અણુઓ અને પરમાણુઓ
પ્રાચીન ભારતીય અને ગ્રીક દાર્શનિકોએ હંમેશા પદાર્થના અજ્ઞાત અને અદૃશ્ય સ્વરૂપ વિશે આશ્ચર્ય કર્યું છે. પદાર્થની વિભાજ્યતાનો વિચાર ભારતમાં લાંબા સમય પહેલા, લગભગ $500 BC$, ગણવામાં આવ્યો હતો. એક ભારતીય દાર્શનિક મહર્ષિ કણાદે એવી માન્યતા રજૂ કરી કે જો આપણે પદાર્થ (પદાર્થ)ને વિભાજિત કરતા જઈએ, તો આપણને નાના અને નાના કણો મળશે. અંતે, એક એવો તબક્કો આવશે જ્યારે આપણે સૌથી નાના કણો સાથે મળીશું જેનાથી આગળ વિભાજન શક્ય નથી. તેમણે આ કણોને પરમાણુ નામ આપ્યું. બીજા ભારતીય દાર્શનિક, પાકુધા કાત્યાયનએ આ સિદ્ધાંતને વિસ્તૃત કર્યો અને કહ્યું કે આ કણો સામાન્ય રીતે સંયુક્ત સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વમાં હોય છે જે આપણને પદાર્થના વિવિધ સ્વરૂપો આપે છે.
લગભગ એ જ યુગમાં, પ્રાચીન ગ્રીક દાર્શનિકો - ડેમોક્રિટસ અને લ્યુસિપસે સૂચવ્યું કે જો આપણે પદાર્થને વિભાજિત કરતા જઈએ, તો એક એવો તબક્કો આવશે જ્યારે મળેલા કણોને આગળ વિભાજિત કરી શકાશે નહીં. ડેમોક્રિટસે આ અવિભાજ્ય કણોને અણુઓ (અર્થ અવિભાજ્ય) કહ્યા. આ બધું દાર્શનિક વિચારણાઓ પર આધારિત હતું અને અઢારમી સદી સુધી આ વિચારોને માન્યતા આપવા માટે વધુ પ્રાયોગિક કાર્ય કરી શકાયું ન હતું.
અઢારમી સદીના અંત સુધીમાં, વૈજ્ઞાનિકોએ તત્વો અને સંયોજનો વચ્ચેનો તફાવત ઓળખ્યો અને સ્વાભાવિક રીતે એ જાણવામાં રસ લીધો કે તત્વો કેવી રીતે અને શા માટે જોડાય છે અને જ્યારે તેઓ જોડાય છે ત્યારે શું થાય છે.
એન્ટોઈન એલ. લાવોઇઝીએ રાસાયણિક સંયોજનના બે મહત્વપૂર્ણ નિયમો સ્થાપીને રાસાયણિક વિજ્ઞાનની નીંદણી નાખી.
3.1 રાસાયણિક સંયોજનના નિયમો
નીચેના બે સંયોજન લાવોઇઝીય અને જોસેફ એલ. પ્રાઉસ્ટ દ્વારા ઘણા પ્રયોગો પછી સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા હતા.
3.1.1 દળના સંરક્ષણનો નિયમ
જ્યારે રાસાયણિક ફેરફાર (રાસાયણિક પ્રક્રિયા) થાય છે ત્યારે દળમાં ફેરફાર થાય છે?
પ્રવૃત્તિ 3.1
-
નીચેનામાંથી એક સમૂહ, $X$ અને $Y$ રસાયણો લો-
$\text{X}$ $\text{Y}$ (i) કોપર સલ્ફેટ સોડિયમ કાર્બોનેટ (ii) બેરિયમ ક્લોરાઇડ સોડિયમ સલ્ફેટ (iii) લેડ નાઇટ્રેટ સોડિયમ ક્લોરાઇડ -
$X$ અને $Y$ ની નીચે યાદી કરેલા પદાર્થોની કોઈપણ એક જોડીના 5% દ્રાવણને અલગથી પાણીમાં $10 mL$ તૈયાર કરો.
-
શંકુ આકારના ફ્લાસ્કમાં $Y$ નું થોડું પ્રમાણ દ્રાવણ અને ઇગ્નિશન ટ્યુબમાં $X$ નું થોડું દ્રાવણ લો.
