అణువులు మరియు అణువులు
ప్రాచీన భారతీయ మరియు గ్రీకు తత్వవేత్తలు ఎల్లప్పుడూ పదార్థం యొక్క తెలియని మరియు కనిపించని రూపం గురించి ఆశ్చర్యపోయారు. పదార్థం యొక్క విభజన భావన భారతదేశంలో చాలా కాలం క్రితం, సుమారు $500 BC$ సంవత్సరాల క్రితం పరిగణించబడింది. ఒక భారతీయ తత్వవేత్త మహర్షి కణాద్, మనం పదార్థాన్ని (పదార్థం) విభజిస్తూ పోతే, మనకు చిన్న చిన్న కణాలు లభిస్తాయని ప్రతిపాదించారు. చివరికి, ఒక దశ వస్తుంది, అప్పుడు మనం అతి చిన్న కణాలను చూస్తాము, వాటిని మరింత విభజించడం సాధ్యం కాదు. అతను ఈ కణాలను పరమాణువులు అని పేరు పెట్టాడు. మరొక భారతీయ తత్వవేత్త, పాకుధ కాత్యాయన, ఈ సిద్ధాంతాన్ని వివరించి, ఈ కణాలు సాధారణంగా సంయుక్త రూపంలో ఉంటాయి, ఇది మనకు వివిధ రూపాల పదార్థాన్ని ఇస్తుందని చెప్పాడు.
అదే యుగంలో, ప్రాచీన గ్రీకు తత్వవేత్తలు - డెమోక్రిటస్ మరియు ల్యూసిప్పస్, మనం పదార్థాన్ని విభజిస్తూ పోతే, పొందిన కణాలను మరింత విభజించడం సాధ్యం కాని దశ వస్తుందని సూచించారు. డెమోక్రిటస్ ఈ విభజించలేని కణాలను పరమాణువులు (అంటే విభజించలేనివి) అని పిలిచాడు. ఇవన్నీ తాత్విక పరిశీలనలపై ఆధారపడి ఉన్నాయి మరియు పద్దెనిమిదవ శతాబ్దం వరకు ఈ ఆలోచనలను ధృవీకరించడానికి ఎక్కువ ప్రయోగాత్మక పని చేయలేకపోయారు.
పద్దెనిమిదవ శతాబ్దం చివరికి, శాస్త్రవేత్తలు మూలకాలు మరియు సంయోగ పదార్థాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని గుర్తించారు మరియు సహజంగానే మూలకాలు ఎలా మరియు ఎందుకు కలిసిపోతాయి మరియు అవి కలిసినప్పుడు ఏమి జరుగుతుందో కనుగొనడంపై ఆసక్తి కలిగించారు.
ఆంటోన్ ఎల్. లావోయిసియర్ రసాయన సంయోగం యొక్క రెండు ముఖ్యమైన నియమాలను స్థాపించడం ద్వారా రసాయన శాస్త్రాల పునాది వేశారు.
3.1 రసాయన సంయోగ నియమాలు
లావోయిసియర్ మరియు జోసెఫ్ ఎల్. ప్రౌస్ట్ చేసిన చాలా ప్రయోగాల తర్వాత ఈ క్రింది రెండు సంయోగాలు స్థాపించబడ్డాయి.
3.1.1 ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం
ఒక రసాయన మార్పు (రసాయన ప్రతిచర్య) జరిగినప్పుడు ద్రవ్యరాశిలో మార్పు ఉందా?
కృత్యం 3.1
-
కింది సెట్లలో ఒకదాన్ని, $X$ మరియు $Y$ రసాయనాలను తీసుకోండి-
$\text{X}$ $\text{Y}$ (i) కాపర్ సల్ఫేట్ సోడియం కార్బోనేట్ (ii) బేరియం క్లోరైడ్ సోడియం సల్ఫేట్ (iii) లెడ్ నైట్రేట్ సోడియం క్లోరైడ్ -
$X$ మరియు $Y$ కింద పేర్కొన్న పదార్థాల జతలలో ఏదైనా ఒక జత యొక్క 5% ద్రావణాన్ని ప్రత్యేకంగా నీటిలో $10 mL$ తయారు చేయండి.
