प्राथमिक कण। न्यूट्रॉन (प्राथमिक कण)

परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो अपने सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। एक परमाणु में एक नाभिक होता है, जिसमें एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, और एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन होता है। किसी भी रासायनिक तत्व के नाभिक का आवेश Z बटा e के गुणनफल के बराबर होता है, जहाँ Z रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में दिए गए तत्व की क्रमिक संख्या है, और e प्राथमिक विद्युत आवेश का मान है।

इलेक्ट्रॉनएक ऋणात्मक विद्युत आवेश e = 1.6 · 10 -19 कूलम्ब के साथ पदार्थ का सबसे छोटा कण है, जिसे प्राथमिक विद्युत आवेश के रूप में लिया जाता 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 जोड़ सकता है और एक नकारात्मक आयन बन सकता है। आयन का आवेश खोए हुए या संलग्न इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है। किसी उदासीन परमाणु को आवेशित आयन में बदलने की प्रक्रिया को आयनन कहते हैं।

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 जिनका एक धनात्मक विद्युत आवेश होता है और जिनका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक 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 के बराबर 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 भारी मात्रा में ऊर्जा होती है जो परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान निकलती 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) में 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, एक सामान्य अवस्था में गुजरते हुए, बहुत कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ता है -। परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग विभिन्न उद्योगों में व्यावहारिक रूप से 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 एक निश्चित प्रकार के परमाणुओं से बना होता है। परमाणु की संरचना में एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक नाभिक शामिल होता है, और नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन (देखें), जो इसके इलेक्ट्रॉन गोले बनाते हैं। नाभिक के विद्युत आवेश का परिमाण Ze है, जहाँ e एक प्रारंभिक विद्युत आवेश है जो एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के परिमाण के बराबर है (4.8 · 10 -10 el। इकाइयाँ), और Z किसी दिए गए तत्व की परमाणु संख्या है। रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली (देखें।) चूंकि एक संघीकृत परमाणु तटस्थ होता है, इसमें शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी Z के बराबर होती है। नाभिक की संरचना (न्यूक्लियस परमाणु देखें) में न्यूक्लियॉन, एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग 1840 गुना अधिक द्रव्यमान वाले प्राथमिक कण शामिल होते हैं (बराबर से 9.1 10 - 28 ग्राम), प्रोटॉन (देखें), धनावेशित, और न्यूट्रॉन जिनका कोई आवेश नहीं है (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 निर्धारित करती है। परमाणु के गुण। नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या A-Z के बराबर होती है। समस्थानिक एक ही तत्व की किस्में हैं, 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 समान संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन की संख्या। समस्थानिकों को नामित करते समय, द्रव्यमान संख्या ए तत्व प्रतीक के ऊपर लिखा जाता है, और परमाणु संख्या नीचे होती है; उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन आइसोटोप नामित हैं:

एक परमाणु के आयाम इलेक्ट्रॉन के गोले के आकार से निर्धारित होते हैं और सभी के लिए Z 10 -8 सेमी के क्रम के होते हैं। चूंकि परमाणु के सभी इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान से कई हजार गुना कम होता है, इसलिए परमाणु का द्रव्यमान 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 की घटनाओं का वर्णन करना था। प्रयोगों से पता चला है कि कणिकाओं के अलावा माइक्रोपार्टिकल्स - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, परमाणु आदि में तरंग गुण होते हैं जो स्वयं को विवर्तन और हस्तक्षेप में प्रकट करते हैं। क्वांटम सिद्धांत में, सूक्ष्म-वस्तुओं की स्थिति का वर्णन करने के लिए, एक निश्चित तरंग क्षेत्र का उपयोग किया जाता है, जो एक तरंग फ़ंक्शन (Ψ-फ़ंक्शन) द्वारा विशेषता है। यह फ़ंक्शन एक सूक्ष्म वस्तु की संभावित अवस्थाओं की संभावनाओं को निर्धारित करता है, अर्थात यह अपने गुणों में से एक या दूसरे के प्रकट होने की क्षमता को दर्शाता है। अंतरिक्ष और समय में फ़ंक्शन Ψ की भिन्नता का नियम (श्रोडिंगर समीकरण), 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, ऊर्जा के विभिन्न (मात्राबद्ध) मूल्यों के अनुरूप, इलेक्ट्रॉनों के लिए कई तरंग कार्य प्राप्त होते हैं। क्वांटम सिद्धांत के तरीकों से गणना की गई परमाणु के ऊर्जा स्तरों की प्रणाली को स्पेक्ट्रोस्कोपी में शानदार पुष्टि मिली है। निम्नतम ऊर्जा स्तर E 0 के अनुरूप किसी परमाणु का किसी भी उत्तेजित अवस्था E i में 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 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, तत्वों की आवर्त सारणी के सिद्धांत का निर्माण किया गया।

