டிமிட்ரி மெண்டலீவ்

தனிம வரிசை அட்டவணையை உருவாக்கிய டிமிட்ரி மெண்டலீவ்

டந்த ஜூன் 8, 2016 அன்று வேதியியல் துறை தனது நான்கு புதிய குழந்தைகளுக்கு – தனிமங்களுக்கு – பெயர் சூட்டி தனிம வரிசை அட்டவணையில் (Periodic Table) சேர்த்துள்ளது.

தாங்கள் வேத காலத்திலேயே அனைத்தையும் கண்டுபிடித்துவிட்டதாக உதார்விடும் “பாரத கலாச்சார”கொழுக்கட்டைகளின் காலத்தில்தான் இந்த பெயர் சூட்டல் நடந்துள்ளது. அநேகமாக இந்த புதிய தனிமங்கள் அன்றே அனுமான் கிஷ்கிந்தாவில் கண்டறிந்தான் என்று அவர்கள் எழுதினாலும் ஆச்சரியமில்லை.அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகளின் அனைத்து வசதிகளையும் அனுபவித்துக் கொண்டே, கடவுள் படைத்த பொருட்களிலிருந்து தானே இவை உருவாக்கப்பட்டுள்ளன என்று அனைத்து மதங்களும் ஆவேசமாகச் சொல்கின்றன. அவை பொய் என்பதை அறிவியல் நிரூபிக்க நிரூபிக்க மதங்களின் இரைச்சலும் கர்ண கடூரமாக அதிகரித்து வருகிறது.

தாமிரம்

தாமிரம் தனிமங்களுக்கு ஒரு உதாரணம்

ஆதியிலிருந்து அணு ஈறாக அந்தம் வரை அனைத்தும் கடவுளால் படைக்கப்பட்டன என்று மதங்கள் கூறுகின்றன. ஆனால், கடவுளால் ஏன் யுரேனியத்திற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களை படைக்க முடியவில்லை என்பதற்கு அவர்களிடம் பதிலில்லை. அறிவியல் வளர்ந்து, விஞ்ஞானிகள் தான் கடவுளர்களின் உதவியின்றி யுரேனியத்திற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களை படைக்க வேண்டியிருந்தது.

எந்த ஒரு பண்டைய நாகரீகத்தின் பாரம்பரியத்திலிருந்தும் நவீன அறிவியல் எப்படி வேறுபடுகிறது என்பதற்கு அறிவியலின் கடந்த 4 நூற்றாண்டு பாய்ச்சலில் கண்டறியப்பட்ட தனிமங்கள் பற்றிய அடிப்படையையும் அவை எப்படி புதிய தனிமங்களின் உருவாக்கத்திற்கு இட்டுச் சென்றன என்பதையும் பார்க்கலாம்.

தனிமம் 117-ன் அணு உட்கரு

தனிமம் 117-ன் அணு உட்கரு

வேதியியல் கோட்பாடுகளின்படி, உலகில் கிடைக்கும் பொருட்களின் அடிப்படைக் கட்டமைப்பு அலகுகளான (Building Blocks) தனிமங்கள் ஒவ்வொன்றும் ஒரு தனி வகையான அணுவால் உருவாக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும். அதாவது வேதியியல் வினைகளின் மூலம் மேலும் சிறிதாக உடைக்கப்படவோ, மாற்றப்படவோ முடியாத அடிப்படைப் பொருள் தனிமம் எனப்படுகிறது. இயற்கையின் இந்த அமைப்பை மதவாதிகள் எந்தக் காலத்திலும் புரிந்து கொள்ள முடியாது.

அணுவினுள் ஒரு உட்கருவும் அதைச் சுற்றி வரும் எலக்ட்ரான் எனப்படும் எதிர்மின் துக(ள்க)ளும் உள்ளன; உட்கருவில் புரோட்டான் எனப்படும் நேர்மின் துக(ள்க)ளும், நியூட்ரான் எனப்படும் மின் தன்மையற்ற சமன்மின் துக(ள்க)ளும் உள்ளன என்பதை நாம் அறிவோம்.

