વિજ્ઞાન ધોરણ 9 પ્રકરણ 4 પરમાણુનું બંધારણ: સ્વાધ્યાય

જે. જે. થોમસનના પરમાણુના નમૂનાની મુખ્ય મર્યાદા એ હતી કે તે અન્ય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા થયેલા પ્રયોગોનાં પરિણામો સમજાવી શક્યો નહિ. ખાસ કરીને, તે રૂથરફૉર્ડના આલ્ફા-કણ પ્રકીર્ણનના પ્રયોગના પરિણામો સમજાવવામાં નિષ્ફળ ગયો.

થોમસનના નમૂના મુજબ, પરમાણુ ધન વીજભારનો ગોળો હોવાથી મોટાભાગના આલ્ફા-કણો વિચલિત થવા જોઈતા હતા, પરંતુ વાસ્તવમાં મોટાભાગના કણો સીધા જ પસાર થઈ ગયા.

રૂથરફૉર્ડના પરમાણુના નમૂનાની મુખ્ય મર્યાદા પરમાણુની સ્થાયીતા સમજાવી ન શકવાની હતી.

• તેમના નમૂના મુજબ, ઇલેક્ટ્રૉન પરમાણુ કેન્દ્રની આસપાસ વર્તુળાકાર કક્ષામાં પરિભ્રમણ કરે છે.
• પરંતુ, ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમ મુજબ, પ્રવેગિત ગતિ કરતો કોઈપણ વીજભારિત કણ (ઇલેક્ટ્રૉન) વિકિરણ સ્વરૂપે ઊર્જા મુક્ત કરે.
• આમ થતાં, ઇલેક્ટ્રૉન ઊર્જા ગુમાવતો જાય અને કુંતલાકાર માર્ગે ગતિ કરતો અંતે કેન્દ્ર સાથે અથડાઈ પડે. જો આવું થતું હોત, તો પરમાણુ સ્થાયી રહી શકે નહિ, પરંતુ વાસ્તવમાં પરમાણુઓ સ્થાયી હોય છે.

રૂથરફૉર્ડના નમૂનાની ખામીઓ દૂર કરવા માટે નિલ્સ બોહ્રે પરમાણુ બંધારણ વિશે નીચેની અભિધારણાઓ રજૂ કરી:

• (1) ઇલેક્ટ્રૉન માત્ર અમુક ચોક્કસ કક્ષાઓમાં જ પરિભ્રમણ કરી શકે છે, જેમને સ્વતંત્ર કક્ષાઓ કહે છે.
• (2) જ્યારે ઇલેક્ટ્રૉન આ સ્વતંત્ર કક્ષામાં પરિભ્રમણ કરતો હોય, ત્યારે તે ઊર્જા મુક્ત કરતો નથી (વિકિરણ સ્વરૂપે).
• (3) આ કક્ષાઓને ઊર્જાસ્તર કહે છે, જેમને K, L, M, N... અક્ષરો દ્વારા અથવા n = 1, 2, 3, 4... સંખ્યાઓ દ્વારા દર્શાવાય છે.

વિવિધ કોશોમાં ઇલેક્ટ્રૉનની વહેંચણી બોહ્ર અને બરી નામના વૈજ્ઞાનિકોએ સૂચવી. તેના નિયમો નીચે મુજબ છે:

• (1) કક્ષામાં હાજર રહેલા ઇલેક્ટ્રૉનની મહત્તમ સંખ્યા 2n² સૂત્ર દ્વારા દર્શાવાય છે, જ્યાં 'n' કક્ષાનો ક્રમ છે (K=1, L=2, M=3...).
• (2) K કક્ષા (n=1): 2(1)² = 2 ઇલેક્ટ્રૉન.
• (3) L કક્ષા (n=2): 2(2)² = 8 ઇલેક્ટ્રૉન.
• (4) M કક્ષા (n=3): 2(3)² = 18 ઇલેક્ટ્રૉન.
• (5) સૌથી બહારની કક્ષામાં (બાહ્યતમ કક્ષા) મહત્તમ 8 ઇલેક્ટ્રૉન સમાવી શકાય છે.
• (6) પરમાણુની આપેલી કક્ષામાં જ્યાં સુધી અંદરની કક્ષાઓ ઇલેક્ટ્રૉનથી સંપૂર્ણપણે ભરાઈ ન જાય, ત્યાં સુધી બહારની કક્ષામાં ઇલેક્ટ્રૉન ભરાતા નથી.

સંયોજકતા: પરમાણુ પોતાની બાહ્યતમ કક્ષામાં અષ્ટક (8 ઇલેક્ટ્રૉન) રચના પૂર્ણ કરવા માટે જેટલા ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરે અથવા આપ-લે (ગુમાવે કે મેળવે) કરે છે, તે સંખ્યાને તત્ત્વની સંયોજકતા કહે છે.

સિલિકોન (Si):

• પરમાણ્વીય-ક્રમાંક (Z) = 14.
• ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના: K=2, L=8, M=4.
• તેની બાહ્યતમ કક્ષામાં 4 ઇલેક્ટ્રૉન છે. અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે તે 4 ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરે છે.
• આથી, સિલિકોનની સંયોજકતા 4 છે.

ઑક્સિજન (O):

• પરમાણ્વીય-ક્રમાંક (Z) = 8.
• ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના: K=2, L=6.
• તેની બાહ્યતમ કક્ષામાં 6 ઇલેક્ટ્રૉન છે. અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે તે 2 ઇલેક્ટ્રૉન મેળવે છે (અથવા ભાગીદારી કરે છે).
• આથી, ઑક્સિજનની સંયોજકતા 2 છે.

