पदार्थ की संरचना का अध्ययन करते हुए, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि सभी पदार्थ अणुओं और परमाणुओं से बने होते हैं। लंबे समय तक, परमाणु (ग्रीक से "अविभाज्य" के रूप में अनुवादित) को पदार्थ की सबसे छोटी संरचनात्मक इकाई माना जाता था। हालांकि, आगे के अध्ययनों से पता चला है कि परमाणु की एक जटिल संरचना होती है और बदले में इसमें छोटे कण भी शामिल होते हैं।
परमाणु किससे बना होता है?
1911 में वैज्ञानिक रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि परमाणु का एक केंद्रीय भाग होता है जिस पर धनात्मक आवेश होता है। इस तरह पहली बार परमाणु नाभिक की अवधारणा सामने आई।
रदरफोर्ड की योजना के अनुसार, जिसे ग्रहीय मॉडल कहा जाता है, एक परमाणु में एक नाभिक और एक ऋणात्मक आवेश वाले प्राथमिक कण होते हैं - इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।
1932 में, एक अन्य वैज्ञानिक, चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की, एक ऐसा कण जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।
आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, परमाणु नाभिक की संरचना रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित ग्रहीय मॉडल से मेल खाती है। नाभिक में ले जाया जाता हैअधिकांश परमाणु द्रव्यमान। इसका एक सकारात्मक चार्ज भी है। परमाणु नाभिक में प्रोटॉन होते हैं - सकारात्मक चार्ज कण और न्यूट्रॉन - कण जो चार्ज नहीं करते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। नाभिक के चारों ओर ऋणात्मक रूप से आवेशित कण - इलेक्ट्रॉन - परिक्रमा करते हैं।
नाभिक में प्रोटॉन की संख्या कक्षा में घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। अतः परमाणु स्वयं एक ऐसा कण है जिस पर कोई आवेश नहीं होता। यदि कोई परमाणु अन्य लोगों के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेता है या अपना इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो यह धनात्मक या ऋणात्मक हो जाता है और इसे आयन कहा जाता है।
इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को सामूहिक रूप से उप-परमाणु कण कहा जाता है।
परमाणु नाभिक का आवेश
नाभिक का आवेश संख्या Z होता है। यह परमाणु नाभिक बनाने वाले प्रोटॉनों की संख्या से निर्धारित होता है। इस राशि का पता लगाना सरल है: मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली को देखें। जिस तत्व का परमाणु होता है उसका परमाणु क्रमांक उसके नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होता है। इस प्रकार, यदि रासायनिक तत्व ऑक्सीजन क्रम संख्या 8 से मेल खाती है, तो प्रोटॉन की संख्या भी आठ के बराबर होगी। चूँकि एक परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, इसलिए आठ इलेक्ट्रॉन भी होंगे।
न्यूट्रॉनों की संख्या को समस्थानिक संख्या कहा जाता है और इसे N अक्षर से दर्शाया जाता है। उनकी संख्या एक ही रासायनिक तत्व के परमाणु में भिन्न हो सकती है।
नाभिक में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के योग को परमाणु की द्रव्यमान संख्या कहा जाता है और इसे अक्षर A द्वारा दर्शाया जाता है। इस प्रकार, द्रव्यमान संख्या की गणना करने का सूत्र इस तरह दिखता है: A=Z+N.
