Chapter 8: परमाणु के अंदर की यात्रा
परमाणुओं को कभी अविभाज्य माना जाता था — फिर प्रमाण ने उन्हें खोल दिया। डाल्टन के ठोस गोलों से बोर के कोशों तक प्रतिरूपों का पीछा कीजिए, और किन्हीं दो संख्याओं से कोई भी परमाणु पढ़ना सीखिए।
Original notes — ready Bihar Board — BSEB (Hindi Medium) • Class 9 • Science • Book: Exploration (NEP Mirror, Hindi)
परमाणु के अंदर की यात्रा — EG के अपने नोट्स, सरल शब्दों में
पुस्तक: Exploration (BSEB, Class 9) | अध्याय 8 | माध्यम: हिंदी
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चित्र (लेबल चित्र पर ही छपे हैं): आरेख के रूप में खींचा बोर प्रतिरूप परमाणु: अंदर प्रोटॉन वाला केंद्रीय नाभिक, अपने कोशों पर इलेक्ट्रॉन, और स्वयं एक कोश, जिनमें से हर एक चित्र पर ही लेबल किया गया है। चित्र के सभी लेबल हिंदी में छपे हैं।
परमाणु के अंदर की खोज करते वैज्ञानिक।
इस अध्याय के बारे में
जो कुछ आप देखते हैं, वह परमाणुओं से बना है, फिर भी परमाणु सीधे देखने के लिए बहुत छोटे हैं। प्राचीन भारतीय चिंतक कणाद और यूनानी चिंतक डेमोक्रिटस दोनों ने पदार्थ को छोटे अविभाज्य कणों से बना सोचा था, पर जॉन डाल्टन ने इस विचार को वैज्ञानिक सिद्धांत बनाया: तत्व परमाणुओं से बने हैं, एक तत्व के परमाणु एक-से होते हैं, और परमाणु सरल पूर्ण-संख्या अनुपातों में मिलकर यौगिक बनाते हैं।
परमाणु फिर भी विभाज्य निकला। प्रयोगों ने तीन उपपरमाण्विक कण दिखाए: इलेक्ट्रॉन, छोटे और ऋणावेशित; प्रोटॉन, धनावेशित; और न्यूट्रॉन, बिना आवेश के। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन छोटे केंद्रीय नाभिक में रहते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन उसके चारों ओर कोशों में चलते हैं।
परमाणु के प्रतिरूप प्रमाण बढ़ने के साथ बदलते रहे। थॉमसन ने इलेक्ट्रॉनों को धनावेशित “प्लम पुडिंग” में धँसे सोचा। रदरफ़ोर्ड के स्वर्ण-पत्र प्रयोग ने दिखाया कि परमाणु अधिकांशतः खाली जगह है जिसमें छोटा, सघन, धनात्मक नाभिक है — अल्फ़ा कण अधिकांशतः सीधे निकल गए, कुछ बड़े कोणों पर वापस उछले। बोर ने फिर समझाया कि इलेक्ट्रॉन नाभिक में क्यों नहीं गिरते: वे निश्चित ऊर्जा वाले कोशों में रहते हैं, और कोश बदलते समय निश्चित मात्रा में ऊर्जा लेकर या देकर ही कूदते हैं।
किन्हीं दो संख्याओं से कोई भी परमाणु बताया जा सकता है। परमाणु संख्या (Z) प्रोटॉनों की संख्या है, और वही तय करती है कि परमाणु किस तत्व का है। द्रव्यमान संख्या (A) प्रोटॉनों जमा न्यूट्रॉनों की संख्या है। इलेक्ट्रॉन कोशों में निश्चित ढर्रे से भरते हैं — पहले कोश में 2, दूसरे में 8, तीसरे में 8 (शुरुआती कोशों के लिए) — और सबसे बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉन संयोजकता तय करते हैं।
क्या सीखना है
ध्यान दीजिए कि हर परमाणु-प्रतिरूप पिछले प्रतिरूप की विफलता का उत्तर कैसे देता है, Z और A क्या बताते हैं, इलेक्ट्रॉन कोशों में कैसे भरते हैं, और संयोजकता सबसे बाहरी कोश का अनुसरण क्यों करती है।
समस्थानिक और समभारिक — एक-से या अलग?