அலுமினியம் அணுவின் எலெக்ட்ரான் ஷெல்கள்

அலுமினியம் அணுவின் எலெக்ட்ரான் ஷெல்கள்

ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் (Atomic number) உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. நிறை எண் (Mass number) உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையின் கூட்டுத்தொகையைக் குறிக்கிறது. அணு எண் வரிசைப்படி தனிம வரிசைப் பட்டியலில் (Periodic Table) தனிமங்கள் வரிசைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இந்த அட்டவணையின் ஒரே நெடுவரிசையில் இடம் பெற்றுள்ள தனிமங்கள் ஒத்த வேதிப் பண்புகளை கொண்டுள்ள ஒரே மாதிரியான தனிமங்களாக (உதாரணம் : உலோகங்கள், அலோகங்கள் முதலியன) உள்ளன. இந்த அட்டவணையில் உள்ள வெற்றிடங்களில் எந்த பண்பிலான தனிமம் இடம் பெற வேண்டும் என்று கணிப்பதிலும், அத்தகைய புதிய தனிமத்தை கண்டுபிடித்து சேர்ப்பதிலும் அறிவியல் தொடர்ந்த வெற்றிகளை ஈட்டியுள்ளது. அத்தகைய வெற்றியின் சமீபத்திய உதாரணம்தான் அணு எண்கள் 113, 115, 117, 118 கொண்ட தனிமங்கள். தனிம வரிசை அட்டவணையை பார்வையிட Dynamic Periodic Table என்ற சுட்டியை அழுத்தவும்.

அட்டவணையின் (இப்போதைக்கு) இறுதி வரிசையில் இடம் பெறும் இந்த கனமான தனிமங்களின் சிறப்பியல்புகள் என்ன? அவை கண்டுபிடிக்கப்பட ஏன் இவ்வளவு காலம் பிடித்தது என்று பார்க்கலாம்.

அணுக்கருவைச் சுற்றி வரும் எதிர்மின் துகள் அணுக்கருவுக்குள் விழுந்து விடாமலும், அதை விட்டு தொலைதூரத்திற்கு ஓடிவிடாமலும் பிடித்து வைத்திருப்பது எது? அணுக்கருவில் நேர்மின் துகளையும், சமன்மின் துகளையும் பிணைத்து வைத்திருப்பது எது? இவற்றின் மூலம் அணுவை நிலையாக வைத்திருப்பது எது? என்ற கேள்விகள் எழுகின்றன.

ஹீலியம் அணுக்கரு

2 புரோட்டான், 2 நியூட்ரான் உடன் ஹீலியம் அணுக்கரு

உட்கரு வல்விசை (nuclear strong force), உட்கரு மென்விசை (nuclear weak force), மின்காந்த விசை (electromagnetic force), ஈர்ப்பு விசை (Gravitational Force) ஆகிய அடிப்படை விசைகளே, அணுவிலிருந்து அண்டம் வரை அனைத்தும் இயங்குவதற்கு காரணம் என்கிறது இயற்பியல். இந்த அடிப்படை விசைகள் இயற்கை அல்லது பருப்பொருள் இயக்கத்தின் அடிப்படை இயல்பாக இருக்கும் போது பரப்பிரம்மத்தையும், அல்லாவையும், கர்த்தரையும் அடிப்படை மூலவராக கற்பிக்கும் அபத்தத்தை என்னவென்பது?