-
శంఖాకార ఫ్లాస్కులో $Y$ యొక్క ద్రావణాన్ని కొద్దిగా తీసుకోండి మరియు ఇగ్నిషన్ ట్యూబ్లో $X$ యొక్క కొంత ద్రావణాన్ని తీసుకోండి.
-
ఇగ్నిషన్ ట్యూబ్ను జాగ్రత్తగా ఫ్లాస్కులో వేలాడదీయండి; ద్రావణాలు కలిసిపోకుండా చూడండి. ఫ్లాస్కుపై కార్క్ ఉంచండి (Fig. 3.1 చూడండి).
Fig. 3.1: $X$ ద్రావణాన్ని కలిగి ఉన్న ఇగ్నిషన్ ట్యూబ్, $Y$ ద్రావణాన్ని కలిగి ఉన్న శంఖాకార ఫ్లాస్క్లో ముంచబడింది
-
ఫ్లాస్క్ మరియు దాని విషయాలను జాగ్రత్తగా తూకం వేయండి.
-
ఇప్పుడు ఫ్లాస్క్ను వంచి తిప్పండి, తద్వారా $X$ మరియు $Y$ ద్రావణాలు కలిసిపోతాయి.
-
మళ్లీ తూకం వేయండి.
-
ప్రతిచర్య ఫ్లాస్క్లో ఏమి జరుగుతుంది?
-
ఒక రసాయన ప్రతిచర్య జరిగిందని మీరు అనుకుంటున్నారా?
-
ఫ్లాస్క్ నోటిపై కార్క్ ఎందుకు ఉంచాలి?
-
ఫ్లాస్క్ మరియు దాని విషయాల ద్రవ్యరాశి మారుతుందా?
ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయన ప్రతిచర్యలో ద్రవ్యరాశిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము.
3.1.2 స్థిర నిష్పత్తుల నియమం
లావోయిసియర్, ఇతర శాస్త్రవేత్తలతో పాటు, అనేక సంయోగ పదార్థాలు రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మూలకాలతో రూపొందించబడినాయని మరియు ప్రతి అటువంటి సంయోగ పదార్థంలో అదే మూలకాలు అదే నిష్పత్తిలో ఉంటాయని గమనించారు, ఆ సంయోగ పదార్థం ఎక్కడి నుండి వచ్చింది లేదా ఎవరు తయారు చేసినా సంబంధం లేకుండా.
నీటి వంటి సంయోగ పదార్థంలో, హైడ్రోజన్ ద్రవ్యరాశికి ఆక్సిజన్ ద్రవ్యరాశికి నిష్పత్తి ఎల్లప్పుడూ $1: 8$, నీరు ఎక్కడి నుండి వచ్చినా సంబంధం లేకుండా. అందువలన, $9 g$ నీరు విఘటనం చెందినట్లయితే, ఎల్లప్పుడూ $1 g$ హైడ్రోజన్ మరియు $8 g$ ఆక్సిజన్ లభిస్తాయి. అదేవిధంగా అమ్మోనియాలో, నత్రజని మరియు హైడ్రోజన్ ఎల్లప్పుడూ ద్రవ్యరాశి ద్వారా $14: 3$ నిష్పత్తిలో ఉంటాయి, అది ఎలా లేదా ఎక్కడి నుండి లభించినా సంబంధం లేకుండా.
ఇది స్థిర నిష్పత్తుల నియమానికి దారితీసింది, దీనిని నిర్దిష్ట నిష్పత్తుల నియమం అని కూడా పిలుస్తారు. ఈ నియమాన్ని ప్రౌస్ట్ “ఒక రసాయన పదార్థంలో మూలకాలు ఎల్లప్పుడూ ద్రవ్యరాశి ద్వారా నిర్దిష్ట నిష్పత్తుల్లో ఉంటాయి” అని పేర్కొన్నాడు.
