परमाणु की संरचना

प्रश्न संख्यां (1) इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के गुणों की तुलना कीजिए।

इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के गुणों की तुलना निम्नांकित है:

प्रश्न संख्यां (2) जे. जे. टॉमसन के परमाणु मॉडल की क्या सीमाएँ हैं?

हल:

जे. जे. टॉमसन के परमाणु मॉडल की निम्नलिखित सीमाएँ थीं

(i) जे. जे. टॉमसन के परमाणु मॉडल में इलेक्ट्रॉन की व्यवस्था के बारे में सही सही ब्याख्या नहीं की गई।

(ii) जे. जे. टॉमसन के परमाणु मॉडल में परमाणु के केन्द्रक के बारे में कोई ब्याख्या नहीं की गई

(iiI) जे. जे. टॉमसन के परमाणु मॉडल में केवल परमाणु के उदासीन होने की ब्याख्या की गई किंतु दूसरे वैज्ञानिकों द्वारा किये गये प्रयोगों में इसे नहीं समझाया जा सका।

प्रश्न संख्यां (3) रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल की क्या सीमाएँ हैं?

हल :

रदरफोर्ड मॉडल की सीमाएँ

रदरफोर्ड ने बतलाया कि इलेक्रॉं न जो कि आवेशित कण हैं नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाता है। परंतु यदि कोई भी आवेशित कण गोलाकार कक्ष में त्वरित होता तो त्वरण के दौरान आवेशित कणॉं से उर्जा का विकिरण होगा। इस प्रकार स्थायी कक्ष में घूमते हुए इलेक्ट्रॉन अपनी उर्जा विकरित करेगा और अंत में नाभिक से टकरा जायेगा। नाभिक से टकराने की स्थिति में परमाणु नष्ट हो जायेगा। परंतु परमाणु स्थायी होते हैं।

रदरफोर्ड मॉडल के द्वारा परमाणु के स्थायी होने के बारे में कोई ब्याख्या प्रस्तुत नहीं किया जाना रदरफोर्ड मॉडल की मूल कमी थी।

प्रश्न संख्यां (4) बोर के परमाणु मॉडल की ब्याख्या कीजिए।

हल :

नील्स बोर के परमाणु मॉडल की अवधारणा

(i) इलेक्ट्रॉन केवल कुछ निश्चित कक्षाओं में ही चक्कर लगा सकते हैं, जिन्हें इलेक्ट्रॉन की अलग या विशेष (discrete) कक्षा कहते हैं।

(ii) जब इलेक्ट्रॉन इन विशेष कक्षा में चक्कर लगाते हैं, तो उनकी उर्जा का विकिरण नहीं होता है।

उर्जा स्तर

इलेक्ट्रॉन परमाणु के जिन कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं, उन कक्षाओं (Orbit) या शेल (कोशों) को उर्जा स्तर कहा जाता है। इन उर्जा स्तर या कक्षाओं को अंग्रेजी के अक्षर क्रमश: K, L, M, N, . . . . से दर्शाया जाता है।

अंग्रेजी के अक्षरों क्रमश: K, L, M, N, . . . . . द्वारा क्रमश: 1, 2, 3, 4, . . . कक्षाओं को दर्शाया जाता है।

प्रश्न संख्यां (5) इस अध्याय में दिए गए सभी परमाणु मॉडलों की तुलना कीजिए।

हल :

प्रश्न संख्यां (6) पहले अठारह तत्वों के विभिन्न कक्षों में इलेक्ट्रॉन वितरण के नियम को लिखिए।

हल :

बोर तथा बरी ने परमाणुओं की कक्षाओं में इलेक्ट्रॉन के वितरण के लिये नियम प्रस्तुत किये, जिसे बोर–बरी स्कीम कहा जाता है।

बोर–बरी स्कीम

(i) परमाणु की किसी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्यां 2n² होती है। जहाँ n बराबर कक्षा संख्यां = 1, 2, 3, . . . . इत्यादि।

(ii) सबसे बाहरी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या 8 हो सकती है।

(iii) किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन क्रमानुसार कक्षाओं में भरती हैं।

पहली कक्षा (अर्थात जब n = 1) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या

यहाँ n = 1

∴ 2n² = 2 × 1² = 2

अत: कक्षा (K) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या = 2

दूसरी कक्षा (अर्थात जब n = 2) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या

यहाँ n = 2

∴ 2n² = 2 × 2² = 2 × 4 = 8

अत: दूसरी कक्षा (L) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या = 8

तीसरी कक्षा (अर्थात जब n = 3) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या

