परमाणुओं की संरचना - पदार्थ के प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन

प्रकृति में सभी भौतिक शरीर एक प्रकार के पदार्थ से बने होते हैं जिसे पदार्थ कहा जाता है। पदार्थों को दो मुख्य समूहों में बांटा गया है - सरल और जटिल पदार्थ।

जटिल पदार्थ वे पदार्थ होते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से अन्य सरल पदार्थों में विघटित हो सकते हैं। जटिल पदार्थों के विपरीत, सरल पदार्थ वे होते हैं जिन्हें रासायनिक रूप से और भी सरल पदार्थों में नहीं तोड़ा जा सकता है।

एक जटिल पदार्थ का एक उदाहरण पानी है, जिसे एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से दो अन्य सरल पदार्थों - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित किया जा सकता है। अंतिम दो के लिए, वे अब रासायनिक रूप से सरल पदार्थों में विघटित नहीं हो सकते हैं और इसलिए सरल पदार्थ हैं, या दूसरे शब्दों में, रासायनिक तत्व हैं।

19वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में, विज्ञान में यह धारणा थी कि रासायनिक तत्व अपरिवर्तित पदार्थ होते हैं जिनका आपस में कोई सामान्य संबंध नहीं होता। हालाँकि, रूसी वैज्ञानिक डी। आई। मेंडेलीव (1834 - 1907) ने पहली बार 1869 मेंरासायनिक तत्वों के संबंध को प्रकट करता है, यह दर्शाता है कि उनमें से प्रत्येक की गुणात्मक विशेषता इसकी मात्रात्मक विशेषता - परमाणु भार पर निर्भर करती है।

रासायनिक तत्वों के गुणों का अध्ययन करते हुए, डी। आई। मेंडेलीव ने देखा कि उनके गुण समय-समय पर उनके परमाणु भार के आधार पर दोहराए जाते हैं। उन्होंने इस आवधिकता को एक तालिका के रूप में दिखाया, जो "मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त सारणी" नाम से विज्ञान में प्रवेश किया।

नीचे मेंडेलीव की रासायनिक तत्वों की आधुनिक आवर्त सारणी है।

मेंडेलीव तालिका

परमाणुओं

आधुनिक वैज्ञानिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रत्येक रासायनिक तत्व में सबसे छोटी सामग्री (भौतिक) कणों का एक संग्रह होता है जिसे परमाणु कहा जाता है।

एक परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा अंश है जिसे अब रासायनिक रूप से अन्य, छोटे और सरल भौतिक कणों में विघटित नहीं किया जा सकता है।

विभिन्न प्रकृति के रासायनिक तत्वों के परमाणु अपने भौतिक-रासायनिक गुणों, संरचना, आकार, द्रव्यमान, परमाणु भार, स्वयं की ऊर्जा और कुछ अन्य गुणों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु इसके गुणों और संरचना में ऑक्सीजन परमाणु से और बाद में यूरेनियम परमाणु से भिन्न होता है, और इसी तरह।

रासायनिक तत्वों के परमाणु आकार में अत्यंत छोटे पाए जाते हैं। यदि हम सशर्त रूप से मान लें कि परमाणुओं का एक गोलाकार आकार है, तो उनका व्यास एक सेंटीमीटर के सौ मिलियनवें हिस्से के बराबर होना चाहिए। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का व्यास - प्रकृति में सबसे छोटा परमाणु - एक सेंटीमीटर (10-8 सेमी) का सौ मिलियनवाँ हिस्सा है, और सबसे बड़े परमाणुओं का व्यास, उदाहरण के लिए, यूरेनियम परमाणु, तीन सौ से अधिक नहीं है एक सेंटीमीटर का दस लाखवाँ भाग (3 10-8 सेमी)।इसलिए, हाइड्रोजन परमाणु एक सेंटीमीटर त्रिज्या के गोले से कई गुना छोटा है, क्योंकि बाद वाला ग्लोब से छोटा है।

परमाणुओं का आकार बहुत छोटा होने के कारण उनका द्रव्यमान भी बहुत कम होता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान m = 1.67· 10-24 है, इसका अर्थ है कि एक ग्राम हाइड्रोजन में लगभग 6·1023 परमाणु होते हैं।