శాస్త్రవేత్తలు ఎదుర్కొన్న తదుపరి సమస్య ఈ నియమాలకు తగిన వివరణలు ఇవ్వడం. బ్రిటిష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జాన్ డాల్టన్ పదార్థం యొక్క స్వభావం గురించి ప్రాథమిక సిద్ధాంతాన్ని అందించాడు. డాల్టన్ పదార్థం యొక్క విభజన భావనను ఎంచుకున్నాడు, ఇది అప్పటి వరకు కేవలం ఒక తత్వశాస్త్రం మాత్రమే. అతను గ్రీకులు ఇచ్చిన ‘పరమాణువులు’ అనే పేరును తీసుకున్నాడు మరియు పదార్థం యొక్క అతి చిన్న కణాలు పరమాణువులు అని చెప్పాడు. అతని సిద్ధాంతం రసాయన సంయోగ నియమాలపై ఆధారపడి ఉంది. డాల్టన్ యొక్క పరమాణు సిద్ధాంతం ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వ నియమం మరియు నిర్దిష్ట నిష్పత్తుల నియమానికి వివరణను అందించింది.
జాన్ డాల్టన్ 1766లో ఇంగ్లండ్లో ఒక పేద నేతగారి కుటుంబంలో జన్మించాడు. అతను పన్నెండు సంవత్సరాల వయస్సులో ఉపాధ్యాయుడిగా తన వృత్తిని ప్రారంభించాడు. ఏడు సంవత్సరాల తర్వాత అతను పాఠశాల ప్రధానోపాధ్యాయుడయ్యాడు. 1793లో, డాల్టన్ మాంచెస్టర్కు వెళ్లి గణితం, భౌతిక శాస్త్రం మరియు రసాయన శాస్త్రం బోధించడానికి
జాన్ డాల్టన్ ఒక కళాశాలలో బోధించాడు. అతను తన జీవితంలో ఎక్కువ భాగం అక్కడే బోధించడం మరియు పరిశోధన చేయడంలో గడిపాడు. 1808లో, అతను తన పరమాణు సిద్ధాంతాన్ని ప్రదర్శించాడు, ఇది పదార్థం అధ్యయనంలో ఒక మలుపు బిందువు.
డాల్టన్ యొక్క పరమాణు సిద్ధాంతం ప్రకారం, అన్ని పదార్థాలు, అది ఒక మూలకం, సంయోగ పదార్థం లేదా మిశ్రమం అయినా, పరమాణువులు అని పిలువబడే చిన్న కణాలతో రూపొందించబడ్డాయి. ఈ సిద్ధాంతం యొక్క ప్రతిపాదనలు ఈ క్రింది విధంగా పేర్కొనబడ్డాయి:
(i) అన్ని పదార్థాలు పరమాణువులు అని పిలువబడే చాలా చిన్న కణాలతో తయారు చేయబడ్డాయి, ఇవి రసాయన ప్రతిచర్యలలో పాల్గొంటాయి.
(ii) పరమాణువులు అవిభాజ్య కణాలు, ఇవి రసాయన ప్రతిచర్యలో సృష్టించబడవు లేదా నాశనం చేయబడవు.
(iii) ఇచ్చిన మూలకం యొక్క పరమాణువులు ద్రవ్యరాశి మరియు రసాయన లక్షణాలలో ఒకేలా ఉంటాయి.
(iv) విభిన్న మూలకాల పరమాణువులు విభిన్న ద్రవ్యరాశులు మరియు రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.
(v) పరమాణువులు చిన్న పూర్ణ సంఖ్యల నిష్పత్తిలో కలిసి సంయోగ పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి.
(vi) సాపేక్ష సంఖ్య మరియు రకాల పరమాణువులు ఇచ్చిన సంయోగ పదార్థంలో స్థిరంగా ఉంటాయి.