உட்கரு வல்விசை அணுக்கருவினுள் இருக்கும் நேர்மின் துகளையும், சமன்மின் துகளையும் பிணைத்து வைத்திருக்கிறது. அதேசமயம் மின்காந்த விசை நேர்மின் துகள்களுக்கிடையில் விலக்கு விசையை ஏற்படுத்துகிறது. அணு வல்விசையானது மின்காந்த விசையை விட வலிமையானது என்றாலும் அதன் வீச்சு (Range) மின்காந்த விசையின் வீச்சை விட மிகக் குறைவு. இவ்விரு விசைகளின் சமநிலையில் தான் அணுக்கரு நிலைத்திருக்கிறது. அதே போல ஒரு அணுவை சுற்றி இருக்கும் எதிர்மின் துகள்களும், உட்கருவில் இருக்கும் நேர்மின் துகள்களும் மின்காந்த விசையால் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்துக் கொள்கின்றன; இவறறின் சமநிலையில் அணு நிலைத்திருக்கிறது. இயற்கையின் இயக்கத்தில் பொருட்களின் இயக்கம் என்பது இப்படி எதிர்த்தும் சேர்த்தும் நடந்து வருகிறது. பூமி சூரியனை சுற்றி வருவதும், ஆண் – பெண் பாலின வேறுபாட்டால் மனித குலம் தன்னை தக்கவைத்துக் கொள்வதும் இத்தகைய இயக்கத்தினால்தான். மதங்களோ இத்தகைய புரிதலின்றி இயற்கையின் சீற்றங்களைக் கண்டு அஞ்சி அத்தகைய பிரச்சினைகளை கடவுளின் சோதனை என்று முடக்கிக் கொள்கின்றன.

அணு எண் 20 கொண்ட கால்சியம் வரையிலான லேசான தனிமங்களின் உட்கருவில் புரோட்டான், நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை சமமாக இருக்கும் 1:1 என்ற விகிதமே ஈர்ப்பு வல்விசையையும், விலக்கு மின்காந்த விசையையும் சமநிலையில் வைத்தது அணுக்கருவின் நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்யப் போதுமானது.

சில தனிமங்கள் கதிரியக்க துகள்களை வெளியிடுகின்றன

சில தனிமங்கள் கதிரியக்க துகள்களை வெளியிடுகின்றன

அணுக்கருவில் அடங்கியிருக்கும் துகள்களின் எண்ணிக்கையும் அதனால் அணுக்கருவின் அளவும் அதிகரிக்க அதிகரிக்க, நேர் மின் துகள், சமன்மின் துகள் இடையிலான அணு வல்விசையின் ஈர்ப்பை (attraction) விட மின்காந்த விசையின் விலக்கம் (repulsion) வலிமையடைகிறது. இவ்விலக்கு விசை அதிகரித்தால் கதிரியக்கம் மூலமாக அணுக்கரு சிதைவுற்று (Decay) வேறொரு சிறிய தனிமமாக மாறிவிடும்.

எனில், கால்சியத்தை விட பெரிய அணுக்கருவைக் கொண்ட கனமான தனிமங்களில் அணுக்கரு எப்படி நிலையாக இருக்கிறது? புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை விட கூடுதலான சில நியூட்ரான்களை சேர்த்துக் கொண்டு அணு வல்விசையை பெருக்கி, மின்காந்த விலக்கு விசையை சமன் செய்துவிடுவதன் மூலம் அணுக்கரு நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்து கொள்கிறது.

குரோமியம் எலெக்ட்ரான் ஷெல் அமைப்பு

சிக்கலான குரோமியம் எலெக்ட்ரான் ஷெல் அமைப்பு

வெவ்வேறு நியூட்ரான் எண்ணிக்கையை கொண்ட ஒரே தனிமத்தின் (ஒரே அணு எண், மாறுபட்ட நிறை எண்) வகைகள் ஐசோடோப்புகள் (Isotopes) எனப்படுகின்றன. உதாரணமாக, இரும்பை எடுத்துக் கொண்டால், அதன் அணு எண் 26; அதாவது அதன் புரோட்டான் எண்ணிக்கை 26. நியூட்ரான் எண்ணிக்கையும் 26-ஆக இருக்கும் பட்சத்தில் அதன் நிறை எண் 52. ஆனால், நிறை எண் 52 உள்ள இரும்பு நிலையான தனிமம் இல்லை. நிறை எண் 56, 57, 58 (நியூட்ராண் எண்ணிக்கை முறையே 30, 31, 32) கொண்ட இரும்பு ஐசோடோப்புகள் தான் நிலையானவை. புரோட்டான் எண்ணிக்கை 26-ம், நியூட்ரான் எண்ணிக்கை 30-ம், நிறை எண் 56-ம் கொண்ட இரும்பே நம் பூமியில் அதிகமாகக் கிடைக்கும் இரும்பாகும்.

