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रसायन विज्ञान में अणु क्या है? आणविक संरचना

हममें से अधिकांश ने पहली बार "अणु" शब्द स्कूल में विज्ञान पाठ के दौरान सुना था। यह आधुनिक रसायन विज्ञान की मूलभूत अवधारणाओं में से एक है, जिसने पर्यावरण के बारे में और अधिक जानकारी को संभव बनाया है।

एक अणु क्या है, इसमें क्या शामिल है और हमें अणुओं का अध्ययन करने की आवश्यकता क्यों है?

"अणु" शब्द कहाँ से आया है?

अधिकांश रासायनिक शब्दों की तरह, "अणु" शब्द लैटिन पर आधारित है। यह दो शब्दों से बना है: "मोल्स", जिसका अर्थ है द्रव्यमान, भारीपन, और "-क्यूले" - एक लघु प्रत्यय। इसका शाब्दिक अर्थ है छोटा द्रव्यमान।

आधुनिक रसायन शास्त्र में अणु किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण होता है। किसी भी पदार्थ के एक अणु में भी वे सभी गुण होते हैं जो उस पदार्थ के लक्षण होते हैं।

यदि किसी अणु को उसके घटक भागों में विभाजित किया जाता है, तो जिस पदार्थ से वह बना है वह नष्ट हो जाता है, और सरल तत्वों - परमाणुओं में टूट जाता है। इस आधार पर, आधुनिक रासायनिक विज्ञान और अभ्यास को बनाने वाली अवधारणाओं का पूरा सेट बनाया गया है।

एक अणु किससे मिलकर बनता है?

जिस प्रकार एक इमारत ईंटों से बनी होती है, और मनुष्य द्वारा बनाया गया कोई भी तंत्र भागों से बना होता है, उसी प्रकार एक अणु में सरल "ईंटें" होती हैं - रासायनिक तत्वों के परमाणु।

कुछ अणुओं में केवल एक परमाणु होता है - उदाहरण के लिए, धातु के अणु। लेकिन हमें घेरने वाले अधिकांश पदार्थों की आणविक संरचना कहीं अधिक जटिल होती है।

किसी भी अणु की संरचना को रासायनिक सूत्र के रूप में लिखा जा सकता है, जो बताता है कि वह पदार्थ किस रासायनिक तत्व के कौन से परमाणु से बना है और एक अणु में प्रत्येक पदार्थ के कितने परमाणु हैं। ऑक्सीजन अणु में ऑक्सीजन तत्व के दो समान परमाणु होते हैं।

हर कोई पानी का सूत्र जानता है: H2O, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक पानी के अणु में एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। एक अन्य सूत्र जो वस्तुतः सभी को ज्ञात है, वह है C2H5OH, एथिल अल्कोहल का सूत्र, जो दर्शाता है कि इस पदार्थ में दो कार्बन परमाणु (C), छह हाइड्रोजन परमाणु (H) और एक ऑक्सीजन परमाणु (O) होते हैं।

एक दूसरे के साथ बातचीत की प्रक्रिया में, पदार्थ रासायनिक तत्वों का आदान-प्रदान करते हैं, प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं। इस स्थिति में, नए पदार्थ बनते हैं जिनमें नए गुण होते हैं जो मूल पदार्थों के गुणों से भिन्न होते हैं।

इस प्रकार, कोयला (लगभग पूरी तरह से कार्बन से बना), जब जलाया जाता है (हवा में निहित ऑक्सीजन के साथ बातचीत करके), कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है - ऑक्सीजन के विपरीत, सांस लेने के लिए अनुपयुक्त पदार्थ।

अणु अपनी सामान्य अवस्था में विद्युत आवेश नहीं रखते और तटस्थ कहलाते हैं। वे अणु जो धनात्मक या ऋणात्मक आवेश प्राप्त कर लेते हैं, आयन कहलाते हैं और इस प्रक्रिया को आयनीकरण कहते हैं। वे अणु जिनके परमाणुओं में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, रेडिकल कहलाते हैं।

अणु का द्रव्यमान कितना है?

बेशक, ऐसे संवेदनशील पैमाने जो किसी पदार्थ के एक अणु को तौलने की अनुमति देंगे, आधुनिक विज्ञान के शस्त्रागार में मौजूद नहीं हैं। अणुओं और परमाणुओं के द्रव्यमान की गणना अन्य तरीकों से की जाती है। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि किसी भी पदार्थ के एक अणु का द्रव्यमान उस पदार्थ को बनाने वाले सभी परमाणुओं के द्रव्यमान के योग के बराबर होता है।

लेकिन आप कैसे पता लगाएंगे कि एक परमाणु का वजन कितना है? इसका पता मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त सारणी से लगाया जा सकता है, जो प्रत्येक तत्व का द्रव्यमान दर्शाता है। सच है, यह उन किलोग्रामों में नहीं दर्शाया जाता है जिनके हम आदी हैं, बल्कि परमाणु द्रव्यमान की विशेष इकाइयों में।

एक परमाणु द्रव्यमान इकाई (एएमयू) एक कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के बराबर है, जो संख्यात्मक रूप से 1.660 * 10-27 किलोग्राम के बराबर है।

