एक परमाणु क्या है?

परमाणु पदार्थ की मूल इकाइयाँ और तत्वों की परिभाषित संरचना है। शब्द "परमाणु" ग्रीक शब्द से अविभाज्य के लिए आता है, क्योंकि यह कभी सोचा गया था कि परमाणु ब्रह्मांड में सबसे छोटी चीजें थीं और विभाजित नहीं की जा सकती थीं। अब हम जानते हैं कि परमाणु तीन कणों से बने होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन - जो कि छोटे कणों से भी बने होते हैं, जैसे क्वार्क।

13.7 बिलियन साल पहले बिग बैंग के बाद परमाणु बनाए गए थे। जैसे-जैसे गर्म, घना नया ब्रह्मांड ठंडा होता गया, परिस्थितियाँ क्वार्क और इलेक्ट्रॉनों के बनने के लिए उपयुक्त होती गईं। क्वार्क प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाने के लिए एक साथ आए, और इन कणों को नाभिक में संयोजित किया गया। यह सब ब्रह्मांड के अस्तित्व के पहले कुछ मिनटों के भीतर हुआ, CERN के अनुसार।

ब्रह्मांड को इलेक्ट्रॉनों को धीमा करने के लिए ब्रह्मांड को ठंडा करने में 380,000 साल लगे ताकि नाभिक उन्हें पहले परमाणुओं को बनाने के लिए पकड़ सके। जेफरसन लैब के अनुसार, जल्द से जल्द परमाणु मुख्य रूप से हाइड्रोजन और हीलियम थे, जो ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व हैं। गुरुत्वाकर्षण ने अंततः गैस के बादलों को तारे के रूप में बनाया और तारों का निर्माण किया, और तारों के भीतर भारी परमाणु (और अभी भी) बनाए गए और पूरे ब्रह्मांड में भेजे गए जब स्टार विस्फोट (सुपरनोवा) हुआ।

परमाणु के कण

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होते हैं और परमाणु के केंद्र में नाभिक में रहते हैं। इलेक्ट्रॉन बेहद हल्के होते हैं और नाभिक की परिक्रमा करने वाले बादल में मौजूद होते हैं। लॉस अल्मोस नेशनल लेबोरेटरी के अनुसार, इलेक्ट्रॉन बादल का नाभिक से 10,000 गुना अधिक त्रिज्या है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में लगभग समान द्रव्यमान होता है। हालांकि, एक प्रोटॉन एक इलेक्ट्रॉन की तुलना में लगभग 1,835 गुना अधिक है। परमाणुओं में हमेशा प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या आमतौर पर समान होती है। एक परमाणु में एक प्रोटॉन जोड़ना एक नया तत्व बनाता है, जबकि एक न्यूट्रॉन को जोड़ने से उस परमाणु का एक आइसोटोप, या भारी संस्करण बनता है।

नाभिक

न्यूक्लियस की खोज 1911 में अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने की थी, जो न्यूजीलैंड के भौतिक विज्ञानी थे। 1920 में रदरफोर्ड ने परमाणु के धनात्मक आवेशित कणों के लिए प्रोटॉन नाम प्रस्तावित किया। उन्होंने यह भी कहा कि नाभिक के भीतर एक तटस्थ कण था, जो जेम्स चैडविक, एक ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी और रदरफोर्ड का छात्र था, 1932 में पुष्टि करने में सक्षम था।

रसायन शास्त्र लिब्रेटेक्स के अनुसार वस्तुतः एक परमाणु का समस्त द्रव्यमान उसके नाभिक में रहता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जो नाभिक बनाते हैं, लगभग एक ही द्रव्यमान (प्रोटॉन थोड़ा कम होता है) और एक ही कोणीय गति, या स्पिन होता है।

