நாம் அணுக்கள் பற்றிப் பார்த்தபோது, அணுவிற்குள் உள்ள அணுக்கரு (Nucleus) ஒரு கால்பந்துபோல இருக்கும் என்று பார்த்தோம். உண்மையில் அவை கால்பந்து போல உருண்டையாக இருக்காது. இன்னும் சொல்லப்போனால் அவற்றிருக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தையே நாம் தரமுடியாது. காரணம், நாம் அணுக்களின் சின்னஞ்சிறிய உலகிற்குள் செல்லும்போது வடிவம், உருவம், திடம் உள்ளிட்ட வார்த்தைகள் அனைத்தும் அர்த்தங்களை இழந்துவிடுகின்றன. ஒரு பேனாவை எடுத்து நோட்டு புத்தகத்தில் ஒரு புள்ளி வையுங்கள். அந்தப் புள்ளியின் அச்சு மையில் கோடிக்கணக்கான அணுக்கள் இருக்கின்றன.
ஒவ்வொரு அணுக்கருவின் உள்ளேயும் அதைவிடவும் சிறிய துகள்களான புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் இருக்கின்றன. அவற்றையும் நாம் வசதிக்காக ஒரு பந்துபோல கற்பனை செய்துகொள்ளலாம். ஆனால் அவையும் எந்த வடிவத்திற்குள்ளும் அடங்காது. ஓர் அணுக்கருவில் இருக்கும் புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் கிட்டத்தட்ட ஒரே அளவில்தான் இருக்கும். அவை மிகச்சிறிய அளவில் இருந்தாலும், அணுக்கருக்களைச் சுற்றும் எலக்ட்ரான்களைவிட ஆயிரம் மடங்கு பெரியவை.
புரோட்டானுக்கு மின்னூட்டம் (Electric Charge) உண்டு. நியூட்ரானுக்கு அது கிடையாது. அணுக்கருவைச் சுற்றும் எலக்ட்ரானுக்கும் மின்னூட்டம் உண்டு. ஆனால் புரோட்டானின் மின்னூட்டத்திற்கு எதிரான வகையில் எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் அமைந்திருக்கும். அணுத்துகள்களின் மின்னூட்டம் குறித்து வேறொரு பகுதியில் பார்த்துக்கொள்ளலாம். நியூட்ரானுக்கு எந்த மின்னூட்டமும் கிடையாது என்பதை மட்டும் இங்கே நினைவில் இருத்திக்கொள்வோம்.
எலக்ட்ரான்கள் மிக மிக மிகச் சிறியதாக இருப்பதால், ஓர் அணுவின் நிறை (Mass) என்பது அதன் புரோட்டானும் நியூட்ரானும்தான். சரி, நிறை என்றால் என்ன? நிறை என்பது எடை போன்றதுதான். எடையை நாம் எந்த அலகைக் கொண்டு அளக்கிறோமோ அதே அலகுதான் (கிராம், பவுண்ட் போன்றவை) நிறையை அளப்பதற்கும் பயன்படுகிறது. ஆனால் நிறை என்பது எடை கிடையாது.
ஒரு பொருளின் நிறை என்பது அதன் அணுக்களில் இருக்கும் புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்களின் கூட்டு எண்ணிக்கை. ஒரு குறிப்பிட்ட தனிமத்தின் அணுக்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை, அந்த அணுக்கருவைச் சுற்றி வரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருக்கும். ஆனால் நாம் ஏற்கெனவே பார்த்ததுபோல் எலக்ட்ரான்கள் புரோட்டான்களைவிட ஆயிரம் மடங்கு சிறியது என்பதால் அவற்றை நிறையை அளப்பதற்கு பயன்படுத்த முடியாது.
ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவில் ஒரே ஒரு புரோட்டானும் ஒரே ஒரு எலக்ட்ரானும் இருக்கும். ஹைட்ரஜனில் நியூட்ரான்கள் கிடையாது. மற்ற தனிமங்களில் நியூட்ரான்கள் உண்டு. ஓர் அணுக்கரு நிலையாக இருப்பதற்கு அதிலுள்ள நியூட்ரான்களே காரணம். ஹைட்ரஜன் நிலையாக இருப்பதற்கு ஒரு நியூட்ரானும் தேவையில்லை. ஒரே ஒரு புரோட்டான் போதும்.
