အက္တမ္ (Atom) အေၾကာင္း တစ္ေစ့တစ္ေစာင္း

အက္တမ္ဟူေသာ ေ၀ါဟာရသည္ ဘီစီ ၅ ရာစုကတည္းက ဂရိေတြးေခၚပညာရွင္ ဒီမိုကရစ္ (Democritus) မွစတင္ခဲ႕သည္။ ဒီမိုကရစ္၏ ဆရာျဖစ္သူ ဂရိေတြးေခၚပညာရွင္ လ်ဴစီပက္ (Leucippus) က အရာ၀တၱဳတစ္ခုကို အထပ္ထပ္ ခြဲျခမ္းလိုက္ေသာအခါ ေသးငယ္ေသာ အစိတ္အပိုင္းတစ္ခုကို ရရွိမည္ ၊ ၎ေသးငယ္ေသာ အစိတ္အပိုင္းေလးကို ထပ္မံ၍ ခြဲစိတ္မည္ဆိုပါက ေနာက္ဆံုးတြင္ ထပ္မံခြဲစိပ္၍ မရႏိုင္ေသာ အေသးငယ္ဆံုးေသာ အစိပ္အပိုင္းေလးတစ္ခုကို ရရွိႏိုင္မည္ဟု ေတြးေခၚယူဆခဲ႕သည္။ ေနာက္ပိုင္း တြင္ ဒီမိုကရစ္က ၎ထပ္မံခြဲစိပ္၍မရေသာ အလြန္ေသးငယ္ေသာ အစိပ္အပိုင္းေလးကို အက္တမ္ ဟုအမည္ေပးခဲ႕သည္။ ဂရိဘာသာစကား အက္တမ္ေမာ႕စ္ (atomos) ထပ္မံခြဲစိပ္၍ မရဟု အဓိပၸါယ္ ရသည္။ ထိုအခ်ိန္အခါက လက္ေတြ႕စမ္းသပ္မူ႕မ်ား (experiments) မရွိခဲ႕ေသာေၾကာင္႕ အက္တမ္ ဟူေသာ ေ၀ါဟာရသာ ေပၚေပါက္ ခဲ႕ျပီး အက္တမ္တစ္လံုး၏ တည္ေဆာက္ပံုကို ပံုေဖာ္ႏိုင္ခဲ႕ျခင္းမရွိခဲ႕ပါ။
အက္တမ္မ်ား၏ သမိုင္းေႀကာင္း

Democritus (BC 460- BC 370)

Leucippus (early 5th century of BC)

အက္တမ္ဟူေသာေ၀ါဟာရေပၚေပါက္ျပီး ႏွစ္ ၂၀၀၀ ေက်ာ္အၾကာတြင္ အဂၤလိပ္ ဓါတုေဗဒ ပညာရွင္ Jhon Dalton  က အက္တမ္ဆိုင္ရာ သီအိုရီ (Atomic Theory )တစ္ခုကို ထုတ္ေ၀ခဲ႕သည္။ Dalton ၏ atomic theory အရ

Jhon Dalton (1766-1844)

