खालीलपैकी कोणते वाक्य चुकीचे आहे ? (I) अणुकेंद्रक हे प्रोटॉन व न्युट्रॉनने बनलेले असते. (II) प्रोटॉनवर धनभार असतो. (III) इलेक्ट्रॉनवर ऋणभार असतो. (IV) न्युट्रॉनवर धनभार असतो. पर्यायी उत्तरे :
- (1)(III) व (II)
- (2)(II) व (I)
- (3)फक्त (I)
- (4)फक्त (IV)
बरोबर उत्तर पर्याय (4) — फक्त (IV). हा नकारार्थी प्रश्न आहे : प्रश्नपत्रिकेत 'चुकीचे' हा शब्द ठळक अक्षरांत छापलेला असून खरी विधाने नव्हे, तर खोटे ठरणारे विधान शोधायचे आहे. दुसरी नोंद लेबलांची : या प्रश्नात विधानांचे क्रमांक रोमन अंकांत — (I) ते (IV) — छापलेले आहेत, प्रश्नपत्रिकेतील बहुतेक प्रश्नांप्रमाणे (a)–(d) असे नाहीत, म्हणून पर्यायांतले क्रमांक याच रोमन अंकांकडे बोट दाखवतात. विधान (IV) म्हणते की न्युट्रॉनवर धनभार असतो — आणि तो नसतो : न्युट्रॉन विद्युतदृष्ट्या उदासीन आहे, आणि त्याच्या नावातच ती उदासीनता नोंदलेली आहे. याच निर्भारतेमुळे अणूच्या तीन मूलभूत कणांपैकी तो सर्वात शेवटी सापडला — भार नसलेला कण मेघकोठीत मागमूस सोडत नाही आणि विद्युत वा चुंबकीय क्षेत्रात वळतही नाही — आणि इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉन सापडल्यानंतर कित्येक दशकांनी, 1932 साली जेम्स चॅडविक यांनी त्याची ओळख पटवली. आणखी खोलात गेले तर न्युट्रॉन रचनाहीन नाही : तो तीन क्वार्कांनी बनलेला असून त्यांचे अपूर्णांकी भार — एक अधिक दोनतृतीयांश आणि दोन उणे एकतृतीयांश — बेरजेला नेमके शून्य होतात. उरलेली तिन्ही विधाने बरोबर आहेत. विधान (I) अणुकेंद्रक प्रोटॉन व न्युट्रॉनने बनलेले असते असे सांगते; रुदरफोर्ड यांच्या विकिरण प्रयोगाने अणूचे वस्तुमान व धनभार अगदी लहानशा मध्यवर्ती भागात एकवटलेले असल्याचे दाखवल्यानंतर उभे राहिलेले हेच केंद्रकीय प्रारूप आहे. या दोन कणांना मिळून न्यूक्लिऑन म्हणतात; प्रोटॉनांची संख्या अणुक्रमांक ठरवते आणि त्यातूनच मूलद्रव्याची ओळख ठरते, तर प्रोटॉन व न्युट्रॉन मिळून वस्तुमानांक होतो. विधान (II) प्रोटॉनला धनभार देते — इलेक्ट्रॉनच्या भाराएवढाच आकारमानाने आणि चिन्हाने उलटा — आणि विधान (III) इलेक्ट्रॉनला ऋणभार देते. म्हणजे नेमके एकच विधान खोटे ठरते, आणि ते विधान (IV) आहे; म्हणून त्यालाच एकटे नाव देणारा पर्याय उत्तर ठरतो.
- (1)(III) व (II) — हा पर्याय विधाने (III) व (II) चुकीची म्हणून दाखवतो, पण ती दोन्ही बरोबर आहेत : इलेक्ट्रॉनवर ऋणभार असतो आणि प्रोटॉनवर तेवढ्याच आकारमानाचा धनभार, म्हणजे प्रत्येकी सुमारे 1.6 गुणिले दहाचा उणे एकोणिसावा घात कुलोम. या दोन भारांचे आकारमान अगदी समान असल्यामुळेच प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन समान संख्येने असलेला अणू एकंदरीत विद्युतदृष्ट्या उदासीन राहतो, आणि त्यांच्या संख्येत असमतोल आला की तोच अणू आयन बनतो. ही जोडी निवडणारा उमेदवार अणुरचनेतील दोन सर्वात पक्क्या तथ्यांना चूक ठरवतो, आणि यादीतले खरोखर खोटे असलेले एकमेव विधान मात्र न निवडता सोडून देतो.
