n અણુનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું. સામયિક કાયદો અને અણુ બંધારણનો સિદ્ધાંત

અણુ ન્યુક્લીનું માળખું

કિરણોત્સર્ગી સડો

કિરણોત્સર્ગી સડોના પ્રકાર

પ્રથમ ત્રણ સમયગાળાના તત્વોના અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલની રચના

આપણી આસપાસની દુનિયા જેમાંથી બનેલી છે તે રસાયણો છે.

દરેક રાસાયણિક પદાર્થના ગુણધર્મોને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: રાસાયણિક, જે અન્ય પદાર્થો બનાવવાની તેની ક્ષમતાને લાક્ષણિકતા આપે છે, અને ભૌતિક, જે નિરપેક્ષપણે અવલોકન કરવામાં આવે છે અને રાસાયણિક પરિવર્તનોથી અલગતામાં ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પદાર્થના ભૌતિક ગુણધર્મો તેની એકત્રીકરણની સ્થિતિ (ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુ), થર્મલ વાહકતા, ગરમીની ક્ષમતા, વિવિધ માધ્યમોમાં દ્રાવ્યતા (પાણી, આલ્કોહોલ, વગેરે), ઘનતા, રંગ, સ્વાદ વગેરે છે.

કેટલાક રાસાયણિક પદાર્થોના અન્ય પદાર્થોમાં પરિવર્તનને રાસાયણિક ઘટના અથવા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે. એ નોંધવું જોઈએ કે એવી ભૌતિક ઘટનાઓ પણ છે જે દેખીતી રીતે જ પદાર્થના કોઈપણ ભૌતિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર સાથે અન્ય પદાર્થોમાં રૂપાંતર થયા વિના હોય છે. ભૌતિક ઘટનાઓમાં, ઉદાહરણ તરીકે, બરફનું પીગળવું, ઠંડું અથવા પાણીનું બાષ્પીભવન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

હકીકત એ છે કે રાસાયણિક ઘટના પ્રક્રિયા દરમિયાન થઈ રહી છે તે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના લાક્ષણિક ચિહ્નોનું નિરીક્ષણ કરીને નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે, જેમ કે રંગમાં ફેરફાર, અવક્ષેપની રચના, ગેસનું પ્રકાશન, ગરમી અને (અથવા) પ્રકાશનું પ્રકાશન.

ઉદાહરણ તરીકે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની ઘટના વિશે નિષ્કર્ષ અવલોકન કરીને કરી શકાય છે:

પાણી ઉકળતી વખતે કાંપની રચના, રોજિંદા જીવનમાં સ્કેલ કહેવાય છે;

જ્યારે આગ બળે છે ત્યારે ગરમી અને પ્રકાશનું પ્રકાશન;

હવામાં તાજા સફરજનના કટના રંગમાં ફેરફાર;

કણકના આથો દરમિયાન ગેસ પરપોટાની રચના, વગેરે.

પદાર્થના નાનામાં નાના કણો કે જે રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ ફેરફાર કરતા નથી, પરંતુ માત્ર એક નવી રીતે એકબીજા સાથે જોડાય છે, તેને અણુ કહેવામાં આવે છે.

પદાર્થના આવા એકમોના અસ્તિત્વનો ખૂબ જ ખ્યાલ પ્રાચીન ગ્રીસમાં પ્રાચીન ફિલસૂફોના મનમાં ઉદ્ભવ્યો હતો, જે વાસ્તવમાં "અણુ" શબ્દની ઉત્પત્તિને સમજાવે છે, કારણ કે ગ્રીકમાંથી શાબ્દિક રીતે અનુવાદિત "અણુ" નો અર્થ થાય છે "અવિભાજ્ય."

જો કે, પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફોના વિચારથી વિપરીત, પરમાણુ એ ચોક્કસ લઘુત્તમ પદાર્થ નથી, એટલે કે. તેઓ પોતે એક જટિલ માળખું ધરાવે છે.

દરેક અણુમાં કહેવાતા સબએટોમિક કણોનો સમાવેશ થાય છે - પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન, અનુક્રમે p +, n o અને e - પ્રતીકો દ્વારા નિયુક્ત. વપરાયેલ નોટેશનમાં સુપરસ્ક્રિપ્ટ સૂચવે છે કે પ્રોટોન પાસે એકમ હકારાત્મક ચાર્જ છે, ઇલેક્ટ્રોન પાસે એકમ નકારાત્મક ચાર્જ છે, અને ન્યુટ્રોન પર કોઈ ચાર્જ નથી.

અણુની ગુણાત્મક રચના માટે, દરેક અણુમાં બધા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન કહેવાતા ન્યુક્લિયસમાં કેન્દ્રિત હોય છે, જેની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોન શેલ બનાવે છે.

પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સમૂહ લગભગ સમાન છે, એટલે કે. m p ≈ m n, અને ઇલેક્ટ્રોનનું દળ તેમાંથી દરેકના દળ કરતાં લગભગ 2000 ગણું ઓછું છે, એટલે કે. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.

કારણ કે અણુની મૂળભૂત મિલકત તેની વિદ્યુત તટસ્થતા છે, અને એક ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ એક પ્રોટોનના ચાર્જ જેટલો છે, આના પરથી આપણે તારણ કાઢી શકીએ છીએ કે કોઈપણ અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી છે.

ઉદાહરણ તરીકે, નીચેનું કોષ્ટક અણુઓની સંભવિત રચના બતાવે છે:

સમાન પરમાણુ ચાર્જ સાથે અણુઓનો પ્રકાર, એટલે કે. તેમના મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાં સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન હોય તેને રાસાયણિક તત્વ કહેવામાં આવે છે. આમ, ઉપરના કોષ્ટકમાંથી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ કે અણુ1 અને અણુ2 એક રાસાયણિક તત્વના છે, અને અણુ3 અને અણુ4 બીજા રાસાયણિક તત્વના છે.

દરેક રાસાયણિક તત્વનું પોતાનું નામ અને વ્યક્તિગત પ્રતીક હોય છે, જે ચોક્કસ રીતે વાંચવામાં આવે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, સૌથી સરળ રાસાયણિક તત્વ, જેના પરમાણુ ન્યુક્લિયસમાં માત્ર એક જ પ્રોટોન ધરાવે છે, તેને "હાઇડ્રોજન" કહેવામાં આવે છે અને તે "H" પ્રતીક દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે, જેને "રાખ" તરીકે વાંચવામાં આવે છે, અને રાસાયણિક તત્વ સાથે +7 નો પરમાણુ ચાર્જ (એટલે ​​​​કે 7 પ્રોટોન ધરાવતો) - "નાઇટ્રોજન", પ્રતીક "N" ધરાવે છે, જે "en" તરીકે વાંચવામાં આવે છે.

જેમ તમે ઉપરના કોષ્ટકમાંથી જોઈ શકો છો, એક રાસાયણિક તત્વના અણુઓ તેમના મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યામાં ભિન્ન હોઈ શકે છે.