समस्थानिक एक ही तत्व के परमाणु हैं जिनकी परमाणु संख्या एक-सी पर द्रव्यमान संख्या अलग है: प्रोटियम, ड्यूटीरियम और ट्राइटियम सभी हाइड्रोजन हैं (Z = 1) जिनमें 0, 1 और 2 न्यूट्रॉन हैं। समस्थानिकों के रासायनिक गुण एक-से होते हैं क्योंकि रसायन इलेक्ट्रॉनों से तय होता है, जो एक-से हैं — पर उनके द्रव्यमान अलग हैं।
समभारिक उल्टी स्थिति है: अलग-अलग तत्वों के परमाणु जिनकी द्रव्यमान संख्या एक-सी पर परमाणु संख्या अलग है, जैसे कैल्शियम-40 और आर्गन-40। द्रव्यमान एक-सा, तत्व अलग — समस्थानिकों का दर्पण-प्रतिबिंब, और परीक्षा की पसंदीदा चाल।
हल किया गया उदाहरण: परमाणु पढ़ना
सोडियम को ²³₁₁Na लिखा जाता है। नीचे की संख्या Z = 11 है, इसलिए परमाणु में 11 प्रोटॉन हैं — और उदासीन परमाणु में 11 इलेक्ट्रॉन। ऊपर की संख्या A = 23 है, इसलिए न्यूट्रॉन = A − Z = 23 − 11 = 12।
उसका इलेक्ट्रॉन विन्यास 2, 8, 1 है: सबसे बाहरी कोश में एक इलेक्ट्रॉन है, इसलिए उसकी संयोजकता 1 है। क्लोरीन (2, 8, 7) के सात बाहरी इलेक्ट्रॉन हैं और उसे पूरा कोश चाहिए, इसलिए उसकी संयोजकता भी 1 है — पाकर, न कि खोकर। सोडियम एक खोता है, क्लोरीन एक पाती है, और इसीलिए वे NaCl के रूप में मिलते हैं।
मुख्य शब्द
- परमाणु — किसी तत्व की सबसे छोटी इकाई जो तत्व के गुण बनाए रखती है।
- इलेक्ट्रॉन — ऋणावेशित उपपरमाण्विक कण जो नाभिक के चारों ओर कोशों में पाया जाता है।
- प्रोटॉन — धनावेशित उपपरमाण्विक कण जो नाभिक में पाया जाता है।
- न्यूट्रॉन — बिना आवेश वाला उपपरमाण्विक कण जो नाभिक में पाया जाता है।
- परमाणु संख्या (Z) — परमाणु में प्रोटॉनों की संख्या; वही तत्व तय करती है।
- द्रव्यमान संख्या (A) — परमाणु में प्रोटॉनों जमा न्यूट्रॉनों की संख्या।
- संयोजकता — परमाणु की संयोजन क्षमता, जो सबसे बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉनों से तय होती है।
याद रखें
- परमाणु विभाज्य हैं: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।
- प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक में रहते हैं; इलेक्ट्रॉन कोशों में रहते हैं।
- Z = प्रोटॉनों की संख्या; A = प्रोटॉन + न्यूट्रॉन; न्यूट्रॉन = A − Z।
- कोश 2, 8, 8 के क्रम में भरते हैं (शुरुआती कोशों के लिए)।
- संयोजकता सबसे बाहरी कोश का अनुसरण करती है: 1–4 का अर्थ है उतने खोना; 5–7 का अर्थ है 8 तक पाना।
परीक्षा टिप / सामान्य गलती
सामान्य गलती: परमाणु संख्या और द्रव्यमान संख्या को मिला देना। Z (नीचे की संख्या) केवल प्रोटॉन गिनती है और तत्व तय करती है। A (ऊपर की संख्या) प्रोटॉन जमा न्यूट्रॉन गिनती है। न्यूट्रॉन घटाकर मिलते हैं, A − Z से, किसी भी संख्या को सीधे पढ़कर कभी नहीं।
