आणविक सिद्धांत

परमाणु सिद्धांत वैज्ञानिक सिद्धांत है कि पदार्थ परमाणुओं नामक कणों से बना होता है। परमाणु सिद्धांत की उत्पत्ति परमाणुवाद नामक एक प्राचीन दार्शनिक परंपरा से हुई है। इस विचार के अनुसार, यदि कोई पदार्थ का एक ढेला लेकर उसे छोटे-छोटे टुकड़ों में काटता है, तो वह अंततः एक ऐसे बिंदु पर पहुंच जाएगा जहां टुकड़ों को और छोटे टुकड़ों में नहीं काटा जा सकता है। प्राचीन यूनानी दर्शन ने पदार्थ के इन काल्पनिक परम कणों को 'परमाणु' कहा, एक ऐसा शब्द जिसका अर्थ है बिना काटे।

1800 के दशक की शुरुआत में, वैज्ञानिक जॉन डाल्टन ने देखा कि रासायनिक पदार्थ वजन के अनुपात में अन्य पदार्थों में जुड़ते और टूटते हैं, जिससे पता चलता है कि प्रत्येक रासायनिक तत्व अंततः लगातार वजन के छोटे अविभाज्य कणों से बना होता है। 1850 के कुछ समय बाद, कुछ भौतिकविदों ने गैसों और ऊष्मा के गतिज सिद्धांत को विकसित किया, जिसने गणितीय रूप से गैसों के व्यवहार को यह मानते हुए प्रतिरूपित किया कि वे कणों से बने हैं। 20वीं सदी की शुरुआत में, अल्बर्ट आइंस्टीन और जॉन पेरिन ने साबित किया कि एक प्रकार कि गति (पानी में परागकणों की अनियमित गति) पानी के अणुओं की क्रिया के कारण होती है; साक्ष्य की इस तीसरी पंक्ति ने वैज्ञानिकों के बीच शेष संदेह को शांत कर दिया कि क्या परमाणु और अणु वास्तविक थे। उन्नीसवीं शताब्दी के दौरान, कुछ वैज्ञानिकों ने आगाह किया था कि परमाणुओं के लिए सबूत अप्रत्यक्ष थे, और इसलिए परमाणु वास्तव में वास्तविक नहीं हो सकते हैं, लेकिन केवल वास्तविक प्रतीत होते हैं।

20वीं शताब्दी की शुरुआत तक, वैज्ञानिकों ने पदार्थ की संरचना के लिए काफी विस्तृत और सटीक मॉडल विकसित कर लिए थे, जिसके कारण सामान्य पदार्थ बनाने वाले छोटे अदृश्य कणों के लिए अधिक कठोर-परिभाषित वर्गीकरण हुआ। एक परमाणु को अब मूल कण के रूप में परिभाषित किया जाता है जो एक रासायनिक तत्व का निर्माण करता है। 20वीं शताब्दी के अंत में, भौतिकविदों ने पाया कि जिन कणों को रसायनशास्त्री परमाणु कहते हैं, वे वास्तव में और भी छोटे कणों (उपपरमाण्विक कण|उपपरमाण्विक कण) के समूह हैं, लेकिन वैज्ञानिकों ने इस नाम को परंपरा से बाहर रखा। 'प्रारंभिक कण' शब्द का उपयोग अब उन कणों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जो वास्तव में अविभाज्य हैं।

दार्शनिक परमाणुवाद
यह विचार कि पदार्थ असतत इकाइयों से बना है, एक बहुत पुराना विचार है, जो ग्रीस और भारत जैसी कई प्राचीन संस्कृतियों में दिखाई देता है। परमाणु शब्द (ἄτομος;atomos), जिसका अर्थ है अकाट्य, पूर्व-ईश्वरीय दर्शन द्वारा गढ़ा गया था। पूर्व-सुकराती यूनानी दार्शनिक ल्यूसिपस और उनके शिष्य डेमोक्रिटस (c. 460–c. 370 ईसा पूर्व)।  डेमोक्रिटस ने सिखाया कि परमाणु संख्या में अनंत, अनुपचारित और शाश्वत थे, और यह कि किसी वस्तु के गुण उस प्रकार के परमाणुओं से उत्पन्न होते हैं जो इसे बनाते हैं।   डेमोक्रिटस के परमाणुवाद को बाद के ग्रीक दार्शनिक एपिकुरस (341-270 ईसा पूर्व) और रोमन एपिक्यूरियन कवि ल्यूक्रेटियस (341-270 ईसा पूर्व) द्वारा परिष्कृत और विस्तृत किया गया था।c. 99–c. 55 ईसा पूर्व)। प्रारंभिक मध्य युग के दौरान, परमाणुवाद को ज्यादातर पश्चिमी यूरोप में भुला दिया गया था। 12वीं शताब्दी के दौरान, अरस्तू के नए-नए खोजे गए लेखों में इसके संदर्भ के माध्यम से पश्चिमी यूरोप में इसे फिर से जाना जाने लगा। अरस्तू द्वारा समर्थित मामले का विरोधी दृष्टिकोण यह था कि मामला निरंतर और अनंत था और इसे असीमित रूप से उप-विभाजित किया जा सकता था।  14वीं शताब्दी में, एटमिस्ट शिक्षाओं का वर्णन करने वाले प्रमुख कार्यों की पुनर्खोज, जिसमें ल्यूक्रेटियस की प्रकृति और डायोजनीज लेर्टियस की प्रख्यात दार्शनिकों के जीवन और राय शामिल हैं, ने इस विषय पर विद्वानों का ध्यान बढ़ाया। फिर भी, क्योंकि परमाणुवाद महाकाव्यवाद के दर्शन से जुड़ा था, जो रूढ़िवादी ईसाई शिक्षाओं का खंडन करता था, अधिकांश यूरोपीय दार्शनिकों द्वारा परमाणुओं में विश्वास को स्वीकार्य नहीं माना जाता था। फ्रांसीसी कैथोलिक पादरी पियरे गैसेंडी (1592-1655) ने एपिक्यूरियन परमाणुवाद को संशोधनों के साथ पुनर्जीवित किया, यह तर्क देते हुए कि परमाणु भगवान द्वारा बनाए गए थे और हालांकि बहुत अधिक हैं, अनंत नहीं हैं। वह पहले व्यक्ति थे जिन्होंने परमाणुओं के एकत्रीकरण का वर्णन करने के लिए अणु शब्द का प्रयोग किया।  फ्रांस्वा बर्नियर (1620-1688) और इंग्लैंड में प्राकृतिक दार्शनिक वाल्टर चार्लटन (1619-1707) द्वारा गैसेंडी के परमाणुओं के संशोधित सिद्धांत को फ्रांस में लोकप्रिय बनाया गया था। रसायनज्ञ रॉबर्ट बॉयल (1627-1691) और भौतिक विज्ञानी आइजैक न्यूटन (1642-1727) दोनों ने परमाणुवाद का बचाव किया और 17वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिक समुदाय के कुछ हिस्सों द्वारा इसे स्वीकार कर लिया गया।

