बेल्किन आई.के. परमाणु नाभिक का प्रभार और मेंडेलीव के तत्वों की आवधिक प्रणाली // क्वांट। - 1984। - नंबर 3। - एस। 31-32।
संपादकीय बोर्ड और "क्वांट" पत्रिका के संपादकों के साथ विशेष समझौते से
परमाणु की संरचना के बारे में आधुनिक विचार 1911-1913 में अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रसिद्ध प्रयोगों के बाद उत्पन्न हुए। इन प्रयोगों में, यह दिखाया गया था कि α -कण (उनका आवेश धनात्मक होता है), एक पतली धातु की पन्नी पर गिरने से, कभी-कभी बड़े कोणों पर विक्षेपित हो जाते हैं और यहाँ तक कि वापस फेंक दिए जाते हैं। इसे केवल इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि परमाणु में धनात्मक आवेश नगण्य मात्रा में केंद्रित होता है। यदि हम इसे गेंद के रूप में कल्पना करें, तो, जैसा कि रदरफोर्ड ने स्थापित किया, इस गेंद की त्रिज्या लगभग 10 -14 -10 -15 मीटर होनी चाहिए, जो परमाणु के आकार से दसियों और सैकड़ों हजारों गुना छोटी है। एक पूरे के रूप में (~10 -10 मीटर)। केवल इतने छोटे धनात्मक आवेश के पास ही एक विद्युत क्षेत्र हो सकता है जो त्यागने में सक्षम हो α - लगभग 20,000 किमी/सेकेंड की गति से गतिमान एक कण। रदरफोर्ड ने परमाणु के इस भाग को नाभिक कहा।
इस प्रकार यह विचार उत्पन्न हुआ कि किसी भी पदार्थ के परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसका अस्तित्व परमाणुओं में पहले स्थापित हो चुका था। जाहिर है, चूंकि परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है, इसलिए नाभिक का आवेश संख्यात्मक रूप से परमाणु में मौजूद सभी इलेक्ट्रॉनों के आवेश के बराबर होना चाहिए। यदि हम इलेक्ट्रॉन आवेश मापांक को अक्षर द्वारा निरूपित करते हैं इ(प्रारंभिक प्रभार), फिर प्रभार क्यूमैं कोर बराबर होना चाहिए क्यूमैं = ज़ी, कहाँ पे जेडपरमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर एक पूर्णांक है। लेकिन संख्या क्या है जेड? चार्ज क्या है क्यूमैं कोर?
रदरफोर्ड के प्रयोगों से, जिसने नाभिक के आकार को निर्धारित करना संभव बना दिया, सिद्धांत रूप में, नाभिक के आवेश के मूल्य को निर्धारित करना संभव है। आखिर खारिज करने वाला विद्युत क्षेत्र α -कण, न केवल आकार पर, बल्कि नाभिक के आवेश पर भी निर्भर करता है। और रदरफोर्ड ने वास्तव में नाभिक के आवेश का अनुमान लगाया था। रदरफोर्ड के अनुसार, किसी रासायनिक तत्व के परमाणु का परमाणु आवेश उसके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के लगभग आधे के बराबर होता है लेकिन, प्रारंभिक शुल्क से गुणा इ, वह है
\(~Z = \frac(1)(2)A\)।
लेकिन, अजीब तरह से, न्यूक्लियस का सही चार्ज रदरफोर्ड द्वारा नहीं, बल्कि उनके लेखों और रिपोर्टों के पाठकों में से एक, डच वैज्ञानिक वैन डेन ब्रोक (1870-1926) द्वारा स्थापित किया गया था। यह अजीब है क्योंकि वैन डेन ब्रोक शिक्षा और पेशे से भौतिक विज्ञानी नहीं थे, बल्कि एक वकील थे।
रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक के आवेशों का मूल्यांकन करते समय उन्हें परमाणु द्रव्यमान के साथ सहसंबंधित क्यों किया? तथ्य यह है कि जब 1869 में डी। आई। मेंडेलीव ने रासायनिक तत्वों की एक आवधिक प्रणाली बनाई, तो उन्होंने तत्वों को उनके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को बढ़ाने के क्रम में व्यवस्थित किया। और पिछले चालीस वर्षों में, हर कोई इस तथ्य का आदी हो गया है कि एक रासायनिक तत्व की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता उसका सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान है, यही वह है जो एक तत्व को दूसरे से अलग करता है।
इस बीच, इस समय, 20वीं शताब्दी की शुरुआत में, तत्वों की प्रणाली के साथ कठिनाइयाँ उत्पन्न हुईं। रेडियोधर्मिता की घटना के अध्ययन में, कई नए रेडियोधर्मी तत्वों की खोज की गई। और ऐसा प्रतीत होता था कि मेंडलीफ की व्यवस्था में उनके लिए कोई स्थान नहीं था। ऐसा लग रहा था कि मेंडलीफ की व्यवस्था को बदलने की जरूरत है। वैन डेन ब्रोक इसी के बारे में विशेष रूप से चिंतित थे। कई वर्षों के दौरान, उन्होंने तत्वों की एक विस्तारित प्रणाली के लिए कई विकल्प प्रस्तावित किए, जिसमें न केवल अभी भी अनदेखे स्थिर तत्वों के लिए पर्याप्त जगह होगी (डी। आई। मेंडेलीव ने खुद उनके लिए स्थानों की "देखभाल की"), बल्कि यह भी रेडियोधर्मी तत्वों के लिए भी। वैन डेन ब्रोक का अंतिम संस्करण 1913 की शुरुआत में प्रकाशित हुआ था, इसमें 120 स्थान थे, और यूरेनियम ने सेल नंबर 118 पर कब्जा कर लिया था।
उसी वर्ष, 1913 में, बिखरने पर नवीनतम शोध के परिणाम प्रकाशित किए गए थे। α - बड़े कोणों पर कण, रदरफोर्ड के सहयोगी गीगर और मार्सडेन द्वारा किए गए। इन परिणामों का विश्लेषण करते हुए वैन डेन ब्रोक ने एक महत्वपूर्ण खोज की। उन्होंने पाया कि संख्या जेडसूत्र में क्यूमैं = ज़ीकिसी रासायनिक तत्व के परमाणु के सापेक्ष द्रव्यमान के आधे के बराबर नहीं, बल्कि उसके क्रमांक के बराबर होता है। और, इसके अलावा, मेंडेलीव प्रणाली में तत्व की क्रमिक संख्या, और उसकी, वैन डेन ब्रोक, 120-स्थानीय प्रणाली में नहीं। मेंडेलीव की प्रणाली, यह पता चला है, बदलने की जरूरत नहीं थी!
