What Is an Atom: పరమాణువు అంటే ఏంటి? అది ఎలా పని చేస్తుంది? పిల్లలకి కూడా అర్థమయ్యేలా సింపుల్ గా

What is an atom అని ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? మన చుట్టూ ఉన్న ప్రతిదీ — గాలి, నీళ్ళు, మట్టి, మన శరీరం, మీరు ఇప్పుడు చదువుతున్న ఫోన్ కూడా — చాలా చాలా చిన్న చిన్న పరమాణువులతో తయారయ్యాయి. అవి ఎంత చిన్నవంటే, ఒక వెంట్రుక మందంలో కొన్ని లక్షల పరమాణువులను వరుసగా పేర్చవచ్చు.

ఒక చిన్న ప్రయోగం ఊహించుకోండి. మీ దగ్గర ఒక యాపిల్ ఉంది. దాన్ని సగం చేశారు. ఆ సగాన్ని మళ్ళీ సగం చేశారు. ఇలా ముక్కలు చేస్తూనే పోతే ఎక్కడో ఒక చోట కంటికి కనపడనంత చిన్నదవుతుంది కదా. మరి ఇంకా ముక్కలు చేస్తూ పోతే? ఎక్కడైనా ఆగిపోతుందా? ఈ ప్రశ్నకి సమాధానం వెతుకుతూనే మనుషులు పరమాణువును కనుక్కున్నారు.

What is an atom: పరమాణువు అంటే ఏంటి?

పరమాణువు (atom) అంటే ఏ పదార్థాన్నైనా ముక్కలు చేస్తూ పోయినప్పుడు, ఆ పదార్థం యొక్క స్వభావం ఉన్న అతి చిన్న ప్రాథమిక భాగం. ఒక్క మాటలో, ఇది పదార్థం యొక్క “ఇటుక”. ఇల్లు ఇటుకలతో కట్టినట్టే, ప్రపంచంలోని ప్రతి వస్తువూ పరమాణువులతో కట్టబడింది.

ఇక్కడ ఒక చిన్న గందరగోళం గురించి చెప్పుకోవాలి. మనం తెలుగులో మాట్లాడేటప్పుడు “అణువు”, “పరమాణువు” రెండూ ఒకటే అనుకుంటాం. కానీ సైన్స్ లో ఇవి వేరు. పరమాణువు అంటే atom. అణువు అంటే molecule, అంటే రెండు మూడు పరమాణువులు కలిసి అతుక్కుని ఏర్పడినది. ఉదాహరణకి, నీటి అణువులో రెండు హైడ్రోజన్ పరమాణువులు, ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువు ఉంటాయి. ఈ ఆర్టికల్ లో మనం పరమాణువు గురించే మాట్లాడుకుందాం.

పరమాణువు లోపల ఏముంది?

పరమాణువుని కూడా ఇంకా చిన్న ముక్కలుగా విడగొట్టొచ్చు. దాని లోపల మూడు రకాల కణాలు ఉంటాయి:

• ప్రోటాన్ — దీనికి పాజిటివ్ (+) ఛార్జ్ ఉంటుంది.
• న్యూట్రాన్ — దీనికి ఏ ఛార్జ్ ఉండదు, అంటే న్యూట్రల్.
• ఎలక్ట్రాన్ — దీనికి నెగెటివ్ (−) ఛార్జ్ ఉంటుంది. ఇది ప్రోటాన్ కంటే దాదాపు 1800 రెట్లు తేలిక.

ఇందులో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు పరమాణువు మధ్యలో ఒక చిన్న గుత్తిలా ఉంటాయి. ఆ గుత్తిని కేంద్రకం (నూక్లియస్) అంటారు. ఎలక్ట్రాన్లు ఆ కేంద్రకం చుట్టూ వేగంగా తిరుగుతూ ఉంటాయి. ఈ ఎలక్ట్రాన్ల గురించి మనం ఇంతకు ముందే బ్యాటరీ ఎలా పని చేస్తుంది అనే ఆర్టికల్ లో చెప్పుకున్నాం. వైర్ గుండా పరిగెత్తే కరెంట్ అంటే నిజానికి ఈ ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహమే.

ఒక విషయం గుర్తుపెట్టుకోండి. బొమ్మల్లో ఎలక్ట్రాన్లు గ్రహాల్లా ఒక గీత మీద తిరుగుతున్నట్టు చూపిస్తాం. అది అర్థం కావడానికి వేసిన సింపుల్ బొమ్మ మాత్రమే. నిజానికి ఎలక్ట్రాన్లు ఒక నిర్దిష్ట గీతలో కాకుండా, కేంద్రకం చుట్టూ ఒక “మేఘం” లాంటి ప్రదేశంలో ఎక్కడో ఒకచోట ఉంటాయి. అందుకే సైంటిస్టులు దాన్ని ఎలక్ట్రాన్ క్లౌడ్ అంటారు.