डाल्टन का बहु अनुपात का नियम
18वीं शताब्दी के अंत के करीब, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बारे में दो कानून परमाणु सिद्धांत की धारणा का जिक्र किए बिना उभरे। पहला द्रव्यमान का संरक्षण था, एंटोनी लेवोइसियर के काम से निकटता से जुड़ा हुआ है, जिसमें कहा गया है कि रासायनिक प्रतिक्रिया में कुल द्रव्यमान स्थिर रहता है (अर्थात, अभिकारकों का द्रव्यमान उत्पादों के समान होता है)। दूसरा निश्चित अनुपात का नियम था। 1797 में पहली बार फ्रांसीसी रसायनज्ञ जोसेफ प्राउस्ट द्वारा स्थापित इस कानून में कहा गया है कि यदि कोई यौगिक अपने घटक रासायनिक तत्वों में टूट जाता है, तो मूल मात्रा या स्रोत की परवाह किए बिना घटकों के द्रव्यमान हमेशा वजन के समान अनुपात में होंगे। पदार्थ। जॉन डाल्टन ने स्वयं और अन्य वैज्ञानिकों द्वारा एकत्र किए गए डेटा का अध्ययन किया और एक पैटर्न देखा जो बाद में कई अनुपातों के कानून के रूप में जाना जाने लगा। यौगिकों में जिनमें सभी में एक विशेष तत्व होता है, उस तत्व की सामग्री इन यौगिकों में छोटी पूर्ण संख्याओं के अनुपात से भिन्न होगी। इन सब से डाल्टन ने निष्कर्ष निकाला कि तत्व एक दूसरे के साथ असतत और वजन की सुसंगत इकाइयों में प्रतिक्रिया करते हैं। डाल्टन ने इन इकाइयों को परमाणु कहने का फैसला किया।

उदाहरण 1 — टिन ऑक्साइड: डाल्टन ने टिन के दो ऑक्साइड की पहचान की। एक ग्रे पाउडर है (जिसे डाल्टन ने प्रोटोऑक्साइड कहा है) जिसमें टिन के प्रत्येक 100 भागों के लिए ऑक्सीजन का 13.5 भाग होता है। अन्य ऑक्साइड एक सफेद पाउडर है (जिसे डाल्टन ने ड्यूटॉक्साइड कहा है) जिसमें टिन के प्रत्येक 100 भागों के लिए ऑक्सीजन के 27 भाग होते हैं। 13.5 और 27 1:2 का अनुपात बनाते हैं। डाल्टन ने निष्कर्ष निकाला कि ग्रे ऑक्साइड में प्रत्येक टिन परमाणु के लिए एक ऑक्सीजन परमाणु होता है, और सफेद ऑक्साइड में प्रत्येक टिन परमाणु के लिए दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। इन ऑक्साइड को आज टिन (II) ऑक्साइड (SnO) और टिन (IV) ऑक्साइड (SnO) के नाम से जाना जाता है।2) क्रमश।

उदाहरण 2 — आयरन ऑक्साइड्स: डाल्टन ने आयरन के दो ऑक्साइडों की पहचान की। एक काला चूर्ण होता है जिसमें लोहे के प्रत्येक 100 भाग में लगभग 28 भाग ऑक्सीजन होता है। दूसरा एक लाल पाउडर है जिसमें लोहे के प्रत्येक 100 भाग के लिए ऑक्सीजन के 42 भाग होते हैं। 28 और 42 का अनुपात 2:3 है। इन ऑक्साइड को आज आयरन (II) ऑक्साइड (जिसे वुस्टाइट के रूप में जाना जाता है) और आयरन (III) ऑक्साइड (जंग का प्रमुख घटक) के रूप में जाना जाता है। इनके सूत्र Fe हैं2O2 और फे2O3 क्रमश।

