పరమాణు నిర్మాణం.. వివిధ సిద్ధాంతాలు..

పరమాణు నిర్మాణం.. వివిధ సిద్ధాంతాలు..

రసాయనశాస్త్రం
  కంటికి కనిపించని అతి సూక్ష్మ పదార్థం..‘పరమాణువు’. కానీ దీని నిర్మాణ ఆవిష్కరణ ఆధునిక విజ్ఞానశాస్త్ర అధ్యయనాన్ని కొత్తపుంతలు తొక్కించింది. నేటి ఆధునిక జీవనానికి అవసరమైన ఎన్నో ఉపకరణాలను రూపొందించడంలో కీలక భూమికను పోషించింది. పరమాణువు నిర్మాణ ఆవిష్కరణకు దారితీసిన పరిస్థితులను పరిశీలిస్తే..  క్రీ.పూ. 2600 సంవత్సరాల క్రితం ‘కణాదుడు’ అనే భారతీయ రుషి, తన ‘వైశేషిక సూత్ర’ అనే గ్రంథంలో అణువును ప్రస్తావించాడు. అతని ప్రకారం పదార్థం అణువులు అనే అతిచిన్న కణాలతో నిర్మితమవుతుంది. ఈ అణువులు పరమాణువులుగా పిలిచే మరింత చిన్న కణాలతో రూపొందుతాయి.(అణువు) అనే పదం గ్రీకు పదమైన  నుంచి వచ్చింది. దీని అర్థం విభజించడానికి వీలు కానిది.
 
 పరమాణు నిర్మాణం-కొన్ని సిద్ధాంతాలు
 డాల్టన్ సిద్ధాంతం:డాల్టన్ పరమాణు సిద్ధాంతం ప్రకారం పదార్థం అణువులతో నిర్మితమవుతుంది.అణువును విభజించడానికి వీలుకాదు.ఒకే మూలకానికి చెందిన అణువులన్నీ ఒకే రకంగానూ, వేర్వేరు మూలకాలకు చెందిన అణువులు వేర్వేరుగా ఉంటాయి.తర్వాత కాలంలో థామ్సన్, మిల్లీకాన్ వంటి శాస్త్రవేత్తలు చేసిన ప్రయోగ ఫలితాలు అణువు విభజింప వీలు కాదు అనే డాల్టన్ వాదన  తప్పని నిరూపించాయి.
 
 థామ్సన్ నమూనా:
 థామ్సన్ ప్రయోగం ప్రకారం.. పరమాణువు లోపల ఎలక్ట్రాన్లు రుణావేశ పూరితాలుగా ఉంటాయి. దీని ఆధారంగా థామ్సన్ పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు.థామ్సన్ ప్రతిపాదన ప్రకారం పరమాణువు గోళాకారంలో ఉండి ధనావేశాన్ని కలిగి ఉంటుంది.పరమాణు భారం.. పరమాణు అంతటా ఏకరీతిన విస్తరించి ఉంటుంది.ధన, రుణావేశాలు సమానంగా ఉండి పరమాణువు విద్యుత్‌పరంగా తటస్థంగా వ్యవహరిస్తుంది.
 
 రూథర్‌ఫర్‌‌డ నమూనా:
 1909లో న్యూజిలాండ్‌కు చెందిన రూథర్‌ఫర్‌‌డ ్చ  కణ పరిక్షేపణ ప్రయోగంతో మరో నూతన పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. పరమాణువులోని ధనావేశ కణాలన్నీ కలిసి ‘కేంద్రకా’న్ని ఏర్పరుస్తాయి. అయితే కేంద్రకంలో ఎలక్ట్రాన్లు ఉండవు.రుణావేశ పూరిత ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ వృత్తాకార కక్ష్యల్లో తిరుగుతుంటాయి (సూర్యుని చుట్టూ గ్రహాలు తిరిగే విధంగా).పరమాణు పరిమాణంతో పోల్చితే కేంద్రక పరిమాణం చాలా చిన్నది.
 
