परमाणु एक नाभिक और इलेक्ट्रॉन कोश से बना होता है: छोटे से नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और उसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। आवर्त सारणी से केवल दो संख्याएँ जानकर, आप किसी भी परमाणु को 'बना' सकते हैं: उसके सभी कणों की गणना कर सकते हैं और इलेक्ट्रॉनों को उनके स्तरों में व्यवस्थित कर सकते हैं। इस पृष्ठ पर परमाणु का दृश्य मॉडल, Z और A सूत्र, समस्थानिक, समस्याओं का समाधान और अभ्यास के लिए एक इंटरैक्टिव क्विज़ है।
परमाणु किससे बना है
परमाणु किसी रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो उसके गुणों को बनाए रखता है। यह दिखने में जितना जटिल लगता है, वास्तव में उतना ही सरल है — इसमें केवल दो 'भाग' होते हैं:
- नाभिक — परमाणु का केंद्र। इसमें दो प्रकार के कण रहते हैं: धनात्मक प्रोटॉन और उदासीन न्यूट्रॉन। नाभिक कल्पना से भी छोटा होता है — परमाणु से लगभग 1,00,000 गुना छोटा — लेकिन परमाणु का 99.9% से अधिक द्रव्यमान इसी में केंद्रित होता है।
- इलेक्ट्रॉन कोश — परमाणु का शेष स्थान, जहाँ हल्के ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं।
यदि परमाणु को एक स्टेडियम के आकार का मान लिया जाए, तो नाभिक मैदान के केंद्र में एक मटर के दाने जैसा होगा — बाकी सब कुछ 'लगभग खाली' इलेक्ट्रॉन कोश है।
प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन: परमाणु के तीन कण
ब्रह्मांड के सभी परमाणु केवल तीन प्रकार के कणों से बने हैं — केवल उनकी संख्या अलग-अलग होती है। कणों की तुलना तीन विशेषताओं के आधार पर करना आसान है: आवेश, द्रव्यमान और 'निवास स्थान'।
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्रव्यमान में लगभग समान होते हैं — लगभग 1 amu (परमाणु द्रव्यमान इकाई)। इलेक्ट्रॉन उनसे लगभग 1836 गुना हल्का होता है, इसलिए गणना में इसके द्रव्यमान को नगण्य माना जाता है। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के आवेश परिमाण में समान और चिह्न में विपरीत होते हैं: जब तक परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होती है, वह विद्युत रूप से उदासीन होता है।
परमाणु सूत्र: Z, A और न्यूट्रॉन की संख्या
किसी भी परमाणु की संरचना दो संख्याओं द्वारा वर्णित होती है:
- परमाणु क्रमांक Z — नाभिक में प्रोटॉन की संख्या। यह आवर्त सारणी में तत्व की स्थिति है: №1 — हाइड्रोजन (1 प्रोटॉन), №8 — ऑक्सीजन (8 प्रोटॉन), №79 — सोना (79 प्रोटॉन)। इसलिए परमाणु के ग्रहीय मॉडल में नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है: परमाणु उदासीन होता है, और प्रत्येक प्रोटॉन के लिए एक इलेक्ट्रॉन होता है।
- द्रव्यमान संख्या A — नाभिक में कणों की कुल संख्या: \(A = Z + N\), जहाँ N न्यूट्रॉन की संख्या है। यहाँ से स्कूली समस्याओं का मुख्य सूत्र आता है: \(N = A - Z\)।
परमाणु की संरचना को इस प्रकार लिखा जाता है: \(^{A}_{Z}\text{X}\)। उदाहरण के लिए, \(^{35}_{17}\text{Cl}\) — क्लोरीन, जिसमें 17 प्रोटॉन और 35 − 17 = 18 न्यूट्रॉन हैं। नीचे दी गई गाइड में पूरी प्रक्रिया तीन पंक्तियों में है।
इलेक्ट्रॉन कोश: स्तर 2, 8, 18
इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कहीं भी नहीं घूमते: वे ऊर्जा स्तरों (कोशों) में स्थित होते हैं। नाभिक से स्तर जितना दूर होगा, उसमें उतने ही अधिक इलेक्ट्रॉन समा सकते हैं — अधिकतम संख्या \(2n^2\) सूत्र द्वारा गिनी जाती है:
