ग्राफ़ पेपर के पीछे से एक जालक उभरता है: परमाणु हर एक अपनी लय में काँपते हैं, और दो पड़ोसी तलों के बीच तलों की दूरी लिखी है। बाईं ओर एक्स-रे ट्यूब टिमटिमाती है, और उससे एक सुनहरी चिनगारी नमूने की ओर दौड़ती है, दूसरी ओर से परावर्तित किरण बनकर निकलती है और डिटेक्टर पर एक चमक जगा देती है। बीच में एक तराशा हुआ क्रिस्टल धीरे-धीरे घूमता है, और उसके पारदर्शी फलकों के आर-पार स्वयं अक्षर झलकता है। किनारों पर रह-रहकर चमक कौंधती है, और नीचे के पैमाने पर एक बैंगनी निशान एक एंगस्ट्रॉम की रेखा तक लुढ़कता है, जहाँ एक स्थिर रेखा उसका स्वागत करती है।
SI से बाहर की इकाई · क्रिस्टलिकी · लंबाई
एंगस्ट्रॉम, Å
स्वयं परमाणुओं के नाप का पैमाना
लंबाई की इकाई · 1 Å = 10⁻¹⁰ m = 0.1 nm = 100 pm
कोई भी पैमाना तब सुविधाजनक होता है जब उसे एक-एक करके लिया जाए, हज़ारों में नहीं: दर्ज़ी सेंटीमीटर में नापता है, किलोमीटर के अंशों में नहीं। पदार्थ के लिए एंगस्ट्रॉम ठीक ऐसा ही पैमाना बना: क्रिस्टल में पड़ोसी परमाणुओं की दूरी दो से चार एंगस्ट्रॉम के बीच होती है, कार्बन—कार्बन का एकल बंध डेढ़, द्विकुंडली का व्यास बीस। रसायनज्ञ जब बंध की लंबाई बताता है तो एक अंक की संख्या बोलता है, और अनुशंसित इकाइयों से हटाए जाने के बाद भी इस इकाई के बचे रहने का पूरा कारण यही है।
यहाँ का मेल संयोग नहीं, बल्कि दोहरा है: एंगस्ट्रॉम में न केवल पदार्थ, बल्कि वह प्रकाश भी सुविधा से नपता है जिससे पदार्थ को आर-पार देखा जाता है। ताँबे के एनोड वाली एक्स-रे ट्यूब डेढ़ एंगस्ट्रॉम की रेखा देती है, यानी ठीक उसी क्रम की जिसकी परमाणु तलों के बीच की दूरियाँ हैं, और इसी मेल से पूरी संरचनात्मक क्रिस्टलिकी का जन्म हुआ। जालक के अनुरूप तरंग उससे चुनकर परावर्तित होती है — केवल कड़ाई से तय कोणों पर — और इन्हीं कोणों से यह फिर से गढ़ा जाता है कि किसी अपारदर्शी पिंड के भीतर परमाणु कैसे रखे हैं।
औपचारिक रूप से इस इकाई की अनुशंसा बहुत पहले से नहीं की जाती: अंतरराष्ट्रीय मात्रक पद्धति इसके स्थान पर नैनोमीटर और पिकोमीटर सुझाती है, और नए मानकों में एंगस्ट्रॉम को हटाई जाने वाली इकाई लिखा गया है। पर व्यवहार में प्रोटीन संरचनाओं का बैंक परमाणुओं के निर्देशांक एंगस्ट्रॉम में रखता है, छवि का विभेदन इन्हीं में बताया जाता है, और «एक दशमलव आठ की संरचना» वाक्य दुनिया की किसी भी प्रयोगशाला में व्याख्या नहीं माँगता। यह इकाई क़ानून के बल पर नहीं, बल्कि इसलिए टिकी है कि इसका नाप ठीक बैठता है।