हमारे चारों ओर मौजूद सभी पिंड परमाणुओं से बने हैं। परमाणु, बदले में, एक अणु में एकत्रित होते हैं। आणविक संरचना में अंतर के कारण ही हम उन पदार्थों के बारे में बात कर सकते हैं जो उनके गुणों और मापदंडों के आधार पर एक दूसरे से भिन्न होते हैं। अणु एवं परमाणु सदैव गतिशील अवस्था में रहते हैं। चलते समय, वे अभी भी अलग-अलग दिशाओं में बिखरते नहीं हैं, बल्कि एक निश्चित संरचना में बने रहते हैं, जिसका श्रेय हम अपने चारों ओर की पूरी दुनिया में पदार्थों की इतनी विशाल विविधता के अस्तित्व को देते हैं। ये कण क्या हैं और इनके गुण क्या हैं?

सामान्य अवधारणाएँ

यदि हम क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत से शुरू करें, तो एक अणु में परमाणु नहीं होते हैं, बल्कि उनके नाभिक और इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो लगातार एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

कुछ पदार्थों के लिए, अणु सबसे छोटा कण होता है जिसमें पदार्थ की संरचना और रासायनिक गुण होते हैं। इस प्रकार, रसायन विज्ञान की दृष्टि से अणुओं के गुण उसकी संरचना से निर्धारित होते हैं। लेकिन केवल आणविक संरचना वाले पदार्थों के लिए ही नियम लागू होता है: रसायन और अणु समान होते हैं। कुछ पॉलिमर, जैसे एथिलीन और पॉलीइथिलीन के लिए, संरचना आणविक संरचना के अनुरूप नहीं होती है।

यह ज्ञात है कि अणुओं के गुण न केवल परमाणुओं की संख्या और उनके प्रकार से निर्धारित होते हैं, बल्कि कनेक्शन के विन्यास और क्रम से भी निर्धारित होते हैं। अणु एक जटिल वास्तुशिल्प संरचना है, जहां प्रत्येक तत्व अपनी जगह पर खड़ा होता है और उसके अपने विशिष्ट पड़ोसी होते हैं। परमाणु संरचना कम या ज्यादा कठोर हो सकती है। प्रत्येक परमाणु अपनी संतुलन स्थिति के आसपास कंपन करता है।

कॉन्फ़िगरेशन और पैरामीटर

ऐसा होता है कि किसी अणु के कुछ भाग अन्य भागों के सापेक्ष घूमते हैं। इस प्रकार, तापीय गति की प्रक्रिया में, एक मुक्त अणु विचित्र आकार (विन्यास) प्राप्त कर लेता है।

मूलतः, अणुओं के गुण परमाणुओं के बीच के बंधन (उसके प्रकार) और अणु की संरचना (संरचना, आकार) द्वारा निर्धारित होते हैं। इस प्रकार, सबसे पहले, सामान्य रासायनिक सिद्धांत रासायनिक बंधनों पर विचार करता है और परमाणुओं के गुणों पर आधारित होता है।

मजबूत ध्रुवीयता के साथ, अणुओं के गुणों को दो या तीन-निरंतर सहसंबंधों द्वारा वर्णित करना मुश्किल होता है, जो गैर-ध्रुवीय अणुओं के लिए उत्कृष्ट होते हैं। इसलिए, द्विध्रुवीय क्षण के साथ एक अतिरिक्त पैरामीटर पेश किया गया था। लेकिन यह विधि हमेशा सफल नहीं होती है, क्योंकि ध्रुवीय अणुओं की व्यक्तिगत विशेषताएं होती हैं। क्वांटम प्रभावों को ध्यान में रखते हुए पैरामीटर भी प्रस्तावित किए गए हैं, जो कम तापमान पर महत्वपूर्ण हैं।

हम पृथ्वी पर सबसे आम पदार्थ के अणु के बारे में क्या जानते हैं?

हमारे ग्रह पर मौजूद सभी पदार्थों में से सबसे आम पानी है। यह वस्तुतः पृथ्वी पर हर चीज़ को जीवन प्रदान करता है। केवल वायरस ही इसके बिना काम कर सकते हैं; अन्य जीवित संरचनाओं में अधिकतर पानी होता है। पानी के अणु के कौन से गुण, केवल उसकी विशेषता, मानव आर्थिक जीवन और पृथ्वी की जीवित प्रकृति में उपयोग किए जाते हैं?

यह सचमुच एक अनोखा पदार्थ है! कोई भी अन्य पदार्थ पानी में निहित गुणों का दावा नहीं कर सकता।

जल प्रकृति में मुख्य विलायक है। जीवित जीवों में होने वाली सभी प्रतिक्रियाएँ, किसी न किसी रूप में, जलीय वातावरण में होती हैं। अर्थात्, पदार्थ विघटित अवस्था में प्रतिक्रिया करते हैं।

पानी में उत्कृष्ट ताप क्षमता होती है, लेकिन कम तापीय चालकता होती है। इन गुणों के कारण, हम इसका उपयोग गर्मी के परिवहन के लिए कर सकते हैं। यह सिद्धांत बड़ी संख्या में जीवों के शीतलन तंत्र में शामिल है। परमाणु ऊर्जा में, पानी के अणु के गुणों ने शीतलक के रूप में इस पदार्थ के उपयोग को जन्म दिया। अन्य पदार्थों के लिए प्रतिक्रियाशील माध्यम होने की क्षमता के अलावा, पानी स्वयं प्रतिक्रियाओं में प्रवेश कर सकता है: फोटोलिसिस, जलयोजन और अन्य।

