परमाणु रसायन विज्ञान के विकास के बारे में विचारों का विकास। परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में विचारों का विकास। समय समय पर तत्वो की तालिका

भौतिकी की एक शाखा जो परमाणुओं की आंतरिक संरचना का अध्ययन करती है। परमाणु, जिन्हें मूल रूप से अविभाज्य माना जाता था, जटिल प्रणालियाँ हैं। उनके पास प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक विशाल नाभिक होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन खाली जगह में घूमते हैं। परमाणु बहुत छोटे होते हैं - उनका आकार लगभग १०-१० –१०-९ मीटर होता है, और नाभिक का आकार अभी भी लगभग १००,००० गुना छोटा होता है (10 -15 -10 -14 मीटर)। इसलिए, परमाणुओं को केवल परोक्ष रूप से, बहुत अधिक आवर्धन वाली छवि में (उदाहरण के लिए, एक ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक प्रोजेक्टर की सहायता से) "देखा" जा सकता है। लेकिन इस मामले में भी, परमाणुओं की विस्तार से जांच नहीं की जा सकती है। उनकी आंतरिक संरचना के बारे में हमारा ज्ञान प्रायोगिक डेटा की एक बड़ी मात्रा पर आधारित है, जो परोक्ष रूप से, लेकिन उपरोक्त के पक्ष में दृढ़ता से गवाही देता है।

20वीं शताब्दी में परमाणु की संरचना की अवधारणा मौलिक रूप से बदल गई। नए सैद्धांतिक विचारों और प्रयोगात्मक डेटा के प्रभाव में। परमाणु नाभिक की आंतरिक संरचना के विवरण में, अभी भी अनसुलझे मुद्दे हैं जो गहन शोध का विषय हैं। निम्नलिखित खंड समग्र रूप से परमाणु की संरचना के बारे में विचारों के विकास के इतिहास का वर्णन करते हैं; एक अलग लेख कर्नेल की संरचना के लिए समर्पित है ( परमाणु नाभिक संरचना), क्योंकि ये अवधारणाएँ काफी हद तक स्वतंत्र रूप से विकसित हुईं। किसी परमाणु के बाहरी कोश की जांच के लिए आवश्यक ऊर्जा तापीय या रासायनिक ऊर्जा के क्रम पर अपेक्षाकृत कम होती है। इस कारण से, नाभिक की खोज से बहुत पहले प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रॉनों की खोज की गई थी।

नाभिक, अपने छोटे आकार के साथ, बहुत मजबूती से बंधा होता है, ताकि इसे केवल उन बलों की मदद से नष्ट और जांचा जा सके जो परमाणुओं के बीच कार्य करने वाली शक्तियों की तुलना में लाखों गुना अधिक तीव्र हैं। नाभिक की आंतरिक संरचना को समझने में तेजी से प्रगति कण त्वरक के आगमन के साथ ही शुरू हुई। यह आकार और बाध्यकारी ऊर्जा में इतना बड़ा अंतर है जो हमें परमाणु की संरचना को नाभिक की संरचना से अलग से पूरी तरह से विचार करने की अनुमति देता है।

एक परमाणु के आकार और उसके खाली स्थान का अंदाजा लगाने के लिए, उन परमाणुओं पर विचार करें जो 1 मिमी के व्यास के साथ पानी की एक बूंद बनाते हैं। यदि आप मानसिक रूप से इस बूंद को पृथ्वी के आकार तक बढ़ा दें तो पानी के अणु में शामिल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं का व्यास 1-2 मीटर होगा। प्रत्येक परमाणु के द्रव्यमान का मुख्य भाग इसके केंद्र में केंद्रित होता है, जिसका व्यास केवल 0.01 मिमी था ...

परमाणु के बारे में सबसे सामान्य विचारों के उद्भव का इतिहास आमतौर पर ग्रीक दार्शनिक डेमोक्रिटस (सी। 460 - सी। 370 ईसा पूर्व) के समय से होता है, जिन्होंने सबसे छोटे कणों के बारे में बहुत सोचा था जिसमें किसी भी पदार्थ को विभाजित किया जा सकता है। . ग्रीक दार्शनिकों का एक समूह, जो यह विचार रखते थे कि ऐसे छोटे अविभाज्य कण मौजूद हैं, परमाणुवादी कहलाते हैं। ग्रीक दार्शनिक एपिकुरस (सी। 342-270 ईसा पूर्व) ने परमाणु सिद्धांत को अपनाया, और पहली शताब्दी ईसा पूर्व में। उनके अनुयायियों में से एक, रोमन कवि और दार्शनिक ल्यूक्रेटियस कारस ने "ऑन द नेचर ऑफ थिंग्स" कविता में एपिकुरस के सिद्धांत की व्याख्या की, जिसकी बदौलत इसे भविष्य की पीढ़ियों के लिए संरक्षित किया गया। पुरातनता के महानतम वैज्ञानिकों में से एक, अरस्तू (384-322 ईसा पूर्व) ने परमाणु सिद्धांत को स्वीकार नहीं किया, और दर्शन और विज्ञान पर उनके विचार बाद में मध्ययुगीन सोच में प्रबल हुए। परमाणु सिद्धांत, जैसा कि यह था, पुनर्जागरण के अंत तक अस्तित्व में नहीं था, जब विशुद्ध रूप से सट्टा दार्शनिक तर्क को प्रयोग द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था।

पुनर्जागरण के दौरान, अब रसायन विज्ञान और भौतिकी कहे जाने वाले क्षेत्रों में व्यवस्थित अनुसंधान शुरू हुआ, जिससे उनके साथ "अविभाज्य कणों" की प्रकृति में नई अंतर्दृष्टि आई। आर. बॉयल (1627-1691) और आई. न्यूटन (1643-1727) पदार्थ के अविभाज्य कणों के अस्तित्व के विचार से अपने तर्क में आगे बढ़े। हालांकि, न तो बॉयल और न ही न्यूटन को उनके लिए रुचि की घटनाओं की व्याख्या करने के लिए एक विस्तृत परमाणु सिद्धांत की आवश्यकता थी, और उनके प्रयोगों के परिणामों ने "परमाणुओं" के गुणों के बारे में कुछ भी नया नहीं कहा।

परमाणु की संरचना

डाल्टन के नियम।परमाणु सिद्धांत की पहली सही मायने में वैज्ञानिक पुष्टि, जिसने इस परिकल्पना की तर्कसंगतता और सरलता को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया कि प्रत्येक रासायनिक तत्व में सबसे छोटे कण होते हैं, अंग्रेजी स्कूल के गणित शिक्षक जे। डाल्टन (1766-1844) का काम था, जिसका लेख इस समस्या पर 1803 में सामने आया ...

डाल्टन ने गैसों के गुणों का अध्ययन किया, विशेष रूप से गैसों की मात्रा का अनुपात जो एक रासायनिक यौगिक बनाने की प्रतिक्रिया में प्रवेश किया, उदाहरण के लिए, जब पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बना था। उन्होंने पाया कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की अभिक्रिया की गई मात्राओं का अनुपात हमेशा छोटी पूर्ण संख्याओं का अनुपात होता है। इस प्रकार, जब पानी (एच 2 ओ) बनता है, तो 2.016 ग्राम गैसीय हाइड्रोजन 16 ग्राम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, और जब हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच 2 ओ 2) बनता है, तो 32 ग्राम गैसीय ऑक्सीजन 2.016 ग्राम के साथ संयुक्त होता है। हाइड्रोजन का। इन दो यौगिकों के निर्माण में समान हाइड्रोजन द्रव्यमान के साथ प्रतिक्रिया करने वाले ऑक्सीजन द्रव्यमान एक दूसरे से छोटी संख्या के रूप में संबंधित होते हैं:

इन परिणामों के आधार पर, डाल्टन ने अपना "बहु अनुपातों का नियम" तैयार किया। इस नियम के अनुसार, यदि दो तत्व अलग-अलग अनुपात में मिलकर अलग-अलग यौगिक बनाते हैं, तो एक तत्व के द्रव्यमान, दूसरे तत्व की समान मात्रा के साथ, छोटी पूर्ण संख्याओं के रूप में संबंधित होते हैं। डाल्टन के दूसरे नियम, "स्थिर संबंधों के नियम" के अनुसार, किसी भी रासायनिक यौगिक में, इसमें शामिल तत्वों के द्रव्यमान का अनुपात हमेशा समान होता है। न केवल गैसों, बल्कि तरल और ठोस यौगिकों से संबंधित बड़ी मात्रा में प्रायोगिक डेटा, जे। बर्ज़ेलियस (1779-1848) द्वारा एकत्र किया गया था, जिन्होंने कई यौगिकों के लिए तत्वों के प्रतिक्रियाशील द्रव्यमान का सटीक माप किया था। उनके डेटा ने डाल्टन द्वारा तैयार किए गए कानूनों की पुष्टि की और दृढ़ता से प्रदर्शित किया कि प्रत्येक तत्व में द्रव्यमान की सबसे छोटी इकाई होती है।

प्राचीन ग्रीक परमाणुवादियों के अमूर्त तर्क पर डाल्टन के परमाणु अभिधारणाओं का लाभ था कि उनके कानूनों ने वास्तविक प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या और लिंक करना संभव बना दिया, साथ ही साथ नए प्रयोगों के परिणामों की भविष्यवाणी भी की। उन्होंने कहा कि 1) एक ही तत्व के सभी परमाणु सभी प्रकार से समान होते हैं, विशेष रूप से, उनके द्रव्यमान समान होते हैं; 2) विभिन्न तत्वों के परमाणुओं में अलग-अलग गुण होते हैं, विशेष रूप से, उनके द्रव्यमान समान नहीं होते हैं; 3) एक यौगिक, एक तत्व के विपरीत, इसके प्रत्येक घटक तत्वों के परमाणुओं की एक निश्चित पूर्णांक संख्या शामिल होती है; 4) रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, परमाणुओं का पुनर्वितरण हो सकता है, लेकिन एक भी परमाणु नष्ट या फिर से निर्मित नहीं होता है। (वास्तव में, जैसा कि २०वीं शताब्दी की शुरुआत में निकला था, इन अभिधारणाओं को पूरी तरह से पूरा नहीं किया गया है, क्योंकि एक ही तत्व के परमाणुओं में अलग-अलग द्रव्यमान हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन के तीन ऐसे प्रकार होते हैं, जिन्हें आइसोटोप कहा जाता है; इसके अलावा, परमाणु रेडियोधर्मी परिवर्तनों से गुजर सकते हैं और पूरी तरह से ढह भी सकते हैं, लेकिन डाल्टन द्वारा मानी जाने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में नहीं।) इन चार अभिधारणाओं के आधार पर, डाल्टन के परमाणु सिद्धांत ने स्थिर और कई अनुपातों के नियमों की सबसे सरल व्याख्या प्रदान की।