-
ઇગ્નિશન ટ્યુબને ફ્લાસ્કમાં કાળજીપૂર્વક લટકાવો; ખાતરી કરો કે દ્રાવણો મિશ્ર થતા નથી. ફ્લાસ્ક પર કોર્ક મૂકો (ફિગ. 3.1 જુઓ).
ફિગ. 3.1: ઇગ્નિશન ટ્યુબ જેમાં $X$ નું દ્રાવણ છે, તેને શંકુ આકારના ફ્લાસ્કમાં ડુબાડેલ છે જેમાં $Y$ નું દ્રાવણ છે
-
ફ્લાસ્ક અને તેની સામગ્રીનું વજન કાળજીપૂર્વક કરો.
-
હવે ફ્લાસ્કને ઢાળવો અને ફેરવો, જેથી દ્રાવણો $X$ અને $Y$ મિશ્ર થાય.
-
ફરીથી વજન કરો.
-
પ્રક્રિયા ફ્લાસ્કમાં શું થાય છે?
-
શું તમને લાગે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયા થઈ છે?
-
આપણે ફ્લાસ્કના મોં પર કોર્ક શા માટે મૂકવો જોઈએ?
-
શું ફ્લાસ્ક અને તેની સામગ્રીનું દળ બદલાય છે?
દળના સંરક્ષણનો નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં દળને ન તો સર્જી શકાય છે અને ન તો નાશ કરી શકાય છે.
3.1.2 અચળ પ્રમાણનો નિયમ
લાવોઇઝીયે, અન્ય વૈજ્ઞાનિકો સાથે, નોંધ્યું કે ઘણા સંયોજનો બે અથવા વધુ તત્વોથી બનેલા હતા અને દરેક આવા સંયોજનમાં સમાન તત્વો સમાન પ્રમાણમાં હતા, ભલે તે સંયોજન ક્યાંથી આવ્યું હોય અથવા કોણે તે તૈયાર કર્યું હોય.
પાણી જેવા સંયોજનમાં, હાઇડ્રોજનના દળનું ઓક્સિજનના દળ સાથેનું પ્રમાણ હંમેશા $1: 8$ હોય છે, ભલે પાણીનો સ્ત્રોત ગમે તે હોય. આમ, જો $9 g$ પાણીનું વિઘટન કરવામાં આવે, તો હંમેશા $1 g$ હાઇડ્રોજન અને $8 g$ ઓક્સિજન મળે છે. તે જ રીતે એમોનિયામાં, નાઇટ્રોજન અને હાઇડ્રોજન હંમેશા દળ દ્વારા $14: 3$ ના પ્રમાણમાં હાજર હોય છે, ભલે તે મેળવવાની પદ્ધતિ અથવા સ્ત્રોત ગમે તે હોય.
આ અચળ પ્રમાણના નિયમ તરફ દોરી ગયું જેને નિશ્ચિત પ્રમાણના નિયમ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આ નિયમ પ્રાઉસ્ટ દ્વારા “રાસાયણિક પદાર્થમાં તત્વો હંમેશા દળ દ્વારા નિશ્ચિત પ્રમાણમાં હાજર હોય છે” તરીકે જણાવવામાં આવ્યો હતો.
વૈજ્ઞાનિકો સામે આવેલી આગામી સમસ્યા આ નિયમોની યોગ્ય સમજૂતી આપવાની હતી. બ્રિટિશ રસાયણશાસ્ત્રી જ્હોન ડાલ્ટને પદાર્થની પ્રકૃતિ વિશેનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત આપ્યો. ડાલ્ટને પદાર્થની વિભાજ્યતાનો વિચાર લીધો, જે ત્યાં સુધી માત્ર દર્શન હતું. તેમણે ગ્રીક લોકો દ્વારા આપેલ ‘અણુઓ’ નામ લીધું અને કહ્યું કે પદાર્થના સૌથી નાના કણો અણુઓ છે. તેમનો સિદ્ધાંત રાસાયણિક સંયોજનના નિયમો પર આધારિત હતો. ડાલ્ટનની અણુ સિદ્ધાંતે દળના સંરક્ષણના નિયમ અને નિશ્ચિત પ્રમાણના નિયમ માટે સમજૂતી આપી.