प्राकृतिक शुद्ध पानी एक तरल पदार्थ है जो गंधहीन, रंगहीन और स्वादहीन होता है। लेकिन 2 मीटर से अधिक की परत की मोटाई पर रंग नीला हो जाता है।

संपूर्ण जल अणु एक द्विध्रुव (दो विपरीत ध्रुव) है। यह द्विध्रुवीय संरचना है जो मुख्य रूप से इस पदार्थ के असामान्य गुणों को निर्धारित करती है। जल का अणु प्रतिचुम्बकीय होता है।

पिघले पानी की एक और दिलचस्प संपत्ति है: इसका अणु सुनहरे अनुपात की संरचना प्राप्त करता है, और पदार्थ की संरचना सुनहरे खंड के अनुपात को प्राप्त करती है। गैस चरण में अवशोषण और उत्सर्जन बैंड स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करके पानी के अणु के कई गुण स्थापित किए गए हैं।

प्राकृतिक इतिहास और आणविक गुण

रासायनिक पदार्थों को छोड़कर सभी पदार्थों की संरचना में अणुओं के भौतिक गुण शामिल होते हैं।

भौतिक विज्ञान में, अणुओं की अवधारणा का उपयोग ठोस, तरल और गैसों के गुणों को समझाने के लिए किया जाता है। सभी पदार्थों की फैलने की क्षमता, उनकी चिपचिपाहट, तापीय चालकता और अन्य गुण अणुओं की गतिशीलता से निर्धारित होते हैं। जब फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन पेरिन ने ब्राउनियन गति का अध्ययन किया, तो उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से अणुओं के अस्तित्व को साबित किया। सभी जीवित जीव संरचना के भीतर सूक्ष्म रूप से संतुलित आंतरिक अंतःक्रिया के कारण अस्तित्व में हैं। पदार्थों के सभी रासायनिक और भौतिक गुण प्राकृतिक विज्ञान के लिए मौलिक महत्व के हैं। भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और आणविक भौतिकी के विकास ने आणविक जीव विज्ञान के विज्ञान को जन्म दिया, जो जीवन में बुनियादी घटनाओं का अध्ययन करता है।

सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स का उपयोग करते हुए, अणुओं के भौतिक गुण, जो आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, भौतिक रसायन विज्ञान में वे रासायनिक संतुलन और इसकी स्थापना की दरों की गणना के लिए आवश्यक पदार्थों का निर्धारण करते हैं।

परमाणुओं और अणुओं के गुण एक दूसरे से किस प्रकार भिन्न होते हैं?

सबसे पहले, परमाणु स्वतंत्र अवस्था में नहीं होते हैं।

अणुओं में समृद्ध ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा होता है। यह प्रणाली की कम समरूपता और नाभिक के नए घूर्णन और दोलन की संभावना के उद्भव के कारण है। एक अणु के लिए, कुल ऊर्जा में तीन ऊर्जाएँ होती हैं जो घटकों के परिमाण के क्रम में भिन्न होती हैं:

इलेक्ट्रॉनिक शेल (ऑप्टिकल या पराबैंगनी विकिरण);
परमाणु कंपन (स्पेक्ट्रम का अवरक्त भाग);
समग्र रूप से अणु का घूमना (रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज)।

परमाणु विशिष्ट उत्सर्जन उत्सर्जित करते हैं, और अणु धारियों का उत्सर्जन करते हैं, जिसमें कई निकट दूरी वाली रेखाएँ होती हैं।

वर्णक्रमीय विश्लेषण

किसी अणु के ऑप्टिकल, विद्युत, चुंबकीय और अन्य गुण भी अणुओं की स्थिति पर डेटा के साथ संबंध द्वारा निर्धारित किए जाते हैं और उनके बीच संभावित संक्रमण आणविक स्पेक्ट्रा द्वारा दिखाए जाते हैं।

अणुओं में संक्रमण (इलेक्ट्रॉनिक) रासायनिक बंधन और उनके इलेक्ट्रॉनिक कोश की संरचना को दर्शाते हैं। अधिक संख्या में बांड वाले स्पेक्ट्रा में दृश्य क्षेत्र में गिरने वाले लंबी-तरंग अवशोषण बैंड होते हैं। यदि कोई पदार्थ ऐसे अणुओं से बना है, तो उसका एक विशिष्ट रंग होता है। यह सब है

एकत्रीकरण की सभी अवस्थाओं में एक ही पदार्थ के अणुओं के गुण समान होते हैं। इसका मतलब यह है कि समान पदार्थों के लिए तरल और गैसीय पदार्थों के अणुओं के गुण ठोस पदार्थों के गुणों से भिन्न नहीं होते हैं। एक पदार्थ के अणु की संरचना हमेशा एक जैसी होती है, भले ही पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति कुछ भी हो।