उदाहरण 3 - नाइट्रोजन ऑक्साइड: डाल्टन ने नाइट्रोजन के तीन ऑक्साइड का उल्लेख किया: नाइट्रस ऑक्साइड, नाइट्रस गैस और नाइट्रिक एसिड (इन यौगिकों को आज क्रमशः नाइट्रस ऑक्साइड, नाइट्रिक ऑक्साइड और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड के रूप में जाना जाता है)। नाइट्रस ऑक्साइड 63.3% नाइट्रोजन और 36.7% ऑक्सीजन है, जिसका अर्थ है कि इसमें प्रत्येक 140 ग्राम नाइट्रोजन के लिए 80 ग्राम ऑक्सीजन है। नाइट्रस गैस 44.05% नाइट्रोजन और 55.95% ऑक्सीजन है, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक 140 ग्राम नाइट्रोजन के लिए 160 ग्राम ऑक्सीजन है। नाइट्रिक एसिड 29.5% नाइट्रोजन और 70.5% ऑक्सीजन है, जिसका अर्थ है कि इसमें प्रत्येक 140 ग्राम नाइट्रोजन के लिए 320 ग्राम ऑक्सीजन है। 80 ग्राम, 160 ग्राम और 320 ग्राम में 1:2:4 का अनुपात होता है। इन यौगिकों के सूत्र N हैं2ओ, नहीं, और नहीं2.

परमाणु भार का निर्धारण
किसी तत्व का परमाणु भार मापता है कि उस तत्व का परमाणु अन्य तत्वों के परमाणुओं की तुलना में कितना भारी है। डाल्टन और उनके समकालीन परमाणु के निरपेक्ष भार को नहीं माप सकते थे, यानी उनका वजन ग्राम में।

1803 में डाल्टन ने पानी में कार्बन डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन जैसी विभिन्न गैसों की घुलनशीलता पर मैनचेस्टर लिटरेरी एंड फिलोसोफिकल सोसाइटी के सामने एक वार्ता में कई पदार्थों के सापेक्ष परमाणु भारों की एक सूची का उल्लेख किया। डाल्टन ने यह संकेत नहीं दिया कि उन्होंने सापेक्ष वजन कैसे प्राप्त किया, लेकिन उन्होंने शुरू में परिकल्पना की कि घुलनशीलता में भिन्नता द्रव्यमान और गैस कणों की जटिलता में अंतर के कारण थी - एक विचार जिसे उन्होंने 1805 में पेपर के अंत में प्रकाशित होने तक छोड़ दिया था। वर्षों से, कई इतिहासकारों ने डाल्टन के परमाणु सिद्धांत के विकास का श्रेय उनके गैसीय विलेयता के अध्ययन को दिया है, लेकिन उनकी प्रयोगशाला नोटबुक प्रविष्टियों के एक हालिया अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि उन्होंने रासायनिक परमाणु सिद्धांत विकसित किया। 1803 में नाइट्रिक एसिड की संरचना पर कैवेंडिश और लेवोज़ियर के विश्लेषणात्मक डेटा को समेटने के लिए, पानी में गैसों की घुलनशीलता की व्याख्या करने के लिए नहीं। रेफरी>

थॉमसन (रसायनज्ञ) ने अपनी पुस्तक ए सिस्टम ऑफ केमिस्ट्री के तीसरे संस्करण में डाल्टन के परमाणु सिद्धांत का पहला संक्षिप्त विवरण प्रकाशित किया। रेफरी>1808 में डाल्टन ने ए न्यू सिस्टम ऑफ केमिकल फिलॉसफी के पहले भाग में एक विस्तृत विवरण प्रकाशित किया। रेफरी>हालांकि, 1811 तक डाल्टन ने बहु अनुपात के अपने सिद्धांत के लिए अपना तर्क प्रदान नहीं किया था। रेफरी>

डाल्टन ने परमाणु भार का अनुमान द्रव्यमान अनुपात के अनुसार लगाया जिसमें वे संयुक्त हुए, जिसमें हाइड्रोजन परमाणु को एकता के रूप में लिया गया। हालाँकि, डाल्टन को यह नहीं पता था कि कुछ तत्व परमाणु अपने प्राकृतिक शुद्ध रूप में अणुओं के रूप में मौजूद होते हैं- उदा। शुद्ध ऑक्सीजन O के रूप में मौजूद है2. उन्होंने यह भी गलती से माना कि किन्हीं भी दो तत्वों के बीच सबसे सरल यौगिक हमेशा प्रत्येक का एक परमाणु होता है (इसलिए उन्होंने सोचा कि पानी HO था, H नहीं2ओ). यह, उसके उपकरणों की अशिष्टता के अलावा, उसके परिणामों में त्रुटिपूर्ण था। उदाहरण के लिए, 1803 में उनका मानना ​​था कि ऑक्सीजन परमाणु हाइड्रोजन परमाणुओं से 5.5 गुना भारी थे, क्योंकि पानी में उन्होंने प्रत्येक 1 ग्राम हाइड्रोजन के लिए 5.5 ग्राम ऑक्सीजन मापा और माना कि पानी का सूत्र HO था। बेहतर डेटा को अपनाते हुए, 1806 में उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ऑक्सीजन का परमाणु भार वास्तव में 5.5 के बजाय 7 होना चाहिए, और उन्होंने अपने शेष जीवन के लिए इस वजन को बनाए रखा। इस समय अन्य लोगों ने पहले ही निष्कर्ष निकाला था कि ऑक्सीजन परमाणु को हाइड्रोजन के सापेक्ष 8 वजन होना चाहिए, यदि कोई जल अणु (HO) के लिए डाल्टन के सूत्र को मानता है, या 16 यदि कोई आधुनिक जल सूत्र (H) को मानता है।2ओ).