हालांकि डाल्टन के नियम सभी रसायन विज्ञान की नींव हैं, लेकिन वे परमाणुओं के वास्तविक आकार और द्रव्यमान का निर्धारण नहीं करते हैं। वे किसी तत्व या यौगिक के दिए गए द्रव्यमान में निहित परमाणुओं की संख्या के बारे में कुछ नहीं कहते हैं। सरल पदार्थों के अणु इतने छोटे होते हैं कि उन्हें अलग-अलग तोला नहीं जा सकता, इसलिए परमाणुओं और अणुओं के द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए अप्रत्यक्ष विधियों का उपयोग करना पड़ता है।

अवोगाद्रो की संख्या।१८११ में, ए. अवोगाद्रो (१७७६-१८५६) ने एक परिकल्पना प्रस्तुत की जिसने तत्वों से यौगिक कैसे बनते हैं, के विश्लेषण को बहुत सरल बनाया और परमाणुओं और अणुओं के बीच अंतर स्थापित किया। उनका विचार था कि समान तापमान और दबाव पर स्थित गैसों के समान आयतन में अणुओं की संख्या समान होती है। सिद्धांत रूप में, इसका एक संकेत जे। गे-लुसाक (1778-1850) द्वारा पहले के काम में पाया जा सकता है, जिन्होंने स्थापित किया कि रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करने वाले गैसीय तत्वों की मात्रा का अनुपात पूर्ण संख्याओं में व्यक्त किया जाता है, हालांकि अलग-अलग डाल्टन द्वारा प्राप्त द्रव्यमान अनुपात से। उदाहरण के लिए, 2 लीटर हाइड्रोजन गैस (H 2 अणु) 1 लीटर ऑक्सीजन गैस (O 2 अणु) के साथ मिलकर 1 लीटर जल वाष्प (H 2 O अणु) बनाती है।

गैस की एक निश्चित मात्रा में अणुओं की सही संख्या बहुत बड़ी है, और 1865 तक इसे स्वीकार्य सटीकता के साथ निर्धारित नहीं किया जा सकता था। हालांकि, पहले से ही अवोगाद्रो के समय, गैसों के गतिज सिद्धांत के आधार पर मोटे अनुमान लगाए गए थे। किसी पदार्थ की मात्रा को मापने के लिए एक बहुत ही सुविधाजनक इकाई मोल है, अर्थात। किसी पदार्थ की मात्रा जिसमें उतने ही अणु होते हैं जितने कि कार्बन 12 सी के सबसे सामान्य समस्थानिक के 0.012 किलोग्राम में परमाणु होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में एक आदर्श गैस का एक मोल (एन.यू.), यानी। मानक तापमान और दबाव, 22.4 लीटर की मात्रा में रहता है। अवोगाद्रो संख्या किसी पदार्थ के एक मोल या सामान्य परिस्थितियों में 22.4 लीटर गैस में अणुओं की कुल संख्या है। अन्य विधियाँ, जैसे रेडियोग्राफी, अवोगाद्रो की संख्या देती हैं एन 0 मान गतिज सिद्धांत के आधार पर प्राप्त की तुलना में अधिक सटीक हैं। वर्तमान में स्वीकृत मान एक मोल में 6.0221367X10 23 परमाणु (अणु) है। नतीजतन, 1 लीटर हवा में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और अन्य गैसों के लगभग 3 × 10 22 अणु होते हैं।

परमाणु के भौतिकी के लिए अवोगाद्रो संख्या की महत्वपूर्ण भूमिका इस तथ्य से संबंधित है कि यह किसी परमाणु या अणु के द्रव्यमान और अनुमानित आयामों को निर्धारित करने की अनुमति देता है। चूँकि 22.4 लीटर गैसीय H2 का द्रव्यमान 2.016 × 10–3 किग्रा है, इसलिए एक हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान 1.67 × 10–27 किग्रा है। यदि हम यह मान लें कि किसी ठोस में परमाणु एक-दूसरे के निकट स्थित हैं, तो अवोगाद्रो संख्या त्रिज्या के अनुमानित अनुमान की अनुमति देगी। आरकहते हैं, एल्यूमीनियम परमाणु। एल्यूमीनियम के लिए, 1 मोल 0.027 किग्रा है, और घनत्व 2.7 × 10 3 किग्रा / मी 3 है। इसके अलावा, हमारे पास है

कहा पे आर»1.6 × 10 -10 मीटर इस प्रकार, अवोगाद्रो की संख्या के पहले अनुमानों ने परमाणु आयामों का एक विचार दिया।

इलेक्ट्रॉन की खोज।रासायनिक यौगिकों के निर्माण से संबंधित प्रायोगिक डेटा ने "परमाणु" कणों के अस्तित्व की पुष्टि की और व्यक्तिगत परमाणुओं के छोटे आकार और द्रव्यमान का न्याय करना संभव बना दिया। हालांकि, परमाणु बनाने वाले छोटे कणों के अस्तित्व सहित परमाणुओं की वास्तविक संरचना 1897 में जे जे थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज तक अस्पष्ट रही। उस समय तक, परमाणु को अविभाज्य माना जाता था और रासायनिक गुणों में अंतर विभिन्न तत्वों की कोई व्याख्या नहीं थी। थॉमसन की खोज से पहले भी, कई दिलचस्प प्रयोग किए गए थे जिनमें अन्य शोधकर्ताओं ने कम दबाव पर गैस से भरी ग्लास ट्यूबों में विद्युत प्रवाह का अध्ययन किया था। जर्मन ग्लासब्लोअर जी. गीस्लर (1815-1879) के नाम पर गीस्लर ट्यूब नाम की ऐसी ट्यूब, जिन्होंने पहली बार उनका निर्माण शुरू किया था, एक इंडक्शन कॉइल के हाई-वोल्टेज वाइंडिंग से जुड़े होने पर एक चमकदार चमक का उत्सर्जन करती थी। डब्ल्यू. क्रुक्स (१८३२-१९१९) को इन विद्युत निर्वहनों में दिलचस्पी हो गई, जिन्होंने स्थापित किया कि दबाव के आधार पर ट्यूब में निर्वहन की प्रकृति बदल जाती है, और उच्च निर्वात में निर्वहन पूरी तरह से गायब हो जाता है। जे. पेरिन (1870-1942) के बाद के अध्ययनों से पता चला है कि चमक पैदा करने वाली "कैथोड किरणें" ऋणात्मक रूप से आवेशित कण हैं जो एक सीधी रेखा में चलते हैं, लेकिन एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है। हालांकि, कणों का आवेश और द्रव्यमान अज्ञात रहा और यह स्पष्ट नहीं था कि सभी नकारात्मक कण समान थे या नहीं।

थॉमसन की महान योग्यता इस बात का प्रमाण थी कि कैथोड किरणों को बनाने वाले सभी कण एक दूसरे के समान होते हैं और पदार्थ का हिस्सा होते हैं। अंजीर में दिखाए गए एक विशेष प्रकार की डिस्चार्ज ट्यूब का उपयोग करना। 1, थॉमसन ने कैथोड किरण कणों के वेग और आवेश-से-द्रव्यमान अनुपात को मापा, जिसे बाद में इलेक्ट्रॉन कहा गया। ट्यूब में हाई-वोल्टेज डिस्चार्ज की कार्रवाई के तहत इलेक्ट्रॉन कैथोड से बाहर निकल गए। डायाफ्राम के माध्यम से डीतथा इउनमें से केवल वे जो ट्यूब की धुरी के साथ उड़े थे, गुजरे।

चावल। 1. भार से द्रव्यमान का अनुपात। कैथोड किरणों के लिए चार्ज-टू-मास अनुपात निर्धारित करने के लिए अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे। थॉमसन द्वारा उपयोग की जाने वाली ट्यूब। इन प्रयोगों से इलेक्ट्रॉन की खोज हुई।

सामान्य मोड में, ये इलेक्ट्रॉन ल्यूमिनसेंट स्क्रीन के केंद्र से टकराते हैं। (थॉमसन ट्यूब एक स्क्रीन के साथ पहली "कैथोड रे ट्यूब" थी, जो एक टेलीविज़न पिक्चर ट्यूब की अग्रदूत थी।) ट्यूब में इलेक्ट्रिक कैपेसिटर प्लेटों की एक जोड़ी भी थी, जो अगर सक्रिय हो, तो इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित कर सकती है। विद्युत बल एफ ईआरोप पर अभिनय इविद्युत क्षेत्र की ओर से इ, अभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है

एफ ई = ईई .

इसके अलावा, विपरीत दिशा में इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित करने में सक्षम, वर्तमान कॉइल की एक जोड़ी की मदद से ट्यूब के उसी क्षेत्र में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जा सकता है। बल एफ एचचुंबकीय क्षेत्र से अभिनय एच, क्षेत्र की ताकत के समानुपाती, कण वेग वीऔर उसका आरोप इ :

एफ एच = हेव .

थॉमसन ने विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों को समायोजित किया ताकि इलेक्ट्रॉनों का कुल विक्षेपण शून्य हो, अर्थात। इलेक्ट्रॉन बीम अपनी मूल स्थिति में लौट आया। चूंकि इस मामले में दोनों बल एफ ईतथा एफ एचसमान हैं, इलेक्ट्रॉनों की गति अभिव्यक्ति द्वारा दी जाती है

वी = ई / एच .

थॉमसन ने पाया कि यह गति ट्यूब पर वोल्टेज पर निर्भर करती है। वीऔर यह कि इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा एमवी 2/2 इस वोल्टेज के सीधे आनुपातिक है, अर्थात। एमवी 2 /2 = ईवी... (इसलिए 1 वी के संभावित अंतर से त्वरित होने पर इलेक्ट्रॉन के चार्ज के बराबर चार्ज वाले कण द्वारा प्राप्त ऊर्जा के लिए "इलेक्ट्रॉन-वोल्ट" शब्द।) इस समीकरण को इलेक्ट्रॉन की गति के लिए अभिव्यक्ति के साथ जोड़ना, उसने द्रव्यमान से आवेश का अनुपात पाया:

इन प्रयोगों ने दृष्टिकोण को निर्धारित करना संभव बना दिया इ /एमएक इलेक्ट्रॉन के लिए और चार्ज का अनुमानित मूल्य दिया इ... बिल्कुल परिमाण इआर। मिलिकेन द्वारा मापा गया था, जिन्होंने अपने प्रयोगों में यह हासिल किया कि तेल की आवेशित बूंदें संधारित्र की प्लेटों के बीच हवा में लटकी हुई थीं। वर्तमान में, एक इलेक्ट्रॉन की विशेषताओं को बड़ी सटीकता के साथ जाना जाता है:

इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से बहुत कम होता है:

थॉमसन के प्रयोगों से पता चला कि विद्युत निर्वहन में इलेक्ट्रॉन किसी भी पदार्थ से उत्पन्न हो सकते हैं। चूंकि सभी इलेक्ट्रॉन समान हैं, इसलिए तत्वों को केवल इलेक्ट्रॉनों की संख्या में भिन्न होना चाहिए। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान के छोटे मूल्य ने संकेत दिया कि परमाणु का द्रव्यमान उनमें केंद्रित नहीं था।