சரி, புரோட்டான் எண்ணிக்கையை விட கூடுதல் நியூட்ரான்களை சேர்த்துக் கொள்வதன் மூலம் எவ்வளவு பெரிய தனிமம் வரை உருவாக இயலும்? யுரேனியம் (அணு எண் 92) வரை மட்டுமே இயற்கையாக உருவாக முடியும் என்பதை அறிவியல் கண்டும் விண்டும் சொல்லியிருக்கிறது. இயற்கையாக நமக்குக் கிடைக்கும் தோரியமும் (அணு எண் 90), யுரேனியமும் (அணு எண் 92) கூட அந்தந்த தனிமங்களின் ஐசோடோப்புகளே.

தனிம வரிசை அட்டவணை

தனிமங்களின் அட்டவணையை பூர்த்தி செய்யும் புதிய தனிமங்கள்

இந்த தனிமங்களில் பெரும்பகுதி இயற்கையில் கண்டறியப்பட்டவை, சில தனிம வரிசை அட்டவணையின் வழிகாட்டல்படி செயற்கையாக உருவாக்கப்பட்டவை. அறிவியல் கண்டுபிடித்து சொல்லியிருக்கும் இயற்கையில் கிடைக்கும் தனிமங்கள் எப்படி முதன்முதலில் உருவாயின? பாற்கடலில் பள்ளி கொண்டிருக்கும் பரந்தாமனின் அசைவுகளால்தான் தோன்றியதா?

தனிம அட்டவனையில் முதல் ஐந்து தனிமங்களான ஹைட்ரஜன், ஹீலியம், லித்தியம், பெரிலியம், போரான் போன்றவை பெரும்பாலும் பிரபஞ்சத்தின் துவக்கமான பெருவெடிப்பின் ஆரம்ப மணித்துளிகளிலேயே உருவாகிவிட்டன. அவற்றை விட பெரிய அணுக்கள் சூரியன் போன்ற நட்சத்திரங்களினுள் நடக்கும் அணுக்கரு பிணைப்பால் உருவாகின. இரும்பு உள்ளிட்டு, பாதரசம் போன்ற அணு எண் 80 கொண்ட கனமான தனிமங்கள் வரை அத்தகைய நட்சத்திரங்களினுள் உருவாகின.

அதற்கும் மேல் கனமான யுரேனியம் வரையிலான தனிமங்கள் மற்றும் ஐசோடோப்புகள் ஒரு நட்சத்திரம் எரிபொருள் தீர்ந்து போகும் கட்டத்தை அடைந்து வெடித்துச் சிதறும் சூப்பர் நோவாவில் கிடைத்த அளப்பறிய ஆற்றலை பயன்படுத்திக் கொண்டு அணுப்பிணைப்பை மேலும் நகர்த்தி உருவாகின. யுரேனியம் வரையிலான தனிமங்களின் ஐசோடோப்புகள் மட்டுமே இயற்கையில் உருவாகி காணக்கிடைக்கின்றன.