प्रतीक ऊपर छोटे वृत्त वाला बड़ा लैटिन अक्षर A है, और यह वृत्त बलाघात का चिह्न नहीं, बल्कि स्वीडिश अक्षर Å का अंग है; इसलिए न उसे डिग्री के चिह्न से बदला जा सकता है, न केवल A लिखा जा सकता है। मशीनी लेखन में, जहाँ यह अक्षर न हो, लैटिन A के साथ संयोजी वृत्त जोड़ा जाता है या पूरा शब्द Angstrom लिखा जाता है; «एंग.» और «A» जैसे संक्षेप कहीं भी मान्य नहीं।
एंगस्ट्रॉम अंतरराष्ट्रीय मात्रक पद्धति का अंग नहीं है और उपसर्ग नहीं लेता: मिली-एंगस्ट्रॉम या किलो-एंगस्ट्रॉम होते ही नहीं, और छोटी लंबाइयों के लिए पिकोमीटर लिया जाता है। इसे X इकाई से भी नहीं मिलाना चाहिए, जिसका प्रयोग एक्स-रे क्रिस्टलविज्ञानी पिछली सदी के मध्य तक करते रहे: वह एंगस्ट्रॉम से लगभग दो हज़ारवाँ भाग छोटी है, और युद्ध-पूर्व तालिकाओं से बिना रूपांतरण के ली गई पुरानी तल-दूरियाँ आज भी कभी-कभी तीसरे अंक में अंतर दे जाती हैं।
01 · परिभाषा
नैनोमीटर का दसवाँ भाग · ब्रैग की शर्त · कोणों के अनुसार परावर्तनएंगस्ट्रॉम मीटर का दस अरबवाँ भाग है, और परिभाषा इतनी सरल है कि उसमें चर्चा के लिए कुछ नहीं: इकाई दस की घात से दी गई है, न किसी मानक पिंड से, न किसी प्राकृतिक नियतांक से। हर सार्थक बात वहीं से शुरू होती है जहाँ इसका उपयोग होता है, और उपयोग इसलिए होता है कि परमाणुओं की दुनिया ठीक इसी पैमाने से बँटी हुई है।
क्रिस्टल समान परमाणु तलों के ढेर की तरह बना है, जो एक-दूसरे से कुछ एंगस्ट्रॉम दूर हैं। जब ऐसे ढेर पर एक्स-रे किरण पड़ती है, तो हर तल उसे धीमी प्रतिध्वनि की तरह लौटाता है, और ये प्रतिध्वनियाँ जुड़ती हैं: लगभग हर कोण पर वे एक-दूसरे को मिटा देती हैं, पर कुछ विशेष कोणों पर पड़ोसी परावर्तनों के बीच का पथांतर तरंगदैर्घ्य का पूर्ण गुणज निकलता है, और तब प्रतिध्वनियाँ पूरी शक्ति से जुड़ जाती हैं। इस मेल की शर्त को ब्रैग का नियम कहते हैं।
यहीं से वह बात निकलती है जिसके लिए सब कुछ शुरू हुआ था: जिन कोणों पर परावर्तन चमकते हैं उन्हें नापकर और तरंगदैर्घ्य जानकर तलों के बीच की दूरियाँ निकाली जा सकती हैं, और ऐसी दूरियों के समूह से परमाणुओं का विन्यास फिर से गढ़ा जा सकता है। किरण यहाँ दीपक की तरह नहीं, बल्कि अंकित पैमाने की तरह काम करती है, और काम की इसलिए है कि उसकी तरंगदैर्घ्य जालक के क़दम के अनुरूप है: दृश्य प्रकाश, जिसकी तरंग हज़ारों गुना लंबी है, परमाणु तलों से कोई परावर्तन नहीं देता।
इस अनुरूपता का दूसरा पहलू भी है। किसी संरचना को कितनी बारीकी से पहचाना जा सकता है, यह तरंगदैर्घ्य से सीमित है: वह जितनी छोटी हो, उतने अधिक परावर्तन नापे जा सकने वाले कोणों में समाते हैं और मानचित्र उतना ही बारीक बनता है। इसीलिए प्रोटीन संरचनाओं की बात में एंगस्ट्रॉम वाली संख्या किसी दूरी के लिए नहीं, बल्कि विभेदन के लिए बताई जाती है, और दो एंगस्ट्रॉम अच्छा परिणाम माना जाता है, जबकि साढ़े तीन पर अलग-अलग परमाणु इलेक्ट्रॉन घनत्व के एक अटूट सॉसेज में घुल जाते हैं।