- पहला स्तर — अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन;
- दूसरा स्तर — अधिकतम 8;
- तीसरा स्तर — अधिकतम 18;
- चौथा स्तर — अधिकतम 32।
स्तर क्रम में भरे जाते हैं, पास से दूर तक। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन (Z = 8) में इलेक्ट्रॉन 2, 6 के रूप में व्यवस्थित होते हैं; सोडियम (Z = 11) में — 2, 8, 1; क्लोरीन (Z = 17) में — 2, 8, 7। बाहरी स्तर के इलेक्ट्रॉनों को संयोजी इलेक्ट्रॉन कहा जाता है — यही रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं और तत्व के गुणों को निर्धारित करते हैं।
स्तरों की संख्या भी आवर्त सारणी द्वारा बताई जाती है: यह उस आवर्त (period) की संख्या के बराबर होती है जिसमें तत्व स्थित है। उच्च कक्षाओं में, स्तरों को उप-स्तरों s, p, d, f में विभाजित किया जाता है और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखा जाता है — उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के लिए 1s²2s²2p⁴।
समस्थानिक: एक तत्व — अलग परमाणु
किसी तत्व में प्रोटॉन की संख्या बदली नहीं जा सकती: नाभिक में एक प्रोटॉन जोड़ें — और यह एक अलग तत्व बन जाएगा। लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या अलग हो सकती है। समस्थानिक (Isotopes) एक ही तत्व के परमाणु होते हैं जिनमें Z समान होता है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या अलग होती है, और इसलिए द्रव्यमान संख्या A भी अलग होती है।
क्लासिक उदाहरण हाइड्रोजन और उसके तीन समस्थानिक हैं: प्रोटियम \(^{1}_{1}\text{H}\) (कोई न्यूट्रॉन नहीं), ड्यूटेरियम \(^{2}_{1}\text{H}\) (1 न्यूट्रॉन) और ट्रिटियम \(^{3}_{1}\text{H}\) (2 न्यूट्रॉन)। रासायनिक रूप से समस्थानिक लगभग एक जैसे होते हैं: प्रतिक्रियाओं में मुख्य भूमिका इलेक्ट्रॉन निभाते हैं, और समस्थानिकों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होती है।
समस्थानिकों के कारण ही आवर्त सारणी में परमाणु द्रव्यमान भिन्न (दशमलव) होते हैं: यह तत्व के सभी प्राकृतिक समस्थानिकों का भारित औसत है। क्लोरीन में, उदाहरण के लिए, 35.45 है — क्योंकि प्राकृतिक क्लोरीन क्लोरीन-35 और क्लोरीन-37 का मिश्रण है।
परमाणु मॉडल: 'अविभाज्य कण' से ग्रहीय मॉडल तक
शब्द 'परमाणु' (atom) ग्रीक शब्द atomos से आया है — 'अविभाज्य': डेमोक्रिटस ने इसकी कल्पना की थी, और 19वीं सदी की शुरुआत में जॉन डाल्टन ने अविभाज्य परमाणु के विचार पर पहला वैज्ञानिक सिद्धांत बनाया। लेकिन 19वीं-20वीं सदी के अंत की खोजों ने दिखाया: परमाणु की एक आंतरिक संरचना है।
- 1897 — थॉमसन का मॉडल ('प्लम पुडिंग')। जे.जे. थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन की खोज की और सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉन धनात्मक आवेशित 'माध्यम' में वैसे ही धंसे हैं जैसे पुडिंग में किशमिश।
- 1911 — रदरफोर्ड का ग्रहीय मॉडल। सोने की पन्नी पर α-कणों की बौछार करके, ई. रदरफोर्ड ने पाया कि लगभग सारा द्रव्यमान और धनात्मक आवेश एक छोटे से नाभिक में केंद्रित है, और इलेक्ट्रॉन इसके चारों ओर वैसे ही घूमते हैं जैसे सूर्य के चारों ओर ग्रह।
- 1913 — बोहर का मॉडल। नील्स बोहर ने स्पष्ट किया: इलेक्ट्रॉन किसी भी कक्षा में नहीं, बल्कि निश्चित ऊर्जा वाली कक्षाओं में घूमते हैं — इस प्रकार ऊर्जा स्तर सामने आए।
