அறிவியல் ஆயிரம்

விவரங்கள்

இராசேந்திர சோழன்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 02 நவம்பர் 2012

அணுக்கருவுக்குள் நுழையும் போதுதான் அணு ஆற்றல் பற்றிப் புரிந்து கொள்ள முடியும் என்றாலும் அணு ஆற்றல் பற்றி அறிந்து கொள்ளுமுன் பொதுவாக ஆற்றல் என்றால் என்ன என்று பார்த்துக் கொண்டு மேலே செல்வோம்.

“ENERGY” என்கிற ஆங்கிலச் சொல்லே தமிழில் “ஆற்றல்” அல்லது “சக்தி” என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த ஆற்றல் அல்லது சக்தி என்பது என்ன?

இந்த ஆற்றல் என்பது நேரடியாகக் கண்ணால் காண முடியாதது. அதற்கு நிறம் கிடையாது. மணம் கிடையாது. ருசி கிடையாது. இதரப் பொருள்களை நேரடியாகக் கையால் தொட்டு உணர்வது போல ஆற்றலைத் தொட்டு உணரவோ, நமது புலன்களால் நேரடியாக அறியவோ முடியாது. பிறகு, நாம் ஆற்றலை எப்படித்தான் காண்கிறோம்? எப்படித்தான் அறிகிறோம்? ஆற்றலை நாம் அது இயங்கும் பொருள்களின் மூலமாக மட்டும் பார்க்கிறோம். அந்தப் பொருள்களின் வாயிலாகவே அறிகிறோம். எப்படி?

கார் ஓடுகிறது. இரயில் ஓடுகிறது. ஆகாய விமானம் பறக்கிறது. நீர் இறைக்கும் என்ஜின் அல்லது மின்சார மோட்டார் இயங்குகிறது. மின்விளக்கு எரிகிறது. மின்விசிறி சுழல்கிறது... இவையெல்லாம் எப்படி இயங்குகின்றன? இவையெல்லாம் அது அதற்கும் தேவைப்படும் பல்வேறு ஆற்றல்களை, அந்த ஆற்றல்களைத் தரும் பல்வேறு விதப் பொருள்களைக் கொண்டே இயங்குகின்றன. இப்பொருள்கள் பெட்ரோல், டீசல், நீராவி, மின்சாரம் என இப்படிப் பலதரப்பட்டு இருக்கின்றன.

இது பிற பொருள்கள் இயங்க என்று மட்டும் இல்லை. நாம் நடக்க, ஓட, உட்கார, எழுந்திருக்க, பல்வேறு வேலை களைச் செய்ய நமக்கும் ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. இந்த ஆற்றல் நமக்கு எங்கிருந்து கிடைக்கிறது? நாம் உண்ணும் உணவிலிருந்து, உட்கொள்ளும் சுவாசத்திலிருந்து கிடைக் கிறது இல்லையா? சரி. ஆகவே பொதுவில் மனித இயக்கத் திற்கும் பிற பொருள்கள் இயக்கத்திற்கும் ஆற்றல் தேவைப் படுகிறது. இந்த ஆற்றல் பலவகைப்பட்டதாய் இருக்கிறது.

ஆற்றல் இப்படிப் பலவகைப்பட்டதாய் இருந்தாலும் மொத்தத்தில் பொதுவாய் இந்த ஆற்றல்களை எட்டு வகையாகப் பிரிக்கலாம். அவையாவன :

1.            வேதி ஆற்றல்         

2.            வெப்ப ஆற்றல்       

3.            எந்திர ஆற்றல்        

4.            மின் ஆற்றல்            

5.            ஒளி ஆற்றல்            

6.            ஒலி ஆற்றல்            

7.            மின்காந்த ஆற்றல்             

8.            அணு ஆற்றல்          

இவை வெவ்வேறு வகையில் பெறப்படுவதாலேயே இவை வெவ்வேறு பெயரால் அழைக்கப்படுகின்றன.

காட்டாக, பெட்ரோல், டீசல், நாம் உண்ணும் உணவு, காய்கறிகள், பழங்கள், மாமிசம் இவற்றிலிருந்து பெறப்படும் ஆற்றல் வேதி ஆற்றல்.

சூரியனிடமிருந்து நேரடியாக நாம் பெறுவது, நிலக்கரி வெப்பத்தைப் பயன் படுத்தி நீராவி மூலம் இரயில் ஓட்டுவது, கப்பல் ஓட்டுவது எல்லாம் வெப்ப ஆற்றல். பார்க்கப்போனால் நம் உடம்பில் நிகழும் இரத்த ஓட்டம் உட்பட யாவும் நமது இதயத்தின் எந்திர இயக்கம் காரணமாகப் பெறப்படுகிற ஆற்றல்தான்.

 இதேபோலவே ஒலி,ஒளி,மின்சாரம், காந்தம், மின் காந்தம் அணு இவைகளிலிருந்து பெறப்படும் ஆற்றல்கள் எல்லாம் அந்தந்த வகை ஆற்றல்களாகப் பெயரிட்டு அழைக்கப்படுகின்றன.

இங்கே ஒரு முக்கிய விஷயம். மேலே இப்படி ஆற்றல்களை வகைப்படுத்திச் சொல்வதால், இவ்வாற்றல்கள் எல்லாம் முற்றாகத் தனித்தனியானவை என்றோ, அல்லது இவை ஒன்றுக்கொன்று சம்பந்தமே இல்லாதவை என்றோ யாரும் தவறாகக் கருதிவிடக் கூடாது. காரணம் இவையெல்லாம் ஒன்றுக்கொன்று சம்பந்தமுடையவை. ஒன்றோடொன்று தொடர்புடையவை. ஒன்று மற்றொன்றாக மாறத்தக்கவை. இப்படி மாறும் சாத்தியமுள்ளதாய் இருப்பதனாலேயே இவை நமக்குப் பயன் தருவதாயும் இருக்கின்றன. நம்மால் பயன்படுத்தவும் முடிகிறது. எப்படி?