यहाँ n = 3

∴ 2n² = 2 × 3² = 2 × 9 = 18

अत: तीसरी कक्षा (M) में इलेक्ट्रॉन की अधिकतम संख्या = 18

प्रश्न संख्यां (7) सिलिकॉन और ऑक्सीजन का उदाहरण लेते हुए संयोजकता की परिभाषा दीजिए।

हल :

तत्वों के संयोग करने की क्षमता संयोजकता कहलाती है।

तत्व के परमाणु की संयोजकता उसके संयोजी इलेक्ट्रॉन अर्थात बाहरी कक्षा में वर्तमान इलेक्ट्रॉन की संख्या पर निर्भर करता है।

एक तत्व का परमाणु स्थाई इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करने के लिये दूसरे परमाणु से संयोग करता है। एक तत्व का परमाणु तब स्थाई माना जाता है, जब उसकी बाहरी कक्षा में आठ इलेक्ट्रॉन हो जायें या वह अपने नजदीकी अक्रिय गैस का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त कर ले।

उदाहरण :

ऑक्सीजन

ऑक्सीजन की परमाणु संख्या = 8

ऑक्सीजन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास : ^K  L/_2  6

ऑक्सीजन की बाहरी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की संख्या = 6

अत: ऑक्सीजन का संयोजी इलेक्ट्रॉन = 6

चूँकि ऑक्सीजन की बाहरी कक्षा में 8 (अष्टक) इलेक्ट्रॉन पूरा होने में 2 (दो) इलेक्ट्रॉन की आवश्यकता है, अत: ऑक्सीजन की संयोजकता 2 (दो) है।

सिलिकॉन

सिलिकॉन की परमाणु संख्या = 14

सिलिकॉन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास : ^K  L  M/_2  8  4

सिलिकॉन की बाहरी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की संख्या = 4

अत: सिलिकॉन का संयोजी इलेक्ट्रॉन = 4

सिलिकॉन की बाहरी कक्षा में 8 (अष्टक) इलेक्ट्रॉन पूरा होने में 4 (चार) इलेक्ट्रॉन की आवश्यकता है। सिलिकॉन यह चार इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु के साथ इलेक्ट्रॉन का साझा कर प्राप्त करता है।

अत: सिलिकॉन की संयोजकता 4 (चार) है।

प्रश्न संख्यां (8) उदाहरण के साथ ब्याख्या कीजिए – परमाणु संख्या, द्रव्यमान संख्या, समस्थानिक और समभारिक। समस्थानिकों के कोई दो उपयोग लिखिए।

हल :

परमाणु संख्या

एक तत्व के परमाणु में उपस्थित प्रोटॉन की संख्या तत्व की परमाणु संख्या कहलाती है।

तत्व की परमाणु संख्या = इलेक्ट्रॉन की संख्या = प्रोटॉन की संख्या

जैसे: हाइड्रोजन की परमाणु संख्या 1 (एक) है। अर्थात हाइड्रोजन में प्रोटॉन की संख्या 1 (एक) है।

ऑक्सीजन की परमाणु संख्या 6 (छ:) है। अर्थात ऑक्सीजन में प्रोटॉन की संख्या 6 (छ:) है।

परमाणु संख्या तत्व का अभिलाक्षणिक गुण है।

द्रव्यमान संख्या

परमाणु का द्रव्यमान उसके नाभिक में उपस्थित अवपरमाणुक कणों की संख्या या द्रव्यमान पर निर्भर करता है।

तत्व के नाभिक में वर्तमान प्रोटॉन तथा न्यूट्रॉन की संख्या का योग तत्व की द्रव्यमान संख्या कहलाती है।

जैसे: ऑक्सीजन की द्रव्यमान संख्या = 16 u तथा ऐलुमिनियम की द्रव्यमान संख्या = 27 u

एक ही तत्व के परमाणु जिनकी परमाणु संख्या समान लेकिन द्रव्यमान संख्या भिन्न होती हैं, समस्थानिक कहलाते हैं।

उदाहरण (A) हाइड्रोजन तत्व के तीन परमाणु ऐसे हैं जिनका परमाणु संख्या समान परंतु परमाणु द्रव्यमान अलग अलग हैं:

ये परमाणु हैं: (1) ¹/₁H हाइड्रोजन (परमाणु संख्यां = 1 तथा द्रव्यमान संख्या = 1)

(2) ²/₁H या D ड्यूटीरियम (परमाणु संख्यां = 1 तथा द्रव्यमान संख्या = 2)

तथा (3) ³/₁H या T ट्रिटियम (परमाणु संख्यां = 1 तथा द्रव्यमान संख्या = 3)

समभारिक

वैसे तत्व जिनकी परमाणु संख्या अलग अलग परंतु द्रव्यमान संख्या समान होती है, समभारिक कहा जाता है।