थॉमसन मास स्पेक्ट्रोग्राफ।जल्द ही, सकारात्मक चार्ज वाले परमाणु के शेष भाग को उसी का उपयोग करके देखा गया, यद्यपि संशोधित, डिस्चार्ज ट्यूब, जिससे इलेक्ट्रॉन की खोज करना संभव हो गया। डिस्चार्ज ट्यूब के साथ पहले प्रयोगों से पता चला है कि यदि छेद के साथ कैथोड को ट्यूब के बीच में रखा जाता है, तो सकारात्मक चार्ज कण कैथोड में "चैनल" से गुजरते हैं, जिससे ट्यूब के अंत में स्थित ल्यूमिनेसेंस स्क्रीन विपरीत होती है। एनोड से चमकने के लिए। इन सकारात्मक "चैनल बीम" को भी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया गया था, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के विपरीत दिशा में।

थॉमसन ने कणों को विक्षेपित करने के लिए विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करते हुए, इन नए बीमों के द्रव्यमान और आवेश को मापने का निर्णय लिया। सकारात्मक किरणों का अध्ययन करने के लिए उनका उपकरण, "मास स्पेक्ट्रोग्राफ", योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। 2. यह अंजीर में दिखाए गए डिवाइस से अलग है। 1, इस तथ्य से कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र कणों को एक दूसरे से समकोण पर विक्षेपित करते हैं, और इसलिए "शून्य" विक्षेपण प्राप्त नहीं किया जा सकता है। एनोड और कैथोड के बीच के रास्ते में सकारात्मक रूप से आवेशित परमाणु एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो सकते हैं, और इस कारण से वे विभिन्न ऊर्जाओं में तेजी ला सकते हैं। समान आवेश और द्रव्यमान वाले एक ही प्रकार के परमाणु, लेकिन अंतिम वेगों के एक निश्चित फैलाव के साथ, एक लुमेनसेंट स्क्रीन या फोटोग्राफिक प्लेट पर एक घुमावदार रेखा (एक परवलय का एक खंड) खींचेंगे। विभिन्न द्रव्यमान वाले परमाणुओं की उपस्थिति में, भारी परमाणु (एक ही आवेश के साथ) केंद्रीय अक्ष से हल्के वाले की तुलना में अधिक कमजोर रूप से विचलित होंगे। अंजीर में। 3 थॉमसन मास स्पेक्ट्रोग्राफ के साथ प्राप्त पैराबोलस की एक तस्वीर दिखाता है। सबसे संकीर्ण परवलय सबसे भारी एकल आयनित परमाणु (पारा परमाणु) से मेल खाता है, जिसमें से एक इलेक्ट्रॉन बाहर खटखटाया जाता है। दो सबसे बड़े परवलय हाइड्रोजन से मेल खाते हैं, एक परमाणु H + के लिए और दूसरा आणविक H 2 + के लिए, दोनों एकल आयनित हैं। कुछ मामलों में, दो, तीन या चार चार्ज भी नष्ट हो जाते हैं, लेकिन परमाणु हाइड्रोजन को कभी भी एक से अधिक बार आयनित नहीं देखा गया है। यह परिस्थिति इस बात का पहला संकेत थी कि हाइड्रोजन परमाणु में केवल एक इलेक्ट्रॉन है, अर्थात। यह परमाणुओं में सबसे सरल है।

चावल। 2. चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में सकारात्मक किरणों के विक्षेपण से विभिन्न परमाणुओं के द्रव्यमान के सापेक्ष मूल्यों को निर्धारित करने के लिए थॉमसन द्वारा उपयोग किया जाने वाला मास स्पेक्ट्रोग्राफ।

चावल। 3. मास स्पेक्ट्रा, मास स्पेक्ट्रोग्राफ में प्राप्त पांच पदार्थों के आयनित परमाणुओं के वितरण के साथ तस्वीरें। परमाणुओं का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, विक्षेपण उतना ही छोटा होगा।

परमाणु की जटिल संरचना के अन्य प्रमाण।उसी समय जब थॉमसन और अन्य कैथोड किरणों के साथ प्रयोग कर रहे थे, एक्स-रे और रेडियोधर्मिता की खोज ने परमाणु की जटिल संरचना के अतिरिक्त प्रमाण प्रदान किए। 1895 में W. Roentgen (1845-1923) ने गलती से एक रहस्यमयी विकिरण की खोज की (" एन एस-किरणें"), जो उस काले कागज में प्रवेश कर गया जिसके साथ उसने इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज के हरे रंग के ल्यूमिनसेंट क्षेत्र की जांच करते हुए क्रुक्स ट्यूब को लपेट दिया। एन एसकिरणों ने क्रिस्टलीय बेरियम प्लैटिनम साइनाइड के साथ लेपित रिमोट स्क्रीन की चमक का कारण बना दिया। रोएंटजेन ने पाया कि स्क्रीन और ट्यूब के बीच अलग-अलग मोटाई के विभिन्न पदार्थ, चमक को कमजोर करते हैं, लेकिन इसे पूरी तरह से बुझा नहीं पाते हैं। इसने एक अत्यंत उच्च मर्मज्ञ शक्ति का संकेत दिया। एन एस-किरणें। रोएंटजेन ने यह भी पाया कि ये किरणें एक सीधी रेखा में फैलती हैं और विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित नहीं होती हैं। इस तरह के अदृश्य मर्मज्ञ विकिरण का उद्भव जब इलेक्ट्रॉनों ने विभिन्न सामग्रियों पर बमबारी की, तो यह पूरी तरह से नया था। यह ज्ञात था कि गीस्लर ट्यूबों से दृश्य प्रकाश में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के साथ अलग "वर्णक्रमीय रेखाएं" होती हैं और इसलिए, असतत आवृत्तियों वाले परमाणुओं के "कंपन" से जुड़ा होता है। नए विकिरण की एक अनिवार्य विशेषता जो इसे ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा से अलग करती है, इसकी उच्च मर्मज्ञ शक्ति के अलावा, यह था कि क्रमिक रूप से बढ़ती इलेक्ट्रॉनों की संख्या वाले तत्वों का ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा एक दूसरे से पूरी तरह से अलग था, जबकि स्पेक्ट्रा एक्सकिरणें एक तत्व से दूसरे तत्व में बहुत कम भिन्न होती हैं।

परमाणु की संरचना से संबंधित एक और खोज यह थी कि कुछ तत्वों के परमाणु स्वतः ही विकिरण उत्सर्जित कर सकते हैं। इस घटना की खोज 1896 में ए. बेकरेल (1852-1908) ने की थी। बेकरेल ने यूरेनियम लवण का उपयोग करके रेडियोधर्मिता की खोज की, जबकि प्रकाश के प्रभाव में लवणों की चमक और एक एक्स-रे ट्यूब में कांच की चमक के साथ इसके संबंध का अध्ययन किया। एक प्रयोग में, एक फोटोग्राफिक प्लेट का कालापन देखा गया, जो काले कागज में लिपटा हुआ था और पूर्ण अंधेरे में यूरेनियम नमक के पास स्थित था। इस आकस्मिक खोज ने उत्सर्जित विकिरण की प्रकृति को निर्धारित करने के लिए प्राकृतिक रेडियोधर्मिता और प्रयोगों के अन्य उदाहरणों की गहन खोज को प्रेरित किया। 1898 में पी. क्यूरी (1859-1906) और एम. क्यूरी (1867-1934) ने दो और रेडियोधर्मी तत्वों - पोलोनियम और रेडियम की खोज की। ई. रदरफोर्ड (1871-1937) ने यूरेनियम विकिरण की मर्मज्ञ शक्ति का अध्ययन करते हुए दिखाया कि विकिरण दो प्रकार के होते हैं: बहुत "नरम" विकिरण, जो पदार्थ द्वारा आसानी से अवशोषित हो जाता है और जिसे रदरफोर्ड ने अल्फा किरणें और अधिक मर्मज्ञ विकिरण कहा है। , जिसे उन्होंने बीटा-रे कहा। बीटा किरणें सामान्य इलेक्ट्रॉनों या "कैथोड किरणों" के समान निकलीं, जो डिस्चार्ज ट्यूबों में उत्पन्न होती हैं। अल्फा किरणों, जैसा कि यह निकला, में हीलियम परमाणुओं के समान आवेश और द्रव्यमान होता है, जो उनके दो इलेक्ट्रॉनों से वंचित होता है। तीसरे प्रकार का विकिरण, जिसे गामा किरणें कहा जाता है, के समान निकला एक्स-किरणें, लेकिन उनमें और भी अधिक भेदन क्षमता थी।

इन सभी खोजों ने स्पष्ट रूप से दिखाया कि परमाणु "अविभाज्य" नहीं है। इसमें न केवल छोटे भाग (इलेक्ट्रॉन और भारी धनात्मक कण) होते हैं, बल्कि ये और अन्य उप-कण, जाहिरा तौर पर, भारी तत्वों के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान अनायास उत्सर्जित होते हैं। इसके अलावा, परमाणु न केवल दृश्य क्षेत्र में असतत आवृत्तियों के साथ विकिरण का उत्सर्जन करते हैं, बल्कि इतने उत्साहित भी हो सकते हैं कि वे अधिक "कठिन" विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन करना शुरू कर देते हैं, अर्थात् एक्स-किरणें।

थॉमसन का परमाणु मॉडल।जे. थॉमसन, जिन्होंने परमाणु की संरचना के प्रायोगिक अध्ययन में बहुत बड़ा योगदान दिया, ने एक ऐसा मॉडल खोजने की कोशिश की जो इसके सभी ज्ञात गुणों की व्याख्या करे। चूँकि किसी परमाणु के द्रव्यमान का प्रमुख अंश उसके धनावेशित भाग में केंद्रित होता है, उसने माना कि परमाणु धनात्मक आवेश का एक गोलाकार वितरण है जिसकी त्रिज्या लगभग १०-१० मीटर है, और इसकी सतह पर लोचदार द्वारा धारण किए गए इलेक्ट्रॉन होते हैं। बल जो उन्हें कंपन करने की अनुमति देते हैं (चित्र 4)। इलेक्ट्रॉनों का कुल ऋणात्मक आवेश धनात्मक आवेश की पूरी तरह से क्षतिपूर्ति करता है, जिससे परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है। इलेक्ट्रॉन गोले पर हैं, लेकिन वे संतुलन की स्थिति के बारे में सरल हार्मोनिक दोलन कर सकते हैं। इस तरह के दोलन केवल कुछ आवृत्तियों के साथ हो सकते हैं, जो गैस डिस्चार्ज ट्यूबों में देखी गई संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखाओं के अनुरूप होते हैं। इलेक्ट्रॉनों को उनकी स्थिति से काफी आसानी से खटखटाया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए "आयन" बनते हैं, जिनमें से "चैनल बीम" बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोग्राफ के प्रयोगों में बनाये जाते हैं। एक्स-किरणें इलेक्ट्रॉनों के मौलिक कंपनों के अत्यधिक उच्च स्वरों के अनुरूप होती हैं। रेडियोधर्मी परिवर्तनों से उत्पन्न होने वाले अल्फा कण परमाणु के किसी प्रकार के ऊर्जावान टूटने के परिणामस्वरूप सकारात्मक क्षेत्र का हिस्सा होते हैं, जो इससे बाहर निकल जाते हैं।