रासायनिक तत्वों के परमाणु भार के मापन की पारंपरिक इकाई के लिए, ऑक्सीजन परमाणु के भार का 1/16 भाग लिया जाता है। रासायनिक तत्व के इस परमाणु भार के अनुसार, एक अमूर्त संख्या को कहा जाता है, यह दर्शाता है कि किसी दिए गए रासायनिक तत्व का वजन ऑक्सीजन परमाणु के वजन के 1/16 से कितना गुना अधिक है।

डी। आई। मेंडेलीव के तत्वों की आवर्त सारणी में, सभी रासायनिक तत्वों के परमाणु भार दिए गए हैं (तत्व के नाम के तहत संख्या देखें)। इस तालिका से हम देखते हैं कि सबसे हल्का परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है, जिसका परमाणु भार 1.008 है। कार्बन का परमाणु भार 12 है, ऑक्सीजन का 16 है, और इसी तरह।

भारी रासायनिक तत्वों के लिए, उनका परमाणु भार हाइड्रोजन के परमाणु भार से दो सौ गुना से अधिक है। तो पारा का परमाणु मूल्य 200.6 है, रेडियम 226 है, और इसी तरह। तत्वों की आवर्त सारणी में किसी रासायनिक तत्व द्वारा कब्जा किया गया संख्या क्रम जितना अधिक होगा, परमाणु भार उतना ही अधिक होगा।

रासायनिक तत्वों के अधिकांश परमाणु भार भिन्नात्मक संख्या के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। यह कुछ हद तक इस तथ्य से समझाया गया है कि ऐसे रासायनिक तत्वों में विभिन्न परमाणु भार वाले कितने प्रकार के परमाणु होते हैं लेकिन समान रासायनिक गुणों के साथ।

रासायनिक तत्व जो तत्वों की आवर्त सारणी में समान संख्या में होते हैं और इसलिए उनके रासायनिक गुण समान होते हैं लेकिन विभिन्न परमाणु भार के साथ समस्थानिक कहलाते हैं।

अधिकांश रासायनिक तत्वों में समस्थानिक पाए जाते हैं, दो समस्थानिक हैं, कैल्शियम - चार, जस्ता - पाँच, टिन - ग्यारह, आदि। कला के माध्यम से कई समस्थानिक प्राप्त होते हैं, उनमें से कुछ का बड़ा व्यावहारिक महत्व है।

पदार्थ के प्राथमिक कण

लंबे समय तक, यह माना जाता था कि रासायनिक तत्वों के परमाणु पदार्थ की विभाज्यता की सीमा हैं, जो कि, जैसा कि ब्रह्मांड के प्राथमिक "बिल्डिंग ब्लॉक्स" थे। आधुनिक विज्ञान इस परिकल्पना को यह स्थापित करके खारिज करता है कि किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु स्वयं परमाणु से भी छोटे भौतिक कणों का समुच्चय है।

पदार्थ की संरचना के इलेक्ट्रॉन सिद्धांत के अनुसार, किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु एक केंद्रीय नाभिक से युक्त एक प्रणाली है जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन नामक सामग्री के "प्राथमिक" कण घूमते हैं। आम तौर पर स्वीकृत विचारों के अनुसार परमाणुओं के नाभिक में "प्राथमिक" भौतिक कणों - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक सेट होता है।

परमाणुओं की संरचना और उनमें होने वाली भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए, परमाणुओं को बनाने वाले प्राथमिक कणों की बुनियादी विशेषताओं से कम से कम संक्षेप में परिचित होना आवश्यक है।

यह निर्धारित किया जाता है कि एक इलेक्ट्रॉन प्रकृति में देखे गए सबसे छोटे नकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक सच्चा कण है।

यदि हम सशर्त रूप से मानते हैं कि एक कण के रूप में इलेक्ट्रॉन का एक गोलाकार आकार होता है, तो इलेक्ट्रॉन का व्यास 4 ·10-13 सेमी के बराबर होना चाहिए, अर्थात यह प्रत्येक परमाणु के व्यास से दसियों हज़ार गुना छोटा होता है।

किसी भी अन्य भौतिक कण की तरह एक इलेक्ट्रॉन में द्रव्यमान होता है। इलेक्ट्रॉन का "विश्राम द्रव्यमान" अर्थात वह द्रव्यमान जो सापेक्षिक विराम की अवस्था में होता है, मो = 9.1 · 10-28 G के बराबर होता है।

इलेक्ट्रॉन का अत्यंत छोटा "विश्राम द्रव्यमान" इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉन के जड़त्वीय गुण बेहद कमजोर हैं, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन, एक वैकल्पिक विद्युत बल के प्रभाव में, अंतरिक्ष में प्रति अरबों अवधियों की आवृत्ति के साथ दोलन कर सकता है। दूसरा।

इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान इतना कम होता है कि एक ग्राम इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करने में 1027 यूनिट लगते हैं। इस बड़ी संख्या का कम से कम कुछ भौतिक विचार रखने के लिए, हम एक उदाहरण देंगे। यदि एक ग्राम इलेक्ट्रॉनों को एक सीधी रेखा में एक दूसरे के करीब व्यवस्थित किया जा सकता है, तो वे चार अरब किलोमीटर लंबी एक श्रृंखला बना सकते हैं।

इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, किसी भी अन्य भौतिक सूक्ष्म कण की तरह, इसकी गति की गति पर निर्भर करता है। सापेक्ष आराम की स्थिति में एक इलेक्ट्रॉन में यांत्रिक प्रकृति का "विश्राम द्रव्यमान" होता है, जो किसी भी भौतिक शरीर के द्रव्यमान के समान होता है। इलेक्ट्रॉन के "गति के द्रव्यमान" के लिए, जो इसकी गति की गति बढ़ने के साथ बढ़ता है, यह विद्युत चुम्बकीय मूल का है। यह द्रव्यमान और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के साथ एक प्रकार के पदार्थ के रूप में गतिमान इलेक्ट्रॉन में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति के कारण है।

जितनी तेजी से इलेक्ट्रॉन चलता है, उसके विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के जड़त्वीय गुण उतने ही अधिक प्रकट होते हैं, बाद का द्रव्यमान उतना ही अधिक होता है और, तदनुसार, इसकी विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा। चूँकि इलेक्ट्रॉन अपने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ एकल व्यवस्थित रूप से जुड़ी सामग्री प्रणाली का प्रतिनिधित्व करता है, यह स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉन के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का संवेग द्रव्यमान सीधे इलेक्ट्रॉन को ही जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

एक कण के गुणों के अलावा, इलेक्ट्रॉन में तरंग गुण भी होते हैं।यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, प्रकाश प्रवाह की तरह, लहर जैसी गति के रूप में फैलता है। अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन प्रवाह की तरंग गति की प्रकृति की पुष्टि इलेक्ट्रॉन तरंगों के हस्तक्षेप और विवर्तन की घटनाओं से होती है।

इलेक्ट्रॉनिक हस्तक्षेप एक दूसरे पर इलेक्ट्रॉन की इच्छा के सुपरपोजिशन और इलेक्ट्रॉन विवर्तन की घटना है - यह इलेक्ट्रॉन तरंगों की एक संकीर्ण भट्ठा के किनारों पर झुकने की घटना है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन बीम गुजरता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन केवल एक कण नहीं है, बल्कि एक "कण तरंग" है, जिसकी लंबाई इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और गति पर निर्भर करती है।

यह स्थापित किया गया था कि इलेक्ट्रॉन, अपनी स्थानांतरणीय गति के अलावा, अपनी धुरी के चारों ओर एक घूर्णी गति भी करता है। इस प्रकार के इलेक्ट्रॉन आंदोलन को "स्पिन" कहा जाता है (अंग्रेजी शब्द "स्पिन" - स्पिंडल से)। इस आंदोलन के परिणामस्वरूप, विद्युत आवेश के कारण विद्युत गुणों के अलावा, इलेक्ट्रॉन भी चुंबकीय गुणों को प्राप्त करता है, इस संबंध में एक प्राथमिक चुंबक जैसा दिखता है।

एक प्रोटॉन एक वास्तविक कण है जिसमें एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है जो एक इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है।

प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.67 ·10-24 r है, जो कि इलेक्ट्रॉन के "शेष द्रव्यमान" से लगभग 1840 गुना अधिक है।

एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन के विपरीत, एक न्यूट्रॉन का कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, अर्थात यह पदार्थ का एक विद्युतीय रूप से तटस्थ "प्राथमिक" कण होता है। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है।

परमाणुओं को बनाने वाले इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन एक दूसरे को विपरीत विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में आकर्षित करते हैं।इसी समय, इलेक्ट्रॉन से इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन से प्रोटॉन समान विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में प्रतिकर्षित होते हैं।