वैन डेन ब्रोक के विचार से यह इस प्रकार है कि प्रत्येक परमाणु में एक परमाणु नाभिक होता है, जिसका प्रभार मेंडेलीव प्रणाली में संबंधित तत्व की क्रम संख्या के बराबर होता है, जो प्राथमिक आवेश और इलेक्ट्रॉनों से गुणा होता है, संख्या जिनमें से परमाणु में भी तत्व की क्रम संख्या के बराबर होता है। (उदाहरण के लिए, तांबे के परमाणु में 29 . आवेश वाला एक नाभिक होता है इ, और 29 इलेक्ट्रॉन।) यह स्पष्ट हो गया कि डी। आई। मेंडेलीव ने सहज रूप से रासायनिक तत्वों को तत्व के परमाणु द्रव्यमान के नहीं, बल्कि उसके नाभिक के आवेश के आरोही क्रम में व्यवस्थित किया (हालाँकि उसे इसके बारे में पता नहीं था)। नतीजतन, एक रासायनिक तत्व दूसरे से उसके परमाणु द्रव्यमान से नहीं, बल्कि परमाणु नाभिक के आवेश से भिन्न होता है। एक परमाणु के नाभिक का आवेश एक रासायनिक तत्व की मुख्य विशेषता है। पूरी तरह से अलग तत्वों के परमाणु हैं, लेकिन समान परमाणु द्रव्यमान के साथ (उनका एक विशेष नाम है - आइसोबार)।
तथ्य यह है कि यह परमाणु द्रव्यमान नहीं है जो सिस्टम में किसी तत्व की स्थिति निर्धारित करता है, यह भी आवर्त सारणी से देखा जा सकता है: तीन स्थानों पर, परमाणु द्रव्यमान बढ़ाने के नियम का उल्लंघन किया जाता है। तो, निकेल (नंबर 28) का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान कोबाल्ट (नंबर 27) से कम है, पोटेशियम (नंबर 19) के लिए यह आर्गन (नंबर 18) से कम है, आयोडीन के लिए (नंबर। 53) यह टेल्यूरियम (संख्या 52) से कम है।
परमाणु नाभिक के आवेश और तत्व की परमाणु संख्या के बीच संबंध की धारणा ने उसी 1913 ("भौतिकी 10", § 103) में खोजे गए रेडियोधर्मी परिवर्तनों के दौरान विस्थापन के नियमों को आसानी से समझाया। दरअसल, जब नाभिक द्वारा उत्सर्जित होता है α -कण, जिसका आवेश दो प्राथमिक आवेशों के बराबर है, नाभिक का आवेश, और इसलिए इसकी क्रम संख्या (अब वे आमतौर पर कहते हैं - परमाणु संख्या) दो इकाइयों से घटनी चाहिए। उत्सर्जित करते समय β -कण, यानी एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन, इसे एक इकाई से बढ़ाना चाहिए। विस्थापन के नियम इस बारे में हैं।
वैन डेन ब्रोक के विचार को बहुत जल्द (शाब्दिक रूप से उसी वर्ष में) पहली बार प्राप्त हुआ, यद्यपि अप्रत्यक्ष, प्रयोगात्मक पुष्टि। कुछ समय बाद, कई तत्वों के नाभिक के आवेश के प्रत्यक्ष माप से इसकी सत्यता सिद्ध हुई। यह स्पष्ट है कि इसने परमाणु के भौतिकी और परमाणु नाभिक के आगे विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।
परमाणु आवेश () D.I. तालिका में रासायनिक तत्व का स्थान निर्धारित करता है। मेंडेलीव। Z संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या है। Cl प्रोटॉन का आवेश है, जो परिमाण में इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर है।
हम एक बार फिर इस बात पर जोर देते हैं कि नाभिक का आवेश प्रोटॉन द्वारा किए गए धनात्मक प्राथमिक आवेशों की संख्या निर्धारित करता है। और चूंकि परमाणु आम तौर पर एक तटस्थ प्रणाली है, नाभिक का आवेश भी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है। और हमें याद है कि इलेक्ट्रॉन पर एक ऋणात्मक प्राथमिक आवेश होता है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को उनकी संख्या के आधार पर ऊर्जा के गोले और उपकोशों में वितरित किया जाता है, इसलिए, नाभिक के आवेश का उनके राज्यों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। परमाणु के रासायनिक गुण अंतिम ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करते हैं। यह पता चला है कि नाभिक का आवेश पदार्थ के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।
यह अब विभिन्न रासायनिक तत्वों को निम्नानुसार निरूपित करने के लिए प्रथागत है: जहां एक्स आवर्त सारणी में एक रासायनिक तत्व का प्रतीक है, जो चार्ज से मेल खाती है।
ऐसे तत्व जिनका Z समान लेकिन परमाणु द्रव्यमान भिन्न होता है (A) (जिसका अर्थ है कि नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है) समस्थानिक कहलाते हैं। तो, हाइड्रोजन के दो समस्थानिक हैं: 1 1 एच-हाइड्रोजन; 2 1 एच-ड्यूटेरियम; 3 1 एच-ट्रिटियम
स्थिर और अस्थिर समस्थानिक हैं।
समान द्रव्यमान वाले लेकिन विभिन्न आवेशों वाले नाभिक समदाब रेखा कहलाते हैं। आइसोबार मुख्य रूप से भारी नाभिकों में और जोड़े या त्रिक में पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, और।