၁) အရာ၀တၱဳတိုင္းကို အက္တမ္မ်ားျဖင္႕ ဖြဲ႕စည္းထားသည္။          အက္တမ္မ်ားကို ထပ္မံခြဲစိပ္၍မရ။
၂) ျဒပ္စင္တစ္ခုတြင္ ဖြဲ႕စည္းထားေသာ အက္တမ္အခ်င္းခ်င္း ဂုဏ္သတိၱမ်ား  ထပ္တူက်သည္။ ျဒပ္စင္မတူလ်ွင္ ဖြဲ႕စည္းထား ေသာအက္တမ္မ်ား၏ ဂုဏ္သတိၱမ်ားလည္း မတူညီပါ။
၃) မတူညီေသာ အက္တမ္မ်ားေပါင္းစပ္ျခင္းအားျဖင္႕ ျဒပ္ေပါင္း    မ်ားျဖစ္ေပၚႏိုင္သည္။
၄) ဓါတုဓါတ္ျပဳျခင္း( chemical reaction) ဆိုသည္မွာ အက္တမ္မ်ား၏ အစီအစဥ္ ေျပာင္းလဲ သြားျခင္း(rearrangement) သာျဖစ္သည္။
~ ဆိုလိုသည္မွာ ဓါတုဓါတ္ျပဳျခင္းမ်ားတြင္ မည္႕သည္႕ အက္တမ္မွ ေပ်ာက္ဆံုးသြားျခင္းမရွိပါ။ Dalton ၏ atomic theory သည္ ယခုအခ်ိန္အထိ သိပၸံပညာရွင္မ်ား လက္ခံၾကေသာ သီအိုရီ တစ္ခုျဖစ္သည္။ Dalton သည္ အက္တမ္မ်ား၏ သေဘာသဘာ၀ကို ရွင္းလင္းစြာ ေဖာ္ျပ ႏိုင္ခဲ႕ေသာ္လည္း အမ္တမ္မ်ား၏ တည္ေဆာက္ပံုကို ပံုေဖာ္ႏိုင္ျခင္းမရွိခဲ႕ပါ။ အဘယ္႕ေၾကာင္႕ ဆိုေသာ္ ထိုအခ်ိန္အထိ အက္တမ္မ်ားကိုဖြဲ႕ စည္းထားေသာ အီလက္ထရြန္၊ ပရိုတြန္၊ ႏဴထရြန္ စေသာ အေျခခံအမႈန္မ်ားကို စူးစမ္းရွာေဖြ  ႏိုင္ျခင္းမရွိေသး ေသာေၾကာင္႕ျဖစ္သည္။

J.J Thomson (1856-1940

J.J Thomson ၏အက္တမ္ပံုစံ

