நீர்இன்று அமையா யாக்கைக் கெல்லாம்;
உண்டி கொடுத்தோர் உயிர் கொடுத்தோரே;
உண்டி முதற்றே உணவின் பிண்டம்;
உணவெனப்படுவது நிலத்தொடு நீரே;
நீரும் நிலனும் புணரியோர், ஈண்டு
உடம்பும் உயிரும் படைத்திசினோரே’.
(புறநானூறு -18)
மனிதன் அறிந்துகொண்ட பொருள்களில் நீருக்கு இணையான பழமையானதும், அதே நேரத்தில் இன்றும் ஆச்சரியத்தைத் தருவதுமான பொருள் வேறு எதுவும் இல்லை. மனிதன் பரிணாம வளர்ச்சியின் தொடக்கத்திலிருந்தே நீரை எதிர்கொண்டிருக்கிறான். குடிப்பதற்கும் உயிர் வாழ்வதற்கும் நீர் அவசியம் என்பதை அறிவதற்கு எந்த அறிவியல் ஆய்வும் தேவையில்லை. இயற்கையோடு வாழ்ந்த அனுபவமே அந்த அறிவைக் கொடுத்தது. ஆனால் நீர் வெறும் திரவம் மட்டும் இல்லை, அது உறைகிறது, ஆவியாகிறது, மீண்டும் திரவமாகிறது; வெப்பத்தைத் தன்னுள் ஏந்திச் செல்கிறது; பொருள்களை கரைக்கிறது; அழுத்தத்துடன் அடைக்கப்பட்டால் வலிமையை வெளிப்படுத்துகிறது. இத்தகைய இயற்பியல், வேதியியல் பண்புகளை மனிதன் பல ஆயிரம் ஆண்டுகளாக அனுபவத்தின் வழியாக அறிந்து கொண்டான்.
ஆனால் நீரின் ஒரு வடிவம் மனித நாகரிகத்தின் வரலாற்றையே மாற்றியது என்றால், அதுதான் நீராவி நிலையில் உள்ள நீர். கொதிக்கும்போது மேலே எழும் வெண்மையான, சில சமயங்களில் கண்ணுக்குத் தெரியாத அந்த ஆவி, பண்டைய மனிதனுக்கு புதிராக இருந்திருக்கலாம். ஆனால் அதன் பயனை அவன் அறிவியல் கோட்பாடுகளின்றியே கற்றுக்கொண்டான். உணவை வேக வைப்பதிலிருந்து பொருள்களைச் சுத்திகரிப்பது வரை, உலோகங்களைச் செயல்படுத்துவதிலிருந்து பின்னாளில் இயந்திரங்களை இயக்குவது வரை, நீராவி மனிதனின் கைகளில் படிப்படியாக தொழில்நுட்பக் கருவியாக மாறியது.
இன்று நாம் நீரை H₂O என்ற மூலக்கூறாகப் பார்க்கிறோம். அதன் மூலக்கூறு அமைப்பு, ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு, கொதிநிலை, ஆவியாதல் வெப்பம், ஆவி அழுத்தம் போன்றவற்றை பல்வேறு முறைகளில் கணக்கிட முடிகிறது. ஆனால் இந்த அறிவு மிகவும் பிற்காலத்தில்தான் உருவானது. மனிதன் முதலில் நீரின் சக்தியைப் பயன்படுத்தக் கற்றுக்கொண்டான்; அதன் பின்னரே நீர் ஏன் இவ்வாறு நடக்கிறது என்பதை அறிவியல் விளக்கியது. அறிவியல் முதலில் தோன்றி அதன் அடிப்படையில் தொழில்நுட்பம் உருவானது என்கிற கண்ணோட்டத்தைவிட இதை வேறு விதத்தில் பார்ப்பது மிகவும் சுவாரசியமானது. பல சந்தர்ப்பங்களில் தொழில்நுட்ப அனுபவமே அறிவியலைக் கேள்வி கேட்க வைத்தது. எடுத்துக்காட்டாக, நீர் குடிப்பதிலிருந்து நாகரிகத்தை உருவாக்குவது வரை
மனிதனின் முதல் பாடம் மிகவும் எளிமையானது. நீர் இல்லாமல் உயிர் இல்லை என்பதை உணர்ந்திருந்த மனிதன் வேட்டையாடி, சேகரித்து வாழ்ந்த வாழ்க்கையிலிருந்து நிலையான குடியிருப்புகளுக்கும் விவசாயத்திற்கும் நகர்ந்தபோது, நீருடனான அவனுடைய உறவு மாறியது.
நைல் நதிக்கரையோர எகிப்தியர்களும், டைகிரிஸ், யூப்ரடீஸ் நதிகளுக்கிடையேயான மெசொப்பொதேமியர்களும், சிந்து, கங்கை நதிகளைச் சுற்றியிருந்த இந்தியர்களும், சீனாவின் பெரும் நதிகளைச் சார்ந்து வசித்தவர்களும், நீரை வெறும் இயற்கை வளமாகப் பார்க்கவில்லை. அதைச் சேமிக்கவும், திருப்பிவிடவும், உயர்த்தவும், வயல்களுக்கு எடுத்துச் செல்லவும், வெள்ளத்தை கட்டுப்படுத்தவும் கற்றுக்கொண்டனர். கால்வாய்கள், கிணறுகள், நீர்த்தேக்கங்கள், அணைகள், நீரை உயர்த்தும் கருவிகள் ஆகியவை பழங்கால மனிதனின் பொறியியல் சாதனைகளாகும். இதன் மூலம் நீரானது மனிதனால் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய பொறியியல் ஊடகம் ஆனது. ஆனால் இதற்குப் பிறகு இன்னும் ஆழமான மாற்றம் ஒன்று ஏற்பட்டது. மனிதன் நீரை சூடாக்கத் தொடங்கியபோது, அதன் வேறொரு முகத்தைக் கண்டான்.
கொதிக்கும் நீரிலிருந்து நீராவி வரை
தீயின் மீது வைக்கப்பட்ட பாத்திரத்தில் நீர் சூடாகும் போது, முதலில் சிறிய குமிழிகள் தோன்றும். பின்னர் அவை பெரிதாகி மேலே எழும். பாத்திரத்தின் மேல் குளிர்ந்த தட்டை வைக்கும்போது வெளியேறும் ஆவி, தட்டின் பின்புறத்தில் மீண்டும் சிறு நீர்த்துளிகளாக மாறும். இதை ஆரம்ப காலத்திலிருந்து அனைவரும் கண்டு ரசித்திருப்போம். ஆனால் ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, இது அற்புதமான காட்சியாக இருந்திருக்க வேண்டும்.