- (2)(II) व (I) — हा पर्याय विधाने (II) व (I) चुकीची म्हणतो. विधान (II) — प्रोटॉनवरील धनभार — बरोबर आहे, आणि विधान (I) हे अणुकेंद्रकाचे प्रमाणित वर्णन आहे : प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांनी बनलेला गाभा. रुदरफोर्ड यांनी केंद्रक शोधल्यानंतर उभे राहिलेले हे प्रारूप 1932 साली चॅडविक यांनी न्युट्रॉन ओळखल्यावर पूर्ण झाले. त्याआधी केंद्रकाची घडण खरोखरच अनिश्चित होती, कारण हायड्रोजनपुढील कोणत्याही मूलद्रव्याचे वस्तुमान केवळ प्रोटॉनांवरून लागतच नव्हते; पण छापलेले विधान आजची स्थिरावलेली मांडणी सांगते, आणि प्रश्न मागतो ती चूक ते नाही.
- (3)फक्त (I) — हा पर्याय एकट्या विधान (I) ला चुकीचे ठरवतो, म्हणजे अणुकेंद्रक प्रोटॉन व न्युट्रॉनने बनलेले असते हे वर्णनच नाकारतो. ते वर्णन बरोबर आहे आणि प्रश्नातल्या उरलेल्या सगळ्याचा पायाही तेच आहे : अणुक्रमांक म्हणजे केंद्रकातील प्रोटॉनांची संख्या, वस्तुमानांक म्हणजे प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांची एकत्रित संख्या, आणि एकाच मूलद्रव्याचे समस्थानिक फक्त न्युट्रॉनांच्या संख्येने वेगळे असतात. ते नाकारले तर अणूचे वस्तुमान नेमके कोठे आहे याचा हिशेबच उरत नाही; शिवाय यादीतले खरोखर खोटे असलेले एकमेव विधान (IV) तसेच बिनविरोध राहते.
अणूचे आजचे चित्र तीन कण आणि दोन प्रदेश यांवर उभे आहे. 1897 साली जे. जे. थॉमसन यांनी ओळखलेला इलेक्ट्रॉन ऋणभार वाहतो आणि केंद्रकाभोवतीची जागा व्यापतो; प्रोटॉन धनभारित असून इलेक्ट्रॉनहून सुमारे अठराशेपट जड आहे आणि केंद्रकात असतो; न्युट्रॉन प्रोटॉनइतक्याच जवळपास वस्तुमानाचा पण पूर्णपणे निर्भार असून त्याच्यासोबतच केंद्रकात असतो. रुदरफोर्ड यांच्या विकिरण प्रयोगाने दाखवले की अणूचा धनभार व जवळजवळ सगळे वस्तुमान अणूच्या तुलनेत अतिशय लहान अशा केंद्रकात एकवटलेले असते, आणि 1932 साली चॅडविक यांनी लावलेल्या न्युट्रॉनच्या शोधाने अणुवस्तुमान केवळ प्रोटॉनांवरून का लागत नाही याचे उत्तर दिले. प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांना मिळून न्यूक्लिऑन म्हणतात : प्रोटॉनांची संख्या हा अणुक्रमांक, जो मूलद्रव्य ठरवतो आणि उदासीन अणूत इलेक्ट्रॉनांची संख्याही ठरवतो; एकूण न्यूक्लिऑनांची संख्या हा वस्तुमानांक; आणि एकाच मूलद्रव्याचे केवळ न्युट्रॉनसंख्येने वेगळे असणारे अणू म्हणजे समस्थानिक. न्युट्रॉनच्या विद्युत उदासीनतेचे परिणाम नुसत्या हिशेबापुरते मर्यादित नाहीत : भार नसल्याने तो केंद्रकाजवळ प्रतिकर्षणाशिवाय जाऊ शकतो, म्हणूनच अणुविखंडन सुरू करण्यासाठी न्युट्रॉनच वापरतात; आणि केंद्रकाबाहेरचा मुक्त न्युट्रॉन अस्थिर असून सुमारे दहा मिनिटांच्या अर्धायुष्याने प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन व प्रतिन्यूट्रिनोमध्ये क्षय पावतो.
