ಅಧ್ಯಾಯ 3 ರಲ್ಲಿ, ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳು ದ್ರವ್ಯದ ಮೂಲಭೂತ ಕಟ್ಟಡದ ಕಲ್ಲುಗಳು ಎಂದು ನಾವು ಕಲಿತಿದ್ದೇವೆ. ವಿವಿಧ ರೀತಿಯ ದ್ರವ್ಯದ ಅಸ್ತಿತ್ವವು ಅವುಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವ ವಿಭಿನ್ನ ಪರಮಾಣುಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿದೆ. ಈಗ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು ಉದ್ಭವಿಸುತ್ತವೆ: (i) ಒಂದು ಮೂಲಭೂತದ ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಇನ್ನೊಂದು ಮೂಲಭೂತದ ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ ಭಿನ್ನವಾಗಿಸುವುದು ಯಾವುದು? ಮತ್ತು (ii) ಡಾಲ್ಟನ್ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದಂತೆ ಪರಮಾಣುಗಳು ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಅವಿಭಾಜ್ಯವೇ, ಅಥವಾ ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಸಣ್ಣ ಘಟಕಗಳಿವೆಯೇ? ಈ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ ನಾವು ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿಗೆ ಉತ್ತರಗಳನ್ನು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ. ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣಗಳು ಮತ್ತು ಈ ಕಣಗಳು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಹೇಗೆ ಜೋಡಣೆಗೊಂಡಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾದ ವಿವಿಧ ಮಾದರಿಗಳ ಬಗ್ಗೆ ನಾವು ಕಲಿಯುತ್ತೇವೆ.

19 ನೇ ಶತಮಾನದ ಅಂತ್ಯದಲ್ಲಿ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳ ಮುಂದಿದ್ದ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಸವಾಲು ಪರಮಾಣುವಿನ ರಚನೆಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುವುದು ಮತ್ತು ಅದರ ಪ್ರಮುಖ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುವುದು. ಪರಮಾಣುಗಳ ರಚನೆಯ ಸ್ಪಷ್ಟೀಕರಣವು ಅನೇಕ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಸರಣಿಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ.

ಪರಮಾಣುಗಳು ಅವಿಭಾಜ್ಯವಲ್ಲ ಎಂಬ ಮೊದಲ ಸೂಚನೆಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು, ಸ್ಥಿರ ವಿದ್ಯುತ್ತು ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ತು ಹೇಗೆ ವಹನವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದರ ಅಧ್ಯಯನದಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ.

4.1 ದ್ರವ್ಯದಲ್ಲಿನ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು

ದ್ರವ್ಯದಲ್ಲಿನ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ಈ ಕೆಳಗಿನ ಚಟುವಟಿಕೆಗಳನ್ನು ಮಾಡೋಣ:

ಚಟುವಟಿಕೆ 4.1

A. ಒಣ ಕೂದಲನ್ನು ಬಾಚಿ. ಬಾಚಣಿಗೆಯು ನಂತರ ಕಾಗದದ ಸಣ್ಣ ತುಂಡುಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆಯೇ?

B. ರೇಷ್ಮೆ ಬಟ್ಟೆಯೊಂದಿಗೆ ಗಾಜಿನ ಕಡ್ಡಿಯನ್ನು ಉಜ್ಜಿ ಮತ್ತು ಊದಿದ ಬಲೂನ್ ಒಂದರ ಹತ್ತಿರ ಕಡ್ಡಿಯನ್ನು ತನ್ನಿರಿ. ಏನಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ಈ ಚಟುವಟಿಕೆಗಳಿಂದ, ಎರಡು ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟಿಗೆ ಉಜ್ಜಿದಾಗ, ಅವು ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶ ಪಡೆಯುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಾವು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದೇ? ಈ ಆವೇಶ ಎಲ್ಲಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ? ಪರಮಾಣುವು ವಿಭಾಜ್ಯವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳುವ ಮೂಲಕ ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗೆ ಉತ್ತರಿಸಬಹುದು.

ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಲು ಅನೇಕ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಕೊಡುಗೆ ನೀಡಿದ್ದಾರೆ.

1900 ರ ಹೊತ್ತಿಗೆ ಪರಮಾಣುವು ಅವಿಭಾಜ್ಯ ಕಣವಾಗಿದೆ ಆದರೆ ಕನಿಷ್ಠ ಒಂದು ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿದಿತ್ತು - J.J. ಥಾಮ್ಸನ್ ಗುರುತಿಸಿದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗುರುತಿಸಲ್ಪಡುವ ಮೊದಲೇ, E. ಗೋಲ್ಡ್ಸ್ಟೈನ್ 1886 ರಲ್ಲಿ ಅನಿಲ ವಿಸರ್ಜನೆಯಲ್ಲಿ ಹೊಸ ವಿಕಿರಣಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದು ಅವುಗಳನ್ನು ಕಾಲುವೆ ಕಿರಣಗಳು ಎಂದು ಕರೆದರು. ಈ ಕಿರಣಗಳು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ವಿಕಿರಣಗಳಾಗಿದ್ದು, ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಇನ್ನೊಂದು ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣದ ಆವಿಷ್ಕಾರಕ್ಕೆ ದಾರಿ ಮಾಡಿಕೊಟ್ಟವು. ಈ ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗೆ ಸಮಾನವಾದ ಆವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿತ್ತು ಆದರೆ ಚಿಹ್ನೆಯಲ್ಲಿ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿತ್ತು. ಅದರ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಿಂತ ಸುಮಾರು 2000 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿತ್ತು. ಅದಕ್ಕೆ ಪ್ರೋಟಾನ್ ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾಯಿತು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ’ $e$ ’ ಎಂದು ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ ಅನ್ನು ’ $p$ ’ ಎಂದು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರೋಟಾನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಒಂದು ಏಕಮಾನವಾಗಿ ಮತ್ತು ಅದರ ಆವೇಶವನ್ನು ಪ್ಲಸ್ ಒಂದಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ನಗಣ್ಯವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಆವೇಶವು ಮೈನಸ್ ಒಂದು.

ಪರಮಾಣುವು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ರಚಿತವಾಗಿದೆ, ಪರಸ್ಪರ ತಮ್ಮ ಆವೇಶಗಳನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತಿತ್ತು. ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಭಾಗದಲ್ಲಿವೆ ಎಂದು ಕೂಡ ತೋರುತ್ತಿತ್ತು, ಏಕೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ತೆಗೆದುಹಾಕಬಹುದು ಆದರೆ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಅಲ್ಲ. ಈಗ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಶ್ನೆಯೆಂದರೆ: ಈ ಪರಮಾಣು ಕಣಗಳು ಯಾವ ರೀತಿಯ ರಚನೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಿದವು? ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗೆ ಉತ್ತರವನ್ನು ನಾವು ಕೆಳಗೆ ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ.

4.2 ಪರಮಾಣುವಿನ ರಚನೆ

ಅಧ್ಯಾಯ 3 ರಲ್ಲಿ ನಾವು ಡಾಲ್ಟನ್ನ ಪರಮಾಣು ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಕಲಿತಿದ್ದೇವೆ, ಅದು ಪರಮಾಣುವು ಅವಿಭಾಜ್ಯ ಮತ್ತು ಅವಿನಾಶಿ ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿತು. ಆದರೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಎರಡು ಮೂಲಭೂತ ಕಣಗಳ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು) ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಡಾಲ್ಟನ್ನ ಪರಮಾಣು ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಈ ಅಂಶದ ವಿಫಲತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಹೇಗೆ ಜೋಡಣೆಗೊಂಡಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳುವುದು ಅಗತ್ಯವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಯಿತು. ಇದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು, ಅನೇಕ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ವಿವಿಧ ಪರಮಾಣು ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಪರಮಾಣುವಿನ ರಚನೆಗೆ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದ ಮೊದಲ ವ್ಯಕ್ತಿ J.J. ಥಾಮ್ಸನ್.

