கலைக்களஞ்சியம்/அணு வடிவங்கள்

அணு வடிவங்கள் : சென்ற ஐம்பதாண்டுகளாகப் பௌதிகம் அடைந்துள்ள பெரு முன்னேற்றத்திற்கு அணுக்கொள்கையின் வளர்ச்சியே முக்கிய காரணமாகும். அணு என்பது பொருளின் மிகச் சிறிய வடிவம் என்றும், அது பிரிக்க முடியாதது என்றும் 19 ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதிவரை நம்பப்பட்டு வந்தது. ஹைடிரஜன் என்ற மிக இலேசான தனிமத்திலிருந்து. தொடங்கி, யுரேனியம் என்ற மிகக் கனமான தனிமம்வரை தொண்ணூற்றிரண்டு தனிமங்கள் இயற்கையில் உள்ளன என்பது அப்போது அறியப்பட்டிருந்தது.

ஆனால் 19ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதியில் கண்டறியப்பட்ட உண்மைகள் சிலவற்றால், அணுவானது இன்னும் சிறிய வேறு துகள்களால் ஆனது என்ற கருத்து வெளியாகியது. அழுத்தம் குறைவான வாயுக்களின் வழியே மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சினால், எதிர் முனையிலிருந்து மின்னேற்றமுள்ள மிக இலேசான துகள்கள் தோன்றுவதைத் தாம்சனும் மற்ற விஞ்ஞானிகளும் காட்டினர். எலெக்ட்ரான்கள் என அழைக்கப்பட்ட இத்துகள்கள் எல்லாப் பொருள்களிலும் உள்ளன என்பது தெளிவாகியது. இத்துகள்களின் சுமையும், நிறையும் அளவிடப்பட்டன. இத்துகளின் நிறை ஹைடிரஜன் அணுவின் நிறையில் 1840-ல் ஒரு பங்கு என்பது தெரிந்தது. சில பொருள்களின்மேல் ஒளியானது விழும்போதும், உலோகங்களைச் சூடேற்றும் போதும், வேறு பல விளைவுகள் நிகழும்போதும் இத்துகள் வெளிவரலாம் எனத் தெளிவாகியது. ஆகையால் எலெக்ட்ரான் என்பது எல்லாப் பொருள்களிலும் உறுப்பாக அமைந்துள்ள ஒரு துகள் என அறிந்தனர். எலெக்ட்ரான்கள் எதிர் மின்னேற்றம் கொண்ட துகள்கள். ஆனால் அணுக்களிலோ மின்னேற்றம் இல்லை. ஆகையால் அணுவிலுள்ள எலெக்ட்ரான்களின் எதிர்மின்னேற்றத்தை ஈடுசெய்ய, அதில் நேர்மின்னேற்றம் கொண்ட பகுதியொன்றும் இருக்கவேண்டும். ஹைடிரஜன் அணுவில் ஓர் எலெக்ட்ரானும் ஏறக்குறைய அணுவின் எடை முழுவதையும் கொண்ட நேர்மின்னேற்றமுள்ள பகுதி யொன்றும் இருக்கின்றன. இப்பகுதி புரோட்டான் எனப்படுகிறது. பார்க்க : எலெக்ட்ரான்.

19 ஆம் நூற்றாண்டின் துவக்கத்தில், டால்ட்டனின் அணுக்கொள்கை வெளியானபின், பிரவுட் (Prout) என்பார் ஒரு புதுக் கருத்தை வெளியிட்டார். எல்லா அணுக்களும் ஹைடிரஜன் அணுக்களால் ஆனவை என்றும், அதனால் தனிமங்களின் அணுநிறைகள் முழு எண்களாக உள்ளன என்றும் அவர் கூறினார். ஆனால் அணுநிறை அளவுகளின் திருத்தம் அதிகமானபின் பல தனிமங்களின் அணுநிறைகள் முழு எண்கள் அல்ல எனத் தெளிவாகியது. ஆகையால் பிரவுட்டின் கருத்துக் கைவிடப்பட்டது. ஆனால் இந்நூற்றாண்டின் துவக்கத்தில் ஐசோடோப்புகளைப் பற்றிய கருத்துக்கள் தோன்றியபின், பின்ன அணுநிறைகளையுடைய பல தனிமங்களின் அணுக்கள் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட ஐசோடோப்புகளின் கலவைகள் எனத் தெளிந்தனர். ஆக்சிஜனின் அணுநிறை 16 எனக் கொண்டு மற்றத் தனிமங்களின் அணுநிறைகளைக் கணக்கிட்டால் அவை பெரும்பாலும் முழு எண்களாக இருக்கக் காணலாம். ஆகையால் பிரவுட்டின் கருத்து மீண்டும் விஞ்ஞானிகளின் கவனத்திற்கு வந்து, வேறொரு வகையில் பௌதிகத்தில் தற்போது வழங்குகின்றது.

