உயிர் #2 – மூலப்பொருள்களை அறிந்துகொள்வோம்

உயிர்களைப் பற்றி விரிவாகப் பார்ப்பதற்கு முன் அந்த உயிர்களை கட்டமைத்த மூலப்பொருட்களைச் சுருக்கமாக அறிமுகப்படுத்திக்கொள்ளலாம்.

உயிர்களைக் கட்டமைத்த மூலப்பொருட்கள் என்றால் என்ன என்று யோசிக்க வேண்டாம். உயிர்கள் மட்டும் அல்ல, இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள அனைத்தும் எதனால் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது என ஏற்கெனவே உங்களுக்கு தெரிந்திருக்கும். அணு. ஏன் அணு? உயிர்களின் உடலுக்குள் ஏராளமான வேதியியல் செயல்பாடுகள் நடைபெற்றுக்கொண்டிருக்கின்றன. அவற்றை நாம் புரிந்துகொள்வதற்கு அடிப்படை கட்டுமானப் பொருட்களான அணுக்கள், மூலக்கூறுகள், சேர்மங்கள், அது மட்டுமல்லாமல், புறச்சூழலைச் சார்ந்தே உயிர்கள் இயங்குகின்றன. அந்தப் புறச்சூழலை அறிவதற்கும் நாம் அணுக்களைப் புரிந்துகொள்ள வேண்டும்.

இந்தப் பிரபஞ்சம் எதனால் ஆனது என்பதற்கான விடையை மனித இனம் எப்போதோ தேடத் தொடங்கிவிட்டது. ஒவ்வொரு காலத்தில் வாழ்ந்த தத்துவவாதிகளும் இந்த உலகம் இதனால் ஆனது என பல்வேறு பார்வைகளை முன்வைத்துச் சென்றுள்ளனர். சிலர் இந்த பிரபஞ்சமே கற்பனை, எல்லாம் மாயை என்கின்றனர். பொருள்முதல்வாதிகள் இந்த உலகம் நிலம், நீர், காற்று, ஆகாயம், நெருப்பு ஆகிய பஞ்ச பூதங்களால் ஆனது என்கின்றனர்.

எல்லாம் மாயை என்பதைவிட, பஞ்ச பூதங்கள் என்ற பார்வை உண்மையில் இந்த உலகம் பருப்பொருட்களால் ஆனது என்று உறுதி செய்யக்கூடிய பதிலை முன்வைக்கிறது. இதன் தொடர்ச்சியாக பல்வேறு காலக்கட்டங்களில் நடைபெற்ற தொடர் கண்டுபிடிப்புகளால் நம் உலகம் அனைத்தும் அணுக்களால் ஆனது என்ற முடிவுக்கு அறிவியல் வந்திருக்கிறது.

அணு என்றொரு மாய உலகம்

Atom என்பது மிகச்சிறிய பொருள். இந்தச் சொல் பண்டைய கிரேக்கச் சொல்லான Atomos என்பதிலிருந்து உருவானது. Tomos என்றால் வெட்டுதல், அல்லது சிதைத்தல் என்று பொருள். Atomos என்றால் வெட்ட முடியாதது, சிதைக்க முடியாதது. ஒரு பொருளை வெட்டிக்கொண்டே சென்றால் அது சிறிதாகிக்கொண்டே செல்லும். ஒருகட்டத்தில் அது வெட்ட முடியாத அளவிற்குச் சிறியதாகிவிடும். அதுதான் Atomos, அணு.

இந்த உலகின் எல்லா பொருட்களும் அணுவால் ஆனது. நீங்கள், நான், நீங்கள் படித்துகொண்டிருக்கும் புத்தகம், கணினி, உங்கள் வீட்டு வாசலில் ஹாரனை அலறவிட்டபடி செல்லும் வாகனம், எதிர்த்த வீட்டு மரத்தில் அமர்ந்து கரைந்துகொண்டிருக்கும் காகம் என உலகில் உள்ள உயிருள்ள பொருட்கள், உயிரற்ற பொருட்கள் என பரம்பொருளும் அணுவால் ஆனதுதான்.