4.2.1 ಪರಮಾಣುವಿನ ಥಾಮ್ಸನ್ ಮಾದರಿ

ಪರಮಾಣುವಿನ ಮಾದರಿಯು ಕ್ರಿಸ್ಮಸ್ ಪುಡಿಂಗ್ನಂತೆಯೇ ಇರಬೇಕು ಎಂದು ಥಾಮ್ಸನ್ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಗೋಳದಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು, ಗೋಳಾಕಾರದ ಕ್ರಿಸ್ಮಸ್ ಪುಡಿಂಗ್ನಲ್ಲಿರುವ ಒಣ ಹಣ್ಣುಗಳಂತೆ (ಕರೆಂಟ್ಗಳಂತೆ) ಇದ್ದವು. ನಾವು ಕಲ್ಲಂಗಡಿಯ ಬಗ್ಗೆ ಕೂಡ ಯೋಚಿಸಬಹುದು, ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಕಲ್ಲಂಗಡಿಯ ಕೆಂಪು ತಿನ್ನಬಹುದಾದ ಭಾಗದಂತೆ ಎಲ್ಲೆಡೆ ಹರಡಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಗೋಳದಲ್ಲಿ ಕಲ್ಲಂಗಡಿಯ ಬೀಜಗಳಂತೆ ಹುದುಗಿರುತ್ತವೆ (ಚಿತ್ರ 4.1).

ಚಿತ್ರ 4.1: ಪರಮಾಣುವಿನ ಥಾಮ್ಸನ್ ಮಾದರಿ

J.J. ಥಾಮ್ಸನ್ (1856-1940 ), ಬ್ರಿಟಿಷ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ, 18 ಡಿಸೆಂಬರ್ 1856 ರಂದು ಮ್ಯಾಂಚೆಸ್ಟರ್ನ ಉಪನಗರವಾದ ಚೀತಮ್ ಹಿಲ್ನಲ್ಲಿ ಜನಿಸಿದರು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ಕೆಲಸಕ್ಕಾಗಿ ಅವರಿಗೆ 1906 ರಲ್ಲಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿ ನೀಡಲಾಯಿತು. ಅವರು 35 ವರ್ಷಗಳ ಕಾಲ ಕೇಂಬ್ರಿಡ್ಜ್ನ ಕ್ಯಾವೆಂಡಿಶ್ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದ ನಿರ್ದೇಶಕರಾಗಿದ್ದರು ಮತ್ತು ಅವರ ಏಳು ಸಂಶೋಧನಾ ಸಹಾಯಕರು ನಂತರ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿಗಳನ್ನು ಪಡೆದರು.

ಥಾಮ್ಸನ್ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು:

(i) ಪರಮಾಣುವು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಗೋಳವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅದರಲ್ಲಿ ಹುದುಗಿರುತ್ತವೆ.

(ii) ಋಣಾತ್ಮಕ ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಗಳು ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣುವು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಥಾಮ್ಸನ್ನ ಮಾದರಿಯು ಪರಮಾಣುಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿವೆ ಎಂದು ವಿವರಿಸಿದರೂ, ಇತರ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ನಡೆಸಿದ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಈ ಮಾದರಿಯಿಂದ ವಿವರಿಸಲಾಗಲಿಲ್ಲ, ನಾವು ಕೆಳಗೆ ನೋಡುವಂತೆ.

4.2.2 ಪರಮಾಣುವಿನ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಮಾದರಿ

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಹೇಗೆ ಜೋಡಣೆಗೊಂಡಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಲು ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಆಸಕ್ತಿ ಹೊಂದಿದ್ದರು. ಇದಕ್ಕಾಗಿ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಒಂದು ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದರು. ಈ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಆಲ್ಫಾ $(\alpha)$-ಕಣಗಳನ್ನು ತೆಳುವಾದ ಚಿನ್ನದ ಪದರದ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವಂತೆ ಮಾಡಲಾಯಿತು.