- 1920 का दशक — क्वांटम-मैकेनिकल मॉडल। आधुनिक भौतिकी इलेक्ट्रॉन को कक्षा में एक गेंद के रूप में नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉन बादल के रूप में वर्णित करती है — अंतरिक्ष का वह क्षेत्र जहाँ इलेक्ट्रॉन के पाए जाने की संभावना होती है।
स्तरों वाले ग्रहीय मॉडल (ऊपर दिए गए आरेख की तरह) का उपयोग स्कूली रसायन विज्ञान में आज भी किया जाता है: कणों की गणना और इलेक्ट्रॉनों के वितरण के लिए इसकी सटीकता पर्याप्त है।
उदाहरण: आवर्त सारणी के अनुसार परमाणु का विश्लेषण
उदाहरण 1. क्लोरीन परमाणु का पूर्ण विश्लेषण
प्रश्न। क्लोरीन परमाणु की संरचना निर्धारित करें और इलेक्ट्रॉनों को स्तरों में व्यवस्थित करें। आवर्त सारणी में: क्लोरीन Cl — तत्व №17, परमाणु द्रव्यमान 35.45।
चरण 1. क्रमांक Z = 17 → नाभिक में 17 प्रोटॉन।
चरण 2. परमाणु उदासीन है → इलेक्ट्रॉन भी उतने ही: 17 इलेक्ट्रॉन।
चरण 3. द्रव्यमान संख्या — परमाणु द्रव्यमान को पूर्णांक में बदलें: A = 35. न्यूट्रॉन: \(N = A - Z = 35 - 17 = 18\)।
चरण 4. 17 इलेक्ट्रॉनों को पास से दूर के स्तरों में व्यवस्थित करें: 2, फिर 8, शेष 7 → 2, 8, 7। बाहरी स्तर पर 7 संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं — यही क्लोरीन के रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं।
उत्तर: 17 p⁺, 18 n⁰, 17 e⁻; इलेक्ट्रॉन स्तर: 2, 8, 7।
उदाहरण 2. यूरेनियम-235 में कितने न्यूट्रॉन हैं
प्रश्न। यूरेनियम समस्थानिक \(^{235}_{92}\text{U}\) के नाभिक में कितने न्यूट्रॉन हैं?
चरण 1. रिकॉर्ड पढ़ें: निचली संख्या — क्रमांक, Z = 92 (प्रोटॉन); ऊपरी संख्या — द्रव्यमान, A = 235।
चरण 2. गणना करें: \(N = A - Z = 235 - 92 = 143\)।
उत्तर: 143 न्यूट्रॉन। ध्यान दें: प्राकृतिक यूरेनियम में \(^{238}_{92}\text{U}\) समस्थानिक भी होता है — वही 92 प्रोटॉन, लेकिन 146 न्यूट्रॉन।
उदाहरण 3. इलेक्ट्रॉनों से तत्व की पहचान
प्रश्न। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन स्तरों में इस प्रकार व्यवस्थित हैं: 2, 8, 1. यह कौन सा तत्व है?
चरण 1. इलेक्ट्रॉनों की गणना करें: 2 + 8 + 1 = 11।
चरण 2. उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन के बराबर होते हैं → Z = 11।
चरण 3. आवर्त सारणी देखें: तत्व №11 — सोडियम Na।
उत्तर: सोडियम। साथ ही यह भी स्पष्ट है कि यह इतना सक्रिय क्यों है: बाहरी स्तर पर केवल एक इलेक्ट्रॉन है, और सोडियम इसे आसानी से छोड़ देता है।
परमाणु संरचना समस्याओं में सामान्य गलतियाँ
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परमाणु द्रव्यमान और द्रव्यमान संख्या को भ्रमित करना: सूत्र N = A − Z में तालिका से दशमलव द्रव्यमान (जैसे क्लोरीन के लिए 35.45) का उपयोग करना।
द्रव्यमान संख्या A हमेशा एक पूर्णांक होती है: यह एक विशिष्ट परमाणु में कणों (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की संख्या है। समस्याओं के लिए तालिका से परमाणु द्रव्यमान को पूर्णांक में बदलें: क्लोरीन के लिए A = 35, जिसका अर्थ है N = 35 − 17 = 18।
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यह सोचना कि तत्व का क्रमांक परमाणु के सभी कणों की कुल संख्या है।
तत्व का क्रमांक Z केवल प्रोटॉन की संख्या (और उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या) है। न्यूट्रॉन Z में शामिल नहीं होते: उन्हें अलग से, N = A − Z सूत्र द्वारा पाया जाता है।
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इलेक्ट्रॉनों को नाभिक में रखना: 'परमाणु प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से बना है, जो नाभिक में स्थित हैं'।
