அணு வடிவங்கள்
68
அணு வடிவங்கள்
ஆராய்ச்சிகளை வேறு பலரும் தொடங்கினர். இவ்விளைவு அணுக்களின் சிதைவினால் நிகழ்கிறது எனப் புலப்பட்டது. தானாக நிகழும் இச்சிதைவைப் பற்றிய அறிவு, அணு அமைப்பைப் பற்றிய கொள்கைகள் உருவாக உதவியது.
மேற்கூறிய கருத்துக்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு தாம்சன் ஓர் அணு வடிவத்தைக் கற்பனை செய்தார். அணுவின் நேர்மின்னேற்றம் கொண்ட பகுதி ஒரு கோளமாக அமைந்துள்ளது என்றும் அதில் ஆங்காங்கு எலெக்ட்ரான்கள் பதிந்திருந்து அந்நேர்மின்னேற்றத்தை ஈடுசெய்கின்றன என்றும் அவர் கருதினார். ஆனால் இக்கொள்கை தவறானது என்பது, ரூதர்போர்டு பிரபுவும் அவருடைய துணைவர்களும் செய்த சோதனை ஒன்றிலிருந்து தெளிவாயிற்று.
1911-ல், ரூதர்போர்டின் விருப்பப்படி, கைகர் (Geiser), மார்ஸ்டென் (Marsden) என்ற இரு விஞ்ஞானிகள் மிக இலேசான தங்கத் தகடுகளின்மேல் ஆல்பாக் கதிர்களை விழச்செய்து, அவை எவ்வாறு சிதறுகின்றன என ஆராய்ந்தனர். ஆல்பாக் கதிர்கள் ஹைடிரஜனைப்போல் ஏறக்குறைய நான்கு மடங்கு நிறையுள்ள நேர்மின்னேற்றமுள்ள துகள்களால் ஆனவை. நேர்மின்னேற்றமுள்ள ஆல்பாத் துகளானது அணுவின் நேர்மின்னேற்றங்கொண்ட பகுதியால் விலகுகிறது. தாம்சனின் அணு உருவம் சரியானதாயின் இவ்விலக்கம் மிகக் குறைவாகவே இருக்கும். ஆனால் ஆல்பாக்கதிர்ச் சிதறல் சோதனையிலோ பல துகள்கள் 90°க்கும் அதிகமாக விலகுவது தெளிவாகியது. ஆகையால் அணுவின் நேர்மின்னேற்றமுள்ள பகுதி கோளம்போல் அணு முழுதும் வியாபித்திருக்க முடியாது என்றும், அது ஒரு சிறு புள்ளிபோல் அணுவின் மையத்தில் இருக்கவேண்டும் என்றும், ஏறக்குறைய அணுவின் எடை முழுவதும் இப்பகுதியில் அடங்கி இருக்கவேண்டும் என்றும், எலெக்ட்ரான்கள் இம் மையத்தைச் சுற்றி உள்ளன என்றும் ரூதர்போர்டு தெளிவாக்கினார். இத்தகைய கனமான, நேர்மின்னேற்றமுள்ள அணு மையம் அணுவின் உட்கரு (Nucleus) என அழைக்கப்பட்டது.
ஆல்பாக் கதிர்களின் சிதறலை ரூதர்போர்டின் கொள்கை வெற்றிகரமாக விளக்கியது. சாட்விக் (Chadwick) என்னும் அறிஞர் இக்கொள்கையின் உதவியால் ஒவ்வொரு அணுக்கருவிலும் உள்ள நேர் மின்னேற்றத்தின் எண்ணிக்கையை மதிப்பிட்டார். தனிமங்களை அணுநிறைகளுக்கேற்ப வரிசைப்படுத்தினால் இவ்வரிசையில் ஒரு தனிமத்தின் தொடர் எண்ணும் அதன் அணுவின் உட்கருவின் நேர் மின்னேற்றத்தின் எண்ணிக்கையும் சமம் என்ற உண்மை இப்போது புலப்பட்டது. இந்த எண் அணுவெண் எனப்படும். இதே சமயத்தில் மோஸ்லி என்ற விஞ்ஞானி பல தனிமங்களின் எக்ஸ் கதிர் நிறமாலைகளை ஆராய்ந்து, தனிமங்களின் சிறப்பியல்களில் முக்கியமானது அதன் அணுவெண்ணே எனத் தெளிவாக்கினார். அதுமுதல், அணுவெண் என்ற கருத்து அணு அமைப்பிற்கு மிக அடிப்படையானதாக இருந்துள்ளது.
போரின் கொள்கை (Bohr's theory) : ஒரு தனிமத்தின் அணுவெண்ணுக்கேற்ற எண்ணிக்கையுள்ள எலெக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சூழ்ந்திருக்கும் என ரூதர்போர்டு கருதினார். ஆனால் தனிமங்களின் நிறமாலைகளைப் பற்றி அறியப்பட்டிருந்த உண்மைகள் இக்கருத்திற்கு முரணானவை என 1913-ல் நைல்ஸ் போர் (Neils Bohr) என்ற டேனிஷ் பௌதிக அறிஞர் காட்டினார். அணுவின் கருவைச் சுற்றிலும் எலெக்ட்ரான்கள் இருந்தால் அவை உட்கருவினால் கவரப்படும். இக்கவர்ச்சி ஈடு செய்யப்பட வேண்டுமாயின், எலெக்ட்ரான்கள் உட்கருவை இடைவிடாது சுற்ற வேண்டும். இவ்வாறு சுற்றும் எலெக்ட்ரான்களின் மேல் ஒரு வேக வளர்ச்சி தொழிற்படுகிறது. ஆனால் பழங்காலக் கருத்துப்படி மின்னேறிய துகள்கள் வேக வளர்ச்சியை அடைந்ததால் கதிர்ப்பை வெளியிட வேண்டும். இயற்கையில் இது நிகழ்வதில்லை. மேலும் எலெக்ட்ரான்கள் இவ்வகையில் கதிர்ப்பை வெளியிட்டால், அவற்றின் சக்தி குறையும். அதனால் இவை சுற்றும் பாதையின் ஆரமும் குறைந்துகொண்டே வரும். இவ்வாறு நிகழ்ந்தால், எலெக்ட்ரான்கள் அனைத்தும் வெகு விரைவில் உட்கருவையடைந்து, அதனுட் புதைந்துவிடும். இதனால் அணுவின் வடிவம் சிதைந்துபோம். இவ்வகையில் ரூதர்போர்டின் அணு வடிவம் நிலையற்றது. இதில் இன்னொரு தொல்லையும் உண்டு. எலெக்ட்ரான்களின் பாதையின் ஆரம் குறைவதனால், அவை வெளிவிடும் கதிர்ப்பின் அதிர்வெண் அதிகமாக வேண்டும். ஒரு பொருளிலுள்ள பல அணுக்களில் எலெக்ட்ரான்களின் சக்தி பல வேறு அளவுள்ளதாக இருக்கும். ஆகையால் அப்பொருள் வெளிவிடும் கதிர்ப்பின் அதிர்வெண்களும் பலவேறு அளவுகள் கொண்டிருக்கும். ஆகையால் வாயு நிலையிலுள்ள பொருள்களின் நிறமாலைகளுங்கூடத் தொடர் நிறமாலைகளாக இருக்கவேண்டும். ஆனால் வாயு நிறமாலைகள் மிகத் திருத்தமான வரைகளால் ஆனவை.
நிலைப் பாதைகள்
ஆகையால் ரூதர்போர்டின் அணு வடிவத்தை நைல்ஸ் போர் திருத்தி அமைத்தார். அணுவிலுள்ள எலெக்ட்ரான்கள் சில வட்டமான பாதைகளில் தான் சுற்றி வரலாம் என்றும், இப்பாதையில் சுற்றும் எலெக்ட்ரான் கதிர்ப்பை வெளிவிடாது என்றும் அவர் புதுக் கருத்துக்களை வெளியிட்டார். இப்பாதைகள் நிலைப்பாதைகள் (Stationary orbits) எனப்படும். ஒவ்வொரு அணுவிலும் இத்தகைய பல பாதைகள் உண்டு. குவான்டம் தத்துவத்தைக் கையாண்டு, இப்பாதைகளின் ஆரங்களை நைல்ஸ் போர் கணக்கிட்டார். இவற்றின் ஆரங்கள் 1,2,3...என்ற இயற்கை எண்களின் வருக்கததிற்கு நேர் பொருத்தமாக இருக்கும். ஓர் எலெக்ட்ரான் அது சுற்றும் பாதைக்கேற்ற சக்தியைக் கொண்டிருக்கும். இச் சக்தியானது பாதையைக் குறிப்பிடும் முழு எண்ணிற்கேற்ப அதிகரிக்கும்.
இக்கருத்துக்கள் முற்றிலும் புதுமையானவை எனினும், இவற்றைக்கொண்டு அணு நிறமாலைகளை வெற்றிகரமாக விளக்க முடிந்தது. சில திருத்தங்களுடன் இவை தற்காலத்திலும் வழங்குகின்றன.
உட்கரு : அணுவின் நிறையிற் பெரும்பகுதி உட்கருவில் உள்ளது எனக் கண்டோம். ஹைடிரஜனைத் தவிர, மற்றெல்லாத் தனிமங்களின் அணுநிறைகளும்