• ಅವರು ಚಿನ್ನದ ಪದರವನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿದರು ಏಕೆಂದರೆ ಸಾಧ್ಯವಾದಷ್ಟು ತೆಳುವಾದ ಪದರ ಬೇಕಾಗಿತ್ತು. ಈ ಚಿನ್ನದ ಪದರವು ಸುಮಾರು 1000 ಪರಮಾಣುಗಳಷ್ಟು ದಪ್ಪವಾಗಿತ್ತು.
• $\alpha$-ಕಣಗಳು ದ್ವಿ-ಆವೇಶಿತ ಹೀಲಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳಾಗಿವೆ. ಅವುಗಳು $4 u$ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ $\alpha$-ಕಣಗಳು ಗಣನೀಯ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.
• $\alpha$-ಕಣಗಳು ಚಿನ್ನದ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿನ ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣಗಳಿಂದ ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗಿತ್ತು. $\alpha$-ಕಣಗಳು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಭಾರವಾಗಿದ್ದ ಕಾರಣ, ದೊಡ್ಡ ವಿಚಲನಗಳನ್ನು ನೋಡಲು ಅವರು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ 4.2: ಚಿನ್ನದ ಪದರದಿಂದ $\alpha$-ಕಣಗಳ ವಿಚಲನ

ಆದರೆ, $\alpha$-ಕಣ ವಿಚಲನ ಪ್ರಯೋಗವು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅನಿರೀಕ್ಷಿತ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡಿತು (ಚಿತ್ರ 4.2). ಈ ಕೆಳಗಿನ ಅವಲೋಕನಗಳನ್ನು ಮಾಡಲಾಯಿತು:

(i) ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ $\alpha$-ಕಣಗಳು ನೇರವಾಗಿ ಚಿನ್ನದ ಪದರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋದವು.

(ii) ಕೆಲವು $\alpha$-ಕಣಗಳು ಪದರದಿಂದ ಸಣ್ಣ ಕೋನಗಳಿಂದ ವಿಚಲಿತಗೊಂಡವು.

(iii) ಆಶ್ಚರ್ಯಕರವಾಗಿ ಪ್ರತಿ 12000 ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕಣ ಹಿಂತಿರುಗಿ ಬಂದಂತೆ ಕಂಡುಬಂತು.

ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಮಾತಿನಲ್ಲಿ, “ಈ ಫಲಿತಾಂಶವು ನೀವು 15-ಇಂಚಿನ ಶೆಲ್ ಅನ್ನು ಟಿಶ್ಯೂ ಪೇಪರ್ ತುಂಡಿನತ್ತ ಗುಂಡು ಹಾರಿಸಿದರೆ ಅದು ಹಿಂತಿರುಗಿ ಬಂದು ನಿಮ್ಮನ್ನು ಹೊಡೆಯುವಷ್ಟು ನಂಬಲಾಗದಂತಹದ್ದಾಗಿತ್ತು”.

E. ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ (1871-1937) 30 ಆಗಸ್ಟ್ 1871 ರಂದು ಸ್ಪ್ರಿಂಗ್ ಗ್ರೋವ್ನಲ್ಲಿ ಜನಿಸಿದರು. ಅವರು ‘ಪರಮಾಣು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪಿತಾಮಹ’ ಎಂದು ಪ್ರಸಿದ್ಧರಾಗಿದ್ದರು. ರೇಡಿಯೋಧಾರ್ಮಿಕತೆ ಮತ್ತು ಚಿನ್ನದ ಪದರ ಪ್ರಯೋಗದೊಂದಿಗೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ಕೆಲಸಕ್ಕಾಗಿ ಅವರು ಪ್ರಸಿದ್ಧರಾಗಿದ್ದಾರೆ. ಅವರು 1908 ರಲ್ಲಿ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿ ಪಡೆದರು.