परमाणु आवेश का पहला अप्रत्यक्ष माप मोसले द्वारा 1913 में किया गया था। उन्होंने विशेषता एक्स-रे विकिरण () और परमाणु चार्ज (जेड) की आवृत्ति के बीच एक संबंध स्थापित किया:
जहां सी और बी विचाराधीन विकिरण की श्रृंखला के लिए तत्व से स्वतंत्र स्थिरांक हैं।
धातु फिल्मों पर हीलियम परमाणु के नाभिक के प्रकीर्णन का अध्ययन करते हुए 1920 में चाडविक द्वारा नाभिक का आवेश सीधे निर्धारित किया गया था।
मूल संरचना
हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक को प्रोटॉन कहते हैं। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान है:
नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (सामूहिक रूप से न्यूक्लियॉन कहा जाता है) से बना होता है। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में हुई थी। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब होता है। न्यूट्रॉन का कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।
नाभिक में प्रोटॉन (Z) और न्यूट्रॉन (N) की संख्या के योग को द्रव्यमान संख्या A कहा जाता है:
चूंकि न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान बहुत करीब हैं, उनमें से प्रत्येक लगभग एक परमाणु द्रव्यमान इकाई के बराबर है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान से बहुत कम होता है, इसलिए यह माना जाता है कि नाभिक की द्रव्यमान संख्या तत्व के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के लगभग बराबर होती है, यदि इसे निकटतम पूर्णांक तक गोल किया जाए।
समस्या समाधान के उदाहरण
उदाहरण 1
| व्यायाम | नाभिक बहुत स्थिर प्रणाली हैं, इसलिए, किसी प्रकार के बल द्वारा प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को नाभिक के अंदर रखा जाना चाहिए। आप इन ताकतों के बारे में क्या कह सकते हैं? |
| समाधान | यह तुरंत ध्यान दिया जा सकता है कि जो बल न्यूक्लियॉन को बांधते हैं, वे गुरुत्वाकर्षण वाले नहीं होते हैं, जो बहुत कमजोर होते हैं। नाभिक की स्थिरता को विद्युत चुम्बकीय बलों की उपस्थिति से नहीं समझाया जा सकता है, क्योंकि प्रोटॉन के बीच, एक ही चिन्ह के आवेश वाले कणों के रूप में, केवल विद्युत प्रतिकर्षण हो सकता है। न्यूट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ कण होते हैं। नाभिकों के बीच एक विशेष प्रकार का बल कार्य करता है, जिसे नाभिकीय बल कहते हैं। ये बल विद्युत बलों से लगभग 100 गुना अधिक शक्तिशाली होते हैं। परमाणु बल प्रकृति में सभी ज्ञात बलों में सबसे शक्तिशाली हैं। नाभिक में कणों की परस्पर क्रिया को प्रबल कहा जाता है। परमाणु बलों की अगली विशेषता यह है कि वे कम दूरी के होते हैं। परमाणु बल केवल सेमी के क्रम की दूरी पर, यानी नाभिक के आकार की दूरी पर ही ध्यान देने योग्य हो जाते हैं। |
उदाहरण 2
| व्यायाम | वह न्यूनतम दूरी क्या है जिससे हीलियम परमाणु का नाभिक, जिसकी गतिज ऊर्जा सिर पर टक्कर के बराबर होती है, एक लेड परमाणु के गतिहीन नाभिक तक पहुंच सकती है? |
| समाधान | आइए एक ड्राइंग बनाएं।
इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में हीलियम परमाणु (-कण) के नाभिक की गति पर विचार करें, जो एक सीसा परमाणु का गतिहीन नाभिक बनाता है। - कण शून्य की गति के साथ सीसा परमाणु के नाभिक की ओर बढ़ता है, क्योंकि प्रतिकारक बल समान-आवेशित कणों के बीच कार्य करते हैं। कण के पास मौजूद गतिज ऊर्जा अंतःक्रिया की संभावित ऊर्जा में बदल जाएगी - कण और क्षेत्र (), जो प्रमुख परमाणु के नाभिक का निर्माण करता है: हम इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में एक कण की संभावित ऊर्जा को इस प्रकार व्यक्त करते हैं: हीलियम परमाणु के नाभिक का आवेश कहाँ होता है; - इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की तीव्रता, जो लीड परमाणु के नाभिक का निर्माण करती है। (2.1) - (2.3) से हम पाते हैं: |
परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो अपने सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। एक परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं। किसी भी रासायनिक तत्व के नाभिक का आवेश Z बटा e के गुणनफल के बराबर होता है, जहाँ Z रासायनिक तत्वों की आवर्त प्रणाली में इस तत्व की क्रम संख्या है, e प्राथमिक विद्युत आवेश का मान है।