அணு வடிவம் பற்றிய கொள்கைகளைப் பெரிதும் பாதித்துள்ள வேறொரு விளைவு, 1896 ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. யுரேனிய உப்புக்கள் - தாமாகவே சில கதிர்ப்புக்களை இடைவிடாது வெளிவிடுகின்றன எனப் பெக்ரல் (Becquerel) கண்டுபிடித்தார். இவ்விளைவு கதிரியக்கம் (த.க.) எனப்படும். இது பற்றிய 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.

அணுவடிவங்கள்
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 அணுவெண்ணைவிட அதிகமாக இருப்பதை ரூதர்போர்டு கண்டார். உதாரணமாக, லிதியத்தின் அணுவெண் 3. அதன் அணுநிறையோ 7. ஆகையால் உட்கருவிலும் சில எலெக்டரான்கள் உள்ளன என்று ரூதர்போர்டு கருதினார். ஒரு தனிமத்தின் அணுநிறை A என்றும், அணுவெண் Z என்றும் கொண்டால், அதன் உட்கருவில் A புரோட்டான்களும், (A-Z) எலெக்ட்ரான்களும் இருக்கும். ஆகையால் அதன் நிகர நேர்மின்னேற்றம் Z. ஆனால் இவ்வாறு கொள்வதில் சில தொல்லைகள் உள்ளன. 1932-ல் சாட்விக் என்ற ஆங்கில அறிஞர் வேறொரு வகைத்துகளைக் கண்டுபிடித்தார். அது நியூட்ரான் எனப்படும். இது ஏறக்குறைய புரோட்டானின் நிறையைக் கொண்டது; மின்னேற்றமற்றது. இத்துகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டபின், உட்கருவில் நியூட்ரான்களும் புரோட்டன்களும் உள்ளன எனக் கருதுகின்றனர். இக்கருத்தின்படி அணுநிறை Aயும், அணு எண் Zம் உள்ள ஒரு தனிமத்தில் Z புரோட்டான்களும், A—Z நியூட்ரான்களும் இருக்கும். ஹைடிரஜன் கருவில் ஒரே புரோட்டான் உள்ளது. அடுத்தபடியாக உள்ள ஹீலியம் கருவில் இரு புரோட்டான்களும், இரு நியூட்ரான்களும் உள்ளன. எல்லாத் தனிமங்களிலும் கனமான அணுவையுடைய யுரேனியத்தின் அணுநிறை 238; அணுவெண் 92. ஆகையால் அதன் உட்கருவில் 92 புரோட்டான்களும், 146 நியூட்ரான்களும் உள்ளன.

உட்கருவில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் உள்ளன எனக் கொள்வதால் பல விளைவுகளை விளக்க முடிகிறது. ஒரே அணுவெண்ணும், வெவ்வேறான அணு நிறைகளும் உள்ள தனிமங்கள் ஐசோடோப்புகள் எனப்படும். குளோரின் என்ற தனிமம் 35ம், 37ம் அணுநிறைகள் கொண்ட ஐசோடோப்புகளின் கலவை. இவற்றின் அணுவெண் 17. ஆகையால் மேற்கூறிய இரண்டு ஐசோடோப்புகளில் முதலாவதில் 18 நியூட்ரான்களும், இரண்டாவதில் 20 நியூட்ரான்களும் இருக்கும். ஆனால் இவ்விரண்டின் உட்கருக்களிலும் 17 புரோட்டான்கள் இருக்கும். ஒரே அணு நிறையும், வெவ்வேறான அணுவெண்களுமுள்ள தனிமங்களும் உண்டு. அவை ஐசோபார்கள் எனப்படும். அவற்றில் புரோட்டான்-நியூட்ரான் தொகை மாறாத வண்ணம் அவ்விருவகைத் துகள்களின் எண்ணிக்கைகள் மட்டும் மாறலாம்.