၁၈၉၇ ခုႏွစ္တြင္ ျဗိတိသ်ွရူပေဗဒပညာရွင္ ေဂ်ေဂ်ေသာ္မဆင္ (Joseph John “J.J Thomson) က အီလက္ထရြန္ကို စမ္းသပ္ရွာေဖြႏိုင္ခဲ႕သည္။ ၎ရွာေဖြေတြ႕ရွိမႈ႕ေၾကာင္႕ ေသာ္မဆင္သည္ ၁၉၀၆ တြင္ ရူပေဗဒဆိုင္ရာ ႏိုဘယ္လ္ဆုကို ရရွိခဲ႕သည္။ အီလက္ထရြန္သည္ ဓါတ္မသတၱိ (negative charge) ေဆာင္သည္။ ထို႕ေၾကာင္႕ အက္တမ္ထဲတြင္ ဓါတ္မသတိၱေဆာင္ေသာ အီလက္ထရြန္မ်ားကို အျပန္ အလွန္ ဆြဲအား သက္ေရာက္ျခင္း အားျဖင္႕ ထိန္းသိမ္းထားရန္အတြက္ ဓါတ္ဖိုသတိၱ (positive charge) ေဆာင္သာ အမႈန္မ်ားလည္းရွိရမည္ဟု ေသာ္မဆင္ကယူဆသည္။ ေနာက္ပိုင္းတြင္ ၎အဖိုဓါတ္ေဆာင္ေသာ အမႈန္မ်ားကို ပ၇ိုတြန္ (protons) ဟုအမည္ေပးခဲ႕ၾကသည္။အက္တမ္ထဲတြင္ အဖိုဓါတ္ေဆာင္ေသာ ပရိုတြန္ႏွင္႕ အမဓါတ္ ေဆာင္ေသာ အီလက္ထရြန္တို႕သည္ အေရအတြက္တူညီစြာ ပါ၀င္ဖြဲ႕စည္း ေနၾကသည္။ အဖိုဓါတ္ ႏွင္႕အမဓါတ္ ညီမ်ွေနေသာေၾကာင္႕ အက္တမ္တစ္ခုလံုးသည္ (neutral) ဓါတ္ျပယ္ေနသည္။ ေသာ္မဆင္သည္ အက္တမ္ တစ္လံုး၏ပံုသဏၭာန္ကို စပ်စ္သီးေျခာက္မ်ား ျမဳတ္ထားေသာ ကိတ္မုန္႕တစ္လံုးႏွုင္႕ ဥပမာေပး ခိုင္းႏူိင္း ထားသည္။ ကိတ္မုန္႕သည္ အက္တမ္ စပ်စ္သီးေျခာက္မ်ားကို အီလက္ထရြန္မ်ားဟု ယူဆပါ။အက္တမ္၏ ဓါတ္ဖိုသတိၱ ေဆာင္ေသာ ေနရာမ်ားတြင္ ဓါတ္မသတိၱေဆာင္ေသာ အီလက္ထရြန္မ်ား ကပ္ၿငိေနျခင္းျဖစ္ ေၾကာင္း ေသာ္မဆင္က ဆိုလိုျခင္းျဖစ္သည္။ ေသာ္မဆင္သည္ အက္တမ္အတြင္းတြင္ အီလက္ထရြန္ ႏွုင္႕ ပရိုတြန္မ်ား တည္ရွိေနမူ႕ကို အဆိုျပဳႏိုင္ခဲ႕သည္။

