अणूंची रचना - पदार्थांचे प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन

निसर्गातील सर्व भौतिक शरीरे पदार्थ नावाच्या पदार्थापासून बनलेली असतात. पदार्थ दोन मुख्य गटांमध्ये विभागलेले आहेत - साधे आणि जटिल पदार्थ.

जटिल पदार्थ हे असे पदार्थ आहेत जे रासायनिक अभिक्रियांद्वारे इतर, सोप्या पदार्थांमध्ये विघटित होऊ शकतात. जटिल पदार्थांच्या विपरीत, साधे पदार्थ असे असतात जे रासायनिकदृष्ट्या अगदी साध्या पदार्थांमध्ये मोडू शकत नाहीत.

जटिल पदार्थाचे उदाहरण म्हणजे पाणी, जे रासायनिक अभिक्रियेद्वारे दोन इतर, सोप्या पदार्थांमध्ये विघटित केले जाऊ शकते - हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन. शेवटच्या दोन गोष्टींप्रमाणे, ते यापुढे रासायनिकदृष्ट्या साध्या पदार्थांमध्ये विघटित होऊ शकत नाहीत आणि म्हणून ते साधे पदार्थ आहेत, किंवा दुसऱ्या शब्दांत, रासायनिक घटक आहेत.

19व्या शतकाच्या पूर्वार्धात, विज्ञानात अशी धारणा होती की रासायनिक घटक हे अपरिवर्तित पदार्थ आहेत ज्यांचा एकमेकांशी समान संबंध नाही. तथापि, रशियन शास्त्रज्ञ डी. आय. मेंडेलीव्ह (1834 - 1907) यांनी 1869 मध्ये प्रथमचरासायनिक घटकांचे संबंध प्रकट करते, हे दर्शविते की त्या प्रत्येकाचे गुणात्मक वैशिष्ट्य त्याच्या परिमाणवाचक वैशिष्ट्यावर अवलंबून असते - अणू वजन.

रासायनिक घटकांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करताना, डी. आय. मेंडेलीव्ह यांनी लक्षात घेतले की त्यांचे गुणधर्म अधूनमधून त्यांच्या अणू वजनावर अवलंबून असतात. ही नियतकालिकता त्यांनी सारणीच्या रूपात दाखवली, ज्याने "मेंडेलीव्हचे पीरियडिक टेबल ऑफ एलिमेंट्स" या नावाने विज्ञानात प्रवेश केला.

खाली मेंडेलीव्हचे रासायनिक घटकांचे आधुनिक आवर्त सारणी आहे.

मेंडेलीव्ह टेबल

अणू

आधुनिक वैज्ञानिक संकल्पनांनुसार, प्रत्येक रासायनिक घटकामध्ये अणू नावाच्या सर्वात लहान सामग्री (मटेरियल) कणांचा समावेश असतो.

अणू हा रासायनिक घटकाचा सर्वात लहान अंश आहे जो यापुढे रासायनिकदृष्ट्या इतर, लहान आणि साध्या भौतिक कणांमध्ये विघटित होऊ शकत नाही.

वेगवेगळ्या निसर्गाच्या रासायनिक घटकांचे अणू त्यांच्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्म, रचना, आकार, वस्तुमान, अणू वजन, स्वतःची ऊर्जा आणि इतर काही गुणधर्मांमध्ये एकमेकांपासून भिन्न असतात. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन अणू त्याच्या गुणधर्म आणि संरचनेत ऑक्सिजन अणूपासून आणि नंतरचे युरेनियम अणूपासून वेगळे आहे, आणि असेच.

रासायनिक घटकांचे अणू आकाराने अत्यंत लहान असल्याचे आढळून येते. जर आपण सशर्त असे गृहीत धरले की अणूंचा आकार गोलाकार आहे, तर त्यांचा व्यास सेंटीमीटरच्या शंभर दशलक्षव्या भागाच्या बरोबरीचा असावा. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन अणूचा व्यास - निसर्गातील सर्वात लहान अणू - सेंटीमीटरचा शंभर दशलक्षवा (10-8 सेमी) आहे आणि सर्वात मोठ्या अणूंचा व्यास, उदाहरणार्थ, युरेनियम अणूचा व्यास तीनशेपेक्षा जास्त नाही. सेंटीमीटरचा दशलक्षांश भाग (3 10-8 सेमी).म्हणून, हायड्रोजन अणू त्रिज्या एक सेंटीमीटरच्या गोलापेक्षा कितीतरी पटीने लहान आहे, कारण नंतरचा अणू ग्लोबपेक्षा लहान आहे.

अणूंचा आकार खूपच लहान असल्यामुळे त्यांचे वस्तुमानही खूपच लहान असते. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन अणूचे वस्तुमान m = 1.67· 10-24 आहे याचा अर्थ एक ग्रॅम हायड्रोजनमध्ये सुमारे 6·1023 अणू असतात.

रासायनिक घटकांच्या अणू वजनाच्या मापनाच्या पारंपारिक एककासाठी, ऑक्सिजन अणूच्या वजनाच्या 1/16 घेतले जातात. रासायनिक घटकाच्या या अणू वजनाच्या अनुषंगाने, दिलेल्या रासायनिक घटकाचे वजन ऑक्सिजन अणूच्या वजनाच्या 1/16 पेक्षा किती पट जास्त आहे हे दर्शविणारी अमूर्त संख्या म्हणतात.