சரி, உங்களுக்கு இப்போது ஒரு கேள்வி வரலாம். எல்லா பொருட்களும் அணுக்களால் ஆனது என்றால் அனைத்துப் பொருட்களும் ஏன் ஒரே மாதிரி இருப்பதில்லை. ஏன் ஒவ்வொன்றும் வேறுபாடுகளுடன் வித்தியாசமாக இருக்கிறது? நீங்களும், வெளியே நிற்கும் காரும் ஏன் ஒரே மாதிரி இருப்பதில்லை? எலியும் வானில் பறக்கும் ஏரோபிளேனும் ஏன் ஒன்று போல் இல்லை?

எல்லாம் அணுக்களால் உருவாகி இருந்தாலும், ஒவ்வொன்றும் வேறு வகை அணுக்கள். இந்த உலகத்தில் நூற்றுக்கும் மேற்பட்ட வகைகளில் அணுக்கள் இருக்கின்றன. இதில் இயற்கையாக நம் பூமியில் இருப்பது 92 வகையான அணுக்கள். (இதில் டெக்னிடியம் (43) மற்றும் புரோமித்தியம் (61) யுரேனியத்தில் இருந்து பெறுவது. இதைப்பற்றி நாம் விரிவாக பார்க்கப்போவதில்லை) மீதமெல்லாம் விஞ்ஞானிகளால் செயற்கையாக உருவாக்கப்பட்டவை. இயற்கையாக மொத்தம் 92 வகை தனிமங்கள் இருக்கின்றன. அவற்றின் சிறிய அளவைத்தான் நாம் அணு என்கிறோம். (2020ம் ஆண்டு கணக்குப்படி மொத்தம் 118 தனிமங்கள் இருப்பதாக கூறுகிறார்கள். 2012 முதல் 2016 வரை மட்டும் புதியதாக ஆறு தனிமங்கள் கண்டறியப்பட்டன. தனிமங்களின் வேதியியல் பண்புகள் மாறிகொண்டே இருப்பதால் புதிய கண்டுபிடிப்புகள் நிகழ்ந்துகொண்டே இருக்கிறது.)

இப்போது ஒரு தங்கத்தை எடுத்துக்கொள்வோம். தங்கம் என்பது இயற்கையாக பூமியில் அமைந்திருக்கூடிய தனிமம் (Element). அதன் மிகச்சிறிய அளவு ஒரு தங்க அணு. அதற்குமேல் தங்கத்தின் அணுவை உடைத்தால் அது தங்கமாக இருக்கும் தன்மையை இழந்துவிடும். ஒரு இரும்பின் சிறிய அளவு இரும்பு அணு. அதற்குமேல் அந்த அணுவை உடைத்தால் அது இரும்பு என்ற தன்மையை இழந்துவிடும். ஒரே ஒரு அணுவை மட்டும் கொண்டிருக்கும் தூய பொருளை நாம் தனிமம் என்கிறோம்.

ஹைட்ரஜன் என்பது ஒரு தனிமம். ஆக்சிஜன் என்பது ஒரு தனிமம். இரும்பு, குளோரின், தாமிரம், சோடியம், தங்கம், கார்பன், மெர்குரி, நைட்ரஜன் ஆகிய அனைத்தும் தனிமங்கள்தான். இவற்றையெல்லாம் நாம் பள்ளியில் தனிம அட்டவணையில் (Periodic Table) பார்த்திருப்போம். மாலிப்டினம் (Molybdenum) என்பது பூமியில் இருக்கக்கூடிய ஓர் அரிய தனிமம். ஆனால் பிரபஞ்சத்தில் பல்வேறு இடங்களில் இது சாதாரணமாக இருக்கக்கூடியது.

இரும்பு, ஈயம், தாமிரம், துத்தநாகம் (ஜிங்க்), வெள்ளீயம் (டின்) மற்றும் மெர்குரி ஆகிய உலோகங்களும் (metals) தனிமங்கள்தான். ஆக்சிஜன், ஹைட்ரஜன், நைட்ரஜன் மற்றும் நியான் ஆகிய வாயுக்களும் (gas) தனிமங்கள்தான். ஆனால் நம்மைச் சுற்றிலும் காணப்படும் பெரும்பான்மையான பொருட்கள் தனிமங்களாக இருக்காது. அவை மூலக்கூறுகளின் (Molecules) வடிவிலோ, சேர்மங்களின் (Compounds) வடிவிலோ இருக்கும்.