நிலையற்ற கனமான உட்கரு சிதைவதால் அது கதிரியக்கக் கதிர்களை வெளிவிட்டு, வேறு தனிமத்தின் உட்கருவாக மாறுகிறது. ஓர் ஆல்பாத் துகளின் வெளியேற்றத்தால் உட்கருவின் ஏற்றம் இரண்டும், நிறை நான்கும் குறைகின்றன. உட்கருவில் உள்ள நியூட்ரான் ஒன்று புரோட்டானாகவும், எலெக்ட்ரானாகவும் மாறி, அதிகமான ஆற்றலுடன் எலெக்ட்ரான் வெளியேறுவது பீட்டாத்துகள் வெளியேற்றமாகும். கருவிலுள்ள புரோட்டான் ஒன்று ஒரு நியூட்ரானாகவும் ஒரு பாசிட்ரானாகவும் (த. க.) மாறி, பாசிட்ரானை வெளிவிடும் மாற்றமும் உண்டு. ஆகையால் கருவிற்குள் நிகழும் வினைகளில் புரோட்டானும், நியூட்ரானும் பரஸ்பர மாற்றங்கள் அடையக் காண்கிறோம்.

போரின் உட்கருக்கொள்கை : 1935ஆம் ஆண்டில் உட்கருவின் அமைப்புப் பற்றி நைல்ஸ் போர் ஒரு கொள்கையை வெளியிட்டார். இதன்படி உட்கருவானது ஒரு திரவத் துளியைப்போன்றது. அதிலுள்ள நியூட்ரான்களும்; புரோட்டான்களும் திரவத்திலுள்ள மூலக்கூறுகளைப்போல் இயங்கித் தம்மிடையே தொழிற்படும் விலக்க விசையினால் விலகி நிற்கின்றன. உட்கருவின் சக்தியானது திரவ மூலக்கூறுகளினிடையே பரவி இருப்பது போல் பரவி நிற்கும். துகள்களின் இடையே தொழிற்படும் விசைகளால் ஒரு நியூட்ரானோ, ஒரு புரோட்டானோ, ஆல்பாத் துகளையொத்த நியூட்ரான்—புரோட்டான் தொகுதியோ மிகையான ஆற்றலைப் பெற்று, உட்கருவின் பிணைப்பிலிருந்து நீங்கி வெளியேறலாம். கதிரியக்கம் என்னும் இவ்விளைவு ஒரு திரவம் ஆவியாவதை ஒத்தது. இதற்கு எதிராக ஆவி மூலக்கூறுகள் குளிர்ந்து திரவமாவது போலவே சில துகள்கள் கருவை அடைந்து கவரப்படலாம். ஆனால் திரவத் துளிக்கும் அணு உட்கருவிற்கும் முக்கியமானதொரு வேற்றுமை உண்டு. திரவ மூலக்கூறுகள் மின்னேற்றமற்றவை. ஆனால் உட்கருவிலுள்ள துகள்களோ அதிலுள்ள புரோட்டான்களால் தோன்றும் மின்மண்டலத்தில் இயங்குகின்றன. இந்த மின்மண்டலம் ஓர் அரணைப்போல் அணு உட்கருவைச் சூழ்ந்திருக்கும். இந்த அரணின் உயரம் உட்கருவின் அணுவெண்ணையும் (அதன் நேர்மின்னேற்றத்தின் எண்ணிக்கையையும்),

அணுவடிவங்கள்
அணுக் கருவில் விசைகள்

தாக்கும் துகளின் ஏற்றத்தையும் பொறுத்திருக்கும். இது சுமார் 8-10 மிலியன் வோல்ட் இருக்கும். அதாவது ஒரு புரோட்டானோ, டியுட்ரானோ இந்த அளவு மட்ட வேற்றுமை உள்ள இடங்களினிடையே செலுத்தப்பட்டு, ஆற்றலளிக்கப்பட்டால் தான் அவை உட்கருவின் விலக்க விசையை மீறி உள்ளே செல்லலாம். இது போலவே ஓர் உட்கருவிலிருந்து ஒரு துகள் வெளியேற வேண்டுமாயின், அது இந்த விசை மண்டலத்தை மீறி வெளியேறுமளவு ஆற்றல் உள்ளதாக இருக்கவேண்டும். பெரும்பான்மையான தனிமங்கள் நிலையாக இருக்கக் காரணம் அவற்றின் உட்கருக்களிலுள்ள துகள்கள் இந்த அளவு ஆற்றலைப் பெற்றிராமையேயாம்.