D. I. Mendeleev च्या घटकांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये, सर्व रासायनिक घटकांचे अणू वजन दिलेले आहेत (मूलद्रव्याच्या नावाखाली संख्या पहा). या सारणीवरून आपण पाहतो की सर्वात हलका अणू हा हायड्रोजन अणू आहे, ज्याचे अणू वजन 1.008 आहे. कार्बनचे अणू वजन 12 आहे, ऑक्सिजन 16 आहे, इत्यादी.

जड रासायनिक घटकांबद्दल, त्यांचे अणू वजन हायड्रोजनच्या अणू वजनापेक्षा दोनशे पटीने जास्त आहे. तर पाराचे अणू मूल्य 200.6 आहे, रेडियम 226 आहे, आणि असेच. घटकांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये रासायनिक घटकाने व्यापलेला संख्या क्रम जितका जास्त असेल तितका अणू वजन जास्त असेल.

रासायनिक घटकांचे बहुतेक अणू वजन अंशात्मक संख्या म्हणून व्यक्त केले जातात. हे काही प्रमाणात या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले आहे की अशा रासायनिक घटकांमध्ये भिन्न अणू वजन असलेल्या परंतु समान रासायनिक गुणधर्म असलेल्या अणूंचे किती प्रकार असतात.

घटकांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये समान संख्या व्यापणारे आणि म्हणून समान रासायनिक गुणधर्म असलेल्या परंतु भिन्न अणु वजन असलेल्या रासायनिक घटकांना समस्थानिक म्हणतात.

समस्थानिक बहुतेक रासायनिक घटकांमध्ये आढळतात, दोन समस्थानिक असतात, कॅल्शियम - चार, जस्त - पाच, कथील - अकरा, इत्यादी अनेक समस्थानिक कलाद्वारे प्राप्त होतात, त्यापैकी काहींना खूप व्यावहारिक महत्त्व आहे.

पदार्थाचे प्राथमिक कण

बर्याच काळापासून, असे मानले जात होते की रासायनिक घटकांचे अणू हे पदार्थाच्या विभाज्यतेची मर्यादा आहेत, म्हणजेच ते जसे होते, विश्वाचे प्राथमिक "बिल्डिंग ब्लॉक्स". आधुनिक विज्ञान कोणत्याही रासायनिक घटकाचा अणू हा अणूपेक्षाही लहान भौतिक कणांचा समुच्चय आहे हे स्थापित करून हे गृहितक नाकारते.

पदार्थाच्या संरचनेच्या इलेक्ट्रॉन सिद्धांतानुसार, कोणत्याही रासायनिक घटकाचा अणू ही एक मध्यवर्ती केंद्रक असलेली एक प्रणाली असते ज्याभोवती इलेक्ट्रॉन नावाच्या पदार्थाचे "प्राथमिक" कण फिरतात. अणूंचे केंद्रक, सामान्यतः स्वीकृत दृश्यांनुसार, "प्राथमिक" भौतिक कणांचा संच - प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन असतात.

अणूंची रचना आणि त्यातील भौतिक-रासायनिक प्रक्रिया समजून घेण्यासाठी, अणू बनवणाऱ्या प्राथमिक कणांच्या मूलभूत वैशिष्ट्यांशी किमान थोडक्यात परिचित होणे आवश्यक आहे.

हे निश्चित केले जाते की इलेक्ट्रॉन हा खरा कण आहे ज्यामध्ये निसर्गात सर्वात लहान नकारात्मक विद्युत शुल्क आढळते.

जर आपण सशर्तपणे असे गृहीत धरले की कण म्हणून इलेक्ट्रॉनचा आकार गोलाकार आहे, तर इलेक्ट्रॉनचा व्यास 4 ·10-13 सेमी इतका असावा, म्हणजेच तो प्रत्येक अणूच्या व्यासापेक्षा हजारो पट लहान आहे.

इलेक्ट्रॉन, इतर कोणत्याही भौतिक कणांप्रमाणे, वस्तुमान आहे. इलेक्ट्रॉनचे "विश्रांती वस्तुमान", म्हणजे, सापेक्ष विश्रांतीच्या स्थितीत त्याच्याकडे असलेले वस्तुमान, mo = 9.1 · 10-28 G च्या बरोबरीचे असते.

इलेक्ट्रॉनचे अत्यंत लहान "विश्रांती वस्तुमान" सूचित करते की इलेक्ट्रॉनचे जडत्व गुणधर्म अत्यंत कमकुवत आहेत, याचा अर्थ असा होतो की इलेक्ट्रॉन, एका पर्यायी विद्युत शक्तीच्या प्रभावाखाली, प्रति कोट्यवधी कालावधीच्या वारंवारतेसह अंतराळात फिरू शकतो. दुसरा

इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान इतके लहान आहे की एक ग्रॅम इलेक्ट्रॉन तयार करण्यासाठी 1027 युनिट्स लागतात. या मोठ्या संख्येची किमान काही भौतिक कल्पना येण्यासाठी, आम्ही एक उदाहरण देऊ. जर एक ग्रॅम इलेक्ट्रॉन्स एकमेकांच्या जवळ एका सरळ रेषेत मांडता आले तर त्यांची चार अब्ज किलोमीटर लांबीची साखळी तयार होईल.

इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान, इतर कोणत्याही भौतिक सूक्ष्म कणांप्रमाणे, त्याच्या हालचालीच्या गतीवर अवलंबून असते. सापेक्ष विश्रांतीच्या अवस्थेतील इलेक्ट्रॉनमध्ये यांत्रिक स्वरूपाचा "विश्रांती वस्तुमान" असतो, जो कोणत्याही भौतिक शरीराच्या वस्तुमान सारखा असतो. इलेक्ट्रॉनच्या "मोशन ऑफ मोशन" बद्दल, जे त्याच्या गतीची गती वाढल्याने वाढते, ते इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उत्पत्तीचे आहे. हे वस्तुमान आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऊर्जा असलेल्या पदार्थाचा एक प्रकार म्हणून हलत्या इलेक्ट्रॉनमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या उपस्थितीमुळे आहे.

इलेक्ट्रॉन जितक्या वेगाने हलतो, तितके त्याच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे जडत्व गुणधर्म प्रकट होतात, नंतरचे वस्तुमान जास्त असते आणि त्यानुसार, त्याची विद्युत चुंबकीय ऊर्जा. इलेक्ट्रॉन त्याच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डसह एकल सेंद्रियरित्या जोडलेली सामग्री प्रणाली दर्शवते, इलेक्ट्रॉनच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे संवेग वस्तुमान थेट इलेक्ट्रॉनलाच दिले जाणे स्वाभाविक आहे.

इलेक्ट्रॉनमध्ये, कणाच्या गुणधर्मांव्यतिरिक्त, तरंग गुणधर्म देखील असतात.हे प्रायोगिकरित्या स्थापित केले गेले होते की इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह, प्रकाश प्रवाहाप्रमाणे, लहरीसारख्या हालचालीच्या स्वरूपात प्रसारित होतो. अंतराळातील इलेक्ट्रॉन प्रवाहाच्या लहरी गतीचे स्वरूप इलेक्ट्रॉन लहरींच्या हस्तक्षेप आणि विवर्तनाच्या घटनांद्वारे पुष्टी होते.

इलेक्ट्रॉनिक हस्तक्षेप ही इलेक्ट्रॉन विल्सची एकमेकांवर सुपरपोझिशन आणि इलेक्ट्रॉन डिफ्रॅक्शनची घटना आहे — ही इलेक्ट्रॉन लहरी एका अरुंद स्लिटच्या काठावर वाकण्याची घटना आहे ज्यामधून इलेक्ट्रॉन बीम जातो. म्हणून, इलेक्ट्रॉन हा केवळ एक कण नसून एक "कण लहरी" आहे, ज्याची लांबी इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमान आणि गतीवर अवलंबून असते.

हे स्थापित केले गेले की इलेक्ट्रॉन, त्याच्या अनुवादित गती व्यतिरिक्त, त्याच्या अक्षाभोवती एक घूर्णन गती देखील करते. या प्रकारच्या इलेक्ट्रॉन हालचालीला "स्पिन" (इंग्रजी शब्द "स्पिन" — स्पिंडल) म्हणतात. या हालचालीचा परिणाम म्हणून, इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रिक चार्जमुळे विद्युतीय गुणधर्मांव्यतिरिक्त, चुंबकीय गुणधर्म देखील प्राप्त करतो, या संदर्भात प्राथमिक चुंबकासारखे दिसते.

प्रोटॉन हा एक वास्तविक कण आहे ज्याचा सकारात्मक विद्युत शुल्क इलेक्ट्रॉनच्या विद्युत शुल्काच्या निरपेक्ष मूल्याच्या समान असतो.

प्रोटॉन वस्तुमान 1.67 ·10-24 r आहे, म्हणजेच इलेक्ट्रॉनच्या "विश्रांती वस्तुमान" पेक्षा अंदाजे 1840 पट जास्त आहे.

इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनच्या विपरीत, न्यूट्रॉनला विद्युत चार्ज नसतो, म्हणजेच तो पदार्थाचा विद्युतदृष्ट्या तटस्थ "प्राथमिक" कण असतो. न्यूट्रॉनचे वस्तुमान व्यावहारिकदृष्ट्या प्रोटॉनच्या वस्तुमानाच्या बरोबरीचे असते.

इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन जे अणू बनवतात ते एकमेकांशी संवाद साधतात. विशेषतः, इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन एकमेकांना विरुद्ध विद्युत शुल्क असलेले कण म्हणून आकर्षित करतात.त्याच वेळी, इलेक्ट्रॉनमधून इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनमधून प्रोटॉन समान विद्युत शुल्कासह कण म्हणून मागे टाकतात.

हे सर्व विद्युत चार्ज केलेले कण त्यांच्या विद्युत क्षेत्राद्वारे परस्पर संवाद साधतात. हे फील्ड एक विशेष प्रकारचे पदार्थ आहेत ज्यात फोटॉन नावाच्या प्राथमिक भौतिक कणांचा संग्रह असतो. प्रत्येक फोटॉनमध्ये अंतर्निहित ऊर्जा (ऊर्जा क्वांटम) ची काटेकोरपणे परिभाषित मात्रा असते.

विद्युतभारित भौतिक पदार्थांच्या कणांचा परस्परसंवाद फोटॉनच्या एकमेकांशी देवाणघेवाण करून होतो. विद्युतभारित कणांच्या परस्परसंवादाच्या बलाला सामान्यतः विद्युत बल म्हणतात.

अणूंच्या केंद्रकातील न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन देखील एकमेकांशी संवाद साधतात. तथापि, त्यांच्यातील हा संवाद यापुढे विद्युत क्षेत्राद्वारे होत नाही, कारण न्यूट्रॉन हा पदार्थाचा विद्युतदृष्ट्या तटस्थ कण आहे, परंतु तथाकथित आण्विक क्षेत्र.

