परमाणु "पदार्थ के निर्माण खंड" हैं। कोई भी चीज जिसमें द्रव्यमान होता है और स्थान घेरता है (आयतन करके) इन नन्ही नन्ही नन्ही इकाइयों से बनता है। जो हवा आप सांस लेते हैं, वह पानी जिसे आप पीते हैं और आपका शरीर खुद जाता है।
परमाणुओं के अध्ययन में आइसोटोप एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। रसायनज्ञ, भौतिक विज्ञानी और भूवैज्ञानिक इनका उपयोग हमारी दुनिया की समझ बनाने के लिए करते हैं। लेकिन इससे पहले कि हम समझा सकें कि आइसोटोप क्या हैं - या वे इतने महत्वपूर्ण क्यों हैं - हमें एक कदम पीछे लेने और एक पूरे के रूप में परमाणुओं को देखने की आवश्यकता होगी।
हमारी परमाणु दुनिया
जैसा कि आप शायद जानते हैं, परमाणुओं में तीन मुख्य घटक होते हैं - जिनमें से दो नाभिक में रहते हैं। परमाणु के केंद्र में स्थित, नाभिक कणों का एक कसकर भरा हुआ क्लस्टर है। उन कणों में से कुछ प्रोटॉन हैं, जिन पर सकारात्मक विद्युत आवेश होते हैं।
यह अच्छी तरह से प्रलेखित है कि विपरीत शुल्क आकर्षित करते हैं। इस बीच, समान रूप से चार्ज किए गए निकाय एक दूसरे को पीछे हटाना चाहते हैं। तो यहाँ एक सवाल है: दो या अधिक प्रोटॉन कैसे हो सकते हैं - उनके सकारात्मक आरोपों के साथ - एक ही नाभिक में सह-अस्तित्व? क्या उन्हें एक-दूसरे से दूर नहीं होना चाहिए?
यही वह जगह है जहाँ न्यूट्रॉन अंदर आते हैं। न्यूट्रॉन उप-परमाणु कण होते हैं जो प्रोटॉन के साथ नाभिक साझा करते हैं। लेकिन न्यूट्रॉन में विद्युत आवेश नहीं होता है। उनके नाम के लिए सच है, न्यूट्रॉन तटस्थ हैं, न तो सकारात्मक और न ही नकारात्मक रूप से चार्ज किए जाते हैं। यह एक महत्वपूर्ण विशेषता है। अपनी तटस्थता के आधार पर, न्यूट्रॉन नाभिक के बाहर एक दूसरे को साफ करने से प्रोटॉन को रोक सकते हैं।
"प्राथमिक मेरी प्रिय वाटसन"
नाभिक की परिक्रमा इलेक्ट्रॉन, अल्ट्रा-लाइट कण होते हैं जिनमें नकारात्मक चार्ज होते हैं। इलेक्ट्रॉनों को रासायनिक संबंध की सुविधा मिलती है - और उनके आंदोलनों से बिजली नामक एक छोटी चीज का उत्पादन हो सकता है । प्रोटॉन कोई कम महत्वपूर्ण नहीं हैं। एक बात के लिए, वे वैज्ञानिकों को तत्वों को अलग बताने में मदद करते हैं।
आपने देखा होगा कि आवर्त सारणी के अधिकांश संस्करणों में , प्रत्येक वर्ग के ऊपरी दाहिने कोने में मुद्रित संख्या थोड़ी होती है। उस आकृति को परमाणु संख्या के रूप में जाना जाता है। यह पाठक को बताता है कि किसी दिए गए तत्व के परमाणु नाभिक में कितने प्रोटॉन हैं। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन की परमाणु संख्या आठ है। ब्रह्मांड के प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु में एक नाभिक होता है जिसमें ठीक आठ प्रोटॉन होते हैं; ना ज्य़ादा ना कम।