நீரைக்கொண்டு, டர்பைனை இயக்கி அதாவது எந்திர ஆற்றலை உருவாக்கி, அந்த எந்திர ஆற்றலில் இருந்து மின் ஆற்றலைப் பெறுகிறோம். அந்த மின் ஆற்றல் ஒளியாற்றலாக, வெப்ப ஆற்றலாக மாறி, மின் விளக்கு எரிகிறது. மின் இஸ்திரிப் பெட்டி சூடாகிறது. எந்திர ஆற்றலாக மாறி மின்விசிறி சுழல்கிறது. மின்சார மோட்டார், மாவு அரைக்கும் யந்திரங்கள் இயங்குகின்றன.

அதேபோல டீசலைப் பயன்படுத்தி, அதாவது வேதியியல் வகை ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, ஜெனரேட்டரை இயங்கச் செய்கிறோம். அதாவது எந்திர ஆற்றலைப் பெறுகிறோம். இந்த ஜெனரேட்டரை இயங்கச் செய்து மின்ஆற்றலைப் பெறுகிறோம்.

சூரியனிடமிருந்து வெப்ப ஆற்றலைப் பெற்று மரம் செடி, கொடி தாவரங்கள் வளர்கின்றன. அவற்றின் காய்கறிகள் பழங்களைத் தின்று வேதியியல் ஆற்றலாக மாற்றி நாம் நம் இயக்கத்துக்கான யந்திர ஆற்றலைப் பெறுகிறோம்.

அதேபோலப் பல ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு முன் வாழ்ந்து மடிந்த தாவரங்களும், விலங்குகளும் பூமிக்கடியில் மக்கி நிலக்கரியாகவும், டீசல் பெட்ரோல் ஆகவும் நமக்குக் கிடைக்கிறது. இப்படியே பலவும்.

இதிலிருந்து நமக்கு என்ன தெரிகிறது...?

பேரண்டத்தில் நிலவும் ஆற்றல் பலவகைப்பட்டதாய் இருக்கிறது. இந்த ஆற்றல்கள் ஒன்று மற்றொன்றாக மாறத் தக்கவை. இப்படி மாறத்தக்க ஆற்றல்களாக இவை இருப்பதனாலேயே இவை நமக்குப் பயன்படும் ஆற்றல்களாக, அதாவது நம்மால் பயன்படுத்த முடிந்த ஆற்றல்களாகவும் இருக்கின்றன. இல்லையா? சரி. இது அப்படியே இருக்கட்டும்.

ஆற்றல் மாற்றமும் பலனும்

இயற்கையின் எல்லா இயக்கத்துக்கும் விதிமுறைகள் இருப்பது போலவே ஆற்றலுக்கும் விதிகள் உண்டு. இந்த விதிகளில் ஒன்றை ஏற்கெனவே பார்த்தோம். அதாவது ஒரு ஆற்றல் இன்னொன்றாக மாறத்தக்கது. மாற்ற சாத்தியமுடையது என்பதே அது.

சரி, ஆற்றல் பற்றிய இன்னொரு விதி ஆற்றலை ஆக்கவும் முடியாது, அழிக்கவும் முடியாது என்பதே.

எப்படி எந்தப் பொருளையும் ஆக்கவும் முடியாது, அழிக்கவும் முடியாதோ, அதாவது இதை மேலோட்டமாகப் புரிந்து கொண்டு எதிர் கேள்வி போடாமல், இந்தக் கூற்றின் அறிவியல் அர்த்தத்தில், எந்த ஒரு பொருளையும் ஏதாவது ஒரு பொருளிலிருந்து தான் உருவாக்க முடியும், அதேபோல எந்த ஒரு பொருளை அழிக்க நினைத்தாலும் அது இன்னொரு பொருளாகத்தான் மாறுமே தவிர அது அழியாது என்பதை எப்படிப் புரிந்து கொள்கிறோமோஅதைப்போல, காட்டாக, இயற்கையில் காணும் பொருள்கள் தவிர மனிதன் புதிது புதிதாக எவ்வளவோ பொருள்களைச் செய்கிறான் என்றாலும் இப்படிச் செய்யும் எல்லா பொருளும் இயற்கையில் காணும் ஏதாவது ஒரு அல்லது பல பொருள்களிலிருந்தே உருவாக்கப்படுகின்றன என்பதை எப்படி அறிகிறோமோ அதேபோல எந்த ஆற்றலையும் அழிக்க நினைத்தால் அது இன்னொரு ஆற்றலாகத்தான் மாறுமே தவிர அந்த ஆற்றல் அழியாது என்பதையும் நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டும்.

எப்படி? விறகு இருக்கிறது. அது ஒரு பொருள். எரிந்து மறைந்து விடவில்லையா, பெட்ரோல் இருக்கிறது. அது ஒரு பொருள். அது எரிந்தோ அல்லது காற்றில் ஆவியாகியோ மறைந்து விடவில்லையா என்று சிலர் நினைக்கலாம். ஆனால், அது உண்மையில்லை. மறைவது பொருட்களின் வடிவம் தானேயொழிய முற்றாக அதில் அடங்கியுள்ள பொருட்கள் அல்ல. அவை அழியவும் முடியாது. காரணம் ஏற்கெனவே அணு, தனிமம், மூலக்கூறு பற்றியெல்லாம் படித்தோமில்லையா... அதைச் சற்று நினைவு கொள்வோம். அப்படி நினைவு கொள்ள, விறகு எப்படிப்பட்ட மூலக் கூறுகளால், தனிமங்களால் ஆக்கப்பட்டதோ, அவை விறகு எரியும் போதும் அழிந்துபடாமல் வேதிவினை புரிந்து வேறொரு பொருளின் மூலக்கூறுகளாக, தனிமங்களாக மாறிவிடுகின்றன. அதாவது விறகு எப்படிப் பட்ட பொருட்களால் ஆக்கப்பட்டதோ, அவற்றின் மூலக் கூறுகள் அல்லது தனிமத் துகள்கள் அழியாமல் அவை அப்படியே வேறொரு பொருளின் மூலக் கூறுகளாக தமினிமங்களாகாக மாறி விடுகின்றன. அதாவது விறகு என்கிற பொருள் மறைந்து வேறு பல பொருள்கள் வடிவில் அவை நிலவுகின்றன.