हे क्षेत्र देखील एक विशेष प्रकारचा पदार्थ आहे ज्यामध्ये मेसॉन नावाच्या प्राथमिक भौतिक कणांचा संग्रह असतो... न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉनचा परस्परसंवाद मेसॉनच्या एकमेकांशी देवाणघेवाण करून होतो. न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन यांच्यातील परस्परसंवादाच्या बलाला परमाणु बल म्हणतात.

हे स्थापित केले गेले आहे की आण्विक शक्ती अणूंच्या केंद्रकांमध्ये अत्यंत लहान अंतरावर कार्य करतात - सुमारे 10-13 सेमी.

अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनच्या परस्पर प्रतिकर्षणाच्या विद्युत शक्तींपेक्षा अणु शक्ती मोठ्या प्रमाणात ओलांडतात. हे या वस्तुस्थितीकडे नेत आहे की ते केवळ अणूंच्या केंद्रकांच्या आत प्रोटॉनच्या परस्पर प्रतिकारशक्तीवर मात करू शकत नाहीत, तर प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनच्या संग्रहातून न्यूक्लीयची अतिशय मजबूत प्रणाली तयार करण्यास देखील सक्षम आहेत.

कोणत्याही अणूच्या न्यूक्लियसची स्थिरता दोन परस्परविरोधी शक्तींच्या गुणोत्तरावर अवलंबून असते - अणु (प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनचे परस्पर आकर्षण) आणि विद्युत (प्रोटॉनचे परस्पर प्रतिकर्षण).

अणूंच्या मध्यवर्ती भागात कार्य करणार्‍या शक्तिशाली आण्विक शक्ती न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉनचे एकमेकांमध्ये रूपांतर होण्यास हातभार लावतात. न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉनचे हे परस्परसंवाद हलके प्राथमिक कण, उदाहरणार्थ मेसॉन्स सोडण्याच्या किंवा शोषण्याच्या परिणामी घडतात.

आपण विचारात घेतलेल्या कणांना प्राथमिक म्हटले जाते कारण त्यामध्ये पदार्थाचे इतर, साधे कण नसतात. परंतु त्याच वेळी, आपण हे विसरू नये की ते एकमेकांमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात, एकमेकांच्या खर्चावर उद्भवू शकतात. अशाप्रकारे, हे कण काही जटिल रचना आहेत, म्हणजेच त्यांचे प्राथमिक स्वरूप सशर्त आहे.

अणूंची रासायनिक रचना

त्याच्या संरचनेतील सर्वात सोपा अणू हा हायड्रोजन अणू आहे. यात फक्त दोन प्राथमिक कणांचा समावेश आहे - एक प्रोटॉन आणि एक इलेक्ट्रॉन. हायड्रोजन अणू प्रणालीतील प्रोटॉन मध्यवर्ती केंद्रकाची भूमिका बजावते ज्याभोवती इलेक्ट्रॉन एका विशिष्ट कक्षेत फिरतो. अंजीर मध्ये. 1 योजनाबद्धपणे हायड्रोजन अणूचे मॉडेल दाखवते.

तांदूळ. 1. हायड्रोजन अणूच्या संरचनेचे आकृती

हे मॉडेल वास्तविकतेचे फक्त अंदाजे अंदाज आहे. वस्तुस्थिती अशी आहे की इलेक्ट्रॉनला "कणांची लाट" म्हणून बाह्य वातावरणातून स्पष्टपणे सीमांकित केलेली मात्रा नसते. आणि याचा अर्थ असा आहे की एखाद्याने इलेक्ट्रॉनच्या काही अचूक रेषीय कक्षाबद्दल नाही तर एका प्रकारच्या इलेक्ट्रॉन क्लाउडबद्दल बोलले पाहिजे. या प्रकरणात, इलेक्ट्रॉन बहुतेक वेळा ढगाच्या मध्य रेषा व्यापतो, जो अणूमधील त्याच्या संभाव्य कक्षांपैकी एक आहे.

असे म्हटले पाहिजे की इलेक्ट्रॉनची कक्षा स्वतःच अणूमध्ये कठोरपणे अपरिवर्तित आणि स्थिर नसते - ते देखील, इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानातील बदलामुळे, एक विशिष्ट घूर्णन हालचाल करते. म्हणून, अणूमध्ये इलेक्ट्रॉनची हालचाल तुलनेने गुंतागुंतीची आहे. हायड्रोजन अणूचे केंद्रक (प्रोटॉन) आणि त्याच्याभोवती फिरणारे इलेक्ट्रॉन विरुद्ध विद्युत शुल्क असल्यामुळे ते एकमेकांना आकर्षित करतात.

त्याच वेळी, इलेक्ट्रॉनची मुक्त ऊर्जा, अणूच्या केंद्रकाभोवती फिरत असताना, एक केंद्रापसारक शक्ती विकसित करते जी त्याला केंद्रकातून काढून टाकते. म्हणून, अणूचे केंद्रक आणि इलेक्ट्रॉन यांच्यातील परस्पर आकर्षणाचे विद्युत बल आणि इलेक्ट्रॉनवर कार्य करणारी केंद्रापसारक शक्ती ही विरोधी शक्ती आहेत.