क्रिस्टल कहाँ चमकता है
बाईं ओर नमूना रखा है, किरण भी बाईं ओर से उस पर पड़ती है, और डिटेक्टर वाली भुजा चाप पर उसके चारों ओर घूमती है; किरण और तलों के बीच का कोण पहला स्लाइडर तय करता है। लगभग हर जगह परावर्तित प्रकाश नहीं होता, क्योंकि पड़ोसी तलों की प्रतिध्वनियाँ एक-दूसरे को मिटा देती हैं, पर जैसे ही कोण किसी ब्रैग कोण से मेल खाता है, फलक चमक उठते हैं, किरण डिटेक्टर में जाती है और दाईं ओर विवर्तन आरेख पर एक शिखर उठता है। दूसरा स्लाइडर स्रोत की तरंगदैर्घ्य बदलता है, और पूरा चित्र खिसक जाता है: छोटी तरंग वाले विकिरण में वही तल छोटे कोणों पर उत्तर देते हैं, इसलिए मॉलिब्डेनम ट्यूब आरेख को पैमाने की शुरुआत की ओर दबा देती है और क्रोमियम ट्यूब उसे फैला देती है। नमक की जगह प्रोटीन क्रिस्टल चुनिए — और आप देखेंगे कि संरचनात्मक जीवविज्ञान किससे जूझता है: वहाँ तल एक-दूसरे से बहुत दूर हैं, नापे जा सकने वाले दायरे में परावर्तन हज़ारों हो जाते हैं, और हर एक अलग से कमज़ोर है।
02 · रूपांतरण
लंबाई की इकाइयाँ · विकिरण स्रोत · पदार्थ के नापएक लंबाई, तीन बातचीत
पहला टैब दर्ज की गई लंबाई को बाक़ी इकाइयों में बदलता है और साथ ही बताता है कि ऐसी तरंग के फोटॉन की ऊर्जा कितनी है और वह किसी सामान्य तल से किस कोण पर परावर्तित होगा। दूसरा उन स्रोतों को गिनाता है जिनसे पदार्थ को आर-पार देखा जाता है — क्रोमियम ट्यूब से सिंक्रोट्रॉन और इलेक्ट्रॉन किरण तक। तीसरा स्वयं पदार्थ के नाप जुटाता है: परमाणुओं की त्रिज्याएँ, बंधों की लंबाइयाँ, कोष्ठिकाओं की कोरें और कुंडली का अंतराल।
याद रखने योग्य नियम: एंगस्ट्रॉम नैनोमीटर का दसवाँ भाग है, ताँबे की रेखा डेढ़ एंगस्ट्रॉम है, और किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट में ऊर्जा बारह से कुछ अधिक को तरंगदैर्घ्य से भाग देकर मिलती है।
एंगस्ट्रॉम उपसर्ग नहीं लेता, और «mÅ» जैसी लिखावट अर्थहीन है; छोटी लंबाइयों के लिए पिकोमीटर पर, बड़ी के लिए नैनोमीटर पर जाया जाता है। पुरानी एक्स-रे तालिकाओं की X इकाई को भी एंगस्ट्रॉम नहीं माना जा सकता: वह लगभग दो हज़ारवाँ भाग छोटी है, और युद्ध-पूर्व तल-दूरियों को आज के मानों से मिलाने से पहले रूपांतरित करना पड़ता है।
| राशि | मान | टिप्पणी |
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04 · मापक यंत्र