మీరు తర్వాతి అధ్యాయంలో అన్ని పరమాణువులు ఇంకా చిన్న కణాలతో తయారు చేయబడ్డాయని అధ్యయనం చేస్తారు.
3.2 పరమాణువు అంటే ఏమిటి?
మీరు ఎప్పుడైనా ఒక కంసాలి గోడలను నిర్మించడం, ఈ గోడల నుండి ఒక గది మరియు తర్వాత ఒక భవనాన్ని ఏర్పరచడానికి గదుల సమూహాన్ని గమనించారా? భారీ భవనం యొక్క నిర్మాణ బ్లాక్ ఏమిటి? చీమపుట్ట యొక్క నిర్మాణ బ్లాక్ గురించి ఏమిటి? ఇది ఒక చిన్న ఇసుక రేణువు. అదేవిధంగా, అన్ని పదార్థాల నిర్మాణ బ్లాక్లు పరమాణువులు.
పరమాణువులు ఎంత పెద్దవి?
పరమాణువులు చాలా చిన్నవి, మనం ఊహించగలిగిన లేదా పోల్చగలిగిన దానికంటే చిన్నవి. మిలియన్ల కంటే ఎక్కువ పరమాణువులు స్టాక్ చేయబడినప్పుడు ఈ కాగితం షీట్ మందంతో కేవలం ఒక పొరను తయారు చేస్తాయి.
పరమాణు వ్యాసార్థం నానోమీటర్లలో కొలుస్తారు.
$$ \begin{aligned} 1 / 10^{9} m & =1 nm \\ 1 m & =10^{9} nm \end{aligned} $$
సాపేక్ష పరిమాణాలు
| వ్యాసార్థాలు (m లో) | ఉదాహరణ |
|---|---|
| $10^{-10}$ | హైడ్రోజన్ పరమాణువు |
| $10^{-9}$ | నీటి అణువు |
| $10^{-8}$ | హీమోగ్లోబిన్ అణువు |
| $10^{-4}$ | ఇసుక రేణువు |
| $10^{-3}$ | చీమ |
| $10^{-1}$ | ఆపిల్ |
పరమాణువులు పరిమాణంలో ఇంత నగణ్యంగా ఉంటే, మనం వాటి గురించి ఎందుకు శ్రద్ధ వహించాలి అని మనం అనుకోవచ్చు? ఎందుకంటే మన మొత్తం ప్రపంచం పరమాణువులతో తయారు చేయబడింది. మనం వాటిని చూడలేకపోవచ్చు, కానీ అవి అక్కడ ఉన్నాయి మరియు మనం చేసేదానిపై నిరంతరం ప్రభావం చూపుతాయి. ఆధునిక పద్ధతుల ద్వారా, మనం ఇప్పుడు పరమాణువులను చూపించే మూలకాల ఉపరితలాల యొక్క విస్తరించిన చిత్రాలను ఉత్పత్తి చేయగలము.
Fig. 3.2: సిలికాన్ ఉపరితలం యొక్క చిత్రం
3.2.1 విభిన్న మూలకాల పరమాణువుల ఆధునిక చిహ్నాలు ఏమిటి?
డాల్టన్ మూలకాల చిహ్నాలను చాలా నిర్దిష్ట అర్థంలో ఉపయోగించిన మొదటి శాస్త్రవేత్త. అతను ఒక మూలకానికి చిహ్నాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు, ఆ మూలకం యొక్క నిర్దిష్ట పరిమాణాన్ని కూడా అర్థం చేసుకున్నాడు, అంటే, ఆ మూలకం యొక్క ఒక పరమాణువు. బెర్జీలియస్ మూలకాల చిహ్నాలు ఆ మూలకం పేరు యొక్క ఒకటి లేదా రెండు అక్షరాల నుండి తయారు చేయాలని సూచించాడు.