समतोल स्थितीत, त्यांचे इलेक्ट्रॉन अणूमधील काही कक्षामध्ये तुलनेने स्थिर स्थान व्यापतात. इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान फारच लहान असल्याने, अणूच्या केंद्रकाकडे आकर्षण शक्ती संतुलित करण्यासाठी, ते प्रति सेकंद सुमारे 6·1015 आवर्तनांच्या बरोबरीने प्रचंड वेगाने फिरले पाहिजे. याचा अर्थ असा की हायड्रोजन अणूच्या प्रणालीतील इलेक्ट्रॉन, इतर अणूंप्रमाणे, त्याच्या कक्षेत एक हजार किलोमीटर प्रति सेकंदापेक्षा जास्त रेषीय गतीने फिरतो.

सामान्य परिस्थितीत, न्यूक्लियसच्या सर्वात जवळच्या कक्षेत इलेक्ट्रॉन अशा प्रकारच्या अणूमध्ये फिरतो. त्याच वेळी, त्यात कमीतकमी संभाव्य ऊर्जा असते. जर एखाद्या कारणास्तव, उदाहरणार्थ, इतर भौतिक कणांच्या प्रभावाखाली ज्यांनी अणू प्रणालीवर आक्रमण केले आहे, इलेक्ट्रॉन अणूपासून अधिक दूर असलेल्या कक्षाकडे जातो, तर त्याच्याकडे आधीपासूनच थोडी जास्त ऊर्जा असेल.

तथापि, इलेक्ट्रॉन या नवीन कक्षेत अगदी कमी काळासाठी राहतो, त्यानंतर तो परत अणूच्या केंद्रकाच्या जवळच्या कक्षेत फिरतो.या कोर्स दरम्यान ते चुंबकीय किरणोत्सर्गाच्या रूपात आपली अतिरिक्त ऊर्जा सोडून देते—तेजस्वी ऊर्जा (चित्र 2).

तांदूळ. 2. जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन दूरच्या कक्षेतून अणूच्या केंद्रकाच्या जवळ जातो, तेव्हा ते एका प्रमाणात तेजस्वी ऊर्जा उत्सर्जित करते

इलेक्ट्रॉनला बाहेरून जितकी जास्त ऊर्जा मिळते तितकीच तो अणूच्या केंद्रकापासून दूर असलेल्या कक्षेत फिरतो आणि जेव्हा तो केंद्रकाच्या सर्वात जवळच्या कक्षेत फिरतो तेव्हा तो जितका जास्त विद्युत चुंबकीय ऊर्जा उत्सर्जित करतो.

वेगवेगळ्या कक्षेतून अणूच्या केंद्रकाच्या सर्वात जवळ असलेल्या एका कक्षेत संक्रमणादरम्यान इलेक्ट्रॉनद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या ऊर्जेचे मोजमाप करून, हे स्थापित करणे शक्य होते की हायड्रोजन अणूच्या प्रणालीमध्ये इलेक्ट्रॉन इतर कोणत्याही प्रणालीप्रमाणेच आहे. अणू, यादृच्छिक कक्षेत जाऊ शकत नाही, बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली प्राप्त झालेल्या या उर्जेनुसार काटेकोरपणे निर्धारित केले जाते. इलेक्ट्रॉन अणूमध्ये ज्या कक्षा व्यापू शकतो त्यांना अनुमत ऑर्बिटल्स म्हणतात.

हायड्रोजन अणूच्या न्यूक्लियसचा सकारात्मक चार्ज (प्रोटॉनचा चार्ज) आणि इलेक्ट्रॉनचा ऋण शुल्क संख्यात्मकदृष्ट्या समान असल्याने, त्यांचे एकूण शुल्क शून्य आहे. याचा अर्थ असा की हायड्रोजन अणू त्याच्या सामान्य स्थितीत एक विद्युत तटस्थ कण आहे.

हे सर्व रासायनिक घटकांच्या अणूंसाठी खरे आहे: कोणत्याही रासायनिक घटकाचा अणू त्याच्या सामान्य स्थितीत सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्कांच्या संख्यात्मक समानतेमुळे विद्युतदृष्ट्या तटस्थ कण असतो.

हायड्रोजन अणूच्या न्यूक्लियसमध्ये फक्त एक "प्राथमिक" कण असतो - एक प्रोटॉन, या केंद्रकाची तथाकथित वस्तुमान संख्या एक इतकी असते. कोणत्याही रासायनिक घटकाच्या अणूच्या न्यूक्लियसची वस्तुमान संख्या ही त्या केंद्रक बनवणाऱ्या प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची एकूण संख्या असते.

नैसर्गिक हायड्रोजनमध्ये मुख्यतः अणूंचा संग्रह असतो ज्याची वस्तुमान संख्या एक असते. तथापि, त्यात हायड्रोजन अणूंचा आणखी एक प्रकार आहे, ज्याची वस्तुमान संख्या दोन आहे. या जड हायड्रोजन अणूंचे केंद्रक, ज्याला ड्युटरॉन म्हणतात, ते प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन या दोन कणांनी बनलेले असतात. हायड्रोजनच्या या समस्थानिकेला ड्युटेरियम म्हणतात.