ஆனால் ஒரு மிலியன் வோல்ட்டைவிடக் குறைவான் சக்தியுள்ள துகள்களும் கருமாற்றம், விளைவிப்பதைச் சோதனைகளிலிருந்து அறிகிறோம். பொருளலைக் கொள்கையைக் கொண்டுதான் இந்த விளைவை விளக்க முடியும். அரணை வந்து தாக்கும் துகள் அலைவடிவுள்ளது. அந்த அலையில் ஒரு பகுதி அரணின் வழியே உட்புகுந்தோ, அதன் மீதேறி அதைக் கடந்தோ உட்கருவை அடைந்து தாக்குகிறது. ஒரு பொருளின் மேல் ஆயிரக்கணக்கான துகள்களை வீசி எறிகையில், சில துகள்களேனும் உட்கருவை அடையக்கூடும். தாக்கும் துகள்களின் சக்தி குறிப்பிட்ட எல்லைகளுக்குள் இருந்தால் உட்கருவை அடைந்து, கவரப்பட்டு, மாற்றங்களை விளைவிக்கும் துகள்களின் எண்ணிக்கையும் அதிகரிக்கிறது. இச் சக்தியின் அளவு அனுநாத சக்தி (Resonance energy) எனப்படும். உட்கருவில் பலவேறு அளவுகள் கொண்ட சக்தி மட்டங்கள் உள்ளது போல அது இயங்குகிறது. தாக்கும் துகள்களின் சக்தி இந்த அளவுகளில் ஒன்றாக இருந்தால், ஒலியியல் அனு நாதத்தை ஒத்த விளைவு நிகழ்ந்து தாக்கும் துகள் கவரப்படுகிறது.

நியூட்ரான்கள் மின்னேற்றமற்றவை. ஆகையால் மேற்கூறிய அரண் அவற்றைப் பாதிப்பதில்லை. இதனால் ஆற்றல் குறைவான நியூட்ரான்களும்கூட உட்கருவை அடைந்து மாற்றங்கள் நிகழ்த்தலாம்.

உட்கருவில் தொழிற்படும் விசைகள் : அணு உட்கருவிலுள்ள துகள்கள் எவ்வாறு வலிவுடன் இணைந்துள்ளன என்பது இன்னும் சரிவர விளங்கவில்லை. அதிலுள்ள புரோட்டான்கள் அனைத்தும் ஒரேவகையான ஏற்றங்களை உடையவை. ஆகையால் அவை ஒன்றையொன்று விலக்கி, அணுக்கருவையே நிலையற்றதாகச் செய்துவிடும். ஆகையால் உட்கருவை நிலைப்படுத்த வேறு விசைகள் தொழிற்பட வேண்டும். யுக்காவா (Yukawa) என்ற ஜப்பானியப் பௌதிக அறிஞர், உட்கருவில் தொழிற்படும் விசைகளை விளக்க ஒரு கொள்கையை வெளியிட்டார். அதன்படி, ஆக்சிஜன், கார்பன்டையாக்சைடு முதலிய பொருள்களின் மூலக்கூறுகளில் உள்ள அணுக்களின் இடையே பரிவர்த்தனை விசைகள் தொழிற்படுவதைப்போலவே அணுக்கருக்களிலும் விசைகள் உள்ளன. மூலக்கூறுகளில் உள்ள அணுக்கள் தமது எலெக்ட்ரான்களைப் பரிவர்த்தனை செய்துகொள்வதால் அவற்றினிடையே அணு வலு விசைகள் தொழிற்பட்டு அவற்றைப் பிணைத்து வைக்கின்றன. அதைப்போலவே உட்கருவிலும் ஒரு விசை மண்டலம் உள்ளது. இது மெசான்கள் என்ற துகள்களால் ஆனது. இத்துகள்கள் மிகக் குறைவான ஆயுளை உடையவை. இவற்றின் நிறை எலெக்ட்ரானைப் போல் சுமார் 200 மடங்கு இருக்கும். யுகாவா முன்னறிந்து கூறிய இத்துகள்களை, ஆண்டர்சன், நெடர் மெயர் (Neddermeyer) என்ற விஞ்ஞானிகள் விசும்புக்கதிர் ஆராய்ச்சியில் கண்டறிந்தார்கள். மெசான் விசை மண்டலம் எவ்வாறு இயங்குகிறது என்பதும், இது பற்றிய வேறு விவரங்களும் இன்னும் அறியப்படவில்லை.