एमपीएससीचा सामान्य विज्ञान विभाग अणुरचनेकडे दरवर्षी परत येतो, कारण शालेय पातळीवरील भौतिकशास्त्र व रसायनशास्त्र दोन्हींचा तोच पाया आहे; आणि प्रश्न बहुधा नेमक्या याच प्रकारच्या खरे-खोटे विधानयाद्यांच्या रूपात येतात. असे प्रश्न ज्ञानापेक्षा दोन वाचनविषयक बाबींवर अधिक वेळा ठरतात. पहिली म्हणजे नकार : 'चुकीचे विधान कोणते' असे मागणारा ठळक शब्द ओलांडून पुढे जाणे सोपे असते, आणि प्रश्न होकारार्थी वाचणाऱ्याला तीन खरी विधाने सापडतात आणि त्यांतून निवड करण्याचा मार्गच उरत नाही. दुसरी म्हणजे लेबलपद्धती : हा प्रश्न आणि त्याच्या पुढचा प्रश्न रोमन अंक वापरतात, तर प्रश्नपत्रिकेतले उरलेले प्रश्न लॅटिन अक्षरे वापरतात; घाईत काम करणारा उमेदवार पर्याय कोणत्या विधानाकडे बोट दाखवतो आहे तेच चुकीचे वाचू शकतो. पर्याय वाचण्याआधी लेबलपद्धती एकदा बघून घेतली, तर दोन-तीन सेकंदांत हे दोन्ही धोके संपतात.
- न्युट्रॉनवर कोणताही निव्वळ विद्युतभार नसतो; याच निर्भारतेमुळे अणूच्या तीन मूलभूत कणांपैकी तो सर्वात शेवटी ओळखला गेला आणि जेम्स चॅडविक यांनी 1932 साली त्याचा शोध लावला.
- प्रोटॉनवर धनभार आणि इलेक्ट्रॉनवर तेवढाच पण उलट चिन्हाचा ऋणभार असतो — आकारमानाने सुमारे 1.6 गुणिले दहाचा उणे एकोणिसावा घात कुलोम — म्हणून दोन्ही समान संख्येने असलेला अणू विद्युतदृष्ट्या उदासीन राहतो.
- अणुकेंद्रक प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांचे बनलेले असते आणि त्यांना मिळून न्यूक्लिऑन म्हणतात; प्रोटॉनांची संख्या हा अणुक्रमांक असून तोच मूलद्रव्य ठरवतो, तर प्रोटॉन व न्युट्रॉन मिळून वस्तुमानांक होतो.
- न्युट्रॉन निर्भार असल्याने केंद्रक त्याला प्रतिकर्षित करत नाही; म्हणूनच अणुविखंडनाची साखळी प्रक्रिया सुरू करण्यासाठी व टिकवण्यासाठी न्युट्रॉनच वापरले जातात.
- केंद्रकाबाहेरचा मुक्त न्युट्रॉन अस्थिर असून सुमारे दहा मिनिटांच्या अर्धायुष्याने प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन व प्रतिन्यूट्रिनोमध्ये क्षय पावतो; याउलट स्थिर केंद्रकात बांधलेला न्युट्रॉन क्षय पावत नाही.
याच भाररहितपणामुळे न्युट्रॉनचा शोध सर्वांत उशिरा लागला — भाररहित कण ढगकोठडीत मागमूसही ठेवत नाही आणि क्षेत्रांनी वाकवलाही जात नाही, म्हणून चॅडविक यांना तो 1932 मध्येच ओळखता आला — आणि त्याच कारणाने अणुकेंद्रक न्युट्रॉनला दूर लोटत नसल्याने विखंडनाची साखळी अभिक्रिया न्युट्रॉनच सुरू करतात व चालू ठेवतात. एक नोंद : उरलेली प्रश्नपत्रिका (a)-(d) वापरत असताना हा प्रश्न मात्र आपली विधाने (I)-(IV) अशी क्रमांकित करतो.