கொதிக்கும் நீருக்கு மேலே உணவுப் பொருளை வைத்தால், உணவு நேரடியாக நீரில் மூழ்காமல் வேகத் தொடங்கியது. நீர் தன்னுடைய வெப்பத்தை நீராவியின் மூலம் மற்றொரு பொருளுக்குக் கொண்டு செல்வதை அக்கால மனிதன் உணர்ந்திருப்பான். அதாவது நீரை சூடாக்கினால், அது வெப்பத்தை எடுத்துச் செல்லும் புதிய வடிவமாக மாறுகிறது என்கின்ற கருத்து, ஆய்வகத்தில் இல்லை, அடுக்களையில் பிறந்திருக்கலாம்.
பல பழைய சமூகங்கள், நீராவியால் பல்வேறு செயல்களை மேற்கொண்டுள்ளது. தென்னிந்திய பாரம்பரிய உணவுகளான இட்லி, புட்டு, இடியாப்பம் போன்றவைகளின் செய்முறைகளும் இதில் அடங்கும். உணவுப் பொருள் நேரடியாகத் தீயைத் தொடாவிட்டாலும், தீயின் வெப்பம் நீர் பின்னர் நீராவி வழியாக உணவுப் பொருளுக்குச் செல்கிறது. இங்கே நவீன வெப்பவியலின் மொழியில் உள்ளுறை வெப்பம்(latent heat), வெப்பப் பரிமாற்றம்(heat transfer), ஆவியமுக்கம்(vapour pressure) போன்ற சொற்கள் எதுவும் தேவையில்லை. நீராவி மிகவும் திறமையான வெப்ப ஊடகம் என்ற உண்மையை அனுபவம் மூலமாக பண்டைய மனிதன் அறிந்து கொண்டான். மேலும் பாத்திரத்தை மூடி வைக்கவும் போது, நீராவி உடனடியாக வெளியேறாமல் சூடு நீண்ட நேரம் நிலைப்பதற்கு உதவுகிறது. நீராவியைத் தடுக்கும்போது அதன் அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது என்பதை அறிவியல் ரீதியாகப் புரிந்து கொண்ட பின்னர் பிரஷ்ஷர் குக்கரை உருவாக்கினான். அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது நீரின் கொதிநிலை உயர்வதால், சாதாரண வளிமண்டல அழுத்தத்தில் கிடைக்கும் வெப்பநிலையைவிட அதிகமான வெப்பநிலையில் உணவு வேகுகிறது. இந்த நவீன வெப்ப இயக்கவியலின் முக்கியமான கருத்து அன்றைய மனிதனிடம் சமையல் அனுபவமாக இருந்திருக்கும்.
பண்டைய எகிப்தில் நைல் நதி வாழ்க்கையின் மையமாக இருந்தது. மெசொபொத்தேமியாவில் டைகிரிஸ், யூப்ரடீஸ் நதிகள் விவசாயத்தையும் நகர வாழ்க்கையையும் சீரமைத்தன. இவர்கள் முதலில் நீரைப் பெரிய அளவில் கட்டுப்படுத்துவதற்காக, கால்வாய்கள், நீரைச் சேமிக்கும் அமைப்புகள், கிணறுகள், நீரை உயர்த்தும் கருவிகள் போன்றவைகளை பொறியியல் சிந்தனை அடிப்படையில் தொடங்கினர். எகிப்தியர்களின் shaduf இதற்கு சிறந்த உதாரணம். நீண்ட கம்பியின் முனையில் நீரை எடுக்கும் பாத்திரமும் மறுமுனையில் எதிரெடையும் எடையும் அமைக்கப்பட்டிருந்தது. இதன் மூலம் கீழே இருந்த நீரை மேலே உயர்த்த முடிந்தது. இங்கு நீர் ஒரு புதிய அர்த்தத்தைப் பெற்றது. இங்கு மனிதன் இயற்கையில் கிடைக்கும் நீரைப் பயன்படுத்துவது மட்டுமல்லாமல், அதன் இயக்கத்தையும் நிலைமையையும் மாற்றிக் கட்டுப்படுத்தத் தொடங்கினான்.
பின்னாளில் தோன்றிய தொழிற்புரட்சிக்கும் இது மாதிரியான சிந்தனை தேவைப்பட்டது. இயற்கை நிகழ்வை கவனித்து, அதன் விதிகளைப் புரிந்து கொண்டு, தனக்குப் பயன்படும் வகையில் அதை இயக்குவதே தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படை.
தாலீஸ் ஆஃப் மிலேட்டஸ் போன்ற பண்டைய கிரேக்க சிந்தனையாளர்கள் நீரின் பயன்பாட்டைக் கடந்து அதன் இயல்பைப் பற்றி கேள்விகள் எழுப்பினர். ஏனெனில் நீர் மனிதனின் சிந்தனையில் வெறும் இயற்கைப் பொருளாக இல்லாமல், பொருளின் அடிப்படை இயல்பு என்ன? என்ற தத்துவக் கேள்வியின் மையமாக மாறியிருந்தது. அரிஸ்டாட்டிலும் நீரை நான்கு அடிப்படைத் தனிமங்களில் ஒன்றாகக் கருதினார். இந்திய தத்துவ ஞானிகள் ஆகாயத்தையும் இணைத்து பஞ்சபூதங்களாக கருதினர். இக்கருத்துகள் நவீன அறிவியலின் அடிப்படையில் சரியில்லை என்றாலும், வரலாற்று ரீதியில் அது முக்கியமானது.
ஒரு பொருள் சூடாக்கப்படும்போதோ, குளிரவைக்கும்போதோ, வடிவ மாற்றத்திலோ, அதன் இயல்பு மாறுகிறதா என்கின்ற கேள்வி இன்றும் தொடர்கிறது.
இந்தக் கேள்விகளுக்கு நீர் மிகச் சிறந்த இயற்கை உதாரணமாக இருந்தது. சாதாரண வெப்ப நிலையில் திரவமாக இருக்கும் நீர், உறைந்தால் பனியாகிறது, சூடாக்கினால் ஆவியாகிறது; ஆவி மீண்டும் குளிர்ந்தால் நீராகிறது. ஆவியாதல், ஒடுக்கம், கொதித்தல் ஆகிய நிகழ்வுகளின் மர்மம் பல நூற்றாண்டுகளாக நமது அறிவியலைத் தொடர்ந்து சவால் செய்து கொண்டிருக்கிறது.
