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,