MPSC 2022 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 51 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (4) — 01. ट्रिटियम हे हायड्रोजनचे समस्थानिक आहे, आणि कोणत्याही मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक त्याच्या अणूंच्या केंद्रकातील प्रोटॉनांच्या संख्येने ठरतो. हायड्रोजनकडे एक प्रोटॉन आहे, म्हणून त्याचा अणुक्रमांक एक; आणि तो अणू हायड्रोजन असणे थांबल्याशिवाय हा आकडा बदलू शकत नाही, कारण अणुक्रमांकच मूलद्रव्याची ओळख ठरवतो आणि आवर्तसारणीतील त्याची जागा निश्चित करतो. म्हणून ट्रिटियमचा अणुक्रमांक नेहमीच्या हायड्रोजनप्रमाणेच एक आहे आणि उत्तर पर्याय (4) आहे. हा प्रश्न अणुक्रमांक व वस्तुमानांक यांतील भेदावर बांधलेला असून तो भेद हाच संपूर्ण प्रश्न आहे. वस्तुमानांक म्हणजे केंद्रकातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची बेरीज, आणि मूलद्रव्याच्या समस्थानिकांमध्ये बदलतो तो वस्तुमानांक, अणुक्रमांक नव्हे. हायड्रोजनची तीन समस्थानिके आहेत आणि ती केवळ न्यूट्रॉनांत वेगळी आहेत. प्रोटियम — निसर्गात आढळणाऱ्या जवळपास सर्व हायड्रोजनचे नेहमीचे रूप — याच्याकडे एक प्रोटॉन आहे आणि एकही न्यूट्रॉन नाही, म्हणून त्याचा वस्तुमानांक एक. ड्युटेरियमकडे एक प्रोटॉन व एक न्यूट्रॉन, म्हणून वस्तुमानांक दोन. ट्रिटियमकडे एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन, म्हणून वस्तुमानांक तीन. तिघांकडेही एकच प्रोटॉन असल्याने तिघांचाही अणुक्रमांक एक आहे; तिघांच्याही उदासीन अणूत एकच इलेक्ट्रॉन असल्याने तिघेही रासायनिकदृष्ट्या मूलतः सारखेच वागतात; आणि तिघेही आवर्तसारणीतील एकाच चौकोनात बसतात. नावातच उमेदवाराला वापरता येईल असा इशारा दडलेला आहे : 'ट्रि-' हा उपसर्ग केंद्रकातील तीन कणांचा, म्हणजे वस्तुमानांकाचा निर्देश करतो, प्रोटॉनांच्या कोणत्याही मोजणीचा नव्हे. तिन्ही समस्थानिकांपैकी ट्रिटियम हेच फक्त किरणोत्सारी आहे. ते बीटा कण उत्सर्जित करून क्षय पावते, त्याचे अर्धायुष्य सुमारे बारा वर्षे आहे, आणि वैश्विक किरण वरच्या वातावरणावर आदळताना तयार होणाऱ्या अत्यल्प प्रमाणातच ते निसर्गात आढळते; संशोधन व उद्योगात वापरले जाणारे प्रमाण कृत्रिमरीत्या तयार केले जाते. भारतापुरते सर्वाधिक व्यवहारोपयोगी समस्थानिक म्हणजे ड्युटेरियम, कारण ड्युटेरियम ऑक्साइड म्हणजेच जड पाणी हे देशातील दाबित जड पाणी अणुभट्ट्यांमधील मंदक आहे, आणि त्यांना पुरवठा करणारे जड पाणी प्रकल्प हे भारताच्या अणुऊर्जा उभारणीतले वैशिष्ट्यपूर्ण घटक आहेत. उत्तर पर्याय (4).