इलेक्ट्रॉन- यह किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण है जिसका ऋणात्मक विद्युत आवेश e=1.6·10 -19 कूलम्ब है, जिसे प्राथमिक विद्युत आवेश के रूप में लिया गया है। इलेक्ट्रॉन, नाभिक के चारों ओर घूमते हुए, इलेक्ट्रॉन के गोले K, L, M, आदि पर स्थित होते हैं। K नाभिक के सबसे निकट का कोश है। एक परमाणु का आकार उसके इलेक्ट्रॉन खोल के आकार से निर्धारित होता है। एक परमाणु इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है और एक सकारात्मक आयन बन सकता है, या इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त कर सकता है और एक नकारात्मक आयन बन सकता है। आयन का आवेश खोए या प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है। एक तटस्थ परमाणु को आवेशित आयन में बदलने की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है।
परमाणु नाभिक(परमाणु का मध्य भाग) प्राथमिक परमाणु कणों से बना होता है - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। नाभिक की त्रिज्या परमाणु की त्रिज्या से लगभग एक लाख गुना छोटी होती है। परमाणु नाभिक का घनत्व बहुत अधिक होता है। प्रोटान- ये स्थिर प्राथमिक कण होते हैं जिनमें एक इकाई धनात्मक विद्युत आवेश होता है और एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक द्रव्यमान होता है। प्रोटॉन सबसे हल्के तत्व हाइड्रोजन का केंद्रक है। नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या Z होती है। न्यूट्रॉनएक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब द्रव्यमान वाला एक तटस्थ (विद्युत चार्ज नहीं) प्राथमिक कण है। चूँकि नाभिक का द्रव्यमान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग होता है, परमाणु के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या A - Z होती है, जहाँ A किसी दिए गए समस्थानिक की द्रव्यमान संख्या होती है (देखें)। नाभिक का निर्माण करने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। नाभिक में, नाभिक विशेष परमाणु बलों द्वारा बंधे होते हैं।
परमाणु नाभिक में ऊर्जा का एक विशाल भंडार होता है, जो परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी होता है। परमाणु प्रतिक्रियाएं तब होती हैं जब परमाणु नाभिक प्राथमिक कणों के साथ या अन्य तत्वों के नाभिक के साथ बातचीत करते हैं। परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, नए नाभिक बनते हैं। उदाहरण के लिए, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल सकता है। इस मामले में, एक बीटा कण, यानी एक इलेक्ट्रॉन, नाभिक से बाहर निकल जाता है।
एक प्रोटॉन के नाभिक में एक न्यूट्रॉन में संक्रमण दो तरह से किया जा सकता है: या तो एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर द्रव्यमान वाला एक कण, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज के साथ, जिसे पॉज़िट्रॉन (पॉज़िट्रॉन क्षय) कहा जाता है, से उत्सर्जित होता है नाभिक, या नाभिक निकटतम K-शेल (K-कैप्चर) से किसी एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ लेता है।
कभी-कभी गठित नाभिक में ऊर्जा की अधिकता होती है (यह उत्तेजित अवस्था में होता है) और, सामान्य अवस्था में गुजरते हुए, बहुत कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ता है -। नाभिकीय अभिक्रिया के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का व्यावहारिक रूप से विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है।
एक परमाणु (ग्रीक परमाणु - अविभाज्य) एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण होता है जिसमें इसके रासायनिक गुण होते हैं। प्रत्येक तत्व कुछ विशेष प्रकार के परमाणुओं से बना होता है। एक परमाणु की संरचना में एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाले कर्नेल और इसके इलेक्ट्रॉनिक गोले बनाने वाले नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन (देखें) शामिल हैं। नाभिक के विद्युत आवेश का मान Z-e के बराबर है, जहाँ e प्राथमिक विद्युत आवेश है, जो इलेक्ट्रॉन के आवेश (4.8 10 -10 e.-st. इकाइयों) के परिमाण के बराबर है, और Z परमाणु क्रमांक है रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में इस तत्व का (देखें।)