ये सभी विद्युत आवेशित कण अपने विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं। ये क्षेत्र एक विशेष प्रकार के पदार्थ हैं जिनमें फोटॉन नामक प्राथमिक भौतिक कणों का संग्रह होता है। प्रत्येक फोटॉन में निहित ऊर्जा (ऊर्जा क्वांटम) की एक निश्चित मात्रा होती है।

विद्युत आवेशित सामग्री सामग्री के कणों की परस्पर क्रिया एक दूसरे के साथ फोटॉन के आदान-प्रदान के माध्यम से होती है। विद्युत आवेशित कणों के परस्पर क्रिया के बल को आमतौर पर विद्युत बल कहा जाता है।

परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन भी एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। हालाँकि, उनके बीच यह संपर्क अब एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से नहीं होता है, क्योंकि न्यूट्रॉन पदार्थ का विद्युत रूप से तटस्थ कण है, लेकिन तथाकथित के माध्यम से परमाणु क्षेत्र।

यह क्षेत्र भी एक विशेष प्रकार का पदार्थ है जिसमें प्राथमिक भौतिक कणों का संग्रह होता है जिसे मेसॉन कहा जाता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के बीच परस्पर क्रिया के बल को परमाणु बल कहा जाता है।

यह स्थापित किया गया है कि परमाणु बल अत्यंत कम दूरी पर परमाणुओं के नाभिक में कार्य करते हैं - लगभग 10-13 सेमी।

परमाणु बल एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन के आपसी प्रतिकर्षण के विद्युत बलों से बहुत अधिक हो जाते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि वे न केवल परमाणुओं के नाभिक के अंदर प्रोटॉन के आपसी प्रतिकर्षण की ताकतों को दूर करने में सक्षम हैं, बल्कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के संग्रह से नाभिक की बहुत मजबूत प्रणाली भी बना सकते हैं।

किसी भी परमाणु के नाभिक की स्थिरता दो परस्पर विरोधी बलों - परमाणु (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का परस्पर आकर्षण) और विद्युत (प्रोटॉन का पारस्परिक प्रतिकर्षण) के अनुपात पर निर्भर करती है।

परमाणुओं के नाभिक में कार्यरत शक्तिशाली परमाणु बल न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को एक दूसरे में बदलने में योगदान करते हैं। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की ये अन्योन्य क्रियाएं हल्के प्राथमिक कणों, उदाहरण के लिए मेसॉन की रिहाई या अवशोषण के परिणामस्वरूप होती हैं।

हमारे द्वारा विचार किए गए कण प्राथमिक कहलाते हैं क्योंकि उनमें पदार्थ के अन्य, सरल कणों का समुच्चय नहीं होता है। लेकिन साथ ही, हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि वे एक-दूसरे में बदलने में सक्षम हैं, दूसरे की कीमत पर पैदा होने के लिए। इस प्रकार, ये कण कुछ जटिल रूप हैं, अर्थात उनकी प्राथमिक प्रकृति सशर्त है।

परमाणुओं की रासायनिक संरचना

इसकी संरचना में सबसे सरल परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है। इसमें केवल दो प्राथमिक कणों का संग्रह होता है - एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन। हाइड्रोजन परमाणु प्रणाली में प्रोटॉन एक केंद्रीय नाभिक की भूमिका निभाता है जिसके चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन एक निश्चित कक्षा में घूमता है। अंजीर में। 1 योजनाबद्ध रूप से हाइड्रोजन परमाणु का एक मॉडल दिखाता है।

चावल। 1. हाइड्रोजन परमाणु की संरचना का आरेख

यह मॉडल वास्तविकता का केवल एक मोटा अनुमान है। तथ्य यह है कि "कणों की लहर" के रूप में इलेक्ट्रॉन में बाहरी वातावरण से तेजी से सीमांकित आयतन नहीं होता है। और इसका मतलब यह है कि किसी को इलेक्ट्रॉन की कुछ सटीक रैखिक कक्षा के बारे में नहीं, बल्कि एक तरह के इलेक्ट्रॉन बादल के बारे में बात करनी चाहिए। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन अक्सर बादल की कुछ मध्य रेखा पर कब्जा कर लेता है, जो परमाणु में इसकी संभावित कक्षाओं में से एक है।

यह कहा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉन की कक्षा परमाणु में सख्ती से अपरिवर्तित और स्थिर नहीं है - यह भी, इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान में परिवर्तन के कारण, एक निश्चित घूर्णी गति करता है। इसलिए, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की गति अपेक्षाकृत जटिल होती है। चूंकि हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटॉन) के नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन में विपरीत विद्युत आवेश होते हैं, वे एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।