மூலக்கூறுகள் மற்றும் சேர்மங்கள்

மூலக்கூறுகள், சேர்மங்கள் என்றால் என்ன? ஒரு பொருளின் ஒரே ஒரு அணுவை நாம் தனிமங்கள் என்கிறோம் அல்லவா? அதேபோல இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வெவ்வேறு அணுக்கள் குறிப்பிட்ட ஒரு அமைப்பில் கலக்கும்போது அவற்றை நாம் சேர்மங்கள் என்று அழைக்கிறோம். அதாவது சேர்மம் என்பது ஒரு நிலையான விகிதத்தில், வெவ்வேறு வகையான தனிமங்கள் சேரும்போது உருவாகும் பொருள். நம்மைச் சுற்றிலும் எங்கும் நிறைந்திருக்கும் பொருள் நீர். நீர் என்பது ஒரு சேர்மம். ஆக்சிஜன் அணுவும் இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களும் கலந்த கூட்டு.

மூலக்கூறு என்பது ரசாயனப் பிணைப்புகளால் (Chemical Bond) ஒன்றிணைக்கப்பட்ட இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்களின் குழுவாகும். அனைத்துச் சேர்மங்களையும் நாம் மூலக்கூறுகள் எனக் கூறிவிடலாம். ஆனால் அனைத்து மூலக்கூறுகளையும் நாம் சேர்மங்கள் எனக் கூற முடியாது.

இங்கே உங்களுக்குக் குழப்பம் வரலாம். சேர்மத்துக்கும் மூலக்கூறுக்கும் என்ன பொருள்? இதற்கான தெளிவான வரையறை மாறிக்கொண்டே வருகிறது. ஆரம்பத்தில் Covalent bond என்ற இணைப்பு மூலம் இணைக்கப்பட்ட தனிமங்களை மூலக்கூறுகள் என்றும், Ionic bond மூலம் இணைக்கப்பட்ட தனிமங்களை சேர்மங்கள் என்றும் எளிதாக விளக்கி வந்தனர்.

ஆனால் இப்போது Covalent, Ionic bond-களுக்கு இடையேயான இடைவெளி சற்று தெளிவற்றதாக ஆகி இருக்கிறது. சில மூலக்கூறுகள் வெவ்வேறு அணுக்களுடன் இணையும்போது அயானிக், கோவாலண்ட் என்ற இரண்டு வகை பிணைப்புகளையுமே கொண்டிருக்கின்றன. அதனால் தெளிவான முடிவுகளுக்கு வர முடியவில்லை.

நவீன கால விளக்கத்தின்படி, ஒரு மூலக்கூறு இரண்டு வெவ்வேறு வகை அணுக்களைக் கொண்டிருந்தால் அவை சேர்மங்களாகும். அந்த வகையில் நாம் நீரை மூலக்கூறு என்றும் அழைக்கலாம். சேர்மம் என்றும் அழைக்கலாம். ஒரே வகையான அணுக்கள் இணைவதை நாம் மூலக்கூறு என அழைத்துக்கொள்வோம். உதாரணமாக ஆக்சிஜன் (O₂) ஒரு மூலக்கூறு, ஓசோன் (O₃) ஒரு மூலக்கூறு. இதற்கு மேல் குழம்ப வேண்டாம்.

சில மூலக்கூறுகள் எளிமையானவை. உதாரணம் நீரின் மூலக்கூறுகள். அதில் வெறும் 3 அணுக்களின் கூட்டுதான் இருக்கிறது. சில மூலக்கூறுகள் மிகவும் சிக்கலானவை (Complex). உதாரணமாக உயிரினங்களின் உடலில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள். டி.என்.ஏ (DNA), புரதம் (Protein), அமினோ அமிலங்கள் (Amino acids) இவையெல்லாம் உயிரினங்களின் உடலில் இருக்கும் மூலக்கூறுக்கள். (இவற்றை நாம் பின்னர் விரிவாகப் பார்க்க இருக்கிறோம்). இவற்றில் நூற்றுக்கணக்கான அணுக்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தில் இணைந்திருக்கும். எந்தெந்த அணுக்கள் இணைந்திருக்கின்றன, அவை எவ்வாறு இணைந்திருக்கின்றன, அவற்றில் எத்தனை அணுக்கள் இருக்கின்றன என்பதை பொறுத்து ஒரு மூலக்கூறு சேர்மமாகுமா, ஆகாதா என நிர்ணயிக்கப்படும்.