चावल। 4. एटम, थॉमसन के मॉडल के अनुसार। लोचदार बलों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को एक सकारात्मक चार्ज क्षेत्र के अंदर रखा जाता है। उनमें से जो सतह पर हैं वे आयनित परमाणु को छोड़कर आसानी से "नॉक आउट" कर सकते हैं।

हालाँकि, इस मॉडल ने कई आपत्तियाँ उठाईं। उनमें से एक इस तथ्य के कारण था कि, खोजे गए उत्सर्जन लाइनों को मापने वाले स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट के रूप में, इन पंक्तियों की आवृत्तियां सबसे कम आवृत्ति के सरल गुणक नहीं हैं, जैसा कि आवधिक चार्ज दोलनों के मामले में होना चाहिए। इसके बजाय, वे बढ़ती आवृत्ति के साथ अभिसरण करते हैं, जैसे कि वे एक सीमा के लिए लक्ष्य कर रहे थे। पहले से ही 1885 में I. बामर (1825-1898) हाइड्रोजन स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में लाइनों की आवृत्तियों से संबंधित एक सरल अनुभवजन्य सूत्र खोजने में कामयाब रहे:

कहां एन- आवृत्ति, सी- प्रकाश की गति (3Х10 8 मीटर / सेकंड), एनएक पूर्णांक है और आर एच- कुछ स्थिर कारक। इस सूत्र के अनुसार हाइड्रोजन की वर्णक्रमीय रेखाओं की इस श्रृंखला में तरंगदैर्घ्य वाली कोई रेखा नहीं होनी चाहिए मैं३६४.५६ एनएम (या उच्च आवृत्तियों) से कम के अनुरूप एन= . तो यह निकला, और यह थॉमसन के परमाणु मॉडल के लिए एक गंभीर आपत्ति बन गया, हालांकि विभिन्न इलेक्ट्रॉनों के लिए लोचदार पुनर्स्थापन बलों में अंतर द्वारा विसंगति को समझाने का प्रयास किया गया था।

थॉमसन के परमाणु मॉडल के आधार पर परमाणुओं द्वारा एक्स-रे या गामा किरणों के उत्सर्जन की व्याख्या करना भी बेहद मुश्किल था।

थॉमसन के परमाणु मॉडल में कठिनाइयाँ भी मनोवृत्ति के कारण उत्पन्न हुईं ई / एमउन परमाणुओं के लिए द्रव्यमान के लिए चार्ज करें जिन्होंने अपने इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है ("चैनल बीम")। सबसे सरल परमाणु एक हाइड्रोजन परमाणु है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन और एक धनात्मक आवेश वाला अपेक्षाकृत विशाल गोला होता है। बहुत पहले, १८१५ में, डब्ल्यू. प्राउट ने सुझाव दिया था कि सभी भारी परमाणुओं में हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, और यह समझ में आता है कि यदि परमाणु का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनों की संख्या के अनुपात में बढ़ जाता है। हालांकि, मापों से पता चला है कि विभिन्न तत्वों के लिए आवेश और द्रव्यमान का अनुपात समान नहीं है। उदाहरण के लिए, एक नियॉन परमाणु का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान का लगभग 20 गुना होता है, जबकि आवेश केवल 10 इकाई धनात्मक आवेश होता है (एक नियॉन परमाणु में 10 इलेक्ट्रॉन होते हैं)। यह ऐसा था जैसे धनात्मक आवेश का द्रव्यमान परिवर्तनशील हो, या वास्तव में २० इलेक्ट्रॉन थे, लेकिन उनमें से १० गोले के अंदर थे।

http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ATOMA_STROENIE.html

१) पदार्थ के टुकड़े।
डेमोक्रिटस का मानना था कि इस या उस पदार्थ के गुण आकार, द्रव्यमान आदि से निर्धारित होते हैं, जो इसे बनाने वाले परमाणुओं की विशेषताओं से निर्धारित होते हैं: आग के परमाणु तेज होते हैं, इसलिए आग जलने में सक्षम होती है, ठोस पदार्थों में वे खुरदरे होते हैं। , इसलिए वे दृढ़ता से एक दूसरे का पालन करते हैं, पानी में वे चिकने होते हैं, इसलिए यह बहने में सक्षम है। डेमोक्रिटस के अनुसार मानव आत्मा भी परमाणुओं से बनी होती है।
2) "पुडिंग विद जेस्ट" (थॉमसन का मॉडल)।
जे जे थॉमसन ने एक परमाणु को एक सकारात्मक रूप से आवेशित शरीर के रूप में मानने का प्रस्ताव रखा, जिसके अंदर इलेक्ट्रॉन हैं। यह मॉडल परमाणु के विकिरण की क्रमिक प्रकृति की व्याख्या नहीं करता है।
3) परमाणु, शनि की तरह। १९०४ वर्ष। हेंतारा नागाओका। एक छोटा धनात्मक नाभिक जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन कक्षा में घूमते हैं।
4) परमाणु का ग्रहीय मॉडल। १९११ वर्ष। अर्नेस्ट रदरफोर्ड, प्रयोगों की एक श्रृंखला करने के बाद, इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि परमाणु एक प्रकार की ग्रह प्रणाली है, अर्थात इलेक्ट्रॉन परमाणु के केंद्र में स्थित एक धनात्मक आवेशित भारी नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। परमाणुओं की स्थिरता की व्याख्या करने के लिए, नील्स बोहर को अभिधारणाओं का परिचय देना पड़ा, जो इस तथ्य से उबलती हैं कि एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन, कुछ विशेष ऊर्जा अवस्थाओं में होने के कारण, विकिरण नहीं करता है। बोहर की अभिधारणाओं से पता चला कि शास्त्रीय यांत्रिकी परमाणु के विवरण पर लागू नहीं होती है।

रदरफोर्ड का अनुभव

अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने पदार्थ की पतली परतों से गुजरने वाले कणों के प्रकीर्णन पर। इन प्रयोगों में, एक संकीर्ण बीम α -एक रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित कणों को एक पतली सोने की पन्नी पर निर्देशित किया गया था। पन्नी के पीछे एक स्क्रीन लगाई गई थी, जो तेज कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम थी। यह पाया गया कि अधिकांश α -पार्टिकल्स फॉइल से गुजरने के बाद रेक्टिलिनियर प्रोपगेशन से विचलित हो जाते हैं, यानी, स्कैटर, और कुछ α -कणों को आम तौर पर वापस फेंक दिया जाता है। बिखरने α -कण रदरफोर्ड ने इस तथ्य से समझाया कि सकारात्मक आरोपजैसा कि पहले माना गया था, 10 -10 मीटर के दायरे में समान रूप से वितरित नहीं है, लेकिन परमाणु के मध्य भाग में केंद्रित है - परमाणु नाभिक। कोर के पास से गुजरते समय α - एक धनात्मक आवेश वाला कण इससे विकर्षित होता है, और जब यह नाभिक से टकराता है, तो इसे विपरीत दिशा में फेंक दिया जाता है। इस प्रकार समान आवेश वाले कण व्यवहार करते हैं, इसलिए, परमाणु का एक केंद्रीय धनात्मक आवेशित भाग होता है, जिसमें परमाणु का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान केंद्रित होता है। गणनाओं से पता चला है कि प्रयोगों की व्याख्या करने के लिए, परमाणु नाभिक की त्रिज्या लगभग 10 -15 μ के बराबर लेना आवश्यक है। .

रदरफोर्ड के परमाणु का मॉडल

रदरफोर्ड के अनुसार परमाणु की संरचना के मॉडल का सार इस प्रकार है: परमाणु के केंद्र में एक धनात्मक आवेशित नाभिक होता है, जिसमें सभी द्रव्यमान केंद्रित होते हैं, इलेक्ट्रॉन बड़ी दूरी पर वृत्ताकार कक्षाओं में नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। (जैसे सूर्य के चारों ओर ग्रह)। नाभिक का आवेश आवर्त सारणी में रासायनिक तत्व की संख्या के साथ मेल खाता है।

रदरफोर्ड के अनुसार परमाणु की संरचना का ग्रहीय मॉडल कई ज्ञात तथ्यों की व्याख्या नहीं कर सका:

कूलम्ब के आकर्षण बल के कारण एक आवेश वाला इलेक्ट्रॉन नाभिक पर गिरना चाहिए, और एक परमाणु एक स्थिर प्रणाली है; जब एक गोलाकार कक्षा में घूमते हुए, नाभिक के पास, परमाणु में इलेक्ट्रॉन को सभी संभावित आवृत्तियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करना चाहिए, अर्थात उत्सर्जित प्रकाश में एक निरंतर स्पेक्ट्रम होना चाहिए, लेकिन व्यवहार में यह अलग तरह से निकलता है:

परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन एक रेखा स्पेक्ट्रम के साथ प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर ने परमाणु की संरचना के ग्रहीय परमाणु मॉडल के अंतर्विरोधों को हल करने का प्रयास करने वाले पहले व्यक्ति थे।

बोहर की अभिधारणाएं

बोहर ने अपने सिद्धांत को दो अभिधारणाओं पर आधारित किया। पहली अभिधारणा: एक परमाणु प्रणाली केवल विशेष स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में हो सकती है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है; स्थिर अवस्था में परमाणु विकिरण नहीं करता है।

इसका मतलब है कि एक इलेक्ट्रॉन (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु में) कई अच्छी तरह से परिभाषित कक्षाओं में हो सकता है। एक इलेक्ट्रॉन की प्रत्येक कक्षा एक सुपरिभाषित ऊर्जा से मेल खाती है।

दूसरा अभिधारणा: एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की एक मात्रा उत्सर्जित या अवशोषित होती है। फोटॉन ऊर्जा दो अवस्थाओं में एक परमाणु की ऊर्जा के बीच के अंतर के बराबर होती है: एचवी = ई एम -एन; एच= 6.62 10 -34 जे एस, जहां एच -प्लैंक स्थिरांक।

जब एक इलेक्ट्रॉन निकट की कक्षा से अधिक दूर की कक्षा में जाता है, तो परमाणु प्रणाली ऊर्जा की एक मात्रा को अवशोषित करती है। नाभिक के संबंध में एक इलेक्ट्रॉन की अधिक दूर की कक्षा से निकट की कक्षा में जाने पर, परमाणु प्रणाली ऊर्जा की एक मात्रा का उत्सर्जन करती है।

बोह्र के सिद्धांत ने रेखा स्पेक्ट्रा के अस्तित्व की व्याख्या करना संभव बना दिया।

19वीं शताब्दी के अंत तक, अधिकांश वैज्ञानिकों ने परमाणु को एक तत्व के अविभाज्य और अविभाज्य कण के रूप में माना - पदार्थ का "अंत नोड"। यह भी माना जाता था कि परमाणु अपरिवर्तनीय हैं: किसी दिए गए तत्व का परमाणु किसी भी परिस्थिति में किसी अन्य तत्व के परमाणु में परिवर्तित नहीं हो सकता है।

19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में भौतिकी और रसायन विज्ञान में नई खोजों की विशेषता है, जिसने परमाणु के एक अपरिवर्तनीय कण के रूप में दृष्टिकोण को बदल दिया, परमाणुओं की जटिल संरचना और उनके अंतःरूपण की संभावना की गवाही दी।

इसमें सबसे पहले, 1897 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज, 19वीं शताब्दी के 90 के दशक के अंत में रेडियोधर्मिता की खोज और अध्ययन शामिल है। ए. बेकरेल, मारिया और पियरे क्यूरी, ई. रदरफोर्ड.