कोणमापी · चूर्ण विवर्तनमापी · सिंक्रोट्रॉन · क्रमवीक्षण सुरंगन सूक्ष्मदर्शीप्रकाश से बारीक चीज़ को किससे देखते हैं
यंत्र जो कोण नापता है और लंबाई में उत्तर देता है
कोणमापी कोण के सिवा कुछ नहीं नाप सकता, और यही उसकी शक्ति है: कोण यांत्रिक रूप से डिग्री के हज़ारवें भाग तक नापा जाता है, जबकि लंबाई उससे ब्रैग के नियम के अनुसार गणना से निकलती है। नमूने को किसी कोण तक घुमाया जाता है, डिटेक्टर को ठीक दुगुना, और पूरी व्यवस्था नमूने के चारों ओर तब तक घूमती है जब तक सारे परावर्तन न छान ले। यंत्र अंत में जो एंगस्ट्रॉम बताता है, उन्हें उसने एक बार भी पैमाने पर नहीं रखा।
नाम की जगह रेखाओं का समूह
यदि क्रिस्टल को पीसकर चूर्ण बना दिया जाए, तो कण एक साथ हर संभव दिशा में लेट जाते हैं, और हर तल अपने कोण पर उत्तर देता है, चूर्ण चाहे जैसे भी डाला गया हो। शिखरों की एक पंक्ति बनती है जिसकी स्थितियाँ और ऊँचाइयाँ उँगली की रेखाओं जितनी अद्वितीय हैं: इसी पंक्ति से पदार्थ को बिना तोड़े सूची-पत्र में पहचाना जाता है। एक ही संघटन के बहुरूपी रूप ऐसे ही अलग किए जाते हैं — और किसी दवा के चूर्ण के लिए यह असरदार औषधि और बेकार चीज़ का अंतर है।
दसवें मिलीमीटर के क्रिस्टल के लिए एक किलोमीटर का वलय
ट्यूब एक-दो रेखाएँ देती है और उतनी चमक जितनी एनोड अनुमति दे; सिंक्रोट्रॉन अविश्वसनीय शक्ति का सतत स्पेक्ट्रम देता है, जिसमें से एकवर्णक कोई भी आवश्यक तरंगदैर्घ्य काट लेता है। प्रोटीन क्रिस्टलों के लिए, जहाँ परावर्तन कमज़ोर हैं और स्वयं क्रिस्टल किरणपुंज के नीचे धीरे-धीरे नष्ट होता है, यही निर्णायक है: नमूने के बिगड़ने से पहले आँकड़े जुटा लिए जाते हैं। तरंगदैर्घ्य को बदल पाना एक और कारण से भी ज़रूरी है: भारी परमाणु के अवशोषण किनारे के पास प्रकीर्णन बदल जाता है, और इसी अंतर पर कला की समस्या सुलझाई जाती है।
सुई जो एंगस्ट्रॉम महसूस करती है
विवर्तन पूरे क्रिस्टल के औसत की बात करता है, जबकि सुरंगन सूक्ष्मदर्शी सतह को परमाणु-दर-परमाणु दिखाता है: नोक को इतना पास लाया जाता है कि इलेक्ट्रॉन दरार से रिसने लगते हैं, और यह धारा दूरी पर इतनी तीव्रता से निर्भर है कि एंगस्ट्रॉम के दसवें भाग का परिवर्तन भी उसे स्पष्ट बदल देता है। सुई को धारा स्थिर रखते हुए सतह के ऊपर चलाया जाता है, और नोक की ऊँचाई उभार-गहराई खींचती है। यहाँ एंगस्ट्रॉम पहली बार गणना की गई राशि नहीं रहता और वह बन जाता है जिसे यंत्र सीधे महसूस करता है।
05 · लेखन नियम
स्वीडिश अक्षर · उपसर्ग नहीं · प्रतीक से पहले रिक्तिअक्षर के ऊपर का वृत्त सजावट नहीं है