பண்டைய சீன நாகரிகம் வெப்பத்தையும் உலோகவியலையும் மிகுந்த திறமையுடன் பயன்படுத்திய ஒன்றாகும். இரும்பு உற்பத்தி, உலைகள், காற்றோட்ட அமைப்புகள் போன்ற தொழில்நுட்பங்களில் சீனர்கள் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களை அடைந்தனர். பெரிய உலைகளில் வெப்பநிலையை உயர்த்துவதற்கு காற்றின் இயக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது அவசியமாக இருந்தது. இதன் மூலம் அவர்கள் இன்னொரு முக்கியமான உண்மையை அறிந்துகொண்டனர். வெப்பத்தையும் காற்றின் ஓட்டத்தையும் கட்டுப்படுத்தினால் பொருள்களின் இயல்பை மாற்ற முடியும் என்று. சீன தொழில்நுட்ப மரபுகளில் வெப்பம், நீர், நீராவியுடன் தொடர்புடைய பல நடைமுறைப் பயன்பாடுகளும் உருவாகின. இவை எதுவும் நீரின் மூலக்கூறு அமைப்பை அறிந்த அறிவியல் தொழில்நுட்பங்கள் அல்ல; அவை அனுபவத்தால் மட்டுமே உருவானவை.
இதுதான் உலகின் பல பழைய நாகரிகங்களில், தொழில்நுட்பம் பல சமயங்களில் கோட்பாட்டுக்கு முன்பே பிறந்தது என்கின்ற முக்கியமான வரலாற்றுப் பாடம்.
மனிதன் நீராவி என்ன செய்யும் என்பதை முதலில் கண்டறிந்தான்; அது ஏன் அப்படிச் செய்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ள பல நூற்றாண்டுகள் எடுத்துக்கொண்டான்.
ரோமானியர்களின் குளியல் நிலையங்கள் (Roman baths) வெறும் குளிக்கும் இடங்கள் அல்ல. அவை வெப்பத்தை கட்டுப்படுத்திய மிகப் பெரிய பொறியியல் அமைப்புகள். Hypocaust எனப்படும் அமைப்பில் அடுப்பில் உருவான சூடான ஆவி தரையின் கீழும் சுவர்களின் வழியாகவும் செலுத்தப்பட்டு, நீர் சூடாக்கப்படுகிறது. காற்றும் வெப்பமடைந்து கட்டிடத்தின் வெவ்வேறு பகுதிகளை உஷ்ணப்படுத்துகிறது. ரோமானியர்களின் வெப்பம் கடத்தும் பொறியியல் மனித முன்னேற்றத்தின் மற்றொரு உதாரணம்.
நீர், சூடான நீர், சூடான காற்று ஆகியவை
வெப்பம் கடத்துவதற்கும், கட்டுப்படுத்தவும் ஊடகங்களாக மாறின.
நீராவியிலிருந்து வடித்தல் வரை
நீராவியின் வரலாற்றில் இன்னொரு பகுதி வடித்தல் (distillation) ஆகும். திரவக்கலவை ஒன்றைச் சூடாக்கும்போது, அதிலுள்ள சில கூறுகள் மற்றவற்றைவிட எளிதாக ஆவியாகின்றன. அந்த ஆவியை வேறு இடத்துக்குக் கொண்டு சென்று குளிர்படுத்தினால் அது மீண்டும் திரவமாக மாறும். இதன் மூலம் கலவையில் இருந்த கூறுகளைப் பிரிக்க முடியும். பண்டைய மற்றும் இடைக்கால ரசவாதிகள் இந்தக் கொள்கையைப் பயன்படுத்தி பலவகையான கருவிகளை உருவாக்கினர். Alembic எனப்படும் வடித்தல் கருவி இதன் வரலாற்றில் முக்கியமானது. இவைகளை இன்றும் அருட்காட்சி சாலைகளில் பார்க்க முடியும்.
இப்போது நீராவி வெறும் குடுவையிலிருந்து வெளியேறும் பொருளாக இல்லாமல், கலவை திரவங்களைப் பிரிக்கவும் சுத்திகரிக்கவும் பயன்படும் வேதியியல் கருவியாக மாறியது.
வடித்தல் பின்னர் வேதியியல், மருந்தியல், வாசனைத் திரவியத் தயாரிப்பு, பின்னாளில் பெட்ரோலிய சுத்திகரிப்பு போன்ற தொழில்களின் அடிப்படைக் கருவிகளில் ஒன்றாக மாறியது. நீருடன் இணைந்த மனித உறவில் நிகழ்ந்த மிகப் பெரிய மாற்றம், இந்த செயற்பாட்டு ஊடகம்தான்.
இந்திய உலோகவியல், பாரம்பரிய வேதியியல் மரபுகளிலும் வெப்பம், ஆவி போன்றவற்றில் மூடிய பாத்திரங்கள் பற்றிய நடைமுறை அறிவு காணப்படுகிறது. குறிப்பாக ரசசாஸ்திரம் போன்ற மரபுகளில் சூடாக்குதல், பதங்கமாதல்(sublimation), வடித்தல், சுத்திகரித்தல் போன்ற செயல்முறைகளுக்காக பலவகையான கருவிகளும் பாத்திரங்களும் பயன்படுத்தப்பட்டன.
இத்தகைய பழைய நடைமுறைகளை நவீன அறிவியலின் கோட்பாடுகளாக மாற்றிப் பார்க்கக் கூடாது. அக்காலத்தில் மூலக்கூறு அமைப்பு, வெப்ப இயக்கவியல், ஆவியழுத்தம் போன்ற கருத்துகள் இன்றைய வடிவில் அறியப்படவில்லை. ஆனால் அவர்களுக்குக் கிடைத்த அனுபவ அறிவு தலைமுறைகள் கடந்து சேர்ந்து கொண்டே இருந்தது. பின்னர் நவீன அறிவியல் அந்த அனுபவங்களுக்கு அளவீடுகளையும் கோட்பாடுகளையும் வழங்கத் தொடங்கியது.
நீராவியின் நிலை உணர்ந்த அறிவியல் திருப்புமுனை
பதினேழாம், பதினெட்டாம் நூற்றாண்டுகளில் ஐரோப்பாவில் அறிவியலில் பெரிய மாற்றம் ஏற்பட்டது. இயற்கை நிகழ்வுகளை வெறும் தரமான விளக்கங்களால் விவரிப்பதற்குப் பதிலாக அவற்றை அளவிடும் பழக்கம் உருவானது. வெப்பமானி வெப்பநிலையை அளவிட, காற்றழுத்தமானி வளிமண்டல அழுத்தத்தை அளவிட, காற்றை வெளியேற்றும் கருவிகள் வாயுக்களின் தன்மையைப் புரிந்துகொள்ள உதவின. ராபர்ட் பாயில்(Robert Boyle) மற்றும் பிற விஞ்ஞானிகள் அழுத்தம், கனஅளவு ஆகியவற்றின் தொடர்பைப் பற்றி ஆய்வு செய்தனர். பின்னர் பல விஞ்ஞானிகள் கொதித்தல், ஆவியாதல், ஒடுக்கம், வாயுக்களின் இயல்பு ஆகியவற்றை ஆராயத் தொடங்கினர். இதன் மூலம் அறிவியல் விளக்கம் படிப்படியாகத் தெளிவானது.