ಈ ಪ್ರಯೋಗದ ತಾತ್ಪರ್ಯಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ತೆರೆದ ಮೈದಾನದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಚಟುವಟಿಕೆಯ ಬಗ್ಗೆ ಯೋಚಿಸೋಣ. ಒಬ್ಬ ಮಗು ತನ್ನ ಕಣ್ಣುಗಳನ್ನು ಮುಚ್ಚಿಕೊಂಡು ಗೋಡೆಯ ಮುಂದೆ ನಿಲ್ಲಲಿ. ಅವನು ದೂರದಿಂದ ಗೋಡೆಗೆ ಕಲ್ಲುಗಳನ್ನು ಎಸೆಯಲಿ. ಪ್ರತಿ ಕಲ್ಲು ಗೋಡೆಯನ್ನು ತಾಗಿದಾಗ ಅವನು ಶಬ್ದವನ್ನು ಕೇಳುತ್ತಾನೆ. ಅವನು ಇದನ್ನು ಹತ್ತು ಬಾರಿ ಪುನರಾವರ್ತಿಸಿದರೆ, ಅವನು ಶಬ್ದವನ್ನು ಹತ್ತು ಬಾರಿ ಕೇಳುತ್ತಾನೆ. ಆದರೆ ಕಣ್ಣು ಕಟ್ಟಿದ ಮಗುವು ಕಂಟಕ ತಂತಿಯ ಬೇಲಿಗೆ ಕಲ್ಲುಗಳನ್ನು ಎಸೆದರೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಲ್ಲುಗಳು ಬೇಲಿಯನ್ನು ಹೊಡೆಯುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಯಾವುದೇ ಶಬ್ದ ಕೇಳಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ ಬೇಲಿಯಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ಅಂತರಗಳಿವೆ, ಅವು ಕಲ್ಲುಗಳು ಅವುಗಳ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತವೆ.

ಇದೇ ರೀತಿಯ ತಾರ್ಕಿಕತೆಯನ್ನು ಅನುಸರಿಸಿ, ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ $\alpha$-ಕಣ ವಿಚಲನ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ತೀರ್ಮಾನಿಸಿದರು-

(i) ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಜಾಗ ಖಾಲಿಯಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ $\alpha$-ಕಣಗಳು ವಿಚಲಿತವಾಗದೆ ಚಿನ್ನದ ಪದರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋದವು.

(ii) ಕೆಲವೇ ಕಣಗಳು ಅವುಗಳ ಮಾರ್ಗದಿಂದ ವಿಚಲಿತಗೊಂಡವು, ಇದು ಪರಮಾಣುವಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆ ಜಾಗವನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.

(iii) $\alpha$-ಕಣಗಳ ಬಹಳ ಸಣ್ಣ ಭಾಗವು $180^{\circ}$ ರಿಂದ ವಿಚಲಿತಗೊಂಡಿತು, ಇದು ಚಿನ್ನದ ಪರಮಾಣುವಿನ ಎಲ್ಲಾ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಬಹಳ ಸಣ್ಣ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ದತ್ತಾಂಶದಿಂದ ಅವರು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಪರಮಾಣುವಿನ ತ್ರಿಜ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಸುಮಾರು $10^{5}$ ಪಟ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಎಂದು ಕೂಡ ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಿದರು.

ತನ್ನ ಪ್ರಯೋಗದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಮುಂದಿಟ್ಟರು, ಅದು ಈ ಕೆಳಗಿನ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿತ್ತು:

(i) ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಕೇಂದ್ರವಿದೆ. ಪರಮಾಣುವಿನ ಸಂಪೂರ್ಣ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಲ್ಲಿದೆ.

(ii) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸುತ್ತ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗಗಳಲ್ಲಿ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ.

(iii) ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಗಾತ್ರವು ಪರಮಾಣುವಿನ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಬಹಳ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ.

ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಪರಮಾಣು ಮಾದರಿಯ ನ್ಯೂನತೆಗಳು

ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಪರಿಭ್ರಮಣವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರಲು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿರುವ ಯಾವುದೇ ಕಣವು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ. ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿಕಿರಣಿಸುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಂಡು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗೆ ಬೀಳುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿದ್ದರೆ, ಪರಮಾಣುವು ಬಹಳ ಅಸ್ಥಿರವಾಗಿರಬೇಕು ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವ ರೂಪದಲ್ಲಿ ದ್ರವ್ಯವು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಪರಮಾಣುಗಳು ಸಾಕಷ್ಟು ಸ್ಥಿರವಾಗಿವೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ.

4.2.3 ಪರಮಾಣುವಿನ ಬೋರ್ ಮಾದರಿ

ಪರಮಾಣುವಿನ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಮಾದರಿಯ ವಿರುದ್ಧ ಮುಂದಿಡಲಾದ ಆಕ್ಷೇಪಣೆಗಳನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲು, ನೀಲ್ಸ್ ಬೋರ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಮಾದರಿಯ ಬಗ್ಗೆ ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳನ್ನು ಮುಂದಿಟ್ಟರು:

(i) ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಕೇವಲ ಕೆಲವು ವಿಶೇಷ ಕಕ್ಷೆಗಳು, ಅಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಮಾತ್ರ ಅನುಮತಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ.

(ii) ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿಕಿರಣಿಸುವುದಿಲ್ಲ.

ನೀಲ್ಸ್ ಬೋರ್ (1885-1962) 7 ಅಕ್ಟೋಬರ್ 1885 ರಂದು ಕೋಪನ್ಹೇಗನ್ನಲ್ಲಿ ಜನಿಸಿದರು. ಅವರು 1916 ರಲ್ಲಿ ಕೋಪನ್ಹೇಗನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದಲ್ಲಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರಾಗಿ ನಿಯುಕ್ತರಾದರು. ಪರಮಾಣುವಿನ ರಚನೆಯ ಕೆಲಸಕ್ಕಾಗಿ ಅವರು 1922 ರಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿ ಪಡೆದರು. ಪ್ರೊಫೆಸರ್ ಬೋರ್ನ ಅನೇಕ ಬರಹಗಳಲ್ಲಿ, ಪುಸ್ತಕಗಳಾಗಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೂರು: (i) ದಿ ಥಿಯರಿ ಆಫ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಾ ಅಂಡ್ ಅಟಾಮಿಕ್ ಕಾನ್ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಷನ್, (ii) ಅಟಾಮಿಕ್ ಥಿಯರಿ ಅಂಡ್, (iii) ದಿ ಡಿಸ್ಕ್ರಿಪ್ಷನ್ ಆಫ್ ನೇಚರ್.

ಈ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಅಥವಾ ಶೆಲ್ಗಳನ್ನು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 4.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಚಿತ್ರ 4.3: ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು

ಈ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಅಥವಾ ಶೆಲ್ಗಳನ್ನು K,L,M,N,… ಅಕ್ಷರಗಳಿಂದ ಅಥವಾ ಸಂಖ್ಯೆಗಳಿಂದ, $n=1,2,3,4, \ldots$ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

4.2.4 ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು

1932 ರಲ್ಲಿ, J. ಚಾಡ್ವಿಕ್ ಇನ್ನೊಂದು ಉಪ-ಪರಮಾಣು ಕಣವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು, ಅದು ಯಾವುದೇ ಆವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರಲಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗೆ ಸರಿಸುಮಾರು ಸಮಾನವಾದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿತ್ತು. ಅದನ್ನು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾಯಿತು. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಹೊರತುಪಡಿಸಿ ಎಲ್ಲಾ ಪರಮಾಣುಗಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ’ $n$ ’ ಎಂದು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗಳ ಮೊತ್ತದಿಂದ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ.