 JINR ஆய்வு மையம்

மாஸ்கோவில் உள்ள JINR ஆய்வு மையத்தினுள்

அணு எண் 84-க்கு மேற்பட்ட தனிமங்கள் கதிரியக்க தனிமங்கள் எனப்படுகின்றன. இவை நிலையில்லாததால் படிப்படியாக சிதைவுற்று – கதிரியக்கத்தை வெளியிட்டு – வேறொரு தனிமமாக மாறிவிடுகின்றன. இந்த சிதைவுறும் வேகம் ஒவ்வொரு தனிமத்துக்கும் வேறு படுகிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட தனிமத்தின் அணுக்கள் ஒவ்வொன்றாக சிதைவுற்று அதன் அளவு பாதியாக மாறும் காலம் அத்தனிமத்தின் அரை ஆயுட்காலம் எனப்படுகிறது. இயற்கையில் அதிகமாகக் கிடைக்கும் யுரேனிய ஐசோடோப் U238-ன் அரை ஆயுட்காலம் சுமார் 446 கோடி ஆண்டுகள். அதாவது ஒரு கிராம் U238, அரை கிராம் U238 ஆகவும், கதிரியக்கத்தை வெளியிட்டது போக மீதமுள்ளது தோரியம் மற்றும் இன்ன பிறவாகவும் சிதைவுறும் காலம் சுமார் 446 கோடி ஆண்டுகள்.

கதிரியிக்க தனிமங்களை சிதைவுறாமல் நிலைப்படுத்துவதற்கான ஆய்வுகளும் தற்போது நடந்து வருகின்றன.

அணு எண் 92-க்கு மேற்பட்ட இயற்கையில் கிடைக்காத தனிமங்கள் எப்படி உருவாக்கப்பட்ட என்று பார்க்கலாம். துகள் முடுக்கிகளில் (Particle Accelerators) தனிமங்களின் அணுக்களையும், நியூட்ரான்களையும் அதிவேகத்தில் (ஒளியின் வேகத்தில் பத்தில் ஒரு பங்கு வேகத்திற்கும் மேல்) மோத விடுவதன் மூலம் அணுக்கருக்களை பிணைத்து இயற்கையில் கிடைக்கும் தனிமங்களை விட பெரிய உட்கருக்களைக் கொண்ட தனிமங்களை உருவாக்க விஞ்ஞானிகள் முற்பட்டனர்.

  • 1939-ம் ஆண்டின் இறுதியில், கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தில் யுரேனியம் அணுவின் மீது நியூட்ரான்களை மோதவிடுவதன் மூலம் அணு எண் 93 கொண்ட புதிய தனிமம் உருவாக்கப்பட்டது. பின்னர் அது நெப்டியூனியம் (Neptunium) எனப் பெயரிடப்பட்டது.
  • 1941-ம் ஆண்டு யுரேனியம் அணுவின் மீது ஹைட்ரஜனின் ஐசோடோப்பான டியூட்டிரியத்தின் ஒரு புரோட்டான், ஒரு நியூட்ரான் கொண்ட உட்கருவை மோதவிடுவதன் மூலம் அணு எண் 94 கொண்ட புதிய தனிமம் புளுட்டோனியம் உருவாக்கப்பட்டது.
நாகசாகி

ஏகாதிபத்திய போரில் நாசகாரியாக செயல்பட்ட அறிவியல் கண்டுபிடிப்பு (நாகசாகி அணுகுண்டில் செயற்கையாக உருவாக்கப்பட்ட தனிமம் புளூட்டோனியம் பயன்படுத்தப்பட்டது)

இந்த பரிசோதனைகளின் போது கனமான கதிரியக்க தனிமங்களின் அணுக்கள் மீது நியூட்ரான்கள் மோதும் போது அணுக் கருச் சிதைவு ஏற்பட்டு இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட லேசான தனிமங்களின் அணுக்களாக பிளவுறுகிறது என்பதும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. இரண்டாம் உலகப்போர் வரை இராணுவ ரகசியமாக பாதுகாக்கப்பட்ட புளுட்டோனியத்தின் அணுப் பிளவு 1945-ல் ஜப்பான் நாகசாகியின் மீது அமெரிக்கா போட்ட அணு குண்டு வெடிப்பில் பயன்படுத்தப்பட்டு இலட்சக் கணக்கான மக்களை காவு வாங்கியது. பெருமளவு ஆற்றலை வெளிப்படுத்தக்கூடிய அணுப்பிளவு உலகை அடக்கி ஒடுக்குமுறை செலுத்தும் ஏகாதிபத்தியங்களின் கையில் சிக்கி நாசகார ஆயுதமாக மாறியது என்பது இந்த வரலாற்றின் ஒரு கிளைநிகழ்வு.