யுரேனியம் அணுவை எடுத்துக்கொண்டால் அதில் 92 புரோட்டான்கள் இருக்கின்றன. ஈயத்தை எடுத்துக்கொண்டால் 82 புரோட்டான்களும் கார்பனில் 6 புரோட்டான்களும் இருக்கின்றன. இந்தப் பூமியில் இடம் பெற்றிருக்கும் எந்த ஒரு தனிமத்தை எடுத்துகொண்டாலும் அதற்கென்றே உரித்தான எண்ணிக்கையில்தான் புரோட்டான்கள் இருக்கும். ஆக்சிஜனில் இருக்கும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை தங்கத்தில் இருக்காது. வெள்ளியில் இருக்கும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை தாமிரத்தில் இருக்காது. அதேபோல் ஒரு தனிமத்திற்கு எத்தனை புரோட்டான்கள் இருக்கிறதோ அதே அளவு எலக்ட்ரான்களும் இருக்கும்.
ஒரு தனிமம் எத்தனை புரோட்டான்களைக் கொண்டிருக்கிறதோ அதையே அந்தத் தனிமத்தின் அணுவெண் (Atomic Number) என்கிறோம். அதனால் ஒரு தனிமத்தை நாம் அதன் பெயரைச் சொல்லி மட்டும் குறிக்க வேண்டும் என்பதில்லை. அதற்கான அணுவெண்ணைக் கொண்டும் குறிப்பிடலாம். உதாரணத்திற்கு 6வது எண்ணைக் கொண்ட தனிமம் கார்பன். 82வது தனிமம் ஈயம். இந்தத் தனிமங்களை வரிசைப்படுத்திதான் தனிம அட்டவணை (Periodic Table) உருவாக்கப்பட்டிருக்கிறது.
இப்போது நாம் ஏற்கெனவே பார்த்த ஒரு விஷயத்தை நினைவுகூர்வோம். நாம் ஒரு தனிமத்தின் கடைசி அணுவைத் துண்டாக்கினால் அதன்பின் அந்தத் தனிமம் அதன் தன்மையை இழந்துவிடுகிறது என பார்த்தோம் இல்லையா? உதாரணத்திற்கு நாம் தங்க அணுவை எடுத்து அதைத் துளைத்தால் அதன்பின் அந்த அணு தங்கத்தின் தன்மையை இழந்துவிடுகிறது. இதற்குக் காரணம் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை. தங்கத்தின் அணு எண் 80. அதில் இருக்கும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை 80. அதற்குமேல் அந்த அணுவை உடைத்துவிட்டால் அதில் 80 புரோட்டான்கள் இருக்காது. அதனால் அது தங்கத்தின் தன்மையை இழந்துவிடுகிறது.
ஓர் அணுக்கருவில் இருக்கும் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைப் போல நிலையானது அல்ல. பல தனிமங்களுக்கு நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை பலவிதமாக இருக்கும். அவற்றை நாம் ஓரிடத்தனிமம் (isotope) என அழைக்கிறோம். கார்பன் தனிமத்திற்கு கார்பன் 12, கார்பன் 13 மற்றும் கார்பன் 14 என மூன்று வகையான ஐசோடோப்கள் இருக்கின்றன. இவற்றில் இருக்கும் 12, 13, 14 என்ற எண்கள் ஓர் அணுவின் நிறையைக் (Atomic Mass) குறிக்கிறது. அதாவது ஓர் அணுவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை. மூன்று வகை கார்பனிலும் 6 புரோட்டான்கள் இருக்கின்றன. ஆனால் கார்பன் 12ல் ஆறு நியூட்ரான்கள், கார்பன் 13ல் ஏழு நியூட்ரான்கள் மற்றும் கார்பன் 14ல் எட்டு நியூட்ரான்கள் இடம்பெற்றிருக்கின்றன.
சில வகை ஐசோடோப்கள் கதிரியக்கத்தன்மையைக் கொண்டிருக்கும். உதாரணத்திற்கு கார்பன் 14 ஐசோடோப் கதிரியக்கத்தன்மை கொண்டது. அதனால் ஒரு குறிப்பிட்ட விகிதத்தில் அந்த ஐசோடோப் மற்றொரு தனிமமாக மாறக்கூடிய தன்மையைப் பெற்றிருக்கிறது. (ஆனால் எதிர்பாராத தருணத்தில்). விஞ்ஞானிகள் ஐசோடோப்களின் இந்த அம்சத்தைப் பயன்படுத்திதான் உயிர் படிமங்களின் (Fossils) வயதைக் கணிக்கின்றனர். இதை வைத்துதான் ஓர் உயிரினம் எந்தக் காலத்தில் வாழ்ந்தது என்ற வயதையும் உயிரினங்கள் எப்படித் தோன்றின, எவ்வாறு பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்தன உள்ளிட்டவற்றையும் விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்துள்ளனர். இதுகுறித்தும் நாம் விரிவாகப் பின்னால் பார்க்கலாம்.