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न्यूट्रॉन चार्ज शून्य है। नतीजतन, न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक के आवेश के परिमाण में कोई भूमिका नहीं निभाते हैं। क्रोमियम की क्रम संख्या समान मान के बराबर है।

प्रोटॉन चार्ज qp e न्यूट्रॉन चार्ज शून्य के बराबर है।

यह देखना आसान है कि इस मामले में न्यूट्रॉन का चार्ज शून्य है, और प्रोटॉन का चार्ज 1 है, जैसा कि अपेक्षित था। दो परिवारों में सभी बेरियन - आठ और दस - प्राप्त होते हैं। मेसन एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क से बने होते हैं। डैश एंटीक्वार्क को दर्शाता है; उनका विद्युत आवेश संबंधित क्वार्क के आवेश से संकेत में भिन्न होता है। पाई-मेसन में एक अजीब क्वार्क शामिल नहीं है, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, अजीबता वाले कण हैं और शून्य के बराबर स्पिन करते हैं।

चूँकि प्रोटॉन का आवेश इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है और न्यूट्रॉन का आवेश गोली के बराबर होता है, तो यदि आप प्रबल अंतःक्रिया को बंद कर देते हैं, तो प्रोटॉन का विद्युतचुंबकीय क्षेत्र A के साथ परस्पर क्रिया सामान्य अंतःक्रिया होगी एक डिराक कण का - Yp / V न्यूट्रॉन में कोई विद्युत चुम्बकीय संपर्क नहीं होगा।

पदनाम: 67 - एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन के आवेशों के बीच का अंतर; क्यू न्यूट्रॉन चार्ज है; qg इलेक्ट्रॉन आवेश का निरपेक्ष मान है।

नाभिक में धनात्मक आवेशित प्राथमिक कण होते हैं - प्रोटॉन और आवेशहीन न्यूट्रॉन।

पदार्थ की संरचना की आधुनिक अवधारणाएं पदार्थ के परमाणुओं के अस्तित्व के बारे में बयान पर आधारित हैं, जिसमें सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन होते हैं और न्यूट्रॉन का कोई चार्ज नहीं होता है, एक सकारात्मक चार्ज नाभिक बनाता है, और नाभिक के चारों ओर घूमने वाले नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन होते हैं। इस सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर असतत हैं, और उनके द्वारा कुछ अतिरिक्त ऊर्जा की हानि या अधिग्रहण को एक अनुमत ऊर्जा स्तर से दूसरे में संक्रमण के रूप में माना जाता है। इस मामले में, ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक स्तरों की असतत प्रकृति एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर में संक्रमण के दौरान इलेक्ट्रॉन द्वारा समान असतत अवशोषण या ऊर्जा के उत्सर्जन का कारण बन जाती है।

हमने माना कि परमाणु या अणु का आवेश पूरी तरह से अदिश राशि q Z (q Nqn द्वारा निर्धारित होता है, जहाँ Z इलेक्ट्रॉन - प्रोटॉन जोड़े की संख्या है, (q qp - qe एक इलेक्ट्रॉन के आवेशों और a के बीच का अंतर है) प्रोटॉन, A न्यूट्रॉन की संख्या है, और qn न्यूट्रॉन का आवेश है।

नाभिक का आवेश केवल प्रोटॉन Z की संख्या से निर्धारित होता है, और इसकी द्रव्यमान संख्या A प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या के साथ मेल खाती है। चूँकि न्यूट्रॉन का आवेश शून्य होता है, कूलम्ब के नियम के अनुसार दो न्यूट्रॉनों के साथ-साथ एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के बीच कोई विद्युत संपर्क नहीं होता है। उसी समय, दो प्रोटॉन के बीच एक विद्युत प्रतिकर्षण बल कार्य करता है।

इसके अलावा, माप सटीकता की सीमा के भीतर, एक भी टक्कर प्रक्रिया को पंजीकृत नहीं किया गया है, जिसमें चार्ज के संरक्षण के कानून का पालन नहीं किया जाएगा। उदाहरण के लिए, एकसमान विद्युत क्षेत्रों में न्यूट्रॉन का गैर-विक्षेपण 1 (इलेक्ट्रॉन चार्ज के H7) की सटीकता के साथ न्यूट्रॉन चार्ज को शून्य के बराबर मानना ​​संभव बनाता है।

