పరమాణు నిర్మాణం 

        చాలాకాలం నుంచి పదార్థ నిర్మాణం, మౌలిక కణాల గురించి రకరకాల ప్రతిపాదనలు, సిద్ధాంతాలు వెలువడ్డాయి. భారతదేశంలో వేదకాలంలోనే కణాదుడు అనే మహర్షి పదార్థం అతి సూక్ష్మ కణాలైన అణు, పరమాణువుల సమ్మిళితమని ప్రతిపాదించాడు.
* తర్వాత డెమోక్రటిస్ అనే గ్రీకు తత్వవేత్త పదార్థం అతి సూక్ష్మమైన పరమాణువులను (Atoms) కలిగి ఉంటుందని ప్రతిపాదించాడు. గ్రీకు భాషలో Atom అంటే విభజించేందుకు వీలు కానిది అని అర్థం.
* జాన్ డాల్టన్ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు క్రీ.శ.1808లో డాల్టన్ పరమాణు సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించాడు.
 

ముఖ్యాంశాలు
i) పదార్థంలో పరమాణువులనే కణాలు ఉంటాయి. ఇవి విభజించేందుకు వీలుకాని సూక్ష్మాతి సూక్ష్మమైనవి.
ii) ఒక మూలకానికి చెందిన పరమాణువులన్నీ ఒకే రకంగా ఉంటాయి. అన్ని ధర్మాల్లోనూ ఒకేరకంగా ప్రవర్తిస్తాయి.
ii) వేర్వేరు మూలకాలకు చెందిన పరమాణువులన్నీ భిన్నరీతుల్లో ధర్మాలను ప్రవర్తిస్తాయి.
iv) ఒకే మూలకానికి చెందిన పరమాణువులు లేదా వేర్వేరు మూలకాలకు చెందిన పరమాణువులు కలిసి కొత్త రకమైన కణాలను ఇస్తాయి. వీటినే సమ్మేళన లేదా సంయోగ పరమాణువులు అంటారు.
v) పదార్థపు కణాల్లో కేవలం పరమాణువులు మాత్రమే రసాయనిక చర్యల్లో పాల్గొంటాయి.
* 20వ శతాబ్దంలోని పరిశోధనల ఫలితాలు పరమాణువును విభజించడానికి వీలవుతుందని వెల్లడించాయి. పరమాణువులో ఎన్నో మౌలిక కణాలున్నాయని కనుక్కున్నప్పటికీ, ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్ అతి ముఖ్యమైన మౌలిక కణాలని నిర్ధారించారు.
* పరమాణు నిర్మాణాన్ని, పరమాణువులోని మౌలిక కణాలకు సంబంధించిన విషయాలు ఇంగ్లండ్‌కు చెందిన విలియం క్రూక్స్ 1878లో జరిపిన ఉత్సర్గనాళిక ప్రయోగాల కారణంగా వెలుగులోకి వచ్చాయి.
* విద్యుత్ ఉత్సర్గనాళిక స్థూపాకారపు గాజు గొట్టంలా ఉండి రెండు చివర్లలో లోహపు విద్యుత్ ద్వారాలను, పక్కగొట్టాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇందులో ఒకటి ధనవిద్యుద్వారం (Positive electrode లేదా Anode)గా, రెండోది రుణవిద్యుత్ ద్వారం (Negative elctrode లేదా Cathode)గా పని చేస్తుంది. ఈ విద్యుత్ ద్వారాలను అధిక వోల్టేజి విద్యుత్ జనకానికి (సుమారు 10,000 వోల్టులు) కలుపుతారు. ఉత్సర్గనాళికలో గాలి ఉన్నంత వరకూ ఎలాంటి మార్పు సంభవించలేదు. కాని పక్కగొట్టం నుంచి విద్యుత్ ఉత్సర్గనాళికలోని గాలిని తీసేసి పీడనాన్ని 0.001 మి.మీ.కి తగ్గించినప్పుడు ఉత్సర్గళినాక మొత్తం ఆకుపచ్చని వెలుగు కనిపిస్తుంది. ఉత్సర్గనాళికలోని మార్పులను గమనించడానికి ధన విద్యుత్ ద్వారానికి ముందు జింక్ సల్ఫైడ్ తెరను అమర్చాలి.

* ప్రథమంగా 1897లో జె.జె. థామ్సన్ అనే శాస్త్రవేత్త విద్యుత్ ఉత్సర్గనాళికలో ప్రకాశవంతమైన కిరణాలు రుణవిద్యుత్ ద్వారం నుంచి (Cathode) ధనవిద్యుత్ ద్వారం (Anode) వరకు ప్రయాణించడం కనుక్కుని, ఆ కిరణాలను రుణ ధృవ కిరణాలు (Cathode rays) అని నామకరణం చేశాడు. ఉత్సర్గనాళికలో ప్రయోగ పరిశీలనల ద్వారా రుణ ధృవ కిరణాల ధర్మాలు థామ్సన్ వివరించాడు.
రుణధృవ కిరణాల ధర్మాలు
i) రుణధృవ కిరణాలు రుజుమార్గం (సరళరేఖా మార్గం)లో ప్రయాణిస్తాయి.
ii) రుణధృవ కిరణాలను విద్యుత్‌క్షేత్రం ద్వారా పంపినప్పుడు అవి విద్యుత్ క్షేత్రపు ఆనోడ్ వైపుగా దిశను మార్చి చలిస్తాయి.
iii) రుణధృవ కిరణాలను అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా పంపినప్పుడు, దాని ప్రభావం వల్ల దిశను మార్చి ప్రయాణిస్తాయి.
iv) రుణధృవ కిరణాలు ప్రయాణించే దిశలో ఏదైనా వస్తువు ఉంచినట్లయితే, దాని నీడను గమనించవచ్చు.
v) రుణధృవ కిరణాలు యాంత్రిక చలనాన్ని కలగజేస్తాయి.
vi) రుణావేశ కణాల సముదాయమే రుణధృవ కిరణాలు.
vii) రుణ ధృవ కిరణ కణాల ఆవేశానికి, వాటి ద్రవ్యరాశికి (e/m) ఉన్న నిష్పత్తి ఒకేలా ఉంటుంది.
viii) తర్వాత జి.జె. స్టోనీ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు ఈ కణాలకు ఎలక్ట్రాన్ అని పేరు పెట్టాడు. ఈ కణం ఆవేశం
-1.602 × 10^-19 కూలుంబులుగా, ద్రవ్యరాశిని 9.0 × 10^-28 గ్రాములుగా నిర్ణయించారు.
* మార్పు చేసిన కాథోడ్ కిరణనాళికలో విద్యుత్ ఉత్సర్గాన్ని పంపడం ద్వారా ధనావేశంతో ఉన్న (కణాలను) కిరణాలను గోల్డ్‌స్టెయిన్ అనే శాస్త్రవేత్త గుర్తించారు. ఉత్సర్గనాళిక ప్రయోగాల్లో రంధ్రాలున్న రుణధృవ ద్వారాన్ని ఉపయోగించాడు. ఈ కిరణాలు ఆనోడ్ వైపు నుంచి కాథోడ్ దిశగా చలించడం వల్ల వీటిని ఆనోడ్ కిరణాలు (ధనధృవ కిరణాలు) లేదా కేనాల్ కిరణాలు అని పిలుస్తారు. ధనధృవ కిరణాల అతిసూక్ష్మమైన కణాన్ని 'ప్రోటాన్' అంటారు.
 

ధనధృవ (ఆనోడ్) కిరణాల ధర్మాలు
i) ఆనోడ్ కిరణాలు రుజుమార్గంలో ధనధృవం నుంచి రుణధృవం వైపుగా చలిస్తాయి.
ii) ఆనోడ్ కిరణాలను విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా పంపినప్పుడు విద్యుత్‌క్షేత్రపు రుణధృవం వైపు ఆకర్షితమవుతాయి. దీని ఆధారంగా ఆనోడ్ కిరణ కణాలకు ధనావేశం ఉంటుందని గ్రహించవచ్చు.
iii) ఆనోడ్ కిరణాలను అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా పంపినప్పుడు, అవి కాథోడ్ కిరణాల విశ్లేషణ దిశకు వ్యతిరేక దిశలో విక్షేపణ చెందుతాయి.
iv) ప్రోటాన్ ఆవేశం +1.602 × 10^-19 కూలుంబులు.
v) ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రానుల ద్రవ్యరాశి కంటే 1837 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుందని ప్రయోగాల వల్ల తెలిసింది. దీని విలువ 1.67 ×10^-24 గ్రా.
vi) ధనధృవ కిరణాలు, రుణధృవ కిరణాలు పరస్పరం ఎదురెదురు దిశల్లో పయనిస్తాయి.
vii) ప్రోటాన్‌ల ప్రవర్తన అయస్కాంత లేదా విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఎలక్ట్రాన్ లేదా కాథోడ్ కిరణాల ప్రవర్తనకు వ్యతిరేకంగా ఉంటుంది.

* హైడ్రోజన్ వాయువు నుంచి ఏర్పడిన అతిచిన్న, తేలికైన ధనావేశ అయాన్‌ను ప్రోటాన్ అంటారు. 1919లో ఈ ధనావేశిత కణాల లక్షణాలను కనుక్కున్న తర్వాత విద్యుత్‌పరంగా తటస్థంగా ఉండే కణాలు పరమాణువులో అనుఘటకంగా ఉండాల్సిన ఆవశ్యకతను గుర్తించారు. జేమ్స్ చాడ్విక్ 1932లో ఈ కణాలను ఆవిష్కరించాడు. పలుచటి బెరీలియం రేకును α - కణాలతో తాడనం చేయగా, ప్రోటాన్ కంటే కొంచెం ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి ఉన్న తటస్థ కణాలు ఉద్గారమయ్యాయి. ఈ కణాలనే న్యూట్రాన్‌లని పిలిచాడు.

 
* పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్‌ల అమరికను పరమాణు నమూనా అంటారు. దీని గురించి జె.జె. థామ్సన్, రూథర్‌ఫర్డ్, నీల్స్‌బోర్, సోమర్‌ఫెల్డ్ శాస్త్రవేత్తలు కృషిచేశారు.
                                                   
                                                  
థామ్సన్ పరమాణు నమూనా (ప్లమ్‌పుడింగ్ నమూనా) 
1898లో జె.జె.థామ్సన్ ఒక పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. ఫ్రూట్‌బన్‌లో ఉండే ఎరుపు, ఆకుపచ్చ పండ్ల ముక్కల అమరికలా కనిపించడం వల్ల ఈ నమూనాని 'ప్లమ్‌పుడింగ్' నమూనాగా పిలుస్తారు. ఈ నమూనా ప్రకారం
i) పరమాణువు ధనావేశంతో నిండి ఉన్న ఒక గోళంగా ఉంటుంది. దీనిలో అక్కడక్కడా ఎలక్ట్రానులు పొదిగి ఉంటాయి.
ii) పరమాణు ద్రవ్యరాశి ఆ పరమాణువు మొత్తంలో ఒకేరీతిగా పంపిణీ అయి ఉంటుంది.
iii) మొత్తం ధనావేశం, రుణావేశం సమానంగా ఉండటం వల్ల పరమాణువు విద్యుత్‌పరంగా తటస్థంగా ఉంటుంది. 
iv) థామ్సన్ నమూనాను పుచ్చకాయతో పోలుస్తాం. పుచ్చకాయలోని ఎర్రటి భాగంలా పరమాణువు అంతటా ధనావేశం iv) థామ్సన్ నమూనాను పుచ్చకాయతో పోలుస్తాం. పుచ్చకాయలోనివిస్తరించి ఉంటుంది. పుచ్చకాయలోని గింజల్లా ఎలక్ట్రాన్‌లు పొదిగి ఉంటాయి.

v) కాని ఈ అమరికను, శాస్త్రవేత్తలెవ్వరూ ఆమోదించలేదు. ఎలక్ట్రానులు, ప్రోటానులు పరస్పరం వ్యతిరేఖ ఆవేశాలను కలిగి ఉండటం వల్ల రెండింటినీ కలిపి ఉంచడం సాధ్యం కాని పని. ఇవి ఆకర్షణ బలాలకులోనవుతాయి. రెండు కణాలను వేర్వేరుగా రక్షణ కవచంతో ఉంచితే పై అమరిక వీలుకాదు.
* థామ్సన్ నమూనాను అతడి శిష్యుల్లో ఒకరైన రూథర్‌ఫర్డ్ పునఃసమీక్షించాడు. రూథర్‌ఫర్డ్ చేసిన α - కణ విక్షేపణ ప్రయోగాలు థామ్సన్ నమూనాకు వ్యతిరేకమైన ఫలితాలను ఇచ్చాయి.
 

రూథర్‌ఫర్డ్ αα- కణ విక్షేపణ ప్రయోగం 
       ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్ 1909లో (αα - ray scattering) ఆల్ఫాకిరణ విక్షేపణ ప్రయోగాలు నిర్వహించారు. (αα) ఆల్ఫాకణం అనేది రెండు ప్రోటాన్‌లు, రెండు న్యూట్రాన్‌లు కలిపి ఉన్న కణం. α - కణంతో ఎలక్ట్రానులు ఉండవు. అందుకే దీన్ని రెండు ప్రమాణాలున్న ధనావేశం కలిగిన కణంగా పిలుస్తారు.
ii) α కణాల ఉద్గారిణి నుంచి వచ్చే α కణాలకి నిర్దిష్టమైన శక్తి ఉంటుంది. ఉద్గారిణి నుంచి వచ్చే α కిరణాలను నేరుగా పల్చటి బంగారురేకుపై పడేలాచేశారు.
iii) పలుచటి బంగారురేకును ఒక శోధకం (detector) మధ్యలో ఉంచారు. ఈ శోధకానికి α కణం తాకగానే చిన్న మెరుపు వస్తుంది. α కణాల ఉద్గారిణి, బంగారురేకు, శోధకాల మొత్తం అమరికను ఒక గాలిలేని గది (Vaccum Chamber)లో ఉంచారు.
iv) α - కిరణాలను పలుచటి బంగారురేకుపై పడేలా చేసినప్పుడు చాలావరకు ఆల్ఫాకణాలు పరమాణువులో నుంచి నేరుగా చొచ్చుకుపోయాయి. కొన్ని కణాలు కొంత విచలనాన్ని పొందాయి. కొన్ని కణాలు మాత్రం ఎక్కువ కోణాలతో విక్షేపణం చెందాయి. అతికొద్ది సంఖ్యలో కణాలు మాత్రం వచ్చిన దారివెంటే పరావర్తనం చెందాయి.
v) ప్రతి 20,000 కణాల్లో ఒక α - కణం విక్షేపణం చెందడాన్ని గమనించారు. ఈ విక్షేపణాన్ని α - కణాలు, బంగారు రేకులోని ప్రోటానుల మధ్య ఉన్న వికర్షణ బలాల ఫలితంగా నిర్ధారించారు. 
vi) ప్రతి పరమాణువులోనూ ధనావేశాన్ని సంతరించుకున్న కేంద్రకం, పరమాణువు మధ్య భాగంలో ఉంటుందని ప్రతిపాదించారు. దీన్ని పరమాణు కేంద్రకం లేదా కేంద్రకంగా వ్యవహరిస్తారు.
vii) పరమాణు కేంద్రక వ్యాసార్ధం సుమారు 10^-15 మీ. ఉంటుందని కనుక్కున్నారు.
viii) రూథర్‌ఫర్డ్ పరమాణు నమూనాను గ్రహమండల నమూనా లేదా రూథర్‌ఫర్డ్ గ్రహమండల నమూనాగా వ్యవహరిస్తారు.

రూథర్‌ఫర్డ్ పరమాణు కేంద్రక నమూనాలోని కొన్ని ముఖ్య ప్రతిపాదనలు
i) పరమాణువు ఘనపరిమాణంలో చాలావరకు ఖాళీగా ఉంటుంది.
ii) ధనావేశపూరిత కణాలు, భారాన్ని కలిగివున్న ఇతర కణాలన్నీ పరమాణువులోని మధ్యభాగంలో కేంద్రీకృతమై ఉన్నాయి. ఈ మధ్య భాగాన్ని కేంద్రకం (Nucleus) అని అంటారు.
iii) కేంద్రకపు పరిమాణం పరమాణువుల పరిమాణం కంటే చాలా తక్కువ. కేంద్రకపు పరిమాణం 10^-15 మీ. లేదా ఫెర్మీ అయితే, పరమాణువుల పరిమాణాన్ని 10^-8 సెం.మీ. లేదా ఆంగ్‌స్ట్రామ్‌గా వ్యవహరిస్తారు.
iv) పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్‌లన్నీ కేంద్రకం చుట్టూ అత్యధిక వేగంతో సంచరిస్తాయి. ఇలా సంచరించడం వల్ల అవి ప్రోటాన్, ఎలక్ట్రాన్‌ల మధ్య ఉద్భవించే విద్యుదాకర్షణ బలాలను తట్టుకుంటాయి.
v) పరమాణువులో రెండు రకాల బలాలు పనిచేస్తాయి.