અણુઓ જે સમાન રાસાયણિક તત્વના છે, પરંતુ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ ધરાવે છે અને પરિણામે, સમૂહ, તેને આઇસોટોપ કહેવામાં આવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, રાસાયણિક તત્વ હાઇડ્રોજનમાં ત્રણ આઇસોટોપ છે - 1 H, 2 H અને 3 H. H ની ઉપરના સૂચકાંકો 1, 2 અને 3 નો અર્થ ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનની કુલ સંખ્યા છે. તે. એ જાણીને કે હાઇડ્રોજન એક રાસાયણિક તત્વ છે, જે એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે તેના પરમાણુના મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાં એક પ્રોટોન છે, આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ કે 1 H આઇસોટોપમાં કોઈ ન્યુટ્રોન નથી (1-1 = 0), 2 H આઇસોટોપ - 1 ન્યુટ્રોન (2-1=1) અને 3 H આઇસોટોપમાં - બે ન્યુટ્રોન (3-1=2). કારણ કે, પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન સમાન દ્રવ્ય ધરાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોનનું દળ તેમની સરખામણીમાં નહિવત્ રીતે નાનું છે, આનો અર્થ એ છે કે 2H આઇસોટોપ 1H આઇસોટોપ કરતાં લગભગ બમણું ભારે છે, અને 3H આઇસોટોપ છે. પણ ત્રણ ગણું ભારે. હાઇડ્રોજન આઇસોટોપ્સના સમૂહમાં આટલા મોટા સ્કેટરને કારણે, આઇસોટોપ્સ 2 H અને 3 H ને અલગ અલગ નામ અને પ્રતીકો પણ સોંપવામાં આવ્યા હતા, જે અન્ય કોઈપણ રાસાયણિક તત્વ માટે લાક્ષણિક નથી. 2H આઇસોટોપને ડ્યુટેરિયમ નામ આપવામાં આવ્યું હતું અને તેને પ્રતીક D આપવામાં આવ્યું હતું, અને 3H આઇસોટોપને ટ્રિટિયમ નામ આપવામાં આવ્યું હતું અને પ્રતીક T આપવામાં આવ્યું હતું.

જો આપણે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનના દળને એક તરીકે લઈએ, અને ઇલેક્ટ્રોનના દળને અવગણીએ, તો વાસ્તવમાં, અણુમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા ઉપરાંત, ઉપલા ડાબા સૂચકાંકને તેનો સમૂહ ગણી શકાય, અને તેથી આ અનુક્રમણિકાને સમૂહ સંખ્યા કહેવામાં આવે છે અને તે પ્રતીક A દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવે છે. કોઈપણ પ્રોટોનના ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ અણુને અનુરૂપ હોવાથી, અને દરેક પ્રોટોનનો ચાર્જ પરંપરાગત રીતે +1 સમાન ગણવામાં આવે છે, તેથી ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા ચાર્જ નંબર (Z) કહેવાય છે. અણુમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા N તરીકે દર્શાવીને, સમૂહ સંખ્યા, ચાર્જ નંબર અને ન્યુટ્રોનની સંખ્યા વચ્ચેનો સંબંધ ગાણિતિક રીતે આ રીતે વ્યક્ત કરી શકાય છે:

આધુનિક ખ્યાલો અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોન દ્વિ (કણ-તરંગ) પ્રકૃતિ ધરાવે છે. તેમાં કણ અને તરંગ બંનેના ગુણધર્મો છે. કણની જેમ, ઇલેક્ટ્રોનનું દળ અને ચાર્જ હોય ​​છે, પરંતુ તે જ સમયે, તરંગની જેમ ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ, વિવર્તનની ક્ષમતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિનું વર્ણન કરવા માટે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની વિભાવનાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે મુજબ ઇલેક્ટ્રોન પાસે ગતિનો ચોક્કસ માર્ગ નથી અને તે અવકાશમાં કોઈપણ બિંદુએ સ્થિત હોઈ શકે છે, પરંતુ વિવિધ સંભાવનાઓ સાથે.

ન્યુક્લિયસની આજુબાજુના અવકાશનો પ્રદેશ જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન જોવા મળે તેવી સંભાવના છે તેને અણુ ભ્રમણકક્ષા કહેવામાં આવે છે.

અણુ ભ્રમણકક્ષામાં વિવિધ આકાર, કદ અને દિશા હોઈ શકે છે. અણુ ભ્રમણકક્ષાને ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ પણ કહેવાય છે.

ગ્રાફિકલી, એક અણુ ભ્રમણકક્ષા સામાન્ય રીતે ચોરસ કોષ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે:

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અત્યંત જટિલ ગાણિતિક ઉપકરણ ધરાવે છે, તેથી, શાળા રસાયણશાસ્ત્ર અભ્યાસક્રમના માળખામાં, માત્ર ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ સિદ્ધાંતના પરિણામોને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

આ પરિણામો અનુસાર, કોઈપણ અણુ ભ્રમણકક્ષા અને તેમાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન સંપૂર્ણપણે 4 ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

• મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર, n, આપેલ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોનની કુલ ઊર્જા નક્કી કરે છે. મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબરના મૂલ્યોની શ્રેણી તમામ કુદરતી સંખ્યાઓ છે, એટલે કે. n = 1,2,3,4, 5, વગેરે.
• ઓર્બિટલ ક્વોન્ટમ નંબર - l - અણુ ભ્રમણકક્ષાના આકારને દર્શાવે છે અને 0 થી n-1 સુધી કોઈપણ પૂર્ણાંક મૂલ્ય લઈ શકે છે, જ્યાં n, રિકોલ, મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર છે.

l = 0 વાળા ઓર્બિટલ્સ કહેવાય છે s- ભ્રમણકક્ષા. s-ઓર્બિટલ્સ આકારમાં ગોળાકાર હોય છે અને અવકાશમાં તેની કોઈ દિશા હોતી નથી:

l = 1 વાળા ઓર્બિટલ્સ કહેવાય છે પી- ભ્રમણકક્ષા. આ ભ્રમણકક્ષામાં ત્રિ-પરિમાણીય આકૃતિ આઠનો આકાર હોય છે, એટલે કે. સપ્રમાણતાના અક્ષની આસપાસ આકૃતિ આઠને ફેરવીને મેળવેલ આકાર, અને બહારથી ડમ્બબેલ ​​જેવું લાગે છે:

l = 2 વાળા ઓર્બિટલ્સ કહેવાય છે ડી- ભ્રમણકક્ષા, અને l = 3 સાથે - f- ભ્રમણકક્ષા. તેમની રચના વધુ જટિલ છે.

3) મેગ્નેટિક ક્વોન્ટમ નંબર – m l – ચોક્કસ અણુ ભ્રમણકક્ષાના અવકાશી અભિગમને નિર્ધારિત કરે છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પર ભ્રમણકક્ષાના કોણીય ગતિના પ્રક્ષેપણને વ્યક્ત કરે છે. ચુંબકીય ક્વોન્ટમ નંબર m l બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ વેક્ટરની દિશાને અનુરૂપ ભ્રમણકક્ષાના ઓરિએન્ટેશનને અનુરૂપ છે અને -l થી +l સુધી કોઈપણ પૂર્ણાંક મૂલ્યો લઈ શકે છે, જેમાં 0, એટલે કે. સંભવિત મૂલ્યોની કુલ સંખ્યા (2l+1) છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, l = 0 m l = 0 (એક મૂલ્ય), માટે l = 1 m l = -1, 0, +1 (ત્રણ મૂલ્યો), માટે l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (ચુંબકીય ક્વોન્ટમ નંબરના પાંચ મૂલ્યો), વગેરે.

તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, પી-ઓર્બિટલ્સ, એટલે કે. ઓર્બિટલ ક્વોન્ટમ નંબર l = 1 સાથેના ઓર્બિટલ્સ, "આઠની ત્રિ-પરિમાણીય આકૃતિ" નો આકાર ધરાવતા, ચુંબકીય ક્વોન્ટમ નંબર (-1, 0, +1) ના ત્રણ મૂલ્યોને અનુરૂપ છે, જે બદલામાં અનુરૂપ છે અવકાશમાં એકબીજાને લંબરૂપ ત્રણ દિશાઓ.