Ernest Rutherford (1871-1937)

Rutherford ၏ အက္တမ္ပံုစံ

ယခုလက္ရွိအခ်ိန္တြင္ သိပၸံပညာရွင္မ်ား လက္ခံထားေသာ အက္တမ္၏တည္ေဆာက္ပံုကို ၁၉၁၁ တြင္ ျဗိတိသ်ွ ရူပေဗဒပညာရွင္ ရူသာဖို႕ဒ္ (Ernest Rutherford) က အစပ်ိဳးခဲ႕သည္။ရူသာဖို႕ဒ္ ၏ အဆိုအရ အက္တမ္တစ္လံုး၏ အလယ္တြင္ အလြန္ေသးငယ္ျပီး သည္းသည္းဆရွိေသာ (အေလးခ်ိန္ရွိေသာ) အဖိုဓါတ္ေဆာင္ ႏဴကလိယ (nucleus ) ရွိသည္။ ႏဴကလိယ၏ အဖိုဓါတ္သည္ ၎အတြင္းတြင္ ပါ၀င္ဖြဲ႕စည္းထားေသာ ပရိုတြန္၏ အဖိုဓါတ္ပင္ျဖစ္သည္။ ႏဴကလိယ၏ပတ္လည္တြင္ အမဓါတ္ ေဆာင္ေသာ အီလက္ထရြန္မ်ားက အကြာအေ၀းတစ္ခုမွ ႏဴကလိယကိုဗဟိုထား၍ လွည္႕ပတ္ ေနၾကသည္။ ႏဴကလိယကို အီလက္ထရြန္မ်ားလွည္႕ပတ္ေနပံုကို စၾကာ၀ဠာ ေနအဖြဲ႕အစည္းတြင္ ေနကို အျခားျဂိဳလ္မ်ား လွည္႔ပတ္ပံုႏွင္႕ ဥပမာေပး ခိုင္းႏိူင္းထားသည္။ေနအဖြဲ႕အစည္းတြင္ gravity ဟုေခၚေသာ ဆြဲအားျဖင္႕ ျဂိဳလ္မ်ားက ေနကိုလွည္႔ပတ္ေနသကဲ႕သို႕ Coulomb force ျဖင္႕ ႏဴကလိယကို အီလက္ထရြန္မ်ား လွည္႕ပတ္ေနသည္။ gravity ႏွင္႕ coulomb force ကြာျခားသည္႕အခ်က္မွာ gravity သည္ဆြဲအား တစ္မ်ိဳးသာရွိျပီး coulomb force မွာ ဓါတ္ရွိေသာ အမူန္မ်ား(positive or negative charges particles) ၾကားတြင္ျဖစ္ပြားျပီး အမႈန္သဘာ၀ ေပၚမူတည္၍ တြန္းအား၊ဆြဲအား ႏွစ္မ်ိဳးလံုးျဖစ္ပြားႏိုင္သည္။ ႏဴကလိယ ႏွင္႕ အီလက္ထရြန္ၾကားတြင္ မ်ိဳးမတူေသာေၾကာင္႕ (positive & negative charges) ဆြဲအားသက္ေရာက္သည္။ အီလက္ထရြန္ အခ်င္းခ်င္းဆိုလ်ွင္ မ်ိဳးတူေသာေၾကာင္႕ (negative & negative charges) တြန္းအားသက္ေရာက္မည္ျဖစ္ သည္။ ရူသာဖို႕ဒ္၏ အက္တမ္တည္ေဆာက္ပံုႏွင္႕ ပတ္သက္၍ သိပၸံပညာရွင္မ်ား လက္မခံႏိုင္ေသာ အခ်က္တစ္ခ်က္ရွိသည္။ ၎အခ်က္မွာ အကယ္၍ အရာ၀တၱဳတစ္ခု ေရြ႕လ်ားေနမည္ဆိုလ်ွင္ ထိုအရာ၀တၱဳမွ စြမ္းအင္မ်ားဆံုးရံူးမည္။ ဥပမာ ရပ္ေနေသာ လူတစ္ေယာက္နဲ႕ ေျပးေနေသာ လူတစ္ေယာက္ ႏူိင္းယွဥ္ ၾကည္႕လ်ွင္ ေျပးေနေသာလူက စြမ္းအင္မ်ား ဆံုးရံူးေနမည္။ ရူသာဖို႕ဒ္၏ အဆိုအရ အီလက္ထရြန္ သည္ ႏဴကလိယကို အဆက္မျပက္ လွည္႕ပတ္ေနေသာေၾကာင္႕ စြမ္းအင္မ်ား  အဆက္မျပက္ဆံုးရံူးေနျပီး ႏဴကလိယ ရွိရာသို႕ တျဖည္းျဖည္းက် လာမည္။ ေနာက္ဆံုးတြင္ အီလက္ထရြန္မ်ား ႏဴကလိယထဲသို႕ က်သြားျပီး အမ္တမ္ လည္း ယို႕ယြင္းပ်က္စီး သြားမည္ျဖစ္သည္။ အက္တမ္မရွိလ်ွင္ အရာ၀တၱဳပစၥည္းမ်ားလည္း ရွိမည္မဟုတ္။ ဤသို႕ဆိုလ်ွင္ အီလက္ထရြန္မ်ား စြမ္းအင္ဆံုးရံူးျပီး ႏဴကလိယထဲက်မသြားေအာင္ (တနည္းအားျဖင္႕) အက္တမ္မ်ား ယို႕ယြင္းပ်က္စီး မသြားေအာင္ ဘယ္အရာက တားဆီးထားသနည္း ?