जैसे: ⁴⁰/₂₀Ca तथा ⁴⁰/₁₈Ar

कैल्शियम की परमाणु संख्या 20 तथा आर्गन की परमाणु संख्या 18 है, परंतु दोनों का द्रव्यमान संख्या 20 है। अत: कैल्शियम तथा आर्गन समभारिक है। समभारिक शब्द का अर्थ है, समान भार वाला। अर्थात समान भार वाले दो तत्व। यहाँ भार से अर्थ है परमाणु द्रव्यमान या द्रव्यमान संख्या

समस्थानिकों के कुछ अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं:

(i) यूरेनियम के एक समस्थानिक का उपयोग परमाणु भट्ठी में ईंधन के रूप में होता है।

(ii) कैंसर के उपचार में कोबाल्ट के समस्थानिक का उपयोग होता है।

(iii) घेंघा रोग के इलाज में आयोडीन के समस्थानिक का उपयोग होता है।

प्रश्न संख्यां (9) Na⁺ के पूरी तरह से भरे हुए K व L कोश होते हैं – व्याख्या लिखिए।

हल :

सोडियम (Na) की परमाणु संख्या = 11

सोडियम [Sodium (Na)] का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास : ^K  L  M/_2  8  1

सोडियम [Sodium (Na)] परमाणु के बाहरी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की संख्या = 1

अत: सोडियम [Sodium (Na)] परमाणु का संयोजी इलेक्ट्रॉन = 1

जब सोडियम [Sodium (Na)] एक इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो इसपर एक धनात्मक आवेश आ जाता है। अर्थात यह Na⁺ (सोडियम आयन) बन जाता है।

Na⁺ (सोडियम आयन) की परमाणु संख्या = 11

Na⁺ (सोडियम आयन) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास : ^K  L/_2  8

स्पष्ट है Na⁺ (सोडियम आयन) का K तथा L कोश भरे हुए होते हैं।

प्रश्न संख्यां (10) अगर ब्रोमीन परमाणु दो समस्थानिकों [ ⁷⁹/₃₅Br (49.70%) तथा ⁸¹/₃₅Br (50.3%)] के रूप में हैं, तो ब्रोमीन परमाणु के औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना कीजिए।

हल :

दिया गया है, ⁷⁹/₃₅Br का द्रव्यमान = 79 u तथा अनुपात = 49.7%

तथा ⁸¹/₃₅Br का द्रव्यमान = 81 u तथा अनुपात = 50.3%

अत: ब्रोमीन का औसत द्रव्यमान = 79 × ^49.7/₁₀₀ + 81 × ^50.3/₁₀₀

= ^3926.3/₁₀₀ + ^4074.3/₁₀₀

= 39.263 + 40.743 = 80.006 u

≈ 80 u

अत: ब्रोमीन परमाणु के औसत परमाणु द्रव्यमान ≈ 80u उत्तर

प्रश्न संख्यां (11) एक तत्व X का परमाणु द्रव्यमान 16.2 u है तो इसके किसी एक नमूने में समस्थानिक ¹⁶/₈X और ¹⁸/₈X का प्रतिशत क्या होगा?

हल :

दिया गया है, एक तत्व X का परमाणु द्रव्यमान = 16.2 u

मान लिया तत्व के एक समस्थानिक ¹⁶/₈X जिसका परमाणु द्रव्यमान 16 u है, का प्रतिशत = m

अत: तत्व के दूसरे समस्थानिक ¹⁸/₈X जिसका परमाणु द्रव्यमान 18 u है, का प्रतिशत = 100 – m

अत: तत्व X का औसत द्रव्यमान = 16 × ^m/₁₀₀ + 18 × ^{100 – m}/₁₀₀

⇒ 16.2 = ^{16 m + 1800 – 16 m}/₁₀₀

⇒ 16.2 = ^{1800 – 2m}/₁₀₀

⇒ 1620 = 1800 – 2m

⇒ 2 m = 1800 – 1620 = 180

⇒ m = ¹⁸⁰/₂ = 90

अत: (100 – 90) = 10

अत: ¹⁶/₈X का प्रतिशत 90% तथा ¹⁸/₈X का प्रतिशत 10% है उत्तर

प्रश्न संख्यां (12) यदि तत्व का Z = 3 हो तो तत्व की संयोजकता क्या होगी? तत्व का नाम भी लिखिए।

हल:

दिया गया है, Z = 3

अर्थात परमाणु संख्या = 3 (चूँकि परमाणु संख्या को Z द्वारा निरूपित किया जाता है।)

अर्थात तत्व लीथियम (Li) है। चूँकि लीथियम की परमाणु संख्या 3 है।

लीथियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास : ^K  L/_2  1

लीथियम का संयोजी इलेक्ट्रॉन = 1

चूँकि लीथियम बाहरी कक्षा वाले एक इलेक्ट्रॉन को खोकर अपने नजदीकी अक्रिय गैस हीलियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करता है, अत: लीथियम की संयोजकता 1 (एक) है।

अर्थात यदि तत्व का Z = 3 हो तो तत्व की संयोजकता 1 (एक) होगी। तथा यह तत्व लीथियम है।

प्रश्न संख्यां (13) दो परमाणु स्पीशीज के केन्द्रकों संघटन नीचे दिया गया है

X और Y की द्रव्यमान संख्या ज्ञात कीजिए। इन दोनों स्पीशीज में क्या संबंध है?