போரின் கொள்கையின் திருத்தங்கள் : உட்கருவைச் சுற்றிவரும் எலெக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அத்தனிமத்தின் அணுவெண்ணுக்குச் சமம் எனக் கூறப்பட்டது. எலெக்ட்ரான்களின் பாதைகளின் ஆரங்கள் இயற்கை எண்களின் வருக்கத்திற்கு நேர் பொருத்தமாக இருக்கும். ஓர் எலெக்ட்ரான் இயங்கும் பாதையின் எண், அதன் குவான்டம் எண் எனப்படும். இது n என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படும். ஒவ்வொரு பாதைக்கும் உரிய சக்தியானது அப்பாதையின் சக்திமட்டம் எனப்படும். 1913-ல் சாமர்பெல்டு (Sommerfeld) என்ற அறிஞர், போரின் கொள்கையைத் திருத்தியமைத்தார். எலெக்ட்ரான்களின் நிலைப்பாதைகள் வட்டங்களாக இருப்பதோடு, நீள்வட்டங்களாகவும் இருக்கலாம் என அவர் கருதினார். இத்திருத்தத்தைச் செய்வதால் மேற்கூறிய ஒவ்வொரு சக்தி மட்டமும் பல துணைமட்டங்களாகப் பிரிகிறது.

அணு வடிவங்கள்

இதனால் நிறமாலையில் தோன்றும் வரைகளின் எண்ணிக்கையும் அதிகமாகிறது. கார உலோகங்களின் நிறமாலைவரைகள் இரட்டைகளாக இருப்பது போரின் கொள்கையில் வேறொரு திருத்தத்தையும் தோற்றுவித்தது. எலெக்ட்ரான்கள் உட்கருவைச் சுற்றி வருவதோடு தம்மைத் தாமேயும் சுற்றுகின்றன என்பதும், இச்சுழற்சி இடம்புரியாகவோ, வலம்புரியாகவோ இருக்கலாம் என்பதும், ஆகையால் ஒவ்வொரு வகைச் சுழற்சிக்கும் ஏற்றவாறு அதன் நிறமாலையில் ஒரு வரை தோன்றும் என்பதும், இதனாலேயே அதன் நிறமாலை வரைகள் இரட்டிக்கின்றன என்பதும் விளக்கப்பட்டன.

சமதளமான பாதையில் இயங்கும் எலெக்ட்ரான் ஒரு மின்னோட்டத்தை யொத்தது. ஆகையால் இத்தளத்திற்கு நேர் குத்தாக ஒரு காந்த மண்டலம் தொழிற்படும். அணுவானது ஒரு காந்த மண்டலத்தில் இருத்தப்பட்டால், எலெக்ட்ரான்களின் காந்த மண்டலம் இதனால் பாதிக்கப்படுகிறது. குவான்டம் கொள்கைப்படி இந் நிலையில் அதன் எலெக்ட்ரான்களின் பாதை குறிப்பிட்ட சில நிலைகளில் தான் இருக்க முடியும். இந்நிலையில் ஒவ்வொன்றிற்கும் ஏற்ப ஒரு நிறமாலை வரை தோன்றும்.

அணுக்களின் எலெக்ட்ரான் அமைப்பு: போரின் கொள்கையையும், அதில் செய்யப்பட்ட திருத்தங்களையும் கொண்டு நாம் அணுக்களின் எலெக்ட்ரான் அமைப்பை அறிய முடிகிறது. அணுக்களின் எலெக்ட்ரான் அமைப்புக்களை ஆராய்ந்தால் அவை பல தொகுதிகளாகச் சேர்ந்திருக்கின்றன என்ற முடிவிற்கு வருகிறோம். இத்தொகுதிகள் ஒவ்வொன்றும் ஒரு கூடு (Shell) எனப்படும்.