बीसवीं सदी की शुरुआत के आसपास। कई घटनाओं (तापदीप्त पिंडों का विकिरण, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, परमाणु स्पेक्ट्रा) के अध्ययन से यह निष्कर्ष निकला है कि ऊर्जा वितरित और संचारित, अवशोषित और उत्सर्जित होती है, लेकिन अलग-अलग भागों में नहीं, बल्कि अलग-अलग भागों में - क्वांटा। माइक्रोपार्टिकल्स की एक प्रणाली की ऊर्जा भी केवल कुछ निश्चित मान ले सकती है, जो क्वांटा के गुणक हैं।

क्वांटम ऊर्जा की धारणा सबसे पहले एम. प्लैंक (1900) द्वारा सुझाई गई थी। क्वांटम ई की ऊर्जा विकिरण आवृत्ति के समानुपाती होती है :

जहाँ h प्लैंक नियतांक (6.626 10 -34 Js) है, =, s प्रकाश की गति है, तरंगदैर्घ्य है।

1905 में ए आइंस्टीन ने भविष्यवाणी की थी कि कोई भी विकिरण ऊर्जा क्वांटा का एक प्रवाह है जिसे फोटॉन कहा जाता है। यह आइंस्टीन के सिद्धांत का अनुसरण करता है कि प्रकाश की दोहरी प्रकृति होती है।

1911 में, रदरफोर्ड ने परमाणु के एक परमाणु ग्रहीय मॉडल का प्रस्ताव रखा, जिसमें एक भारी नाभिक होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन सौर मंडल के ग्रहों की तरह एक कक्षीय में घूमते हैं। हालांकि, जैसा कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सिद्धांत से पता चलता है, इस मामले में इलेक्ट्रॉनों को एक सर्पिल में चलना चाहिए, लगातार ऊर्जा का उत्सर्जन करना चाहिए, और नाभिक पर गिरना चाहिए।

डेनमार्क के वैज्ञानिक एन. बोह्र ने रदरफोर्ड के मॉडल और प्लैंक के सिद्धांत का उपयोग करते हुए हाइड्रोजन परमाणु की संरचना का पहला क्वांटम मॉडल (1913) प्रस्तावित किया, जिसके अनुसार इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर किसी में नहीं, बल्कि केवल अनुमत कक्षाओं में घूमते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉन में कुछ ऊर्जाएँ होती हैं। जब एक इलेक्ट्रॉन एक कक्षा से दूसरी कक्षा में जाता है, तो परमाणु ऊर्जा को क्वांटा के रूप में अवशोषित या उत्सर्जित करता है। बोहर के सिद्धांत ने इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा की गणना करना संभव बना दिया, एक स्तर से दूसरे स्तर पर एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के दौरान उत्सर्जित ऊर्जा क्वांटा के मूल्य। उन्होंने न केवल एक स्थिर कक्षा से दूसरे में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के परिणामस्वरूप परमाणु स्पेक्ट्रा की भौतिक प्रकृति की व्याख्या की, बल्कि पहली बार स्पेक्ट्रा की गणना करना भी संभव बनाया। सबसे सरल परमाणु के स्पेक्ट्रम की गणना - बोहर द्वारा किए गए हाइड्रोजन परमाणु ने शानदार परिणाम दिए: स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में वर्णक्रमीय रेखाओं की गणना की स्थिति स्पेक्ट्रम में उनके वास्तविक स्थान के साथ मेल खाती है। लेकिन बोहर का सिद्धांत चुंबकीय क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन के व्यवहार की व्याख्या नहीं कर सका और सभी परमाणु वर्णक्रमीय रेखाएं कई-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के लिए अनुपयुक्त निकलीं। सूक्ष्म जगत में हुई खोजों के आधार पर परमाणु के नए मॉडल की आवश्यकता उत्पन्न हुई।

२.३. हाइड्रोजन परमाणु का क्वांटम यांत्रिक मॉडल। क्वांटम यांत्रिकी की प्रारंभिक अवधारणाएँ

१९२४ में। लुई डी ब्रोगली (फ्रांस) ने इस धारणा को आगे रखा कि इलेक्ट्रॉन, अन्य सूक्ष्म कणों की तरह, तरंग-कण द्वैत की विशेषता है। डी ब्रोगली ने एक इलेक्ट्रॉन या द्रव्यमान (m) और वेग (v) वाले किसी अन्य कण के तरंग दैर्ध्य (λ) से संबंधित एक समीकरण का प्रस्ताव रखा:

डी ब्रोगली पदार्थ के कणों की तरंगों को भौतिक तरंगें कहते हैं। वे सभी कणों या पिंडों की विशेषता हैं, लेकिन, समीकरण से निम्नानुसार है, मैक्रो-बॉडी के लिए तरंग दैर्ध्य इतना छोटा है कि वर्तमान में इसका पता नहीं लगाया जा सकता है। तो, 1000 किलो के द्रव्यमान वाले शरीर के लिए, 108 किमी / घंटा (30 मीटर / सेकंड) की गति से चलते हुए, = 2.21 10 -38 मीटर।

डी ब्रोगली की परिकल्पना को इलेक्ट्रॉन प्रवाह के विवर्तन और हस्तक्षेप प्रभावों की खोज द्वारा प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी। वर्तमान में, पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रॉनों, न्यूट्रॉन, प्रोटॉन के प्रवाह के विवर्तन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

१९२७ में डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग (जर्मनी) ने अनिश्चितता के सिद्धांत को प्रतिपादित किया, जिसके अनुसार एक उप-परमाणु कण (माइक्रोपार्टिकल) की स्थिति और गति को किसी भी समय पूर्ण सटीकता के साथ सिद्धांत रूप में निर्धारित नहीं किया जा सकता है। इनमें से केवल एक गुण को एक समय में निर्धारित किया जा सकता है। ई. श्रोडिंगर (ऑस्ट्रिया) ने 1926 में एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के व्यवहार का गणितीय विवरण प्राप्त किया। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की गति को एक तरंग समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है, और एक इलेक्ट्रॉन का स्थान संभाव्य सिद्धांतों के अनुसार निर्धारित किया जाता है। श्रोडिंगर समीकरण, जो परमाणु संरचना के आधुनिक क्वांटम-यांत्रिक सिद्धांत का आधार है, का रूप है (सरलतम मामले में):

जहाँ h प्लैंक नियतांक है, m कण का द्रव्यमान है, U स्थितिज ऊर्जा है; - कुल ऊर्जा; x, y, z - निर्देशांक; तरंग कार्य है।

एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति को चिह्नित करने के लिए, तरंग कार्य का विशेष महत्व है। इसका वर्ग, 2, एक निश्चित भौतिक अर्थ रखता है। मात्रा 2 डीवी एक परमाणु नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष डीवी के आयतन में एक इलेक्ट्रॉन खोजने की संभावना को व्यक्त करता है। वर्तमान में, समीकरण में केवल हाइड्रोजन और हाइड्रोजन जैसे कणों के लिए एक सटीक समाधान है हे +, ली 2 +, यानी। एक-इलेक्ट्रॉन कणों के लिए। इस समीकरण को हल करना कठिन है और इस पाठ्यक्रम के दायरे से बाहर है।

प्लैंक, आइंस्टीन, बोहर, डी ब्रोगली, हाइजेनबर्ग, श्रोडिंगर के कार्यों ने क्वांटम यांत्रिकी की नींव रखी, जो माइक्रोपार्टिकल्स की गति और परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है। यह क्वांटम ऊर्जा की अवधारणा, सूक्ष्म कणों की गति की तरंग प्रकृति और सूक्ष्म वस्तुओं का वर्णन करने के लिए संभाव्य (सांख्यिकीय) विधि पर आधारित है।

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भौतिकी विभाग

निबंध

विषयसार: "परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में विचारों का विकास"

द्वारा पूरा किया गया: एसटी। जीआर. बीटीई 13-01 ए.ए

द्वारा जाँच की गई: शिक्षक ए. ए. ई. कुरमशिना

यूएफए 2014

परिचय

मुख्य हिस्सा

बोहर की अभिधारणाएं

परमाणु नाभिक की संरचना

रदरफोर्ड के प्रयोग

निष्कर्ष

परिचय

परमाणु, जिन्हें मूल रूप से अविभाज्य माना जाता था, जटिल प्रणालियाँ हैं। उनके पास प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक विशाल नाभिक होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन खाली जगह में घूमते हैं। परमाणु बहुत छोटे होते हैं - उनका आकार लगभग 10-10-10-9 मीटर होता है, और नाभिक का आकार अभी भी लगभग 100,000 गुना छोटा (10-15-10-14 मीटर) होता है। इसलिए, परमाणुओं को केवल परोक्ष रूप से, बहुत अधिक आवर्धन वाली छवि में (उदाहरण के लिए, एक ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक प्रोजेक्टर की सहायता से) "देखा" जा सकता है। लेकिन इस मामले में भी, परमाणुओं की विस्तार से जांच नहीं की जा सकती है। उनकी आंतरिक संरचना के बारे में हमारा ज्ञान प्रायोगिक डेटा की एक बड़ी मात्रा पर आधारित है, जो परोक्ष रूप से, लेकिन उपरोक्त के पक्ष में दृढ़ता से गवाही देता है।

20वीं शताब्दी में परमाणु की संरचना की अवधारणा मौलिक रूप से बदल गई। नए सैद्धांतिक विचारों और प्रयोगात्मक डेटा के प्रभाव में। परमाणु नाभिक की आंतरिक संरचना के विवरण में, अभी भी अनसुलझे मुद्दे हैं जो गहन शोध का विषय हैं। निम्नलिखित खंड समग्र रूप से परमाणु की संरचना के बारे में विचारों के विकास के इतिहास का वर्णन करते हैं; एक अलग लेख (परमाणु नाभिक संरचना) नाभिक की संरचना के लिए समर्पित है, क्योंकि ये अवधारणाएं काफी हद तक स्वतंत्र रूप से विकसित हुई हैं। किसी परमाणु के बाहरी कोश की जांच के लिए आवश्यक ऊर्जा तापीय या रासायनिक ऊर्जा के क्रम पर अपेक्षाकृत कम होती है। इस कारण से, नाभिक की खोज से बहुत पहले प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रॉनों की खोज की गई थी।

एक परमाणु के आकार और उसके खाली स्थान का अंदाजा लगाने के लिए, उन परमाणुओं पर विचार करें जो 1 मिमी के व्यास के साथ पानी की एक बूंद बनाते हैं। यदि आप मानसिक रूप से इस बूंद को पृथ्वी के आकार तक बढ़ा दें तो पानी के अणु में शामिल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं का व्यास 1-2 मीटर होगा। प्रत्येक परमाणु के द्रव्यमान का मुख्य भाग उसके मूल में केंद्रित होता है, जिसका व्यास केवल 0.01 मिमी था ...