 పరిమితులు:
 నిర్దిష్ట త్వరణంతో వృత్తాకార మార్గంలో తిరుగుతున్న ఆవేశపూరిత కణాలు నిరంతరం శక్తిని ఉద్గారిస్తూ, కొంత సమయానికి శక్తిని కోల్పోయి కేంద్రకం నుంచి విడిపోయే అవకాశం ఉంది. అప్పుడు పరమాణువు నాశనమై పదార్థ ఉనికి ఉండదు. కానీ అలా జరగడం లేదు. తర్వాత జరిగిన పరిశోధనలు, కాంతి ప్రయాణించే విధానం, విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటం, వర్ణపట రేఖల విశ్లేషణ వంటి నూతన భావనలు పరమాణు నిర్మాణాన్ని మరింత నిశితంగా పరిశీలించేట్లు చేశాయి.
 
 బోర్ పరమాణు నమూనా:
 ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ నిర్దిష్ట వృత్తాకార మార్గాల్లో పరిభ్రమిస్తూ ఉంటాయి. ఈ వృత్తాకార మార్గాలనే ‘కక్ష్యలు’ లేదా ‘ప్రధాన శక్తి స్థాయిలు’ అంటారు.ఎలక్ట్రాన్లు కక్ష్యల్లో తిరుగుతున్నంత సేపూ శక్తిని కోల్పోవు. కాబట్టి ఇవి కేంద్రకంలో పడిపోయే అవకాశం ఉండదు.ఈ కక్ష్యలను ఓ, ఔ, క, ూ... అనే అక్షరాలు లేదా  = 1, 2, 3... అనే సంఖ్యలతో సూచిస్తారు.
 కానీ దీనికి కూడా కొన్ని పరిమితులు ఉన్నాయి. బోర్ కేవలం హైడ్రోజన్ వర్ణపటాన్ని మాత్రమే వివరించాడు. ఈ నేపథ్యంలో ‘వర్ణపటం’ వివరాలను పరిశీలిస్తే..
 
 విద్యుదయస్కాంత తరంగం:
 ఏదైనా విద్యుదావేశం కంపిస్తూ ఉంటే అది తన చుట్టూ ఉండే విద్యుత్ క్షేత్రంలో మార్పు చేస్తుంది. ఈ విద్యుత్ క్షేత్రం, అయస్కాంత క్షేత్రంలో కూడా మార్పునకు లోనవుతుంది. ప్రసార దిశకు లంబంగా, ఒకదానికొకటి లంబదిశలో ఉండేలా విద్యుత్, అయస్కాంత క్షేత్రాలు ఏర్పడే ఈ ప్రక్రియ నిరంతరం కొనసాగుతుంది. ఈ విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు, విస్తృత వైవిధ్యం గల పౌనఃపున్యాల సముదాయాన్ని ‘విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటం’ అంటారు.
 
 మాక్స్‌ప్లాంక్ ప్రతిపాదన:
 విద్యుదయస్కాంత శక్తి అవిచ్ఛిన్నం. దీని నుంచి ఉద్గారం లేదా శోషణం ఎల్లప్పుడూ జిఠకి పూర్ణాంకంగా ఉంటుంది. ఉ = జిఠ’జి’ ప్లాంక్ స్థిరాంకం. దీని విలువ6.626 ణ 10ృ34 ఒ..ఈ భావనల ఆధారంగా బోర్ హైడ్రోజన్ పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. కానీ హైడ్రోజన్ వర్ణపటాన్ని అధిక సామర్థ్యం ఉన్న వర్ణపటదర్శినితో చూస్తే కొన్ని ఉపరేఖల సమూహాలు కనిపించాయి. ఈ ఉపరేఖలను బోర్ వివరించలేకపోయాడు.
 
 సోమర్ ఫెల్డ్ నమూనా:
 సోమర్ ఫెల్డ్, బోర్ ప్రతిపాదించిన వృత్తాకార కక్ష్యలను అలాగే ఉంచి రెండో కక్ష్య నుంచి ఒక్కొక్క దీర్ఘ వృత్తాకార కక్ష్యను కలుపుతూ, పరమాణు కేంద్రకం ఈ దీర్ఘ వృత్తాకార కక్ష్య రెండు ప్రధాన నాభుల్లో ఒకదానిపై ఉంటుందని ప్రతిపాదించాడు.పరిమితులుఒకటి కంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్న పరమాణువుల పరమాణు వర్ణపటాలను వివరించడంలో సోమర్ ఫెల్డ్ నమూనా విఫలమైంది. క్వాంటం యాంత్రిక పరమాణు నమూనా(ఇర్విన్ ష్రోడింగర్):దీని ప్రకారం బోర్ నమూనాలోని కక్ష్యలకు బదులుగా.. ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో ఎలక్ట్రాన్లు, పరమాణువులో కేంద్రకం చుట్టూ నిర్ణీత ప్రాంతంలో అధికంగా ఉంటాయి.పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లను కనుక్కునే సంభావ్యత ఏ ప్రాంతంలో అయితే అధికంగా ఉంటుందో ఆ ప్రాంతాన్ని ‘ఆర్బిటా అంటారు.
 