நாம் சுவாசிக்க உதவும் வாயுவான ஆக்சிஜனில் இரண்டு ஆக்சிஜன் அணுக்கள் ஒன்றாக இணைந்திருக்கும். இதுவே மூன்று ஆக்சிஜன் அணுக்கள் இணைந்தால் அது வேறு வகை மூலக்கூறாக உருமாறும். அதுதான் ஓசோன். ஒரே வகையான அணுக்களாக இருந்தாலும், எத்தனை அணுக்கள் இணைகின்றன என்பதைப் பொருட்டு அது வெவ்வேறு வகை மூலக்கூறாக மாறிவிடும். ஓசோன் சுவாசிப்பதற்கு ஆபத்தானது. ஆனால் அதுவே வளி மண்டலத்தின் மேற்புறத்தில் இருக்கும்போது சூரியனில் இருந்து வெளியாகும் புற ஊதா போன்ற கதிர்கள் நம்மை பாதிக்காமல் பாதுகாக்கிறது.

வைரக்கற்கள் உங்களுக்கு தெரியும். அது ஒரு வகை மூலக்கூறு. அதற்கு நிலையான அளவு கிடையாது. பெரிய வைரக்கற்களும் இருக்கின்றன. சிறியதும் இருக்கின்றன. ஒரு வைரக்கல்லில் லட்சக்கணக்கான கார்பன் அணுக்கள் இடம்பெற்றிருக்கும். அந்த அணுக்கள் ராணுவ வீரர்கள் வரிசையில் நிற்பது போல இடைவெளி விட்டு வரிசையாக முப்பரிமாணத்தில் அமைந்திருக்கும். நீங்கள் நகைக் கடையில் பார்க்கும் மூக்குத்தியில் இருக்கும் சிறிய வைரக்கல்லில்கூட ஏராளமான கார்பன் அணுக்கள் இருக்கின்றன. அதன் எண்ணிக்கை உலகில் உள்ள அத்தனை உயிரினங்களின் எண்ணிக்கையைவிட அதிகம்.

இந்த அணுக்கள் இறுக்கமாக அமைந்திருப்பதால், அதற்கு இடையில் இடைவெளியே இருக்காது என நாம் எண்ணிவிடக்கூடாது. எல்லா திடப்பொருளிலும் உள்ளே வெற்றிடம் இருக்கிறது என்பதைத்தான் அறிவியல் கூறுகிறது. நாம் எந்தப் படிகங்களை (Crystals) எடுத்துக்கொண்டாலும், அதில் உள்ள அணுக்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவமைப்பில், ஒழுங்குமுறையில் அமைந்திருப்பதால்தான் அந்த முழு படிகங்களுக்கும் வடிவம் கிடைக்கிறது. உண்மையில் அந்த வடிவத்தைதான் நாம் படிகம் என்கிறோம்.

சில அணுக்கள் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட ஒழுங்கமைப்பில் இருப்பதற்கான தன்மையைப் பெற்றிருக்கும். அவ்வாறு அதன் ஒழுங்குமுறை மாறும்போது அது வேறு ஒரு பொருளாகவே மாறிவிடும். உதாரணத்திற்கு கார்பன் அணுக்களை எடுத்துக்கொள்வோம். அந்த அணுக்கள் எல்லாம் குறிப்பிட்ட ஒரு வடிவத்தில் அமைந்திருக்கும்போது விலைமதிப்பு மிக்க வைரகற்களாகிறது. அதை எடுத்து நீங்கள் நகைகளில் அலங்காரத்திற்கு பயன்படுத்தலாம்.