इसी समय, इलेक्ट्रॉन की मुक्त ऊर्जा, परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमती है, एक केन्द्रापसारक बल विकसित करती है जो इसे नाभिक से दूर ले जाती है। इसलिए, परमाणु के नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच पारस्परिक आकर्षण का विद्युत बल और इलेक्ट्रॉन पर कार्यरत केन्द्रापसारक बल विरोधी बल हैं।

संतुलन में, उनका इलेक्ट्रॉन परमाणु में किसी कक्षा में अपेक्षाकृत स्थिर स्थिति में रहता है। चूंकि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बहुत छोटा है, इसलिए परमाणु के नाभिक के प्रति आकर्षण बल को संतुलित करने के लिए, इसे प्रति सेकंड लगभग 6·1015 क्रांतियों के बराबर एक विशाल गति से घूमना चाहिए। इसका मतलब यह है कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, किसी भी अन्य परमाणु की तरह, अपनी कक्षा में एक हजार किलोमीटर प्रति सेकंड से अधिक की रैखिक गति से चलता है।

सामान्य परिस्थितियों में, एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के निकटतम कक्षा में एक प्रकार के परमाणु में घूमता है। साथ ही, इसमें ऊर्जा की न्यूनतम संभव मात्रा होती है। यदि एक कारण या किसी अन्य के लिए, उदाहरण के लिए, परमाणु प्रणाली पर आक्रमण करने वाले अन्य भौतिक कणों के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन एक ऐसी कक्षा में चला जाता है जो परमाणु से अधिक दूर है, तो उसके पास पहले से ही थोड़ी बड़ी मात्रा में ऊर्जा होगी।

हालाँकि, इलेक्ट्रॉन इस नई कक्षा में नगण्य समय के लिए रहता है, जिसके बाद यह परमाणु के नाभिक के निकटतम कक्षा में वापस आ जाता है।इस दौरान यह अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को चुंबकीय विकिरण की एक मात्रा के रूप में छोड़ देता है - विकिरण ऊर्जा (चित्र 2)।

चावल। 2. जब एक इलेक्ट्रॉन एक दूर की कक्षा से एक परमाणु के नाभिक के करीब जाता है, तो यह विकिरण ऊर्जा की एक मात्रा का उत्सर्जन करता है

इलेक्ट्रॉन जितनी अधिक ऊर्जा बाहर से प्राप्त करता है, उतना ही वह उस कक्षा में चला जाता है जो परमाणु के नाभिक से सबसे दूर होती है, और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की मात्रा उतनी ही अधिक होती है जब वह नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमती है।

विभिन्न कक्षाओं से संक्रमण के दौरान इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा को मापकर, परमाणु के नाभिक के निकटतम एक के लिए, यह स्थापित करना संभव था कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, जैसा कि किसी अन्य की प्रणाली में है। परमाणु, इस ऊर्जा के अनुसार कड़ाई से निर्धारित एक यादृच्छिक कक्षा में नहीं जा सकता है जो इसे बाहरी बल के प्रभाव में प्राप्त करता है। एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जिस कक्षा में रह सकता है, उसे अनुमत कक्षाएँ कहा जाता है।

चूँकि हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक का धनात्मक आवेश (प्रोटॉन का आवेश) और इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक आवेश संख्यात्मक रूप से बराबर होते हैं, उनका कुल आवेश शून्य होता है। इसका मतलब यह है कि हाइड्रोजन परमाणु अपनी सामान्य अवस्था में विद्युतीय रूप से उदासीन कण है।

यह सभी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के लिए सही है: किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु अपनी सामान्य अवस्था में सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों की संख्यात्मक समानता के कारण विद्युत रूप से तटस्थ कण होता है।