इकाई का प्रतीक एक स्वीडिश भौतिकविद का कुलनाम है, जो उसके अपने अक्षर से लिखा गया है, इसलिए उसे किसी भी चिह्न की तरह नहीं बरता जा सकता: वृत्त को डिग्री के चिह्न से बदलना या हटा देना लिखावट को बिल्कुल दूसरा प्रतीक बना देता है।
पहली दो ग़लतियाँ टाइप करते समय सबसे अधिक होती हैं: लिखने वाला स्वीडिश अक्षर नहीं ढूँढ पाता और या तो नंगा A रख देता है, जिससे लंबाई विद्युत धारा की तीव्रता बन जाती है, या डिग्री का चिह्न, जिसका उस अक्षर से कोई संबंध नहीं। तीसरी मीट्रिक पद्धति की आदत से आती है, जहाँ उपसर्ग हर जगह मान्य हैं; पर एंगस्ट्रॉम उस पद्धति का अंग नहीं, इसलिए उपसर्ग नहीं लेता। चौथी लेखन का सामान्य नियम है: संख्या और प्रतीक के बीच रिक्ति रखी जाती है, हो सके तो न टूटने वाली। पाँचवीं ग़लती नहीं, बल्कि अवशेष है: सेंटीमीटर वाला रूप सही है, पर आज के दस्तावेज़ लंबाइयाँ मीटर और उसके भागों में देते हैं। छठी वही युद्ध-पूर्व उलझन है, जिसके कारण तल-दूरियों की पुरानी तालिकाएँ नई से सीधे नहीं मिलाई जा सकतीं।
06 · पड़ोसी इकाइयाँ
नैनोमीटर · पिकोमीटर · बोर त्रिज्याएंगस्ट्रॉम की पड़ोसी इकाइयाँ पैमाने का वही खंड उसके साथ बाँटती हैं, पर उनका मूल अलग है: दो मीटर के सामान्य भाग हैं, तीसरी स्वयं परमाणु की संरचना से ली गई है।
अंतरराष्ट्रीय मात्रक पद्धति द्वारा निर्धारित वैध उत्तराधिकारी, और कणों व परतों के नाप के लिए यह जम चुकी है। पर बंध की लंबाइयों के लिए असुविधाजनक है: डेढ़ एंगस्ट्रॉम की जगह शून्य दशमलव एक सौ चौवन लिखना पड़ता है।
वह इकाई जिसमें रसायन की पुस्तिकाएँ बंध-लंबाइयाँ और परमाणु त्रिज्याएँ छापती हैं: डेढ़ एंगस्ट्रॉम की जगह एक सौ चौवन पिकोमीटर। अंतर केवल आदत का है, और दोनों लिखावटें एक ही बात कहती हैं।
तीनों में से एकमात्र जो मीटर से नहीं, बल्कि प्रकृति से ली गई है: हाइड्रोजन परमाणु के सबसे सरल मॉडल में नाभिक से इलेक्ट्रॉन की दूरी। सैद्धांतिक गणनाओं में सब कुछ इसी से नापा जाता है, और एंगस्ट्रॉम वहाँ केवल पाठक के लिए रूपांतरण में आता है।
Simetrium के पासपोर्टों में से बगल में खड़े हैं प्रकाश-वर्ष और पारसेक — पैमाने के उलटे छोर के मानक, जो फिर भी उसी नियम से बने हैं: इकाई ऐसे चुनी जाती है कि नापी गई राशि एक अंक की संख्या से कही जा सके।
07 · ऐतिहासिक भाग
अभिलेखागार · 1868 → 1912 → 1913 → 1960सूर्य के स्पेक्ट्रम से परमाणुओं के मानचित्र तक
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{text}
पहले एंगस्ट्रॉम में केवल प्रकाश की तरंगदैर्घ्य बताई जाती थी, फिर उससे जालक नापा जाने लगा, उसके बाद जैव अणुओं के घुमाव, और अंततः बारीकी एकल परमाणु तक पहुँच गई। इनमें से कोई छलाँग नए यंत्र के बिना नहीं लगी, और हर अगली पिछली पर टिकी थी: ट्यूब की तरंगदैर्घ्य जानने के लिए स्पेक्ट्रम का मानचित्र चाहिए था, और उसके बिना जालक नापने को कुछ नहीं था।