திரவ நீரும், நீராவியும் ஒரே பொருளின் இரண்டு நிலைகள் என்பதை அறிவியல் அளவீடுகள் தெளிவாக்கின. மனிதன் நீராவியைப் பயன்படுத்திக் கொண்டிருந்தான். இப்போது அவன் அதை அளக்கவும் தொடங்கினான். பதினேழாம் நூற்றாண்டின் இறுதியில் டெனிஸ் பாபின்(Denis Papin) என்ற விஞ்ஞானி நீரை அழுத்தத்தின் கீழ் சூடாக்குவதற்கான கருவியை உருவாக்கினார். அது பின்னர் “steam digester” என அழைக்கப்பட்டது. நவீன பிரஷர் குக்கரின் ஆரம்பகால முன்னோடிகளில் ஒன்றாக இதைக் கருதலாம்.
மூடிய பாத்திரத்தில் நீரைச் சூடாக்கும்போது, நீராவி வெளியேற முடியாததால் உள்ளே அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது நீரின் கொதிநிலையும் உயர்கிறது. பாபினின் இந்தக் கருவி உணவை வேகமாகச் சமைக்க முடியும் என்பதோடு மட்டுமல்லாமல், அழுத்தப்பட்ட நீராவி இயந்திரப் பணியையும் செய்யக்கூடும் என்ற சிந்தனையை உருவாக்கியது.
பதினெட்டாம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் மனித வரலாற்றில் ஒரு தீர்மானமான மாற்றம் ஏற்பட்டது. தாமஸ் நியூகமன்(Thomas Newcomen) சுமார் 1712ஆம் ஆண்டில் atmospheric steam engine-ஐ உருவாக்கினார். அதன் முக்கியப் பயன்பாடு சுரங்கங்களில் தேங்கியிருந்த நீரை வெளியேற்றுவதாகும்.
அதன் அடிப்படைக் கொள்கை மிகவும் சுவாரசியமானது. ஒரு உருளைக்குள் செலுத்தப்பட்ட நீராவி பிஸ்டனைத் தள்ளியது. பின்னர் அந்த நீராவி குளிர்விக்கப்பட்டு ஒடுக்கப்பட்டது. உள்ளே அழுத்தம் குறைந்தபோது வெளிப்புற வளிமண்டல அழுத்தம் பிஸ்டனை மீண்டும் கீழே தள்ளியது. மீண்டும் மீண்டும் நிகழ்ந்த இந்தச் சுழற்சியைக் கண்ட மனிதன், நீராவியின் வெப்பத்தை இயந்திர இயக்கமாக மாற்றத் தொடங்கினான். நீராவி இயந்திரத்தை திறமையானதாக மாற்றியதில் ஜேம்ஸ் வாட்ஸின் பங்களிப்பு மிகப் பெரியது.
நீராவி உலகத்தை மாற்றிய தொழிற்புரட்சி
சுரங்கங்களில் இருந்து நீரை வெளியேற்றுதல், நெசவுத் தொழிற்சாலைகள், கப்பல்கள், ரயில் என்ஜின்கள் போன்றவை நீராவி இயந்திரங்களால் இயக்கப்பட, அது தொழிற்புரட்சியின் மிகப் பெரிய ஆற்றல் ஊடகங்களில் ஒன்றாக மாறியது.மனிதன் உருவாக்கிய நீராவி இயந்திரங்களின் செயல்பாடுகளைப் புரிந்துகொள்ள விஞ்ஞானிகள் முயன்றனர்.
வெப்ப இயந்திரத்தின் திறன், எவ்வாறு வெப்பத்தை இயந்திரப் பணியாக மாற்றுவது, எவ்வளவு வெப்பம் வீணாகிறது, ஒரு இயந்திரம் மற்றொன்றைவிட ஏன் திறமையானது போன்ற கேள்விகளுக்கான விடை தேடலில், சாடி கார்னோ (Sadi Carnot), ஜேம்ஸ் பிரெஸ்காட் ஜூல் (James Prescott Joule), ருடால்ஃப் கிளாசியஸ்(Rudolf Claussius), வில்லியம் தாம்சன்(Willium Thomson, லார்ட் கெல்வின்(Lord Kelvin) போன்றவர்களின் பங்களிப்பு மிகவும் முக்கியமானது; அது வெப்ப இயக்கவியல்(Thermodynamics) என்ற அறிவியலை உருவாக்கியது. இதனால் நீர், நீராவி இரண்டும் அறிவியலின் ஆய்வுப் பொருளாக மட்டுமல்லாமல், இயற்கையின் அடிப்படை விதிகளை கண்டறிய உதவும் பரிசோதனைக் கருவிகளாகவும் மாறின. வெப்பம், அழுத்தம், வெப்பநிலை ஆகியவைகளின் தொடர்புகளைப் புரிந்துகொண்டபோது, நீராவியின் பயன்பாடுகளும் விரிவடைந்தன.
உயர் அழுத்தக் கொதிகலன்கள் உருவாக்கப்பட்டன. அதிக அழுத்தத்தில் உருவான நீராவி சக்திவாய்ந்த இயந்திரங்களை இயக்கியது. எடுத்துக்காட்டாக, உயர் அழுத்த நீராவி, விசிறி போன்ற சுழலும் பிளேடுகளின் வழியாக விரிவடையும்போது, அதன் ஆற்றலின் ஒரு பகுதி சுழற்சி இயக்கமாக மாறி, ஜெனரேட்டரை இயக்கி மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது. அணுமின் நிலையத்தில் நிலக்கரி, எண்ணெய் எரிப்பதற்குப் பதிலாக அணுக்கரு ஆற்றல் தரும் வெப்பம் நீரைச் சூடாக்கி டர்பைனை இயக்கி ஜெனெரேட்டர் மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது.