। चूंकि एक गैर-आयनित परमाणु तटस्थ होता है, इसमें शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी Z के बराबर होती है। नाभिक की संरचना (देखें। परमाणु नाभिक) में नाभिक, प्राथमिक कण शामिल होते हैं जिनका द्रव्यमान एक द्रव्यमान से लगभग 1840 गुना अधिक होता है। इलेक्ट्रॉन (9.1 10 - 28 ग्राम के बराबर), प्रोटॉन (देखें), सकारात्मक चार्ज, और चार्जलेस न्यूट्रॉन (देखें)। नाभिक में न्यूक्लियंस की संख्या को द्रव्यमान संख्या कहा जाता है और इसे अक्षर A द्वारा दर्शाया जाता है। नाभिक में प्रोटॉन की संख्या, Z के बराबर, परमाणु में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या, इलेक्ट्रॉन के गोले की संरचना और रासायनिक को निर्धारित करती है। परमाणु के गुण। नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या A-Z होती है। समस्थानिकों को एक ही तत्व की किस्में कहा जाता है, जिनके परमाणु द्रव्यमान संख्या A में एक दूसरे से भिन्न होते हैं, लेकिन एक ही Z होते हैं। इस प्रकार, एक तत्व के विभिन्न समस्थानिकों के परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या होती है। प्रोटॉन की समान संख्या। समस्थानिकों को निर्दिष्ट करते समय, द्रव्यमान संख्या A को तत्व प्रतीक के शीर्ष पर और परमाणु क्रमांक को नीचे लिखा जाता है; उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के समस्थानिकों को निरूपित किया जाता है:
एक परमाणु के आयाम इलेक्ट्रॉन के गोले के आयामों से निर्धारित होते हैं और सभी Z के लिए लगभग 10 -8 सेमी होते हैं। चूंकि परमाणु के सभी इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान से कई हजार गुना कम होता है, इसका द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान संख्या के समानुपाती होता है। किसी दिए गए समस्थानिक के एक परमाणु का सापेक्ष द्रव्यमान कार्बन समस्थानिक C 12 के परमाणु के द्रव्यमान के संबंध में निर्धारित किया जाता है, जिसे 12 इकाइयों के रूप में लिया जाता है, और इसे समस्थानिक द्रव्यमान कहा जाता है। यह संबंधित समस्थानिक की द्रव्यमान संख्या के करीब निकला। किसी रासायनिक तत्व के परमाणु का आपेक्षिक भार समस्थानिक भार का औसत (किसी दिए गए तत्व के समस्थानिकों की सापेक्ष बहुतायत को ध्यान में रखते हुए) मान होता है और इसे परमाणु भार (द्रव्यमान) कहा जाता है।
एक परमाणु एक सूक्ष्म प्रणाली है, और इसकी संरचना और गुणों को केवल क्वांटम सिद्धांत की मदद से समझाया जा सकता है, जो मुख्य रूप से 20 वीं शताब्दी के 20 के दशक में बनाया गया था और इसका उद्देश्य परमाणु पैमाने पर घटना का वर्णन करना था। प्रयोगों से पता चला है कि माइक्रोपार्टिकल्स - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, परमाणु, आदि - कणिका वाले के अलावा, तरंग गुण होते हैं जो विवर्तन और हस्तक्षेप में खुद को प्रकट करते हैं। क्वांटम सिद्धांत में, सूक्ष्म वस्तुओं की स्थिति का वर्णन करने के लिए एक तरंग फ़ंक्शन (Ψ-फ़ंक्शन) द्वारा विशेषता एक निश्चित तरंग क्षेत्र का उपयोग किया जाता है। यह फ़ंक्शन एक सूक्ष्म वस्तु की संभावित अवस्थाओं की संभावनाओं को निर्धारित करता है, अर्थात, यह इसके एक या दूसरे गुणों के प्रकट होने की संभावित संभावनाओं की विशेषता है। अंतरिक्ष और समय (श्रोडिंगर समीकरण) में फ़ंक्शन की भिन्नता का नियम, जो इस फ़ंक्शन को खोजना संभव बनाता है, क्वांटम सिद्धांत में शास्त्रीय यांत्रिकी में न्यूटन के गति के नियमों के समान भूमिका निभाता है। कई मामलों में श्रोडिंगर समीकरण का समाधान सिस्टम के संभावित राज्यों को अलग करता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक परमाणु के मामले में, इलेक्ट्रॉनों के लिए तरंग कार्यों की एक श्रृंखला विभिन्न (मात्राबद्ध) ऊर्जा मूल्यों के अनुरूप प्राप्त की जाती है। क्वांटम सिद्धांत के तरीकों से गणना की गई परमाणु के ऊर्जा स्तरों की प्रणाली को स्पेक्ट्रोस्कोपी में शानदार पुष्टि मिली है। किसी भी उत्तेजित अवस्था E में न्यूनतम ऊर्जा स्तर E 0 के अनुरूप जमीनी अवस्था से परमाणु का संक्रमण तब होता है जब ऊर्जा E i - E 0 का एक निश्चित भाग अवशोषित हो जाता है। एक उत्साहित परमाणु कम उत्तेजित या जमीनी अवस्था में चला जाता है, आमतौर पर एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ। इस मामले में, फोटॉन ऊर्जा hv दो राज्यों में एक परमाणु की ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर है: hv= E i - E k जहां h प्लैंक स्थिरांक है (6.62·10 -27 erg·sec), v आवृत्ति है प्रकाश का।
परमाणु स्पेक्ट्रा के अलावा, क्वांटम सिद्धांत ने परमाणुओं के अन्य गुणों की व्याख्या करना संभव बना दिया है। विशेष रूप से, संयोजकता, रासायनिक बंधन की प्रकृति और अणुओं की संरचना की व्याख्या की गई, और तत्वों की आवधिक प्रणाली के सिद्धांत का निर्माण किया गया।