अवोगाद्रो
डाल्टन के सिद्धांत में दोष को 1811 में एमेडियो अवोगाद्रो द्वारा सैद्धांतिक रूप से ठीक किया गया था। अवोगाद्रो ने प्रस्तावित किया था कि समान तापमान और दबाव पर किन्हीं दो गैसों के समान आयतन में समान संख्या में अणु होते हैं (दूसरे शब्दों में, गैस के कणों का द्रव्यमान उस आयतन को प्रभावित नहीं करता है जो इसे घेरे हुए है)। अवोगाद्रो के नियम ने उन्हें उन मात्राओं का अध्ययन करके कई गैसों की डायटोमिक प्रकृति को कम करने की अनुमति दी, जिस पर उन्होंने प्रतिक्रिया की। उदाहरण के लिए: चूंकि दो लीटर हाइड्रोजन दो लीटर जल वाष्प (स्थिर दबाव और तापमान पर) उत्पन्न करने के लिए केवल एक लीटर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करेगा, इसका मतलब है कि पानी के दो कण बनाने के लिए एक ऑक्सीजन अणु दो भागों में विभाजित हो जाता है। इस प्रकार, अवोगाद्रो ऑक्सीजन और विभिन्न अन्य तत्वों के परमाणु द्रव्यमान का अधिक सटीक अनुमान लगाने में सक्षम था, और अणुओं और परमाणुओं के बीच स्पष्ट अंतर किया।

मेंडेलीव की आवर्त सारणी


दिमित्री मेंडेलीव ने देखा कि जब उन्होंने तत्वों को उनके परमाणु भार के अनुसार एक पंक्ति में व्यवस्थित किया, तो उनमें एक निश्चित आवधिकता थी। उदाहरण के लिए, दूसरा तत्व, लिथियम, नौवें तत्व, सोडियम, और सोलहवें तत्व, पोटैशियम - सात की अवधि के समान गुण थे। इसी तरह, फीरोज़ा, मैगनीशियम और कैल्शियम समान थे और सभी मेंडेलीव की मेज पर एक दूसरे से सात स्थान अलग थे (आधुनिक तालिका में आठ स्थान अलग)। इन पैटर्नों का उपयोग करते हुए, मेंडेलीव ने नए तत्वों के अस्तित्व और गुणों की भविष्यवाणी की, जिन्हें बाद में प्रकृति में खोजा गया: स्कैंडियम, गैलियम और जर्मेनियम।  इसके अलावा, आवर्त सारणी यह ​​अनुमान लगा सकती है कि अन्य तत्वों के कितने परमाणु जिनके साथ एक परमाणु बंध सकता है - जैसे, जर्मेनियम और कार्बन कार्बन समूह में हैं और उनके परमाणु दोनों दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ जुड़ते हैं (GeO)2 और सह2). मेंडेलीव ने इन पैटर्नों को परिकल्पना की पुष्टि करने के लिए पाया कि पदार्थ परमाणुओं से बना है। एक अवधि के मध्य में एक नया तत्व डालने से उस अवधि और अगले के बीच समानांतर टूट जाएगा, और डाल्टन के कई अनुपातों के नियम का भी उल्लंघन होगा।

ब्राउनियन गति
1827 में, ब्रिटिश वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (वनस्पतिशास्त्री, जन्म 1773) ने देखा कि पानी में तैरते परागकणों के अंदर धूल के कण बिना किसी स्पष्ट कारण के लगातार हिलते-डुलते रहते हैं। 1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सिद्धांत दिया कि यह ब्राउनियन गति पानी के अणुओं द्वारा अनाज को लगातार खटखटाने के कारण हुई, और इसका वर्णन करने के लिए एक गणितीय मॉडल विकसित किया। इस मॉडल को 1908 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन पेरिन द्वारा प्रयोगात्मक रूप से मान्य किया गया था, इस प्रकार परमाणु सिद्धांत के लिए अतिरिक्त सत्यापन और अणुओं के आकार का एक मात्रात्मक माप प्रदान किया गया।

सांख्यिकीय यांत्रिकी
आदर्श गैस कानून और भौतिकी के सांख्यिकीय रूपों को पेश करने के लिए, परमाणुओं के अस्तित्व की पुष्टि करना आवश्यक था। 1738 में, स्विस भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ डेनियल बर्नौली ने माना कि गैसों का दबाव और गर्मी दोनों ही अणुओं की अंतर्निहित गति के कारण होते हैं।