જ્હોન ડાલ્ટનનો જન્મ 1766માં ઇંગ્લેન્ડમાં એક ગરીબ વણકરના પરિવારમાં થયો હતો. તેમણે બાર વર્ષની ઉંમરે શિક્ષક તરીકે કારકિર્દી શરૂ કરી. સાત વર્ષ પછી તેઓ શાળાના પ્રિન્સિપાલ બન્યા. 1793માં, ડાલ્ટન ગણિત, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્ર શીખવવા માટે માન્ચેસ્ટર ગયા
જ્હોન ડાલ્ટન એક કોલેજમાં. તેઓએ ત્યાંના મોટાભાગના જીવન શિક્ષણ અને સંશોધનમાં ગાળ્યા. 1808માં, તેમણે તેમનો અણુ સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો જે પદાર્થના અભ્યાસમાં એક મહત્વપૂર્ણ વળાંક હતો.
ડાલ્ટનના અણુ સિદ્ધાંત મુજબ, બધા પદાર્થો, ભલે તે તત્વ હોય, સંયોજન હોય અથવા મિશ્રણ હોય, તે અણુ નામના નાના કણોથી બનેલા છે. આ સિદ્ધાંતની માન્યતાઓ નીચે પ્રમાણે જણાવી શકાય:
(i) બધા પદાર્થો અણુ નામના ખૂબ જ સૂક્ષ્મ કણોથી બનેલા છે, જે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે.
(ii) અણુઓ અવિભાજ્ય કણો છે, જે રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં સર્જી અથવા નાશ કરી શકાતા નથી.
(iii) આપેલ તત્વના અણુઓ દળ અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં સમાન હોય છે.
(iv) વિવિધ તત્વોના અણુઓના જુદા જુદા દળ અને રાસાયણિક ગુણધર્મો હોય છે.
(v) અણુઓ સંયોજનો બનાવવા માટે નાના પૂર્ણાંકોના પ્રમાણમાં જોડાય છે.
(vi) આપેલ સંયોજનમાં અણુઓની સંબંધિત સંખ્યા અને પ્રકારો અચળ હોય છે.
તમે આગલા પ્રકરણમાં અભ્યાસ કરશો કે બધા અણુઓ હજુ પણ નાના કણોથી બનેલા છે.
3.2 અણુ શું છે?
શું તમે ક્યારેય એક રજકને દિવાલો બનાવતા જોયા છે, આ દિવાલોમાંથી એક ઓરડો અને પછી ઓરડાઓના સમૂહથી એક ઇમારત બનાવતા જોયા છે? વિશાળ ઇમારતનો બિલ્ડિંગ બ્લોક શું છે? ઉંદરના ઢોરનો બિલ્ડિંગ બ્લોક શું છે? તે રેતીનો એક નાનો દાણો છે. તે જ રીતે, બધા પદાર્થોના બિલ્ડિંગ બ્લોક અણુઓ છે.
અણુઓ કેટલા મોટા છે?
અણુઓ ખૂબ જ નાના છે, તેઓ આપણે કલ્પના કરી શકીએ છીએ અથવા સરખામણી કરી શકીએ છીએ તેના કરતાં પણ નાના છે. લાખો કરતાં વધુ અણુઓ જ્યારે ગોઠવવામાં આવે ત્યારે આ કાગળની શીટ જેટલી જાડી પરત બનાવશે.
પરમાણુ ત્રિજ્યા નેનોમીટરમાં માપવામાં આવે છે.
$$ \begin{aligned} 1 / 10^{9} m & =1 nm \\ 1 m & =10^{9} nm \end{aligned} $$
સંબંધિત કદ
| ત્રિજ્યા (મીટરમાં) | ઉદાહરણ |
|---|---|
| $10^{-10}$ | હાઇડ્રોજનનો અણુ |
| $10^{-9}$ | પાણીનો પરમાણુ |
| $10^{-8}$ | હિમોગ્લોબિનનો પરમાણુ |
| $10^{-4}$ | રેતીનો દાણો |
| $10^{-3}$ | કીડી |
| $10^{-1}$ | સફરજન |
આપણે વિચારી શકીએ છીએ કે જો અણુઓ કદમાં એટલા નગણ્ય છે, તો આપણે તેમની કાળજી શા માટે લેવી જોઈએ? આ એટલા માટે કે આપણો સમગ્ર વિશ્વ અણુઓથી બનેલો છે. આપણે તેમને જોઈ શકતા નથી, પરંતુ તેઓ ત્યાં છે, અને આપણે જે કરીએ છીએ તેને સતત અસર કરે છે. આધુનિક તકનીકો દ્વારા, આપણે હવે તત્વોની સપાટીઓના વિસ્તૃત ચિત્રો બનાવી શકીએ છીએ જે અણુઓ દર્શાવે છે.