இப்படியே பெட்ரோலும் மற்ற எரிபொருட்களும் எல்லாமும். இப்போது பொருள் அழிவதில்லை என்பதை ஓரளவு புரிந்து கொள்ள முடிகிறது இல்லையா..? சரி. ஆற்றல் அழிவதில்லை என்பதை எப்படிப் புரிந்து கொள்வது?

காட்டாக, அருவியிலிருந்து மின்சாரம் எடுக்கிறோம். அருவியில் கொட்டும் நீர் அதன் வேகம் என்பது ஒரு ஆற்றல், மின்சாரம் என்பதும் ஒரு ஆற்றல். ஆகவே இங்கு நீரின் இயக்க ஆற்றல் மின் ஆற்றலாக மாறுகிறது. அந்த ஆற்றலிலிருந்து பல்பு எரிகிறது. பல்பு எரிவதன் மூலம் மின் ஆற்றல், வெப்ப, ஒளி ஆற்றலாக மாறி வளிமண்டலத்தில் கரைந்து விடுகிறது. மின்விசிறியாகச் சுழன்று இதுவும் வளிமண்டலத்தை வெப்பமூட்டி விசும்பில் கரைந்து விடுகிறது. அதாவது மின் விளக்கு, மின் விசிறி வெளிப்படுத்தும் ஆற்றல் நம்மைச் சுற்றியுள்ள வளி மண்டலத்தை வெப்பமூட்டும் ஆற்றலாக மாறிவிடுகிறது.

இதேபோலப் பெட்ரோல் திறந்து வைத்திருந்தால் அது ஆவியாகி வளி மண்டலத்தில் கரைந்து வளிமண்டலத்தை வெப்பப்படுத்துகிறது. அதாவது வளிமண்டலத்தில் இருந்து வெப்பத்தை எடுத்துக் கொண்டுஆவியாகி அதன்மூலம் மீண்டும் வளிமண்டலத்தை வெப்பமூட்டுகிறது. மோட்டார், கார் யந்திரங்களை இயங்கச் செய்து ஓட்டினாலும், அது காற்றைக் கிழித்துக் கொண்டு ஓடி வளிமண்டலத்தை வெப்பமூட்டி அதில் கரைந்து விடுகிறது. அதாவது வளிமண்டலத்தில் கரைந்து விடுகிறது என்றுதான் சொல்கிறோமே தவிர மறைந்து விடுவதில்லை. மறைந்து காணாமல் போய்விடுவதில்லை. மாறாக, அது வேறொரு வடிவத்தில் வேறொரு ஆற்றலாக விசும்பில் கலந்திருக்கிறது என்பதே இதன் பொருள்.

இதனால்தான் விஞ்ஞானிகள் ஆற்றலை அழிக்கவோ ஆக்கவோ முடியாது என்றும், ஆகவே பிரபஞ்சத்தில் நிலவும் மொத்த ஆற்றல் எப்போதும் மாறாது ஒரே நிலையில் இருக்கிறது என்றும், ஆனால் அது தொடர்ச்சியாக ஒன்று மற்றொன்றாக மாறிக் கொண்டிருப்பதின் இயக்கத்தில் இருக்கிறது என்றும், இப்படி இயக்கத்தில் இருந்தாலும் இந்த இயக்கத்தின் மூலம் இப்பேரண்டத்தில் உள்ள மொத்த ஆற்றலின் அளவு கூடா மலும் அதாவது கூடுதலாக ஆக்கப்படாமலும், அதே சமயம் குறையாமலும் அதாவது கொஞ்சமேனும் அழிக்கப்படாமலும் ஒரே நிலையில் இருக்கிறது என்றும் கூறுகின்றார்கள்.

இதில், நமக்குக் கிடைக்கும் ஆற்றல்கள் பெருமளவும் அனைத்தும் பிரதானமாக வெப்ப ஆற்றல்கள் தொடங்கி, எந்திர ஆற்றல்களாக மாற்றப்பட்டு, நமக்குப் பயன் தந்து, மீண்டும் வெப்ப ஆற்றல்களாக மாறி, வளிமண்டலத்தில் கரைந்து, வளியை வெப்பப்படுத்துவதாகவே முடிவதைக் காணலாம்.

எல்லா எந்திர ஓட்டங்களிலிருந்தும், மனித உழைப்பின் எல்லா செயல்பாடுகள்வரையும் யோசிக்க இது புரியும். அதனால் தான் இந்த ஆற்றல் அதன் வடிவத்தில், பண்பில் மாற்றம் கொள்ளத்தக்கதாக இருந்தாலும் அளவில் எப்போதும் மாறாது ஒரே நிலையில் இருந்து வருகிறது.

அதோடு இந்த ஆற்றல் பற்றி இன்னொன்று. எந்த ஆற்றலையும் நம் வாழ்க்கைப் பயன் கருதியே அதை வேறொரு ஆற்றலாக மாற்றுகிறோம். என்றாலும் இந்தப் பயன்பாடு என்பது ஒரு ஆற்றல் இன்னொரு ஆற்றலாக மாறும் நிலையில் ஏற்படும் ஒரு இடைநிகழ்வு அல்லது புறநிகழ்வே தவிர, இந்தப் பயன்பாடே ஆற்றலின் முழுமையான வெளிப்பாடு அல்ல என்பதை நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். எப்படி?