किसी भी विज्ञान के केंद्र में कुछ छोटा और महत्वपूर्ण होता है। जीव विज्ञान में यह एक कोशिका है, भाषा विज्ञान में यह एक अक्षर और ध्वनि है, इंजीनियरिंग में यह एक दलदल है, निर्माण में यह रेत का एक दाना है, और रसायन विज्ञान और भौतिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात परमाणु, इसकी संरचना है।
यह लेख 18 वर्ष से अधिक आयु के व्यक्तियों के लिए है।
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एक परमाणु हर चीज का वह सबसे छोटा कण है जो हमें घेरता है, जिसमें सभी आवश्यक जानकारी होती है, एक कण जो विशेषताओं और आवेशों को निर्धारित करता है। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा कि यह अविभाज्य है, लेकिन लंबे घंटों, दिनों, महीनों और वर्षों के लिए, अध्ययन, अध्ययन और प्रयोग किए गए जिससे साबित हुआ कि परमाणु की भी अपनी संरचना होती है। दूसरे शब्दों में, इस सूक्ष्म गेंद में और भी छोटे घटक होते हैं जो इसके नाभिक के आकार, गुणों और आवेश को प्रभावित करते हैं। इन कणों की संरचना इस प्रकार है:
- इलेक्ट्रॉन;
- एक परमाणु का नाभिक।
उत्तरार्द्ध को भी बहुत प्राथमिक भागों में विभाजित किया जा सकता है, जिन्हें विज्ञान में प्रोटॉन और न्यूरॉन्स कहा जाता है, जिनमें से प्रत्येक मामले में एक स्पष्ट संख्या होती है।
नाभिक में मौजूद प्रोटॉनों की संख्या कोश की संरचना को इंगित करती है, जिसमें इलेक्ट्रॉन होते हैं। बदले में, इस खोल में किसी विशेष सामग्री, पदार्थ या वस्तु के सभी आवश्यक गुण होते हैं। प्रोटॉन के योग की गणना करना बहुत सरल है - यह प्रसिद्ध आवर्त सारणी में पदार्थ (परमाणु) के सबसे छोटे हिस्से की क्रम संख्या जानने के लिए पर्याप्त है। इस मान को परमाणु संख्या भी कहा जाता है और इसे लैटिन अक्षर "Z" द्वारा दर्शाया जाता है। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि प्रोटॉन का धनात्मक आवेश होता है, और लिखित रूप में इस मान को +1 के रूप में परिभाषित किया जाता है।
न्यूरॉन्स एक परमाणु के नाभिक का दूसरा घटक हैं। यह एक प्राथमिक उप-परमाणु कण है जो इलेक्ट्रॉनों या प्रोटॉन के विपरीत कोई चार्ज नहीं करता है। न्यूरॉन्स की खोज 1932 में जे. चाडविक ने की थी, जिसके लिए उन्हें 3 साल बाद नोबेल पुरस्कार मिला था। पाठ्यपुस्तकों और वैज्ञानिक पत्रों में, उन्हें लैटिन वर्ण "एन" कहा जाता है।
परमाणु का तीसरा घटक इलेक्ट्रॉन है, जो नाभिक के चारों ओर नीरस गति में है, इस प्रकार एक बादल का निर्माण करता है। यह वह कण है जो आधुनिक विज्ञान के लिए ज्ञात सभी में सबसे हल्का है, जिसका अर्थ है कि इसका आवेश भी सबसे छोटा है। इलेक्ट्रॉन को -1 से अक्षर में दर्शाया गया है।
यह संरचना में सकारात्मक और नकारात्मक कणों का संयोजन है जो परमाणु को एक अपरिवर्तित या न्यूट्रल चार्ज कण बनाता है। नाभिक, पूरे परमाणु के कुल आकार की तुलना में, बहुत छोटा है, लेकिन यह इसमें है कि सारा भार केंद्रित है, जो इसके उच्च घनत्व को इंगित करता है।
किसी परमाणु के नाभिक का आवेश कैसे ज्ञात करें?
एक परमाणु के नाभिक के आवेश को निर्धारित करने के लिए, आपको परमाणु की संरचना, संरचना और उसके नाभिक से अच्छी तरह वाकिफ होना चाहिए, भौतिकी और रसायन विज्ञान के बुनियादी नियमों को समझना चाहिए, और मेंडेलीव की आवर्त सारणी से भी लैस होना चाहिए। किसी रासायनिक तत्व का परमाणु क्रमांक ज्ञात कीजिए।
- ज्ञान है कि किसी पदार्थ के सूक्ष्म कण में एक नाभिक और उसकी संरचना में इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो एक बादल के रूप में उसके चारों ओर एक कोश बनाते हैं। नाभिक, बदले में, दो प्रकार के प्राथमिक अविभाज्य कण शामिल हैं: प्रोटॉन और न्यूरॉन्स, जिनमें से प्रत्येक के अपने गुण और विशेषताएं हैं। न्यूरॉन्स के शस्त्रागार में इलेक्ट्रॉनिक चार्ज नहीं होता है। इसका मतलब है कि उनका चार्ज न तो बराबर है और न ही शून्य से बड़ा या कम है। प्रोटॉन, अपने समकक्षों के विपरीत, एक सकारात्मक चार्ज करते हैं। दूसरे शब्दों में, उनके विद्युत आवेश को +1 के रूप में दर्शाया जा सकता है।
- इलेक्ट्रॉन, जो प्रत्येक परमाणु का अभिन्न अंग हैं, एक निश्चित प्रकार का विद्युत आवेश भी वहन करते हैं। वे ऋणात्मक रूप से आवेशित प्राथमिक कण हैं, और लिखित रूप में उन्हें -1 के रूप में परिभाषित किया गया है।