कणों की इस बहुत विशिष्ट व्यवस्था के बिना, ऑक्सीजन ऑक्सीजन नहीं होगा। प्रत्येक तत्व की परमाणु संख्या - ऑक्सीजन सहित - पूरी तरह से अद्वितीय है। और यह एक परिभाषित विशेषता है। किसी अन्य तत्व में प्रति नाभिक आठ प्रोटॉन नहीं होते हैं। प्रोटॉन की गिनती करके, आप एक परमाणु की पहचान कर सकते हैं। जिस तरह ऑक्सीजन परमाणुओं में हमेशा आठ प्रोटॉन होते हैं, वैसे ही नाइट्रोजन परमाणु हमेशा सात होते हैं। यह इतना आसान है।
न्यूट्रॉन सूट का पालन नहीं करते हैं। एक ऑक्सीजन परमाणु में नाभिक को आठ प्रोटॉन (जैसा हमने स्थापित किया है) को परेशान करने की गारंटी है। हालाँकि, इसमें चार से 20 न्यूट्रॉन भी हो सकते हैं । आइसोटोप एक ही रासायनिक तत्व के वेरिएंट हैं जिनमें न्यूट्रॉन की अलग-अलग संख्या होती है।
अब, प्रत्येक आइसोटोप का नाम उसके द्रव्यमान संख्या के आधार पर रखा गया है, जो एक परमाणु में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की कुल संयुक्त संख्या है। उदाहरण के लिए, बेहतर ज्ञात ऑक्सीजन समस्थानिकों में से एक को ऑक्सीजन -18 (O-18) कहा जाता है। यह मानक आठ प्रोटॉन और 10 न्यूट्रॉन है।
एर्गो, O-18 की द्रव्यमान संख्या है - आपने अनुमान लगाया - 18. संबंधित आइसोटोप, ऑक्सीजन -17 (O-17), नाभिक में एक कम न्यूट्रॉन है।
अस्थिर महसूस करना
कुछ संयोजन दूसरों की तुलना में अधिक मजबूत हैं। वैज्ञानिक O-17 और O-18 को स्थिर आइसोटोप के रूप में वर्गीकृत करते हैं। एक स्थिर आइसोटोप में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्वारा उत्सर्जित बल एक -दूसरे को एक साथ पकड़ते हैं , स्थायी रूप से न्यूक्लियर को बरकरार रखते हैं।
दूसरी तरफ, रेडियोधर्मी समस्थानिकों में नाभिक, जिसे " रेडियोइसोटोप्स " भी कहा जाता है , अस्थिर हैं और समय के साथ क्षय हो जाएंगे। इन चीजों में एक प्रोटॉन-टू-न्यूट्रॉन अनुपात है जो लंबे समय में मौलिक रूप से अस्थिर है। कोई भी उस विधेय में नहीं रहना चाहता। इसलिए, जब तक वे खुद को अच्छे, स्थिर समस्थानिक में परिवर्तित नहीं कर लेते, तब तक रेडियोएक्टिव समस्थानिक कुछ उपपरमाण्विक कणों (और ऊर्जा को छोड़ेंगे) को बहा देंगे ।
O-18 स्थिर है, लेकिन ऑक्सीजन -19 (O-19) नहीं है। उत्तरार्द्ध अनिवार्य रूप से टूट जाएगा - तेज! इसके निर्माण के 26.88 सेकंड के भीतर , ओ -19 का एक नमूना अपने परमाणुओं के आधे क्षय को नष्ट करने की गारंटी है।
इसका मतलब है कि O-19 में 26.88 सेकंड का आधा जीवन है। एक आधा जीवन समय की राशि है जो क्षय करने के लिए एक आइसोटोप नमूने का 50 प्रतिशत लेता है। इस अवधारणा को याद रखें; हम इसे अगले खंड में जीवाश्म विज्ञान से जोड़ने जा रहे हैं।
लेकिन इससे पहले कि हम जीवाश्म विज्ञान पर बात करें, एक महत्वपूर्ण बिंदु है जिसे बनाने की आवश्यकता है। ऑक्सीजन के विपरीत, कुछ तत्वों में कोई स्थिर समस्थानिक नहीं होता है। यूरेनियम पर विचार करें। प्राकृतिक दुनिया में इस भारी धातु के तीन समस्थानिक हैं, और वे सभी रेडियोधर्मी हैं , जो परमाणु नाभिक के साथ क्षय की स्थिति में हैं। आखिरकार, यूरेनियम का एक हिस्सा पूरी तरह से अलग तत्व में बदल जाएगा।