  • 1944-ல் இருந்து 1958 வரை வரிசையாக அணு எண்கள் 95-லிருந்து 102 வரையிலான தனிமங்கள் உருவாக்கப்பட்டன.
  • 1956-ல் சோவியத் யூனியனில் அணு ஆராய்ச்சி கூட்டு நிறுவனம் (JINR) துவங்கப்பட்டு ரசியாவும் களத்தில் இறங்க தனிம அட்டவனையின் 7-வது வரிசையின் (அணு எண் 103 முதலான) இடங்களும் ஒவ்வொன்றாக பூர்த்தியடையத் துவங்கின.
  • 2004-ல் ஜப்பானைச் சேர்ந்த ரைக்கன் நிஷினா ஆய்வு மையத்தைச் (RIKEN Nishina Center) சேர்ந்த விஞானிகள் அணு எண் 113 கொண்ட தனிமத்தை உருவாக்கினர்.2006-ல் ரசிய அணு ஆராய்ச்சி கூட்டு நிறுவனமும் (JINR), அமெரிக்காவின் லிவர்மோர் (Livermore) ஆய்வகமும் இணைந்து அணு எண் 118 கொண்ட தனிமத்தை உருவாக்கினர்.

    2010 – 2012 காலத்தில், JINR-ம், அமெரிக்காவின் ஒக் ரிட்ஜ் தேசிய ஆய்வகமும் (Oak Ridge National Laboratory) இணைந்து அணு எண் 115 மற்றும் 117 கொண்ட தனிமங்களை உருவாக்கினர்.

இப்போது உருவாக்கப்பட்டுள்ள இந்நான்கு தனிமங்களின் அரை ஆயுட்காலம் ஒரு வினாடியில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை விடக்குறைவு. ஆகையால் இத்தனிமங்களை உருவாக்கி வகை பிரித்துக் கண்டறிவது அத்தனை எளிதல்ல.

டிசம்பர் 30, 2015 அன்று தூய மற்றும் பயன்பாட்டு வேதியியலின் அனைத்துலக ஒன்றியம் (IUPAC) நான்கு புதிய தனிமங்களின் இருப்பையும், கண்டுபிடிப்பையும் உறுதி செய்தது. அவை முறையே நிஹோனியம் (Nihonium), மாஸ்கோவியம் (Moscovium), டென்னிஸ்ஸின் (Tennessine) மற்றும் ஒகனஸ்சென் (Oganesson) என்று பெயர் முன்மொழியப்பட்டு தனிம அட்டவணையில் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன.

புதிய தனிமங்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன என்பதை புது வகையான அணுக்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன என்று பொருள் கொள்ளலாம்; அதனால் இதை கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன என்று சொல்வதைக் காட்டிலும் புதிதாக உருவாக்கப்பட்டுள்ளன என்று சொல்வதே பொருத்தமாக இருக்கும்.

தனிம அட்டவணையின் ஏழாவது வரிசை நிறைவு பெற்றுவிட்டது. ஆய்வுகள் நடக்கின்றன; எட்டாவது வரிசை விரைவில் துவங்கவும் கூடும். நிலையில்லா தனிமங்கள் நிலைத் தன்மை பெற்றுவிடவும் கூடும்.

கடவுளின் ஆயுட்காலம் குறைந்து வருவதையும் மதங்களின் பிடியிலிருந்து அறிவியலை முற்றிலும் விடுதலை செய்வதற்கான காலம் கனிந்து வருவதயுமே மனிதனின் புதிய கண்டுபிடிப்புகளான இந்த தனிமங்களுக்கான வேதி பெயர்சூட்டல் குறிப்பால் உணர்த்துகிறது.

– மார்ட்டின்

மேலும் படிக்க:

(படங்கள் நன்றி : bbc.com)