नाभिक प्रकृति में चार बुनियादी बलों में से एक, मजबूत बल द्वारा एक साथ आयोजित किया जाता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच यह बल बिजली के नियमों के अनुसार, प्रतिकारक विद्युत बल को खत्म कर देता है जो अन्यथा प्रोटॉन को अलग कर देता है। कुछ परमाणु नाभिक अस्थिर होते हैं क्योंकि नाभिक के आकार के आधार पर विभिन्न परमाणुओं के लिए बाध्यकारी बल भिन्न होता है। ये परमाणु तब अन्य तत्वों में क्षय होंगे, जैसे कार्बन -14 नाइट्रोजन -14 में क्षय।

प्रोटान

प्रोटॉन सकारात्मक रूप से आवेशित कण होते हैं जो परमाणु नाभिक के भीतर पाए जाते हैं। रदरफोर्ड ने उन्हें कैथोड-रे ट्यूब के प्रयोगों में खोजा जो 1911 और 1919 के बीच आयोजित किए गए थे। प्रोटॉन 99.86% न्यूट्रॉन के रूप में बड़े पैमाने पर हैं।

एक परमाणु में प्रोटॉनों की संख्या प्रत्येक तत्व के लिए अद्वितीय है। उदाहरण के लिए, कार्बन परमाणुओं में छह प्रोटॉन होते हैं, हाइड्रोजन परमाणुओं में एक और ऑक्सीजन परमाणुओं में आठ होते हैं। किसी परमाणु में प्रोटॉनों की संख्या को उस तत्व की परमाणु संख्या के रूप में जाना जाता है। प्रोटॉन की संख्या तत्व के रासायनिक व्यवहार को भी निर्धारित करती है। तत्वों की आवर्त सारणी में तत्वों की व्यवस्था परमाणु क्रमांक बढ़ाने के क्रम में की गई है।

तीन क्वार्क्स प्रत्येक प्रोटॉन बनाते हैं - दो "अप" क्वार्क (प्रत्येक दो-तिहाई सकारात्मक चार्ज के साथ) और एक "डाउन" क्वार्क (एक तिहाई नकारात्मक चार्ज के साथ) - और वे एक दूसरे उप-परमाणु कणों द्वारा आयोजित होते हैं जिन्हें ल्यून्स कहा जाता है, जो बड़े पैमाने पर हैं।

इलेक्ट्रॉनों

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की तुलना में इलेक्ट्रॉन छोटे होते हैं, प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तुलना में 1,800 गुना छोटे होते हैं। जेफरसन लैब के अनुसार, इलेक्ट्रॉन लगभग 0.054% न्यूट्रॉन के रूप में बड़े पैमाने पर हैं।

विज्ञान इतिहास संस्थान के अनुसार, जोसेफ जॉन (जे.जे.) थॉमसन, एक ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी, ने 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज की थी। मूल रूप से "कॉर्पसाइडर्स" के रूप में जाना जाता है, इलेक्ट्रॉनों पर एक नकारात्मक चार्ज होता है और विद्युत रूप से सकारात्मक चार्ज किए गए प्रोटॉन के लिए आकर्षित होता है। इलेक्ट्रॉनों ने परमाणु नाभिक को ऑर्बिटल्स नामक पथ में घेर लिया, यह एक विचार है जो 1920 के दशक में एक ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी एरविन श्रोडिंगर ने डाला था। आज, इस मॉडल को क्वांटम मॉडल या इलेक्ट्रॉन क्लाउड मॉडल के रूप में जाना जाता है। परमाणु के आसपास के आंतरिक कक्षा गोलाकार हैं लेकिन बाहरी कक्षा बहुत अधिक जटिल हैं।

एक परमाणु का इलेक्ट्रॉन विन्यास एक विशिष्ट परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के स्थानों को संदर्भित करता है। लॉस अल्मोस नेशनल लैबोरेट्री के अनुसार, इलेक्ट्रॉन विन्यास और भौतिकी के सिद्धांतों का उपयोग करते हुए, रसायनज्ञ एक परमाणु के गुणों की भविष्यवाणी कर सकते हैं, जैसे कि स्थिरता, क्वथनांक और चालकता।