அறிவியல் முன்னேறியபோது, அழுத்தத்தின் கீழ் சூடான நீர் வெறும் வெப்பத்தை எடுத்துச் செல்லும் பொருள் மட்டும் அல்ல, அதிக வெப்பநிலையும், அழுத்தமும் இணையும்போது, நீரால் பல பொருட்களை கரைக்கவும், அயன்களையும், வேதிப்பொருட்களையும் வேறு இடத்திற்கு எடுத்துச் சென்று புதிய படிகங்களாக உருவாக்க முடியும் என்பதைக் கண்டறிந்தனர்.
இதையும் இயற்கை பல மில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பிருந்தே செய்து கொண்டிருந்தது என்பதை உணர்ந்த புவியியலாளர்கள், இந்தச் செயல்முறையை ஆய்வகத்தில் உருவாக்க முயன்றனர். இந்த நீர்வெப்ப வேதியயல்(hydrothermal chemistry), மூடிய அழுத்தக் கலன்களை(autoclaves) ஊடகமாகப் பயன்படுத்தி குவார்ட்ஸ் (quartz), ஜியோலைட் (zeolites) போன்ற படிகங்களைத் தயாரிக்கத் தொடங்கினர்.
அறுபதுகளில் தமிழ்நாட்டின் ஒரு கிராமத்திலுள்ள அடுக்களையில், பாட்டி ஒருவர் இட்லி மாவை பாத்திரத்தில் வைத்து நீராவியில் வேக வைக்கிறார். புட்டு, இடியாப்பம் போன்ற உணவுகளும் நீராவியின் துணையோடு உருவாகின்றன. மூடிய பாத்திரத்துக்குள் நீர் கொதிக்கும்போது உருவாகும் நீராவி உணவுக்குள் வெப்பத்தை எடுத்துச் சென்று அதன் தன்மையை மாற்றுகிறது. அவருக்கு ஆவியழுத்தம், வெப்ப இயக்கவியல், மூலக்கூறு இயக்கம் போன்ற அறிவியல் சொற்களைப் பற்றித் தெரிந்திருக்க வாய்ப்பில்லை, அவசியமும் இல்லை. ஆனால் தலைமுறைகளின் அனுபவம், சூடான நீரும் நீராவியும் ஒரு மூடிய பாத்திரத்தில் அடைக்கப்பட்டால் அதன் செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது என்ற உண்மையை ஏற்கனவே கற்றுக் கொடுத்திருந்தது.
பல நூற்றாண்டுகளுக்குப் பிறகு, இந்த அடிப்படை எண்ணம் அறிவியல் ஆய்வகத்துக்குள் நுழைந்தது. ஆனால் இங்கு மூடிய ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல் உலைக்குள் டெஃப்லான் (Teflon) பாத்திரத்தில் இருக்கும் நீர், வேதிப்பொருள்களின் கலவை வெப்பமும் அழுத்தமும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட நிலையில் புதிய படிகங்களை உருவாக்கியது. இந்த நீர்வெப்பத் தொகுப்புருவாக்கம் (hydrothermal synthesis) என்ற செய்முறை, குவார்ட்ஸ் போன்ற படிகங்களை உருவாக்கி நம் கைக்கடிகாரத்தின் நேரத்தைக் காண்பிக்கவும், நுண்துளைகள் கொண்ட ஜியோலைட் படிகங்களைத் தயாரித்து பெட்ரோல் சுத்திகரிப்புக்குப் (petroleum refining) பயன்படுத்தவும் செயல்படுகிறது. தற்போது, இதைவிடப் புதிய கட்டத்தில், உலோக-கரிம கட்டமைப்புகள்(metal–organic framework or MOF) எனப்படும் விரும்பியபடி வடிவமைக்கப்படும் நுண்துளைப் படிகங்கள், பொருளைப் பயன்படுத்திய நிலையிலிருந்து, மனிதனை அதன் அணு மற்றும் மூலக்கூறு கட்டிடக்கலையையே வடிவமைக்கத் தொடங்க வைத்துள்ளது.
நீராவி கற்றுக் கொடுத்த முதல் பாடம்
ஆய்வகத்தில் காணப்படும், hydrothermal autoclave வெளியிலிருந்து பார்க்கும்போது வலிமையான உலோகப் பாத்திரமாகத் தோன்றினாலும், அதற்குள்ளே சிறிய செயற்கை பூமி உருவாக்கப்படுகிறது. நீர் கரைப்பானாகச் செயல்படும்போது, அதிக வெப்பநிலையில் அதன் இயற் பண்புகள் மாறுகின்றன. அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது அதன் கொதிநிலையும் மாறுகிறது. பல கனிமப் பொருள்கள் சாதாரண சூழலில் எளிதில் கரையாவிட்டாலும், சூடான அழுத்தமுள்ள நீரில் வேறுவிதமாக நடந்து கொள்ளலாம்.
இயற்கை பில்லியன் ஆண்டுகளாக இதுபோன்ற செயல்களை நடத்திக் கொண்டு இருக்கிறது. பூமியின் ஆழத்தில் சூடான நீர் பாறைகளுக்குள் சென்று சில கனிமங்களை கரைக்கிறது. அந்தக் கரைசல் வேறு இடத்துக்குச் சென்று வெப்பநிலை, அழுத்தம் மூலமாக வேதியியல் சூழல் மாறும்போது கனிமங்கள் மீண்டும் படிகமாகலாம். இயற்கையின் கோடிக்கணக்கான ஆண்டுகால செயல்முறையை, புவிவேதியியலாளர் (geochemist) தனது ஆய்வகத்தில், சில நாட்கள் அல்லது வாரங்களில் கட்டுப்படுத்த முயற்சிக்கிறார்.
பூமியின் குவார்ட்ஸ் படிகத்திலிருந்து கைக்கடிகாரத்தின் இதயம் வரை
இயற்கையில் கிடைக்கும் அழகான குவார்ட்ஸ் (silicon dioxide, SiO₂) படிகங்களை பல அருங்காட்சியகத்தில் காண முடியும். இந்தியாவில் விற்கப்படும் டைட்டன் குவார்ட்ஸ் கடிகாரத்தில் உள்ள குவார்ட்ஸ் படிகம் மைக்ரோ அளவிலான டிஜிட்டல், அனலாக்(analogue) போன்றவற்றின் இயக்கவியலுக்காக, பொதுவாக 32,768Hz அதிர்வெண்ணில் துடிக்கும் மிகச்சிறிய வடிவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சில மில்லிமீட்டர்கள் மட்டுமே இருக்கும் இந்த நுண்ணிய வடிவமைப்பு, மின்சாரம் பாயும் போது துல்லியமாக அதிர்ந்து நேரத்தைக் கணக்கிடுகிறது. மின்னணு கடிகாரத்தில் பயன்படுத்தப்படும் குவார்ட்ஸ்க்கு தூய்மை, படிக திசை அமைவு(crystal orientation), இயந்திர பண்புகள் போன்றவை மிகவும் அவசியமானதால், நீர்ம வெப்பத்தொகுப்பு முறையில் சிலிக்காவை கொண்ட வேதிப்பொருள் மற்றும் வளர்ப்பு படிகத்துடன் உருவாகும்.
