நவீன வேதியியலின் கதை | பகுதி – 02
இரசவாதத்தின் மருட்சியில் இருந்தும் பிரமிப்பிலிருந்தும் எழுந்து வந்த வேதியியல் ஃபிலாஜிஸ்டன் சங்கிலியில் கட்டுண்டு கிடந்தது. பிளாக், பிரிஸ்ட்லி மற்றும் லவாய்சியர் ஆகியோரின் கண்டுபிடிப்புகளால் அது விடுவிக்கப்பட்டது.
ஃபிலாஜிஸ்டன் கருதுகோள் அறிவியல் ஆய்வுகளுடன் முரண்பட்டது என்பதால் அதை நிராகரித்த லவாய்சியர் கலோரிக் (caloric) கருதுகோளை முன்வைத்திருந்தார். பொருட்கள் வெப்பம் அடைவதற்கு அவற்றின் உள்ளே இருக்கும் கலோரிக் என்ற திரவப் பொருள் தான் காரணம் என்றார்.
இந்தக் கருதுகோளுக்கு மிகத் துடிப்பான இளவயது ஆய்வாளர் ஒருவர் மூலம் ஆபத்து காத்திருந்தது. அவர் இங்கிலாந்தின் வேதியலாளர் ஹம்ஃப்ரி டேவி; பொருட்கள் வெப்பம் அடைவதற்கு அவற்றுள் இருக்கும் மூலக்கூறுகளின் நகர்வும் அதனால் ஏற்படும் உராய்வுமே காரணம் என்று நினைத்தார்.
இரண்டு பனிக்கட்டிகளை ஒன்றோடு ஒன்று அழுத்தி உராயும்போது, உராயும் பரப்பில் புறவெப்பத்தின் தாக்கம் களையப்படுகிறது. அதே சமயம் பனிக்கட்டிகள் உருகுகின்றன. இது உராய்வின் மூலம் உருவாகும் வெப்பத்தால் ஏற்படுகிறது என்பதை டேவி நிருபித்தார். இந்த ஆய்வு முடிவை 1799- ம் ஆண்டு “வெப்பம், ஒளி மற்றும் ஒளிக் கலவைகள் பற்றிய கட்டுரை”- யில் பதிப்பித்தார்.
அதன் பின் டேவி வாயுக்களை தயாரித்து அவற்றை சோதிக்கும் பணியில் ஈடுபட்டார். வாயுக்களை அவர் முதலில் தன் மீதே பரிசோதித்து கொண்டார். ஒரு குறிப்பிட்ட வாயுவை அவர் உள்ளிழுத்த போது உணர்வின்மை ஏற்பட்டது. தற்போது மோட்டார் வாகனங்களில் இருந்து வெளியாகும் நச்சு தன்மை வாய்ந்த கார்பன் மோனாக்சைடு தான் அந்த வாயு. இதேபோல சிரிப்பூட்டும் வாயுவான நைட்ரஸ் ஆக்சைடையும் கண்டுபிடித்தார்.
டேவி தனது குறிப்பேடுகளில் “டேவி மற்றும் நியூட்டன்” என்று எழுதி வைத்தார். டேவி தன்னை நியூட்டனுடன் ஒப்பிட்டுக் கொண்டதும், தம்மை வேதியியலின் நியூட்டன் என்று கருதிக் கொண்டதும் வெறுமனே தற்பெருமை மட்டுமல்ல. அது ஒரு கனவு. வேதியியல் துறையில் தாம் நியூட்டனைப் போன்று திருப்பங்களை, பாய்ச்சல்களை உருவாக்க வேண்டும் என்று கனவு கண்டார்.
இதனிடையே 1801-ம் ஆண்டு லண்டன் ராயல் சொசைட்டி அறிவியல் கழகம் தனது வேதியியல் நிறுவனத்தில் மக்களிடையே அறிவியல் விரிவுரைகளை நிகழ்த்த டேவியை பணியில் அமர்த்திக் கொண்டது. டேவியின் விரிவுரைகள் லண்டனில் பிரபலமாகி மக்களிடையே மிகுந்த செல்வாக்கைப் பெற்றன. இந்த விரிவுரைகளில் இருந்து மைக்கேல் ஃபாரடே உந்துதலைப் பெற்று, டேவியின் உதவியாளராக சேர்ந்ததும், அதன்பின் மின்னியல் துறையில் முக்கிய கண்டுபிடிப்புகளை நிகழ்த்தியதும் தனிக்கதை.