பேனாவால் எழுதுகிறோம். எழுவது பயன்பாடு. ஆனால் எழுதுவதால் நிப்பு தேய்கிறது. நிப்பு தேய்வது ஆற்றல் மாற்றம். இடையில் இது எழுதியிருப்பது பயன்பாடு. அதாவது நிப்பு தேய்கையில் ஏற்பட்ட உடன் நிகழ்வு.

இதில் எழுதுவதற்கு என்றுதான் பேனா பிடிக்கிறோமே தவிர நிப்பைத் தேய்ப்பதற்காக அல்ல. ஆனாலும் நிப்பு தேய்வதைத் தவிர்க்க முடியாது. நிப்பு தேயாமல் எழுதவும் முடியாது. நிப்பைத் தேய்ப்பதும் நம் குறிக்கோள் அல்ல. அப்படியானால் நாம் எதையும் எழுதாமலேயேகூட நிப்பைத் தேய்க்கலாம் என்றாலும், நிப்பு தேய்வதைத் தவிர்த்து, அதாவது தேய்வதால் ஏற்படும் உராய்வு விசையைத் தவிர்த்து நம்மால் எழுத முடியாது.

பெட்ரோலை நிரப்பிக் கார் ஓட்டுகிறோம். கார் ஓடுகிறது, டயர் சுற்றுகிறது, சூடாகிறது, தேய்கிறது, கார் வளி மண்டலத்தைக் கிழித்துக் கொண்டு ஓடுவதால் கார் ஓடும் ஆற்றலுக்கேற்ப வளிமண்டலத்தைச் சூடாக்குகிறது. பெட்ரோலின் வேதியியல் ஆற்றலை யந்திர ஆற்றலாக மாற்றிக் காரை ஓட்டி கரியமில வாயுவை வெளி விட்டு நம்மை யறியாமலேயே வெப்ப ஆற்றலை உண்டு பண்ணி விசும்பில் கரைக்கிறோம்.

இதில் டயரைத் தேய்க்க வேண்டுமென்பதோ கரியமில வாயுவை வெளிவிட்டு வளிமண்டலத்தை வெப்பமுட்ட வேண்டு மென்பதோ நம் நோக்கம் அல்ல. அந்த நோக்கத்துக்கு நாம் கார் ஓட்டவும் இல்லை. நம்முடைய நோக்கம் ஓர் இடத்திலிருந்து இன்னோர் இடத்திற்குப் போக வேண்டுமென்பதே. ஆனால் மேற்கண்ட இரு நிகழ்வுகளையும் தவிர்த்து நம்மால் கார் ஓட்ட முடியுமா, நிச்சயம் முடியாது. இப்படி அன்றாடம் நாம் செய்யும் ஒவ்வொரு செயலையும் சிந்திக்க பலது புரியும்.

இதேபோலவே நாம் உண்கிறோம். வேலை செய்கிறோம். சக்தியை வெளிப்படுத்துகிறோம். வேலை செய்வதன் மூலமோ அல்லது உடற்பயிற்சி செய்வதன் மூலமோ சக்தி வெளிப் படுகிறது. இதுவும் விசும்பில் கலக்கிறது. ஆனால் இதற் கிடையில் எவ்வளவோ பயன்படு பொருள்களைச் செய்கிறோம்.

இன்னும் தொழிற்சாலைப் புகைபோக்கிகள் கக்கும் கரும்புகைகள், வெளிப்படுத்தும் கழிவுநீர்கள், இதுவும் ஆற்றலின் ஒரு வடிவம்தான். ஆனால் இந்தப் புகையையும், கழிவுநீரையும் வெளிப்படுத்த வேண்டும் என்பதல்ல தொழிற் சாலையை நிர்மாணிப்பதன் நோக்கம், அதில் குறிப்பிட்ட சில பொருள்களை உற்பத்தி செய்ய வேண்டும் என்பதே. ஆனால் இக் கரும் புகையையும், கழிவுநீரையும் வெளிப்படுத்தாமல் அத்தொழிற் சாலை இயங்க முடியாது, பொருள்களை உற்பத்தி செய்யவும் முடியாது இல்லையா? இப்படியே பலதும்.

சரி. இதிலிருந்து நாம் அறிவது என்ன? இயற்கையாகவோ, அல்லது மனித முயற்சியில் செயற்கையாகவோ ஆற்றல் என்பது எப்போதும் வெவ்வேறு வடிவங்களுக்கு மாறிக்கொண்டேயிருக்கிறது என்பதுதானே?

இப்படி மாறிக் கொண்டிருக்கும் ஆற்றலில், ஒன்று மற்றொன்றாக மாறும் நிலையில் ஏற்படும் ஓர் உடன் நிகழ்வு அல்லது புற நிகழ்வே நம் பயன்பாடு என்பது. எனவே இந்தப் பயன்பாடு என்பது ஆற்றல் மாற்றம் இல்லாமல் சாத்தியப்பட முடியாது என்பதுதானே? சரி இருக்கட்டும்.

ஆக, ஆற்றல் மாற்றத்தக்கது. எனில். அது அழியாதது. அதேவேளை அது புற விளைவுகளை ஏற்படுத்தவல்லது என்கிற இந்த அடிப்படைகளைப் புரிந்து நினைவில் இருத்திக் கொண்டு மேலே செல்வோம்.

- இராசேந்திர சோழன்

விவரங்கள்

இராசேந்திர சோழன்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 26 அக்டோபர் 2012

அணுவின் உட்கருவைச் சுற்றி எலக்ட்ரான் துகள்கள் பல்வேறு ஆற்றல் மட்டங்களில் சுற்றி வருகின்றன என்று பார்த்தோமில்லையா. இவ்வாற்றல் மட்டங்களை விஞ்ஞானிகள் K, L, M, N, O,  P என வரையறுத்திருக்கிறார்கள்.