க்வார்ட்ஸ் கைக்கடிகாரம் எப்படி இயங்குகிறது? ஒரு காணொளி இங்கே விளக்குகிறது.
Source: ASM International https://share.google/y7uJo5eofJGGQ17yY
மின்னணுவியல் சாதனங்களுக்காக வளர்க்கப்படும் செயற்கை குவார்ட்ஸ், பொதுவாக சுமார் 2-10cm தடிமனும், 15-20cm நீளமும் கொண்ட பெரிய தொழில்துறை கட்டிகளாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த கட்டிகள் பின்னர் மெல்லிய தகடுகளாக வெட்டப்பட்டு, குவார்ட்ஸ் கைக்கடிகாரங்களுக்குள் பயன்படுத்தப்படும் சுமார் 2-6 மிமீ நீளம் இசைக்கருவி முள் போன்ற அதிர்வுமானிகளாக (tuning forks) துல்லியமாக வெட்டப்படுகின்றன. அதன் இறுதி வடிவங்களில் ஒன்றுதான் quartz watch-ல் காணப்படும் சிறிய tuning-fork resonator.
சிறிய குவார்ட்ஸ் படிகம் எப்படி நேரத்தை கணக்கிடுகிறது?
குவார்ட்ஸ்ஸின் முக்கியமான பண்புகளில் ஒன்று அழுத்த மின்சாரம் (piezoelectricity). அதற்கு மின்புலம் கொடுத்தால், அது சிறிதளவு இயந்திர உருமாற்றம் (mechanical deformation) அடைகிறது. அதேபோல் அதை அதிரச் செய்தால் மின் சமிக்கை உருவாகும். குவார்ட்ஸ் கடிகாரம் இந்த எலெக்ட்ரோ-மெக்கானிக்கல் இணைப்பை மிகவும் திறமையாகப் பயன்படுத்துகிறது.
டைட்டன் வாட்ச்சில் பயன்படுத்தப்படும் tuning-fork resonator சுமார் 32,768Hz அதிர்வெண்ணில், அதாவது ஒரு வினாடியில் 32,768 (32,768->16,384->8,192->….4->2->1 or 215) முறை அதிர்கிறது; இறுதியில் ஒரு வினாடிக்கு ஒரு pulse கிடைக்கிறது. அந்த மின்னதிர்வு ஒரு சிறிய படிநிலையையும் (stepping motor), தொடர்ந்து பல்லிணையையும்(gear) இயக்கி பின்னர் கடிகார முள்ளை நகர்த்துகிறது. நாம் கடிகாரத்தில் பார்க்கும் மெதுவான “டிக்” என்பது உண்மையில் குவார்ட்ஸ் படிகத்தின் ஆயிரக்கணக்கான அதிர்வுகளில் ஒன்றின் விளைவு.
ஜியோலைட் படிகம் பகிரும் நுண்துளைக் கட்டமைப்பு
ஜியோலைட் படிகத்தை வெளியிலிருந்து பார்க்கும்போது சாதாரண கனிமப் படிகத்தைப் போலத் தோன்றும். ஆனால் அதனை மூலக்கூறு அளவில் பார்க்கும்போது அதனுள் நெருக்கமான பாதைகளும், துவாரங்களும் கொண்ட சிக்கலான முப்பரிமாண அமைப்பை காண முடியும். அதனால் ஜியோலைட்டை மூலகச் சல்லடை(molecular sieve) என்று அழைக்கிறார்கள். மேலும், அதன் நுண்துளைகள் மூலகங்களைப் பிரிப்பதற்கும், அவற்றை குறிப்பிட்ட வேதியியல் பாதைக்குள் எடுத்துச் சென்று, தேர்ந்தெடுத்த வினையூக்கச் செயல்கள் (catalytic reaction) புரியவும் பயன்படுகின்றன.
இங்கே படிகமானது வெறும் ஒழுங்காக அடுக்கப்பட்ட அணுக்களாகவோ, மூலகமாகவோ இல்லாமல் நுண்ணிய மூலக்கூட்டமைப்பாக மாறியுள்ளது.
ஜியோலைட் பெரும்பாலும் சிலிக்கான், அலுமினியம் ஆக்சிஜன் அணுக்களால் பிணைக்கப்பட்ட அலுமினோசிலிகேட் கட்டமைப்பாகும். குவார்ட்ஸ் கட்டமைப்பில் அலுமினியம்(3+) சிலிகானை(4+) இடம்பெயரும்போது மின்சுமைச் சமன்(charge balance) தேவைப்படுகிறது. பொருத்தமான அயனிப் பரிமாற்றம்(ion-exchange), செயலூக்க(activation) முறைகளுக்குப் பிறகு ஜியோலைட் நுண்துளைக்குள் அமிலத் தன்மையை(acidic sites) உருவாக்க முடியும். இதன் மூலம் நீரகக்கரிமங்களை (hydrocarbon molecules) வேதியலுக்கு ஏற்ற நிலையில் கொண்டு வர முடியும். அதாவது, ஜியோலைட்டில் உள்ள நுண்துளைகள் சிறிய எதிர்வினை புரியும் கூடமாக(reaction chamber) ஆக செயல் புரிகிறது. இங்கு மூலகம் ஒன்று வரும்போது, அது வினையூக்கியை சந்தித்து, ரசாயன பிணைப்புகளை ஊக்குவிக்கலாம், உடைக்கலாம், சீரமைக்கலாம்; பின்னர் உருவாகும் புதிய மூலகங்களை வெளியேற்றலாம்.
பெட்ரோல் கலவையின் மிகப்பெரிய சவால்
எண்ணெய் சுத்திகரிக்கும் தொழிற்சாலையின் மிக முக்கியமான சவால், எப்படி வடிவிலும், அளவிலும் மாறுபட்ட மதிப்புள்ள நீரகக்கரிமங்களை சிறிய, அதிக பயனுள்ள மூலகங்களாக மாற்றுவதாகும். இதற்காக வெப்பத்தைத் தவிர, எந்த வேதியல் பாதையில் வினையூக்கி மூலம் வேண்டிய மாற்றம் அடைவதை கட்டுப்படுத்த முடியும் என்பதையும் கணிக்க வேண்டும். இந்த செயல்முறையை வினையூக்கியால் முறித்தல் (catalytic cracking) என்று அழைப்பார்கள்.