4) સ્પિન ક્વોન્ટમ નંબર (અથવા ફક્ત સ્પિન) - m s - શરતી રીતે અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનના પરિભ્રમણની દિશા માટે જવાબદાર ગણી શકાય છે; અલગ-અલગ સ્પિનવાળા ઈલેક્ટ્રોન અલગ-અલગ દિશામાં નિર્દેશિત વર્ટિકલ એરો દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે: ↓ અને .

સમાન મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર ધરાવતા અણુમાં તમામ ઓર્બિટલ્સના સમૂહને ઊર્જા સ્તર અથવા ઇલેક્ટ્રોન શેલ કહેવામાં આવે છે. અમુક સંખ્યા n સાથે કોઈપણ મનસ્વી ઊર્જા સ્તર n 2 ઓર્બિટલ્સ ધરાવે છે.

મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર અને ઓર્બિટલ ક્વોન્ટમ નંબરના સમાન મૂલ્યો સાથે ઓર્બિટલ્સનો સમૂહ ઊર્જા સબલેવલનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

દરેક ઉર્જા સ્તર, જે મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર n ને અનુરૂપ છે, તેમાં n સબલેવલ હોય છે. બદલામાં, ઓર્બિટલ ક્વોન્ટમ નંબર l સાથેના દરેક ઉર્જા સબલેવલમાં (2l+1) ઓર્બિટલ્સ હોય છે. આમ, s સબલેવલમાં એક ઓર્બિટલનો સમાવેશ થાય છે, p સબલેવલમાં ત્રણ p ઓર્બિટલ્સનો સમાવેશ થાય છે, d સબલેવલમાં પાંચ ડી ઓર્બિટલ્સનો સમાવેશ થાય છે અને f સબલેવલમાં સાત f ઓર્બિટલ્સનો સમાવેશ થાય છે. પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, એક અણુ ભ્રમણકક્ષા ઘણીવાર એક ચોરસ કોષ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે, તેથી s-, p-, d- અને f-સબલેવલ્સ ગ્રાફિકલી નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે:

દરેક ભ્રમણકક્ષા ત્રણ ક્વોન્ટમ નંબરો n, l અને m l ના વ્યક્તિગત કડક રીતે વ્યાખ્યાયિત સમૂહને અનુરૂપ છે.

ઓર્બિટલ્સ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન કહેવાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન સાથે અણુ ભ્રમણકક્ષાનું ભરણ ત્રણ શરતો અનુસાર થાય છે:

• ન્યૂનતમ ઊર્જા સિદ્ધાંત: ઇલેક્ટ્રોન સૌથી નીચા ઉર્જા સબલેવલથી શરૂ થતા ઓર્બિટલ્સને ભરે છે. તેમની ઊર્જાના વધતા ક્રમમાં સબલેવલનો ક્રમ નીચે મુજબ છે: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

ઇલેક્ટ્રોનિક સબલેવલ ભરવાના આ ક્રમને યાદ રાખવાનું સરળ બનાવવા માટે, નીચેનું ગ્રાફિક ચિત્ર ખૂબ અનુકૂળ છે:

• પાઉલી સિદ્ધાંત: દરેક ભ્રમણકક્ષામાં બે કરતાં વધુ ઈલેક્ટ્રોન હોઈ શકે નહીં.

જો ભ્રમણકક્ષામાં એક ઇલેક્ટ્રોન હોય, તો તેને અનપેયર કહેવામાં આવે છે, અને જો ત્યાં બે હોય, તો તેને ઇલેક્ટ્રોન જોડી કહેવામાં આવે છે.

• હંડનો નિયમ: અણુની સૌથી સ્થિર સ્થિતિ એવી છે કે જેમાં, એક સબલેવલની અંદર, પરમાણુમાં અનપેયર્ડ ઇલેક્ટ્રોનની મહત્તમ સંભવિત સંખ્યા હોય છે. અણુની આ સૌથી સ્થિર સ્થિતિને ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ કહેવામાં આવે છે.

વાસ્તવમાં, ઉપરનો અર્થ એ છે કે, ઉદાહરણ તરીકે, p-સબલેવલના ત્રણ ભ્રમણકક્ષામાં 1st, 2nd, 3rd અને 4th ઇલેક્ટ્રોનનું પ્લેસમેન્ટ નીચે મુજબ કરવામાં આવશે:

હાઇડ્રોજનમાંથી અણુ ભ્રમણકક્ષા ભરવાનું, જેનો ચાર્જ નંબર 1, ક્રિપ્ટોન (Kr), ચાર્જ નંબર 36 છે, નીચે પ્રમાણે હાથ ધરવામાં આવશે:

અણુ ભ્રમણકક્ષાના ભરવાના ક્રમની આવી રજૂઆતને ઊર્જા રેખાકૃતિ કહેવામાં આવે છે. વ્યક્તિગત તત્વોના ઇલેક્ટ્રોનિક આકૃતિઓના આધારે, તેમના કહેવાતા ઇલેક્ટ્રોનિક સૂત્રો (રૂપરેખાંકનો) લખવાનું શક્ય છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, 15 પ્રોટોન ધરાવતું તત્વ અને પરિણામે, 15 ઇલેક્ટ્રોન, એટલે કે. ફોસ્ફરસ (P) પાસે નીચેની ઊર્જા રેખાકૃતિ હશે:

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોનિક ફોર્મ્યુલામાં રૂપાંતરિત થાય છે, ત્યારે ફોસ્ફરસ અણુ આ સ્વરૂપ લેશે:

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

સબલેવલ સિમ્બોલની ડાબી બાજુના સામાન્ય કદના નંબરો એનર્જી લેવલ નંબર દર્શાવે છે, અને સબલેવલ સિમ્બોલની જમણી બાજુની સુપરસ્ક્રિપ્ટ્સ અનુરૂપ સબલેવલમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા દર્શાવે છે.

નીચે D.I દ્વારા સામયિક કોષ્ટકના પ્રથમ 36 ઘટકોના ઇલેક્ટ્રોનિક સૂત્રો છે. મેન્ડેલીવ.

પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, તેમની જમીનની સ્થિતિમાં, અણુ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોન ઓછામાં ઓછી ઊર્જાના સિદ્ધાંત અનુસાર સ્થિત છે. જો કે, અણુની ભૂમિ અવસ્થામાં ખાલી પી-ઓર્બિટલ્સની હાજરીમાં, ઘણી વખત, તેને વધારાની ઊર્જા આપીને, અણુને કહેવાતી ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, બોરોન પરમાણુ તેના ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન અને નીચેના સ્વરૂપનું ઊર્જા રેખાકૃતિ ધરાવે છે:

5 B = 1s 2 2s 2 2p 1

અને ઉત્સાહિત સ્થિતિમાં (*), એટલે કે. જ્યારે બોરોન પરમાણુને કેટલીક ઉર્જા આપવામાં આવે છે, ત્યારે તેનું ઈલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન અને ઉર્જા ડાયાગ્રામ આના જેવો દેખાશે:

5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2

અણુમાં કયા સબલેવલ છેલ્લે ભરાય છે તેના આધારે, રાસાયણિક તત્વોને s, p, d અથવા f માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

કોષ્ટક D.I માં s, p, d અને f તત્વો શોધવી. મેન્ડેલીવ:

• s-તત્વોમાં ભરવાનું છેલ્લું s-સબલેવલ છે. આ ઘટકોમાં જૂથ I અને II ના મુખ્ય (ટેબલ સેલમાં ડાબી બાજુએ) પેટાજૂથોના ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે.
• p-તત્વો માટે, p-sublevel ભરવામાં આવે છે. p-તત્વોમાં પ્રથમ અને સાતમા સિવાય દરેક સમયગાળાના છેલ્લા છ ઘટકો તેમજ જૂથ III-VIII ના મુખ્ય પેટાજૂથોના ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે.
• d-તત્વો મોટા સમયગાળામાં s- અને p-તત્વો વચ્ચે સ્થિત છે.
• એફ-એલિમેન્ટ્સને લેન્થેનાઇડ્સ અને એક્ટિનાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. તેઓ D.I ટેબલના તળિયે સૂચિબદ્ધ છે. મેન્ડેલીવ.

