான் களும் சம எண்ணிக்கையில் இருப்பதால் அதற்கு எந்த மின் சுமையும் கிடையாது) அதே சமயத்தில் எலக்ட்ரானைப் பறிகொடுத்த ஹைட்ரஜனுக்கு நேர் மின் சுமை கிடைக்கிறது..."அப்பவே சொன்னேன் கேட்டியா? அந்த ஆளை நம்பாதேன்னு? பாரு நல்லவன் மாதிரி நடிச்சு இப்ப இருந்த ஒரு எலக்ட்ரானையும் அவன் பக்கம் இழுத்துக்கிடான் பாவி' " என்று தன் இணையிடம் ஹைட்ரஜன் டோஸ் வாங்குமா என்பதெல்லாம் தெரியவில்லை..

இப்படி நேர் மின் சுமை பெற்ற ஹைட்ரஜனுக்கும் இதே போன்ற இன்னொரு தண்ணீர் மூலக்கூறில் எதிர் மின் சுமை பெற்ற ஆக்சிஜனுக்கும் இயற்கையின் 'opposites attract ' என்ற விதியின் படி (மின் காந்த) ஈர்ப்பு (electromagnetic attraction ) உருவாகிறது..எதிர் மின் சுமை பெற்ற ஆக்சிஜனுக்கு இன்னொரு தண்ணீர் மூலக்கூறில் உள்ள ஹைட்ரஜன் மீது ஈர்ப்பு உண்டாகிறது..(Hydrogen bond )இந்த ஈர்ப்பு இரண்டு தண்ணீர் மூலக்கூறுகளைப் பக்கத்தில் இழுக்கிறது..இப்படி கோடிக்கணக்கில் தண்ணீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றை ஒன்று ஈர்ப்பதால் ஒரு தொடர்ச்சி ஏற்பட்டு தண்ணீர் கிடைக்கிறது..இந்த BOND கொஞ்சம் வீக் என்பதால் தண்ணீர் திடப்பொருட்கள் மாதிரி closely packed ஆக இல்லாமல் கொஞ்சம் flexible ஆக

இருக்கிறது.. (வாயு என்றால் அதன் மூலக்கூறுகள் ரொம்ப தூரத்ததில் அலையும்..தண்ணீர் என்றால் ஓரளவு பக்கத்தில்...திடப்பொருள் என்றால் மிக மிக நெருக்கமாக )

நான் இது வரை சொன்னதை கீழே உள்ள படத்தில் பார்க்கலாம்...

சரி back to the topic .. ரூதர்போர்ட் அணுக்கருவை எலக்ட்ரான்கள் சுற்றும் என்று ஒரு குத்து மதிப்பாகக் கூறினாரே தவிர எந்தப் பாதையில் எப்படி எந்த அமைப்பில் சுற்றும் என்று கண்டுபிடிக்கவில்லை...உதாரணமாக கால்சியம் அணுவிற்கு இருபது எலக்ட்ரான்கள்..அந்த இருபது எலக்ட்ரான்களும் அணுவை ஓர் ஒழுங்கில்லாமல் கண்டபடி தாறுமாறாக சுற்றி வரும் என்று அனுமானித்தார்கள்..ஓகே..ஆனால் இந்த மாடலில் ஒரு பெரிய தவறு இருந்தது...அது என்ன என்று பார்ப்போம்..

எலக்ட்ரான் என்பது வெறும் துகள் மட்டும் அல்ல...அது ஒரு சக்தித் துகள்..தமிழ் சினிமாக்களில் ஹீரோ நடந்து வரும் போது பின்னால் ஒரு ஒளி வட்டம் வரும்..அப்புறம் காலால் தரையை உதைத்தால் ஒரு 'ஸ்பார்க் ' வரும் ..பிறகு ஹீரோ வில்லனை அழிக்க கிளைமாக்சில் ஆவேசமாக நடந்து வரும் போது திடீரென்று அவர் ஏழெட்டு ஹீரோவாக மாறி மீண்டும் ஒன்று சேர்வார்...உண்மையில் இந்த 'credits ' எல்லாம் எலக்ட்ரானுக்கு தான் போக வேண்டும்...ஏனென்றால் அது நகரும் போது 'சும்மா அதிருதில்ல' என்று மின்காந்த கதிர்வீச்சு (e-magnetic radiation ) வெளிப்படும்..(வழியில் இரண்டு துளைகள் உள்ள ஒரு திரையை வைத்தால் எலக்ட்ரான் இரண்டாக மாறி இரண்டிலும் புகுந்து செல்லும்)எலக்ட்ரான் அணுக்கருவை சுற்றி வட்டப் பாதையில் நகருவதால் (இயக்கத்தின் வேகம் அல்லது திசை இரண்டில் ஏதாவது ஒன்று மாறினாலும் அது 'accelerate ' ஆகிறது என்று சொல்லலாம்) இதனால் எலெக்ட்ரான் ஒரு 'லைட் ஹவுஸ்' மாதிரி தொடர்ச்சியாக ஆற்றலை (ஒளியை) வெளியிடும்..இந்த தொடர்ந்த ஆற்றல் இழப்பால் எலக்ட்ரான்கள்
குழந்தைகள் சுற்றி சுற்றி களைத்து விழுந்து விடுவது போல கடைசியில் அணுக்கருவுக்குள் போய் விழுந்து விடும்..எனவே பிரபஞ்சத்தில் அணுக்கள் என்பவையே இருக்காது..