हम पहले ही कह चुके हैं कि एक प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण और एकल परमाणु चुंबक के बीच का अंतर एक अद्भुत परिणाम है। और भी आश्चर्यजनक (ऐसा लगता है कि न्यूट्रॉन में एक चुंबकीय क्षण का अस्तित्व है जिसमें कोई चार्ज नहीं है।

यह देखना आसान है कि ये बल भौतिकी पाठ्यक्रम के पिछले भागों में चर्चा किए गए किसी भी प्रकार के बलों के लिए कम करने योग्य नहीं हैं। वास्तव में, उदाहरण के लिए, यदि हम मान लें कि गुरुत्वाकर्षण बल नाभिक में नाभिक के बीच कार्य करते हैं, तो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के ज्ञात द्रव्यमान से गणना करना आसान है कि प्रति कण बाध्यकारी ऊर्जा नगण्य हो जाएगी - यह 1036 होगी प्रयोगात्मक रूप से देखे गए से कई गुना कम। परमाणु बलों के विद्युत चरित्र के बारे में धारणा भी गायब हो जाती है। वास्तव में, इस मामले में एक स्थिर नाभिक की कल्पना करना असंभव है जिसमें एक आवेशित प्रोटॉन हो और जिसमें कोई न्यूट्रॉन आवेश न हो।

नाभिक में नाभिक के बीच मौजूद मजबूत बंधन विशेष, तथाकथित परमाणु बलों के परमाणु नाभिक में उपस्थिति को इंगित करता है। यह देखना आसान है कि ये बल भौतिकी पाठ्यक्रम के पिछले भागों में चर्चा किए गए किसी भी प्रकार के बलों के लिए कम करने योग्य नहीं हैं। वास्तव में, उदाहरण के लिए, यदि हम मान लें कि गुरुत्वाकर्षण बल नाभिक में नाभिक के बीच कार्य करते हैं, तो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के ज्ञात द्रव्यमान से गणना करना आसान है कि प्रति कण बाध्यकारी ऊर्जा नगण्य हो जाएगी - यह 1038 होगी प्रयोगात्मक रूप से देखे गए से कई गुना कम। परमाणु बलों के विद्युत चरित्र के बारे में धारणा भी गायब हो जाती है। वास्तव में, इस मामले में एक स्थिर नाभिक की कल्पना करना असंभव है जिसमें एक आवेशित प्रोटॉन हो और जिसमें कोई न्यूट्रॉन आवेश न हो।

न्यूट्रॉन क्या है? इसकी संरचना, गुण और कार्य क्या हैं? न्यूट्रॉन सबसे बड़े कण हैं जो परमाणु बनाते हैं और सभी पदार्थों के निर्माण खंड हैं।

परमाणु संरचना

न्यूट्रॉन नाभिक में होते हैं - एक परमाणु का घना क्षेत्र, जो प्रोटॉन (सकारात्मक आवेशित कण) से भी भरा होता है। इन दोनों तत्वों को परमाणु नामक बल द्वारा एक साथ रखा जाता है। न्यूट्रॉन प्रभारी तटस्थ हैं। एक तटस्थ परमाणु बनाने के लिए प्रोटॉन पर सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन पर नकारात्मक चार्ज से मेल खाता है। यद्यपि एक नाभिक में न्यूट्रॉन एक परमाणु के आवेश को प्रभावित नहीं करते हैं, फिर भी उनके पास कई गुण होते हैं जो एक परमाणु को प्रभावित करते हैं, जिसमें रेडियोधर्मिता का स्तर भी शामिल है।

न्यूट्रॉन, आइसोटोप और रेडियोधर्मिता

परमाणु के नाभिक में जो कण होता है वह न्यूट्रॉन होता है जो प्रोटॉन से 0.2% बड़ा होता है। साथ में वे एक ही तत्व के कुल द्रव्यमान का 99.99% बनाते हैं, उनके पास अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन हो सकते हैं। जब वैज्ञानिक परमाणु द्रव्यमान का उल्लेख करते हैं, तो उनका मतलब औसत परमाणु द्रव्यमान होता है। उदाहरण के लिए, कार्बन में आमतौर पर 12 के परमाणु द्रव्यमान के साथ 6 न्यूट्रॉन और 6 प्रोटॉन होते हैं, लेकिन कभी-कभी यह 13 (6 प्रोटॉन और 7 न्यूट्रॉन) के परमाणु द्रव्यमान पर होता है। परमाणु क्रमांक 14 वाला कार्बन भी मौजूद है, लेकिन दुर्लभ है। तो कार्बन का परमाणु द्रव्यमान औसतन 12.011 है।