இதில் அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள முதல் வட்டம் K, அதற்கு அடுத்த வட்டம் L, இப்படியே அடுத்தடுத்த வட்டங்களுக்குப் பெயர்.

சரி. ஒரு அணுவின் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையளவு எலக்ட்ரான்கள் அணுக் கருவைச் சுற்றி இயங்கி வருகின்றன என்று பார்த்தோமில்லையா... இவை தாறுமாறாக அது பாட்டுக்குத் தான்தோன்றித்தனமாக இயங்கிக் கொண்டிருக்கவில்லை. மாறாக, அவற்றின் இயக்கங்கள் ஒரு சீரொழுங்கான கணித வரையறைக்குட்பட்டே இருக்கின்றன.

அதாவது எந்த ஒரு அணுவிலும் அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள முதல் வட்டத்தில் 2 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும்; அல்லது இருக்கவேண்டும்; இரண்டாவது வட்டத்தில் 8; மூன்றாவது வட்டத்தில் 18 என ஒரு சீரொழுங்கோடே இயங்கி வருகின்றது.

இந்தச் சீரொழுங்கை விளக்கும் சூத்திரத்தை 2n2 என்கிறார்கள். இதில் n என்பது ஆற்றல் மட்டத்தின் வரிசை எண்ணைக் குறிக்கும். இதன்படி ஒவ்வொரு அணுவிலும் அதைச் சுற்றியுள்ள ஆற்றல் மட்டங்களில் இயங்கி வரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை கீழ்க்கண்டவாறு அமையும்.

K                        2 x 12                  =            2

L                         2 x 22                  =            8

M                        2 x 32                  =          18

N                        2 x 42                  =          32

O                        2 x 52                  =          50

P                        2 x 62                  =          72 

இந்தக் கணக்கெல்லாம் நமக்கு எதற்கு என்று சிலர் நினைக்கலாம். அப்படியல்ல இதற்குக் காரணம் இருக்கிறது. காரணம், அணு என்பது பெரும்பாலும் சில தனித்து இயங்க சாத்தியமுள்ளதும் பல தனித்து இயங்கச் சாத்தியமற்றதுமாக இருவகைப்பட்டு நிலவுகிறது.

அதற்குக் காரணம், எந்த ஒரு அணுவில் அவ்வணுக் கருவைச் சுற்றியுள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, அதன் ஆற்றல் மட்டங்களுக்குரிய தேவையை நிறைவு செய்கிறதோ அந்த அணு மட்டுமே நிலைப்புத் தன்மை கொண்ட அணுவாக இருக்கமுடியும். பெரும்பாலும் அப்படிப்பட்ட அணு மட்டுமே தனித்து இயங்க சாத்தியமுள்ளதாக இருக்கும், ஓரணு மூலக்கூறுள்ள அணுக்கள் இப்படித் தனித்து இயங்கவல்லவை என்று சொல்லப்படுகிறது.

அப்படி அந்த எண்ணிக்கைத் தேவையை நிறைவு செய்யாத அணுக்கள் எல்லாம் நிலைப்புத் தன்மையற்ற அணுக்கள் எனப்படுகின்றன. இந்த அணு தனித்து இயங்க முடியாது. இது ஏதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட தனிமத்தின் அணு தான் என்றாலும், அதில் அந்த அணு ஒரு தனித்த அணுவாக இயங்க முடியாமல் இரண்டு அல்லது இரண்டுக்கு மேற்பட்ட ஒரே வித அணுக்கள் ஒன்று சேர்ந்தே அத்தனிமத்தை உருவாக்கியிருக்கும், உருவாக்கவும் முடியும்.

காட்டாக, ஆக்சிஜனில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் 8. இதில் முதல் வட்டத்தில் இரண்டு போக இரண்டாவது வட்டத்துக்கு 6தான் வரும் இல்லையா..? ஆனால் நியாயப்படி 8 எலக்ட்ரான் இருந்தால்தான் நிலைப்புத் தன்மை பெற முடியும். ஆகவே ஆக்சிஜன் அணு என்ன செய்கிறது? இன்னொரு ஆக்சிஜன் அணுவுடன் சேருகிறது. அந்த இன்னொரு ஆக்சிஜன் அணுவும் இரண்டாவது வட்டத்தில் 6 எலக்ட்ரான்களுடன் அலைகிறது இல்லையா..? ஆகவே இந்த இரண்டும் ஒன்று சேர்ந்து இரண்டும் சேர்ந்த நெருக்கத்தில் ஒன்றோடொன்று பிணைந்து, ஒன்றின் எலக்ட்ரான்களை மற்றொன்றுக்குப் பரஸ்பரம் தந்து, இரண்டாவது ஆற்றல் மட்டத்தின் எண்ணிக்கைத் தேவையைப் பூர்த்தி செய்து நிலைப்புத் தன்மை பெறுகிறது.

தனித்து இயங்க இயலாத இப்படிப்பட்ட நிலைப்புத் தன்மையற்ற அணுக்கள் ஒவ்வொன்றும் இவ்வாறே இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்களாகச் சேர்ந்து நிலைப்புத் தன்மை பெறுகின்றன.