Fig. 3.3: డాల్టన్ ప్రతిపాదించిన కొన్ని మూలకాల చిహ్నాలు
ప్రారంభంలో, మూలకాల పేర్లు వాటిని మొదటిసారిగా కనుగొన్న ప్రదేశం పేరు నుండి తీసుకోబడ్డాయి. ఉదాహరణకు, కాపర్ పేరు సైప్రస్ నుండి తీసుకోబడింది. కొన్ని పేర్లు నిర్దిష్ట రంగుల నుండి తీసుకోబడ్డాయి. ఉదాహరణకు, గోల్డ్ పీత వర్ణం అనే అర్థం వచ్చే ఆంగ్ల పదం నుండి తీసుకోబడింది. ఈ రోజుల్లో, IUPAC (ఇంటర్నేషనల్ యూనియన్ ఆఫ్ ప్యూర్ అండ్ అప్లైడ్ కెమిస్ట్రీ) అనేది ఒక అంతర్జాతీయ శాస్త్రీయ సంస్థ, ఇది మూలకాల పేర్లు, చిహ్నాలు మరియు యూనిట్లను ఆమోదిస్తుంది. చాలా చిహ్నాలు ఆంగ్లంలో మూలకం పేరు యొక్క మొదటి ఒకటి లేదా రెండు అక్షరాలు. చిహ్నం యొక్క మొదటి అక్షరం ఎల్లప్పుడూ పెద్ద అక్షరంగా (అప్పర్ కేస్) మరియు రెండవ అక్షరం చిన్న అక్షరంగా (లోయర్ కేస్) వ్రాయబడుతుంది.
ఉదాహరణకు
(i) హైడ్రోజన్, $H$
(ii) అల్యూమినియం, $Al$ మరియు $AL$ కాదు
(iii) కోబాల్ట్, Co మరియు CO కాదు.
కొన్ని మూలకాల చిహ్నాలు పేరు యొక్క మొదటి అక్షరం మరియు పేరులో తర్వాత కనిపించే ఒక అక్షరం నుండి ఏర్పడతాయి. ఉదాహరణలు: (i) క్లోరిన్, $Cl$, (ii) జింక్, $Zn$ మొదలైనవి.
ఇతర చిహ్నాలు లాటిన్, జర్మన్ లేదా గ్రీక్ భాషలలోని మూలకాల పేర్ల నుండి తీసుకోబడ్డాయి. ఉదాహరణకు, ఇనుము యొక్క చిహ్నం దాని లాటిన్ పేరు ఫెర్రమ్ నుండి $Fe$, సోడియం నేట్రియం నుండి $Na$, పొటాషియం కాలియం నుండి $K$. అందువల్ల, ప్రతి మూలకానికి ఒక పేరు మరియు ఒక ప్రత్యేక రసాయన చిహ్నం ఉంటుంది. (పై పట్టిక మీరు మూలకాల గురించి అధ్యయనం చేసినప్పుడల్లా సూచించడానికి మీకు ఇవ్వబడింది. ఒకేసారి అన్నింటినీ గుర్తుంచుకోవడానికి ప్రయత్నించవద్దు. కాలం గడిచేకొద్దీ మరియు పునరావృత ఉపయోగంతో మీరు స్వయంచాలకంగా చిహ్నాలను పునరుత్పత్తి చేయగలుగుతారు.)
3.2.2 పరమాణు ద్రవ్యరాశి
డాల్టన్ యొక్క పరమాణు సిద్ధాంతం ప్రతిపాదించిన అత్యంత గమనించదగిన భావన పరమాణు ద్రవ్యరాశి. అతని ప్రకారం, ప్రతి మూలకానికి ఒక లక్షణ పరమాణు ద్రవ్యరాశి ఉంటుంది. ఈ సిద్ధాంతం స్థిర నిష్పత్తుల నియమాన్ని చాలా బాగా వివరించగలిగింది, శాస్త్రవేత్తలు ఒక పరమాణువు యొక్క పరమాణు ద్రవ్యరాశిని కొలవడానికి ప్రేరేపించబడ్డారు. ఒక వ్యక్తిగత పరమాణువు యొక్క ద్రవ్యరాశిని నిర్ణయించడం సాపేక్షంగా కష్టమైన పని కాబట్టి, రసాయన సంయోగ నియమాలు మరియు ఏర్పడిన సంయోగ పదార్థాలను ఉపయోగించి సాపేక్ష పరమాణు ద్రవ్యరాశులు నిర్ణయించబడ్డాయి.