(i) પરમાણ્વીય-ક્રમાંક (Z): પરમાણુના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોનની કુલ સંખ્યાને પરમાણ્વીય-ક્રમાંક કહે છે.
ઉદાહરણ: કાર્બનનો પરમાણ્વીય-ક્રમાંક 6 છે, કારણ કે તેના કેન્દ્રમાં 6 પ્રોટોન છે.

(ii) દળાંક (A): પરમાણુના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોન અને ન્યૂટ્રૉનની કુલ સંખ્યાના સરવાળાને તે તત્ત્વનો દળાંક કહે છે.
ઉદાહરણ: ઍલ્યુમિનિયમનું દળ 27 u છે (13 પ્રોટોન + 14 ન્યૂટ્રૉન).

(iii) સમસ્થાનિકો (Isotopes): સમાન તત્ત્વના પરમાણુઓ કે જે સમાન પરમાણ્વીય-ક્રમાંક (સમાન પ્રોટોન) પરંતુ અસમાન દળાંક (જુદા ન્યૂટ્રૉન) ધરાવે છે, તેને સમસ્થાનિકો કહે છે.
ઉદાહરણ: કાર્બન: ¹²₆C અને ¹⁴₆C.

(iv) સમદળીય (Isobars): જુદાં-જુદાં તત્ત્વોના પરમાણુ કે જેના પરમાણ્વીય-ક્રમાંક અસમાન (જુદા પ્રોટોન) હોય પરંતુ દળાંક સમાન (પ્રોટોન+ન્યૂટ્રૉનનો સરખો સરવાળો) હોય, તેઓ સમદળીય કહેવાય છે.
ઉદાહરણ: કૅલ્શિયમ (Z=20) અને આર્ગોન (Z=18) બંનેનો દળાંક 40 છે.

સમસ્થાનિકોના બે ઉપયોગ:

• 1. યુરેનિયમના એક સમસ્થાનિકનો ઉપયોગ પરમાણ્વીય ભઠ્ઠીમાં બળતણ સ્વરૂપે થાય છે.
• 2. કેન્સરની સારવારમાં કોબાલ્ટના એક સમસ્થાનિકનો ઉપયોગ થાય છે.
• (વધારાનું) ગોઇટર રોગની સારવારમાં આયોડિનના એક સમસ્થાનિકનો ઉપયોગ થાય છે.

સોડિયમ પરમાણુ (Na) નો પરમાણ્વીય-ક્રમાંક 11 છે. તેની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના K(2), L(8), M(1) છે.

જ્યારે સોડિયમ તેની બાહ્યતમ કક્ષા (M) માંથી 1 ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવે છે, ત્યારે તે Na⁺ આયન બને છે.

Na⁺ આયનમાં ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા 10 થાય છે. તેની નવી ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના K(2), L(8) બને છે. આમ, K કક્ષા (જેમાં વધુમાં વધુ 2 ઇલેક્ટ્રૉન સમાય) અને L કક્ષા (જેમાં વધુમાં વધુ 8 ઇલેક્ટ્રૉન સમાય) બંને સંપૂર્ણપણે ભરાયેલી હોય છે.

ગણતરી:

સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ = (⁷⁹Br નું દળ × ⁷⁹Br નું ટકાવાર પ્રમાણ) + (⁸¹Br નું દળ × ⁸¹Br નું ટકાવાર પ્રમાણ)

= (79 u × 49.7 / 100) + (81 u × 50.3 / 100)

= (79 × 0.497) + (81 × 0.503)

= 39.263 + 40.743

= 80.006 u

આમ, બ્રોમિનનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ 80.006 u છે.

ધારો કે ¹⁶X નું ટકાવાર પ્રમાણ = p %

તો ¹⁸X નું ટકાવાર પ્રમાણ = (100 - p) %

ગણતરી:

સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ = (¹⁶X નું દળ × % પ્રમાણ) + (¹⁸X નું દળ × % પ્રમાણ)

16.2 = [ 16 × (p / 100) ] + [ 18 × ( (100 - p) / 100) ]

16.2 = (16p / 100) + (1800 - 18p) / 100

16.2 = (16p + 1800 - 18p) / 100

16.2 × 100 = 1800 - 2p

1620 = 1800 - 2p

2p = 1800 - 1620

2p = 180

p = 90

જવાબ: ¹⁶X નું પ્રમાણ = 90% અને ¹⁸X નું પ્રમાણ = (100 - 90) = 10%.

• જો Z = 3 (પરમાણ્વીય-ક્રમાંક 3) હોય, તો તે તત્ત્વ લિથિયમ (Li) છે.
• તેની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના K(2), L(1) છે.
• તે તેની બાહ્યતમ કક્ષા (L) માંથી 1 ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને સ્થિર અષ્ટક (ડુપ્લેટ) પ્રાપ્ત કરે છે.
• આથી, તેની સંયોજકતા 1 છે.

ગણતરી:

દળાંક (A) = પ્રોટોનની સંખ્યા + ન્યૂટ્રૉનની સંખ્યા

• X નો દળાંક = 6 + 6 = 12
• Y નો દળાંક = 6 + 8 = 14

સંબંધ:

બંને સ્પીસિઝ X અને Y માં પ્રોટોનની સંખ્યા (પરમાણ્વીય-ક્રમાંક Z=6) સમાન છે, પરંતુ ન્યૂટ્રૉનની સંખ્યા (6 અને 8) જુદી હોવાથી તેમના દળાંક (12 અને 14) અસમાન છે. આથી, X અને Y એકબીજાના સમસ્થાનિકો (Isotopes) છે.