जब परमाणुओं में अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं, तो उन्हें आइसोटोप कहा जाता है। वैज्ञानिकों ने बड़े समस्थानिक बनाने के लिए इन कणों को नाभिक में जोड़ने के तरीके खोजे हैं। अब न्यूट्रॉन के जुड़ने से परमाणु के आवेश पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, क्योंकि उनके पास कोई आवेश नहीं होता है। हालांकि, वे परमाणु की रेडियोधर्मिता को बढ़ाते हैं। इससे बहुत अस्थिर परमाणु हो सकते हैं जो उच्च ऊर्जा स्तरों का निर्वहन कर सकते हैं।

कोर क्या है?

रसायन विज्ञान में, नाभिक परमाणु का धनात्मक आवेशित केंद्र होता है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है। शब्द "कोर" लैटिन न्यूक्लियस से आया है, जो "अखरोट" या "कर्नेल" शब्द का एक रूप है। यह शब्द 1844 में माइकल फैराडे द्वारा एक परमाणु के केंद्र का वर्णन करने के लिए गढ़ा गया था। नाभिक के अध्ययन में शामिल विज्ञान, इसकी संरचना और विशेषताओं के अध्ययन को परमाणु भौतिकी और परमाणु रसायन विज्ञान कहा जाता है।

एक मजबूत परमाणु बल द्वारा प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ रखा जाता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं, लेकिन इतनी तेजी से चलते हैं कि उनका घूर्णन परमाणु के केंद्र से कुछ दूरी पर होता है। प्लस चिन्ह के साथ परमाणु चार्ज प्रोटॉन से आता है, लेकिन न्यूट्रॉन क्या है? यह एक ऐसा कण है जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। परमाणु का लगभग सारा भार नाभिक में समाहित होता है, क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक द्रव्यमान होता है। एक परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की संख्या एक तत्व के रूप में इसकी पहचान निर्धारित करती है। न्यूट्रॉन की संख्या का अर्थ है कि परमाणु किस तत्व का समस्थानिक है।

परमाणु नाभिक आकार

नाभिक परमाणु के समग्र व्यास से बहुत छोटा होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन केंद्र से दूर हो सकते हैं। हाइड्रोजन परमाणु अपने नाभिक के आकार का 145,000 गुना है, और यूरेनियम परमाणु इसके केंद्र के आकार का 23,000 गुना है। हाइड्रोजन का नाभिक सबसे छोटा होता है क्योंकि इसमें एक प्रोटॉन होता है।

नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की व्यवस्था

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को आमतौर पर एक साथ संकुचित और समान रूप से क्षेत्रों में वितरित के रूप में चित्रित किया जाता है। हालांकि, यह वास्तविक संरचना का एक सरलीकरण है। प्रत्येक न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन या न्यूट्रॉन) एक निश्चित ऊर्जा स्तर और स्थानों की सीमा पर कब्जा कर सकता है। जबकि केंद्रक गोलाकार हो सकता है, यह नाशपाती के आकार का, गोलाकार या डिस्क के आकार का भी हो सकता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के नाभिक बेरियन होते हैं, जो सबसे छोटे से बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है। गुरुत्वाकर्षण बल की एक बहुत ही छोटी सीमा होती है, इसलिए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक-दूसरे के बहुत करीब होना चाहिए। यह प्रबल आकर्षण आवेशित प्रोटॉनों के प्राकृतिक प्रतिकर्षण पर विजय प्राप्त करता है।

प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन

परमाणु भौतिकी जैसे विज्ञान के विकास में एक शक्तिशाली प्रोत्साहन न्यूट्रॉन (1932) की खोज थी। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जो रदरफोर्ड का छात्र था, उसे इसके लिए आभारी होना चाहिए। न्यूट्रॉन क्या है? यह एक अस्थिर कण है, जो केवल 15 मिनट में एक मुक्त अवस्था में एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रिनो, तथाकथित द्रव्यमान रहित तटस्थ कण में क्षय करने में सक्षम है।