1960களில் செயற்கை ஜியோலைட்டான faujasite-type, குறிப்பாக zeolite Y, பாய்ம வினையூக்க முறிப்பு (fluid catalytic cracking அல்லது FCC) முக்கியமான வினையூக்கிகளாக பயன்படுத்தப்பட்டன. பின்னர் மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஜியோலைட்-Y பல முக்கிய கூறுகளாக நிலைத்தன.
பெரிய நீரகக்கரிமம் ஜியோலைட் துளைக்குள் நுழையக்கூடிய அளவு வடிவம் கொண்டிருந்தால், அது உள்ளே சென்று, அங்கிருக்கும் அமில தன்மையினால் ரசாயன பிணைப்பு ஊக்கமடைந்து, வேதியல் மாற்றம் நிகழ்கிறது. C–C பிணைப்புகள் உடைந்து சிறிய மூலகமாகவோ அல்லது கிளையுடைய நீரகக்கரிமமாகவோ(branched hydrocarbon) உருவாகி, அங்குள்ள வாயில்கள் வழியாக வெளியேறும். இந்த வேதியல் வினை ஒவ்வொரு படிகத்திலும் மிகச் சிறிய அளவில் நடைபெறுகின்றன. ஆனால் சுத்திகரிப்பு ஆலையில், கடிகாரத்திலுள்ள குவார்ட்ஸ் படிகத்தைப்போல் தனிப்படிகமாக (single crystal) இல்லாமல், எண்ணெய் சுத்திகரிப்பிற்கு ஏற்ப எண்ணற்ற வினையூக்கத்துகள்கள் (catalyst particles) கொண்ட நுண்படிகங்கள் தேவைப்படுகிறது. ஏனெனில், சிறிய நுண்படிகங்கள் (microcrystallites) மேற்பரப்பு அணுகத்தன்மை (surface accessibility), திரன்மக்கடத்தம் (mass transport) போன்ற பண்புகளை மேம்படுத்தி, வேதியல் மாற்றத்திற்கு உட்பரப்பை வழங்குகிறது. மேலும் இவைகள் பைண்டர் பொருள்களுடன் இணைக்கப்பட்டு பெரிய வினையூக்கும் நுண்துகள்களாக உருவாக்கப்படுகின்றன.
சிலநேரங்களில், வேதியல் வினை நடைபெறும்போது, கோக்(coke) எனப்படும் கரிப்பொருள் உருவாகி, நுண்துகள்களின் வாயில்களைத் தடுக்கலாம். ஆனால், அவற்றை வினையூக்க ஆக்கிக்கு (catalyst regenerator) எடுத்துச் சென்று, அங்கு coke எரிக்கப்பட்டு மீண்டும் கலத்தில் உபயோகப்படுத்த முடியும். இவ்வாறு வினையூக்கி தொடர்ந்து சுழற்சியில் இயங்குகிறது.
குஜராத் ஜாம்நகரிலுள்ள ரிலையன்ஸ் (Reliance) சுத்திகரிப்பு ஆலையில் நாளொன்றுக்கு சுமார் 15 லட்சம் பீப்பாய் கச்சா எண்ணெய் சுத்திகரிக்கப்படுகிறது. இது உலகின் மிகப்பெரிய மற்றும் மிகச் சிக்கலான ஒருங்கிணைந்த எண்ணெய் வளாகத்தில் (Single-site Refinery Complex) ஒன்றாகும். ஜியோலைட் அடிப்படையான FCC தொழில் நுட்பத்தின் வளர்ச்சி அமெரிக்காவில் 1950–60களில் நடந்தது. ஆனால், இந்தியாவின் சாதனை வேறு வகையானது. இத்தகைய மேம்பட்ட வினையூக்க வேதியியல்(advanced catalytic chemistry), செய்முறைப் பொறியியல்(process engineering), மூலப்பொருள் நெகிழ்வுத்தன்மை(feedstock flexibility) ஆகியவற்றை மிகப்பெரிய உள்கட்டமைப்புடன் (enormous infrastructure) மிகப்பெரிய அளவில் ஒருங்கிணைத்து சுத்திகரிப்பு ஆலையாக மாற்றியமைத்ததுதான்.
நமது தேவைக்குத் தகுந்தவாறு நுண்துகள்களின் அளவையும், வடிவத்தையும் அமைக்க முடியுமா?
இக்கேள்விக்கான விடை தேடலுக்காக, 2025-ஆம் ஆண்டுக்கான ரசாயன நோபல் பரிசு Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi ஆகிய மூவருக்கும் உலோக-கரிம கட்டமைப்புகளின் வளர்ச்சிக்காக வழங்கப்பட்டது. இது நுண்துளை பொருட்கள் வேதியியலில் முக்கியமான திருப்புமுனையாகும். ஜியோலைட் கட்டமைப்புகள் பெரும்பாலும் கனிம அணுக்களால் உருவாகிறது. வேதியியலாளர்கள் MOF-ல் புதிய கட்டமைப்பை உருவாக்கினர். இங்கே உலோக அயனிகளையோ அல்லது ஆக்சிஜனுடன் இணைந்த உலோகமூலக்கூற்றுக் கொத்துக்களையோ(metal clusters) கரிம இணைப்பான்களால் (organic linkers) பிணைத்து, மீண்டும் மீண்டும் இணைக்கப்பட்ட படிக கட்டமைப்பு உருவாகியது. இதில், உலோகத்தை மாற்றலாம், இணைப்பான்களை மாற்றலாம், இதன் மூலமாக நுண்துளைகளின் அளவு, வடிவம், வேதியற் சூழல் போன்றவற்றை மாற்றி ரசாயன சிந்தனையில் ஆழமான மாற்றத்தை ஏற்படுத்த முடியும். முன்பு படிக வேதியியலாளர், பொருளின் அமைப்பைக் காண முயற்சித்தார், பின்பு அதிலுள்ள நுண்துளைகலுக்குள் நடைபெறும் ரசாயன சேர்க்கையைக் கணடறிந்தார், இப்போது MOF-வேதியியலாளர் தனக்குத் தேவையான மூலகத்தைப் பிடிப்பதற்கு எவ்வாறான நுண்துளையை வடிவமைப்பது, அதற்கான கட்டமைப்பை எப்படி உருவாக்குவது என்கிற தேடலில் ஈடுபட்டுள்ளார். இது கண்டுபிடிப்பிலிருந்து வடிவமைப்பை நோக்கிய எதிர்கால பயணம்.