• (1)03 — हा प्रश्न ज्या सापळ्यासाठी उभा आहे तो हाच, आणि नाव 'ट्रि-' ने सुरू होते म्हणून तीन या आकड्याकडे हात जाणाऱ्या प्रत्येक उमेदवाराला तो गोळा करेल. तीन हा ट्रिटियमचा वस्तुमानांक आहे, अणुक्रमांक नाही : केंद्रकात एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन आहेत आणि एक अधिक दोन म्हणजे तीन. या दोन राशी वेगवेगळ्या प्रश्नांची उत्तरे देतात. अणुक्रमांक फक्त प्रोटॉन मोजतो आणि मूलद्रव्य ओळखतो; वस्तुमानांक प्रोटॉन व न्यूट्रॉन मिळून मोजतो आणि समस्थानिक ओळखतो. रूढ पद्धतीने लिहायचे तर ट्रिटियम म्हणजे हायड्रोजन-3, ज्यात वस्तुमानांक तीन हा चिन्हाच्या आधी वरच्या बाजूला आणि अणुक्रमांक एक खालच्या बाजूला लिहितात. शिवाय तीन हा लिथियमचा अणुक्रमांक आहे, आणि लिथियम हे तीन प्रोटॉन असलेले खरोखरचे वेगळे मूलद्रव्य आहे; ट्रिटियम व लिथियम वेगळे ठेवण्यासाठीही ट्रिटियममधला तीन हा केंद्रकातील कणांचा निर्देश करतो, त्यातील प्रोटॉनांचा नव्हे, हे स्पष्ट असणे गरजेचे आहे.
• (2)04 — ट्रिटियमच्या वर्णनात चार या आकड्याशी जुळणारे काहीच नाही : केंद्रकात एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन, एकूण तीन कण आहेत, आणि या समस्थानिकाशी निगडित अशी कोणतीही मोजणी चारपर्यंत पोहोचत नाही. अणुक्रमांक म्हणून चार हा बेरिलियमचा आहे — दुसऱ्या गणातील एक हलका धातू, ज्याचा हायड्रोजनशी वा त्याच्या कोणत्याही समस्थानिकाशी काहीही संबंध नाही. लहान आकड्यांमध्ये अंदाज बांधणाऱ्या उमेदवाराला शोषून घेण्यासाठीच हा शुद्ध भरणा-पर्याय संचात ठेवलेला असतो, आणि ट्रिटियमच्या केंद्रकाची घडण लिहून काढताच तो बाद होतो. या प्रकारच्या प्रश्नांसाठी हीच सर्वसाधारण पद्धत आहे आणि तिला काही सेकंदच लागतात : नाव घेतलेल्या घटकासाठी प्रोटॉनांची संख्या, न्यूट्रॉनांची संख्या व इलेक्ट्रॉनांची संख्या लिहून काढा, आणि हवी असलेली राशी थेट आठवण्याचा प्रयत्न करण्याऐवजी लिहिलेल्यातून वाचून घ्या.
• (3)02 — दोन ही ट्रिटियमच्या केंद्रकातील न्यूट्रॉनांची संख्या आहे, आणि समस्थानिकाची घडण बरोबर आठवूनही त्यातून चुकीची राशी वाचणाऱ्या उमेदवाराला पकडण्यासाठी हा पर्याय ठेवलेला आहे. अणुक्रमांक फक्त प्रोटॉन मोजतो — केवळ प्रोटॉन — म्हणून दोन न्यूट्रॉन त्याच्यासाठी अप्रस्तुत आहेत. दोन हा हेलियमचाही अणुक्रमांक आहे, आणि या गोंधळाला आणखी एक सापळा जोडलेला आहे : ट्रिटियमच्या क्षयातून प्रत्यक्षात हेलियम-3 तयार होते. बीटा उत्सर्जनात एका न्यूट्रॉनाचे रूपांतर प्रोटॉनात होते, म्हणून एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन असलेल्या केंद्रकाचे दोन प्रोटॉन व एक न्यूट्रॉन असलेले केंद्रक बनते आणि अणुक्रमांक एकवरून दोनवर जातो. मात्र तो मूलद्रव्याचा बदल आहे; ट्रिटियम काय आहे हे तो सांगत नाही, ट्रिटियमचे पुढे काय होते एवढेच सांगतो.