4.3 ವಿವಿಧ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ (ಶೆಲ್ಗಳಲ್ಲಿ) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಹೇಗೆ ವಿತರಣೆಗೊಂಡಿವೆ?

ಪರಮಾಣುವಿನ ವಿವಿಧ ಕಕ್ಷೆಗಳಿಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಬೋರ್ ಮತ್ತು ಬ್ಯೂರಿ ಸೂಚಿಸಿದರು. ವಿವಿಧ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಅಥವಾ ಶೆಲ್ಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬರೆಯಲು ಈ ಕೆಳಗಿನ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಅನುಸರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:

(i) ಶೆಲ್ನಲ್ಲಿ ಇರಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಸೂತ್ರ $2 n^{2}$ ನೀಡುತ್ತದೆ, ಇಲ್ಲಿ ’ $n$ ’ ಎಂಬುದು ಕಕ್ಷೆ ಸಂಖ್ಯೆ ಅಥವಾ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟ ಸೂಚ್ಯಂಕ, $1,2,3, \ldots$. ಆದ್ದರಿಂದ ವಿವಿಧ ಶೆಲ್ಗಳಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿವೆ:

ಮೊದಲ ಕಕ್ಷೆ ಅಥವಾ K-ಶೆಲ್ $=2 \times 1^{2}=2$, ಎರಡನೇ ಕಕ್ಷೆ ಅಥವಾ L-ಶೆಲ್ $=2 \times 2^{2}=8$, ಮೂರನೇ ಕಕ್ಷೆ ಅಥವಾ M-ಶೆಲ್ $=2 \times 3^{2}=18$, ನಾಲ್ಕನೇ ಕಕ್ಷೆ ಅಥವಾ $N$-ಶೆಲ್ $=2 \times 4^{2}$ $=32$, ಹೀಗೆ.

(ii) ಹೊರಗಿನ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಇರಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ 8.

(iii) ಒಳಗಿನ ಶೆಲ್ಗಳು ತುಂಬದ ಹೊರತು, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶೆಲ್ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಇರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಅಂದರೆ, ಶೆಲ್ಗಳನ್ನು ಹಂತ ಹಂತವಾಗಿ ತುಂಬಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೊದಲ ಹದಿನೆಂಟು ಮೂಲಭೂತಗಳ ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರ 4.4 ರಲ್ಲಿ ರೇಖಾಚಿತ್ರವಾಗಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮೊದಲ ಹದಿನೆಂಟು ಮೂಲಭೂತಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಕೋಷ್ಟಕ 4.1 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ.

ಚಟುವಟಿಕೆ 4.2

• ಮೊದಲ ಹದಿನೆಂಟು ಮೂಲಭೂತಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುವ ಸ್ಥಿರ ಪರಮಾಣು ಮಾದರಿಯನ್ನು ಮಾಡಿ.

• ಮೊದಲ ಹದಿನೆಂಟು ಮೂಲಭೂತಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಕೋಷ್ಟಕ 4.1 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ.

4.4 ವೇಲೆನ್ಸಿ

ಪರಮಾಣುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವಿವಿಧ ಶೆಲ್ಗಳಲ್ಲಿ/ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ಜೋಡಣೆಗೊಂಡಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಾವು ಕಲಿತಿದ್ದೇವೆ. ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರಗಿನ ಶೆಲ್ನಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 4.4: ಮೊದಲ ಹದಿನೆಂಟು ಮೂಲಭೂತಗಳ ರೇಖಾಚಿತ್ರ ಪರಮಾಣು ರಚನೆ

ಬೋರ್-ಬ್ಯೂರಿ ಯೋಜನೆಯಿಂದ, ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರಗಿನ ಶೆಲ್ ಗರಿಷ್ಠ 8 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಬಹುದು ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಹೊರಗಿನ ಶೆಲ್ನಲ್ಲಿ 8 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿರುವ ಮೂಲಭೂತಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳು ಕಡಿಮೆ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲತೆಯನ್ನು