नैसर्गिक हायड्रोजनमध्ये फार कमी प्रमाणात ड्युटेरियम असते. प्रत्येक सहा हजार हलक्या हायड्रोजन अणूंमागे (वस्तुमान संख्या एक समान), फक्त एक ड्युटेरियम अणू (जड हायड्रोजन) असतो. हायड्रोजनचा आणखी एक समस्थानिक, सुपर-हेवी हायड्रोजन आहे, त्याला ट्रिटियम म्हणतात. या हायड्रोजन समस्थानिकेच्या अणूच्या केंद्रकात तीन कण असतात: एक प्रोटॉन आणि दोन न्यूट्रॉन, अणु शक्तींनी एकत्र बांधलेले असतात. ट्रिटियम अणूच्या न्यूक्लियसची वस्तुमान संख्या तीन आहे, म्हणजेच ट्रिटियम अणू हलक्या हायड्रोजन अणूपेक्षा तीनपट जड आहे.

जरी हायड्रोजन समस्थानिकांच्या अणूंमध्ये भिन्न वस्तुमान आहेत, तरीही त्यांच्याकडे समान रासायनिक गुणधर्म आहेत, उदाहरणार्थ, प्रकाश हायड्रोजन, ऑक्सिजनसह रासायनिक अभिक्रियामध्ये प्रवेश करून, त्याच्यासह एक जटिल पदार्थ बनवते - पाणी. त्याचप्रमाणे, हायड्रोजन, ड्युटेरियमचे समस्थानिक ऑक्सिजनच्या संयोगाने पाणी बनते, ज्याला सामान्य पाण्याप्रमाणेच जड पाणी म्हणतात. अणुऊर्जेच्या निर्मितीमध्ये जड पाण्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

म्हणून, अणूंचे रासायनिक गुणधर्म त्यांच्या केंद्रकांच्या वस्तुमानावर अवलंबून नसतात, परंतु केवळ अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलच्या संरचनेवर अवलंबून असतात. हलक्या हायड्रोजन, ड्युटेरियम आणि ट्रिटियमच्या अणूंमध्ये समान इलेक्ट्रॉन्स (प्रत्येक अणूसाठी एक) असल्याने, या समस्थानिकांमध्ये समान रासायनिक गुणधर्म असतात.

रासायनिक घटक हायड्रोजन मूलद्रव्यांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये प्रथम क्रमांकावर आहे हे योगायोगाने नाही.वस्तुस्थिती अशी आहे की मूलद्रव्यांच्या नियतकालिक सारणीतील प्रत्येक घटकाची संख्या आणि त्या मूलद्रव्याच्या अणूच्या केंद्रकावरील शुल्काची परिमाण यांच्यात काही संबंध आहे. हे खालील प्रमाणे तयार केले जाऊ शकते: घटकांच्या नियतकालिक सारणीतील प्रत्येक रासायनिक घटकाची अनुक्रमांक संख्यात्मकदृष्ट्या त्या घटकाच्या केंद्रकाच्या सकारात्मक शुल्काच्या समान असते आणि म्हणून त्याभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनच्या संख्येइतकी असते.

मूलद्रव्यांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये हायड्रोजन प्रथम क्रमांकावर असल्यामुळे, याचा अर्थ असा होतो की त्याच्या अणूच्या केंद्रकाचा सकारात्मक चार्ज एक असतो आणि एक इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरतो.

हेलियम हे रासायनिक घटक मूलद्रव्यांच्या आवर्त सारणीमध्ये दुसऱ्या क्रमांकावर आहे. याचा अर्थ असा आहे की त्यात दोन युनिट्सच्या बरोबरीचे न्यूक्लियसचे सकारात्मक विद्युत शुल्क आहे, म्हणजेच त्याच्या केंद्रकामध्ये दोन प्रोटॉन असणे आवश्यक आहे आणि अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलमध्ये - दोन इलेक्ट्रोड्स असणे आवश्यक आहे.

नैसर्गिक हेलियममध्ये दोन समस्थानिक असतात - जड आणि हलके हेलियम. जड हेलियमची वस्तुमान संख्या चार आहे. याचा अर्थ असा की वर नमूद केलेल्या दोन प्रोटॉन व्यतिरिक्त, आणखी दोन न्यूट्रॉन जड हेलियम अणूच्या केंद्रकात प्रवेश करणे आवश्यक आहे. हलक्या हीलियमसाठी, त्याची वस्तुमान संख्या तीन आहे, म्हणजे, दोन प्रोटॉन व्यतिरिक्त, आणखी एक न्यूट्रॉन त्याच्या न्यूक्लियसच्या रचनेत प्रवेश केला पाहिजे.

असे आढळून आले आहे की नैसर्गिक हेलियममध्ये हलके हेलियम अणूंची संख्या जड जनन अणूंच्या अंदाजे एक दशलक्षांश आहे. अंजीर मध्ये. 3 हेलियम अणूचे योजनाबद्ध मॉडेल दाखवते.

तांदूळ. 3. हेलियम अणूच्या संरचनेचे आकृती

रासायनिक घटकांच्या अणूंच्या संरचनेची पुढील गुंतागुंत या अणूंच्या केंद्रकांमध्ये प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची संख्या वाढल्यामुळे आणि त्याच वेळी केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनच्या संख्येत वाढ झाल्यामुळे आहे (चित्र 4). घटकांच्या नियतकालिक सारणीचा वापर करून, भिन्न अणू बनवणारे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन यांची संख्या निश्चित करणे सोपे आहे.