न्यूट्रॉन

न्यूट्रॉन के अस्तित्व को रदरफोर्ड ने 1920 में प्रमाणित किया और चाडविक ने 1932 में अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी के अनुसार खोजा। न्यूट्रॉन प्रयोगों के दौरान पाए गए जब बेरिलियम की एक पतली शीट पर परमाणुओं को गोली मार दी गई थी। बिना किसी चार्ज के उप-परमाणु कण जारी किए गए - न्यूट्रॉन।

न्यूट्रॉन अपरिवर्तित कण हैं जो सभी परमाणु नाभिक (हाइड्रोजन को छोड़कर) के भीतर पाए जाते हैं। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा बड़ा होता है। प्रोटॉन की तरह, न्यूट्रॉन भी क्वार्क से बने होते हैं - एक "अप" क्वार्क (एक सकारात्मक 2/3 चार्ज के साथ) और दो "डाउन" क्वार्क (प्रत्येक एक नकारात्मक एक तिहाई चार्ज के साथ)।

परमाणु का इतिहास

परमाणु का सिद्धांत कम से कम 440 ईसा पूर्व का है। डेमोक्रिटस, एक यूनानी वैज्ञानिक और दार्शनिक। डेमोक्रिटस ने संभवतः "द एटमॉम से एटम: द हिस्ट्री ऑफ द कॉन्सेप्ट एटम" (ड्यूसेन यूनिवर्सिटी प्रेस, 1952) के लेखक एंड्रयू जी वान मेलसन के अनुसार, पिछले दार्शनिकों के काम पर परमाणुओं के अपने सिद्धांत का निर्माण किया।

परमाणु के डेमोक्रिटस की व्याख्या एक पत्थर से शुरू होती है। आधे में एक पत्थर का कटाव एक ही पत्थर के दो हिस्सों को देता है। यदि पत्थर को लगातार काटा जाना था, तो किसी बिंदु पर पत्थर का एक टुकड़ा पर्याप्त रूप से मौजूद होगा जिसे अब नहीं काटा जा सकता है। शब्द "परमाणु" अविभाज्य के लिए ग्रीक शब्द से आया है, जिसे डेमोक्रिटस ने निष्कर्ष निकाला है वह बिंदु होना चाहिए जिस पर एक होने (किसी भी रूप में) को और अधिक विभाजित नहीं किया जा सकता है।

उनके स्पष्टीकरण में उन विचारों को शामिल किया गया था, जो परमाणु एक दूसरे से अलग-अलग मौजूद होते हैं, कि एक अनंत मात्रा में परमाणु होते हैं, जो परमाणु स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं, कि वे पदार्थ बनाने के लिए एक साथ जुड़ सकते हैं लेकिन एक नए परमाणु बनने के लिए विलय नहीं करते हैं, और वे यूनिवर्स टुडे के अनुसार विभाजित नहीं किया जा सकता है। हालांकि, क्योंकि उस समय अधिकांश दार्शनिकों - विशेष रूप से बहुत प्रभावशाली अरस्तू - का मानना ​​था कि पृथ्वी, वायु, अग्नि और जल से सभी पदार्थ बनाए गए थे, डेमोक्रिटस के परमाणु सिद्धांत को अलग रखा गया था।

जॉन डाल्टन, एक ब्रिटिश रसायनज्ञ, ने 1803 में डेमोक्रिटस के विचारों पर बनाया था जब उन्होंने पर्ड्यू विश्वविद्यालय में रसायन विज्ञान विभाग के अनुसार, अपने स्वयं के परमाणु सिद्धांत को सामने रखा था। डाल्टन के सिद्धांत में डेमोक्रिटस के कई विचार शामिल थे, जैसे परमाणु अविभाज्य और अविनाशी हैं और सभी पदार्थों को बनाने के लिए अलग-अलग परमाणु एक साथ बनते हैं। सिद्धांत के लिए डाल्टन के अतिरिक्त विचारों में निम्नलिखित विचार शामिल थे: एक निश्चित तत्व के सभी परमाणु समान थे, कि एक तत्व के परमाणुओं में दूसरे तत्व के परमाणुओं की तुलना में अलग-अलग भार और गुण होंगे, जो परमाणु निर्मित या नष्ट नहीं हो सकते हैं और यह मामला बनता है परमाणुओं को सरल पूर्ण संख्याओं में संयोजित करना।