चूँकि हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक में केवल एक "प्रारंभिक" कण होता है - एक प्रोटॉन, इस नाभिक की तथाकथित द्रव्यमान संख्या एक के बराबर होती है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या उस नाभिक को बनाने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या होती है।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में मुख्य रूप से एक के बराबर द्रव्यमान संख्या वाले परमाणुओं का संग्रह होता है। हालाँकि, इसमें एक अन्य प्रकार के हाइड्रोजन परमाणु भी होते हैं, जिनकी द्रव्यमान संख्या दो के बराबर होती है। इन भारी हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक, जिन्हें ड्यूटेरॉन कहा जाता है, दो कणों, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन से बने होते हैं। हाइड्रोजन के इस समस्थानिक को ड्यूटेरियम कहते हैं।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में बहुत कम मात्रा में ड्यूटेरियम होता है। प्रत्येक छह हजार प्रकाश हाइड्रोजन परमाणुओं (द्रव्यमान संख्या एक के बराबर) के लिए केवल एक ड्यूटेरियम परमाणु (भारी हाइड्रोजन) होता है। हाइड्रोजन का एक और समस्थानिक है, सुपर-भारी हाइड्रोजन जिसे ट्रिटियम कहा जाता है। इस हाइड्रोजन समस्थानिक के एक परमाणु के नाभिक में तीन कण होते हैं: एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, जो परमाणु बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। ट्रिटियम परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या तीन होती है, अर्थात ट्रिटियम परमाणु हल्के हाइड्रोजन परमाणु से तीन गुना भारी होता है।

हालाँकि हाइड्रोजन समस्थानिक के परमाणुओं में अलग-अलग द्रव्यमान होते हैं, फिर भी उनके पास समान रासायनिक गुण होते हैं, उदाहरण के लिए, प्रकाश हाइड्रोजन, ऑक्सीजन के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, इसके साथ एक जटिल पदार्थ बनाता है - पानी। इसी तरह, हाइड्रोजन का समस्थानिक, ड्यूटेरियम, ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाता है, जिसे साधारण पानी के विपरीत भारी पानी कहा जाता है। परमाणु (परमाणु) ऊर्जा के उत्पादन में भारी पानी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इसलिए, परमाणुओं के रासायनिक गुण उनके नाभिक के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करते हैं, बल्कि केवल परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर निर्भर करते हैं। क्योंकि प्रकाश हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के परमाणुओं में समान संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं (प्रत्येक परमाणु के लिए एक), इन समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण होते हैं।

यह संयोग से नहीं है कि तत्वों की आवर्त सारणी में रासायनिक तत्व हाइड्रोजन पहले नंबर पर है।तथ्य यह है कि तत्वों की आवर्त सारणी में प्रत्येक तत्व की संख्या और उस तत्व के एक परमाणु के नाभिक पर आवेश के परिमाण के बीच कुछ संबंध है। इसे निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: तत्वों की आवर्त सारणी में प्रत्येक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या संख्यात्मक रूप से उस तत्व के नाभिक के धनात्मक आवेश के बराबर होती है, और इसलिए इसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है।

चूंकि तत्वों की आवर्त सारणी में हाइड्रोजन पहले नंबर पर है, इसका मतलब है कि इसके परमाणु के नाभिक का धनात्मक आवेश एक के बराबर है और एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमता है।

तत्वों की आवर्त सारणी में रासायनिक तत्व हीलियम दूसरे स्थान पर है। इसका मतलब यह है कि इसमें दो इकाइयों के बराबर नाभिक का एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, अर्थात इसके नाभिक में दो प्रोटॉन होते हैं, और परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में - दो इलेक्ट्रोड होते हैं।

प्राकृतिक हीलियम में दो समस्थानिक होते हैं - भारी और हल्का हीलियम। भारी हीलियम की द्रव्यमान संख्या चार होती है। इसका मतलब यह है कि ऊपर बताए गए दो प्रोटॉन के अलावा दो और न्यूट्रॉन भारी हीलियम परमाणु के नाभिक में प्रवेश करने चाहिए। प्रकाश हीलियम के रूप में, इसकी द्रव्यमान संख्या तीन है, अर्थात दो प्रोटॉन के अलावा, एक और न्यूट्रॉन को इसके नाभिक की संरचना में प्रवेश करना चाहिए।

यह पाया गया है कि प्राकृतिक हीलियम में हल्के हीलियम परमाणुओं की संख्या भारी जीन परमाणुओं का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा है। अंजीर में। चित्र 3 में हीलियम परमाणु का योजनाबद्ध मॉडल दिखाया गया है।

चावल। 3. हीलियम परमाणु की संरचना का आरेख

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं की संरचना की और जटिलता इन परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या में वृद्धि और साथ ही साथ नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि (चित्र 4) के कारण होती है। तत्वों की आवर्त सारणी का उपयोग करके विभिन्न परमाणुओं को बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करना आसान है।