तांदूळ. 4. अणु केंद्रके बांधण्याच्या योजना: 1 — हेलियम, 2 — कार्बन, 3 — ऑक्सिजन

रासायनिक घटकाची नियमित संख्या अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनच्या संख्येइतकी असते आणि त्याच वेळी केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनच्या संख्येइतकी असते. अणू वजनाबद्दल, ते अणूच्या वस्तुमान संख्येच्या अंदाजे समान आहे, म्हणजेच, न्यूक्लियसमध्ये एकत्रित केलेल्या प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची संख्या. म्हणून, घटकाच्या अणु वजनातून घटकाच्या अणुसंख्येइतकी संख्या वजा करून, दिलेल्या न्यूक्लियसमध्ये किती न्यूट्रॉन आहेत हे निर्धारित करणे शक्य आहे.

हे स्थापित केले गेले आहे की प्रकाश रासायनिक घटकांचे केंद्रक, ज्यांच्या संरचनेत समान संख्येने प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन असतात, ते खूप उच्च सामर्थ्याने ओळखले जातात, कारण त्यांच्यातील आण्विक शक्ती तुलनेने मोठ्या असतात. उदाहरणार्थ, जड हेलियम अणूचे केंद्रक अत्यंत टिकाऊ असते कारण त्यात दोन प्रोटॉन आणि दोन न्यूट्रॉन असतात जे शक्तिशाली आण्विक शक्तींनी एकत्र बांधलेले असतात.

जड रासायनिक घटकांच्या अणूंच्या केंद्रकांमध्ये त्यांच्या संरचनेत आधीच असमान प्रमाणात प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन असतात, म्हणूनच न्यूक्लियसमधील त्यांचे बंध हलके रासायनिक घटकांच्या केंद्रकांपेक्षा कमकुवत असतात. अणु "प्रोजेक्टाइल्स" (न्यूट्रॉन, हेलियम न्यूक्ली इ.) चा भडिमार केल्यावर या घटकांचे केंद्रके तुलनेने सहजपणे विभाजित केले जाऊ शकतात.

सर्वात जड रासायनिक घटकांसाठी, विशेषत: किरणोत्सर्गी घटक, त्यांचे केंद्रक इतके कमी सामर्थ्यवान आहेत की ते त्यांच्या घटक भागांमध्ये उत्स्फूर्तपणे विघटित होतात. उदाहरणार्थ, किरणोत्सर्गी घटक रेडियमचे अणू, ज्यामध्ये 88 प्रोटॉन आणि 138 न्यूट्रॉन यांचे मिश्रण असते, उत्स्फूर्तपणे क्षय होते आणि रेडिओअॅक्टिव्ह घटक रेडॉनचे अणू बनतात. नंतरचे अणू, यामधून, त्यांच्या घटक भागांमध्ये विभागतात आणि इतर घटकांच्या अणूंमध्ये जातात.

रासायनिक घटकांच्या अणूंच्या केंद्रकांच्या घटक भागांशी थोडक्यात परिचित झाल्यानंतर, आपण अणूंच्या इलेक्ट्रॉन शेलच्या संरचनेचा विचार करूया. तुम्हाला माहिती आहे की, इलेक्ट्रॉन्स अणूंच्या केंद्रकाभोवती फक्त काटेकोरपणे परिभाषित कक्षामध्ये फिरू शकतात. शिवाय, ते प्रत्येक अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलमध्ये इतके क्लस्टर केलेले आहेत की स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन शेल ओळखले जाऊ शकतात.

प्रत्येक शेलमध्ये विशिष्ट संख्येत इलेक्ट्रॉन असू शकतात, जे काटेकोरपणे विशिष्ट संख्येपेक्षा जास्त नसतात. तर, उदाहरणार्थ, अणूच्या न्यूक्लियसच्या सर्वात जवळ असलेल्या पहिल्या इलेक्ट्रॉन शेलमध्ये जास्तीत जास्त दोन इलेक्ट्रॉन असू शकतात, दुसऱ्यामध्ये - आठ पेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन इ.

ज्या अणूंमध्ये बाह्य इलेक्ट्रॉन कवच पूर्णपणे भरलेले असते त्या अणूंमध्ये सर्वात स्थिर इलेक्ट्रॉन शेल असते. याचा अर्थ असा आहे की अणू त्याचे सर्व इलेक्ट्रॉन घट्टपणे धरून ठेवतो आणि बाहेरून त्यांना अतिरिक्त रक्कम घेण्याची आवश्यकता नाही. उदाहरणार्थ, हेलियम अणूमध्ये दोन इलेक्ट्रॉन असतात जे पहिल्या इलेक्ट्रॉन शेलला पूर्णपणे भरतात आणि निऑन अणूमध्ये दहा इलेक्ट्रॉन असतात, ज्यापैकी पहिले दोन पूर्णपणे प्रथम इलेक्ट्रॉन शेल भरतात आणि बाकीचे - दुसरे (चित्र 5).

तांदूळ. 5. निऑन अणूच्या संरचनेचे आकृती

म्हणून, हेलियम आणि निऑन अणूंमध्ये बर्‍यापैकी स्थिर इलेक्ट्रॉन शेल असतात, ते कोणत्याही परिमाणवाचक मार्गाने बदलू शकत नाहीत. असे घटक रासायनिकदृष्ट्या जड असतात, म्हणजेच ते इतर घटकांशी रासायनिक संवाद साधत नाहीत.