विद्युत विशेषताओं

जिस तरह से कोई पदार्थ विद्युत क्षेत्र में व्यवहार करता है वह अणुओं की विद्युत विशेषताओं द्वारा निर्धारित होता है: ध्रुवीकरण और स्थायी द्विध्रुव क्षण।

द्विध्रुव आघूर्ण एक अणु की विद्युत विषमता है। जिन अणुओं में समरूपता का केंद्र होता है, जैसे H2, उनमें स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण नहीं होता है। किसी अणु के इलेक्ट्रॉन आवरण की विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में गति करने की क्षमता, जिसके परिणामस्वरूप उसमें एक प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण बनता है, ध्रुवीकरण है। ध्रुवीकरणशीलता तथा द्विध्रुव आघूर्ण का मान ज्ञात करने के लिए ढांकता हुआ स्थिरांक मापना आवश्यक है।

एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र में प्रकाश तरंग का व्यवहार किसी पदार्थ के ऑप्टिकल गुणों की विशेषता है, जो इस पदार्थ के अणु की ध्रुवीकरण क्षमता से निर्धारित होता है। ध्रुवीकरण से सीधे संबंधित हैं: प्रकीर्णन, अपवर्तन, ऑप्टिकल गतिविधि और आणविक प्रकाशिकी की अन्य घटनाएं।

आप अक्सर यह प्रश्न सुन सकते हैं: "अणुओं के अलावा, किसी पदार्थ के गुण किस पर निर्भर करते हैं?" जवाब बहुत सरल है।

पदार्थों के गुण, आइसोमेट्री और क्रिस्टलीय संरचना के अलावा, पर्यावरण के तापमान, पदार्थ ही, दबाव और अशुद्धियों की उपस्थिति से निर्धारित होते हैं।

अणुओं का रसायन

क्वांटम यांत्रिकी के विज्ञान के गठन से पहले, अणुओं में रासायनिक बंधों की प्रकृति एक अनसुलझा रहस्य था। शास्त्रीय भौतिकी संयोजकता बंधों की दिशा और संतृप्ति की व्याख्या नहीं कर सकी। सबसे सरल अणु H2 के उदाहरण का उपयोग करके रासायनिक बंधों (1927) के बारे में बुनियादी सैद्धांतिक जानकारी के निर्माण के बाद, सिद्धांत और गणना विधियों में धीरे-धीरे सुधार होने लगा। उदाहरण के लिए, आणविक कक्षीय विधि और क्वांटम रसायन विज्ञान के व्यापक उपयोग के आधार पर, अंतरपरमाणु दूरियों, अणुओं और रासायनिक बंधों की ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण और अन्य डेटा की गणना करना संभव हो गया जो पूरी तरह से प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाते थे।

समान संरचना, लेकिन विभिन्न रासायनिक संरचना और विभिन्न गुणों वाले पदार्थ संरचनात्मक आइसोमर्स कहलाते हैं। उनके संरचनात्मक सूत्र अलग-अलग हैं, लेकिन आणविक सूत्र समान हैं।

विभिन्न प्रकार के संरचनात्मक समरूपता ज्ञात हैं। अंतर कार्बन कंकाल की संरचना, कार्यात्मक समूह की स्थिति, या एकाधिक बंधन की स्थिति में निहित हैं। इसके अलावा, अभी भी स्थानिक आइसोमर्स हैं, जिनमें किसी पदार्थ के अणु के गुणों को समान संरचना और रासायनिक संरचना की विशेषता होती है। इसलिए, उनके संरचनात्मक और आणविक सूत्र दोनों समान हैं। अंतर अणु के स्थानिक आकार में निहित हैं। विभिन्न स्थानिक आइसोमर्स को चित्रित करने के लिए विशेष सूत्रों का उपयोग किया जाता है।

ऐसे यौगिक होते हैं जिन्हें होमोलॉग्स कहा जाता है। वे संरचना और गुणों में समान हैं, लेकिन एक या अधिक CH2 समूहों द्वारा संरचना में भिन्न हैं। वे सभी पदार्थ जो संरचना और गुणों में समान होते हैं, समजातीय श्रृंखला में एकजुट होते हैं। एक होमोलॉग के गुणों का अध्ययन करने के बाद, आप उनमें से किसी अन्य के बारे में बात कर सकते हैं। होमोलॉग्स का सेट एक होमोलॉजिकल श्रृंखला है।

जब पदार्थ की संरचनाएँ परिवर्तित होती हैं, तो अणुओं के रासायनिक गुण नाटकीय रूप से बदल जाते हैं। यहां तक कि सबसे सरल यौगिक भी एक उदाहरण के रूप में काम करते हैं: मीथेन, एक भी ऑक्सीजन परमाणु के साथ मिलकर मेथनॉल (मिथाइल अल्कोहल - CH3OH) नामक एक जहरीला तरल बन जाता है। तदनुसार, इसकी रासायनिक पूरकता और जीवित जीवों पर प्रभाव अलग-अलग हो जाता है। जैव अणुओं की संरचनाओं को संशोधित करते समय समान, लेकिन अधिक जटिल परिवर्तन होते हैं।

