পরমাণুর গঠন: পরমাণু কী দিয়ে গঠিত

পরমাণু হলো মৌলের ক্ষুদ্রতম কণা যা তার বৈশিষ্ট্য বজায় রাখে। এর গঠন খুব সহজ, মাত্র দুটি অংশ:

• নিউক্লিয়াস — পরমাণুর কেন্দ্র। এখানে দুটি কণা থাকে: ধনাত্মক প্রোটন এবং নিরপেক্ষ নিউট্রন। নিউক্লিয়াস অত্যন্ত ক্ষুদ্র — পরমাণুর তুলনায় প্রায় ১,০০,০০০ গুণ ছোট — কিন্তু পরমাণুর ৯৯.৯% ভর এখানেই থাকে।
• ইলেকট্রন শেল — পরমাণুর বাকি অংশ, যেখানে হালকা ঋণাত্মক ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের চারপাশে ঘোরে।

যদি পরমাণুকে একটি স্টেডিয়ামের সমান বড় করা হয়, তবে নিউক্লিয়াস হবে মাঠের মাঝখানে রাখা একটি মটরদানা — বাকি পুরো জায়গাটিই হলো প্রায় ফাঁকা ইলেকট্রন শেল।

মহাবিশ্বের সব পরমাণু মাত্র তিনটি কণা দিয়ে তৈরি — শুধু তাদের সংখ্যার পার্থক্য থাকে। কণাগুলোকে তিনটি বৈশিষ্ট্যের ভিত্তিতে তুলনা করা যায়: আধান, ভর এবং অবস্থান।

প্রোটন ও নিউট্রনের ভর প্রায় সমান — প্রতিটির ভর প্রায় ১ amu (পারমাণবিক ভর একক)। ইলেকট্রন এদের তুলনায় প্রায় ১৮৩৬ গুণ হালকা, তাই গণনার সময় ইলেকট্রনের ভরকে উপেক্ষা করা হয়। প্রোটন ও ইলেকট্রনের আধানের মান সমান কিন্তু বিপরীতধর্মী: যতক্ষণ পরমাণুতে প্রোটন ও ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান থাকে, ততক্ষণ পরমাণুটি বিদ্যুৎ নিরপেক্ষ থাকে।

যেকোনো পরমাণুর গঠন দুটি সংখ্যা দিয়ে বর্ণনা করা হয়:

• পারমাণবিক সংখ্যা Z — নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা। এটি পর্যায় সারণীতে মৌলের অবস্থান নির্দেশ করে: ১ — হাইড্রোজেন (১টি প্রোটন), ৮ — অক্সিজেন (৮টি প্রোটন), ৭৯ — সোনা (৭৯টি প্রোটন)। তাই পরমাণুর মডেলে প্রোটন ও ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান থাকে: পরমাণু নিরপেক্ষ, এবং প্রতিটি প্রোটনের জন্য একটি ইলেকট্রন থাকে।
• ভর সংখ্যা A — নিউক্লিয়াসের মোট কণার সংখ্যা: \(A = Z + N\), যেখানে N হলো নিউট্রন সংখ্যা। এখান থেকে স্কুলের অংকের প্রধান সূত্রটি পাওয়া যায়: \(N = A - Z\).

পরমাণুর গঠন এভাবে লেখা হয়: \(^{A}_{Z}\text{X}\)। উদাহরণস্বরূপ, \(^{35}_{17}\text{Cl}\) — ক্লোরিন, যার ১৭টি প্রোটন এবং ৩৫ − ১৭ = ১৮টি নিউট্রন আছে। নিচের নোটটি পুরো প্রক্রিয়ার সারসংক্ষেপ।

ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের চারপাশে এলোমেলোভাবে ঘোরে না: তারা নির্দিষ্ট শক্তিস্তরে (শেল) থাকে। নিউক্লিয়াস থেকে স্তর যত দূরে, তাতে তত বেশি ইলেকট্রন ধরে — সর্বোচ্চ সংখ্যা \(2n^2\) সূত্র দিয়ে বের করা হয়:

• ১ম স্তর — সর্বোচ্চ ২টি ইলেকট্রন;
• ২য় স্তর — সর্বোচ্চ ৮টি;
• ৩য় স্তর — সর্বোচ্চ ১৮টি;
• ৪র্থ স্তর — সর্বোচ্চ ৩২টি।

স্তরগুলো ভেতর থেকে বাইরের দিকে পূর্ণ হয়। যেমন, অক্সিজেনের (Z = 8) ইলেকট্রন বিন্যাস ২, ৬; সোডিয়ামের (Z = 11) — ২, ৮, ১; ক্লোরিনের (Z = 17) — ২, ৮, ৭। বাইরের স্তরের ইলেকট্রনগুলোকে যোজ্যতা ইলেকট্রন বলা হয় — এগুলোই রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নেয় এবং মৌলের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।