प्रत्येक अणूचे वर्णन दोन आकड्यांनी होते. अणुक्रमांक म्हणजे केंद्रकातील प्रोटॉनांची संख्या; उदासीन अणूतील इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येइतकाच तो असतो, तो मूलद्रव्याची रासायनिक ओळख निश्चित करतो, आणि आवर्तसारणीची मांडणी त्याच राशीच्या क्रमाने होते. वस्तुमानांक म्हणजे प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची बेरीज — अणूचे जवळपास सर्व वस्तुमान हे दोनच कण वाहून नेतात. एकाच मूलद्रव्याचे पण वेगवेगळ्या न्यूट्रॉनसंख्येचे अणू म्हणजे समस्थानिके : त्यांचा अणुक्रमांक एकच पण वस्तुमानांक वेगवेगळे असतात, आणि रसायनशास्त्र इलेक्ट्रॉनांवर व म्हणून प्रोटॉनांवर चालत असल्याने एका मूलद्रव्याची समस्थानिके रासायनिकदृष्ट्या जवळपास एकसारखी असतात, फक्त वस्तुमानात आणि कधी केंद्रकाच्या स्थैर्यात वेगळी असतात. हायड्रोजन हे याचे सर्वात स्पष्ट उदाहरण, कारण त्याच्या तीन समस्थानिकांचे सापेक्ष वस्तुमान इतके वेगळे आहे — न्यूट्रॉन नसलेले प्रोटियम, एक न्यूट्रॉन असलेले ड्युटेरियम व दोन न्यूट्रॉन असलेले ट्रिटियम — आणि ज्याच्या समस्थानिकांना स्वतंत्र नावे दिली आहेत असे हे एकमेव मूलद्रव्य आहे. जोडीच्या संज्ञा वेगळ्या ठेवण्याजोग्या आहेत : समभारिक म्हणजे वस्तुमानांक समान असलेले वेगवेगळ्या मूलद्रव्यांचे अणू, समन्यूट्रॉनिक म्हणजे न्यूट्रॉनांची संख्या समान असलेले अणू, आणि समइलेक्ट्रॉनी म्हणजे इलेक्ट्रॉनांची संख्या समान असलेले घटक. समस्थानिकांचे व्यवहारातील उपयोग आयोग थेट विचारतो : पुरातत्त्वीय सामग्रीचा काळ ठरवण्यासाठी कार्बन-14, कर्करोगाच्या उपचारात कोबाल्ट-60, अवटू ग्रंथीच्या विकारांच्या निदान व उपचारात आयोडीन-131, अणुभट्ट्यांतील विखंडनक्षम पदार्थ म्हणून युरेनियम-235, आणि भारताच्या दाबित जड पाणी अणुभट्ट्यांतील मंदक म्हणून जड पाण्याच्या रूपातील ड्युटेरियम.

अणुरचनेवरील प्रश्न एमपीएससीच्या विज्ञान विभागातील सर्वाधिक भरवशाच्या गुणांपैकी आहेत, कारण ते न बदलणाऱ्या व्याख्यांवर फिरतात आणि केंद्रकाची घडण लिहून काढल्यास काही सेकंदांत सुटतात. या विशिष्ट घटकात लक्ष देण्याजोगी गोष्ट म्हणजे सापळा कसा बांधला आहे : समस्थानिकाच्या नावातच एक आकडा आहे, तो आकडा वस्तुमानांक आहे, आणि प्रश्न अणुक्रमांक विचारतो. हीच रचना कार्बन-14, युरेनियम-235 व कोबाल्ट-60 बाबतही पुन्हा येते, आणि बचाव नेहमी तोच — समस्थानिकाच्या नावात वाहून आणलेला आकडा हा त्याचा वस्तुमानांक असतो, आणि अणुक्रमांक मूलद्रव्याच्या ओळखीतूनच काढावा लागतो. या प्रश्नपत्रिकेने इथले आकडे शून्य पुढे लावून छापले आहेत, म्हणजे पर्याय 03, 04, 02, 01 असे दिसतात, आणि तेही त्यांच्या नैसर्गिक क्रमाबाहेर छापले आहेत; या दोन्ही गोष्टींना कोणताही अर्थ नाही, आणि ही प्रश्नपत्रिका पर्यायसंचांचा क्रम इतक्या वेळा बदलते की एखादे मूल्य यादीत कुठे आले आहे यावरून कधीही अनुमान काढू नये. चारही मूल्ये जागा म्हणून नव्हे तर आकडे म्हणून वाचणाऱ्या उमेदवाराचे यांपैकी कोणत्याही युक्तीने काहीच नुकसान होत नाही.

• मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक म्हणजे त्याच्या अणूंच्या केंद्रकातील प्रोटॉनांची संख्या; उदासीन अणूतील इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येइतकाच तो असतो आणि तोच मूलद्रव्याची ओळख व आवर्तसारणीतील जागा ठरवतो.
• ट्रिटियम हे हायड्रोजनचे समस्थानिक असून त्यात एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन आहेत, म्हणून त्याचा अणुक्रमांक एक आणि वस्तुमानांक तीन आहे; त्याच्या नावातील तीन हा वस्तुमानांकाचा निर्देश करतो.
• हायड्रोजनची तीन समस्थानिके आहेत : न्यूट्रॉन नसलेले प्रोटियम, एक न्यूट्रॉन असलेले ड्युटेरियम आणि दोन न्यूट्रॉन असलेले ट्रिटियम; तिघांचाही अणुक्रमांक एक असून ती केवळ वस्तुमानांकात वेगळी आहेत.
• हायड्रोजनच्या समस्थानिकांपैकी ट्रिटियम हेच फक्त किरणोत्सारी असून ते बीटा उत्सर्जनाने क्षय पावते; त्याचे अर्धायुष्य सुमारे बारा वर्षे आहे आणि वरच्या वातावरणात वैश्विक किरणांमुळे तयार होणाऱ्या अत्यल्प प्रमाणातच ते निसर्गात आढळते.
• ड्युटेरियम ऑक्साइड म्हणजेच जड पाणी हे भारताच्या दाबित जड पाणी अणुभट्ट्यांमधील मंदक म्हणून वापरले जाते; त्यामुळे भारतीय अणुकार्यक्रमापुरते ड्युटेरियम हे सर्वाधिक व्यवहारोपयोगी हायड्रोजन-समस्थानिक ठरते.

• समस्थानिकाच्या नावातील आकडा त्याचा अणुक्रमांक समजणे, जेव्हा ट्रिटियम, कार्बन-14 वा युरेनियम-235 अशा नावांत वाहून आणलेला आकडा नेहमी वस्तुमानांकच असतो
• अणुक्रमांक विचारला असताना न्यूट्रॉन मोजणे, ज्यातून ट्रिटियमसाठी दोन हे उत्तर येते आणि नेमके तेच गोळा करण्यासाठी एक पर्याय ठेवलेला आहे
• एका मूलद्रव्याची वेगवेगळी समस्थानिके आवर्तसारणीत वेगवेगळ्या जागी बसतात असे गृहीत धरणे, जेव्हा त्यांचा अणुक्रमांक एकच असल्याने त्यांची जागाही एकच असते
• आकड्यांचे पर्याय ज्या क्रमाने छापले आहेत त्यावरून काहीही अनुमान काढणे, कारण ही प्रश्नपत्रिका अनेक प्रश्नांत मूल्ये त्यांच्या नैसर्गिक क्रमाबाहेर मांडते