- एक परमाणु के आवेश की गणना करने के लिए, आपको इसकी संरचना के बारे में ज्ञान की आवश्यकता होती है (हमें अभी आवश्यक जानकारी याद है), संरचना में प्राथमिक कणों की संख्या। और एक परमाणु के आवेश का योग ज्ञात करने के लिए, आपको गणितीय रूप से कुछ कणों (प्रोटॉन) की संख्या को दूसरों (इलेक्ट्रॉनों) से जोड़ना होगा। आमतौर पर, परमाणु की विशेषता कहती है कि यह इलेक्ट्रॉन तटस्थ है। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉनों का मान प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होता है। परिणाम यह होता है कि ऐसे परमाणु के आवेश का मान शून्य के बराबर होता है।
- एक महत्वपूर्ण बारीकियां: ऐसी स्थितियां होती हैं जब नाभिक में सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित प्राथमिक कणों की संख्या समान नहीं हो सकती है। इससे पता चलता है कि परमाणु धनात्मक या ऋणात्मक आवेश वाला आयन बन जाता है।
वैज्ञानिक क्षेत्र में परमाणु के नाभिक का पदनाम Ze जैसा दिखता है। इसे डिक्रिप्ट करना काफी सरल है: Z प्रसिद्ध आवर्त सारणी में तत्व को दी गई संख्या है, इसे ऑर्डिनल या चार्जिंग नंबर भी कहा जाता है। और यह एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या को इंगित करता है, और ई केवल एक प्रोटॉन का आवेश है।
आधुनिक विज्ञान में, विभिन्न आवेश मूल्यों वाले नाभिक होते हैं: 1 से 118 तक।
एक अन्य महत्वपूर्ण अवधारणा जिसे युवा रसायनज्ञों को जानना आवश्यक है वह है द्रव्यमान संख्या। यह अवधारणा नाभिक के आवेश की कुल मात्रा को इंगित करती है (ये एक रासायनिक तत्व के परमाणु के नाभिक के सबसे छोटे घटक हैं)। और यदि आप सूत्र का उपयोग करते हैं तो आप यह संख्या पा सकते हैं: ए = जेड + एनजहां ए वांछित द्रव्यमान संख्या है, जेड प्रोटॉन की संख्या है, और एन नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या है।
ब्रोमीन परमाणु का नाभिकीय आवेश कितना होता है?
व्यवहार में प्रदर्शित करने के लिए कि एक आवश्यक तत्व (हमारे मामले में, ब्रोमीन) के परमाणु का प्रभार कैसे प्राप्त किया जाए, यह रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी का उल्लेख करने और वहां ब्रोमीन खोजने के लायक है। इसका परमाणु क्रमांक 35 है। इसका अर्थ है कि इसके नाभिक का आवेश भी 35 है, क्योंकि यह नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या पर निर्भर करता है। और प्रोटॉन की संख्या उस संख्या से इंगित होती है जिसके तहत मेंडेलीव के महान कार्य में रासायनिक तत्व खड़ा होता है।
युवा रसायनज्ञों के लिए भविष्य में आवश्यक डेटा की गणना करना आसान बनाने के लिए यहां कुछ और उदाहरण दिए गए हैं:
- सोडियम परमाणु (na) के नाभिक का आवेश 11 है, क्योंकि यह इस संख्या के अंतर्गत है कि इसे रासायनिक तत्वों की तालिका में पाया जा सकता है।
- फॉस्फोरस नाभिक का आवेश (जिसका प्रतीकात्मक पदनाम P है) का मान 15 है, क्योंकि इसके नाभिक में कितने प्रोटॉन हैं;
- सल्फर (ग्राफिक पदनाम एस के साथ) पिछले तत्व की तालिका में एक पड़ोसी है, इसलिए इसका परमाणु चार्ज 16 है;
- लोहा (और हम इसे पदनाम Fe में पा सकते हैं) 26 वें नंबर पर है, जो इसके नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन को इंगित करता है, और इसलिए परमाणु का आवेश;
- कार्बन (उर्फ सी) आवर्त सारणी के छठे नंबर के अंतर्गत है, जो हमें आवश्यक जानकारी को इंगित करता है;
- मैग्नीशियम का परमाणु क्रमांक 12 है, और अंतर्राष्ट्रीय प्रतीकवाद में इसे Mg के रूप में जाना जाता है;
- आवर्त सारणी में क्लोरीन, जहां इसे Cl लिखा जाता है, संख्या 17 है, इसलिए इसकी परमाणु संख्या (अर्थात्, हमें इसकी आवश्यकता है) समान है - 17;
- कैल्शियम (Ca), जो युवा जीवों के लिए बहुत उपयोगी है, 20 नंबर पर पाया जाता है;
- नाइट्रोजन परमाणु के नाभिक का प्रभार (लिखित पदनाम एन के साथ) 7 है, यह इस क्रम में है कि इसे आवर्त सारणी में प्रस्तुत किया गया है;
- बेरियम 56 वें नंबर पर है, जो इसके परमाणु द्रव्यमान के बराबर है;
- रासायनिक तत्व सेलेनियम (Se) के नाभिक में 34 प्रोटॉन होते हैं, और इससे पता चलता है कि यह इसके परमाणु के नाभिक का आवेश होगा;
- चांदी (या लिखित एजी) की क्रम संख्या और परमाणु द्रव्यमान 47 है;
- यदि आपको लिथियम परमाणु (Li) के नाभिक के आवेश का पता लगाने की आवश्यकता है, तो आपको मेंडेलीव के महान कार्य की शुरुआत की ओर मुड़ना होगा, जहां वह नंबर 3 पर है;
- ऑरम या हमारे पसंदीदा सोने (एयू) का परमाणु द्रव्यमान 79 है;