ဤေမးခြန္းကို ဒိန္းမက္ႏိုင္ငံသား Niles Bohr က ေျဖဆိုခဲ႕သည္။Bohr ၏ အေျဖမွာ
၁) အီလက္ထရြန္ေတြဟာ သက္မွတ္ထားေသာ လမ္းေၾကာင္းမ်ားျဖင္႕သာ ႏဴကလိယကို လွည္႔ပတ္ႏိုင္သည္။ အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္း တစ္ခုခ်င္းစီတြင္ တိက်ေသာစြမ္းအင္ပမာဏရွိသည္။ ဆိုလိုသည္မွာ ပတ္လမ္းတစ္ခု စီမွာရွိေသာ စြမ္းအင္သည္ တိုးသြားျခင္း ၊ ေလ်ာ႕သြားျခင္းမရွိ ကိန္းေသသာျဖစ္သည္။
၂) အီလက္ထရြန္သည္ စြမ္းအင္မ်ားကို အဆက္မပ်က္ထုတ္လႊတ္ေနျခင္းမဟုတ္။ စြမ္းအင္ျမင္႕ေသာ အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္းတစ္ခုမွ ၎ထက္စြမ္းအင္နိမ္႕ေသာ ပတ္လမ္းသို႕ အီလက္ထရြန္ကူးေျပာင္းသည္႕ အခါတြင္သာ စြမ္းအင္ကို အလင္းအျဖစ္ထုတ္လႊတ္ျခင္းျဖစ္သည္။
ထိုအလင္းအျဖစ္ထုတ္လႊတ္ေသာ စြမ္းအင္ကို ဘယ္ကရသလဲဟု ေမးစရာရွိသည္။ အီလက္ထရြန္သည္ စြမ္းအင္အတိအက်ရွိေသာ ပတ္လမ္းမ်ားျဖင္႕ ႏဴကလိယကို လွည္႕ပတ္ေနျခင္းျဖစ္ေၾကာင္း Bohr က ေျပာခဲ႕ ျပီးျဖစ္သည္။ ႏဴကလိယ ႏွင္႕အနီးဆံုးမွာရွိေသာ အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္းသည္ စြမ္းအင္ပမာဏ အနညး္ဆံုး ျဖစ္သည္။ ႏဴကလိယႏွင္႕ေ၀းလာသည္ႏွင္႕အမ်ွ အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္းမွာရွိေသာ စြမ္းအင္ပမာဏလည္း တျဖည္းျဖည္း ျမင္႕မားလာသည္။ ႏဴကလိယနဲ႕အေ၀းဆံုးမွာရွိေသာ တနည္းအားျဖင္႕ အျပင္ဘက္ဆံုးမွာရွိေသာ အီလက္ထ ရြန္ ပတ္လမ္းသည္ စြမ္းအင္ပမာန အမ်ားဆံုးျဖစ္သည္။ ဥပမာ ႏဴကလိယႏွင္႕ အနီးဆံုးပတ္လမ္း မွာရွိေသာ စြမ္းအင္သည္ 3ev (ev = electron volt) ရွိသည္ထားပါစို႕။ ၎ ပတ္လမ္းႏွင္႕ကပ္လ်က္ စြမ္းအင္ျမင္႕ေသာ ပတ္လမ္းတြင္ 5 ev ရွိသည္ဟု ယူဆၾကည္႕မည္။ (ဥပမာေပးျခင္းသာျဖစ္သည္) ၎ပတ္လမ္းႏွစ္ခု၏ စြမ္းအင္ျခားနားျခင္းသည္ 2 ev ျဖစ္သည္။ ထိုစြမ္းအင္ျခားနားခ်က္ 2ev သည္ ၎ပတ္လမ္းႏွစ္ခုအတြင္း အီလက္ထရြန္ အေျပာင္းအေရြ႕ လုပ္ ေသာအခါ အလင္းအျဖစ္ထုတ္လႊတ္ေသာ စြမ္းအင္ပမာဏပင္ျဖစ္သည္။အက္တမ္ဆိုင္ရာယူဆခ်က္မ်ားတြင္ Bhor ၏ ယူဆခ်က္မ်ားမွာ အေျခခံအက်ဆံုးျဖစ္သည္။