MOF படிகம் மிக நுண்ணிய மூலக்கூறு ஸ்பான்ஜ் (molecular sponge) போன்றது. வீட்டில் உபயோகப்படுத்தும் ஸ்பான்ஜைப்போல், அதிலுள்ள நுண்துளைகளைப் பார்க்க முடியாது. ஆனால் அவற்றின் எண்ணிக்கை மிகப் பெரியது. சில MOF-களில் உட்பரப்பளவு கால்பந்தாட்ட மைதானத்திற்கு ஒப்பிடத்தக்கதாக இருக்கும். இதை வைத்துக்கொண்டு என்ன செய்ய முடியும் என்று நினைக்கலாம். உதாரணமாக, ராஜஸ்தானிலுள்ள வறண்ட தார் பாலைவனப் பகுதிகளில் காற்று கூட உலர்ந்ததாகத் தோன்றும். ஆனால் அதிலும் சிறிதளவு நீராவி உள்ளது. MOF-801 போன்ற பொருட்களை உபயோகித்து, நீர் சேமிக்கும் கருவிகள், அங்குள்ள நீரை சேமிக்க முடியும். இரவில் வறண்ட காற்று MOF வழியாகச் செல்லும்போது, நீர் மூலகங்கள் நுண்துளையில் பிடிக்கப்படுகின்றன. பகலில் சூரிய வெப்பம் அப்பொருளை சூடாக்கும்போது, உறிஞ்சப்பட்ட நீர் ஆவியாகி, குளிர்ந்து திரவ நீராக சேகரிக்கப்படுகிறது.
இப்போது நாம் பாலைவனத்தின் அடியில் மறைந்திருக்கும் நிலத்தடி நீரைத் தேடவோ , கடல் நீரை உப்பகற்றவோ செய்ய வேண்டியதில்லை. காற்றில் ஏற்கனவே இருக்கும் மிகச் சிறிய அளவு நீரையும் சேமிக்க முடியும் என்கிறது சமீபத்திய ஆராய்ச்சி. பிரச்சினையை மாற்றாமல், பிரச்சினையை அணுகும் வழியை மாற்றுகிறது இன்றைய அறிவியல்.
அடுத்ததாக, கரிமல வாயு உலகின் இன்னொரு முக்கியமான சிறிய மூலகம். இன்றைய சூழலில், மிகவும் முக்கியமான தொழில்நுட்பக் கேள்வி, இவ்வாயுவை மற்றவைகளிலிருந்து தேர்ந்தெடுத்து எப்படி பிடிப்பது என்று. இங்கும் MOFs இதற்கான புதிய வாய்ப்புகளைத் திறக்கின்றது.
MOF-ன் நுண்துளைகளின் உட்புறத்தை அமில தன்மை கொண்டுள்ள கரிமலை வாயுவைப் பிடிப்பதற்குத் தக்கவாறு, காரத் தன்மையுடைய அமீன்கள் (amines) வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தால், காற்றுக் கலவியில் உள்ள CO₂-ஐ துளைக்குள் பிடிக்க முடியும் என்கிறது தற்போதைய ஆய்வு. பின்னர் சூழல் மாற்றப்பட்டு வாயுவை வெளியேற்றி, பொருளை மீண்டும் பயன்படுத்த முடியும். MOF தொழில் நுட்பம், இவ்விரண்டு வாயுக்கள் மட்டுமல்லாமல் ஹைட்ரஜன், மீத்தேன் போன்றவைகளையும் பிடிப்பதற்கும், சேமிப்பதற்கும் ஆராயப்படுகிறது.
ஆனால் இங்கே அறிவியல் நிதானம் தேவை. ஆராய்ச்சி சாலையில் ஒரு பொருள் நன்றாக வேலை செய்கிறது என்பதாலேயே அது உடனடியாக வணிகத்தொழில் நுட்பம் ஆகிவிடாது. அதன் உற்பத்திச் செலவு, பொருளின் நிலைத்தன்மை, வெப்ப மாறாமை, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல், நீண்டகால நிலைப்பு, பெரிய அளவில் தயாரிக்கும் திறன் ஆகிய அனைத்தும் முக்கியம். சோதனைச்சாலையில் நடைபெறும் கண்டுபிடிப்பு என்பது தொழில்நுட்பத்தின் தொடக்கம்தான், அது முடிவு அல்ல. குவார்ட்ஸ், ஜியோலைட், MOF என்கிற நீராவியின் வழியில் உருவாக்கப்பட்ட மூன்று தலைமுறை படிகப் பொருட்களும் வெவ்வேறு கதைகளைக் கூறினாலும், அவை அனைத்தும் அறிவியல் பார்வையில் தேடலுக்கான வழியைக் காண்பிக்கிறது.
Composition → Structure → Property → Function → Technology நாம் குவார்ட்ஸ்ஸின் SiO₂ என்ற ரசாயனக் குறியீட்டைப் பார்க்கும்போது, அதற்குப் பின்னால் படிகத்தின் கட்டமைப்பு வெளிப்படுகிறது. அணுக்களின் பிணைப்பு காரணமான அழுத்த மின்சாரம் போன்ற பண்புகள் எவ்வாறு டைட்டன் கடிகாரத்தில் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது என்பது புரிகிறது. இப்போது சில சிலிக்கான் அணுக்களை அலுமினியம் அணுக்களால் மற்றும்போது எவ்வாறு அலுமினோசிலிகேட் கட்டமைப்பில் நுண்துளைகள் உருவாகிறது என்றும், அதற்குள் அமில தன்மைகளை உருவாக்கும்போது, எவ்வாறு நீரகக்கரிமம் வேதியலை மாற்றி, அதனால் எண்ணெய் சுத்திகரிப்பு ஆலை உருவாகிறது என்பதை காண முடிகிறது. அலுமினியம் சிலிக்கானால் ஆன திண் வலையமைப்பை(rigid network) நெகிழ்வாக மாற்றுவதில் உருவான MOF நீர், கரிமலை வாயு போன்றவைகளை பிடிக்கவும், சேகரிக்கவும் புதிய பயன்பாடுகளை முன்வைக்கின்றன. இங்கு பல அறிவியல் துறைகளின் கண்டுபிடிப்பிலிருந்து பொறியியலில் இணைந்த பாலம், இயற்கையைப் பின்பற்றுவதிலிருந்து இயற்கையை வடிவமைப்பது வரை, நாளைய மனிதனின் தேவைக்கேற்ப வடிவமைக்கப்பட்ட பொருட்களுக்கான தேடல் பயணம்.