कण का नाम इस तथ्य के कारण पड़ा कि इसमें कोई विद्युत आवेश नहीं है, यह तटस्थ है। न्यूट्रॉन अत्यधिक घने होते हैं। एक पृथक अवस्था में, एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान केवल 1.67 · 10-27 होगा, और यदि आप न्यूट्रॉन से सघन रूप से भरा एक चम्मच लेते हैं, तो परिणामी पदार्थ के टुकड़े का वजन लाखों टन होगा।

किसी तत्व के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक कहते हैं। यह संख्या प्रत्येक तत्व को अपनी विशिष्ट पहचान देती है। कुछ तत्वों के परमाणुओं में, जैसे कार्बन, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या हमेशा समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है। किसी दिए गए तत्व का परमाणु जिसके नाभिक में एक निश्चित संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं, समस्थानिक कहलाता है।

क्या एकल न्यूट्रॉन खतरनाक हैं?

न्यूट्रॉन क्या है? यह एक कण है, जो एक प्रोटॉन के साथ प्रवेश करता है, हालांकि, कभी-कभी वे अपने दम पर मौजूद हो सकते हैं। जब न्यूट्रॉन परमाणुओं के नाभिक के बाहर होते हैं, तो वे संभावित हानिकारक गुण प्राप्त कर लेते हैं। जब वे तेज गति से चलते हैं, तो वे घातक विकिरण उत्पन्न करते हैं। तथाकथित न्यूट्रॉन बम, लोगों और जानवरों को मारने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं, जबकि निर्जीव भौतिक संरचनाओं पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है।

न्यूट्रॉन परमाणु का एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। इन कणों का उच्च घनत्व उनकी गति के साथ मिलकर उन्हें अत्यधिक विनाशकारी शक्ति और ऊर्जा प्रदान करता है। परिणामस्वरूप, वे टकराने वाले परमाणुओं के नाभिक को बदल सकते हैं या फाड़ भी सकते हैं। यद्यपि न्यूट्रॉन में एक शुद्ध, तटस्थ विद्युत आवेश होता है, यह आवेशित घटकों से बना होता है जो आवेश के संबंध में एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।

परमाणु में न्यूट्रॉन एक छोटा कण है। प्रोटॉन की तरह, वे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से भी देखे जाने के लिए बहुत छोटे हैं, लेकिन वे वहां हैं क्योंकि परमाणुओं के व्यवहार को समझाने का यही एकमात्र तरीका है। एक परमाणु की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए न्यूट्रॉन बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन इसके परमाणु केंद्र के बाहर वे लंबे समय तक मौजूद नहीं रह सकते हैं और औसतन केवल 885 सेकंड (लगभग 15 मिनट) में क्षय हो जाते हैं।

आइए बात करते हैं कि प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए। परमाणु में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं, और प्रत्येक का अपना प्राथमिक आवेश, द्रव्यमान होता है।

नाभिक संरचना

यह समझने के लिए कि प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए, कल्पना कीजिए कि यह परमाणु का मुख्य भाग है। नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जिन्हें न्यूक्लियॉन कहा जाता है। नाभिक के अंदर, ये कण एक दूसरे में परिवर्तित हो सकते हैं।

उदाहरण के लिए, इसमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को खोजने के लिए, आपको इसका क्रमांक जानना होगा। यदि हम इस बात को ध्यान में रखते हैं कि यह वह तत्व है जो आवर्त प्रणाली का नेतृत्व करता है, तो इसके नाभिक में एक प्रोटॉन होता है।

एक परमाणु के नाभिक का व्यास एक परमाणु के संपूर्ण आकार का दस हजारवाँ भाग होता है। इसमें संपूर्ण परमाणु का अधिकांश भाग होता है। नाभिक का द्रव्यमान परमाणु में उपस्थित सभी इलेक्ट्रॉनों के योग से हजारों गुना अधिक होता है।

कण लक्षण वर्णन

आइए विचार करें कि एक परमाणु में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए, और उनकी विशेषताओं के बारे में जानें। प्रोटॉन वह है जो हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक से मेल खाता है। इसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन से 1836 गुना अधिक है। किसी दिए गए क्रॉस-सेक्शन वाले कंडक्टर से गुजरने वाली बिजली की इकाई को निर्धारित करने के लिए, एक इलेक्ट्रिक चार्ज का उपयोग किया जाता है।

नाभिक में प्रत्येक परमाणु में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन होते हैं। यह एक स्थिर मान है जो किसी दिए गए तत्व के रासायनिक और भौतिक गुणों की विशेषता है।