रद्द की गई इकाई जो रोज़ काम आती है
माप-विज्ञान की दृष्टि से एंगस्ट्रॉम ज़रा भी कठिनाई नहीं देता: परिभाषा के अनुसार वह दस की ऋण दस घात मीटर के बराबर है, और न उसका मानक पिंड है, न अनिश्चितता, न परिशोधन का कोई इतिहास। केवल एक बार वह मीटर से नहीं, बल्कि प्रकृति से बँधा था — पिछली सदी के आरंभ में, जब कैडमियम की लाल रेखा को आधार बनाकर उसे एक लंबाई दी गई —, पर वह बंधन अधिक न चला और जैसे ही स्वयं मीटर को प्रकाश के माध्यम से परिभाषा मिली, हटा दिया गया।
कहीं अधिक विचित्र है नियमों में उसकी जगह। एंगस्ट्रॉम अंतरराष्ट्रीय मात्रक पद्धति का अंग नहीं, अनुमत इकाइयों की सूची में नहीं, और राष्ट्रीय मानकों में हटाई जाने वाली इकाइयों में गिना जाता है — फिर भी विश्व डेटा बैंक की सभी संरचनाओं में परमाणुओं के निर्देशांक ठीक एंगस्ट्रॉम में ही दर्ज हैं, छवि का विभेदन एंगस्ट्रॉम में बताया जाता है और चूर्ण विवर्तन आरेखों के सूची-पत्र में तल-दूरियाँ भी इन्हीं में छपती हैं। इन अभिलेखों में इकाई बदलने वाला कोई नहीं, और कारण भी नहीं: करोड़ों प्रविष्टियों का रूपांतरण उनकी विषयवस्तु में कुछ नहीं जोड़ेगा।
इस टिकाऊपन का कारण सरल है और परंपरा से उसका कोई लेना-देना नहीं: यह राशि उस चीज़ के नाप पर ठीक बैठती है जिसे इससे नापा जाता है। जब तक विषय परमाणु और उनके बीच की दूरियाँ हैं, इससे सुविधाजनक इकाई सोची नहीं जा सकती; और जब विषय बदलेगा — जैसे प्रकाशिकी वालों के यहाँ बदला, जो स्पेक्ट्रम रेखाओं से पतली परतों की ओर बढ़ते हुए एंगस्ट्रॉम से नैनोमीटर पर आ गए — इकाई अपने-आप चली जाएगी, बिना किसी आदेश के।
राशियों की सूची
लंबाइयाँ और पदार्थ की संरचनाSI की मूल इकाइयाँ
मीटर उभारा गया है — एंगस्ट्रॉम उसका दस अरबवाँ भाग हैक्या कितने एंगस्ट्रॉम है
कोण ताँबे की रेखा, प्रथम कोटि के लिए निकाला गया है| क्या नापा गया | एंगस्ट्रॉम में | पिकोमीटर में | Cu Kα पर 2θ | टिप्पणी |
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कोण वाला स्तंभ दिखाता है कि ताँबे की ट्यूब इतनी प्रचलित क्यों हुई: सामान्य क्रिस्टल दूरियों पर परावर्तन यंत्र के पैमाने के बीच में पड़ते हैं, जहाँ उन्हें अलग करना और नापना दोनों आसान है। अंतिम पंक्तियों में डैश का अर्थ है कि ऐसी तरंगदैर्घ्य पर प्रथम कोटि का परावर्तन हो ही नहीं सकता: यदि तलों की दूरी आधी तरंगदैर्घ्य से कम हो, तो पथांतर कभी पूरी तरंग तक नहीं पहुँचेगा, डिटेक्टर को चाहे जिस कोण पर रखें।