चावल। 4. परमाणु नाभिक के निर्माण की योजनाएँ: 1 - हीलियम, 2 - कार्बन, 3 - ऑक्सीजन

एक रासायनिक तत्व की नियमित संख्या परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है और साथ ही नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। परमाणु भार के रूप में, यह लगभग परमाणु की द्रव्यमान संख्या के बराबर होता है, अर्थात, नाभिक में एक साथ लिए गए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या। इसलिए, किसी तत्व के परमाणु भार से तत्व की परमाणु संख्या के बराबर संख्या घटाकर, यह निर्धारित करना संभव है कि किसी दिए गए नाभिक में कितने न्यूट्रॉन निहित हैं।

यह स्थापित किया गया है कि हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक, जिनकी संरचना में समान संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, बहुत उच्च शक्ति द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं, क्योंकि उनमें परमाणु बल अपेक्षाकृत बड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, एक भारी हीलियम परमाणु का नाभिक अत्यंत टिकाऊ होता है क्योंकि इसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं जो शक्तिशाली परमाणु बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

भारी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक में पहले से ही उनकी संरचना में असमान संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, यही वजह है कि नाभिक में उनका बंधन हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक की तुलना में कमजोर होता है। परमाणु "प्रोजेक्टाइल" (न्यूट्रॉन, हीलियम नाभिक, आदि) के साथ बमबारी करने पर इन तत्वों के नाभिक अपेक्षाकृत आसानी से विभाजित हो सकते हैं।

सबसे भारी रासायनिक तत्वों के लिए, विशेष रूप से रेडियोधर्मी वाले, उनके नाभिक को इतनी कम ताकत की विशेषता होती है कि वे अपने घटक भागों में सहज रूप से विघटित हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी तत्व रेडियम के परमाणु, जिसमें 88 प्रोटॉन और 138 न्यूट्रॉन का संयोजन होता है, अनायास क्षय हो जाता है, रेडियोधर्मी तत्व रेडॉन के परमाणु बन जाते हैं। बाद के परमाणु, बदले में, अन्य तत्वों के परमाणुओं में गुजरते हुए, अपने घटक भागों में टूट जाते हैं।

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक के घटक भागों से संक्षिप्त रूप से परिचित होने के बाद, आइए हम परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले की संरचना पर विचार करें। जैसा कि आप जानते हैं, इलेक्ट्रॉन केवल निश्चित कक्षाओं में ही परमाणुओं के नाभिक के चारों ओर चक्कर लगा सकते हैं। इसके अलावा, वे प्रत्येक परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में इतने गुच्छित होते हैं कि व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन गोले को अलग किया जा सकता है।

प्रत्येक शेल में एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, जो एक निश्चित संख्या से अधिक नहीं होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, परमाणु के नाभिक के निकटतम पहले इलेक्ट्रॉन खोल में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, दूसरे में - आठ से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं, आदि।

वे परमाणु जिनमें बाहरी इलेक्ट्रॉन के गोले पूरी तरह से भरे हुए हैं, उनमें सबसे अधिक स्थिर इलेक्ट्रॉन खोल होता है। इसका मतलब यह है कि एक परमाणु अपने सभी इलेक्ट्रॉनों को मजबूती से रखता है और उन्हें बाहर से अतिरिक्त मात्रा में प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, एक हीलियम परमाणु में पहले इलेक्ट्रॉन खोल को पूरी तरह से भरने वाले दो इलेक्ट्रॉन होते हैं, और एक नियॉन परमाणु में दस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से पहले दो पहले इलेक्ट्रॉन खोल को पूरी तरह से भरते हैं और बाकी - दूसरा (चित्र 5)।

चावल। 5. नियॉन परमाणु की संरचना का आरेख

इसलिए, हीलियम और नियॉन परमाणुओं में काफी स्थिर इलेक्ट्रॉन गोले होते हैं, वे उन्हें किसी भी मात्रात्मक तरीके से बदलने की प्रवृत्ति नहीं रखते हैं। ऐसे तत्व रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, अर्थात वे अन्य तत्वों के साथ रासायनिक संपर्क में नहीं आते हैं।