మరి సాధారణంగా పరమాణువులో ఎన్ని ప్రోటాన్లు ఉంటే అన్నే ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. ప్రోటాన్ల + ఛార్జ్, ఎలక్ట్రాన్ల − ఛార్జ్ ఒకదాన్నొకటి సరిగ్గా సరిపెట్టుకుంటాయి. అందుకే సాధారణ స్థితిలో పరమాణువు మొత్తంగా న్యూట్రల్ గా ఉంటుంది.

పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీ!

ఇప్పుడు ఒక ఆశ్చర్యకరమైన విషయం. పరమాణువులో కేంద్రకం చాలా చాలా చిన్నది. పరమాణువును ఒక పెద్ద స్టేడియంలా ఊహించుకుంటే, కేంద్రకం ఆ స్టేడియం మధ్యలో ఉన్న ఒక బఠానీ గింజంత ఉంటుంది (ఇది సుమారు అంచనా). ఎలక్ట్రాన్లు స్టేడియం గోడల దగ్గర ఎక్కడో తిరుగుతుంటాయి. మధ్యలో మిగిలిన చోటంతా ఖాళీనే.

అయితే ఇక్కడ మనకు ఒక ప్రశ్న వస్తుంది. పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీ అయితే, గోడ ఎందుకు గట్టిగా అనిపిస్తుంది? మనం గోడలోంచి ఎందుకు దూరిపోలేం? ఎందుకంటే గోడలోని పరమాణువుల ఎలక్ట్రాన్లకి నెగెటివ్ ఛార్జ్, మన చేతిలోని పరమాణువుల ఎలక్ట్రాన్లకీ నెగెటివ్ ఛార్జ్. ఒకే రకం ఛార్జ్ ఉన్నవి ఒకదాన్నొకటి తోసుకుంటాయి కదా. అందుకే రెండు ఎలక్ట్రాన్ మేఘాలు దగ్గరకి వచ్చినప్పుడు, మధ్యలో ఖాళీ ఉన్నా, అవి ఒకదాన్నొకటి లోపలికి రానివ్వవు. మనకి “గట్టిగా” అనిపించేది ఆ తోపుడే.

ఈ ఖాళీ గురించి మనం ఎలా తెలుసుకున్నాం? 1900ల ప్రారంభంలో రూథర్‌ఫర్డ్ అనే సైంటిస్ట్ ఒక సన్నని బంగారు రేకు మీదకి చిన్న చిన్న కణాలను వేగంగా పంపాడు. చాలా కణాలు ఏ అడ్డూ లేకుండా నేరుగా అవతలికి వెళ్ళిపోయాయి. కొన్ని మాత్రమే వెనక్కి తిరిగి వచ్చాయి. అంటే రేకు లోపల చాలా ఖాళీ ఉంది, కానీ అక్కడక్కడా ఏదో చాలా చిన్నదైన గట్టి భాగం ఉంది. ఆ గట్టి భాగమే కేంద్రకం.

ప్రోటాన్ల సంఖ్యే మూలకాన్ని నిర్ణయిస్తుంది

బంగారం, ఇనుము, ఆక్సిజన్ — ఇవన్నీ వేరు వేరుగా ఎందుకు ఉంటాయి? ఎందుకంటే ప్రతి పరమాణువులో ఉన్న ప్రోటాన్ల సంఖ్య వేరు. హైడ్రోజన్ లో ఒక్క ప్రోటాన్ ఉంటుంది. కార్బన్ లో 6, ఆక్సిజన్ లో 8, బంగారంలో 79. ప్రోటాన్ల సంఖ్య మారితే మూలకమే (element) మారిపోతుంది. ఇప్పటి వరకు తెలిసిన మూలకాలు మొత్తం 118. మనం చూసే ప్రతి వస్తువూ ఈ 118 లో కొన్నింటి కలయికే.

ఇంతకీ పరమాణువు ఎలా “పని” చేస్తుంది?

పరమాణువు యంత్రం కాదు, దానిలో బటన్లు ఉండవు. కానీ లోపల రెండు ముఖ్యమైన శక్తులు నిరంతరం పని చేస్తూ దాన్ని కలిపి ఉంచుతాయి. వాటిని ఒక్కొక్కటిగా చూద్దాం.

మొదటిది ఎలక్ట్రిక్ ఫోర్స్. + ఛార్జ్ ఉన్నది − ఛార్జ్ ఉన్నదాన్ని తన వైపు లాగుతుంది. కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు + కాబట్టి, అవి ఎలక్ట్రాన్లను తమ దగ్గరే ఉంచుకుంటాయి. అందుకే ఎలక్ట్రాన్లు ఎక్కడికో పారిపోకుండా కేంద్రకం చుట్టూనే ఉంటాయి.