இன்னொரு விஷயம்..ஒரு பொருளின் ஆற்றலுக்கும் அதன் அதிர்வெண்ணுக்கும் (frequency ) உள்ள தொடர்பை E = hv என்று ஏற்கனவே சொல்லியிருக்கிறோம்..எலக்ட்ரான் படிப்படியாக ஆற்றலை இழந்தால் நமக்கு அந்த அணுவின் spectrum (அலைக்கற்றை) எல்லா அதிர்வெண்களிலும் கிடைக்க வேண்டும்..(v=E /h h being constant ) அதை பார்க்கும் போது (அதிர்வெண் நிறத்துடன் தொடர்புடையது) சும்மா ஹோலிப் பண்டிகை கொண்டாடி முடித்த லெவலுக்கு கலர் கலராகத் தெரிய வேண்டும்..ஆனால் ஒரு சிம்பிள் அணுவான ஹைட்ரஜனின் அலைக்கற்றையை அலசிய போது அது சிம்பிளாக நான்கே நான்கு கலர்களுடன் காட்சி அளித்தது...(பார்க்க படம்)

இந்த சமயத்தில் தான் நீல்ஸ் போர் வந்தார்..Niels Henrik David Bohr ( 7 October 1885 – 18 November 1962) 1922 ஆம் ஆண்டு இவருக்கு நோபல் பரிசு கிடைத்தது..இவரின் கண்டுபிடிப்பில் தான் இன்று விஞ்ஞானிகளைக் குழப்பி மண்டை காய வைக்கும் 'குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்' உதயமானது..நம் அணு அண்டம் அறிவியலிலும் இப்போது 'குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்' என்ற குட்டிக் குழந்தை அழகாகப் பிறந்துள்ளது..அதன் பிறப்பை கோலாகலமாகக் கொண்டாடுவோம்..ஒரு ஜீசஸ் பிறந்தது, கிருஷ்ணா பரமாத்மா அவதரித்தது ஆன்மீக உலகுக்கு எவ்வளவு முக்கியமானதோ அதே போல இந்த 'குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்' ஜனனமும் அறிவியல் உலகுக்கு மிக மிக முக்கியமானது..இந்த 'குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்' இயற்பியல் உலகில் புதிய புதிரான அற்புதக் கதவுகளைத் திறந்து விட்டது..ஒன்டர் லாண்டில் நடக்கும் ஆலிஸின் (Alice in Wonderland ) நிலைமையில் இருந்து கொண்டு விஞ்ஞானிகளை வியப்பில் ஆழ்த்தியது..அறிவியல் என்றாலே தீர்மானமானது (consistent ) என்று நினைத்துக் கொண்டிருந்தவர்களுக்கு இரண்டு முகம் காட்டி

மாயாப் பிறவி மயக்கத்தை ஊடறுத்துக்
காயா புரிக்கோட்டை கைக் கொள்வது எக்காலம்? என்றெல்லாம் விஞ்ஞானிகளையே பத்திரகிரியார் லெவலுக்குப் புலம்ப வைத்தது..

இப்போது 'குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்' (சிறியவைகளுக்கான இயற்பியல்) மற்றும் 'சார்பியல் கொள்கை' (பெரியவைகளுக்கான இயற்பியல்) இரண்டின் பிதாமகர்களான
நீல்ஸ் போர் மற்றும் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் இருவரும் ஒன்றாக இருக்கும் ஒரு போட்டோவைப் பார்ப்போம்..

மீண்டும் சந்திப்போம்...இந்தக் குழந்தை வளருவதையும் அதன் பால லீலைகளையும் அதன் கூடவே இருந்து அனுபவிப்போம்...

சமுத்ரா

பி.கு: என்னை செல்போனில் சவுதியில் இருந்து அழைத்து அறிவியலை (மீண்டும்) எழுத உற்சாகம் கொடுத்த மூர்த்தி அவர்களுக்கு நன்றி..