हालाँकि, अधिकांश रासायनिक तत्वों में परमाणु होते हैं जहाँ बाहरी इलेक्ट्रॉन के गोले पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों से भरे नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एक पोटेशियम परमाणु में उन्नीस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से अठारह पूरी तरह से पहले तीन गोले भरते हैं, और उन्नीसवां इलेक्ट्रॉन अगले, खाली इलेक्ट्रॉन खोल में होता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ चौथे इलेक्ट्रॉन खोल का कमजोर भरना इस तथ्य की ओर जाता है कि परमाणु का नाभिक सबसे बाहरी - उन्नीसवें इलेक्ट्रॉन को बहुत कमजोर रखता है, और इसलिए बाद वाले को परमाणु से आसानी से हटाया जा सकता है। …

या, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु में आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से दो पहले खोल को पूरी तरह भरते हैं, और शेष छह दूसरे खोल में स्थित होते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीजन परमाणु में दूसरे इलेक्ट्रॉन खोल के निर्माण के पूर्ण समापन के लिए, इसमें केवल दो इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है। इसलिए, ऑक्सीजन परमाणु न केवल अपने छह इलेक्ट्रॉनों को दूसरे शेल में मजबूती से रखता है, बल्कि अपने दूसरे इलेक्ट्रॉन शेल को भरने के लिए दो लापता इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर आकर्षित करने की क्षमता भी रखता है। यह वह ऐसे तत्वों के परमाणुओं के साथ रासायनिक संयोजन द्वारा प्राप्त करता है जिसमें बाहरी इलेक्ट्रॉन उनके नाभिक से कमजोर रूप से जुड़े होते हैं।

रासायनिक तत्व जिनके परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों से भरी नहीं होती हैं, एक नियम के रूप में, रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं, अर्थात वे स्वेच्छा से रासायनिक संपर्क में प्रवेश करते हैं।

तो, रासायनिक तत्वों के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को कड़ाई से परिभाषित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, और परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में उनकी स्थानिक व्यवस्था या मात्रा में किसी भी परिवर्तन से बाद के भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन होता है।

परमाणु प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या की समानता ही इसका कुल विद्युत आवेश शून्य होने का कारण है। यदि परमाणु प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या की समानता का उल्लंघन किया जाता है, तो परमाणु एक विद्युत आवेशित प्रणाली बन जाता है।

एक प्रणाली में एक परमाणु जिसके विपरीत विद्युत आवेशों का संतुलन इस तथ्य के कारण गड़बड़ा जाता है कि उसने अपने इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा खो दिया है या, इसके विपरीत, उनमें से अधिकता प्राप्त कर ली है, एक आयन कहलाता है।

इसके विपरीत, यदि कोई परमाणु इलेक्ट्रॉनों की अधिक संख्या प्राप्त करता है, तो यह एक ऋणात्मक आयन बन जाता है। उदाहरण के लिए, एक क्लोरीन परमाणु जिसने एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त किया है, एक एकल आवेशित ऋणात्मक क्लोरीन आयन Cl-... एक ऑक्सीजन परमाणु जिसने दो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त किए हैं, एक दोगुना आवेशित ऋणात्मक ऑक्सीजन आयन O बन जाता है, और इसी तरह।
एक परमाणु जो आयन बन गया है, बाहरी वातावरण के संबंध में एक विद्युत आवेशित प्रणाली बन जाता है। और इसका मतलब यह है कि परमाणु के पास एक विद्युत क्षेत्र होना शुरू हो गया है, जिसके साथ मिलकर यह एक एकल सामग्री प्रणाली बनाता है, और इस क्षेत्र के माध्यम से यह पदार्थ के अन्य विद्युत आवेशित कणों - आयनों, इलेक्ट्रॉनों, परमाणुओं के धनात्मक रूप से आवेशित नाभिकों के साथ विद्युत संपर्क करता है। वगैरह।

विभिन्न आयनों की एक-दूसरे को आकर्षित करने की क्षमता के कारण ही वे रासायनिक रूप से जुड़ते हैं, पदार्थ के अधिक जटिल कण - अणु बनाते हैं।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणु के आयाम उन वास्तविक कणों के आयामों की तुलना में बहुत बड़े होते हैं जिनसे वे बने होते हैं। सबसे जटिल परमाणु का नाभिक, सभी इलेक्ट्रॉनों के साथ, परमाणु के आयतन के एक अरबवें हिस्से पर कब्जा कर लेता है। एक साधारण गणना से पता चलता है कि यदि प्लैटिनम के एक घन मीटर को इतनी मजबूती से दबाया जा सकता है कि अंतर-परमाणु और अंतर-परमाणु स्थान गायब हो जाते हैं, तो लगभग एक घन मिलीमीटर के बराबर आयतन प्राप्त होगा।