கார்பன் 14 குறைந்த வயதுடைய படிமங்களைக் கணிக்க உதவுகிறது. உதாரணத்திற்கு பண்டைய காலத்தில் பயன்பாட்டில் இருந்த மரத்தினாலான கப்பல்களை இந்த ஐசோடோப்களைக் கொண்டு கணித்துவிட முடியும். கார்பன் போலவே யுரேனியத்தின் ஐசோடோப்பும் படிமங்களின் வயதைக் கணிக்க உதவுகிறது. ஆனால் கார்பனைப் போன்ற குறைந்த வயதுடைய படிமங்கள் இல்லாமல், அதிக வயதுடைய படிமங்களின் வயதை இதைக் கொண்டு கணிக்கலாம். குறிப்பாக பூமியின் தொடக்கக் காலத்தில் வாழ்ந்த உயிர்களின் வயதை, அவற்றின் உயிர்ப் படிமங்களைக் கொண்டு யுரேனியம் ஐசோடோப் மூலம் கணிக்கலாம்.
ஒரு தனிமத்தின் அணுவைத் துண்டாக வெட்டினால் எலக்ட்ரான்கள், புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் ஆகியவை இருக்கும் எனப் பார்த்தோம். அதுதான் இறுதியா? அத்துடன் நாம் வெட்டும் பயணம் முடிந்துவிடுகிறதா என்று கேட்டால் கிடையாது என்பதுதான் பதில். புரோட்டான்களையும், நியூட்ரான்களையும் உடைத்து உள்ளே சென்றால் குவார்க் எனப்படும் துகள் இருக்கிறது. குவார்க் என்பது பேரதிசயம். அந்த அதிசயத்துக்குள் நுழைந்தால் மற்றவை மறந்துவிடும் என்பதால் எடுத்துக்கொண்ட பொருளை மட்டும் தொடர்வோம்.
அணுக்கள் பற்றிக் சில தகவல்களை மட்டும் பார்த்துவிடுவோம். நாம் அணுக்களை வெறும் கண்களால் பார்க்க முடியாது எனப் பார்த்தோம். ஏன் வெறும் கண்களால் பார்க்க முடியாது? ஒரு பொருளில் பட்டு பிரதிபலிக்கும் ஒளியின் அலைநீளத்தைதான் நாம் பார்க்கிறோம். ஒரு தனிப்பட்ட அணுவில் பட்டு வெளிவரும் ஒளியின் அலைநீளத்தின் அளவு மிகச்சிறியதாக இருக்கும் என்பதால் அவற்றை நம்மால் பார்க்கமுடியாது. சாதார நுண்ணோக்கியால் அணுவைப் பார்க்கமுடியாது. அப்படியென்றால் அணுக்களை பார்ப்பதற்கு சாத்தியம் இருக்கிறதா? இருக்கிறது.
அணுவை நாம் மைக்ரோஸ்கோப்பின் உதவியுடன் கண்டறியவில்லை. அதற்கு நாம் மேலே பார்த்த ‘மாதிரி’ முறைதான் உதவியது. அணு இருப்பது உறுதியானதும், அதன் வடிவம், அமைப்பு ஆகியவற்றை மாதிரியின் மூலமாக மட்டுமே அறிய விஞ்ஞானிகள் விரும்பவில்லை. அணுவை எப்படியாவது பார்க்க வேண்டும் என்று கடினமான உழைப்பில் ஈடுபட்டனர். அதன் விளைவாக வந்ததுதான் ஸ்கேனிங் டனலிங் மைக்ரோஸ்கோப் (Scanning Tunneling Microscope).
1970களில் ஜெர்ட் பின்னிங் மற்றும் ஹெயின்ரிக் ரோஹர் என்ற இரு விஞ்ஞானிகளின் தலைமையில் சில பொறியாளர்கள் இணைந்து இந்த நுண்ணோக்கியை வடிவமைத்தனர். இதனைச் சுருக்கமாக எஸ்.டி மைக்ரோஸோப் என்று நம் வசதிக்கு அழைத்துகொள்ளலாம்.
இந்த மைக்ரோஸ்கோப் மூலம் பார்க்கும்போது அணுக்களை நம் வெறும் கண்களால் பார்க்க முடியும். தெளிவாகப் பார்க்க முடியாது என்றாலும் உத்தேசமாக அதன் தோற்றத்தைத் தரிசிக்கலாம். இந்த மைக்ரோஸ்கோப் எலக்ட்ரான் டனலிங் என்ற செயல்பாட்டின் மூலம் அணுக்களைப் பார்க்க உதவுகிறது. எளிமையாகச் சொல்ல வேண்டும் என்றால், இருட்டில் இருக்கும்போது நாம் கைகளைக் கொண்டு சுற்றுப்புறத்தைத் தொட்டுப் பார்த்து என்னென்ன பொருட்கள் இருக்கின்றன எனப் புரிந்துகொள்வோம் இல்லையா? அதேபோல இந்த மைக்ரோஸ்கோப் அதன் தொழில்நுட்பத்தின்மூலம் ஒரு பொருளின் எலக்ட்ரான்களின் வடிவமைப்பை ஆராய்ந்து, ஒவ்வொரு அணுவிற்கும் இடையே இருக்கும் வேறுபாட்டுடன் பொருத்திப் பார்த்து அவற்றை நாம் பார்க்கும் வடிவத்தில் புகைப்படமாகத் தருகிறது.