अणुरचना एमपीएससीच्या प्रश्नपत्रिकांत आखूड व्याख्यात्मक प्रश्नांच्या रूपात येते — नाव घेतलेल्या घटकाचा अणुक्रमांक वा वस्तुमानांक, एखाद्या समस्थानिकातील न्यूट्रॉनांची संख्या, समस्थानिक-समभारिक-समन्यूट्रॉनिक यांचा अर्थ — आणि किरणोत्सारी समस्थानिकांवरील उपयोजित प्रश्नांच्या रूपातही, जिथे एखाद्या समस्थानिकाचा वैद्यक, शेती वा कालनिर्धारणातील उपयोग विचारला जातो. हायड्रोजनची समस्थानिके आयोगाला विशेष आवडतात, कारण त्यांना स्वतःची नावे आहेत आणि जड पाण्यामुळे ती अणुकार्यक्रमाशी जोडली जातात; तो कार्यक्रम आयोग चालू घडामोडी व विज्ञान-धोरण म्हणून स्वतंत्रपणेही तपासतो. या संपूर्ण प्रकारासाठी भरवशाची पद्धत यांत्रिक आहे : पर्याय पाहण्याआधीच नाव घेतलेल्या घटकाचे प्रोटॉन, न्यूट्रॉन व इलेक्ट्रॉन लिहून काढा आणि मग हवी असलेली राशी वाचून घ्या. यामुळे चुकीच्या राशीसाठी बरोबर असलेला आकडा देणाऱ्या पर्यायसंचांपासूनही बचाव होतो, आणि या प्रकारातला जवळपास प्रत्येक प्रश्न कठीण केला जातो तो नेमक्या याच पद्धतीने.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  ड्युटेरियम व ट्रिटियम ही दोन्ही हायड्रोजनची समस्थानिके आहेत. ती एकमेकांपासून खालीलपैकी कशात वेगळी आहेत ?

  • (a)केंद्रकातील प्रोटॉनांच्या संख्येत
  • (b)उदासीन अणूतील इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येत
  • (c)केंद्रकातील न्यूट्रॉनांच्या संख्येत
  • (d)आवर्तसारणीतील त्यांच्या जागेत

  उत्तर(c) केंद्रकातील न्यूट्रॉनांच्या संख्येत — ड्युटेरियमकडे एक न्यूट्रॉन आहे व ट्रिटियमकडे दोन, म्हणून त्यांचे वस्तुमानांक अनुक्रमे दोन व तीन येतात. दोघांकडेही एकच प्रोटॉन असल्याने अणुक्रमांक एकच आहे, दोघांच्याही उदासीन अणूत एकच इलेक्ट्रॉन आहे, आणि दोघेही आवर्तसारणीत एकाच जागी बसतात, कारण मूलद्रव्याची जागा अणुक्रमांकानेच ठरते. समस्थानिकांमधला फरक नेहमी न्यूट्रॉनांचा असतो, प्रोटॉनांचा कधीच नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  भारतीय अणुभट्ट्यांत मंदक म्हणून वापरले जाणारे जड पाणी हे खालीलपैकी कशाचे ऑक्साइड आहे ?

  • (a)प्रोटियम
  • (b)ड्युटेरियम
  • (c)ट्रिटियम
  • (d)हेलियम

  उत्तर(b) ड्युटेरियम — जड पाणी म्हणजे ड्युटेरियम ऑक्साइड, ज्यात पाण्याच्या रेणूतील दोन्ही हायड्रोजन अणू एक प्रोटॉन व एक न्यूट्रॉन असलेले समस्थानिक असतात; त्यामुळे तो रेणू नेहमीच्या पाण्यापेक्षा मोजण्याइतका अधिक घन असतो. भारताच्या दाबित जड पाणी अणुभट्ट्यांत न्यूट्रॉनांचा वेग कमी करून साखळी अभिक्रिया टिकवण्यासाठी ते वापरले जाते, आणि त्याची निर्मिती स्वतंत्र जड पाणी प्रकल्पांत होते. नेहमीचे पाणी हे प्रोटियमचे ऑक्साइड आहे, आणि ट्रिटियम ऑक्साइड किरणोत्सारी असल्याने त्याचा असा वापर होत नाही.