रासायनिक आणविक गुण दृढ़ता से अणुओं की संरचना और गुणों पर निर्भर करते हैं: उस पर और अणु की ज्यामिति पर। यह विशेष रूप से जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों में काम करता है। कौन सी प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया प्रमुख होगी यह अक्सर केवल स्थानिक कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो बदले में प्रारंभिक अणुओं (उनके विन्यास) पर निर्भर करते हैं। "असुविधाजनक" विन्यास वाला एक अणु बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करेगा, जबकि दूसरा, समान रासायनिक संरचना लेकिन एक अलग ज्यामिति के साथ, तुरंत प्रतिक्रिया कर सकता है।

वृद्धि और प्रजनन के दौरान देखी जाने वाली बड़ी संख्या में जैविक प्रक्रियाएं प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों के बीच ज्यामितीय संबंधों से जुड़ी होती हैं। आपकी जानकारी के लिए: काफी संख्या में नई दवाओं का प्रभाव कुछ यौगिकों की समान आणविक संरचना पर आधारित होता है जो जैविक दृष्टिकोण से मानव शरीर के लिए हानिकारक होता है। दवा हानिकारक अणु की जगह ले लेती है और कार्य करना कठिन बना देती है।

विभिन्न पदार्थों के अणुओं की संरचना और गुणों को व्यक्त करने के लिए रासायनिक सूत्रों का उपयोग किया जाता है। आणविक भार के आधार पर, परमाणु अनुपात स्थापित किया जाता है और एक अनुभवजन्य सूत्र संकलित किया जाता है।

ज्यामिति

किसी अणु की ज्यामितीय संरचना परमाणु नाभिक की संतुलन व्यवस्था को ध्यान में रखकर निर्धारित की जाती है। परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया की ऊर्जा परमाणुओं के नाभिकों के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। बहुत बड़ी दूरी पर यह ऊर्जा शून्य होती है। जैसे-जैसे परमाणु एक-दूसरे के करीब आते हैं, एक रासायनिक बंधन बनना शुरू हो जाता है। तब परमाणु एक-दूसरे के प्रति तीव्रता से आकर्षित होते हैं।

यदि कमजोर आकर्षण देखा जाता है, तो रासायनिक बंधन का गठन आवश्यक नहीं है। यदि परमाणु निकट दूरी तक पहुंचने लगते हैं, तो नाभिकों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बल कार्य करना शुरू कर देते हैं। परमाणुओं के निकट पहुँचने में एक बाधा उनके आंतरिक इलेक्ट्रॉन कोशों की असंगति है।

DIMENSIONS

अणुओं को नग्न आंखों से देखना असंभव है। वे इतने छोटे हैं कि 1000x आवर्धन वाला माइक्रोस्कोप भी हमें उन्हें देखने में मदद नहीं करेगा। जीवविज्ञानी 0.001 मिमी मापने वाले बैक्टीरिया का निरीक्षण करते हैं। लेकिन अणु उनसे सैकड़ों और हजारों गुना छोटे होते हैं।

आज, एक निश्चित पदार्थ के अणुओं की संरचना विवर्तन विधियों द्वारा निर्धारित की जाती है: न्यूट्रॉन विवर्तन, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण। इसमें वाइब्रेशनल स्पेक्ट्रोस्कोपी और इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक विधि भी है। विधि का चुनाव पदार्थ के प्रकार और उसकी स्थिति पर निर्भर करता है।

इलेक्ट्रॉन कोश को ध्यान में रखते हुए अणु का आकार एक सापेक्ष मान है। मुद्दा परमाणु नाभिक से इलेक्ट्रॉनों की दूरी है। वे जितने बड़े होंगे, अणु के इलेक्ट्रॉनों को खोजने की संभावना उतनी ही कम होगी। व्यवहार में, अणुओं का आकार संतुलन दूरी को ध्यान में रखकर निर्धारित किया जा सकता है। यह वह दूरी है जिससे आणविक क्रिस्टल और तरल में सघन रूप से पैक होने पर अणु स्वयं करीब आ सकते हैं।

बड़ी दूरियाँ अणुओं को आकर्षित करती हैं, और छोटी दूरियाँ, इसके विपरीत, विकर्षित करती हैं। इसलिए, आणविक क्रिस्टल का एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण अणु के आकार का पता लगाने में मदद करता है। प्रसार के गुणांक, तापीय चालकता और गैसों की चिपचिपाहट के साथ-साथ संघनित अवस्था में पदार्थ के घनत्व का उपयोग करके, आणविक आकारों के परिमाण के क्रम को निर्धारित करना संभव है।

लैट का लघु रूप. मोल्स - द्रव्यमान) - किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण जो उसके गुणों को निर्धारित करता है और स्वतंत्र अस्तित्व में सक्षम है; एक विशिष्ट क्रम में रासायनिक संपर्क द्वारा बंधे परमाणुओं का चार्ज-तटस्थ संग्रह। अणु एक ही या अलग-अलग परमाणुओं से मिलकर बने हो सकते हैं। सैकड़ों-हजारों परमाणुओं से युक्त मैक्रोमोलेक्यूल्स विशेष रूप से सामने आते हैं।