(લેક્ચર નોંધો)

અણુની રચના. પરિચય.

રસાયણશાસ્ત્રમાં અભ્યાસનો હેતુ રાસાયણિક તત્વો અને તેમના સંયોજનો છે. રાસાયણિક તત્વસમાન હકારાત્મક ચાર્જવાળા અણુઓનો સંગ્રહ કહેવાય છે. અણુ- રાસાયણિક તત્વનો સૌથી નાનો કણ છે જે તેને સાચવે છે રાસાયણિક ગુણધર્મો. એકબીજા સાથે બંધન કરીને, સમાન અથવા અલગ તત્વોના અણુઓ વધુ જટિલ કણો બનાવે છે - પરમાણુ. અણુઓ અથવા પરમાણુઓનો સંગ્રહ રાસાયણિક પદાર્થો બનાવે છે. દરેક વ્યક્તિગત રાસાયણિક પદાર્થ વ્યક્તિગત ભૌતિક ગુણધર્મોના સમૂહ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જેમ કે ઉકળતા અને ગલનબિંદુઓ, ઘનતા, વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા વગેરે.

1. અણુ માળખું અને તત્વોનું સામયિક કોષ્ટક

ડીઆઈ. મેન્ડેલીવ.

તત્વો D.I ના સામયિક કોષ્ટક ભરવાના ક્રમના નિયમોનું જ્ઞાન અને સમજ. મેન્ડેલીવ અમને નીચેનાને સમજવાની મંજૂરી આપે છે:

1. પ્રકૃતિમાં અમુક તત્વોના અસ્તિત્વનો ભૌતિક સાર,

2. તત્વની રાસાયણિક વેલેન્સીની પ્રકૃતિ,

3. અન્ય તત્વ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વખતે ઇલેક્ટ્રોન આપવા અથવા સ્વીકારવા માટે તત્વની ક્ષમતા અને "હળવાપણું",

4. રાસાયણિક બોન્ડની પ્રકૃતિ કે જે આપેલ તત્વ અન્ય તત્વો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વખતે રચી શકે છે, સરળ અને જટિલ પરમાણુઓની અવકાશી રચના, વગેરે.

અણુની રચના.

અણુ એ ગતિમાં રહેલા અને એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા પ્રાથમિક કણોની જટિલ માઇક્રોસિસ્ટમ છે.

19મી સદીના અંતમાં અને 20મી સદીની શરૂઆતમાં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે અણુઓ નાના કણોથી બનેલા છે: ન્યુટ્રોન, પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન છેલ્લા બે કણો ચાર્જ કણો છે, પ્રોટોન હકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે, ઇલેક્ટ્રોન નકારાત્મક. જમીનની અવસ્થામાં તત્વના અણુઓ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોવાથી, તેનો અર્થ એ છે કે કોઈપણ તત્વના અણુમાં પ્રોટોનની સંખ્યા ઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. અણુઓનો સમૂહ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનના સમૂહના સરવાળા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જેની સંખ્યા અણુઓના સમૂહ અને સામયિક સિસ્ટમ D.I માં તેના સીરીયલ નંબર વચ્ચેના તફાવત જેટલી હોય છે. મેન્ડેલીવ.

1926 માં, શ્રોડિન્ગરે તેમણે મેળવેલા તરંગ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને તત્વના અણુમાં સૂક્ષ્મ કણોની હિલચાલનું વર્ણન કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. હાઇડ્રોજન અણુ માટે શ્રોડિન્જર તરંગ સમીકરણ ઉકેલતી વખતે, ત્રણ પૂર્ણાંક ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ દેખાય છે: n, ℓ અને m ℓ , જે ન્યુક્લિયસના કેન્દ્રિય ક્ષેત્રમાં ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિને દર્શાવે છે. ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ n, ℓ અને m ℓ પૂર્ણાંક મૂલ્યો લો. ત્રણ ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત વેવ ફંક્શન n, ℓ અને m ℓ અને શ્રોડિન્જર સમીકરણને ઉકેલવાના પરિણામે પ્રાપ્ત થાય છે તેને ઓર્બિટલ કહેવામાં આવે છે. ભ્રમણકક્ષા એ અવકાશનો એક ક્ષેત્ર છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન જોવા મળે તેવી શક્યતા છે, રાસાયણિક તત્વના અણુથી સંબંધિત. આમ, હાઇડ્રોજન અણુ માટે શ્રોડિન્જર સમીકરણને ઉકેલવાથી ત્રણ ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ દેખાય છે, જેનો ભૌતિક અર્થ એ છે કે તેઓ ત્રણ અલગ-અલગ પ્રકારના ભ્રમણકક્ષાને દર્શાવે છે જે અણુમાં હોઈ શકે છે. ચાલો દરેક ક્વોન્ટમ નંબર પર નજીકથી નજર કરીએ.

મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર n કોઈપણ સકારાત્મક પૂર્ણાંક મૂલ્યો લઈ શકે છે: n = 1,2,3,4,5,6,7...તે ઈલેક્ટ્રોન સ્તરની ઊર્જા અને ઈલેક્ટ્રોન "ક્લાઉડ" નું કદ દર્શાવે છે. તે લાક્ષણિકતા છે કે મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબરની સંખ્યા એ સમયગાળાની સંખ્યા સાથે એકરુપ છે જેમાં તત્વ સ્થિત છે.

એઝિમુથલ અથવા ઓર્બિટલ ક્વોન્ટમ નંબરℓ માંથી પૂર્ણાંક મૂલ્યો લઈ શકે છે ℓ = 0….થી n – 1 અને ઇલેક્ટ્રોન ગતિની ક્ષણ નક્કી કરે છે, એટલે કે. ભ્રમણકક્ષાનો આકાર. ℓ ના વિવિધ સંખ્યાત્મક મૂલ્યો માટે, નીચેના સંકેતનો ઉપયોગ થાય છે: ℓ = 0, 1, 2, 3, અને પ્રતીકો દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે s, પી, ડી, fમાટે અનુક્રમે ℓ = 0, 1, 2 અને 3. તત્વોના સામયિક કોષ્ટકમાં સ્પિન નંબર સાથે કોઈ ઘટકો નથી ℓ = 4.

મેગ્નેટિક ક્વોન્ટમ નંબરm ℓ ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સની અવકાશી ગોઠવણી અને પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોનના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ગુણધર્મોને લાક્ષણિકતા આપે છે. તે આમાંથી મૂલ્યો લઈ શકે છે - ℓ થી + ℓ , શૂન્ય સહિત.