केमिकल हेरिटेज फाउंडेशन के अनुसार, 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज करने वाले ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी थॉमसन ने साबित किया था कि परमाणुओं को विभाजित किया जा सकता है। वह कैथोड-रे ट्यूब में विद्युत निर्वहन के गुणों का अध्ययन करके इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व को निर्धारित करने में सक्षम था। थॉमसन के 1897 के कागज के अनुसार, किरणों को ट्यूब के भीतर विक्षेपित किया गया था, जिससे साबित हुआ कि वैक्यूम ट्यूब के भीतर कुछ ऐसा था जिसे नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था। 1899 में, थॉमसन ने परमाणु के अपने संस्करण का विवरण प्रकाशित किया, जिसे आमतौर पर "प्लम पुडिंग मॉडल" के रूप में जाना जाता है। इस पेपर का एक अंश केम टीम साइट पर पाया गया है। परमाणु के थॉमसन के मॉडल में बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों को शामिल किया गया था, जो परमाणु को एक समग्र चार्ज देने वाला सकारात्मक चार्ज उत्पन्न करता था। उनका मॉडल प्लम पुडिंग जैसा दिखता था, जो एक लोकप्रिय ब्रिटिश मिठाई थी जिसमें गोल केक जैसी गेंद में किशमिश को निलंबित कर दिया गया था।

पर्ड्यू विश्वविद्यालय में रसायन विज्ञान विभाग के अनुसार, परमाणु मॉडल को आगे बढ़ाने और आगे बढ़ाने के लिए परमाणु मॉडल रदरफोर्ड ने थॉमसन के तहत अध्ययन किया था। 1911 में, रदरफोर्ड ने परमाणु के अपने संस्करण को प्रकाशित किया, जिसमें इलेक्ट्रॉनों द्वारा परिकल्पित धनात्मक नाभिक शामिल था। यह मॉडल तब पैदा हुआ जब रदरफोर्ड और उनके सहायकों ने सोने की पतली शीट पर अल्फा कणों को निकाल दिया। जेफर्सन लैब के अनुसार, एक अल्फा कण दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से बना होता है, सभी को एक ही मजबूत परमाणु बल द्वारा एक साथ रखा जाता है जो नाभिक को बांधता है।

वैज्ञानिकों ने देखा कि अल्फा कणों का एक छोटा सा प्रतिशत गति की मूल दिशा में बहुत बड़े कोणों पर बिखरा हुआ था, जबकि बहुमत मुश्किल से परेशान होकर ठीक से गुजरता था। रदरफोर्ड सोने के परमाणु के नाभिक के आकार को अनुमानित करने में सक्षम था, यह खोजने के लिए कि परमाणु के खाली स्थान के साथ पूरे परमाणु के आकार की तुलना में कम से कम 10,000 गुना छोटा होगा। रदरफोर्ड के परमाणु का मॉडल अभी भी बुनियादी मॉडल है जो आज उपयोग किया जाता है।

कई अन्य वैज्ञानिकों ने परमाणु मॉडल को आगे बढ़ाया, जिसमें नील्स बोहर (हाइड्रोजन स्पेक्ट्रम पर आधारित इलेक्ट्रॉनों के गुणों को शामिल करने के लिए रदरफोर्ड का मॉडल बनाया गया), इरविन श्रोडिंगर (परमाणु के क्वांटम मॉडल विकसित), वर्नर हेइज़ेनबर्ग (कहा गया है कि दोनों को नहीं जान सकते हैं) एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति और वेग एक साथ), और मरे गेल-मान और जॉर्ज ज़्विग (स्वतंत्र रूप से इस सिद्धांत को विकसित किया कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क से बने थे)।