உலகமும், உலகில் உள்ள பொருட்கள் அனைத்தும் நீர், நிலம், காற்று, நெருப்பு ஆகிய அடிப்படை பொருட்களால் ஆனது – என்ற பல நூற்றாண்டுகளாக நிலவி வந்த கருத்து தகர்க்கப்பட்டு விட்டது. நீர் நிலம் காற்று ஆகியவையே கூட தனிமங்கள் என்ற அடிப்படைத் துகள்களால் ஆனவை – என்ற கருத்து உருவாகி விட்டது.
ஆனால், எல்லா இயற்கை பொருட்களில் இருந்தும் தனிமங்கள் எளிதாகப் பிரித்தறியப்பட்டு விடவில்லை. வடிகட்டுதல், அமிலத்தால் வினையூட்டுதல், வெப்பபடுத்துதல் போன்ற வேதியியலில் ஏற்கனவே அறியப்பட்ட செயல்முறைகளின் மூலம் சில இயற்கை பொருட்களிலிருந்து தனிமங்களை பிரித்தறிய இயலவில்லை.
படிக்க:
♦ சிலி : புதிய அரசியலமைப்பு சட்டத்தை உருவாக்கு ! வீதியில் திரண்ட தொழிலாளர்கள் !
♦ அறிவியல் கட்டுரை : நிலாவுக்குப் போலாமா ?
உதாரணமாக, இயற்கையில் கிடைத்த பொட்டாஷ் படிகத்திலிருந்து (Potash crystal) லவாய்சியர் தனிமத்தை பிரித்து எடுக்க முயற்சித்தார். அவர் பல்வேறு முறைகளை முயற்சித்தும், எவையும் பயனளிக்கவில்லை. பிரித்தறிவதற்கு புதிய வேதியியல் செயல்முறைகள் கண்டுபிடிக்கப்பட வேண்டியிருந்தது.
இந்த நேரத்தில் மிக முக்கியமான திருப்புமுனை வேறொரு துறையிலிருந்து வந்தது. அன்றைய காலத்தில் மின்னாற்றல், மின்சாரம் என்பது புதிய துறை. பெரும்பாலான ஆய்வுகள், நிலை மின்னாற்றலைப் (Static Electricity) பற்றியும் அதை பயன்படுத்திக் கொள்வதைப் பற்றியுமே இருந்தன. இயங்கு மின்னாற்றல் (Dynamic Electricity) இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்பட இல்லை. மின்சாரத்தை தொடர்ச்சியாக வழங்கும் ஒரு அமைப்பு அல்லது கருவி இன்னும் கண்டுபிடிக்கப் படாமலிருந்தது.
இத்தாலியைச் சேர்ந்த அறிவியலாளர் அலெக்சாண்டரா வோல்டா(Alessandro Volta) 1799-1800 ஆம் ஆண்டு உலகின் முதல் மின்கலத்தை(Battery) கண்டறிந்தார். வோல்டா தாமிரம் மற்றும் துத்தநாக தகடுகள், நீர்த்த கந்தக அமிலத்தில் தோய்த்த துணி ஆகியவற்றை அடுக்கடுக்காக வைத்து தனது மின்கலத்தை(Voltaic pile) உருவாக்கினார். இது மின்சாரத்தை தொடர்ச்சியாக வழங்கக் கூடிய ஆற்றலைக் கொண்டிருந்தது. இயற்பியலில் (மின்னியல் துறையில்) புதிய பாய்ச்சலை ஏற்படுத்தியது.