 క్వాంటం సంఖ్యలు:
 పరమాణువులో కేంద్రకం చుట్టూ ఉండే ప్రదేశంలో ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుక్కునే సంభావ్యతను క్వాంటం సంఖ్యలు సూచిస్తాయి.
 1.ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య ()ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య ప్రధాన కర్పర (కక్ష్య) పరిమాణం, శక్తిని తెలుపుతుంది. దీన్ని  తో సూచిస్తాం.2.కోణీయ ద్రవ్యవేగ క్వాంటం సంఖ్య ’’తో సూచిస్తారు. ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య () విలువకు, కోణీయ ద్రవ్యవేగ క్వాంటం సంఖ్య () విలువలు 0 నుంచి (4 ృ 1) వరకు ఉంటాయి. ప్రతి ’’ విలువ ఒక ఉప కర్పరాన్ని , దాని ఆకృతిని తెలియజేస్తుంది.
 
 3.అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్యను (ఝ)తో సూచిస్తారు. దీని విలువలు ృ నుంచి +  వరకు ఉంటాయి.ఉదా:  = 2 అయిన ఝ విలువలు ృ 2, ృ 1, 0, + 1, + 2. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య విలువ ఆర్బిటాళ్ల ప్రాదేశిక దృగ్విన్యాసాన్ని వివరిస్తుంది.ఈ క్వాంటం సంఖ్యల ఆధారంగా ఆర్బిటాళ్ల ఆకృతులను నిర్ణయించారు.గోళాకారంగా, ఆర్బిటాల్ డంబెల్ ఆకారంలో, ఆర్బిటాల్ డబుల్ డంబెల్ ఆకారంలోనూ ఉంటాయి.
 
 4.స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య
 ఇది ఎలక్ట్రాన్ స్పిన్‌ను తెలియజేస్తుంది. సవ్య దశలో దీని విలువ + 1/2. అపసవ్య దిశలో ృ 1/2.
 ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం:పరమాణువులోని కర్పరాలు, ఉపకర్పరాలు, ఆర్బిటాళ్లలో ఎలక్ట్రాన్ల పంపిణీని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం అంటారు. ఇది మూడు నియమాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
 
 1.    పౌలీ వర్జన నియమం:
     ఒకే పరమాణువుకి చెందిన ఏ రెండు ఎలక్ట్రాన్లకు నాలుగు క్వాంటం సంఖ్యలు సమానంగా ఉండవు.
     ఉదా: ఏ్ఛ లోని రెండు ఎలక్ట్రాన్లను పరిశీలిస్తే
     1వ ఎలక్ట్రాన్    1    0    0    +1/2
     2వ ఎలక్ట్రాన్    1    0    0    ృ1/2
 
 2.    ఆఫ్ బౌ నియమం:
 ఎలక్ట్రాన్‌లు వివిధ ఆర్బిటాళ్లలో.. ఆయా ఆర్బిటాళ్ల ( + ) విలువలు పెరిగే క్రమంలో నిండుతాయి.
 ఒకవేళ ( + ) విలువ సమానమైతే ’’ విలువ తక్కువగా గల ఉపకర్పరాన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ముందుగా ఆక్రమిస్తాయి.( + ) విలువలు పెరిగే క్రమం1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p < 8s ...3.హుండ్ నియమం:ఈ నియమం ప్రకారం సమాన శక్తి కలిగిన అన్ని ఖాళీ ఆర్బిటాళ్లు ఒక్కొక్క ఎలక్ట్రాన్ ఆక్రమించిన తర్వాతనే ఎలక్ట్రాన్లు జతకూడడం ప్రారంభిస్తాయి.
 