- आर्गन के लिए, यह मान 18 है;
- रूबिडियम का परमाणु द्रव्यमान 37 है, जबकि स्ट्रोंटियम का परमाणु द्रव्यमान 38 है।
मेंडेलीव की आवर्त सारणी के सभी घटकों को बहुत लंबे समय तक सूचीबद्ध करना संभव है, क्योंकि उनमें से बहुत सारे (ये घटक) हैं। मुख्य बात यह है कि इस घटना का सार स्पष्ट है, और यदि आपको पोटेशियम, ऑक्सीजन, सिलिकॉन, जस्ता, एल्यूमीनियम, हाइड्रोजन, बेरिलियम, बोरॉन, फ्लोरीन, तांबा, फ्लोरीन, आर्सेनिक, पारा, नियॉन की परमाणु संख्या की गणना करने की आवश्यकता है। , मैंगनीज, टाइटेनियम, तो आपको केवल रासायनिक तत्वों की तालिका का संदर्भ लेना होगा और किसी विशेष पदार्थ की क्रम संख्या का पता लगाना होगा।
कोर प्रभारी
मोसले का नियम।नाभिक का विद्युत आवेश प्रोटॉन द्वारा बनता है जो इसकी संरचना बनाते हैं। प्रोटॉन की संख्या जेडइसका आवेश कहलाता है, जिसका अर्थ है कि नाभिक के आवेश का निरपेक्ष मान बराबर होता है ज़ी.नाभिक का आवेश क्रमांक के समान होता है जेडमेंडेलीव के तत्वों की आवधिक प्रणाली में तत्व। पहली बार, परमाणु नाभिक के आवेशों को अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी मोसले द्वारा 1913 में निर्धारित किया गया था। एक क्रिस्टल के साथ तरंग दैर्ध्य को मापने के द्वारा λ कुछ तत्वों के परमाणुओं के लिए विशिष्ट एक्स-रे विकिरण, मोसले ने तरंग दैर्ध्य में एक नियमित परिवर्तन की खोज की λ आवर्त प्रणाली में एक के बाद एक तत्वों का अनुसरण करने वाले तत्वों के लिए (चित्र 2.1)। मोसले ने इस अवलोकन को निर्भरता के रूप में व्याख्यायित किया λ किसी परमाणु स्थिरांक से जेड, एक तत्व से तत्व में परिवर्तन और हाइड्रोजन के लिए एक के बराबर:
जहां और स्थिरांक हैं। परमाणु इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक्स-रे क्वांटा के प्रकीर्णन पर प्रयोगों से और α -कणों के परमाणु नाभिक द्वारा, यह पहले से ही ज्ञात था कि नाभिक का आवेश लगभग आधे परमाणु द्रव्यमान के बराबर होता है और इसलिए, तत्व की क्रम संख्या के करीब होता है। चूंकि विशेषता एक्स-रे विकिरण का उत्सर्जन परमाणु में विद्युत प्रक्रियाओं का परिणाम है, मोसले ने निष्कर्ष निकाला कि उनके प्रयोगों में पाया गया परमाणु स्थिरांक, जो विशेषता एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करता है और तत्व की क्रम संख्या के साथ मेल खाता है , केवल परमाणु नाभिक (मोसली का नियम) का आवेश हो सकता है।
चावल। 2.1. मोसले द्वारा प्राप्त पड़ोसी तत्वों के परमाणुओं का एक्स-रे स्पेक्ट्रा
एक्स-रे तरंगदैर्घ्य का मापन बड़ी सटीकता के साथ किया जाता है, ताकि मोसले के नियम के आधार पर, परमाणु का रासायनिक तत्व से संबंध पूरी तरह से विश्वसनीय रूप से स्थापित हो सके। हालांकि, तथ्य यह है कि निरंतर जेडअंतिम समीकरण में नाभिक का आवेश होता है, हालांकि यह अप्रत्यक्ष प्रयोगों द्वारा उचित है, यह अंततः अभिधारणा पर टिकी हुई है - मोसले का नियम। इसलिए, मोसले की खोज के बाद, प्रकीर्णन प्रयोगों में नाभिक के आवेशों को बार-बार मापा गया। α - कूलम्ब के नियम पर आधारित कण। 1920 में, चाडविग ने बिखरे हुए अनुपात को मापने की विधि में सुधार किया α -कणों और तांबे, चांदी और प्लेटिनम के परमाणुओं के नाभिक के आरोप प्राप्त किए (तालिका 2.1 देखें)। चाडविग के आंकड़े मोसले के कानून की वैधता के बारे में कोई संदेह नहीं छोड़ते हैं। प्रयोगों में संकेतित तत्वों के अलावा मैग्नीशियम, एल्युमिनियम, आर्गन और सोने के नाभिकों के आवेश भी निर्धारित किए गए थे।
तालिका 2.1. चाडविक के प्रयोगों के परिणाम
परिभाषाएँ।मोसले की खोज के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि एक परमाणु की मुख्य विशेषता नाभिक का आवेश है, न कि इसका परमाणु द्रव्यमान, जैसा कि 19 वीं शताब्दी के रसायनज्ञों ने माना था, क्योंकि नाभिक का आवेश परमाणु इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है, और इसलिए परमाणुओं के रासायनिक गुण। रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के बीच अंतर का कारण यह है कि उनके नाभिक में उनकी संरचना में प्रोटॉन की एक अलग संख्या होती है। इसके विपरीत, समान संख्या में प्रोटॉन वाले परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या किसी भी तरह से परमाणुओं के रासायनिक गुणों को नहीं बदलती है। परमाणु जो अपने नाभिक में केवल न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, कहलाते हैं आइसोटोपरासायनिक तत्व।