मुख्य हिस्सा

परमाणुओं की संरचना के बारे में विचारों का विकास

आधुनिक भौतिकी के निर्माण में परमाणु की जटिल संरचना की खोज सबसे महत्वपूर्ण चरण है। परमाणु की संरचना का एक मात्रात्मक सिद्धांत बनाने की प्रक्रिया में, जिसने परमाणु प्रणालियों की व्याख्या करना संभव बना दिया, माइक्रोपार्टिकल्स के गुणों के बारे में नए विचारों का गठन किया गया, जो क्वांटम यांत्रिकी द्वारा वर्णित हैं।

पदार्थों के अविभाज्य सूक्ष्म कणों के रूप में परमाणुओं की अवधारणा, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, प्राचीन काल में उत्पन्न हुई (डेमोक्रिटस, एपिकुरस, ल्यूक्रेटियस)। मध्य युग में, भौतिकवादी होने के कारण परमाणुओं के सिद्धांत को मान्यता नहीं मिली। 18 वीं शताब्दी की शुरुआत तक। परमाणु सिद्धांत लोकप्रियता में बढ़ रहा है। इस समय तक, महान रूसी वैज्ञानिक एम.वी. लोमोनोसोव और अंग्रेजी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी डी। डाल्टन (1766-1844) ने परमाणुओं के अस्तित्व की वास्तविकता को साबित किया। हालाँकि, इस समय परमाणुओं की आंतरिक संरचना का प्रश्न ही नहीं उठता था, क्योंकि परमाणुओं को अविभाज्य माना जाता था।

उत्कृष्ट रूसी रसायनज्ञ डी.आई. मेंडेलीव ने 1869 में तत्वों की आवर्त सारणी विकसित की, जिसमें परमाणुओं की एकल प्रकृति का प्रश्न सबसे पहले वैज्ञानिक आधार पर उठाया गया था। XIX सदी के उत्तरार्ध में। यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो गया था कि इलेक्ट्रॉन किसी भी पदार्थ के मुख्य भागों में से एक है। इन निष्कर्षों, साथ ही कई प्रयोगात्मक डेटा ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि XX सदी की शुरुआत में। परमाणु की संरचना का प्रश्न गम्भीरता से उठा।

मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में स्पष्ट रूप से व्यक्त सभी रासायनिक तत्वों के बीच एक नियमित संबंध का अस्तित्व बताता है कि सभी परमाणुओं की संरचना एक सामान्य संपत्ति पर आधारित है: वे सभी एक दूसरे से निकटता से संबंधित हैं।

हालाँकि, XIX सदी के अंत तक। रसायन विज्ञान में, आध्यात्मिक विश्वास प्रबल हुआ कि परमाणु साधारण पदार्थ का सबसे छोटा कण है, पदार्थ की विभाज्यता की अंतिम सीमा है। सभी रासायनिक परिवर्तनों के दौरान, केवल अणु नष्ट और पुन: निर्मित होते हैं, जबकि परमाणु अपरिवर्तित रहते हैं और उन्हें छोटे भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है।

लंबे समय से, किसी भी प्रायोगिक डेटा द्वारा परमाणु की संरचना के बारे में विभिन्न मान्यताओं की पुष्टि नहीं की गई है। केवल 19 वीं शताब्दी के अंत में। ऐसी खोजें की गईं जिन्होंने परमाणु की संरचना की जटिलता और कुछ परमाणुओं के कुछ शर्तों के तहत दूसरों में परिवर्तन की संभावना को दिखाया। इन खोजों के आधार पर परमाणु की संरचना के सिद्धांत का तेजी से विकास होने लगा।

परमाणुओं की जटिल संरचना की पहली अप्रत्यक्ष पुष्टि अत्यधिक दुर्लभ गैसों में विद्युत निर्वहन से उत्पन्न होने वाली कैथोड किरणों के अध्ययन में प्राप्त हुई थी। इन किरणों के गुणों के अध्ययन से यह निष्कर्ष निकला कि वे छोटे कणों की एक धारा हैं जो एक नकारात्मक विद्युत आवेश को वहन करती हैं और प्रकाश की गति के करीब गति से उड़ती हैं। विशेष तकनीकों का उपयोग करके, कैथोड कणों के द्रव्यमान और उनके आवेश के परिमाण को निर्धारित करना संभव था, यह पता लगाने के लिए कि वे ट्यूब में शेष गैस की प्रकृति पर या उस पदार्थ पर निर्भर नहीं करते हैं जिससे इलेक्ट्रोड हैं। बनाया, या अन्य प्रयोगात्मक शर्तों पर। इसके अलावा, कैथोड कणों को केवल आवेशित अवस्था में ही जाना जाता है और उन्हें उनके आवेशों से वंचित नहीं किया जा सकता है और विद्युत रूप से तटस्थ कणों में परिवर्तित किया जा सकता है: विद्युत आवेश उनकी प्रकृति का सार है। इन कणों, जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, की खोज 1897 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. थॉमसन ने की थी।

परमाणु की संरचना का अध्ययन व्यावहारिक रूप से 1897-1898 में शुरू हुआ, जब कैथोड किरणों की प्रकृति इलेक्ट्रॉनों की एक धारा के रूप में अंततः स्थापित हो गई और आवेश का परिमाण और इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान निर्धारित किया गया। थॉमसन ने परमाणु के पहले मॉडल का प्रस्ताव रखा, जिसमें परमाणु को एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ पदार्थ की एक गांठ के रूप में प्रस्तुत किया गया, जिसमें इतने सारे इलेक्ट्रॉनों को आपस में जोड़ा जाता है, जो इसे विद्युत रूप से तटस्थ इकाई में बदल देता है। इस मॉडल में, यह माना जाता था कि बाहरी प्रभावों के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन दोलन कर सकते हैं, अर्थात त्वरित दर से आगे बढ़ सकते हैं। ऐसा लगता है कि इससे पदार्थ के परमाणुओं द्वारा प्रकाश के उत्सर्जन और रेडियोधर्मी पदार्थों के परमाणुओं द्वारा गामा किरणों के बारे में सवालों के जवाब देना संभव हो गया।

थॉमसन के परमाणु मॉडल ने परमाणु के अंदर धनावेशित कणों को ग्रहण नहीं किया। लेकिन फिर, रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा धनावेशित अल्फा कणों के उत्सर्जन की व्याख्या कैसे करें? थॉमसन के परमाणु मॉडल ने कुछ अन्य प्रश्नों का भी उत्तर नहीं दिया।

1911 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ई. रदरफोर्ड ने गैसों और अन्य पदार्थों में अल्फा कणों की गति का अध्ययन करते हुए परमाणु के धनात्मक आवेशित भाग की खोज की। आगे और अधिक गहन अध्ययनों से पता चला है कि जब समानांतर किरणों का एक बीम गैस या पतली धातु की प्लेट की परतों से गुजरता है, तो यह समानांतर किरणें नहीं निकलती हैं, लेकिन कुछ हद तक विचलन करती हैं: अल्फा कणों का प्रकीर्णन होता है, अर्थात उनका विचलन होता है। मूल पथ। विक्षेपण कोण छोटे होते हैं, लेकिन हमेशा कणों की एक छोटी संख्या (कई हजार में लगभग एक) होती है जो बहुत दृढ़ता से विक्षेपित होती है। कुछ कणों को वापस फेंक दिया जाता है, जैसे कि रास्ते में एक अभेद्य बाधा आ गई हो। ये इलेक्ट्रॉन नहीं हैं - इनका द्रव्यमान अल्फा कणों के द्रव्यमान से बहुत कम है। धनात्मक कणों से टकराने पर विक्षेपण हो सकता है, जिसका द्रव्यमान अल्फा कणों के द्रव्यमान के परिमाण के समान क्रम का होता है। इन विचारों के आधार पर, रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना के लिए निम्नलिखित योजना प्रस्तावित की।

परमाणु के केंद्र में एक धनावेशित नाभिक होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन विभिन्न कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं। उनके घूर्णन से उत्पन्न होने वाला केन्द्रापसारक बल नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच आकर्षण द्वारा संतुलित होता है, जिसके परिणामस्वरूप वे नाभिक से कुछ दूरी पर रहते हैं। चूँकि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान नगण्य होता है, इसलिए परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान उसके नाभिक में केंद्रित होता है। नाभिक और इलेक्ट्रॉन, जिनकी संख्या अपेक्षाकृत कम है, परमाणु प्रणाली के कब्जे वाले पूरे स्थान का केवल एक महत्वहीन हिस्सा है।

रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु संरचना की योजना, या, जैसा कि आमतौर पर कहा जाता है, परमाणु का ग्रह मॉडल, अल्फा कणों के विक्षेपण की घटना को आसानी से समझाता है। दरअसल, पूरे परमाणु के आयामों की तुलना में नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के आयाम बेहद छोटे होते हैं, जो कि नाभिक से सबसे दूर के इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं द्वारा निर्धारित होते हैं, इसलिए अधिकांश अल्फा कण ध्यान देने योग्य विक्षेपण के बिना परमाणुओं से गुजरते हैं। केवल उन मामलों में जब अल्फा कण नाभिक के बहुत करीब आता है, विद्युत प्रतिकर्षण के कारण यह अपने मूल पथ से अचानक विचलित हो जाता है। इस प्रकार, अल्फा कणों के प्रकीर्णन के अध्ययन ने परमाणु के परमाणु सिद्धांत की नींव रखी।

बोहर की अभिधारणाएं

परमाणु के ग्रहीय मॉडल ने पदार्थ के अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या करना संभव बना दिया, हालांकि, परमाणुओं की स्थिरता को प्रमाणित करने में मूलभूत कठिनाइयाँ उत्पन्न हुईं।

परमाणु के गुणात्मक रूप से नए - क्वांटम - सिद्धांत के निर्माण का पहला प्रयास 1913 में नील्स बोहर द्वारा किया गया था। उन्होंने लाइन स्पेक्ट्रा के अनुभवजन्य कानूनों, परमाणु के रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल और प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण की क्वांटम प्रकृति को एक पूरे में जोड़ने का लक्ष्य निर्धारित किया। बोहर ने अपना सिद्धांत रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल पर आधारित किया। उन्होंने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर गोलाकार कक्षाओं में घूमते हैं। स्थिर गति पर भी वृत्तीय गति में त्वरण होता है। आवेश का ऐसा त्वरित संचलन एक प्रत्यावर्ती धारा के तुल्य है, जो अंतरिक्ष में एक प्रत्यावर्ती विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाता है। इस क्षेत्र को बनाने में ऊर्जा लगती है। नाभिक के साथ इलेक्ट्रॉन की कूलम्ब अंतःक्रिया की ऊर्जा के कारण क्षेत्र की ऊर्जा का निर्माण किया जा सकता है। नतीजतन, इलेक्ट्रॉन को एक सर्पिल में चलना चाहिए और नाभिक पर गिरना चाहिए। हालांकि, अनुभव से पता चलता है कि परमाणु बहुत स्थिर संरचनाएं हैं। इसलिए यह इस प्रकार है कि मैक्सवेल के समीकरणों पर आधारित शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के परिणाम अंतर-परमाणु प्रक्रियाओं के लिए अनुपयुक्त हैं। नए पैटर्न खोजने की जरूरत है। बोर ने परमाणु के अपने सिद्धांत को निम्नलिखित अभिधारणाओं पर आधारित किया।