આકાર, અથવા વધુ સ્પષ્ટ રીતે, અણુ ભ્રમણકક્ષાના સમપ્રમાણતા ગુણધર્મો ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ પર આધારિત છે ℓ અને m ℓ . "ઇલેક્ટ્રોનિક ક્લાઉડ" અનુરૂપ s- ભ્રમણકક્ષામાં બોલનો આકાર હોય છે (તે જ સમયે ℓ = 0).

ફિગ.1. 1s ભ્રમણકક્ષા

પરિમાણ સંખ્યાઓ ℓ = 1 અને m ℓ = -1, 0 અને +1 દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરાયેલ ભ્રમણકક્ષાને p-ઓર્બિટલ્સ કહેવામાં આવે છે. m ℓ ની ત્રણ જુદી જુદી કિંમતો હોવાથી, અણુમાં ત્રણ ઊર્જાસભર સમકક્ષ p-ઓર્બિટલ્સ છે (તેમના માટે મુખ્ય પરિમાણ સંખ્યા સમાન છે અને તેનું મૂલ્ય n = 2,3,4,5,6 અથવા 7 હોઈ શકે છે). p-ઓર્બિટલ્સ અક્ષીય સમપ્રમાણતા ધરાવે છે અને ત્રિ-પરિમાણીય આકૃતિ આઠનું સ્વરૂપ ધરાવે છે, જે બાહ્ય ક્ષેત્રમાં x, y અને z અક્ષો સાથે લક્ષી હોય છે (ફિગ. 1.2). તેથી પ્રતીકવાદ p x , p y અને p z ની ઉત્પત્તિ.

ફિગ.2. p x, p y અને p z ઓર્બિટલ્સ

વધુમાં, પ્રથમ ℓ = 2 અને m ℓ = -2, -1, 0, +1 અને +2 માટે, d- અને f- અણુ ભ્રમણકક્ષાઓ છે, એટલે કે. પાંચ AO, બીજા માટે ℓ = 3 અને m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 અને +3, એટલે કે. 7 JSC.

ચોથું પ્રમાણ m sસ્પિન ક્વોન્ટમ નંબર તરીકે ઓળખાતું, 1925 માં ગૌડસ્મિત અને ઉહલેનબેક દ્વારા હાઇડ્રોજન અણુના સ્પેક્ટ્રમમાં કેટલીક સૂક્ષ્મ અસરોને સમજાવવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. ઇલેક્ટ્રોનનું સ્પિન એ ઇલેક્ટ્રોનના ચાર્જ થયેલ પ્રાથમિક કણની કોણીય ગતિ છે, જેનું ઓરિએન્ટેશન પરિમાણિત છે, એટલે કે. ચોક્કસ ખૂણાઓ સુધી સખત મર્યાદિત. આ ઓરિએન્ટેશન સ્પિન મેગ્નેટિક ક્વોન્ટમ નંબર (ઓ) ના મૂલ્ય દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન માટે સમાન છે ½ , તેથી પરિમાણના નિયમો અનુસાર ઇલેક્ટ્રોન માટે m s = ± ½. આ સંદર્ભમાં, ત્રણ ક્વોન્ટમ નંબરોના સમૂહમાં આપણે ક્વોન્ટમ નંબર ઉમેરવો જોઈએ m s . ચાલો ફરી એકવાર ભારપૂર્વક જણાવીએ કે ચાર ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ મેન્ડેલીવના તત્વોના સામયિક કોષ્ટકના નિર્માણનો ક્રમ નિર્ધારિત કરે છે અને સમજાવે છે કે શા માટે પ્રથમ સમયગાળામાં માત્ર બે તત્વો છે, બીજા અને ત્રીજામાં આઠ, ચોથામાં 18, વગેરે. જો કે, ઘણા-ઇલેક્ટ્રોન અણુઓની રચનાને સમજાવવા માટે, અણુના હકારાત્મક ચાર્જમાં વધારો થતાં ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તરો ભરવાનો ક્રમ, ચાર ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓનો ખ્યાલ હોવો પૂરતો નથી કે જે ઇલેક્ટ્રોનની વર્તણૂકને "નિયંત્રિત" કરે છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સ ભરવા, પરંતુ તમારે કેટલાક વધુ સરળ નિયમો જાણવાની જરૂર છે, એટલે કે, પાઉલીનો સિદ્ધાંત, હંડનો નિયમ અને ક્લેક્ઝકોવ્સ્કીના નિયમો.

પાઉલી સિદ્ધાંત મુજબ સમાન ક્વોન્ટમ અવસ્થામાં, ચાર ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓના ચોક્કસ મૂલ્યો દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, ત્યાં એક કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રોન હોઈ શકતા નથી.આનો અર્થ એ છે કે એક ઇલેક્ટ્રોન, સૈદ્ધાંતિક રીતે, કોઈપણ અણુ ભ્રમણકક્ષામાં મૂકી શકાય છે. બે ઇલેક્ટ્રોન એક જ અણુ ભ્રમણકક્ષામાં માત્ર ત્યારે જ હોઈ શકે જો તેમની પાસે સ્પિન ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ અલગ હોય.

ત્રણ p-AOs, પાંચ d-AOs અને સાત f-AO ને ઈલેક્ટ્રોનથી ભરતી વખતે, પાઉલી સિદ્ધાંત ઉપરાંત, હંડના નિયમ દ્વારા માર્ગદર્શન મેળવવું જોઈએ: જમીનની અવસ્થામાં એક સબશેલના ભ્રમણકક્ષાનું ભરણ સમાન સ્પિન સાથે ઇલેક્ટ્રોન સાથે થાય છે.

સબશેલ્સ ભરતી વખતે (પી, ડી, f)સ્પિનના સરવાળાનું ચોક્કસ મૂલ્ય મહત્તમ હોવું જોઈએ.

ક્લેચકોવ્સ્કીનું શાસન. ક્લેચકોવ્સ્કીના નિયમ મુજબ, ભરતી વખતેડી અને fઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલનું સન્માન કરવું આવશ્યક છેલઘુત્તમ ઉર્જાનો સિદ્ધાંત. આ સિદ્ધાંત અનુસાર, ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં ઇલેક્ટ્રોન ન્યૂનતમ ઉર્જા સ્તરો સાથે ભ્રમણકક્ષા પર કબજો કરે છે. સબલેવલની ઊર્જા ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓના સરવાળા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છેn + ℓ = ઇ .

ક્લેચકોવ્સ્કીનો પ્રથમ નિયમ: પ્રથમ, તે સબલેવલ જેના માટેn + ℓ = ઇ ન્યૂનતમ

ક્લેચકોવ્સ્કીનો બીજો નિયમ: સમાનતાના કિસ્સામાંn + ℓ કેટલાક સબલેવલ માટે, સબલેવલ જેના માટેn ન્યૂનતમ .

હાલમાં, 109 તત્વો જાણીતા છે.

2. આયનીકરણ ઊર્જા, ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી અને ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી.

અણુના ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકનની સૌથી મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓ આયનીકરણ ઊર્જા (IE) અથવા આયનીકરણ સંભવિત (IP) અને અણુની ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી (EA) છે. આયનીકરણ ઊર્જા એ 0 K: A = પર મુક્ત અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરતી વખતે ઊર્જામાં ફેરફાર છે. + + ē . તત્વના અણુ નંબર Z પર આયનીકરણ ઊર્જાની અવલંબન અને અણુ ત્રિજ્યાના કદમાં ઉચ્ચારણ સામયિક અક્ષર હોય છે.

ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી (EA) એ ઊર્જામાં ફેરફાર છે જે 0 K પર નકારાત્મક આયન બનાવવા માટે એક અલગ અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનના ઉમેરા સાથે આવે છે: A + ē = A - (અણુ અને આયન તેમની જમીનની સ્થિતિમાં છે).આ કિસ્સામાં, જો VZAO બે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરવામાં આવે તો ઇલેક્ટ્રોન સૌથી ઓછી ખાલી અણુ ભ્રમણકક્ષા (LUAO) પર કબજો કરે છે. SE તેમના ભ્રમણકક્ષાના ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે.

EI અને SE માં ફેરફારો તત્વો અને તેમના સંયોજનોના ઘણા ગુણધર્મોમાં ફેરફારો સાથે સંબંધ ધરાવે છે, જેનો ઉપયોગ EI અને SE મૂલ્યો પરથી આ ગુણધર્મોની આગાહી કરવા માટે થાય છે. હેલોજનમાં સૌથી વધુ સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી હોય છે. તત્વોના સામયિક કોષ્ટકના દરેક જૂથમાં, તત્વની સંખ્યા વધવા સાથે આયનીકરણ સંભવિત અથવા EI ઘટે છે, જે અણુ ત્રિજ્યામાં વધારો અને ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તરોની સંખ્યામાં વધારો સાથે સંકળાયેલ છે અને જે ઘટાડાના વધારા સાથે સારી રીતે સંબંધિત છે. તત્વની શક્તિ.

તત્વોના સામયિક કોષ્ટકનું કોષ્ટક 1 eV/પ્રતિ અણુમાં EI અને SE ના મૂલ્યો દર્શાવે છે. નોંધ કરો કે ચોક્કસ SE મૂલ્યો ફક્ત થોડા અણુઓ માટે જાણીતા છે; તેમના મૂલ્યો કોષ્ટક 1 માં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા છે.

કોષ્ટક 1

સામયિક કોષ્ટકમાં અણુઓની પ્રથમ આયનીકરણ ઊર્જા (EI), ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી (EA) અને ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી χ).

χ - પાઉલિંગ અનુસાર ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી

આર- અણુ ત્રિજ્યા, ("સામાન્ય અને અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં પ્રયોગશાળા અને પરિસંવાદ વર્ગો", એન.એસ. અખ્મેટોવ, એમ.કે. અઝીઝોવા, એલ.આઈ. બડીગીનામાંથી)

જેમ તમે જાણો છો, બ્રહ્માંડની દરેક સામગ્રીમાં અણુઓનો સમાવેશ થાય છે. અણુ એ પદાર્થનું સૌથી નાનું એકમ છે જે તેના ગુણધર્મો ધરાવે છે. બદલામાં, અણુનું માળખું માઇક્રોપાર્ટિકલ્સના જાદુઈ ટ્રિનિટીથી બનેલું છે: પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન.

તદુપરાંત, દરેક માઇક્રોપાર્ટિકલ્સ સાર્વત્રિક છે. એટલે કે, તમે વિશ્વમાં બે જુદા જુદા પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન શોધી શકતા નથી. તેઓ બધા એકબીજા સાથે સંપૂર્ણપણે સમાન છે. અને અણુના ગુણધર્મો ફક્ત અણુની એકંદર રચનામાં આ માઇક્રોપાર્ટિકલ્સની માત્રાત્મક રચના પર આધારિત હશે.

ઉદાહરણ તરીકે, હાઇડ્રોજન અણુની રચનામાં એક પ્રોટોન અને એક ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. આગામી સૌથી જટિલ અણુ, હિલીયમ, બે પ્રોટોન, બે ન્યુટ્રોન અને બે ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. લિથિયમ અણુ - ત્રણ પ્રોટોન, ચાર ન્યુટ્રોન અને ત્રણ ઇલેક્ટ્રોન વગેરેથી બનેલું.

અણુઓ અણુઓ બનાવવા માટે ભેગા થાય છે, અને અણુઓ પદાર્થો, ખનિજો અને સજીવો બનાવવા માટે ભેગા થાય છે. ડીએનએ પરમાણુ, જે તમામ જીવંત વસ્તુઓનો આધાર છે, તે બ્રહ્માંડની સમાન ત્રણ જાદુઈ ઇંટોમાંથી એક માળખું છે જે રસ્તા પર પડેલો પથ્થર છે. જો કે આ માળખું વધુ જટિલ છે.

જ્યારે આપણે અણુ પ્રણાલીના પ્રમાણ અને બંધારણને નજીકથી જોવાનો પ્રયાસ કરીએ છીએ ત્યારે વધુ આશ્ચર્યજનક તથ્યો પ્રગટ થાય છે. તે જાણીતું છે કે અણુમાં ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન હોય છે જે ગોળાને વર્ણવતા માર્ગ સાથે તેની આસપાસ ફરતા હોય છે. એટલે કે, તેને શબ્દના સામાન્ય અર્થમાં ચળવળ પણ કહી શકાય નહીં. ઊલટાનું, ઇલેક્ટ્રોન આ ગોળાની અંદર દરેક જગ્યાએ અને તરત જ સ્થિત છે, ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન વાદળ બનાવે છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર બનાવે છે.

અણુના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે, અને સિસ્ટમનો લગભગ તમામ સમૂહ તેમાં કેન્દ્રિત છે. પરંતુ તે જ સમયે, ન્યુક્લિયસ પોતે એટલું નાનું છે કે જો તેની ત્રિજ્યાને 1 સે.મી.ના સ્કેલ સુધી વધારવામાં આવે, તો સમગ્ર અણુ બંધારણની ત્રિજ્યા સેંકડો મીટર સુધી પહોંચી જશે. આમ, દરેક વસ્તુ જે આપણે ગાઢ પદાર્થ તરીકે સમજીએ છીએ તેમાં એકલા ભૌતિક કણો વચ્ચેના 99% થી વધુ ઊર્જાસભર બોન્ડ્સ અને 1% કરતા ઓછા ભૌતિક સ્વરૂપોનો સમાવેશ થાય છે.

પરંતુ આ ભૌતિક સ્વરૂપો શું છે? તેઓ શેના બનેલા છે અને તે કેવી સામગ્રી છે? આ પ્રશ્નોના જવાબ આપવા માટે, ચાલો પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોનની રચનાઓ પર નજીકથી નજર કરીએ. તેથી, અમે માઇક્રોવર્લ્ડની ઊંડાઈમાં એક વધુ પગલું નીચે ઉતરીએ છીએ - સબટોમિક કણોના સ્તર સુધી.

ઇલેક્ટ્રોન શું સમાવે છે?

અણુનો સૌથી નાનો કણ ઇલેક્ટ્રોન છે. ઇલેક્ટ્રોન પાસે દળ હોય છે પરંતુ વોલ્યુમ નથી. વૈજ્ઞાનિક ખ્યાલમાં, ઈલેક્ટ્રોન કંઈપણ સમાવતું નથી, પરંતુ તે એક માળખું વિનાનું બિંદુ છે.

માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ ઇલેક્ટ્રોન જોઈ શકાતું નથી. તે માત્ર ઈલેક્ટ્રોન ક્લાઉડના રૂપમાં જ દેખાય છે, જે અણુ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઝાંખા ગોળાની જેમ દેખાય છે. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોન સમયની એક ક્ષણે ક્યાં છે તે ચોક્કસતા સાથે કહેવું અશક્ય છે. ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ કણને જ નહીં, પરંતુ માત્ર તેની ઊર્જા ટ્રેસને કેપ્ચર કરવામાં સક્ષમ છે. ઇલેક્ટ્રોનનો સાર પદાર્થની વિભાવનામાં જડિત નથી. તે તેના બદલે કેટલાક ખાલી સ્વરૂપ જેવું છે જે ફક્ત ચળવળમાં અને ચળવળને કારણે અસ્તિત્વમાં છે.

ઈલેક્ટ્રોનમાં હજુ સુધી કોઈ માળખું શોધી શકાયું નથી. તે એનર્જી ક્વોન્ટમ તરીકે સમાન બિંદુ કણ છે. વાસ્તવમાં, ઇલેક્ટ્રોન એ ઊર્જા છે, જો કે, તે પ્રકાશના ફોટોન દ્વારા રજૂ કરાયેલ કરતાં તેનું વધુ સ્થિર સ્વરૂપ છે.

આ ક્ષણે, ઇલેક્ટ્રોન અવિભાજ્ય માનવામાં આવે છે. આ સમજી શકાય તેવું છે, કારણ કે કોઈ એવી વસ્તુને વિભાજીત કરવી અશક્ય છે જેમાં કોઈ વોલ્યુમ નથી. જો કે, સિદ્ધાંતમાં પહેલેથી જ વિકાસ છે જે મુજબ ઇલેક્ટ્રોનમાં આવા ક્વાસિપાર્ટિકલ્સની ટ્રિનિટી શામેલ છે જેમ કે:

• ઓર્બિટન - ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાની સ્થિતિ વિશેની માહિતી ધરાવે છે;
• સ્પિનન - સ્પિન અથવા ટોર્ક માટે જવાબદાર;
• હોલોન - ઇલેક્ટ્રોનના ચાર્જ વિશે માહિતી વહન કરે છે.

જો કે, આપણે જોઈએ છીએ તેમ, ક્વાસિપાર્ટિકલ્સ દ્રવ્ય સાથે બિલકુલ સમાનતા ધરાવતા નથી, અને માત્ર માહિતી વહન કરે છે.

રસપ્રદ વાત એ છે કે, ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા ક્વોન્ટા, જેમ કે પ્રકાશ અથવા ગરમીને શોષી શકે છે. આ કિસ્સામાં, અણુ નવા ઊર્જા સ્તર પર જાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડની સીમાઓ વિસ્તરે છે. એવું પણ બને છે કે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા શોષાયેલી ઊર્જા એટલી મહાન છે કે તે અણુ પ્રણાલીમાંથી બહાર નીકળી શકે છે અને સ્વતંત્ર કણ તરીકે તેની હિલચાલ ચાલુ રાખી શકે છે. તે જ સમયે, તે પ્રકાશના ફોટોનની જેમ વર્તે છે, એટલે કે, તે એક કણ બનવાનું બંધ કરે છે અને તરંગના ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરવાનું શરૂ કરે છે. આ એક પ્રયોગમાં સાબિત થયું હતું.

જંગનો પ્રયોગ

પ્રયોગ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ એક સ્ક્રીન પર નિર્દેશિત કરવામાં આવ્યો હતો જેમાં બે સ્લિટ્સ કાપવામાં આવ્યા હતા. આ સ્લિટ્સમાંથી પસાર થતાં, ઇલેક્ટ્રોન અન્ય પ્રોજેક્શન સ્ક્રીનની સપાટી સાથે અથડાય છે, તેના પર તેમની છાપ છોડી દે છે. ઈલેક્ટ્રોનના આ “બોમ્બમાર્ટમેન્ટ”ના પરિણામે, પ્રોજેક્શન સ્ક્રીન પર એક દખલગીરીની પેટર્ન દેખાઈ, જે બે સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય તો તરંગો, પરંતુ કણો નહીં, તો દેખાશે.

આ પેટર્ન થાય છે કારણ કે બે સ્લિટ્સ વચ્ચે પસાર થતી તરંગને બે તરંગોમાં વહેંચવામાં આવે છે. વધુ હિલચાલના પરિણામે, તરંગો એકબીજાને ઓવરલેપ કરે છે, અને કેટલાક વિસ્તારોમાં તે પરસ્પર રદ થાય છે. પરિણામ પ્રક્ષેપણ સ્ક્રીન પર માત્ર એકને બદલે અનેક કિનારો છે, જો ઈલેક્ટ્રોન એક કણની જેમ વર્તે તો એવું જ થશે.

અણુના ન્યુક્લિયસનું માળખું: પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન

પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન અણુના ન્યુક્લિયસ બનાવે છે. અને હકીકત એ છે કે કોર કુલ વોલ્યુમના 1% કરતા ઓછો કબજો કરે છે, તે આ રચનામાં છે કે સિસ્ટમનો લગભગ સમગ્ર સમૂહ કેન્દ્રિત છે. પરંતુ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની રચના પર વિભાજિત છે, અને આ ક્ષણે બે સિદ્ધાંતો છે.

• થિયરી નંબર 1 - ધોરણ

સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ કહે છે કે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન ત્રણ ક્વાર્કથી બનેલા છે જે ગ્લુઓનના વાદળ દ્વારા જોડાયેલા છે. ક્વાર્ક એ ક્વોન્ટા અને ઇલેક્ટ્રોનની જેમ બિંદુ કણો છે. અને ગ્લુઓન્સ વર્ચ્યુઅલ કણો છે જે ક્વાર્કની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સુનિશ્ચિત કરે છે. જો કે, કુદરતમાં ક્યારેય ક્વાર્ક કે ગ્લુઓન જોવા મળ્યા ન હતા, તેથી આ મોડેલની આકરી ટીકા થઈ રહી છે.

• થિયરી #2 - વૈકલ્પિક

પરંતુ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા વિકસિત એકીકૃત ક્ષેત્રના વૈકલ્પિક સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રોટોન, ન્યુટ્રોનની જેમ, ભૌતિક વિશ્વના કોઈપણ અન્ય કણોની જેમ, પ્રકાશની ઝડપે ફરતું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર છે.

અણુ રચનાના સિદ્ધાંતો શું છે?

વિશ્વની દરેક વસ્તુ - પાતળી અને ગાઢ, પ્રવાહી, ઘન અને વાયુયુક્ત - માત્ર અસંખ્ય ક્ષેત્રોની ઊર્જા અવસ્થાઓ છે જે બ્રહ્માંડની અવકાશમાં ફેલાયેલી છે. ક્ષેત્રમાં ઊર્જાનું સ્તર જેટલું ઊંચું છે, તે પાતળું અને ઓછું સમજાય છે. ઉર્જાનું સ્તર જેટલું નીચું છે, તે વધુ સ્થિર અને મૂર્ત છે. અણુનું માળખું, તેમજ બ્રહ્માંડના કોઈપણ અન્ય એકમની રચના, આવા ક્ષેત્રોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં રહેલું છે - ઊર્જા ઘનતામાં અલગ. તે તારણ આપે છે કે દ્રવ્ય એ માત્ર મનનો ભ્રમ છે.

અણુ એ પદાર્થનો સૌથી નાનો કણ છે. તેનો અભ્યાસ પ્રાચીન ગ્રીસમાં શરૂ થયો હતો, જ્યારે અણુની રચનાએ માત્ર વૈજ્ઞાનિકો જ નહીં, પણ ફિલસૂફોનું પણ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું હતું. અણુનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું શું છે અને આ કણ વિશે કઈ મૂળભૂત માહિતી જાણીતી છે?