1860 में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल, जो परमाणुवाद के मुखर समर्थक थे, भौतिकी में सांख्यिकीय यांत्रिकी का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे। लुडविग बोल्ट्जमैन और रुडोल्फ क्लॉसियस ने गैसों और ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों पर अपने काम का विस्तार किया, विशेष रूप से एंट्रॉपी से संबंधित दूसरा कानून। 1870 के दशक में, योशिय्याह विलार्ड गिब्स ने एंट्रॉपी और ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों का विस्तार किया और सांख्यिकीय यांत्रिकी शब्द गढ़ा। आइंस्टीन ने बाद में स्वतंत्र रूप से गिब्स के कानूनों को फिर से खोजा, क्योंकि वे केवल एक अस्पष्ट अमेरिकी पत्रिका में छपे थे। आइंस्टीन ने बाद में टिप्पणी की कि अगर उन्हें गिब्स के काम के बारे में पता होता, तो वे उन पत्रों को बिल्कुल भी प्रकाशित नहीं करते, लेकिन खुद को कुछ बिंदुओं [जो अलग थे] के उपचार तक ही सीमित रखते। सभी सांख्यिकीय यांत्रिकी और गर्मी, गैस और एन्ट्रापी के नियमों ने परमाणुओं के अस्तित्व को एक आवश्यक अवधारणा के रूप में लिया।

उपपरमाण्विक कणों की खोज
1897 तक परमाणुओं को पदार्थ का सबसे छोटा संभव विभाजन माना जाता था जब जे जे थॉमसन ने कैथोड किरणों पर अपने काम के माध्यम से इलेक्ट्रॉन की खोज की। क्रूक्स ट्यूब एक सीलबंद ग्लास कंटेनर होता है जिसमें दो इलेक्ट्रोड एक वैक्यूम द्वारा अलग होते हैं। जब इलेक्ट्रोड पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो कैथोड किरणें उत्पन्न होती हैं, जिससे एक चमकदार पैच बनता है जहां वे ट्यूब के विपरीत छोर पर कांच से टकराते हैं। प्रयोग के माध्यम से, थॉमसन ने पाया कि किरणों को एक विद्युत क्षेत्र (चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, जो पहले से ज्ञात था) द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ये किरणें, प्रकाश का एक रूप होने के बजाय, बहुत हल्के विद्युत आवेश कणों से बनी थीं। थॉमसन ने इन कणिकावाद को बुलाया, लेकिन अन्य वैज्ञानिकों ने उन्हें विद्युत आवेश की मूल इकाई के नामकरण के लिए जॉर्ज जॉनस्टोन स्टोनी द्वारा 1894 के सुझाव के बाद इलेक्ट्रॉन कहा। उन्होंने मास-टू-चार्ज अनुपात को मापा और पाया कि यह सबसे छोटे परमाणु हाइड्रोजन से 1800 गुना छोटा था। ये कणिकाएं पहले से ज्ञात किसी अन्य के विपरीत एक कण थीं।

थॉमसन ने सुझाव दिया कि परमाणु विभाज्य हैं, और कणिकाएं उनके निर्माण खंड हैं। परमाणु के समग्र तटस्थ आवेश की व्याख्या करने के लिए, उन्होंने प्रस्ताव दिया कि कणिकाओं को सकारात्मक आवेश के एक समान समुद्र में वितरित किया गया था। इसे बेर का हलवा मॉडल के रूप में जाना जाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन धनात्मक आवेश में एम्बेडेड होते हैं जैसे कि क्रिसमस का हलवा में फल के टुकड़े | सूखे फल का हलवा, हालांकि थॉमसन ने सोचा कि इलेक्ट्रॉन परमाणु के भीतर घूमते हैं।

नाभिक की खोज
थॉमसन के प्लम पुडिंग मॉडल को 1909 में उनके एक पूर्व छात्र, अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा अस्वीकृत कर दिया गया था, जिन्होंने पाया कि परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान और धनात्मक आवेश इसके आयतन के बहुत छोटे अंश में केंद्रित होता है, जिसे उन्होंने बहुत कम मात्रा में माना था। केंद्र।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों हंस गीजर और अर्नेस्ट मार्सडेन को थॉमसन मॉडल के बारे में संदेह होने के बाद कठिनाइयों का सामना करना पड़ा जब उन्होंने अल्फा कणों के चार्ज-टू-मास अनुपात को मापने के लिए एक उपकरण बनाने की कोशिश की (ये सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण हैं) कुछ रेडियोधर्मी पदार्थ जैसे रेडियम)। डिटेक्शन चैंबर में हवा द्वारा अल्फा कण बिखरे जा रहे थे, जिससे माप अविश्वसनीय हो गए थे। थॉमसन को कैथोड किरणों पर अपने काम में इसी तरह की समस्या का सामना करना पड़ा था, जिसे उन्होंने अपने उपकरणों में लगभग पूर्ण वैक्यूम बनाकर हल किया था। रदरफोर्ड ने नहीं सोचा था कि वह इसी समस्या का सामना करेंगे क्योंकि अल्फा कण इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक भारी होते हैं। परमाणु के थॉमसन के मॉडल के अनुसार, परमाणु में सकारात्मक चार्ज एक अल्फा कण को ​​​​विक्षेपित करने के लिए पर्याप्त विद्युत क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त रूप से केंद्रित नहीं है, और इलेक्ट्रॉन इतने हल्के होते हैं कि उन्हें बहुत भारी अल्फा कणों द्वारा आसानी से एक तरफ धकेल दिया जाना चाहिए। फिर भी बिखराव था, इसलिए रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों ने इस बिखराव की सावधानी से जांच करने का फैसला किया। 1908 और 1913 के बीच, रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों ने कई प्रयोग किए, जिसमें उन्होंने अल्फा कणों के साथ धातु की पतली पन्नी पर बमबारी की। उन्होंने अल्फा कणों को 90° से अधिक कोणों से विक्षेपित होते हुए देखा। इसकी व्याख्या करने के लिए, रदरफोर्ड ने प्रस्ताव दिया कि परमाणु का धनात्मक आवेश परमाणु के पूरे आयतन में वितरित नहीं होता जैसा कि थॉमसन का मानना ​​था, बल्कि केंद्र में एक छोटे से नाभिक में केंद्रित है। आवेश की केवल इतनी सघन सांद्रता ही एक ऐसा विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर सकती है जो अल्फा कणों को विक्षेपित करने के लिए पर्याप्त हो जैसा कि देखा गया है। रदरफोर्ड के मॉडल को कभी-कभी ग्रहीय मॉडल कहा जाता है। हालांकि, हंतारो नागाओका को रदरफोर्ड ने 1904 में ग्रहों के परमाणु का सुझाव देने वाले पहले व्यक्ति के रूप में उद्धृत किया था। और ग्रहों के मॉडल का सुझाव 1897 की शुरुआत में दिया गया था जैसे कि जोसेफ लारमोर द्वारा दिया गया था। संभवतः सौर मंडल का सबसे पहला मॉडल 1854 में लुडविग अगस्त कोल्डिंग द्वारा एक अप्रकाशित नोट में पाया गया था, जिसका विचार था कि परमाणु ग्रहीय प्रणालियों के अनुरूप थे जो घूमते हैं और चुंबकीय ध्रुवीयता का कारण बनते हैं।