இதில் ஒரு சின்ன செய்தி. இப்படி ஆற்றல் மட்டங்கள் பற்றியெல்லாம் சொல்வதால், ஒவ்வொரு அணுவிலும், அதன் ஆற்றல் மட்டங்களில் எலக்ட்ரான்கள் அடுக்கடுக்காய் வட்ட வட்டமாய் சாலை போட்ட மாதிரி அதனதன் பாதையில் சுற்றி வருகின்றன போலிருக்கிறது என்று யாரும் யந்திரகதியாய் கருதிக் கொள்ளக் கூடாது. அணுவே மிகமிக நுண்ணிய ஒரு துகள். அதிலும் மிகமிக நுண்ணிய துகள்கள் இந்த எலக்ட்ரான்கள். இப்படிப்பட்ட மிக நுண்ணிய துகள்கள், அதன் இயக்க மெல்லாம், இவ்வளவு நுட்பமானதாக அறியப்படுவதற்கு எவ்வளவு சிக்கலானதாக இருக்கும் என்பதை நாம் சற்று உணர்ந்துகொள்ள வேண்டும். ஆகவே இந்த எலக்ட்ரான்கள் பல்வேறு ஆற்றல் மட்டங்களில் சுற்றி வருகின்றன என்று சொல்லும்போது, இவை படத்தில் காட்டியுள்ளதுபோல் ஒரே நிலைத்த தடத்தில் அல்லாமல் - படம் என்பது ஒரு புரிதலுக்கானதே அன்றி அதுவே எல்லாமும் அல்ல - பல்வேறு தடத்தில் பல்வேறு அடுக்குகளைக் கொண்டதாகச் சுற்றி வருகின்றன என்பதை மட்டும் புரிந்து கொண்டால் போதும்.

அதேபோல, ஆற்றல் மட்டங்களின் எண்ணிக்கைத் தேவையை நிறைவு செய்வது என்கிற கோட்பாட்டிலும், அந்த ஆற்றல் மட்டங்களின் வரிசைக்கேற்ப, இறுதி வட்டத்தில் அதற்கு உரிய எண்ணிக்கையுள்ள எலக்ட்ரான்கள் இருந்தாக வேண்டும் என்கிற அவசியமில்லை. எனவே மிகக் குறைந்த அணு எண்ணிக்கையிலிருந்து, கூடிக் கொண்டே போகும் தனிம அணு வரிசையில் அதன் இறுதி வட்டத்துக்குப் போதுமான எலக்ட்ரான்கள் கிடைக்கப்பெறாத அணு, எட்டு எலக்ட்ரான்களை மட்டுமே பெற்றும் நிலைப்புத் தன்மை பெறும். இது பிற அணுக்களோடு சேரும் செயல்பாட்டுக்கும் பொருந்தும்.

ஆகவே, எதையும் வறட்டுத்தனமாய், யந்திரத்தனமாய்ப் புரிந்து கொள்ளாமல், அணு நிலைப்புத் தன்மை பெற சில நிபந்தனைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டியுள்ளது என்று மட்டும் புரிந்து கொண்டால் போதும்.

அடுத்து, அணு பற்றி முக்கியமாகத் தெரிந்து கொள்ள வேண்டிய ஒன்று, அணுவில் நேர்மின்னூட்டமுடைய புரோட்டான்களும், எதிர்மின்னூட்டமுடைய எலக்ட்ரான்களும் சம அளவில் இருப்பதால் அணு மின்னூட்டமற்றதாக இருக்கிறது அல்லது மின் நடுநிலைத் தன்மையுடையதாக இருக்கிறது என்பது.

எனவே, ஒரு அணு மின்னூட்டமுடையதாக மாற, அது தன்னிடமுள்ள ஒன்று அல்லது ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான்களை இழக்க வேண்டியிருக்கிறது. அல்லது ஒன்று அல்லது ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான்களைப் பெற வேண்டிய தாயிருக்கிறது.

இவ்வாறு எலக்ட்ரான்களை இழந்தோ அல்லது கூடுதலாய்ப் பெற்றோ மின்னூட்டமுடையதாக மாறும் அணுவை அயனிகள் என்கிறார்கள். இவ்வாறு எலக்ட்ரான்களை இழந்த அணு நேர்மின்னூட்டமுடைய அயனியாகவும், எலக்ட்ரான்களைக் கூடுதலாகப் பெற்ற அணு எதிர்மின்னூட்டமுடைய அயனியாகவும் மாறுகிறது.

உதாரணமாக ஹைட்ரஜன், சோடியம், மக்னீசிய அணுக்கள் எலக்ட்ரான்களை இழந்து நேர் மின்னூடடமுடைய அயனிகளாக மாறுகின்றன. குளோரின், ஆக்சிஜன், புரோமின் அணுக்கள் எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று எதிர்மின்னூட்டமுடைய அயனிகளாக மாறுகின்றன.

இம்மாற்றங்களிலாகட்டும், அதாவது அணு அயனிகளாக மாறும் மாற்றத்திலாகட்டும், அல்லது அணு நிலைப்புத்தன்மை பெறும் மாற்றத்திலாகட்டும், அணுக்கருவில் எந்த மாற்றமும் நிகழ்வதில்லை. மாறாக அணுக்கருவை அசுரவேகத்தில் பல்வேறு ஆற்றல் மட்டங்களில் சுற்றிவரும் எலக்ட்ரான் துகள்கள் மட்டத்திலேயே மாற்றங்கள் நிகழ்கின்றன என்பதை மனத்தில் இருத்திக் கொள்ள வேண்டும்.

அணுவின் வேதியியல் பண்புகள்

அணு சக்தி பற்றி எதுவோ சொல்ல ஆரம்பித்து இன்னமும் அணுசக்திக்குப் போகாமல், அணுவைப் பற்றியே நிறைய சொல்லிக் கொண்டிருப்பதுபோல் தோன்றுகிறதா.... இருக்கட்டும். பரவாயில்லை.