प्रथम मांगना बोरा (अनुमानित स्थावर राज्य): वी परमाणु मौजूद स्थावर (नहीं बदलना साथ समय) राज्यों, वी कौन वह नहीं का उत्सर्जन करता है ऊर्जा। स्थावर राज्यों परमाणु अनुरूप स्थावर कक्षाएँ, पर कौन चलती हैं इलेक्ट्रॉन। यातायात इलेक्ट्रॉनों पर स्थावर कक्षाओं नहीं साथ में विकिरण विद्युत चुम्बकीय लहर की।

यह अभिधारणा शास्त्रीय सिद्धांत के विपरीत है। एक परमाणु की स्थिर अवस्था में, एक वृत्ताकार कक्षा में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन में कोणीय गति के असतत क्वांटम मान होने चाहिए।

दूसरा मांगना बोरा (नियम आवृत्तियों): पर संक्रमण इलेक्ट्रॉन साथ एक स्थावर कक्षाओं पर एक और उत्सर्जित (को अवशोषित) एक फोटोन साथ ऊर्जा

बराबरी का मतभेद ऊर्जा अपने अपने स्थावर राज्यों (एन तथा एम - क्रमश ऊर्जा स्थावर राज्यों परमाणु इससे पहले तथा उपरांत विकिरण / अवशोषण)।

एक स्थिर कक्षा से एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण की संख्या m एक स्थिर कक्षा में क्रमांकित है एनऊर्जा के साथ एक राज्य से एक परमाणु के संक्रमण से मेल खाती है एमऊर्जा एन (छवि 1) के साथ एक राज्य में।

चावल। 1 बोहर की अभिधारणाओं की व्याख्या के लिए

जब En> Em, एक फोटॉन उत्सर्जित होता है (एक उच्च ऊर्जा वाले राज्य से एक कम ऊर्जा वाले राज्य में एक परमाणु का संक्रमण, यानी, एक इलेक्ट्रॉन का संक्रमण एक कक्षा से नाभिक से करीब एक तक) जब एन< Еm - его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот

क्वांटम संक्रमण और परमाणु के लाइन स्पेक्ट्रम को निर्धारित करता है।

बोहर के सिद्धांत ने हाइड्रोजन के प्रयोगात्मक रूप से देखे गए रेखा स्पेक्ट्रम को शानदार ढंग से समझाया।

हाइड्रोजन परमाणु के सिद्धांत की सफलताओं को शास्त्रीय यांत्रिकी के मूलभूत प्रावधानों को त्यागने की कीमत पर प्राप्त किया गया था, जो 200 से अधिक वर्षों से बिना शर्त वैध रहा है। इसलिए, बोहर के अभिधारणाओं की वैधता का प्रत्यक्ष प्रायोगिक प्रमाण बहुत महत्वपूर्ण था, विशेष रूप से पहला - स्थिर राज्यों के अस्तित्व के बारे में। दूसरी अभिधारणा को ऊर्जा संरक्षण कानून और फोटॉनों के अस्तित्व की परिकल्पना के परिणाम के रूप में देखा जा सकता है।

जर्मन भौतिक विज्ञानी डी. फ्रैंक और जी. हर्ट्ज़ ने रिटार्डिंग पोटेंशिअल (1913) की विधि द्वारा गैस परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों के टकराव का अध्ययन करते हुए, प्रयोगात्मक रूप से स्थिर अवस्थाओं के अस्तित्व और परमाणु ऊर्जा मूल्यों की विसंगति की पुष्टि की।

हाइड्रोजन परमाणु के संबंध में बोहर की अवधारणा की निस्संदेह सफलता के बावजूद, जिसके लिए स्पेक्ट्रम के मात्रात्मक सिद्धांत का निर्माण करना संभव हो गया, अगले हाइड्रोजन परमाणु हीलियम के आधार पर एक समान सिद्धांत बनाना संभव नहीं था बोहर के विचार। बोहर के सिद्धांत ने हीलियम परमाणु और अधिक जटिल परमाणुओं के संबंध में केवल गुणात्मक (यद्यपि बहुत महत्वपूर्ण) निष्कर्ष निकालना संभव बनाया। कुछ कक्षाओं की अवधारणा जिसके साथ एक बोहर परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन चलता है, बहुत ही मनमाना निकला। वास्तव में, एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की गति का कक्षाओं में ग्रहों की गति से बहुत कम संबंध होता है।

वर्तमान में, क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग करके, आप किसी भी तत्व के परमाणुओं की संरचना और गुणों के बारे में कई सवालों के जवाब दे सकते हैं।

परमाणु नाभिक बोरॉन मेंडेलीव

परमाणु नाभिक की संरचना

न्यूक्लियॉन स्तर

रदरफोर्ड ने एक परमाणु के आंतरिक भाग में अपने नाभिक को "देखने" के लगभग 20 साल बाद, एक न्यूट्रॉन की खोज की - इसके सभी गुणों में एक कण हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक के समान है - एक प्रोटॉन, लेकिन बिना विद्युत आवेश के। नाभिक के आंतरिक भाग की जांच के लिए न्यूट्रॉन अत्यंत सुविधाजनक निकला। चूंकि यह विद्युत रूप से तटस्थ है, इसलिए नाभिक का विद्युत क्षेत्र इसे पीछे नहीं हटाता है - तदनुसार, यहां तक कि धीमी गति से न्यूट्रॉन भी स्वतंत्र रूप से उन दूरी पर नाभिक तक पहुंच सकते हैं जहां परमाणु बल प्रकट होने लगते हैं। न्यूट्रॉन की खोज के बाद, सूक्ष्म जगत की भौतिकी छलांग और सीमा से आगे बढ़ी।

न्यूट्रॉन की खोज के तुरंत बाद, दो सैद्धांतिक भौतिकविदों - जर्मन वर्नर हाइजेनबर्ग और सोवियत दिमित्री इवानेंको - ने परिकल्पना की कि परमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन होते हैं। नाभिक की संरचना की आधुनिक समझ इसी पर आधारित है।

न्यूक्लियॉन शब्द से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जुड़े हुए हैं। प्रोटॉन प्राथमिक कण होते हैं जो सबसे हल्के रासायनिक तत्व - हाइड्रोजन के परमाणुओं के नाभिक होते हैं। नाभिक में प्रोटॉन की संख्या आवर्त सारणी में तत्व की क्रमिक संख्या के बराबर होती है और इसे Z (न्यूट्रॉनों की संख्या - N) द्वारा निरूपित किया जाता है। प्रोटॉन में एक धनात्मक विद्युत आवेश होता है जो प्रारंभिक विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है। यह एक इलेक्ट्रॉन से लगभग 1836 गुना भारी है। एक प्रोटॉन में दो आई-क्वार्क होते हैं जिनमें चार्ज क्यू = + 2/3 और क्यू = - 1/3 के साथ एक डी-क्वार्क होता है, जो ग्लूऑन क्षेत्र से घिरा होता है। इसमें १०-१५ मीटर के क्रम के परिमित आयाम हैं, हालांकि इसे एक ठोस गेंद के रूप में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है, बल्कि यह एक धुंधली सीमा वाले बादल जैसा दिखता है, जिसमें उभरते और नष्ट करने वाले आभासी कण होते हैं।

एक न्यूट्रॉन का विद्युत आवेश 0 होता है, इसका द्रव्यमान लगभग 940 MeV होता है। एक न्यूट्रॉन में एक यू-क्वार्क और दो डी-क्वार्क होते हैं। यह कण स्थिर परमाणु नाभिक की संरचना में ही स्थिर होता है, एक मुक्त न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन, एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो में विघटित हो जाता है। एक न्यूट्रॉन का आधा जीवन (न्यूट्रॉनों की मूल संख्या का आधा क्षय होने में लगने वाला समय) लगभग 12 मिनट है। मुक्त रूप में पदार्थ में, नाभिक द्वारा मजबूत अवशोषण के कारण न्यूट्रॉन का समय और भी कम होता है। प्रोटॉन की तरह, न्यूट्रॉन विद्युत चुम्बकीय सहित सभी प्रकार की बातचीत में भाग लेता है: सामान्य तटस्थता के साथ, इसकी जटिल आंतरिक संरचना के कारण, इसमें विद्युत धाराएं मौजूद होती हैं।

नाभिक में, नाभिक एक विशेष प्रकार की शक्तियों से बंधे होते हैं - परमाणु। उनकी विशिष्ट विशेषताओं में से एक शॉर्ट-रेंज एक्शन है: 10-15 मीटर और उससे कम के क्रम की दूरी पर, वे किसी भी अन्य बलों से अधिक हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न्यूक्लियॉन समान-आवेशित प्रोटॉन के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की कार्रवाई के तहत बिखरते नहीं हैं। . बड़ी दूरी पर, परमाणु बल बहुत जल्दी शून्य हो जाते हैं।

परमाणु बलों की क्रिया का तंत्र विद्युत चुम्बकीय के समान सिद्धांत पर आधारित है - आभासी कणों के साथ परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं के आदान-प्रदान पर।

क्वांटम सिद्धांत में आभासी कण ऐसे कण होते हैं जिनमें समान वास्तविक कणों के समान क्वांटम संख्याएं (स्पिन, इलेक्ट्रिक और बेरियन चार्ज इत्यादि) होती हैं, लेकिन जिनके लिए ऊर्जा, गति और द्रव्यमान के बीच सामान्य संबंध नहीं होता है।

रदरफोर्ड के प्रयोग

एक चुंबकीय क्षेत्र में, रेडियोधर्मी विकिरण का प्रवाह 3 घटकों में टूट जाता है: अल्फा किरणें, बीटा किरणें और गामा किरणें।

रेडियोधर्मिता की घटना ने परमाणु की जटिल संरचना की गवाही दी

रदरफोर्ड का अल्फा स्कैटरिंग अनुभव

१९११ - ई. रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर एक प्रयोग स्थापित किया। एक पतली सोने की पन्नी के माध्यम से अल्फा कणों का एक बीम पारित किया गया था।

सोने को एक बहुत ही प्लास्टिक सामग्री के रूप में चुना गया था जिससे लगभग एक परमाणु परत की मोटाई के साथ पन्नी प्राप्त करना संभव है।

कुछ अल्फा कण फ़ॉइल से गुज़रे, जिससे स्क्रीन पर धुंधलापन आ गया, जबकि अन्य अल्फा कणों के निशान साइड स्क्रीन पर कैद हो गए।

अनुभव से पता चला है कि परमाणु का धनात्मक आवेश बहुत कम मात्रा में केंद्रित होता है - नाभिक, और परमाणुओं के नाभिक के बीच बड़े अंतराल होते हैं।