परमाणु के क्वांटम भौतिक मॉडल की ओर पहला कदम
परमाणु के ग्रहीय मॉडल में दो महत्वपूर्ण कमियाँ थीं। पहला यह है कि सूर्य की परिक्रमा करने वाले ग्रहों के विपरीत, इलेक्ट्रॉन आवेशित कण होते हैं। शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व में लार्मर सूत्र के अनुसार एक त्वरित विद्युत आवेश विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करने के लिए जाना जाता है। एक कक्षीय आवेश को धीरे-धीरे ऊर्जा खोनी चाहिए और एक सेकंड के एक छोटे से अंश में इसके साथ टकराते हुए, नाभिक की ओर सर्पिल होना चाहिए। दूसरी समस्या यह थी कि ग्रहों का मॉडल अत्यधिक शिखर वाले उत्सर्जन स्पेक्ट्रम और परमाणुओं के अवशोषण स्पेक्ट्रम की व्याख्या नहीं कर सका जो देखे गए थे।

क्वांटम यांत्रिकी ने 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में भौतिकी में क्रांति ला दी, जब मैक्स प्लैंक और अल्बर्ट आइंस्टीन ने कहा कि प्रकाश ऊर्जा क्वांटम (एकवचन, क्वांटम) के रूप में जानी जाने वाली असतत मात्रा में उत्सर्जित या अवशोषित होती है। इसने क्वांटम परमाणु मॉडलों की एक श्रृंखला को जन्म दिया जैसे 1910 में आर्थर एरिक हास का क्वांटम मॉडल और 1912 में जॉन विलियम निकोलसन क्वांटम परमाणु मॉडल जिसने कोणीय गति को h/2 के रूप में निर्धारित किया।$\pi$. 1913 में, नील्स बोह्र ने इस विचार को परमाणु के अपने बोह्र मॉडल में शामिल किया, जिसमें एक इलेक्ट्रॉन केवल निश्चित कोणीय गति और ऊर्जा के साथ विशेष गोलाकार कक्षाओं में नाभिक की परिक्रमा कर सकता है, नाभिक से इसकी दूरी (यानी, उनकी त्रिज्या) आनुपातिक होती है। इसकी ऊर्जा। इस मॉडल के तहत एक इलेक्ट्रॉन नाभिक में सर्पिल नहीं हो सका क्योंकि यह निरंतर तरीके से ऊर्जा नहीं खो सकता था; इसके बजाय, यह निश्चित ऊर्जा स्तरों के बीच केवल तात्कालिक परमाणु इलेक्ट्रॉन संक्रमण कर सकता है। जब ऐसा हुआ, तो प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तन के आनुपातिक आवृत्ति पर उत्सर्जित या अवशोषित किया गया था (इसलिए असतत स्पेक्ट्रा में प्रकाश का अवशोषण और उत्सर्जन)।

बोर का मॉडल पूर्ण नहीं था। यह केवल हाइड्रोजन की वर्णक्रमीय रेखाओं की भविष्यवाणी कर सकता था, बहुइलेक्ट्रॉन परमाणुओं की नहीं। इससे भी बदतर, यह हाइड्रोजन स्पेक्ट्रम की सभी विशेषताओं का हिसाब भी नहीं दे सका: जैसे-जैसे स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री में सुधार हुआ, यह पता चला कि एक चुंबकीय क्षेत्र Zeeman प्रभाव को इस तरह से लागू करना कि बोह्र का मॉडल व्याख्या नहीं कर सका। 1916 में, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड ने अतिरिक्त उत्सर्जन लाइनों की व्याख्या करने के लिए बोह्र मॉडल में अण्डाकार कक्षाएँ जोड़ीं, लेकिन इसने मॉडल का उपयोग करना बहुत कठिन बना दिया, और यह अभी भी अधिक जटिल परमाणुओं की व्याख्या नहीं कर सका।