तथापि, बहुतेक रासायनिक घटकांमध्ये अणू असतात जेथे बाह्य इलेक्ट्रॉन शेल पूर्णपणे इलेक्ट्रॉनने भरलेले नसतात. उदाहरणार्थ, पोटॅशियमच्या अणूमध्ये एकोणीस इलेक्ट्रॉन असतात, त्यातील अठरा हे पहिले तीन शेल पूर्णपणे भरतात आणि एकोणिसावा इलेक्ट्रॉन पुढील, न भरलेल्या इलेक्ट्रॉन शेलमध्ये असतो. इलेक्ट्रॉनसह चौथ्या इलेक्ट्रॉन शेलचे कमकुवत भरणे हे वस्तुस्थितीकडे नेत आहे की अणूचे केंद्रक अत्यंत कमकुवतपणे बाहेरील - एकोणिसाव्या इलेक्ट्रॉनला धारण करते आणि म्हणूनच नंतरचे अणूमधून सहज काढले जाऊ शकते. …

किंवा, उदाहरणार्थ, ऑक्सिजन अणूमध्ये आठ इलेक्ट्रॉन असतात, त्यापैकी दोन पूर्णपणे प्रथम शेल भरतात आणि उर्वरित सहा दुसऱ्या शेलमध्ये असतात. अशा प्रकारे, ऑक्सिजन अणूमधील दुसऱ्या इलेक्ट्रॉन शेलच्या बांधकामाच्या पूर्ण पूर्ततेसाठी, त्यात फक्त दोन इलेक्ट्रॉन नाहीत. म्हणून, ऑक्सिजन अणू फक्त त्याचे सहा इलेक्ट्रॉन दुसऱ्या शेलमध्ये घट्ट धरून ठेवत नाही, तर त्याचे दुसरे इलेक्ट्रॉन शेल भरण्यासाठी दोन हरवलेले इलेक्ट्रॉन स्वतःकडे आकर्षित करण्याची क्षमता देखील आहे. हे अशा घटकांच्या अणूंच्या रासायनिक संयोगाने प्राप्त होते ज्यामध्ये बाह्य इलेक्ट्रॉन त्यांच्या केंद्रकांशी कमकुवतपणे संबंधित असतात.

रासायनिक घटक ज्यांच्या अणूंमध्ये बाह्य इलेक्ट्रॉन स्तर पूर्णपणे इलेक्ट्रॉनने भरलेले नसतात, ते नियम म्हणून, रासायनिकदृष्ट्या सक्रिय असतात, म्हणजेच ते स्वेच्छेने रासायनिक परस्परसंवादात प्रवेश करतात.

तर, रासायनिक घटकांच्या अणूंमधील इलेक्ट्रॉन्स काटेकोरपणे परिभाषित केलेल्या क्रमाने व्यवस्थित केले जातात आणि अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलमधील त्यांच्या अवकाशीय मांडणीत किंवा प्रमाणातील कोणताही बदल नंतरच्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमध्ये बदल घडवून आणतो.

अणुप्रणालीतील इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनच्या संख्येची समानता हे त्याचे एकूण विद्युत शुल्क शून्य होण्याचे कारण आहे. अणुप्रणालीतील इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनच्या संख्येतील समानतेचे उल्लंघन झाल्यास, अणू विद्युत चार्ज असलेली प्रणाली बनते.

सिस्टममधील अणू ज्याच्या इलेक्ट्रॉनचा काही भाग गमावला आहे किंवा त्याउलट, त्यांच्यापेक्षा जास्त प्रमाणात मिळवला आहे या वस्तुस्थितीमुळे विरुद्ध विद्युत शुल्कांचे संतुलन बिघडले आहे, त्याला आयन म्हणतात.

याउलट, जर अणूने जास्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन मिळवले तर ते ऋण आयन बनते. उदाहरणार्थ, क्लोरीन अणू ज्याला एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त झाला आहे तो एकल चार्ज केलेला ऋण क्लोरीन आयन Cl-... दोन अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त केलेला ऑक्सिजन अणू दुप्पट चार्ज केलेला नकारात्मक ऑक्सिजन आयन O बनतो, आणि असेच.
एक अणू जो आयन बनला आहे तो बाह्य वातावरणाच्या संदर्भात विद्युत चार्ज प्रणाली बनतो. आणि याचा अर्थ असा की अणूला एक विद्युत क्षेत्र मिळू लागले, ज्यासह ते एकल भौतिक प्रणाली बनवते आणि या क्षेत्राद्वारे ते पदार्थाच्या इतर विद्युतीय चार्ज केलेल्या कणांसह विद्युतीय परस्परसंवाद करते - आयन, इलेक्ट्रॉन, अणूंचे सकारात्मक चार्ज केलेले केंद्रक, इ.

वेगवेगळ्या आयनांची एकमेकांना आकर्षित करण्याची क्षमता हे कारण आहे की ते रासायनिकरित्या एकत्र होतात, ज्यामुळे पदार्थाचे अधिक जटिल कण बनतात - रेणू.

शेवटी, हे लक्षात घेतले पाहिजे की अणूची परिमाणे वास्तविक कणांच्या परिमाणांच्या तुलनेत खूप मोठी आहेत. सर्वात जटिल अणूचे केंद्रक, सर्व इलेक्ट्रॉन्ससह, अणूच्या आकारमानाचा एक अब्जांश भाग व्यापतो. एक साधी गणना दर्शविते की जर एक घनमीटर प्लॅटिनम इतके घट्ट दाबले जाऊ शकते की आंतर-अणु आणि आंतर-अणू जागा नाहीशा झाल्या तर सुमारे एक घन मिलिमीटर इतका खंड प्राप्त होईल.