ફિગ. 3.2: સિલિકોનની સપાટીનું એક ચિત્ર
3.2.1 વિવિધ તત્વોના અણુઓના આધુનિક ચિહ્નો શું છે?
ડાલ્ટન તત્વો માટે ચિહ્નોનો ઉપયોગ ખૂબ જ ચોક્કસ અર્થમાં કરનારા પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક હતા. જ્યારે તેમણે તત્વ માટે ચિહ્નનો ઉપયોગ કર્યો ત્યારે તેમણે તે તત્વની નિશ્ચિત માત્રા, એટલે કે, તે તત્વના એક અણુનો પણ અર્થ કર્યો. બર્ઝિલિયસે સૂચવ્યું કે તત્વોના ચિહ્નો તત્વના નામના એક અથવા બે અક્ષરોથી બનાવવામાં આવે.
ફિગ. 3.3: ડાલ્ટન દ્વારા સૂચવેલા કેટલાક તત્વોના ચિહ્નો
શરૂઆતમાં, તત્વોના નામો તે સ્થળના નામ પરથી લેવામાં આવ્યા હતા જ્યાં તેમને પ્રથમ વખત શોધવામાં આવ્યા હતા. ઉદાહરણ તરીકે, કોપરનું નામ સાયપ્રસ પરથી લેવામાં આવ્યું હતું. કેટલાક નામો ચોક્કસ રંગોથી લેવામાં આવ્યા હતા. ઉદાહરણ તરીકે, સોનું ઇંગ્લિશ શબ્દ પીળો અર્થમાંથી લેવામાં આવ્યું હતું. હાલમાં, IUPAC (ઇન્ટરનેશનલ યુનિયન ઓફ પ્યોર એન્ડ એપ્લાઇડ કેમિસ્ટ્રી) એક આંતરરાષ્ટ્રીય વૈજ્ઞાનિક સંસ્થા છે જે તત્વો, ચિહ્નો અને એકમોના નામો મંજૂર કરે છે. ઘણા ચિહ્નો ઇંગ્લિશમાં તત્વના નામના પ્રથમ એક અથવા બે અક્ષરો છે. ચિહ્નનો પ્રથમ અક્ષર હંમેશા કેપિટલ અક્ષર (અપરકેસ) તરીકે લખવામાં આવે છે અને બીજો અક્ષર નાના અક્ષર (લોઅરકેસ) તરીકે લખવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ માટે
(i) હાઇડ્રોજન, $H$
(ii) એલ્યુમિનિયમ, $Al$ અને $AL$ નહીં
(iii) કોબાલ્ટ, Co અને CO નહીં.
કેટલાક તત્વોના ચિહ્નો નામના પ્રથમ અક્ષર અને નામમાં પછી આવતા અક્ષર પરથી બનાવવામાં આવે છે. ઉદાહરણો છે: (i) ક્લોરિન, $Cl$, (ii) ઝિંક, $Zn$ વગેરે.
અન્ય ચિહ્નો લેટિન, જર્મન અથવા ગ્રીકમાં તત્વોના નામ પરથી લેવામાં આવ્યા છે. ઉદાહરણ તરીકે, આયર્નનું ચિહ્ન $Fe$ તેના લેટિન નામ ફેરમ પરથી, સોડિયમ $Na$ નેટ્રિયમ પરથી, પોટેશિયમ $K$ કેલિયમ પરથી છે. તેથી, દરેક તત્વનું નામ અને અનન્ય રાસાયણિક ચિહ્ન હોય છે. (ઉપરોક્ત કોષ્ટક તમારા માટે સંદર્ભ માટે આપવામાં આવ્યું છે જ્યારે પણ તમે તત્વો વિશે અભ્યાસ કરો. એક સાથે બધું યાદ રાખવાની ચિંતા કરશો નહીં. સમય પસાર થવા અને વારંવાર ઉપયોગથી તમે આપમેળે ચિહ્નોનું પુનરુત્પાદન કરી શકશો.)