 మాదిరి ప్రశ్నలు
  1.    ’క’ కర్పరంలో ఇమడగలిగే గరిష్ట ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య?
     1) 2    2) 8    3) 18    4) 32
 2.     = 2 అయితే దాని కోణీయ ద్రవ్య వేగ క్వాంటం సంఖ్య () = ?
     1) 1    2) 2    3) 0    4) 3
 3    ‘ఆర్బిటాల్’ అనే భావనను ప్రతిపాదించింది?
     1) నీల్స్‌బోర్    2) ష్రోడింగర్
     3) ప్లాంక్        4) రూథర్ ఫర్‌‌డ
 
 4    ఞ - ఆర్బిటాల్ ఆకృతి?
     1) గోళాకార        2) సమతలం
     3) డంబెల్        4) డబుల్ డంబెల్
 
 5    వీటిలో ఎలక్ట్రాన్ ముందుగా ఆక్రమించే ఆర్బిటాల్?
     1) 2s    2-) 2p-    -3-) 3s-    -4) 3p
 
 6    వృత్తాకార కక్ష్య పరిమాణాన్ని, శక్తిని తెలిపే క్వాంటం సంఖ్య?
     1)- l    -2-) mll-    -3-) n-    -4) ms
 
 7    రూథర్ ఫర్‌‌డ ్చ  కణ పరిక్షేపణ ప్రయోగం ద్వారా ప్రతిపాదించింది?
     1) ఎలక్ట్రాన్        2) ప్రోటాన్
     3) న్యూట్రాన్    4) కేంద్రకం
   
8.    దృగ్గోచర వర్ణపటానికి ఉదాహరణ?
     1) సముద్రం నీరు నీలం రంగులో కనిపిస్తుంది.
     2) ఆకాశం నీలం రంగులో కనిపిస్తుంది.
     3) ఇంద్రధనస్సు ఏర్పడుతుంది
     4) ఆకులు పచ్చగా కనిపిస్తాయి.
 
9.    విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు ఏ తరంగ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి?
     1) దైర్ఘ్య    2) తిర్యక్    3) స్థిర    4) కాంతి
 
10.    థామ్సన్ నమూనాను దేనితో పోల్చవచ్చు?
     1) కోసిన పుచ్చకాయ    2) సౌరమండలం
     3) బంతి    4) ఉడికించి, నిలువుగా కోసిన కోడిగుడ్డు
 
11.    కేంద్రకానికి, వేలన్సీ ఆర్బిటాల్‌కు మధ్య దూరాన్ని ఏమంటారు?
     1) పరమాణు వ్యాసార్థం    2) పరమాణు భారం
     3) 1,2        4) ఏదీకాదు
 
12.    వీటిలో మెగ్నీషియం (ో =12) ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం?
     1-) 1s22s22p63p2-    -2-) 1s22s23p63s2
 --    -3-) 1s22s22p63d2--    -4) 1s22s22p63s2-
 
13.     = 4 అయినా ఝ విలువల సంఖ్య?
     1) + 4    2) - 4    3) 0    4) 9
 
14.    ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుక్కునే సంభావ్యత పరమాణువులో అధికంగా ఉండే ప్రదేశం?
     1) కక్ష్య        2) ఉపకక్ష్య    
 3) ఆర్బిటాల్     4) కేంద్రకం
 
15.    ’ఔ’ కక్ష్యలో వుండే ఉపకక్ష్యలు-
     1)- s    -2-) p-    -3-) d-    -4) s,p
 
16.    ఒకటి కంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్న పరమాణువుల వర్ణపటాన్ని వివరించలేక పోయిన నమూనా?
     1) బోర్ పరమాణు నమూనా 2) రూథర్‌ఫర్‌‌డ
     3) థామ్సన్ నమూనా    4) డాల్టన్ నమూనా
 
17.    అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్యను ప్రతిపాదించింది?
     1) నీల్స్‌బోర్    2) లాండె
     3) సోమర్ ఫెల్డ్     4) ఉలెన్‌బెక్, గౌడ్ స్మిత్
 
 సమాధానాలు:
     1) 3;    2) 1;    3) 3;    4) 2;    5) 3;
     6) 1;    7) 3;    8) 4;    9) 3;    10) 3;
     11) 2;    12) 1;    13) 1;    14) 4;    15) 4;
     16) 3;    17) 4;    18) 1;    19) 2.