ஹம்ஃப்ரி டேவி மின்னாற்றல் வேதிவினையின் விளைவாகதான் உருவாகிறது என்று நம்பினார். அதனால் அதன் தலைகீழ் விளைவாக – மின்சாரம் பாயும் போது அது வேதிவினையை தூண்டக்கூடும் என்று நினைத்தார். அதை தனது ஆய்வுகளில் பயன்படுத்த தலைப்பட்டார். மின்சாரத்தை நீரில் பாய்ச்சிய போது அதிலுள்ள மூலக்கூறுகளை பிரித்து ஹைட்ரஜன் ஆக்சிஜன் வாயுக்களை உருவாக்கியது. மின்னாற்பகுப்பு முறை (Electrolysis) தோற்றம் பெற்றது.
1807-ம் ஆண்டில் இதை காஸ்டிக் பொட்டாஷின் மீது பரிசோதித்துப் பார்க்கத் தீர்மானித்தார் ஹம்ஃப்ரி டேவி. பொட்டாசை நீரில் கரைத்து அதில் மின்சாரத்தை பாய்ச்சி முயற்சி செய்தார். அது பொட்டாசை விட்டுவிட்டு நீரை மட்டும் ஹைட்ரஜன் – ஆக்சிஜனாக பிரித்தது. பின்னர் பொட்டாஷை உருக்கி உருகிய நிலையில் மின்சாரத்தை பாய்ச்சி முயற்சி செய்தார். அது பிரிந்து புதிய தனிமம் பொட்டாசியம் (Potassium) கண்டறியப்பட்டு விட்டது.
பொட்டாசியத்தை கண்டுபிடித்த மறுநாளே அதே மின்னாற்பகுப்பு முறையை காஸ்டிக் சோடாவில் முயற்சி செய்தார். அதன் மூலம் சோடியம் தனிமத்தை கண்டறிந்தார். அடுத்த ஓராண்டுக்குள் பேரியம்(barium), கால்சியம்(calcium), மக்னீசியம்(magnesium), ஸ்ராண்டியம்(strontium) என்று ஆக மொத்தம் ஆறு தனிமங்களை கண்டறிந்தார் டேவி.
மின்வேதிப்பகுப்பின் மூலம் போரான்(boron), அயோடின்(iodine), லித்தியம்(lithium), சிலிகான்(silicon), அலுமினியம்(aluminum) ஆகிய மேலும் ஐந்து தனிமங்கள் வெவ்வேறு அறிவியலாளர்களால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. ஐரோப்பா முழுவதும் இருந்த வேதியியலாளர்கள் இந்த புதிய செயல்முறை நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி மேலதிகமான தனிமங்களைக் கண்டுபிடிக்க துவங்கினர்.
தனிமங்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்ந்து ஓட்டி மூலக்கூறுகளாக இருக்கின்றன. அப்படி அவற்றை ஒன்றுடன் ஒன்று பிணைத்து வைத்துள்ள விசை எது என்ற கேள்வி எழுந்தது. மின்சாரம் சேர்ந்துள்ள மூலக்கூறுகளை பிரிக்கிறதென்றால் அவற்றுக்கிடையில் மின் விசை ஒன்று செயலாற்ற வேண்டும் என்று கருதினார் டேவி. இந்த கருதுகோள் பின்னர் பல ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு இயற்பியலில் நிரூபிக்கப்பட்டது.
லவாய்சியரின் பட்டியலில் மேலும் தனிமங்கள் சேர்க்கப்பட்டு 19-ஆம் நூற்றாண்டின் முதற்பகுதியில் இயற்கையாக உருவாகும் 92 தனிமங்களில் 55 கண்டுபிடிக்கப் பட்டுவிட்டன. அவறுக்கு இடையிலான ஒற்றுமை, தொடர்புகள் மற்றும் உருப்படிவம் (pattern) என்ன? இந்தக் கேள்வி இன்னும் தீர்க்கப்படாமலே இருந்தது.
ஆங்கிலேய வேதியலாளரும், இயற்பியலாளருமான ஜான் டால்ட்டன் இதற்கு விடையளிக்க முற்பட்டார். அது வேதியியலில் மட்டுமின்றி இயற்பியலிலும் பெரும் பாய்ச்சலை ஏற்படுத்தியது.