Niles Bhor (1885-1962)

Bohr ၏အက္တမ္ပံုစံ

Bohr ၏အက္တမ္ပံုစံ

ရူသာဖို႕ဒ္လက္ထက္အထိ အမ္တမ္မ်ားကို အေျခခံအမူန္ႏွစ္မ်ိဳး (ပရိုတြန္ ႏွင္႕ အီလက္ထရြန္) ျဖင္႕ဖြဲ႕စည္းထားသည္ဟု ယူဆခဲ႕ၾကသည္။ ပရိုတြန္ သည္ ႏဴကလိယထဲတြင္ တည္ရွိျပီး အီလက္ထရြန္က ႏဴကလိယျပင္ပမွ လွည္႕ပတ္ေနသည္။ သို႕ေသာ္ ပရိုတြန္သည္ အဖိုဓါတ္ေဆာင္ေသာ ေၾကာင္႕ ႏဴကလိယ ထဲတြင္ ပရိုတြန္တစ္လံုးထဲဆိုလွ်င္ ကိစၥမရွိ။ အကယ္၍ ပရိုတြန္တစ္လံုးထက္ပိုလာလ်ွင္ အဖိုဓါတ္ေဆာင္ေသာ ပရိုတြန္အခ်င္းခ်င္း တြန္းကန္ၾကမည္။ ပရိုတြန္အေရအတြက္ မ်ားလာသည္ႏွင္႕အမ်ွအခ်ငး္ခ်င္း တြန္းကန္ အားလည္းမ်ားလာမည္။ တြန္းကန္အား မ်ားလာလ်ွင္ အက္တမ္ သည္လည္း တည္ျမဲမည္ မဟုတ္။ ၎ျပသနာကို အေျဖရွာခဲ႕သူမွာ အဂၤလိပ္ရူပေဗဒပညာရွင္ James Chadwick ျဖစ္သည္။ဂ်ိမ္းစ္က ႏဴကလိယ ထဲတြင္ ပရိုတြန္အခ်င္းခ်င္းတြန္းကန္ေနမူ႕ကို ေလ်ာ႕ခ်ဖို႕အတြက္ ေနာက္ထပ္ ဓါတ္မဲ႕ (no charge) အမူန္တစ္မ်ိဳးပါ၀င္ဖြဲ႕စည္းေနသည္ဟု ၁၉၃၂ ခုႏွစ္တြင္ အဆိုျပဳခဲ႕သည္။ ၎ဓါတ္မဲ႕အမူန္ကို ႏဴထရြန္ (neutron) ဟုအမည္ေပးခဲ႕သည္။ ႏဴထရြန္သည္ ပရိုတြန္ထက္ အေလးခ်ိန္ အနညး္ငယ္ပိုသည္။ အေျခခံအမူန္သံုးမ်ိဳး (အီလက္ထရြန္၊ပရိုတြန္၊ႏဴထရြန္) တြင္ အီလက္ထရြန္သည္ အေပါ႕ဆံုးျဖစ္သည္။ ႏဴထရြန္၊ပရြန္တြန္တို႕ႏွင္႕ႏိူင္းယွဥ္လွ်င္ အီလက္ထရြန္သည္ အဆ၂၀၀၀နီးပါး ပို၍ ေပါ႕သည္။ ႏဴကလိယ ထဲ တြင္ အေလးခ်ိန္ရွိေသာ အမူန္မ်ား (ပရိုတြန္ႏွင္႕ႏဴထရြန္) ပါ၀င္ဖြဲ႕စည္း ေနေသာေၾကာင္႕ အက္တမ္တစ္ခုလံုး၏ အေလးခ်ိန္စုေ၀းရာေနရာသည္ ႏဴကလိယပင္ ျဖစ္သည္။ တနည္းအားျဖင္႕ ႏဴကလိယ ၏ အေလးခ်ိန္သည္ အက္တမ္တစ္ခုလံုး၏ အေလးခ်ိန္ပင္ျဖစ္သည္။ ဥပမာ ဟီလီယံအက္တမ္ ₂He⁴ တြင္ “2” သည္ အက္တမ္အမွတ္စဥ္(atomic number) ၊ “4” သည္ ဟီလီယံအက္တမ္၏ အေလးခ်ိန္ (atomic mass) ျဖစ္သည္။ အက္တမ္အမွတ္စဥ္သည္ ပရိုတြန္ႏွင္႕ အီလက္ထရြန္အေရအတြက္ကို ကိုယ္စားျပဳ၍ အက္တမ္ အေလးခ်ိန္သည္ ပရိုတြန္ႏွင္႕ႏဴထရြန္ အတူတကြပါ၀င္ဖြဲ႕စည္းထားေသာ ႏဴကလိယ၏ အေလးခ်ိန္ ပင္ျဖစ္သည္။

Notes: Mass of proton=1.6726 x 10^-27 kg  or 1 amu (atomic mass unit)

Mass of neutron=1.6749 x 10^-27kg or 1 amu

Mass of electron=9.11 x 10^-31kg or 1/1840 amu           1amu=1.6 x10^-7 kg  or 931 MeV

အီလက္ထရြန္ ရွာေဖြေတြ႕ရွိသူ – J.J. Thomson   (ေတြ႕ရွိသည္႕ခုႏွစ္=၁၈၉၇)           ႏဴကလိယ ရွာေဖြေတြ႕ရွိသူ – Ernest Rutherford  (ေတြ႕ရွိသည္႕ခုႏွစ္=၁၉၁၁)           ႏဴထရြန္ ရွာေဖြေတြ႕ရွိသူ – James Chadwick       (ေတြ႕ရွိသည္႕ခုႏွစ္=၁၉၃၂)ပရိုတြန္ကို အဖိုဓါတ္ေဆာင္ေသာအမွုန္အျဖစ္ Thomson ကစတင္အဆိုျပဳခဲ႕ျပီး Rutherford       လက္ထက္တြင္ ပရိုတြန္ဟု အမည္ေပးခဲ႕သည္။