चार्ट / तालिका: उपपरमाण्विक कण एक नज़र में
| बिंदु | विवरण |
|---|---|
| इलेक्ट्रॉन | आवेश −1; द्रव्यमान लगभग नगण्य; कोशों में पाया जाता है |
| प्रोटॉन | आवेश +1; द्रव्यमान 1 u; नाभिक में पाया जाता है |
| न्यूट्रॉन | आवेश 0; द्रव्यमान 1 u; नाभिक में पाया जाता है |
| नाभिक | छोटा, सघन केंद्र; प्रोटॉन और न्यूट्रॉन रखता है |
| कोश | निश्चित ऊर्जा-स्तर जहाँ इलेक्ट्रॉन रहते हैं; 2, 8, 8… |
| संयोजकता | सबसे बाहरी कोश से संयोजन क्षमता |
हल की गई विधि: ²⁷₁₃Al पढ़ना
- Z = 13 है, इसलिए 13 प्रोटॉन और (उदासीन परमाणु में) 13 इलेक्ट्रॉन हैं।
- न्यूट्रॉन = A − Z = 27 − 13 = 14।
- इलेक्ट्रॉन विन्यास: 2, 8, 3।
- बाहर 3 इलेक्ट्रॉन होने से वह 3 खोता है, इसलिए उसकी संयोजकता 3 है।
अभ्यास (स्वयं करके देखें)
- तीन उपपरमाण्विक कण कौन-से हैं और उनके आवेश क्या हैं?
संकेत: नाभिक और कोशों के बारे में सोचिए। - परमाणु में Z = 6 और A = 12 है। उसमें कितने प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रॉन हैं?
संकेत: न्यूट्रॉनों के लिए घटाने के बारे में सोचिए। - रदरफ़ोर्ड ने यह निष्कर्ष क्यों निकाला कि परमाणु अधिकांशतः खाली जगह है?
संकेत: सोचिए कि अधिकांश अल्फ़ा कणों के साथ क्या हुआ। - ऑक्सीजन (Z = 8) का इलेक्ट्रॉन विन्यास लिखिए और उसकी संयोजकता निकालिए।
संकेत: कोशों के 2, 8 के क्रम में भरने और बाहरी कोश के बारे में सोचिए। - समस्थानिक और समभारिक में क्या अंतर है?
संकेत: सोचिए कि हर एक में क्या एक-सा रहता है।
प्रश्न और उत्तर
- डाल्टन के परमाणु सिद्धांत ने क्या प्रस्तावित किया?
डाल्टन ने प्रस्तावित किया कि पदार्थ अविभाज्य परमाणुओं से बना है, एक तत्व के परमाणु एक-से होते हैं, अलग-अलग तत्वों के परमाणु द्रव्यमान में अलग होते हैं, और परमाणु सरल पूर्ण-संख्या अनुपातों में मिलकर यौगिक बनाते हैं। - रदरफ़ोर्ड के स्वर्ण-पत्र प्रयोग ने क्या दिखाया?
अधिकांश अल्फ़ा कण पत्र से सीधे निकल गए, जिससे पता चला कि परमाणु अधिकांशतः खाली जगह है। कुछ बड़े कोणों पर वापस उछले, जिससे पता चला कि केंद्र में छोटा, सघन, धनावेशित नाभिक है। - बोर ने इलेक्ट्रॉनों के लिए निश्चित कोश क्यों प्रस्तावित किए?
शास्त्रीय भौतिकी कहती थी कि परिक्रमा करता इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खोकर नाभिक में सर्पिल होकर गिर जाएगा, पर परमाणु स्थिर हैं। बोर ने प्रस्तावित किया कि इलेक्ट्रॉन निश्चित ऊर्जा वाले कोशों में रहते हैं और केवल निश्चित मात्रा में ऊर्जा लेकर या देकर ही कोश बदलते हैं। - परमाणु संख्या और द्रव्यमान संख्या क्या बताती हैं?