மின்விளக்கு எப்படி எரிகிறது என்று கேட்டால் சுவிட்சு போட்டதும் எரிகிறது என்று சொல்லலாம். அல்லது மின்னோட்டம் என்றால் என்ன? அது எப்படி பெறப்படுகிறது? மின் இணைப்பு, சுவிட்ச் இவற்றின் தேவை என்ன? என்பதையெல்லாம் விளக்கியும் சொல்லலாம். அதேபோல அணுசக்தி என்றால் என்ன? என்று கேட்டால் அணுவை உடைத்துப் பெறும் சக்தி என்று சொல்லிவிடலாம். அல்லது அணுவை விளக்கி அதன் கட்டமைப்பை விளக்கி, அதன் பண்புகளை விளக்கி, அதன்மூலம் அணுசக்தி, மற்ற சக்திகளிலிருந்து எவ்வாறு மாறுபட்டது என்றும் சொல்லலாம், இல்லையா?

ஆனால், முன்னது பொதுவானது, மேலோட்டமானது, எளிமையானது. பின்னது அடிப்படையானது, தெளிவானது, ஒரு சரியான புரிதலோடு நம்மைச் சிந்திக்க வைப்பது, சிறப்பானது. ஆகவே, அணுபற்றிய அடிப்படைகளைப் புரிந்து கொள்வதுதான் அணுசக்திபற்றிய புரிதலுக்குப் பயன்படும் என்கிற அடிப்படையில் இதுபற்றி அலுப்படையாமல் சில விஷயங்களைப் பார்த்துக்கொண்டு மேலே செல்வோம்.

சரி. பேரண்டத்தில் நாம் காணும் பொருள்கள் பலதரப்பட்டதாய் இருந்தாலும் அவை எல்லாம் அடிப்படையில் நாம் ஏற்கெனவே கண்ட 92 வகைத் தனிம அணுக்களால் ஆக்கப் பட்டவை என்று பார்த்தோம் இல்லையா...

இப்போது இந்த 92 வகைத் தனிம அணுக்களும் எப்படி தமக்குள் ஒன்று சேர்ந்து பல்வேறு பொருள்களை உருவாக்குகின்றன என்று பார்ப்போம். அதாவது இவ்வகைப் பொருள்களை உருவாக்குவதில் அணு எவ்வாறு செயற்படுகிறது என்பதைப் பார்ப்போம்.

உதாரணத்துக்கு நம் எல்லோருக்கும் தெரிந்த மிக எளிமையான எடுத்துக்காட்டான தண்ணீரையே எடுத்துக் கொள்வோம்.

தண்ணீர் என்பது வேதியியல் மொழியில் என்ன? H2O இல்லையா... அதாவது ஹைட்ரஜன் அணு இரண்டும், ஆக்ஸிஜன் அணு ஒன்றும் சேர்ந்தது தண்ணீர் ஆகிறது இல்லையா... இதைத் தண்ணீரின் ஒரு மூலக்கூறு என்பார்கள்.

ஹைட்ரஜன் அணு எண் 1. அது ஒரு புரோட்டான், ஒரு எலக்ட்ரான் கொண்டது. இதில் புரோட்டான் அணுக்கருவில் இருப்பது. ஆகவே அதைவிட்டு எலக்ட்ரானை மட்டும் எடுத்துக் கொள்வோம். அப்படி எடுத்துக்கொண்டால் ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவில் 1 எலக்ட்ரான், இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுவில் 2 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும் இல்லையா.... சரி இருக்கட்டும்.

அப்புறம், ஆக்ஸிஜன். அதன் அணு எண் 8. ஆகவே அதில் 8 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இதில் நாம் ஏற்கெனவே பார்த்தபடி முதல் ஆற்றல் மட்டப்பாதை K வட்டத்தில் 2 போக, இரண்டாவது L வட்டத்தில் எத்தனை மிஞ்சும்? 6 தான் இல்லையா?

ஆனால் நியாயப்படி இரண்டாவது வட்டத்தில் எத்தனை எலக்ட்ரான்கள் இருக்க வேண்டும்? 8. எட்டு இருந்தால்தானே அது நிலைப்புத்தன்மை பெற முடியும். ஆகவே அது என்ன செய்கிறது? இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களையும் ஆயுத எழுத்து போலத் தன் இரு பக்கமும் சேர்த்துக்கொண்டு, அதிலுள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்களையும் எடுத்துக்கொண்டு, தன் இரண்டாவது ஆற்றல் மட்டப் பாதையைப் பூர்த்தி செய்து, நிலைப்புத்தன்மை பெற்றுவிடுகிறது. அதே சமயம் அது வேறு ஒரு பொருளின் மூலக்கூறாகவும் மாறிவிடுகிறது. தனித்து இயங்கும் சாத்தியமுள்ளதாகவும் ஆகிறது.

சரி. இன்னொரு உதாரணம் பார்ப்போம். நாம் உணவுக்குப் பயன்படுத்துகிற சாதாரண உப்பை எடுத்துக் கொள்வோம். இந்த உப்புக்கு வேதியியல் பெயர் என்ன? சோடியம் குளோரைடு. அதாவது சோடியத்தின் ஒரு அணுவும், குளோரினின் ஓர்அணுவும் சேர்ந்தது சோடியம் குளோரைடின் மூலக்கூறு.

இதில் சோடியத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் 11. இதில் முதல் வட்டம் 2 இரண்டாவது வட்டம் 8 போக ஒன்று எஞ்சி நிற்கிறது. அதாவது ஒன்று அதிகமாக இருக்கிறது இல்லையா... இருக்கட்டும்.

அப்புறம் குளோரின். இதில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் 17. இதில் முதல் வட்டம் 2 இரண்டாவது வட்டம் 8 போக மீதி எத்தனை? 7. ஆனால் இறுதி வட்டத்தைப் பூர்த்தி செய்ய குறைந்தபட்சம் 8 எலக்ட்ரான்களாவது இருக்க வேண்டும் என்று பார்த்தோமில்லையா, அந்தக் குறைந்தபட்சத்துக்கு இன்னும் எத்தனை குறைகிறது? ஒன்று.