आइसोटोप
उस स्थिति में जब तत्वों में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, उन्हें रासायनिक तत्व के समस्थानिक कहा जाता है। एक या अधिक समस्थानिक हो सकते हैं। उन्हें आवर्त प्रणाली के एक ही सेल में रखा जाता है।
आइसोटोप का रसायन और भौतिकी में बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन का एक समस्थानिक - ड्यूटेरियम - ऑक्सीजन के साथ मिलकर एक पूरी तरह से नया पदार्थ देता है, जिसे भारी पानी कहा जाता है। इसका क्वथनांक और हिमांक सामान्य से भिन्न होता है। और हाइड्रोजन के एक अन्य समस्थानिक के साथ ड्यूटेरियम का संयोजन - ट्रिटियम एक थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया की ओर जाता है और इसका उपयोग भारी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।
नाभिक और उपपरमाण्विक कणों का द्रव्यमान
परमाणुओं और उप-परमाणु कणों के आकार और द्रव्यमान मानव अवधारणाओं में नगण्य हैं। गुठली का आकार लगभग 10-12cm है। एक परमाणु नाभिक का द्रव्यमान तथाकथित परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में भौतिकी में मापा जाता है - amu
एक एमयू के लिए कार्बन परमाणु के द्रव्यमान का बारहवां भाग लें। माप की सामान्य इकाइयों (किलोग्राम और ग्राम) का उपयोग करते हुए, द्रव्यमान को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है: 1 पूर्वाह्न।=1, 660540 10-24जी। इस प्रकार व्यक्त करने पर इसे निरपेक्ष परमाणु द्रव्यमान कहते हैं।
इस तथ्य के बावजूद कि परमाणु नाभिक परमाणु का सबसे विशाल घटक है, इसके आसपास के इलेक्ट्रॉन बादल के सापेक्ष इसके आयाम बेहद छोटे हैं।
परमाणु बल
परमाणु नाभिक अत्यंत स्थिर होते हैं। इसका अर्थ है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कुछ बलों द्वारा नाभिक में बंधे रहते हैं। क्या नहीं हैविद्युत चुम्बकीय बल हो सकते हैं, क्योंकि प्रोटॉन समान-आवेशित कण होते हैं, और यह ज्ञात है कि समान आवेश वाले कण एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। गुरुत्वाकर्षण बल इतने कमजोर होते हैं कि नाभिकों को एक साथ पकड़ नहीं पाते। इसलिए, नाभिक में कणों को एक अलग अंतःक्रिया द्वारा आयोजित किया जाता है - परमाणु बल।
परमाणु संपर्क को प्रकृति में मौजूद सभी में सबसे मजबूत माना जाता है। इसलिए, परमाणु नाभिक के तत्वों के बीच इस प्रकार की बातचीत को मजबूत कहा जाता है। यह कई प्राथमिक कणों के साथ-साथ विद्युत चुम्बकीय बलों में मौजूद है।
परमाणु बलों की विशेषताएं
- लघु क्रिया। परमाणु बल, विद्युत चुम्बकीय बलों के विपरीत, नाभिक के आकार की तुलना में बहुत कम दूरी पर ही प्रकट होते हैं।
- चार्ज स्वतंत्रता। यह विशेषता इस तथ्य में प्रकट होती है कि परमाणु बल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पर समान रूप से कार्य करते हैं।
- संतृप्ति। नाभिक के नाभिक केवल एक निश्चित संख्या में अन्य नाभिकों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।
कोर बाइंडिंग एनर्जी
एक और बात मजबूत अंतःक्रिया की अवधारणा से निकटता से जुड़ी हुई है - नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा। परमाणु बंधन ऊर्जा एक परमाणु नाभिक को उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। यह अलग-अलग कणों से एक नाभिक बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा के बराबर है।
नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करने के लिए उप-परमाणु कणों का द्रव्यमान जानना आवश्यक है। गणना से पता चलता है कि एक नाभिक का द्रव्यमान हमेशा उसके घटक नाभिकों के योग से कम होता है। द्रव्यमान दोष के बीच का अंतर हैनाभिक का द्रव्यमान और उसके प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का योग। द्रव्यमान और ऊर्जा (E=mc2) के बीच संबंध के बारे में आइंस्टीन सूत्र का उपयोग करके, आप नाभिक के निर्माण के दौरान उत्पन्न ऊर्जा की गणना कर सकते हैं।
नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की ताकत का अंदाजा निम्न उदाहरण से लगाया जा सकता है: कई ग्राम हीलियम के बनने से उतनी ही ऊर्जा पैदा होती है जितनी कई टन कोयले के दहन से होती है।
परमाणु प्रतिक्रियाएं
परमाणुओं के नाभिक अन्य परमाणुओं के नाभिक के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं। इस तरह की बातचीत को परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है। प्रतिक्रिया दो प्रकार की होती है।
- विखंडन प्रतिक्रियाएं। वे तब होते हैं जब बातचीत के परिणामस्वरूप भारी नाभिक हल्के नाभिकों में टूट जाते हैं।
- संश्लेषण की प्रतिक्रियाएं। प्रक्रिया विखंडन के विपरीत है: नाभिक टकराते हैं, जिससे भारी तत्व बनते हैं।
सभी परमाणु प्रतिक्रियाएं ऊर्जा की रिहाई के साथ होती हैं, जिसे बाद में उद्योग में, सेना में, ऊर्जा में और इसी तरह उपयोग किया जाता है।
परमाणु नाभिक की संरचना से परिचित होकर, हम निम्नलिखित निष्कर्ष निकाल सकते हैं।
- परमाणु में एक नाभिक होता है जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और इसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन होते हैं।
- एक परमाणु की द्रव्यमान संख्या उसके नाभिक के नाभिकों के योग के बराबर होती है।
- न्यूक्लोन मजबूत बल द्वारा आपस में जुड़े रहते हैं।
- परमाणु नाभिक को स्थिर रखने वाले विशाल बल नाभिकीय बंधन ऊर्जा कहलाते हैं।