- नकारार्थी प्रश्न होकारार्थी वाचणे — उरलेली विधाने खरी असलेल्या यादीत मग निवडीसाठी कोणताच आधार उरत नाही
- एकाच प्रश्नपत्रिकेत इतरत्र अक्षरे आणि इथे रोमन अंक अशी लेबले असताना पर्याय कोणत्या विधानाकडे बोट दाखवतो आहे ते चुकीचे वाचणे
- न्युट्रॉन धनभारित केंद्रकात असतो म्हणून त्याच्यावरही धनभार असला पाहिजे असे मानणे
- विद्युत उदासीनता आणि अंतर्गत रचनेचा अभाव यांची गल्लत करणे — न्युट्रॉन भारित क्वार्कांनी बनलेला असून त्यांचे भार परस्परांना छेदतात
अणुरचना एमपीएससीच्या प्रश्नपत्रिकांत आखूड विधानयाद्यांच्या रूपात येते — कोणते विधान बरोबर, किंवा इथल्यासारखे कोणते चुकीचे — आणि अधूनमधून कण व त्यांचे शोधकर्ते किंवा कण व त्यांचे गुणधर्म जोडणाऱ्या जुळणीच्या प्रश्नाच्या रूपातही. या विषयाचा आवाका आखूड व पूर्णपणे अंदाजण्याजोगा आहे : तीन कणांपैकी प्रत्येकाचा भार, वस्तुमान, स्थान व शोधकर्ता, त्यासोबत अणुक्रमांक, वस्तुमानांक व समस्थानिक — एवढेच एका सुटसुटीत तक्त्याच्या रूपात पाठ केले तरी पुरते. आयोग त्यात भर घालते ती अडचण तथ्यांची नसून मांडणीची असते : प्रश्नात ठळक केलेला नकार, नेहमीहून वेगळी लेबलपद्धती, आणि दोन खरी विधाने एकत्र बांधून तयार केलेले पर्याय. म्हणून या गटात तयारी पूर्ण असूनही गुण जातात ते वाचनाच्या घाईमुळे, आणि तेच टाळणे हा खरा सराव आहे.
या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही
अणूच्या तीन मूलभूत घटक कणांपैकी न्युट्रॉन सर्वात शेवटी शोधला गेला, याचे मुख्य कारण त्याचा पुढीलपैकी कोणता गुणधर्म आहे ?
- (a)त्याचे अतिशय कमी वस्तुमान
- (b)त्याच्यावर विद्युतभार नसणे
- (c)केंद्रकातील त्याचे अतिशय अल्प आयुष्य
- (d)केंद्रकाबाहेर असलेले त्याचे स्थान
उत्तर(b) त्याच्यावर विद्युतभार नसणे — निर्भार कण विद्युत वा चुंबकीय क्षेत्रात वळत नाही आणि आयनीकरणाचा मागमूसही सोडत नाही, म्हणून इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉन उघड करणाऱ्या पद्धती त्याला टिपू शकल्या नाहीत. चॅडविक यांनी 1932 साली इतर केंद्रकांना बसणाऱ्या धक्क्यावरून त्याची ओळख पटवली. त्याचे वस्तुमान प्रोटॉनइतकेच असते, केंद्रकात बांधलेला असताना तो स्थिर असतो, आणि त्याचे स्थान केंद्रकातच असते.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही
विद्युतदृष्ट्या उदासीन अणूचा अणुक्रमांक पुढीलपैकी कशाएवढा असतो ?
- (a)केंद्रकातील न्युट्रॉनांची संख्या
- (b)केंद्रकातील प्रोटॉनांची संख्या
- (c)प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांची बेरीज
- (d)न्युट्रॉन व प्रोटॉन यांच्यातील फरक
उत्तर(b) केंद्रकातील प्रोटॉनांची संख्या — अणुक्रमांक मूलद्रव्याची ओळख ठरवतो, आणि उदासीन अणूत तोच इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येएवढाही असतो. प्रोटॉन व न्युट्रॉन यांची बेरीज म्हणजे वस्तुमानांक; आणि एकाच मूलद्रव्याचे जे अणू केवळ न्युट्रॉनसंख्येने, म्हणून वस्तुमानांकानेही, वेगळे असतात त्यांना समस्थानिक म्हणतात.