वास्तविक समय में संक्रमण देखने की कोशिश कर परेशान मत करो। प्रक्रिया बहुत धीरे-धीरे सामने आती है ।
तिथियाँ प्राप्त करना (और स्वस्थ रहना)
यूरेनियम -238 (U-238), तत्व का सबसे आम आइसोटोप, लगभग 4.5 अरब वर्षों का आधा जीवन है ! धीरे-धीरे, यह लीड-206 (Pb-206) बन जाएगा, जो स्थिर है। इसी तरह, यूरेनियम -235 (U-235) - इसके 704 मिलियन वर्ष के आधे जीवन के साथ - लीड-207 (Pb-207) में संक्रमण, एक और स्थिर आइसोटोप।
भूवैज्ञानिकों के लिए, यह वास्तव में उपयोगी जानकारी है। मान लीजिए कि किसी को चट्टान का एक स्लैब मिलता है, जिसके जिक्रोन क्रिस्टल में U-235 और Pb-207 का मिश्रण होता है। इन दोनों परमाणुओं का अनुपात वैज्ञानिकों को चट्टान की आयु निर्धारित करने में मदद कर सकता है।
यहां बताया गया है: मान लीजिए कि मुख्य परमाणु अपने यूरेनियम समकक्षों को बहुत अधिक मात्रा में पचा लेते हैं। उस स्थिति में, आप जानते हैं कि आप एक बहुत पुरानी चट्टान को देख रहे हैं। आखिरकार, यूरेनियम के पास खुद को नेतृत्व में बदलने के लिए बहुत समय था। दूसरी तरफ, यदि विपरीत सच है - और यूरेनियम परमाणु अधिक सामान्य हैं - तो चट्टान को छोटी तरफ होना चाहिए।
हमारे द्वारा अभी बताई गई तकनीक को रेडियोमेट्रिक डेटिंग कहा जाता है । यह रॉक नमूनों और भूगर्भिक संरचनाओं की उम्र का अनुमान लगाने के लिए अस्थिर आइसोटोप की अच्छी तरह से प्रलेखित क्षय दर का उपयोग करने का कार्य है । जीवाश्म विज्ञानी इस रणनीति का निर्धारण करते हैं कि किसी विशेष जीवाश्म को जमा करने के बाद कितना समय बीत चुका है। (हालांकि यह सीधे नमूने की तारीख करने के लिए हमेशा संभव नहीं है ।)
आपको आइसोटोप की सराहना करने के लिए प्रागितिहास शौकीन होने की आवश्यकता नहीं है। चिकित्सा व्यवसायी रक्त प्रवाह की निगरानी, हड्डी के विकास का अध्ययन करने और यहां तक कि कैंसर से लड़ने के लिए कुछ रेडियोधर्मी किस्मों का उपयोग करते हैं। किसानों को मिट्टी की गुणवत्ता में जानकारी देने के लिए रेडियोआइसोटोप का भी उपयोग किया गया है ।
इसलिए यह अब आपके पास है। न्यूट्रॉन की परिवर्तनशीलता के रूप में कुछ प्रतीत होता है सार के रूप में कुछ गहरे समय के रहस्यों को कैंसर के उपचार से सब कुछ प्रभावित करता है। विज्ञान कमाल का है।
अब यह मज़ा है
खेल और विज्ञान आप जितना सोचते हैं उससे अधिक बार पार करते हैं। न्यू मैक्सिको का सबसे बड़ा शहर 2003 में एक नई मामूली-लीग बेसबॉल टीम उतरा। इसका नाम? अल्बुकर्क आइसोटोप्स। "द सिम्पसंस" के सीज़न 12 एपिसोड का एक संदर्भ, टीम के असामान्य नाम का सुखद पक्ष प्रभाव पड़ा है: आवश्यकता के अनुसार, बॉलपार्क के कर्मचारी नियमित रूप से जिज्ञासु प्रशंसकों को रसायन विज्ञान का पाठ पढ़ाते हैं ।