சோடியத்தில் அதிகமாக உள்ளது ஒன்று. குளோரைடில் குறைவுபடுவது ஒன்று.

எனவே, ஒரு எலக்ட்ரான் அதிகமாக உள்ள சோடியமும், ஒரு எலக்ட்ரான் குறைவுபடுகிற குளோரினும் ஒன்று சேர்ந்து ஒரு மூலக்கூறாகி, இரண்டும் தன் ஆற்றல் மட்டப் பாதையை நிறைவு செய்து நிலைப்புத் தன்மை பெற்றுவிடுகிறது.

நாம் எந்த ஒரு மூலக்கூறை எடுத்துக் கொண்டு பார்த்தாலும், அதில் அடங்கியுள்ள இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்கள் தன்னிடம் எஞ்சியுள்ள எலக்ட்ரான் துகள்களை அடுத்த அணுவுக்குத் தந்தோ, அல்லது தன்னிடம் குறைவுபடுகிற எலக்ட்ரான் துகள்களை அடுத்த அணுவிடமிருந்து பெற்றோ, எப்படியோ ஒன்று சேர்ந்து, ஒன்றோடொன்று பல்வேறு வடிவங்களில் நெருங்கிப் பிணைந்தும், குறுகியும் மூலக்கூறுகளை உருவாக்கி நிலைப்புத்தன்மை பெறுகின்றன. அதன்மூலம் கணக்கற்ற பொருள்களையும் உருவாக்குகின்றன.

பொதுவில் இச்செயல்பாட்டில் இப்படிப்பட்ட இணைவு இரு வகைப்பட்டு நிகழ்வதாக விளக்கப்பெறுகிறது.ஒன்று Covalant Bonds எனப்படும் சக பிணைப்பு. இது எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக் கொள்வதன் மூலம் நிகழ்கிற பிணைப்பு .மற்றொன்று Ionic Bonds எனப்படும் அயனிப் பிணைப்பு. இது எலக்ட்ரான்களை இழப்பதன் மூலம் நிகழ்கிற பிணைப்பு. உலோக அணுக்கள் எலக்ட்ரானை இழக்கும், அலோக அணுக்கள் எலக்ட்ரானை ஏற்கும் என்று சொல்லப்படுகிறது. சோடியம் ஒரு உலோகம் எனவே அது எலக்ட்ரானை இழக்கிறது. அதாவது ஒரு எலக்ட்ரானை குளோரினுக்குத் தந்து சோடியம் குளோரைடு மூலக்கூறுவை உருவாக்குகிறது

எல்லா அணுக்களும் இந்த விதிமுறைகளுக்கும், கணித வியலுக்கும் உட்பட்டே இயங்குகின்றன. பல்வேறு மூலக் கூறுகளை உருவாக்குகின்றன.

இயற்கை இம்மாதிரி கணிதவியலுக்கு உட்பட்டு இயங்குவது விசித்திரமாக இருக்கிறது இல்லையா...? இருக்கட்டும். இயற்கையின் இயக்கம் எல்லாமே கணிதவியலுக்கு உட்பட்டதுதான். அப்படி உட்படாத இயற்கை இயக்கம் என்று எதுவும் இல்லை.

சரி. இங்கேயும் நாம் முக்கியமாகக் கவனிக்க வேண்டியது - பல்வேறு அணுக்கள் ஒன்று சேர்ந்து மூலக்கூறுகளை உருவாக்கும் இந்தச் செயல்பாட்டிலும், அணுக்கருவில் எந்த மாற்றங்களும் நிகழ்வதில்லை. மாறாக அணுக்கருவைச் சுற்றிவரும் எலக்ட்ரான் துகள்கள் மட்டத்திலேயே அதாவது எலக்ட்ரான் துகள்கள் பரிமாற்றத்திலேயேதான் எல்லா மாற்றங்களும் நிகழ்ந்து விடுகின்றன என்பதுதான்.

சரி. இதுவரை பார்த்த விஷயங்களைச் சற்று சுருக்குவோம். அதாவது அணு என்பது என்ன? அணுவின் கட்டமைப்பு எப்படிப்பட்டது? அணுவில் அடங்கியுள்ள துகள்கள் யாவை? அத்துகள்கள் எப்படிப்பட்ட மின்சுமை உடையதாக இருக் கின்றன? அணுக்களின் ஐசோடோப்புகள் உருவாவதிலும், அணுக்கள் அயனியாக மாறுவதிலும், அணுக்கள் மூலக்கூறாக மாறுவதிலும், அணுக்கள் நிலைப்புத் தன்மை பெறுவதிலும் செயற்படும் நிகழ்வுகளில் அணுத்துகள்கள் எவ்வாறு இயங்குகின்றன என்று பார்த்தோம்.

இதில் எல்லாவற்றிலும் நாம் முக்கியமாக நினைவில் நிறுத்தவேண்டியது இந்த எல்லாவகைச் செயற்பாடுகளிலும், அணுவைச் சுற்றியுள்ள எலக்ட்ரான் துகள்கள் மட்டுமே மாற்றம் பெறுகின்றனவே தவிர அணுக்கருவில் எந்தவித மாற்றமும் நிகழ்வதில்லை, இன்னும் நாம் அணுக்கருவுக்குள்ளேயே நுழையவில்லை என்பதே. எனவே, நாம் அணுக் கருவுக்குள் நுழைவது பற்றி அடுத்து பார்ப்போம்.

- இராசேந்திர சோழன் (இந்த மின்-அஞ்சல் முகவரி spambots இடமிருந்து பாதுகாக்கப்படுகிறது. இதைப் பார்ப்பதற்குத் தாங்கள் JavaScript-ஐ இயலுமைப்படுத்த வேண்டும்.)