અણુ માળખું

પહેલાથી જ પ્રાચીન ગ્રીક વૈજ્ઞાનિકોએ નાનામાં નાના રાસાયણિક કણોના અસ્તિત્વ વિશે અનુમાન લગાવ્યું હતું જે કોઈપણ પદાર્થ અને સજીવ બનાવે છે. અને જો XVII-XVIII સદીઓમાં. રસાયણશાસ્ત્રીઓને ખાતરી હતી કે અણુ એ અવિભાજ્ય પ્રાથમિક કણ છે, પછી 19મી-20મી સદીના વળાંક પર, અણુ અવિભાજ્ય નથી તે સાબિત કરવું પ્રાયોગિક રીતે શક્ય હતું.

એક અણુ, પદાર્થના સૂક્ષ્મ કણ તરીકે, ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. ન્યુક્લિયસ અણુ કરતાં 10,000 ગણું નાનું છે, પરંતુ તેનો લગભગ તમામ સમૂહ ન્યુક્લિયસમાં કેન્દ્રિત છે. અણુ ન્યુક્લિયસની મુખ્ય લાક્ષણિકતા એ છે કે તે હકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે અને તેમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રોટોન સકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, જ્યારે ન્યુટ્રોન પર કોઈ ચાર્જ નથી (તેઓ તટસ્થ છે).

તેઓ મજબૂત પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે. પ્રોટોનનું દળ લગભગ ન્યુટ્રોનના દળ જેટલું છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં 1840 ગણું વધારે છે. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનું રસાયણશાસ્ત્રમાં સામાન્ય નામ છે - ન્યુક્લિયન્સ. અણુ પોતે ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ છે.

કોઈપણ તત્વના અણુને ઇલેક્ટ્રોનિક સૂત્ર અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગ્રાફિક સૂત્ર દ્વારા નિયુક્ત કરી શકાય છે:

ચોખા. 1. અણુનું ઇલેક્ટ્રોનિક ગ્રાફિક સૂત્ર.

સામયિક કોષ્ટકમાંથી એકમાત્ર રાસાયણિક તત્વ કે જે તેના ન્યુક્લિયસમાં ન્યુટ્રોન ધરાવતું નથી તે પ્રકાશ હાઇડ્રોજન (પ્રોટિયમ) છે.

ઇલેક્ટ્રોન એ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કણ છે. ઇલેક્ટ્રોન શેલમાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતા ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન પાસે ન્યુક્લિયસ તરફ આકર્ષિત થવાની મિલકત છે, અને એકબીજા વચ્ચે તેઓ કુલોમ્બ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાથી પ્રભાવિત થાય છે. ન્યુક્લિયસના આકર્ષણને દૂર કરવા માટે, ઇલેક્ટ્રોનને બાહ્ય સ્ત્રોતમાંથી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરવી આવશ્યક છે. ન્યુક્લિયસમાંથી ઇલેક્ટ્રોન જેટલું આગળ છે, તેટલી ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડશે.

અણુ મોડેલો

લાંબા સમયથી, વૈજ્ઞાનિકોએ અણુની પ્રકૃતિને સમજવાની કોશિશ કરી છે. પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફ ડેમોક્રિટસે શરૂઆતમાં મોટું યોગદાન આપ્યું હતું. જો કે હવે તેમનો સિદ્ધાંત અમને મામૂલી અને ખૂબ જ સરળ લાગે છે, તે સમયે જ્યારે પ્રાથમિક કણો વિશેના વિચારો હમણાં જ બહાર આવવા લાગ્યા હતા, દ્રવ્યના ટુકડાઓ વિશેનો તેમનો સિદ્ધાંત સંપૂર્ણપણે ગંભીરતાથી લેવામાં આવ્યો હતો. ડેમોક્રિટસ માનતા હતા કે કોઈપણ પદાર્થના ગુણધર્મો અણુઓના આકાર, સમૂહ અને અન્ય લાક્ષણિકતાઓ પર આધાર રાખે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, અગ્નિ, તે માનતા હતા કે, તીક્ષ્ણ અણુઓ ધરાવે છે - તેથી જ અગ્નિ બળે છે; પાણીમાં સરળ અણુઓ છે, તેથી તે વહી શકે છે; ઘન પદાર્થોમાં, તેમના મતે, અણુઓ રફ હતા.

ડેમોક્રિટસ માનતા હતા કે સંપૂર્ણપણે બધું અણુઓથી બનેલું છે, માનવ આત્મા પણ.

1904માં, જે.જે. થોમસને તેમના અણુનું મોડેલ પ્રસ્તાવિત કર્યું. સિદ્ધાંતની મુખ્ય જોગવાઈઓ એ હકીકત પર ઉકળે છે કે અણુને હકારાત્મક ચાર્જ બોડી તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જેની અંદર નકારાત્મક ચાર્જ સાથે ઇલેક્ટ્રોન હતા. આ સિદ્ધાંત પાછળથી ઇ. રધરફોર્ડ દ્વારા રદિયો આપવામાં આવ્યો હતો.

ચોખા. 2. અણુનું થોમસનનું મોડેલ.

1904 માં પણ, જાપાની ભૌતિકશાસ્ત્રી એચ. નાગાઓકાએ શનિ ગ્રહ સાથે સામ્યતા દ્વારા અણુના પ્રારંભિક ગ્રહ મોડેલની દરખાસ્ત કરી હતી. આ સિદ્ધાંત મુજબ, ઇલેક્ટ્રોન રિંગ્સમાં એક થાય છે અને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. આ સિદ્ધાંત ખોટો નીકળ્યો.

1911 માં, ઇ. રધરફોર્ડે શ્રેણીબદ્ધ પ્રયોગો હાથ ધરીને તારણ કાઢ્યું હતું કે અણુ બંધારણમાં ગ્રહોની સિસ્ટમ સમાન છે. છેવટે, ઇલેક્ટ્રોન, ગ્રહોની જેમ, ભારે, સકારાત્મક ચાર્જ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ભ્રમણકક્ષામાં ફરે છે. જો કે, આ વર્ણન ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સનો વિરોધાભાસ કરે છે. પછી ડેનિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી નીલ્સ બોહરે 1913 માં પોસ્ટ્યુલેટ્સ રજૂ કર્યા, જેનો સાર એ હતો કે ઇલેક્ટ્રોન, કેટલીક વિશેષ અવસ્થાઓમાં હોવાથી, ઊર્જા ઉત્સર્જન કરતું નથી. આમ, બોહરની ધારણાઓ દર્શાવે છે કે શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ અણુઓને લાગુ પડતું નથી. રુધરફોર્ડ દ્વારા વર્ણવેલ અને બોહર દ્વારા પૂરક બનાવેલ ગ્રહોના મોડેલને બોહર-રધરફોર્ડ ગ્રહ મોડેલ કહેવામાં આવતું હતું.

ચોખા. 3. બોહર-રધરફોર્ડ ગ્રહોનું મોડેલ.

અણુના વધુ અભ્યાસથી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ જેવા વિભાગની રચના થઈ, જેની મદદથી ઘણા વૈજ્ઞાનિક તથ્યો સમજાવવામાં આવ્યા. બોહર-રુથરફોર્ડ ગ્રહોના નમૂનામાંથી વિકસિત અણુ વિશેના આધુનિક વિચારો. અહેવાલનું મૂલ્યાંકન

સરેરાશ રેટિંગ: 4.4. પ્રાપ્ત કુલ રેટિંગઃ 469.