नाभिक में केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन कोश में घूमते हैं — नाभिक के आकार से हजारों गुना अधिक दूरी पर।
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आयन के लिए तत्व के क्रमांक के अनुसार इलेक्ट्रॉनों की गणना करना: Na⁺ में '11 इलेक्ट्रॉन'।
Z केवल उदासीन परमाणु के लिए इलेक्ट्रॉनों की संख्या देता है। आयन आवेशित होता है: Na⁺ ने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया — 10 बचे; Cl⁻ ने एक स्वीकार किया — 18 हो गए। प्रोटॉन की संख्या नहीं बदलती।
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स्तरों को समान रूप से या मनमाने ढंग से भरना: क्लोरीन के लिए, उदाहरण के लिए, 8, 8, 1 लिखना।
स्तर नाभिक से बाहर की ओर सख्ती से भरे जाते हैं: पहले पहला (अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन), फिर दूसरा (8), फिर तीसरा। अपने 17 इलेक्ट्रॉनों के साथ क्लोरीन के लिए सही है: 2, 8, 7।
प्रश्न और उत्तर
परमाणु किससे बना है? संक्षेप में
परमाणु एक नाभिक और इलेक्ट्रॉन कोश से बना है। नाभिक प्रोटॉन (+1 आवेश) और न्यूट्रॉन (कोई आवेश नहीं) से बना है, कोश इलेक्ट्रॉन (-1 आवेश) से बना है। प्रोटॉन की संख्या आवर्त सारणी में तत्व के क्रमांक के बराबर होती है।
परमाणु को अविभाज्य कण क्यों कहा जाता है, यदि यह विभाजित होता है?
नाम प्राचीन ग्रीक शब्द atomos — 'अविभाज्य' से आया है: 19वीं सदी के अंत तक परमाणु को पदार्थ का सबसे सरल 'ईंट' माना जाता था। फिर इलेक्ट्रॉन और नाभिक की खोज हुई। लेकिन रासायनिक प्रतिक्रियाओं में परमाणु वास्तव में विभाजित नहीं होता — केवल इलेक्ट्रॉन कोश पुनर्गठित होते हैं, इसलिए रसायन विज्ञान के लिए यह अभी भी तत्व का सबसे छोटा कण है।
क्या यह सच है कि परमाणु प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है?
केवल आधा सच: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक की संरचना हैं। परमाणु की पूर्ण संरचना नाभिक (प्रोटॉन + न्यूट्रॉन) और इलेक्ट्रॉन हैं, जो नाभिक के चारों ओर घूमते हैं और इलेक्ट्रॉन कोश बनाते हैं।
परमाणु के ग्रहीय मॉडल में नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर क्यों होती है?
क्योंकि परमाणु कुल मिलाकर विद्युत रूप से उदासीन होता है: नाभिक का धनात्मक आवेश (+Z प्रोटॉन से) इलेक्ट्रॉनों के ऋणात्मक आवेश (-Z) द्वारा पूरी तरह से संतुलित होना चाहिए। यदि परमाणु एक इलेक्ट्रॉन खोता या जोड़ता है, तो समानता टूट जाती है — एक आवेशित कण, आयन बन जाता है।
आवर्त सारणी से प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या कैसे पता करें?
प्रोटॉन तत्व का क्रमांक Z है। उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉन भी उतने ही होते हैं। न्यूट्रॉन के लिए — परमाणु द्रव्यमान को पूर्णांक में बदलें (यह द्रव्यमान संख्या A है) और क्रमांक घटाएं: N = A − Z। उदाहरण के लिए, 56 द्रव्यमान वाला लोहा №26: 26 प्रोटॉन, 26 इलेक्ट्रॉन, 56 − 26 = 30 न्यूट्रॉन।
आवर्त सारणी में परमाणु द्रव्यमान दशमलव में क्यों होता है?
क्योंकि यह तत्व के सभी प्राकृतिक समस्थानिकों का उनकी प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए औसत है। प्रत्येक अलग परमाणु की द्रव्यमान संख्या एक पूर्णांक होती है (क्लोरीन के लिए 35 या 37), लेकिन समस्थानिकों के मिश्रण का औसत दशमलव में आता है — 35.45।