కానీ ఇక్కడ ఇంకో సమస్య ఉంది. కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు అన్నీ + ఛార్జ్ ఉన్నవే కదా. ఒకే రకం ఛార్జ్ ఉన్నవి ఒకదాన్నొకటి తోసుకుంటాయి కదా. మరి అవి ఒకే చోట ఇంత దగ్గరగా ఎలా ఉంటున్నాయి? అవి ఎగిరిపోవాలి కదా? ఇక్కడే రెండో శక్తి వస్తుంది. దాని పేరు స్ట్రాంగ్ ఫోర్స్. ఇది చాలా చాలా దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే పని చేసే అత్యంత బలమైన “జిగురు” లాంటిది. ఈ జిగురు, ప్రోటాన్ల తోపుడు కంటే బలంగా ఉండటం వల్ల కేంద్రకం చెదిరిపోకుండా ఉంటుంది.

ఈ రెండు శక్తులూ కలిసి పరమాణువును స్థిరంగా ఉంచుతాయి. అందుకే ఒక ఇనుప ముక్క వేల సంవత్సరాలైనా అలాగే ఉంటుంది.

పరమాణువులు కలిస్తే ఏమవుతుంది?

ఒంటరిగా ఉన్న పరమాణువులు ప్రకృతిలో చాలా తక్కువ. ఎక్కువ పరమాణువులు ఇతర పరమాణువులతో కలిసి అతుక్కుంటాయి. అలా అతుక్కోవడానికి అవి చేసేది — తమ బయటి ఎలక్ట్రాన్లను పంచుకోవడం. ఇలా ఎలక్ట్రాన్లను పంచుకుని ఏర్పడే పట్టుని “బాండ్” అంటారు. ఉదాహరణకి, ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువు రెండు హైడ్రోజన్ పరమాణువులతో ఎలక్ట్రాన్లను పంచుకుంటే, మనకి ఒక నీటి అణువు తయారవుతుంది.

ఇదే విధంగా కోట్ల కొద్దీ పరమాణువులు వేరు వేరు రకాలుగా కలిసి మనం చూసే అన్ని వస్తువులూ తయారవుతాయి. చెట్టు, మట్టి, ప్లాస్టిక్, బంగారం — అన్నీ అంతే.

పరమాణువును మనం ఎలా చూశాం?

ఇంత చిన్న వస్తువును మనం చూడగలమా అనే ప్రశ్న వస్తుంది. మామూలు మైక్రోస్కోప్ లో కనపడదు. ఎందుకంటే మనం చూసే కాంతి తరంగం పరమాణువు కంటే చాలా పెద్దది. పెద్ద చేతితో చిన్న ఇసుక రేణువు ఆకారాన్ని తెలుసుకోవడం కష్టం కదా. అలాంటిదే.

అందుకే సైంటిస్టులు ఒక వేరే పద్ధతి వాడతారు. చాలా చాలా సన్నని ఒక సూదిలాంటి ప్రోబ్ ని ఒక ఉపరితలం మీద మెల్లగా తడుముతూ జరుపుతారు. కళ్ళు మూసుకుని చేత్తో తడిమి చూసినట్టే, ప్రోబ్ ఎక్కడ ఎత్తుగా, ఎక్కడ పల్లంగా ఉందో కొలుస్తుంది. ఆ కొలతలన్నిటినీ కలిపితే పరమాణువుల బొమ్మ వస్తుంది. ఇక్కడ ఒక విషయం గమనించాలి. ఇలా వచ్చే బొమ్మలో కనపడేది ఎలక్ట్రాన్ మేఘం యొక్క అంచు మాత్రమే. లోపల కేంద్రకం కనపడదు.

ఈ ఆర్టికల్ లో మనం నేర్చుకున్న చిన్న ఆసక్తికర విషయం

మన శరీరంలోని హైడ్రోజన్ పరమాణువులు విశ్వం పుట్టిన కొద్ది సమయానికే ఏర్పడ్డాయని సైంటిస్టులు చెబుతారు. మన శరీరంలో ఉన్న కార్బన్, ఆక్సిజన్ లాంటి చాలా మూలకాలు మాత్రం నక్షత్రాల లోపల తయారయ్యాయి. అంటే మన శరీరంలోని పరమాణువులు చాలా వరకు కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం నక్షత్రాల్లో పుట్టినవే. ఆ నక్షత్రాలు అంతం అయ్యాక, ఆ పదార్థం అంతటా చెదిరి, ఇప్పుడు మన శరీరంలో భాగమైంది.

ఒక్క లైన్ లో చెప్పాలంటే

పరమాణువు అంటే — మధ్యలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్ల చిన్న కేంద్రకం, దాని చుట్టూ మేఘంలా తిరిగే ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్న, చాలా భాగం ఖాళీగా ఉండే అతి సూక్ష్మమైన కణం. రెండు శక్తులు దాన్ని కలిపి ఉంచుతాయి, పరమాణువుల కలయికతో ప్రపంచంలోని ప్రతి వస్తువూ తయారవుతుంది. ఈ సారి పిల్లలు “ఇది దేనితో తయారైంది నాన్నా?” అని అడిగితే, ఈ బొమ్మలు చూపించి కథ చెప్పేయండి!