ஹைடிரஜனில் ஒரேயொரு எலெக்ட்ரான் உள்ளது. அது முதற்கூட்டில் உள்ளது. இதற்கடுத்தபடியாக உள்ள ஹீலியத்தில் இரு எலெக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இவ்விரு எலெக்ட்ரான்களும் முதற்கூட்டை அடைந்த பின் அதில் வேறு எலெக்ட்ரான்களுக்கு இடமில்லை. இவ்விரு எலெக்ட்ரான்களும் ஒன்றன் விளைவை மற்றது எதிர்த்து அழித்து விடுவதால் இது மின் தன்மையற்றதாகிறது. ஆகையால் இது ரசாயன வினைகளில் ஈடுபடாத சடவாயுவாகும்.

இதற்கு அடுத்தபடியாக உள்ள லிதியத்தில் மூன்றாவது எலெக்ட்ரான் இரண்டாம் கூட்டை அடையும். இதிலிருந்து நியான்வரை உள்ள எட்டுத் தனிமங்களின் அணுக்களில் மூன்றாவது கூட்டில் எலெக்ட்ரான்கள் நிரம்புகின்றன. லிதியத்தின் ரசாயன இயல்பை முடிவு செய்வது இரண்டாம் கூட்டிலுள்ள தனி எலெக்ட்ரான். ஆகையால் இதன் வலுவெண் ஒன்று. இந்த எலெக்ட்ரானை எளிதில் விடுவிக்கலாம். ஆகையால் லிதியம் ரசாயன வினைகளில் எளிதில் ஈடுபடுகிறது (பார்க்க: அணு வலுவெண்). இரண்டாம் கூட்டில் எட்டு எலெக்ட்ரான்கள் நிரம்பியபின் அதில் வேறு எலெக்ட்ரான்களுக்கு இடமில்லை. ஆகையால் நியானும் ஹீலியத்தைப் போல் ரசாயன வினையற்ற சடவாயுவாக உள்ளது.

சோடியம் அடுத்த கூட்டைத் துவக்குகிறது. அதன் அணுவில் மூன்றாம் கூட்டிலுள்ள தனி எலெக்ட்ரான் அதை லிதியத்தையொத்த தனிமமாக்குகிறது. பொட்டாசியம், ருபீடியம், சீசியம் என்ற மற்ற கார உலோகங்களும் இதையொத்த அமைப்பையே கொண்டவை. இதைப்போலவே மற்றத் தனிமங்களிலும் வெளிக் கூட்டில் உள்ள எலெக்ட்ரான்கள் தனிமத்தின் ரசாயன இயல்புகளை நிருணயிக்கின்றன.

ஆவர்த்த விதியும் அணு அமைப்பும் : தனிமங்களின் அணுநிறைகளை ஒட்டி, அவற்றின் ரசாயன இயல்புகள் ஆவர்த்தமாக வேறுபடும் என்று கொண்டு, மெண்டலீபின் அட்டவணை அமைக்கப்பட்டது. ஆனால் அணு அமைப்புப் பற்றிய ஆராய்ச்சிகளின் விளைவாய் ஒரு தனிமத்தின் அணுநிறையைவிட அதன் அணுவெண்ணே முக்கியமான சிறப்பியல்பு எனத் தெளிவாகியது. அணுவெண் என்பது அணுவின் எலெக்ட்ரான் அமைப்பை யொட்டியது. ஒரு தனிமத்தின் ரசாயன இயல்புகள், அதன் அணுவின் வெளிக்கூட்டிலுள்ள எலெக்ட்ரான்களால் நிருணயிக்கப்படுகின்றன. ஒரே வகையான வெளிக்கூட்டையுடைய தனிமங்கள் அட்டவணையில் ஒரே தொகுதியில் இருக்கும். கார உலோகங்கள் தமது அணுக்களின் வெளிக்கூட்டில் ஒரே எலெக்ட்ரானை உடையவை என்பது முன்னரே விளக்கப்பட்டது. மற்றத் தொகுதிகளில் உள்ள தனிமங்களிலும் இதே தொடர்புகள் காணப்படும். ஆகையால் ஆவர்த்த அட்டவணையில் வெளியாகும் தொடர்புகள் அணுக்களின் எலெக்ட்ரான் அமைப்பிலும் புது விளக்கம் பெறுகின்றன. தனிமங்களின் அணு வலுவெண்களில் உள்ள வேறுபாடுகளையும் எலெக்ட்ரான் அமைப்பு விளக்குகிறது. பார்க்க: அணுவலுவெண். சி. எஸ். வெ.