आप कार्बन परमाणु में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन कैसे खोजते हैं? इस रासायनिक तत्व की क्रम संख्या 6 है, इसलिए नाभिक में छह प्रोटॉन होते हैं। ग्रहों के अनुसार, छह इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं। कार्बन के मान (12) से न्यूट्रॉनों की संख्या ज्ञात करने के लिए, प्रोटॉनों की संख्या (6) घटाएँ, हमें छह न्यूट्रॉन प्राप्त होते हैं।

लोहे के परमाणु के लिए, प्रोटॉन की संख्या 26 से मेल खाती है, अर्थात इस तत्व की आवर्त सारणी में 26 वाँ क्रमांक है।

न्यूट्रॉन एक विद्युत रूप से तटस्थ कण है जो अपनी मुक्त अवस्था में अस्थिर होता है। एक न्यूट्रॉन एक एंटीन्यूट्रिनो और एक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हुए, एक सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन में स्वचालित रूप से बदलने में सक्षम है। इसका औसत आधा जीवन 12 मिनट है। द्रव्यमान संख्या एक परमाणु के नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग है। आइए जानने की कोशिश करें कि आयन में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए? यदि कोई परमाणु किसी अन्य तत्व के साथ रासायनिक क्रिया के दौरान सकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त कर लेता है, तो उसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या नहीं बदलती है, केवल इलेक्ट्रॉन कम हो जाते हैं।

निष्कर्ष

परमाणु की संरचना के संबंध में कई सिद्धांत थे, लेकिन उनमें से कोई भी व्यवहार्य नहीं था। रदरफोर्ड द्वारा बनाए गए संस्करण से पहले, नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के स्थान के साथ-साथ गोलाकार कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के घूर्णन के बारे में कोई विस्तृत स्पष्टीकरण नहीं था। परमाणु की ग्रह संरचना के सिद्धांत की उपस्थिति के बाद, शोधकर्ताओं को न केवल एक परमाणु में प्राथमिक कणों की संख्या निर्धारित करने का अवसर मिला, बल्कि एक विशेष रासायनिक तत्व के भौतिक और रासायनिक गुणों की भविष्यवाणी करने का भी अवसर मिला।

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स्कूल के बहुत से लोग अच्छी तरह जानते हैं कि सभी पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं। परमाणु, बदले में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बने होते हैं, जो नाभिक से कुछ दूरी पर स्थित परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों के नाभिक का निर्माण करते हैं। बहुतों ने यह भी सुना है कि प्रकाश भी कणों - फोटान से बना होता है। हालांकि, कण-कण की दुनिया यहीं तक सीमित नहीं है। आज तक, 400 से अधिक विभिन्न प्राथमिक कण ज्ञात हैं। आइए समझने की कोशिश करें कि प्राथमिक कण एक दूसरे से कैसे भिन्न होते हैं।

ऐसे कई पैरामीटर हैं जिनके द्वारा आप प्राथमिक कणों को एक दूसरे से अलग कर सकते हैं:

• वज़न।
• आवेश।
• जीवन काल। लगभग सभी प्राथमिक कणों का एक सीमित जीवनकाल होता है जिसके बाद वे क्षय हो जाते हैं।
• घुमाव। इसे लगभग, एक घूर्णी क्षण के रूप में माना जा सकता है।

कुछ और पैरामीटर, या जैसा कि उन्हें आमतौर पर क्वांटम संख्याओं के विज्ञान में कहा जाता है। इन मापदंडों का हमेशा स्पष्ट भौतिक अर्थ नहीं होता है, लेकिन कुछ कणों को दूसरों से अलग करने के लिए इनकी आवश्यकता होती है। इन सभी अतिरिक्त मापदंडों को कुछ मूल्यों के रूप में पेश किया जाता है जो बातचीत में संरक्षित होते हैं।

फोटॉन और न्यूट्रिनो को छोड़कर लगभग सभी कणों में द्रव्यमान होता है (नवीनतम आंकड़ों के अनुसार, न्यूट्रिनो का द्रव्यमान होता है, लेकिन इतना छोटा कि इसे अक्सर शून्य माना जाता है)। द्रव्यमान के बिना कण केवल गति में ही मौजूद रह सकते हैं। सभी कणों का द्रव्यमान भिन्न होता है। न्यूट्रिनो की गिनती नहीं करते हुए, इलेक्ट्रॉन का न्यूनतम द्रव्यमान होता है। मेसन नामक कणों का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 300-400 गुना होता है, एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन से लगभग 2000 गुना भारी होते हैं। ऐसे कण पहले ही खोजे जा चुके हैं जो एक प्रोटॉन से लगभग 100 गुना भारी होते हैं। द्रव्यमान, (या आइंस्टीन के सूत्र के अनुसार इसकी ऊर्जा समतुल्य:

प्राथमिक कणों के सभी अंतःक्रियाओं में संरक्षित है।

सभी कणों में विद्युत आवेश नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि सभी कण विद्युत चुम्बकीय संपर्क में भाग लेने में सक्षम नहीं हैं। सभी स्वतंत्र रूप से विद्यमान कणों में एक विद्युत आवेश होता है जो इलेक्ट्रॉन आवेश का गुणज होता है। मुक्त रूप से विद्यमान कणों के अलावा ऐसे कण भी होते हैं जो केवल एक बाध्य अवस्था में होते हैं, हम उनके बारे में थोड़ी देर बाद बात करेंगे।

स्पिन, अन्य क्वांटम संख्याओं की तरह, विभिन्न कणों के लिए भिन्न होते हैं और उनकी विशिष्टता को दर्शाते हैं। कुछ क्वांटम संख्याएँ कुछ अंतःक्रियाओं में संरक्षित होती हैं, कुछ अन्य में। ये सभी क्वांटम संख्याएँ निर्धारित करती हैं कि कौन से कण किसके साथ और कैसे परस्पर क्रिया करते हैं।

जीवनकाल भी एक कण का एक बहुत ही महत्वपूर्ण लक्षण है और हम इस पर और अधिक विस्तार से विचार करेंगे। आइए एक टिप्पणी से शुरू करते हैं। जैसा कि हमने लेख की शुरुआत में कहा, हमारे चारों ओर जो कुछ भी है वह परमाणु (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) और प्रकाश (फोटॉन) से बना है। और फिर, सैकड़ों विभिन्न प्रकार के प्राथमिक कण कहाँ हैं। इसका उत्तर सरल है - हमारे चारों ओर हर जगह, लेकिन हम उन्हें दो कारणों से नोटिस नहीं करते हैं।

उनमें से पहला - लगभग सभी अन्य कण बहुत कम रहते हैं, लगभग 10 से माइनस 10 पावर सेकंड या उससे कम, और इसलिए परमाणु, क्रिस्टल जाली आदि जैसी संरचनाएं नहीं बनाते हैं। दूसरा कारण न्यूट्रिनो से संबंधित है, हालांकि ये कण क्षय नहीं करते हैं, लेकिन वे केवल कमजोर और गुरुत्वाकर्षण बातचीत के अधीन हैं। इसका मतलब है कि ये कण इतनी कम बातचीत करते हैं कि उनका पता लगाना लगभग असंभव है।

आइए कल्पना करें कि कण कैसे अच्छी तरह से बातचीत करता है। उदाहरण के लिए, कुछ मिलीमीटर के क्रम पर, इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को स्टील की काफी पतली शीट से रोका जा सकता है। ऐसा इसलिए होगा क्योंकि इलेक्ट्रॉन तुरंत स्टील शीट के कणों के साथ बातचीत करना शुरू कर देंगे, अचानक अपनी दिशा बदल देंगे, फोटॉन उत्सर्जित करेंगे, और इस तरह जल्दी से ऊर्जा खो देंगे। न्यूट्रिनो के प्रवाह के साथ ऐसा नहीं है, वे लगभग बिना किसी बातचीत के पृथ्वी से गुजर सकते हैं। और इसलिए उन्हें ढूंढना बहुत मुश्किल है।

इसलिए, अधिकांश कण बहुत कम समय तक जीवित रहते हैं, जिसके बाद वे सड़ जाते हैं। कण क्षय सबसे आम प्रतिक्रियाएं हैं। क्षय के परिणामस्वरूप, एक कण कम द्रव्यमान के कई अन्य कणों में क्षय हो जाता है, और बदले में ये और भी क्षय हो जाते हैं। सभी क्षय कुछ नियमों का पालन करते हैं - संरक्षण कानून। इसलिए, उदाहरण के लिए, क्षय के परिणामस्वरूप, विद्युत आवेश, द्रव्यमान, स्पिन और कई क्वांटम संख्याओं को संरक्षित किया जाना चाहिए। क्षय के दौरान कुछ क्वांटम संख्याएँ बदल सकती हैं, लेकिन कुछ नियमों का पालन भी कर सकती हैं। यह क्षय नियम है जो हमें बताता है कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन स्थिर कण हैं। वे अब क्षय के नियमों का पालन करते हुए क्षय नहीं कर सकते हैं, और इसलिए यह उनके साथ है कि क्षय श्रृंखला समाप्त हो जाती है।

यहां मैं न्यूट्रॉन के बारे में कुछ शब्द कहना चाहूंगा। एक मुक्त न्यूट्रॉन भी लगभग 15 मिनट में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में विघटित हो जाता है। हालांकि, जब एक न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक में होता है, तो ऐसा नहीं होता है। इस तथ्य को विभिन्न तरीकों से समझाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब एक परमाणु के नाभिक में एक इलेक्ट्रॉन और क्षयित न्यूट्रॉन से एक अतिरिक्त प्रोटॉन दिखाई देता है, तो तुरंत विपरीत प्रतिक्रिया होती है - प्रोटॉन में से एक इलेक्ट्रॉन को अवशोषित करता है और न्यूट्रॉन में बदल जाता है। इस पैटर्न को गतिशील संतुलन कहा जाता है। यह ब्रह्मांड में अपने विकास के प्रारंभिक चरण में, बड़े धमाके के तुरंत बाद देखा गया था।

क्षय प्रतिक्रियाओं के अलावा, बिखरने वाली प्रतिक्रियाएं भी होती हैं - जब दो या दो से अधिक कण एक साथ परस्पर क्रिया करते हैं, और परिणाम एक या अधिक अन्य कण होते हैं। जब दो या दो से अधिक कणों में से एक प्राप्त होता है तो अवशोषण प्रतिक्रियाएं भी होती हैं। सभी प्रतिक्रियाएं मजबूत कमजोर या विद्युत चुम्बकीय बातचीत के परिणामस्वरूप होती हैं। मजबूत अंतःक्रिया के कारण प्रतिक्रियाएं सबसे तेज होती हैं, ऐसी प्रतिक्रिया का समय 10 से माइनस 20 सेकंड तक पहुंच सकता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरेक्शन के कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं की गति कम होती है, यहाँ समय 10 से माइनस 8 सेकंड के क्रम का हो सकता है। कमजोर बातचीत की प्रतिक्रियाओं के लिए, समय दसियों सेकंड और कभी-कभी वर्षों तक पहुंच सकता है।

कणों के बारे में कहानी के अंत में, आइए क्वार्क के बारे में बात करते हैं। क्वार्क प्राथमिक कण होते हैं जिनमें एक विद्युत आवेश होता है जो एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के एक तिहाई का गुणक होता है और जो एक मुक्त अवस्था में मौजूद नहीं हो सकता है। उनकी बातचीत को इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है कि वे किसी चीज के हिस्से के रूप में ही रह सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक निश्चित प्रकार के तीन क्वार्क के संयोजन से एक प्रोटॉन बनता है। एक अन्य संयोजन न्यूट्रॉन देता है। कुल 6 क्वार्क ज्ञात हैं। उनके विभिन्न संयोजन हमें अलग-अलग कण देते हैं, और यद्यपि भौतिक नियमों द्वारा क्वार्क के सभी संयोजनों की अनुमति नहीं है, क्वार्क से बने कुछ कण हैं।

यहाँ यह प्रश्न उठ सकता है कि यदि क्वार्कों से युक्त प्रोटॉन है तो उसे प्राथमिक कैसे कहा जा सकता है। यह बहुत सरल है - एक प्रोटॉन प्राथमिक है, क्योंकि इसे इसके घटक भागों - क्वार्क में विभाजित नहीं किया जा सकता है। मजबूत अंतःक्रियाओं में भाग लेने वाले सभी कण क्वार्क से बने होते हैं, और इस प्रकार प्राथमिक होते हैं।

ब्रह्मांड की संरचना को समझने के लिए प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया को समझना बहुत महत्वपूर्ण है। स्थूल-पिंडों में जो कुछ भी होता है वह कणों के परस्पर क्रिया का परिणाम होता है। यह कणों की परस्पर क्रिया है जो पृथ्वी पर पेड़ों की वृद्धि, सितारों की आंतों में प्रतिक्रियाओं, न्यूट्रॉन सितारों के विकिरण और बहुत कुछ का वर्णन करती है।

संभावनाएं और क्वांटम यांत्रिकी

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