समस्थानिकों की खोज
रेडियोधर्मी क्षय के उत्पादों के साथ प्रयोग करते हुए, 1913 में रेडियो रसायन फ्रेडरिक सोड्डी ने पाया कि कुछ तत्वों की एक से अधिक किस्में दिखाई देती हैं। इन किस्मों के लिए उपयुक्त नाम के रूप में मार्गरेट टोड (डॉक्टर)डॉक्टर) द्वारा आइसोटोप शब्द गढ़ा गया था। उसी वर्ष, जे जे थॉमसन ने एक प्रयोग किया जिसमें उन्होंने चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से नियोन आयनों की एक धारा को दूसरे छोर पर एक फोटोग्राफिक प्लेट से टकराते हुए प्रसारित किया। उन्होंने प्लेट पर दो चमकदार धब्बे देखे, जो दो अलग-अलग विक्षेपण प्रक्षेपवक्रों का सुझाव देते थे। थॉमसन ने यह निष्कर्ष निकाला क्योंकि कुछ नियॉन आयनों का द्रव्यमान भिन्न था। इस भिन्न द्रव्यमान की प्रकृति को बाद में 1932 में न्यूट्रॉन की खोज से समझाया जाएगा: एक ही तत्व के सभी परमाणुओं में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं, जबकि विभिन्न समस्थानिकों में न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है।

परमाणु कणों की खोज
1917 में अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के साथ नाइट्रोजन गैस की बमबारी की और गैस से निकलने वाले हाइड्रोजन नाभिकों को देखा (रदरफोर्ड ने इन्हें पहचाना, क्योंकि उन्होंने पहले उन्हें अल्फा कणों के साथ हाइड्रोजन पर बमबारी करके और उत्पादों में हाइड्रोजन नाभिकों का अवलोकन करते हुए प्राप्त किया था)। रदरफोर्ड ने निष्कर्ष निकाला कि हाइड्रोजन नाभिक स्वयं नाइट्रोजन परमाणुओं के नाभिक से निकलते हैं (वास्तव में, उन्होंने नाइट्रोजन को विभाजित किया था)। अपने स्वयं के काम और अपने छात्रों बोह्र और हेनरी मोस्ले के काम से, रदरफोर्ड जानते थे कि किसी भी परमाणु का धनात्मक आवेश हमेशा हाइड्रोजन नाभिकों की पूर्णांक संख्या के बराबर हो सकता है। यह, कई तत्वों के परमाणु द्रव्यमान के साथ-साथ हाइड्रोजन परमाणुओं की एक पूर्णांक संख्या के लिए प्राउट की परिकल्पना - तब सबसे हल्का कण माना जाता है - ने उन्हें यह निष्कर्ष निकालने के लिए प्रेरित किया कि हाइड्रोजन नाभिक एकवचन कण थे और सभी परमाणु नाभिकों के मूल घटक थे। ऐसे कणों को उन्होंने प्रोटॉन नाम दिया। रदरफोर्ड द्वारा आगे के प्रयोग में पाया गया कि अधिकांश परमाणुओं का परमाणु द्रव्यमान उसके पास मौजूद प्रोटॉन से अधिक है; उन्होंने अनुमान लगाया कि यह अधिशेष द्रव्यमान पहले से अज्ञात न्यूट्रल चार्ज कणों से बना था, जिन्हें अस्थायी रूप से न्यूट्रॉन करार दिया गया था।

1928 में, वाल्टर बोथे ने देखा कि अल्फा कणों के साथ बमबारी करने पर बेरिलियम अत्यधिक मर्मज्ञ, विद्युत रूप से तटस्थ विकिरण उत्सर्जित करता है। बाद में पता चला कि यह विकिरण पैराफिन मोम से हाइड्रोजन परमाणुओं को बाहर निकाल सकता है। प्रारंभ में इसे उच्च-ऊर्जा गामा विकिरण माना जाता था, क्योंकि गामा विकिरण का धातुओं में इलेक्ट्रॉनों पर समान प्रभाव पड़ता था, लेकिन जेम्स चाडविक ने पाया कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण के कारण होने के लिए आयनीकरण प्रभाव बहुत मजबूत था, जब तक कि ऊर्जा और संवेग बातचीत में संरक्षित किया गया। 1932 में, चाडविक ने रहस्यमय बेरिलियम विकिरण के लिए हाइड्रोजन और नाइट्रोजन जैसे विभिन्न तत्वों को उजागर किया, और पुनरावर्तक आवेशित कणों की ऊर्जा को मापकर, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि विकिरण वास्तव में विद्युत रूप से तटस्थ कणों से बना था, जो द्रव्यमान की तरह द्रव्यमान रहित नहीं हो सकता था। गामा किरण, लेकिन इसके बजाय एक प्रोटॉन के समान द्रव्यमान होना आवश्यक था। चाडविक ने अब दावा किया कि ये कण रदरफोर्ड के न्यूट्रॉन हैं। न्यूट्रॉन की खोज के लिए चाडविक को 1935 में नोबेल पुरस्कार मिला।