அதே கார்பன் அணுக்கள் மற்றொரு ஒழுங்குமுறையில் அமையும்போது கிராஃபைட்டாக (Graphite) மாறுகிறது. அதை எடுத்து நீங்கள் பென்சில் தயாரிப்பதில் இருந்து, உயவுப்பொருள்கள் (Lubricants), பாலிஷ்கள், பேட்டரிகள், மின் மோட்டார்களுக்கு பிரஷ்கள், அணு உலையின் நடுப்பகுதி (Core reactors) தயாரிக்க என்று பல்வேறு வகையில் பயன்படுத்தலாம்.

கார்பன் மட்டுமல்ல தங்கம், தாமிரம், இரும்பு ஆகிய அனைத்தும் ஒரே வகையான அணுக்களின் சேர்க்கைதான். ஆனால் படிகங்கள் ஒரே வகை அணுக்களின் சேர்க்கையால் மட்டும் உருவாகாது. நீங்கள் சாப்பாட்டிற்குப் பயன்படுத்தும் உப்பை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். சோடியம் மற்றும் குளோரின் ஆகியவற்றின் சேர்மம்தான் அந்த உப்பு. சோடியம் அயனிகளைச் சுற்றி ஆறு குளோரின் அயனிகளும் குளோரினைச் சுற்றி சோடியம் அயனிகளும் முப்பரிமாண வடிவில் அமைந்திருப்பதுதான் நாம் சாப்பிடும் உப்பு.

இப்போது உங்களுக்கு ஒரு கேள்வி எழலாம். மூலக்கூறுகள் எல்லாம் திடப்பொருளாகத்தான் இருக்க வேண்டுமா? நிச்சயம் இல்லை. திரவமும் மூலக்கூறுதான். வாயுக்களும் மூலக்கூறுக்கள்தான். ஆனால் வாயுக்களில் நாம் மேலே படிகங்களில் பார்த்ததைபோல் மூலக்கூறுகள் எல்லாம் இறுக்கமான அமைப்பில் அமைந்திருக்காது. அனைத்தும் இருக்கும் இடைவெளியில் சுதந்திரமாக சுற்றித்திரிந்துகொண்டிருக்கும். அந்தச் சுதந்திரமான மூலக்கூறுகள், அந்த வாயு நிரப்பப்பட்டுள்ள குடுவையின் சுவற்றை இடிக்கும்போதோ அல்லது வேறு ஒரு மூலக்கூறுவில் மோதும்போதோ ரப்பர் பந்துபோல மீண்டும் துள்ளி வேறு திசைக்கு செல்கிறது.

வாயுக்களில் அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் ஏராளமான இடைவெளி இருக்கிறது என்பதால் அவற்றில் அமுக்கத்தைத் (Compress) தரமுடியும். வாயுக்களை அழுத்தும்போது ஸ்பிரிங் போன்று இருக்கும். உதாரணத்திற்கு சைக்கிள் காற்றடிக்கும் பம்பை எடுத்து அதன் குழாயின் முனையில் விரலை வைத்துக்கொண்டு, மேலே பம்பை அழுத்தும்போது காற்றுக்கு இடையே அழுத்தம் ஏற்பட்டு ஸ்பிரிங் போன்ற தன்மையை உங்களால் உணர முடியும். இதை நாம் அழுத்தம் (Pressure) என்கிறோம்.

இந்த அழுத்தம் ஏற்படுவதற்குக் காரணம் காற்றில் உள்ள லட்சக்கணக்கான மூலக்கூறுகள் (நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் மற்றும் பல) ஒன்றுக்கொன்று மோதிக்கொள்வதுதான். அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது இந்த மோதலும் அதிவேகத்தில் நிகழும். ஒரு சிறிய இடத்தில் காற்றை அழுத்தும்போதும் அல்லது காற்றில் வெப்பத்தை அதிகரிக்கும்போதும் வாயுவில் உள்ள மூலக்கூறுகள் இவ்வாறு அதிவேகத்தில் மோதலில் ஈடுபடுகின்றன. நகரத் தொடங்குகின்றன. இந்த முறையை பயன்படுத்திதான் வானில் பிரமாண்ட பலூன்கள் எல்லாம் பறக்கின்றன.

(தொடரும்)