हल :

हम जानते हैं कि द्रव्यमान संख्या = प्रोटॉन की संख्या + न्यूट्रॉन की संख्या

अत: X की द्रव्यमान संख्या = 6 + 6 = 12 u

तथा Y की द्रव्यमान संख्या = 6 + 8 = 14 u

चूँकि दोनों तत्वों X तथा Y में वर्तमान प्रोटॉन की संख्या बराबर है, अर्थात दोनों की परमाणु संख्या बराबर 6 (छ:) है, परंतु द्रव्यमान संख्या अलग अलग हैं, अत: X तथा Y समस्थानिक हैं।

चूँकि इन दोनों तत्वों की परमाणु संख्या 6 है अत: ये कार्बन के समस्थानिक हैं, जिनकी परमाणु संख्या 6 होती है।

प्रश्न संख्यां (14) निम्नलिखित वक्तव्यों में गलत के लिये F और सही के लिए T लिखें।

(a) जे. जे. टॉमसन ने यह प्रस्तावित किया था कि परमाणु के केन्द्रक में केवल न्यूकीयॉन्स होते हैं।

हल : F

ब्याख्या: दिया गया कथन गलत है, क्यों जे. जे. टॉमसन ने परमाणु के केन्द्रक के बारे में कुछ नहीं बतलाया था।

(b) एक इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन मिलकर न्यूट्रॉन का निर्माण करते हैं इसलिए यह अनावेशित होता है।

हल : F

ब्याख्या: न्यूट्रॉन केन्द्रक में पाया जाता है। इलेक्ट्रॉन तथा प्रोटॉन मिलकर न्यूट्रॉन का निर्माण नहीं करते हैं बल्कि इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन तथा न्यूट्रॉन अवपरमाणुक कण हैं।

(c) इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन से लगभग ¹/₂₀₀₀ गुणा होता है।

हल : T

(d) आयोडीन के समस्थानिक का इस्तेमाल टिंक्चर आयोडीन बनाने में होता है। इसका उपयोग दवा के रूप में होता है।

हल : F

ब्याख्या: घेंघा रोग के इलाज में आयोडीन के समस्थानिक का उपयोग होता है।

प्रश्न संख्यां 15, 16 और 17 में सही के सामने (√) का चिन्ह और गलत के सामने (×) का चिन्ह लगाइए।

प्रश्न संख्यां (15) रदरफोर्ड का अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग किसकी खोज के लिए उत्तरदायी था

(a) परमाणु केन्द्रक

(b) इलेक्ट्रॉन

(c) प्रोटॉन

(d) न्यूट्रॉन

हल :

(a) परमाणु केन्द्रक   √

(b) इलेक्ट्रॉन   ×

(c) प्रोटॉन    ×

(d) न्यूट्रॉन    ×

प्रश्न संख्यां (16) एक तत्व के समस्थानिक में होते हैं

(a) समान भौतिक गुण

(b) भिन्न रासायनिक गुण

(c) न्यूट्रॉनों की अलग अलग संख्या

(d) भिन्न परमाणु संख्या

हल :

(a) समान भौतिक गुण    ×

(b) भिन्न रासायनिक गुण    ×

(c) न्यूट्रॉनों की अलग अलग संख्या   √

(d) भिन्न परमाणु संख्या    ×

प्रश्न संख्यां (17) Cl^– आयन में संयोजकता इलेक्ट्रॉन की संख्या है

(a) 16

(b) 8

(c) 17

(d) 18

हल :

(a) 16    ×

(b) 8    √

(c) 17    ×

(d) 18    ×

प्रश्न संख्यां (18) सोडियम का सही इलेक्ट्रॉनिक विन्यास निम्न में से कौन सा है?

(a) 2, 8

(b) 8, 2, 1

(c) 2, 1, 8

(d) 2, 8, 1

हल :

(a) 2, 8    ×

(b) 8, 2, 1    ×

(c) 2, 1, 8    ×

(d) 2, 8, 1    √

प्रश्न संख्यां (19) निम्नलिखित सारणी को पूरा कीजिए

हल