படிக்க:
♦ பிஸியோகிராட்டுகள் | பொருளாதாரம் கற்போம் – 44
♦ துருக்கி : பள்ளிகளில் பரிணாம கோட்பாடு நீக்கம் ! ஜிகாதி கோட்பாடு சேர்ப்பு !
தனிமங்களிருந்து சேர்மங்களை உருவாக்கும் போது அவை ஒரு குறிப்பிட்ட நிறை விகிதத்திலேயே இணைகின்றன என்று அறிவியலாளர்கள் கண்டறிந்தனர். உதாரணமாக, ஒரு சோடியம் துகளும், ஒரு குளோரைடு துகளும் சேர்ந்து சோடியம் குளோரைடு உருவாகிறது. ஒரு ஆக்சிஜன் துகளும் இரண்டு ஹைட்ரஜன் துகளும் இணைந்து நீர் உருவாகிறது. இது அறுதி விகிதசம விதி (Law of definite proportions) எனப்படுகிறது.
இவ்வாறு நடக்க வேண்டுமெனில், ஒவ்வொரு தனிமமும் அதன் தனித்துவமான கட்டுமானத் துகளால் செய்யப்பட்டிருக்க வேண்டும். அவை தனித்துவமான அளவு, நிறை, பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். வெவ்வேறு தனிமங்கள் வெவ்வேறு நிறை, பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். அத்துகள்களை அவர் அணுக்கள் என்று அழைத்தார். பண்டைய இந்திய மற்றும் கிரேக்க தத்துவவியலாளர்கள் முன்வைத்த அணுக் கோட்பாட்டிற்கு மீண்டும் உயிர் கொடுத்தார் டால்டன்.
மேலும், இரண்டு தனிமங்கள் சேர்ந்து ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட சேர்மத்தைத் தருவதைக் கண்டறிந்தார் டால்டன். அதில் முதல் தனிமத்தின் நிறையை நிலையானதாகக் கொண்டால் சேரும் இரண்டாவது தனிமத்தின் இரண்டு வெவ்வேறு நிறைகள் இரண்டு வெவ்வேறு சேர்மத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த இரு வேறு வினைகளில் இரண்டாவது தனிமத்தின் நிறைகளுக்கிடையான விகிதம் எளிய முழு எண்களின் விகிதத்திலிருக்கும் என்றார். இது மடங்கு விகித விதி (Law of multiple proportions) எனப்படுகிறது.
உதாரணமாக, 100 கிராம் கார்பனுடன், 133 கிராம் ஆக்சிசனுடன் வினைபுரிந்து ஒரு வகை ஆக்சைடையும் (கார்பன் மோனாக்சைடு), 266 கிராம் ஆக்சிசனுடன் வினைபுரிந்து மற்றைய வகை ஆக்சைடையும் (கார்பன்–டை-ஆக்சைடு) தருகின்றன. 100 கிராம் கார்பனுடன் வினைபடும் ஆக்சிசனின் நிறை விகிதமானது 266:133 = 2:1 எளிய முழு எண்களின் விகிதமாகும்.
முதல் முறையாக அணு நிறையின் அடிப்படையில் தனிமங்களை வரிசைப்படுத்தி வைத்தார் டால்டன். அவர் அணு நிறையை சரியாகக் கணக்கிடவில்லை என்றாலும் அறிவியியலுக்கு சரியான திசைவழியை உருவாக்கினார். இவற்றை 1808-ம் ஆண்டு தனது வேதியியல் தத்துவத்தின் புதிய அமைப்பு (A New System of Chemical Philosophy) நூலில் பதிப்பித்தார். தனிமங்கள் வெவ்வேறு அணு நிறையைக் கொண்டிருக்கின்றன என்பதை அப்போது மிகச்சில வேதியலாளர்களே ஏற்றுக் கொண்டனர்.