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अणु

लैट से संक्षिप्त रूप। मोल्स - द्रव्यमान) - रासायनिक यौगिक का सबसे छोटा कण; इसमें परमाणुओं की एक प्रणाली होती है और इसे रासायनिक साधनों का उपयोग करके अलग-अलग परमाणुओं में तोड़ा जा सकता है। अक्रिय गैसों, हीलियम, आदि के अणु एकपरमाण्विक होते हैं; उदाहरण के लिए, जटिल पदार्थ। अंडे का सफेद अणु हजारों परमाणुओं से बना होता है। अणु बनाने वाले परमाणुओं की संरचना और गुण पदार्थ के गुणों को निर्धारित करते हैं। जल वाष्प के एक अणु का व्यास 2.6 10 x 8 सेमी है। 0° के तापमान पर 1 सेमी 3 गैस और 1 एटीएम के दबाव में लगभग 27 1018 अणु होते हैं। अणु निरंतर गति में हैं, हालाँकि संपूर्ण तंत्र विश्राम में है। इस प्रक्रिया के दौरान निकलने वाली गति की ऊर्जा को ऊष्मा कहा जाता है।

परमाणु वे छोटे कण हैं जो पदार्थ का निर्माण करते हैं। ये कितने छोटे हैं इसकी कल्पना भी नहीं की जा सकती. यदि हम एक सौ मिलियन परमाणुओं को एक श्रृंखला में रखें, तो हमें केवल 1 सेमी लंबा एक धागा मिलेगा। कागज की एक पतली शीट में संभवतः परमाणुओं की कम से कम दस लाख परतें होती हैं। विज्ञान सौ से अधिक प्रकार के परमाणुओं को जानता है; एक दूसरे से जुड़कर वे हमारे आसपास के सभी पदार्थों का निर्माण करते हैं।

परमाणुओं की अवधारणा

यह विचार कि प्रकृति में हर चीज़ परमाणुओं से बनी है, बहुत समय पहले उत्पन्न हुई थी। 2500 साल पहले भी, प्राचीन यूनानी दार्शनिकों का मानना था कि पदार्थ ऐसे कणों से बना होता है जिन्हें विभाजित नहीं किया जा सकता। शब्द "परमाणु" ग्रीक शब्द "एटमोस" पर आधारित है, जिसका अर्थ है "अविभाज्य"। प्राचीन ग्रीस में (लेख "") देखें, दार्शनिकों ने इस परिकल्पना पर चर्चा की कि दुनिया के सभी पदार्थ अविभाज्य कणों से बने हैं। सच है, अरस्तू को इस पर संदेह था।

"परमाणु" शब्द का प्रयोग सबसे पहले अंग्रेजी रसायनज्ञ जॉन डाल्टन (1766-1844) ने किया था। 1807 में डाल्टन ने अपना परमाणु सिद्धांत सामने रखा। उन्होंने परमाणुओं को छोटे कण कहा जो किसी भी पदार्थ को बनाते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान नहीं बदलते हैं। डाल्टन के अनुसार, यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा परमाणु एक साथ जुड़ते हैं या एक दूसरे से अलग हो जाते हैं। डाल्टन का परमाणु सिद्धांत आधुनिक वैज्ञानिकों के विचारों का आधार है।

इस सदी की शुरुआत में वैज्ञानिकों ने परमाणुओं के मॉडल बनाना शुरू किया। अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1871 - 1937) ने दिखाया कि ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन धनात्मक आवेशित नाभिक की परिक्रमा करते हैं। नील्स बोह्र (1885 - 1962) ने तर्क दिया कि इलेक्ट्रॉन कुछ निश्चित कक्षाओं में घूमते हैं। 1932 में, जेम्स चैडविक (1891 - 1974) ने स्थापित किया कि परमाणु के नाभिक में कण होते हैं जिन्हें उन्होंने कहा था प्रोटानऔर न्यूट्रॉन.

परमाणु अपने से भी छोटे कणों से बने होते हैं, कहलाते हैं प्राथमिक. किसी परमाणु का केंद्र उसका नाभिक होता है। इसमें दो प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। परमाणु में अन्य प्राथमिक कण भी होते हैं - इलेक्ट्रॉनों; वे मूल के चारों ओर घूमते हैं। कई अलग-अलग प्राथमिक कण हैं। वैज्ञानिकों का मानना है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मिलकर बने होते हैं क्वार्क. परमाणु बनाने वाले प्राथमिक कण अपने विद्युत आवेशों द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं और इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं। न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता, अर्थात्। विद्युत रूप से तटस्थ हैं. विपरीत विद्युत आवेश वाले कण एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। परमाणु नाभिक में स्थित धनात्मक आवेशित प्रोटॉन के प्रति ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों का आकर्षण इलेक्ट्रॉनों को उस नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में रखता है। एक परमाणु में धनात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है, और परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है।
एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों या कोशों में होते हैं। प्रत्येक कोश में एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब अगला कोश भर जाता है, तो नए इलेक्ट्रॉन अगले कोश में प्रवेश करते हैं। किसी परमाणु का अधिकांश आयतन प्राथमिक कणों के बीच के खाली स्थान द्वारा घेर लिया जाता है। नाभिक के धनावेशित प्रोटॉन के प्रति आकर्षण बल द्वारा ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों को उनके ऊर्जा स्तर पर बनाए रखा जाता है।