3.2.2 પરમાણુ દળ
ડાલ્ટનના અણુ સિદ્ધાંતે સૂચવેલી સૌથી નોંધપાત્ર વિભાવના પરમાણુ દળની હતી. તેમના મતે, દરેક તત્વનું લાક્ષણિક પરમાણુ દળ હતું. આ સિદ્ધાંત અચળ પ્રમાણના નિયમને એટલી સારી રીતે સમજાવી શક્યો કે વૈજ્ઞાનિકો અણુના પરમાણુ દળને માપવા માટે પ્રેરિત થયા. વ્યક્તિગત અણુનું દળ નક્કી કરવું એ પ્રમાણમાં મુશ્કેલ કાર્ય હોવાથી, સંબંધિત પરમાણુ દળ રાસાયણિક સંયોજનો અને બનેલા સંયોજનોના નિયમોનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા.
ચાલો કાર્બન અને ઓક્સિજન દ્વારા બનેલા સંયોજન, કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO) નું ઉદાહરણ લઈએ. પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું કે 3 $g$ કાર્બન $4 g$ ઓક્સિજન સાથે જોડાઈને $CO$ બનાવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, કાર્બન ઓક્સિજનના દળના $4 / 3$ ગણા સાથે જોડાય છે. ધારો કે આપણે પરમાણુ દળ એકમ (પહેલાં ‘amu’ તરીકે સંક્ષિપ્ત, પરંતુ નવીનતમ IUPAC ભલામણો મુજબ, હવે ‘$u$’ - એકીકૃત દળ તરીકે લખવામાં આવે છે) એક કાર્બન અણુના દળ જેટલું વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ, તો આપણે
કોષ્ટક 3.1: કેટલાક તત્વોના ચિહ્નો
| તત્વ | ચિહ્ન | તત્વ | ચિહ્ન | તત્વ | ચિહ્ન |
|---|---|---|---|---|---|
| એલ્યુમિનિયમ | $Al$ | કોપર | $Cu$ | નાઇટ્રોજન | $N$ |
| આર્ગોન | $Ar$ | ફ્લોરિન | $F$ | ઓક્સિજન | $O$ |
| બેરિયમ | $Ba$ | સોનું | $Au$ | પોટેશિયમ | $K$ |
| બોરોન | $B$ | હાઇડ્રોજન | $H$ | સિલિકોન | $Si$ |
| બ્રોમિન | $Br$ | આયોડિન | $I$ | ચાંદી | $Ag$ |
| કેલ્શિયમ | $Ca$ | આયર્ન | $Fe$ | સોડિયમ | $Na$ |
| કાર્બન | $C$ | લેડ | $Pb$ | સલ્ફર | $S$ |
| ક્લોરિન | $Cl$ | મેગ્નેશિયમ | $Mg$ | યુરેનિયમ | $U$ |
| કોબાલ્ટ | $Co$ | નિયોન | $Ne$ | ઝિંક | $Zn$ |
કાર્બનને $1.0 u$ નું પરમાણુ દળ અને ઓક્સિજનને $1.33 u$ નું પરમાણુ દળ સોંપીશું. જો કે, આ સંખ્યાઓને પૂર્ણાંક અથવા શક્ય તેટલા પૂર્ણાંકની નજીક રાખવું વધુ અનુકૂળ છે. વિવિધ પરમાણુ દળ એકમોની શોધ કરતી વખતે, વૈજ્ઞાનિકોએ શરૂઆતમાં કુદરતી રીતે થતા ઓક્સિજનના અણુના દળના 1/16 ભાગને એકમ તરીકે લીધો. આ બે કારણોસર સંબંધિત ગણવામાં આવ્યું:
-
ઓક્સિજન મોટી સંખ્યામાં તત્વો સાથે પ્રક્રિયા કરે છે અને સંયોજનો બનાવે છે.
-
આ પરમાણુ દળ એકમે મોટાભાગના તત્વોના દળને પૂર્ણાંક તરીકે આપ્યા.
જો કે, 1961માં સાર્વત્રિક રીતે સ્વીકૃત પરમાણુ દળ એકમ માટે, કાર્બન-12 સમસ્થાનિકને પરમાણુ દળ માપવા માટે પ્રમાણભૂત સંદર્ભ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. એક પરમાણુ દળ એકમ એ કાર્બન-12 ના એક અણુના દળના બરાબર એક-બારમાં $(1 / 12^{th})$ ભાગ જેટલું દળ એકમ છે. બધા તત્વોના સંબંધિત પરમાણુ દળ કાર્બન-12 ના એક અણુની સાપેક્ષમાં મળી આવ્યા છે.
કલ
BETA