रदरफोर्ड ने दिखाया कि थॉमसन का मॉडल उनके प्रयोगों के विपरीत था।

निष्कर्ष

निष्कर्ष में, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि रदरफोर्ड-बोहर की अवधारणा पहले से ही पूर्ण सत्य के अधिक कण हैं, हालांकि भौतिकी के आगे के विकास ने इस अवधारणा में कई त्रुटियों का खुलासा किया। परमाणु के क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत में और भी अधिक सटीक ज्ञान निहित है।

परमाणु की जटिल संरचना की खोज भौतिकी में सबसे बड़ी घटना बन गई, क्योंकि परमाणुओं के बारे में शास्त्रीय भौतिकी के विचारों को ठोस और अविभाज्य संरचनात्मक इकाइयों के रूप में खारिज कर दिया गया था।

प्रयुक्त स्रोतों की सूची

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"परमाणु" की अवधारणा को प्राचीन काल में जाना जाता था और प्राचीन यूनानी दार्शनिकों द्वारा आसपास की दुनिया की संरचना के बारे में विचारों का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, इसलिए ल्यूसिपस (500-200 ईसा पूर्व) ने तर्क दिया कि दुनिया में सबसे छोटे कण और खालीपन है, और डेमोक्रिटस कहा जाता है कि ये कण परमाणु हैं और माना जाता है कि वे शाश्वत रूप से मौजूद हैं और गति करने में सक्षम हैं। प्राचीन दार्शनिकों के विचारों के अनुसार, परमाणु इतने छोटे थे कि उन्हें मापा नहीं जा सकता था, और आकार और बाहरी अंतर कुछ निकायों को गुण देते हैं। उदाहरण के लिए, लोहे के परमाणुओं में एक दूसरे के साथ जाल बनाने और ठोस बनाने के लिए "दांत" होने चाहिए, जबकि पानी के परमाणु, इसके विपरीत, पानी को तरलता प्रदान करने के लिए चिकने और लुढ़कने चाहिए। परमाणुओं की एक दूसरे के साथ स्वतंत्र रूप से बातचीत करने की क्षमता के बारे में पहली धारणा एपिकुरस द्वारा बनाई गई थी।

एम.वी. लोमोनोसोव, उन्होंने पदार्थ की संरचना में दो चरणों को प्रतिष्ठित किया: तत्व (परमाणु, हमारी समझ में) और कणिका (अणु)। लोमोनोसोव ने तर्क दिया कि सरल पदार्थों में एक प्रकार के परमाणु होते हैं, और जटिल वाले - विभिन्न परमाणुओं के।

परमाणु-आणविक सिद्धांत को जे. डाल्टन की बदौलत दुनिया भर में मान्यता मिली, जो प्राचीन यूनानी दार्शनिकों के विपरीत, अपने बयानों को तैयार करने में केवल प्रयोगात्मक डेटा पर निर्भर थे। जे। डाल्टन ने परमाणु की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक का परिचय दिया - परमाणु द्रव्यमान, जिसके सापेक्ष मूल्य कई तत्वों के लिए स्थापित किए गए थे। लेकिन, उनकी खोजों के बावजूद, परमाणु को अविभाज्य माना जाता था।

प्रायोगिक साक्ष्य (देर से XIX - प्रारंभिक XX सदी) प्राप्त करने के बाद, परमाणु की संरचना की जटिलता: फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज (धातुओं की सतह से विद्युत आवेश वाहकों का उत्सर्जन जब वे प्रकाशित होते हैं), कैथोड (प्रवाह का प्रवाह) नकारात्मक रूप से आवेशित कण - इलेक्ट्रॉन, एक ट्यूब में, जिसमें एक कैथोड और एनोड होता है), और एक्स-रे (पदार्थों द्वारा मजबूत विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन, दृश्य प्रकाश के समान, लेकिन उच्च आवृत्ति का, जब कैथोड किरणें इन पदार्थों पर कार्य करती हैं) ), रेडियोधर्मिता (एक तत्व का दूसरे में सहज परिवर्तन, जिसमें इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है, सकारात्मक चार्ज और अन्य कण, साथ ही एक्स-रे विकिरण), यह पाया गया कि परमाणु में नकारात्मक और सकारात्मक चार्ज कण होते हैं जो आपस में बातचीत करते हैं। इन खोजों ने परमाणु की संरचना के पहले मॉडल के निर्माण को गति दी।

परमाणु के पहले मॉडलों में से एक डब्ल्यू थॉमसन (1902) द्वारा विकसित किया गया था। डब्ल्यू थॉमसन के अनुसार, एक परमाणु धनात्मक आवेशित पदार्थ का एक गुच्छा होता है, इलेक्ट्रॉनों को समान रूप से अंदर वितरित किया जाता है, और एक हाइड्रोजन परमाणु एक धनात्मक आवेश वाली गेंद होती है अंदर इलेक्ट्रॉन (चित्र.1क)। इस मॉडल को जे. थॉमसन (1904) (चित्र 1बी) द्वारा परिष्कृत किया गया था। उसी वर्ष, जापानी भौतिक विज्ञानी एच। नागाओका ने परमाणु की संरचना का एक "सैटर्नियन मॉडल" प्रस्तावित किया, यह मानते हुए कि परमाणु शनि ग्रह के समान है - केंद्र में छल्ले से घिरा एक नाभिक है जिसके साथ इलेक्ट्रॉन चलते हैं (चित्र। 1सी)।

जर्मन भौतिक विज्ञानी फिलिप वॉन लेनार्ड द्वारा एक और मॉडल प्रस्तावित किया गया था, जिसके अनुसार परमाणु में अत्यंत छोटे तटस्थ कण होते हैं (परिणामस्वरूप, अधिकांश परमाणु एक शून्य है), जिनमें से प्रत्येक एक विद्युत डबल (छवि 1 डी) है।

चावल। 1. परमाणु की संरचना के मॉडल: ए - डब्ल्यू थॉमसन; बी - जे थॉमसन; सी - एच नागाओका; श्री एफ. लेनार्ड

1911 में कणों के प्रयोगों के बाद। रदरफोर्ड ने तथाकथित प्रस्तावित किया ग्रह मॉडलपरमाणु की संरचना, सौर मंडल की संरचना के समान (परमाणु के केंद्र में एक छोटा धनात्मक आवेशित नाभिक, जिसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन कक्षाओं में घूमते हैं)। एन। बोहर, ए। सोमरफेल्ड और अन्य के कार्यों में ग्रहीय मॉडल को और विकसित किया गया था।

परमाणु की संरचना का आधुनिक मॉडल क्वांटम यांत्रिकी के ज्ञान पर आधारित है, जिसका मुख्य सिद्धांत यह है कि सूक्ष्म कण तरंग प्रकृति के होते हैं, और तरंगें कणों के गुण होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी एक नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन खोजने की संभावना पर विचार करता है। नाभिक के चारों ओर का वह स्थान जिसमें इलेक्ट्रॉन पाए जाने की सबसे अधिक संभावना होती है, कक्षीय कहलाता है।

आइसोटोप

समस्थानिक ऐसे परमाणु होते हैं जिनका परमाणु आवेश समान होता है, लेकिन विभिन्न द्रव्यमान होते हैं। ऐसे परमाणुओं में व्यावहारिक रूप से इलेक्ट्रॉन खोल की समान संरचना होती है और वे एक ही तत्व से संबंधित होते हैं। विभिन्न तत्वों के प्राकृतिक यौगिकों का अध्ययन आवधिक प्रणाली के अधिकांश तत्वों में स्थिर समस्थानिकों के अस्तित्व को दर्शाता है। आवर्त सारणी के सभी तत्वों के लिए प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिकों की संख्या 280 तक पहुँच जाती है।

समस्थानिक का सबसे उल्लेखनीय उदाहरण हाइड्रोजन के समस्थानिक कहे जा सकते हैं - हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम। प्रकृति में हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम पाए जाते हैं। ट्रिटियम कृत्रिम रूप से निर्मित होता है।

अस्थिर समस्थानिक, यानी, अनायास क्षय करने की क्षमता रखने वाले, रेडियोधर्मी समस्थानिक कहलाते हैं। वे कुछ तत्वों के प्राकृतिक यौगिकों में भी पाए जा सकते हैं।

परमाणु के नाभिक की संरचना। परमाणु प्रतिक्रियाएं

एक परमाणु के नाभिक में कई प्राथमिक कण होते हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण प्रोटॉन (पी) और न्यूट्रॉन (एन) हैं। प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.0073 amu है, आवेश +1 है, जबकि न्यूट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ (चार्ज 0) है और इसका द्रव्यमान 1.0087 amu है।

नाभिक की संरचना के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत के अनुसार (डीडी इवानेंको, एन गैपॉन, 1932), हाइड्रोजन को छोड़कर सभी परमाणुओं के नाभिक में Z प्रोटॉन और (AZ) न्यूट्रॉन होते हैं (Z तत्व की क्रमिक संख्या है) , A द्रव्यमान संख्या है)। इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है।

जहाँ N न्यूट्रॉनों की संख्या है।

नाभिक के गुण इसकी संरचना (संख्या p और n) से निर्धारित होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु में 16 8 O 8 प्रोटॉन और 16-8 = 8 न्यूट्रॉन होते हैं, जिन्हें संक्षेप में 8p, 8n लिखा जाता है।

नाभिक के अंदर, p और n एक दूसरे में (कुछ शर्तों के तहत) रूपांतरित हो सकते हैं:

जहां ई + एक पॉज़िट्रॉन है (इलेक्ट्रॉन एम के द्रव्यमान के बराबर द्रव्यमान वाला एक प्राथमिक कण और +1 का चार्ज), और आप न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो हैं, द्रव्यमान और शून्य के बराबर चार्ज वाले प्राथमिक कण, केवल भिन्न होते हैं घुमाव।

परमाणु प्रतिक्रियाएं प्राथमिक कणों के साथ या एक दूसरे के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप परमाणु नाभिक के परिवर्तन हैं। परमाणु प्रतिक्रियाओं के समीकरण लिखते समय, द्रव्यमान और आवेश के संरक्षण के नियमों को ध्यान में रखना आवश्यक है। उदाहरण के लिए: २७ १३ अल + ४ २ हे = ३० १४ सी + १ १ एच।

परमाणु प्रतिक्रियाओं की एक विशेषता परिणामी कणों या विकिरण की गतिज ऊर्जा के रूप में भारी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई है।

कार्य:

1. S, Se, Al, Ru परमाणुओं में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करें।

2. परमाणु प्रतिक्रियाएं समाप्त करें: 14 7 एन + 4 2 हे =; १२ ६ सी + १ ० एन =।

उत्तर:

1.S: Z = 16, A = 32, इसलिए 16p, 16e, 32-16 = 16n

से: Z = 34, A = 79, इसलिए 34p, 34e, 79-34 = 45n

अल: जेड = 13, ए = 27, इसलिए 13p, 13e, 27-13 = 14n

आरयू: जेड = ४४, ए = १०१, इसलिए ४४पी, ४४ई, १०१-४४ = ५७एन

2.14 7 एन + 4 2 वह = 17 8 ओ + 1 1 एच

12 6 C + 1 0 n = 9 4 Be + 4 2 He