இந்த மைக்ரோஸ்கோப் முதன்முதலில் ஒரு கல்லில் உள்ள சிலிகான் அணுக்களின் அமைப்பைப் புகைப்படம் எடுத்தது. சிலிகான் அணுக்கள் எவ்வாறு அமைந்திருக்கின்றன என்பதை அந்தப் புகைப்படம் உணர்த்தியது. ஆனால் இதுவும் போதாது என கருதிய ஆரா ஆப்காரியன் (Ara Apkarian) என்ற விஞ்ஞானி, ஒளியைக் கொண்டே அணுக்களைப் பார்க்கும் புதிய வழிமுறையைக் கண்டுபிடித்தார். கடந்த காலத்தில் இது சாத்தியமே இல்லாதது எனச் சொல்லப்பட்டது. காரணம், ஒரு சிறிய அணுவைவிட ஒளியின் அலைநீளம் பெரியது என்பதால் அவற்றை நம்மால் பார்க்க முடியாது.
ஆனால் எஸ்.டி மைக்ரோஸ்கோப் வந்தவுடன் அவற்றில் ஒளியைப் பாய்ச்சும்போது, அவை ஒளியின் அலைநீளத்தைச் சுருக்கி, குறிப்பிட்ட ஓர் அணுவில் மட்டும் பட்டு, நாம் பார்க்கும் திரையில் தெறிக்க வைக்கிறது. கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நாம் ஒளியை நகர்த்தும்போது, அது அணுவின் ஒவ்வொரு பகுதியின் மேலும் பட்டு தெறிக்கிறது. ஒளி வெளியிடும் தரவுகளை இப்போது நாம் ஒன்றாக இணைத்து பார்க்கும்போது, ஒரு தனிப்பட்ட அணு எப்படி இருக்கும் என்ற காட்சி நமக்குக் கிடைக்கிறது.
1800களின் தொடக்கத்தில் இங்கிலாந்தைச் சேர்ந்த ஜான் டால்டன் என்ற பள்ளி ஆசிரியர் வேதியியல் மேல் விருப்பம் கொண்டார். சொந்த முயற்சியிலேயே பல்வேறு பரிசோதனைகளை நிகழ்த்திய அவர், ஒவ்வொரு தனிமத்தையும் எந்த அளவில் மற்ற தனிமத்துடன் கலந்தால் புதிய சேர்மங்கள், மூலக்கூறுகள் கிடைக்கின்றன என ஆய்வு நடத்தினார். அவரது ஆய்வின் முடிவில் பல்வேறு முடிவுகளைக் கண்டறிந்தார். அவருடைய கண்டுபிடிப்புகளை A New System of Chemical Philosophy என்ற புத்தகத்தில் எழுதி, வரைப்படங்களுடன் விளக்கி இருந்தார். அதுவரை அணு என்பது உண்மையா என்பது பற்றி முழுமையாக விஞ்ஞானிகளால் ஏற்றுக்கொள்ளப்படாமல் இருந்த நிலையில், அவருடைய புகைப்படம்தான் அணுவின் அமைப்பு பற்றிய ஒரு புரிதலை உண்டாக்கியது. அணு என்ற கருத்தாக்கம், வேதியியல் வினைகள் பற்றியெல்லாம் துல்லியமாக புரிந்துகொள்வதற்கு உதவியது.
இங்கே ஆச்சரியமூட்டும் ஒரு விஷயம் இருக்கிறது. ஜான் டால்டன் அணுக்கள் இந்த வடிவத்தில் இருக்கலாம் என்று படங்கள் வரைந்து வைத்திருந்தார் இல்லையா? அந்தப் படங்களில் இடம்பெற்றுள்ள அணுக்களின் தோற்றம், எஸ்.டி மைக்ரோஸ்கோப் மூலம் நாம் நேரில் தரிசித்த அணுக்களின் தோற்றத்துடன் அப்படியே பொருந்திப்போனது. இரண்டாயிரம் ஆண்டுகளுக்கு முன் டெமோகிரிட்டஸ் என்ற தத்துவஞானி முன்வைத்த அணு என்ற கருத்தாக்கத்தையும், 19ம் நூற்றாண்டில் ஜான் டால்டன் வரைந்து வைத்த அணுவின் கற்பனை வடிவத்தையும் காட்சி வடிவங்களாக 20ஆம் நூற்றாண்டில்தான் நாம் அவதானிக்கிறோம்.
(தொடரும்)