வெவ்வேறு தனிமங்களின் வெவ்வேறு அணு நிறைகள் குறித்த கருத்தை தீவிரமாக கொண்டிருந்த சில அறிவியலாளர்களில் ஸ்வீடனைச் சேர்ந்த ஜான்ஸ் ஜேக்கப் பெர்செலியசும் (Jöns Jacob Berzelius) ஒருவர். முன்னதாக, சிலிக்கான், தோரியம், சீரியம் மற்றும் செலினியம் ஆகிய தனிமங்களை கண்டுபிடித்திருந்தார் பெர்செலியஸ். டால்டனின் கோட்பாட்டை கேள்விப்பட்டவுடன் தனிமங்களின் அணு நிறை குறித்த தேடலில் (pursuit of atomic weights) ஈடுபட்டார். அணு நிறையை துல்லியமாகக் கண்டறியும் முயற்சியில் சுமார் பத்தாண்டுகள் 2000-க்கும் மேற்பட்ட தனிமங்கள் மற்றும் சேர்மங்களைக் கொண்டு செய்த அயராத சோதனைக்குப் பின் 45 தனிமங்களின் அணு நிறையை கண்டறிந்தார். அவை மற்ற வேதியியலாளர்களின் கணக்கீடுகளுடன் ஒத்துப்போகவில்லை என்பதால் பெரும்பாலானோர் ஏற்றுக் கொள்ளவில்லை. ஹைட்ரஜனைப் போன்ற எளிய தனிமங்களை தவிர மற்றவற்றின் நிறையில் ஒத்த கருத்து எட்டப்படவில்லை.
ஜெர்மானிய வேதியியலாளர் ஜோகன் டோபரீனர் (Johann Döbereiner) வேதிப்பண்புகளைக் கொண்டு தனிமங்களின் ஒத்த பண்புகளைக் கண்டறிய முற்பட்டார். லித்தியம் மற்றும் பொட்டாசியம் ஆகியவற்றின் அணு நிறையும் பண்புகளும் சோடியம் அணுவுடன் நெருக்கமாக இருந்தது. இதே போன்று நான்கு ஒத்த பண்புகளைக் கொண்ட மும்மைத் (Triads) தனிமங்களைக் கண்டறிந்தார்.
இத்தாலிய வேதியியலாளர் ஸ்டானிஸ்லாவ் கன்னிசரோ (Stanislao Cannizzaro) அணு நிறையை அளப்பதற்கான புதிய முறையை முயற்சித்து வந்தார். சம பருமன் – கன அளவுள்ள (Volume) வாயுக்களில், சம எண்ணிக்கையில் துகள்கள் (அணுக்கள்) இருக்கும் என்பது ஏற்கனவே 1811-ல் இத்தாலியைச் சேர்ந்த வேதியியல் அறிஞர் அமேடியோ அவகாதரோவால் (Amedeo Avogadro) முன்மொழியப்பட்டு, நிரூபிக்கப்பட்டிருந்தது. ஒத்த பருமனில் வாயு நிலையில் அணு எடையை அளக்கும் முறையை முன்வைத்தார் கன்னிசரோ. ஜெர்மனியின் கார்ல்ஸ்ருஹே (Karlsruhe) நகரில் 1860–ல் நடந்த உலகின் முதல் வேதியியலாளர்கள் மாநாட்டில் கன்னிசரோ அணு நிறையை அளப்பதற்கான தனது புதிய முறையிலான நியமத்தை (Standard) சமர்பித்தார். இதன் மூலம் அணு நிறைகள் துல்லியமாக அளக்கப்பட்டன. ஆனால், இன்னும் வரிசைப் படுத்தப்படவில்லை.
இதற்கு அக்கம் பக்கமாக புதிய தனிமங்கள் கண்டுபிடிப்பும் நடந்து வந்தது. வேதியியலாளர்கள் பண்டைய காலத்திலிருந்தே கைக்கொள்ளும் சோதனை முறைகளில் ஒன்று சுடர் சோதனை (flame test). பண்டைய அரபு இரசவாதிகள் பொருட்களை நெருப்பில் இடும்போது வெவ்வேறு பொருட்கள் வெவ்வேறு நிறத்தில் எரிவதைக் கண்டறிந்தனர். ஆனால் தனிமங்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்க அதிகரிக்க ஒரே நிறத்தின் சிறு நிறபேதங்களுடன் (small shades) பல தனிமங்கள் எரிந்தன. அவற்றை பிரித்தறிய இயலவில்லை.
இந்தப் பிரச்சினையை ஜெர்மனியைச் சேர்ந்த வேதியியலாளர் ராபர்ட் பன்சென் (Robert Bunsen) தனது நண்பரும் இயற்பியலாலருமான கிரிச்சாஃபிடம் (Kirchhoff) விளக்கினார். கிரிச்சாஃப் இதற்கு தீர்வாக நிறப்பிரிகை (Spectroscope) கருவியை கொண்டு வந்தார். அதைக் கொண்டு இருவரும் எரியும் தனிமங்களை உற்று நோக்கினார்கள். பொருட்கள் எரியும் போது வெளியிடும் ஒளியை இந்த நிறப்பிரிகை கருவி மூலம் பிரித்து அதன் நிறமாலையை காணமுடிந்தது. இன்றைக்கு பொருட்களின் மீது இருக்கும் பார்கோடை (Barcode) போல் ஒரே நிறத்தின் வெவ்வேறு நிறபேதங்களை தெளிவாகப் பார்க்க முடிந்தது. இந்த ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோப்பைக் கொண்டு பன்சென், கிரிச்சாஃப் இருவரும் இணைந்து 1860-61 ஆண்டுகளில் சீசியம்(Caesium), ருபீடியம்(Rubidium) ஆகிய தனிமங்களைக் கண்டுபிடித்தனர்.
இதே நுட்பத்தைக் கொண்டு தாலியம் (Thallium), இண்டியம் (Indium) ஆகிய மேலும் இரண்டு தனிமங்கள் வெவ்வேறு அறிவியலாளர்களால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. மேலும், வானியலாளர்கள் இந்தக் கருவியை விண்ணை நோக்கித் திருப்பி விண் பொருட்களின் நிறமாலையைக் காண தலைப்பட்டனர். விண் ஒளியை நிறப்பிரிகை செய்தபோது ஹீலியம் வாயு இருப்பது அதன் நிறமாலையிலிருந்து கண்டறியப்பட்டது.
1863–ம் ஆண்டு ஜான் நியுலேண்ட்ஸ் (John Newlands) என்ற பிரிட்டிஷ் அறிவியலாளர் தனிமங்களை அணு நிறை அடிப்படையில் வரிசைப் படுத்தினார். எந்த ஒரு தனிமமும், வரிசையிலுள்ள எட்டாவது தனிமத்தின் பண்புகளை ஒத்திருந்ததைக் கண்டறிந்தார். ஒத்த பண்புகளைக் கொண்ட எண்மைத் (Octaves) தனிமங்கள் என அவற்றை அழைத்தார். துரதிருஷ்டவசமாக சக அறிவியலாளர்கள் பலரால் இது ஏற்றுக் கொள்ளப்படவில்லை.
பெர்செலியஸ் மற்றும் கன்னிசாரோவின் அணு எடைகளைக் கொண்டு ஒரு முறையிலும், வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டு டோபரீனரின் மும்மைத் தனிமங்கள் மற்றும் நியூலாண்டின் எண்மைத் தனிமங்கள் அடிப்படையில் மற்றொரு முறையிலும் என வேதியியலாளர்கள் இரண்டு வழிகளில் தனிமங்களை தொகுத்து வந்தனர். உருப்படிவம் (Pattern) மற்றும் வரிசைப்படுத்தி தொகுப்பதில் (Grouping) குழப்பம் நீடித்து வந்தது. தனிமங்களின் எண்ணிக்கையும் 63-ஆக உயர்ந்து விட்டது.
இந்தப் பிரச்சினையை ஒரு சீட்டு விளையாட்டு முறை தீர்த்துவிட்டதென்றால் உங்களால் நம்ப முடிகிறதா?
(தொடரும்)
மார்ட்டின்
« முந்தைய பாகம் அடுத்த பாகம் »
செய்தி ஆதாரங்கள் :
♦ Alchemy: how a tradition spanning millennia became modern chemistry
♦ ஆண்டவனை அச்சுறுத்தும் புதிய தனிமங்கள் – அறிவியல் கட்டுரை
♦ Chemistry: A Volatile History
அடுத்த பாகம் வரவில்லையே தோழர்