परमाणु संख्या (Z) प्रोटॉनों की संख्या है और तत्व तय करती है। द्रव्यमान संख्या (A) प्रोटॉन जमा न्यूट्रॉन है। न्यूट्रॉन = A − Z। उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉन प्रोटॉनों के बराबर होते हैं। - संयोजकता क्या है?
संयोजकता परमाणु की संयोजन क्षमता है — वह कितने इलेक्ट्रॉन खोता, पाता या साझा करता है ताकि स्थिर बाहरी कोश पा सके। यह सबसे बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉनों से तय होती है।
विस्तार प्रश्न
- एक तत्व को ²⁷₁₃Al लिखा गया है। उसके प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन विन्यास निकालिए, और उसकी संयोजकता बताइए।
Z = 13 है, इसलिए 13 प्रोटॉन और (उदासीन परमाणु में) 13 इलेक्ट्रॉन। न्यूट्रॉन = A − Z = 27 − 13 = 14। इलेक्ट्रॉन विन्यास: 2, 8, 3। बाहर 3 इलेक्ट्रॉन होने से वह 3 खोता है, इसलिए उसकी संयोजकता 3 है। - हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक हैं: प्रोटियम, ड्यूटीरियम और ट्राइटियम। हर एक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बताइए, और समझाइए कि उनके रासायनिक गुण एक-से क्यों हैं।
तीनों में Z = 1 है (1 प्रोटॉन)। प्रोटियम में 0 न्यूट्रॉन हैं (A = 1), ड्यूटीरियम में 1 न्यूट्रॉन (A = 2), ट्राइटियम में 2 न्यूट्रॉन (A = 3)। रासायनिक गुण इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर हैं, और तीनों में 1 इलेक्ट्रॉन है, इसलिए उनका रसायन एक-सा है जबकि द्रव्यमान अलग हैं। - कैल्शियम-40 और आर्गन-40 दोनों की द्रव्यमान संख्या 40 है। क्या वे समस्थानिक हैं? समझाइए, और सही शब्द बताइए।
नहीं। समस्थानिकों को एक ही तत्व होना चाहिए (एक-सा Z)। कैल्शियम का Z = 20 है और आर्गन का Z = 18 है, इसलिए वे एक-सी द्रव्यमान संख्या वाले अलग-अलग तत्व हैं — वे समभारिक हैं। - विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं, फिर भी इलेक्ट्रॉन नाभिक में क्यों नहीं गिरते?
बोर के प्रतिरूप में इलेक्ट्रॉन निश्चित, निर्धारित ऊर्जा वाले कोशों में रहते हैं। इलेक्ट्रॉन धीरे-धीरे अंदर सर्पिल नहीं हो सकता क्योंकि वह कोशों के बीच की ऊर्जा नहीं रख सकता; वह केवल निश्चित ऊर्जा-पैकेट लेकर या देकर ही किसी दूसरे स्वीकृत कोश में कूद सकता है। - दो परमाणुओं के विन्यास 2, 8, 1 और 2, 8, 7 हैं। उनके मिलकर बनने वाले यौगिक का पूर्वानुमान कीजिए, और संयोजकता के पदों में समझाइए।
पहले परमाणु की संयोजकता 1 है, अपना अकेला बाहरी इलेक्ट्रॉन खोकर; दूसरे की संयोजकता 1 है, अपना कोश पूरा करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन पाकर। वे 1:1 अनुपात में मिलते हैं, जैसे सोडियम और क्लोरीन NaCl बनाते हैं — एक देता है, एक लेता है, और दोनों स्थिर कोश पा लेते हैं।
परमाणु विभाज्य है; Z तत्व तय करता है, A प्रोटॉन जमा न्यूट्रॉन है; कोश 2, 8, 8 में भरते हैं; और संयोजकता सबसे बाहरी कोश से आती है।
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