স্তরের সংখ্যা পর্যায় সারণী থেকেও বোঝা যায়: এটি মৌলটির পর্যায় সংখ্যার সমান। উচ্চ শ্রেণিতে স্তরগুলোকে s, p, d, f উপস্তরে ভাগ করা হয় এবং ইলেকট্রন বিন্যাস লেখা হয় — যেমন, অক্সিজেনের ক্ষেত্রে 1s²2s²2p⁴।

কোনো মৌলের প্রোটন সংখ্যা পরিবর্তন করা যায় না: নিউক্লিয়াসে একটি প্রোটন যোগ করলে তা অন্য মৌল হয়ে যাবে। কিন্তু নিউট্রনের সংখ্যা ভিন্ন হতে পারে। আইসোটোপ হলো একই মৌলের পরমাণু যাদের Z সমান, কিন্তু নিউট্রন সংখ্যা ভিন্ন, ফলে ভর সংখ্যা A-ও ভিন্ন হয়।

সবচেয়ে পরিচিত উদাহরণ হলো হাইড্রোজেন এবং এর তিনটি আইসোটোপ: প্রোটিয়াম \(^{1}_{1}\text{H}\) (কোনো নিউট্রন নেই), ডিউটেরিয়াম \(^{2}_{1}\text{H}\) (১টি নিউট্রন) এবং ট্রিটিয়াম \(^{3}_{1}\text{H}\) (২টি নিউট্রন)। রাসায়নিকভাবে আইসোটোপগুলো প্রায় অভিন্ন: বিক্রিয়ায় ইলেকট্রন প্রধান ভূমিকা পালন করে, আর আইসোটোপগুলোর ইলেকট্রন সংখ্যা সমান।

আইসোটোপের কারণেই পর্যায় সারণীতে পারমাণবিক ভর ভগ্নাংশ হয়: এটি প্রাকৃতিক আইসোটোপগুলোর গড় ভর। যেমন, ক্লোরিনের ভর ৩৫.৪৫ — কারণ প্রাকৃতিক ক্লোরিন ক্লোরিন-৩৫ এবং ক্লোরিন-৩৭ এর মিশ্রণ।

'পরমাণু' শব্দটি গ্রিক শব্দ atomos থেকে এসেছে যার অর্থ 'অবিভাজ্য': ডেমোক্রিটাস এমনটাই মনে করতেন, এবং ১৯ শতকের শুরুতে জন ডাল্টন এই ধারণার ওপর ভিত্তি করে প্রথম বৈজ্ঞানিক তত্ত্ব দেন। কিন্তু ১৯-২০ শতকের আবিষ্কারগুলো দেখায় যে, পরমাণুর অভ্যন্তরীণ গঠন আছে।

• ১৮৯৭ — থমসনের মডেল ('প্লাম পুডিং মডেল')। জে. জে. থমসন ইলেকট্রন আবিষ্কার করেন এবং ধারণা দেন যে, ধনাত্মক আধানের গোলকের মধ্যে ইলেকট্রনগুলো পুডিংয়ের কিশমিশের মতো ছড়ানো থাকে।
• ১৯১১ — রাদারফোর্ডের গ্রহীয় মডেল। স্বর্ণের পাতের ওপর আলফা কণা নিক্ষেপ করে আর্নেস্ট রাদারফোর্ড আবিষ্কার করেন যে, পরমাণুর প্রায় সব ভর ও ধনাত্মক আধান ক্ষুদ্র নিউক্লিয়াসে ঘনীভূত, আর ইলেকট্রনগুলো সূর্যের চারপাশে গ্রহের মতো ঘোরে।
• ১৯১৩ — বোর মডেল। নিলস বোর সংশোধন করেন: ইলেকট্রন যেকোনো পথে নয়, বরং নির্দিষ্ট শক্তির কক্ষপথে ঘোরে — এভাবেই শক্তিস্তরের ধারণা আসে।
• ১৯২০-এর দশক — কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল মডেল। আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান ইলেকট্রনকে কক্ষপথের গোলক হিসেবে নয়, বরং ইলেকট্রন মেঘ হিসেবে বর্ণনা করে — এটি এমন একটি অঞ্চল যেখানে ইলেকট্রন পাওয়ার সম্ভাবনা থাকে।

স্কুলের রসায়নে এখনো শক্তিস্তরসহ গ্রহীয় মডেলটিই ব্যবহৃত হয়: কণা গণনা এবং ইলেকট্রন বিন্যাসের জন্য এটি যথেষ্ট নির্ভুল।