परमाणु की संरचना का वर्णन अक्सर एक सख्त आरेख में किया जाता है, लेकिन आज वैज्ञानिकों का मानना है कि इलेक्ट्रॉन अपनी कक्षाओं में अस्पष्ट अवस्था में मौजूद होते हैं। यह विचार चित्र में परिलक्षित होता है, जहां इलेक्ट्रॉन कक्षाओं को "बादलों" के रूप में दर्शाया गया है। तो आप अणु को एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे देखेंगे। इलेक्ट्रॉन घनत्व के विभिन्न स्तरों को समान दिखाया गया है। सर्वाधिक घनत्व वाला क्षेत्र फ़िरोज़ा रंग में अंकित है।

परमाणु संख्या और परमाणु द्रव्यमान

परमाणु संख्या एक परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की संख्या है। एक नियम के रूप में, एक परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है, इसलिए परमाणु संख्या का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है कि परमाणु में कितने इलेक्ट्रॉन हैं। विभिन्न परमाणुओं में अलग-अलग संख्या में प्रोटॉन होते हैं। फॉस्फोरस परमाणु के नाभिक में 15 प्रोटॉन और 16 न्यूट्रॉन होते हैं, जिसका अर्थ है कि इसकी परमाणु संख्या 15 है। सोने के परमाणु के नाभिक में 79 प्रोटॉन और 118 न्यूट्रॉन हैं: इसलिए, सोने की परमाणु संख्या 79 है।

किसी परमाणु में जितने अधिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होंगे, उसका द्रव्यमान उतना ही अधिक होगा (परमाणु में पदार्थ की मात्रा को दर्शाने वाला मान)। प्रोटॉन की संख्या और न्यूट्रॉन की संख्या के योग को हम परमाणु द्रव्यमान कहते हैं। फॉस्फोरस का परमाणु द्रव्यमान 31 है। परमाणु द्रव्यमान की गणना करते समय, इलेक्ट्रॉनों को ध्यान में नहीं रखा जाता है, क्योंकि उनका द्रव्यमान परमाणु के द्रव्यमान की तुलना में नगण्य होता है। एक विशेष उपकरण है - मास स्पेक्ट्रोमीटर. यह आपको प्रत्येक दिए गए परमाणु का द्रव्यमान निर्धारित करने की अनुमति देता है।

आइसोटोप

अधिकांश तत्वों में समस्थानिक होते हैं जिनके परमाणुओं की संरचना थोड़ी भिन्न होती है। एक आइसोटोप के परमाणुओं में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या हमेशा स्थिर रहती है। आइसोटोप के परमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं। इसलिए, एक ही तत्व के सभी समस्थानिकों का परमाणु क्रमांक समान होता है लेकिन परमाणु द्रव्यमान भिन्न-भिन्न होता है। इस चित्र में आपको कार्बन के तीन समस्थानिक दिखाई दे रहे हैं। C12 आइसोटोप में 6 न्यूट्रॉन और 6 प्रोटॉन होते हैं। C 13 में 7 न्यूट्रॉन हैं। C 12 आइसोटोप के नाभिक में आठ न्यूट्रॉन और 6 प्रोटॉन होते हैं।

आइसोटोप के भौतिक गुण अलग-अलग होते हैं, लेकिन उनके रासायनिक गुण समान होते हैं। आमतौर पर, किसी तत्व (एक प्रकार के परमाणु से बना पदार्थ) के अधिकांश परमाणु एक ही आइसोटोप के होते हैं, जबकि अन्य आइसोटोप कम मात्रा में होते हैं।

अणुओं

परमाणु बहुत कम ही स्वतंत्र अवस्था में पाए जाते हैं। एक नियम के रूप में, वे एक-दूसरे से जुड़ते हैं और अणु या अन्य, अधिक विशाल संरचनाएँ बनाते हैं। अणु किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण है जो स्वतंत्र रूप से मौजूद रह सकता है। इसमें बंधनों द्वारा एक साथ बंधे परमाणु होते हैं। उदाहरण के लिए, एक अणु में दो परमाणु ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े होते हैं। परमाणु उन्हें बनाने वाले कणों के आवेशों द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। अणुओं की संरचना का वर्णन करते समय वैज्ञानिक मदद का सहारा लेते हैं मॉडल. एक नियम के रूप में, वे संरचनात्मक और स्थानिक मॉडल का उपयोग करते हैं। संरचनात्मक मॉडल उन बंधनों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो परमाणुओं को छड़ियों के रूप में एक साथ रखते हैं। स्थानिक मॉडल में, परमाणु एक दूसरे से कसकर जुड़े होते हैं। बेशक, मॉडल वास्तविक अणु जैसा नहीं दिखता है। मॉडल यह दिखाने के लिए बनाए जाते हैं कि किसी विशेष अणु में कौन से परमाणु होते हैं।

रासायनिक सूत्र

किसी पदार्थ के रासायनिक सूत्र से पता चलता है कि एक अणु में किस तत्व के कितने परमाणु शामिल हैं। प्रत्येक परमाणु को एक प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है। एक नियम के रूप में, तत्व के अंग्रेजी, लैटिन या अरबी नाम के पहले अक्षर को प्रतीक के रूप में चुना जाता है। उदाहरण के लिए, एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु में दो ऑक्सीजन परमाणु और एक कार्बन परमाणु होता है, इसलिए कार्बन डाइऑक्साइड का सूत्र CO2 है। दो परमाणु अणु में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या को दर्शाते हैं।

यह प्रयोग आपको दिखाएगा कि किसी पदार्थ के अणु आकर्षक शक्तियों द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। गिलास को पानी से पूरा भरें। गिलास में सावधानी से कुछ सिक्के डालें। आप देखेंगे कि पानी का एक गुम्बद गिलास के किनारों से ऊपर उठ गया है। , जो पानी के अणुओं को एक दूसरे की ओर आकर्षित करता है, कांच के किनारों के ऊपर कुछ पानी रख सकता है। इस बल को बल कहते हैं सतह तनाव.