परमाणु के क्वांटम भौतिक मॉडल
1924 में, लुइस डी ब्रोगली ने प्रस्तावित किया कि सभी गतिमान कण-विशेष रूप से उप-परमाणु कण जैसे इलेक्ट्रॉन-तरंग-समान व्यवहार का एक अंश प्रदर्शित करते हैं। इस विचार से प्रभावित इरविन श्रोडिंगर ने यह पता लगाया कि परमाणु में इलेक्ट्रॉन की गति को एक कण के बजाय एक तरंग के रूप में बेहतर ढंग से समझाया जा सकता है या नहीं। श्रोडिंगर का समीकरण, 1926 में प्रकाशित, बिंदु कण के बजाय एक इलेक्ट्रॉन को तरंग क्रिया के रूप में वर्णित करता है। इस दृष्टिकोण ने कई वर्णक्रमीय घटनाओं की सुंदर ढंग से भविष्यवाणी की है कि बोह्र का मॉडल व्याख्या करने में विफल रहा। यद्यपि यह अवधारणा गणितीय रूप से सुविधाजनक थी, इसकी कल्पना करना कठिन था, और विरोध का सामना करना पड़ा। इसके आलोचकों में से एक, मैक्स बोर्न, ने इसके बजाय प्रस्तावित किया कि श्रोडिंगर के तरंग समारोह ने एक इलेक्ट्रॉन की भौतिक सीमा का वर्णन नहीं किया (जैसे शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व में चार्ज वितरण), बल्कि संभावना दी कि एक इलेक्ट्रॉन, जब मापा जाएगा, एक पर पाया जाएगा। खास बिंदु। इसने तरंग-जैसे और कण-जैसे इलेक्ट्रॉनों के विचारों को समेट लिया: एक इलेक्ट्रॉन, या किसी अन्य उपपरमाण्विक इकाई के व्यवहार में तरंग-कण द्वैत होता है | दोनों तरंग-जैसे और कण-जैसे पहलू, और चाहे एक पहलू हो या दूसरा अधिक स्पष्ट है स्थिति पर निर्भर करता है। तरंगों के रूप में इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करने का एक परिणाम यह है कि एक साथ एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति और गति को प्राप्त करना गणितीय रूप से असंभव है। यह सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग के बाद हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के रूप में जाना जाने लगा, जिन्होंने पहली बार 1927 में इसका एक संस्करण प्रकाशित किया था। (हाइजेनबर्ग ने एक विचार प्रयोग का विश्लेषण किया जहां एक हाइजेनबर्ग के माइक्रोस्कोप का प्रयास करता है। एक साथ एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति और गति को मापता है। हालांकि, हाइजेनबर्ग ने इन मापों में अनिश्चितता का क्या मतलब है, इसकी सटीक गणितीय परिभाषा नहीं दी। स्थिति-संवेग अनिश्चितता सिद्धांत का सटीक गणितीय बयान अर्ल हेस्से केनार्ड, वोल्फगैंग पाउली और हरमन वेइल के कारण है। ) इसने बोह्र के मॉडल को अमान्य कर दिया, इसकी स्वच्छ, स्पष्ट रूप से परिभाषित गोलाकार कक्षाओं के साथ। परमाणु कक्षीय मॉडल संभावनाओं के संदर्भ में एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति का वर्णन करता है। एक इलेक्ट्रॉन संभावित रूप से नाभिक से किसी भी दूरी पर पाया जा सकता है, लेकिन, इसके ऊर्जा स्तर और कोणीय गति के आधार पर, नाभिक के आसपास के कुछ क्षेत्रों में दूसरों की तुलना में अधिक बार मौजूद होता है; इस पैटर्न को इसके परमाणु कक्षीय के रूप में जाना जाता है। ऑर्बिटल्स कई प्रकार के आकार में आते हैं-गोला, डम्बल, टोरस्र्स, आदि-बीच में नाभिक के साथ। श्रोडिंगर समीकरण को हल करके परमाणु कक्षाओं के आकार पाए जाते हैं; हालांकि, श्रोडिंगर समीकरण के विश्लेषणात्मक समाधान हाइड्रोजन परमाणु और डाइहाइड्रोजन कटियन सहित विश्लेषणात्मक समाधानों के साथ क्वांटम-मैकेनिकल सिस्टम की सूची के लिए जाने जाते हैं। यहां तक ​​कि हीलियम परमाणु- जिसमें सिर्फ दो इलेक्ट्रॉन होते हैं- ने पूरी तरह से विश्लेषणात्मक उपचार के सभी प्रयासों को विफल कर दिया है।

यह भी देखें

 * स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * आणविक सिद्धांत का इतिहास
 * रासायनिक तत्व खोजों की समयरेखा
 * क्वांटम यांत्रिकी का परिचय
 * गैसों का गतिज सिद्धांत
 * अणुवाद
 * क्वांटम सिद्धांत के भौतिक सिद्धांत

अग्रिम पठन

 * Bernard Pullman (1998) The Atom in the History of Human Thought, trans. by Axel Reisinger. Oxford Univ. Press.
 * Charles Adolphe Wurtz (1881) The Atomic Theory, D. Appleton and Company, New York.
 * Alan J. Rocke (1984) Chemical Atomism in the Nineteenth Century: From Dalton to Cannizzaro, Ohio State University Press, Columbus (open access full text at http://digital.case.edu/islandora/object/ksl%3Ax633gj985).

बाहरी संबंध

 * Atomism by S. Mark Cohen.
 * Atomic Theory - detailed information on atomic theory with respect to electrons and electricity.
 * The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 1: Atoms in Motion