కార్బన్ మరియు ఆక్సిజన్ ద్వారా ఏర్పడిన ఒక సంయోగ పదార్థం, కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO) ఉదాహరణను తీసుకుందాం. 3 $g$ కార్బన్ $4 g$ ఆక్సిజన్తో కలిసి $CO$ ఏర్పడుతుందని ప్రయోగాత్మకంగా గమనించబడింది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, కార్బన్ దాని ద్రవ్యరాశి యొక్క $4 / 3$ రెట్లు ఆక్సిజన్తో కలిసిపోతుంది. మనం పరమాణు ద్రవ్యరాశి యూనిట్ను (ముందు ‘amu’గా సంక్షిప్తీకరించబడింది, కానీ తాజా IUPAC సిఫార్సుల ప్రకారం, ఇప్పుడు ‘$u$’ - యూనిఫైడ్ మాస్ అని వ్రాయబడింది) ఒక కార్బన్ పరమాణువు ద్రవ్యరాశికి సమానంగా నిర్వచిస్తే, అప్పుడు మనం
Table 3.1: కొన్ని మూలకాల చిహ్నాలు
| మూలకం | చిహ్నం | మూలకం | చిహ్నం | మూలకం | చిహ్నం |
|---|---|---|---|---|---|
| అల్యూమినియం | $Al$ | కాపర్ | $Cu$ | నత్రజని | $N$ |
| ఆర్గాన్ | $Ar$ | ఫ్లోరిన్ | $F$ | ఆక్సిజన్ | $O$ |
| బేరియం | $Ba$ | గోల్డ్ | $Au$ | పొటాషియం | $K$ |
| బోరాన్ | $B$ | హైడ్రోజన్ | $H$ | సిలికాన్ | $Si$ |
| బ్రోమిన్ | $Br$ | అయోడిన్ | $I$ | సిల్వర్ | $Ag$ |
| కాల్షియం | $Ca$ | ఇనుము | $Fe$ | సోడియం | $Na$ |
| కార్బన్ | $C$ | లెడ్ | $Pb$ | సల్ఫర్ | $S$ |
| క్లోరిన్ | $Cl$ | మెగ్నీషియం | $Mg$ | యురేనియం | $U$ |
| కోబాల్ట్ | $Co$ | నియాన్ | $Ne$ | జింక్ | $Zn$ |
కార్బన్కు $1.0 u$ మరియు ఆక్సిజన్కు $1.33 u$ పరమాణు ద్రవ్యరాశిని కేటాయిస్తాము. అయితే, ఈ సంఖ్యలను పూర్ణ సంఖ్యలుగా లేదా పూర్ణ సంఖ్యకు దగ్గరగా ఉండటం మరింత సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది. వివిధ పరమాణు ద్రవ్యరాశి యూనిట్ల కోసం శోధిస్తున్నప్పుడు, శాస్త్రవేత్తలు ప్రారంభంలో సహజంగా సంభవించే ఆక్సిజన్ పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో 1/16 వంతును యూనిట్గా తీసుకున్నారు. ఇది రెండు కారణాల వలన సంబంధితంగా పరిగణించబడింది:
-
ఆక్సిజన్ పెద్ద సంఖ్యలో మూలకాలతో ప్రతిచర్య చెందింది మరియు సంయోగ పదార్థాలను ఏర్పరచింది.
-
ఈ పరమాణు ద్రవ్యరాశి యూన
BETA