पाठ मकसद:

छात्रों को अणुओं और परमाणुओं के बारे में बताएं और उनके बीच अंतर करना सिखाएं।

पाठ मकसद:

शैक्षिक: "अणु और परमाणु" विषय पर नई सामग्री का अध्ययन करें;

विकासात्मक: सोच और संज्ञानात्मक कौशल के विकास को बढ़ावा देना; संश्लेषण और विश्लेषण के तरीकों में महारत हासिल करना;

शैक्षिक: सीखने के लिए सकारात्मक प्रेरणा को बढ़ावा देना।

महत्वपूर्ण पदों:

अणु- एक विद्युत रूप से तटस्थ कण जिसमें सहसंयोजक बंधों से जुड़े दो या दो से अधिक परमाणु होते हैं; किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण जिसमें उसके गुण होते हैं।

एटम- किसी तत्व का सबसे छोटा रासायनिक रूप से अविभाज्य भाग, जो उसके गुणों का वाहक है; इसमें इलेक्ट्रॉन और एक परमाणु नाभिक होता है। अंतरपरमाण्विक बंधों से जुड़े विभिन्न परमाणुओं की विभिन्न संख्याएँ अणु बनाती हैं।

परमाणु नाभिक- परमाणु का केंद्रीय भाग, जिसमें उसका 99.9% से अधिक द्रव्यमान केंद्रित होता है।

3. वे कण क्यों हैं जो बनाते हैं? पदार्थ?

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5.कणों से बने ठोस पदार्थ ठोस क्यों दिखाई देते हैं?

अणु.

2.अणु बनाने वाले कणों के नाम क्या हैं?

3.एक ऐसे प्रयोग का वर्णन करें जिसका उपयोग किसी अणु का आकार निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।

4. क्या एक पदार्थ के अणु एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में भिन्न होते हैं?

5.परमाणु क्या है और इसमें क्या शामिल है?

गृहकार्य।

किसी भी पदार्थ के अणु का आकार मापने के लिए घर पर एक प्रयोग आज़माएँ।

यह जानना दिलचस्प है.

पदार्थ के सबसे छोटे अविभाज्य भाग के रूप में परमाणु की अवधारणा सबसे पहले प्राचीन भारतीय और प्राचीन यूनानी दार्शनिकों द्वारा तैयार की गई थी। 17वीं और 18वीं शताब्दी में, रसायनज्ञ प्रयोगात्मक रूप से इस विचार की पुष्टि करने में सक्षम थे, जिससे पता चला कि कुछ पदार्थों को रासायनिक तरीकों से उनके घटक तत्वों में नहीं तोड़ा जा सकता है। हालाँकि, 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में, भौतिकविदों ने उप-परमाणु कणों और परमाणु की समग्र संरचना की खोज की, और यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु वास्तव में "अविभाज्य" नहीं है।

1860 में कार्लज़ूए (जर्मनी) में रसायनज्ञों की अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस में अणु और परमाणु की अवधारणाओं की परिभाषाएँ अपनाई गईं। परमाणु किसी रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो सरल और जटिल पदार्थों का हिस्सा होता है।

परमाणुओं और अणुओं का भौतिकी भौतिकी की एक शाखा है जो परमाणुओं, अणुओं और उनके अधिक जटिल संघों (समूहों) की आंतरिक संरचना और भौतिक गुणों का अध्ययन करती है, साथ ही वस्तुओं और प्राथमिक कणों के बीच बातचीत के कम-ऊर्जा प्राथमिक कार्यों के दौरान भौतिक घटनाओं का भी अध्ययन करती है।

परमाणुओं और अणुओं की भौतिकी का अध्ययन करते समय, मुख्य हैं स्पेक्ट्रोस्कोपी और मास स्पेक्ट्रोमेट्री जैसी प्रायोगिक विधियाँ, उनकी सभी किस्मों के साथ, कुछ प्रकार की क्रोमैटोग्राफी, अनुनाद विधियाँ और माइक्रोस्कोपी, क्वांटम यांत्रिकी के सैद्धांतिक तरीके, सांख्यिकीय भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स। परमाणुओं और अणुओं की भौतिकी आणविक भौतिकी के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ी हुई है, जो उनकी सूक्ष्म संरचना के साथ-साथ रसायन विज्ञान की कुछ शाखाओं के आधार पर एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में निकायों के (सामूहिक) भौतिक गुणों का अध्ययन करती है।

आइए परमाणु-आणविक सिद्धांत के विकास के इतिहास में एक संक्षिप्त भ्रमण करें: