ആറ്റത്തെ നമുക്ക് കാണാൻ പറ്റുമോ..?

കാലം ബിസി 400. ഗ്രീസിൽ ജീവിച്ചിരുന്ന തത്വചിന്തകനായിരുന്നു ഡെമോക്രാറ്റിസ്. ഈ പ്രപഞ്ചത്തിൽ കാണുന്ന വസ്തുക്കളെയെല്ലാം ചെറുതായി മുറിച്ചാൽ എന്ത് സംഭവിക്കും എന്നായി ഒരിക്കൽ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ചിന്ത. മുറിച്ചു മുറിച്ച് അവസാനം ഇനിയും മുറിക്കാൻ പറ്റാത്ത ഒരു അവസ്‌ഥയിൽ എത്തും എന്ന് അദ്ദേഹം അനുമാനിച്ചു. ആ ചെറിയ കണികയ്ക്ക് 'ഇനിയും മുറിക്കുവാൻ സാധിക്കാത്തത്' എന്ന് അർഥം വരുന്ന ഗ്രീക്ക് പദമായ 'അറ്റമോസ്‌ ( Atomos)' എന്ന പേരും ആലോചിച്ച് ഉറപ്പിച്ചു. അതിൽ നിന്നാണ് ആറ്റം എന്ന പേര് വന്നത്. 1802 ൽ ജോൺ ഡാൾട്ടൻ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ ഡെമോക്രാറ്റിസിന്റെ സിദ്ധാന്തത്തെ ആധുനിക കണികാ സിദ്ധാന്തവുമായി ഏകോപിപ്പിച്ചു. (in 1802 John Dalton adapted Democritus’ theory into the modern atomic model.)

എന്താണ് ആറ്റം
ഒരു മൂലകത്തിന്റെ എല്ലാ സവിശേഷതയോടും കൂടിയ ഏറ്റവും ചെറിയ അടിസ്‌ഥാന ഘടകമാണ് ആറ്റം. ഒരു ചെമ്പുകമ്പി എടുത്തു മുറിക്കുന്നു എന്ന് കരുതുക. മുറിച്ചു മുറിച്ച് ഒടുവിൽ ഒരു ആറ്റം മാത്രം അവശേഷിച്ചാലോ..? ഈ ആറ്റത്തിന് ചെമ്പിന്റെ എല്ലാ ഗുണവിശേഷങ്ങളും ഉണ്ടായിരിക്കും.

ആറ്റത്തെ വീണ്ടും മുറിക്കാൻ പറ്റുമോ?
ആറ്റത്തെ ഒന്നു മുറിച്ചു നോക്കാം. നേരത്തെ പറഞ്ഞ ചെമ്പിന്റെ ആറ്റം തന്നെ എടുക്കാം. വീണ്ടും മുറിച്ചാൽ അതു പിന്നീട് ചെമ്പിന്റെ ഒരു സവിശേഷതയും കാണിക്കില്ല. മറിച്ച് പ്രോട്ടോൺ (proton) , ന്യൂട്രോൺ (neutron), ഇലക്ട്രോൺ(electron) എന്നിങ്ങനെ മൂന്നു കണികകൾ ആണു ലഭിക്കുക. ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, ഓരോ ആറ്റവും ഉണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്നത് പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള ഒരു ന്യൂക്ലിയസും അതിനെ ചുറ്റുന്ന നെഗറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകളും കൊണ്ടാണ്. പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ന്യൂക്ലിയസിന് (nucleus) അകത്താണ് കാണപ്പെടുന്നത്. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഇവയെ ന്യുക്ലിയോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കും.

ഇതിൽ പ്രോട്ടോൺ പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ളതും ന്യൂട്രോൺ ചാർജ് ഇല്ലാത്തതും (ന്യൂട്രൽ– neutral) ആണ്. അങ്ങനെ ന്യുക്ലിയസിനു പോസിറ്റീവ് ചാർജ് വരുന്നു. ആറ്റത്തിന്റെ ഉള്ളിൽ ഇത്രയും ചാർജ്ഡ് പാർട്ടിക്കിൾസ് ഉണ്ടെങ്കിലും ആറ്റം മൊത്തത്തിൽ നോക്കുമ്പോൾ ന്യൂട്രൽ ആണ്. എങ്ങനെ ആണെന്നല്ലേ? ന്യൂക്ലിയസിൽ ഉള്ള പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണവും ന്യൂക്ലിയസിനു പുറത്തുള്ള നെഗറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണവും എപ്പോളും തുല്യമായിരിക്കും. അതുകൊണ്ട് ആറ്റം എപ്പോളും ന്യൂട്രൽ ആയിരിക്കും.

Each proton and electron in an atom carries one unit of charge. 1 unit of charge=1.6X10-19 coulombs. ന്യൂക്ലിയസും അതിനു ചുറ്റും ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകളും ഒരുമിച്ച് എളുപ്പത്തിൽ സൗരയൂഥത്തോട് ഉപമിക്കാം. ഇലക്ട്രോണുകൾ നിശ്ചിത ഊർജനിലകളിൽ (energy levels) ആണ് സ്‌ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. ഈ ഊർജനിലകളെ ഷെല്ലുകൾ എന്ന് പറയും. ഈ ഷെല്ലുകൾക്കു K,L,M,N എന്നിങ്ങനെ പേരിട്ടിരിക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ഏറ്റവും പുറത്തുള്ള ഷെല്ലിൽ സ്‌ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളെ സംയോജക ഇലക്ട്രോണുകൾ (Valence Electrons) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾ ആണ് ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ രാസസ്വഭാവം (Chemical Properties) നിശ്ചയിക്കുന്നത്. Chemical phenomena can be explained as interactions between electrons of the individual atoms. Size of an atom: Radius of an atom is about 10–10 m while the radius of a nucleus is about 10–14 m. ie, the size of nucleus is almost 10,000 time smaller than that of an atom.

അറ്റോമിക് നമ്പറും മാസ് നമ്പറും
അറ്റോമിക് നമ്പർ (Atomic number Z) എന്നത് ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിൽ ഉള്ള പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പീരിയോഡിക് ടേബിളിലെ ഒരു മൂലകത്തിന്റെ സ്‌ഥാനം നിശ്ചയിക്കുന്നതും അറ്റോമിക് നമ്പർ അനുസരിച്ചാണ്. മാസ് നമ്പർ (Mass Number A): ന്യൂക്ലിയസിൽ ഉള്ള ന്യൂക്ലിയോണുകളുടെ ( പ്രോട്ടോൺ , ന്യൂട്രോൺ) ആകെ എണ്ണമാണ് മാസ് നമ്പർ. ഒരു മൂലകത്തെ ഇങ്ങനെ എഴുതാം.

Atomic Mass Unit( amu) ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ മാസ് 1.6734X10–27 kg. ന്യുട്രോണിന്റെ മാസ് 1.6747X10–27 kg ആകുന്നു. അതായത് കിലോഗ്രാമിനെക്കാൾ ദശലക്ഷക്കണക്കിനു മടങ്ങു കുറവാണ് ഈ കണികകളുടെ മാസ്. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഇവയുടെ മാസ് അറ്റോമിക് മാസ് യൂണിറ്റ് (amu) എന്ന പേരിലാണ് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ഒരു amu എന്നത് ഒരു കാർബൺ 12 ആറ്റത്തിന്റെ മാസിന്റെ 1/12 ആകുന്നു.( 1 amu is defined as 1/12 the mass of the carbon atom). ഒരു കാർബൺ ആറ്റത്തിൽ 6 പ്രോട്ടോണുകളും 6 ന്യുട്രോണുകളും 6 ഇലക്ട്രോണുകളും ആണുള്ളത്.
അതായത് 1 amu= 1.66X10–27 kg
പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ, ഇലക്ട്രോൺ എന്നിവയുടെ മാസ് താഴെ പറയുന്നതുപോലെയും എഴുതാം.
Mass of Proton = 1.00783 amu
Mass of Neutron = 1.00866 amu
Mass of Electron = 0.00055 amu

ബൈൻഡിങ് എനർജി Binding Energy
ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ഉള്ളിൽ പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള പ്രോട്ടോണുകളും ചാർജില്ലാത്ത ന്യൂട്രോണുകളും ആണല്ലോ. അപ്പോൾ ന്യൂക്ലിയസിന്റെ മാസ് എടുത്താൽ അത് മേൽപറഞ്ഞ കണികകളുടെ മാസിന്റെ ആകെ തുക ആയിരിക്കണമല്ലോ? എന്നാൽ യഥാർഥത്തിൽ ന്യൂക്ലിയസിന്റെ മാസ് പ്രോട്ടോണുകളുടെയും ന്യുട്രോണുകളുടെയും മാസിന്റെ ആകെ തുകയേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. അപ്പോൾ ഈ മാസ്സ് എവിടെപ്പോയി? ഇത്തരത്തിൽ മാസിൽ കാണപ്പെടുന്ന കുറവിനെ മാസ് ഡിഫെക്റ്റ് ( mass Defect) എന്ന് പറയും ഈ കുറവുള്ള മാസ് ഊർജമായി മാറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുകയാണ് (Famous Equation:E=mc2 where m=Mass, c= velocity of light in vacuum, 2.998 X108 m/sec).ഈ ഊർജം ആണ് ന്യൂക്ലിയസിനെ നിലനിർത്തുന്ന Binding Energy.

ന്യൂക്ലിയസിന്റെ വെളിയിൽ കാണപ്പെടുന്ന, നെഗറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ന്യൂക്ലിയസ്സിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെട്ടാണിരിക്കുന്നത്. ഈ ഇലക്ട്രോണുകളെ അവയുടെ ഷെല്ലിൽ നിന്നു നീക്കം ചെയ്യണം എങ്കിൽ അധികം ഊർജം അവയ്ക്ക് കൊടുക്കേണ്ടി വരും. ബാഹ്യതമ ഷെല്ലിലെ ഇലക്ട്രോണുകളെ നീക്കം ചെയ്യാൻ ആവശ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഊർജത്തെ അതിന്റെ Ionization energy എന്ന് പറയാം. ഒരു ഇലക്ട്രോൺ അതിന്റെ ഷെല്ലിൽ നിന്ന് പൂർണമായി പുറന്തള്ളപ്പെടുന്ന പ്രക്രിയക്ക് ionization എന്ന് പറയുന്നു.

Line of stability:
It is an imaginary line along which the stable nuclei are clustered. For light elements, the line corresponds to N = Z, that is, approximately equal numbers of protons and neutrons. For heavy elements, it corresponds to N = 1.5Z. (ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിൽ ഉള്ള പ്രോട്ടോണിന്റെ എണ്ണവും ന്യൂട്രോണിന്റെ എണ്ണവും ഏകദേശം തുല്യമാണ് എങ്കിൽ ആ ന്യൂക്ലിയസ് സ്‌ഥിരത ഉള്ളതായിരിക്കും.)

Nuclear stability:
We have seen that protons have positive charge. Also we know ‘like’ charges repel. Then how does the nucleus overcome the electrostatic force of repulsion? The answer is when protons are very close together an attractive force, ie’ the strong nuclear force ‘ comes in action. It is 100 times greater than the electrostatic force of repulsion and also ranges only inside the radius of nucleus. Unstable nuclei, which are having large number of protons and neutrons tend to be radioactive. ∙The energy equivalent of 1 amu is 931 MeV.( the unit used is Electron Volt. One electron volt is defined as the amount of energy gained by an electron as it falls through a potential difference of one volt.)