విశ్వమంతా సూక్ష్మమ‌యం!
ఒక పదార్థం స్వభావాన్ని, ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవాలంటే దాని నిర్మాణం గురించి తెలుసుకోవాలి. ఈ విశ్వంలోని, ప్రకృతిలోని, ప్రపంచంలోని ప్రతి పదార్థం సూక్ష్మమైన పరమాణువులతో నిర్మితమైనదే. కార్బన్‌ అనే అణువుతోనే వజ్రం, గ్రాఫైట్‌ తయారవుతాయి. కానీ వజ్రం అత్యంత కఠినంగా, పారదర్శకంగా ఉంటే, గ్రాఫైట్‌ మృదువుగా, మంచి విద్యుత్తు వాహకంగా పనిచేస్తుంది. కారణం వాటిలోని అణువుల అమరిక. రసాయనశాస్త్రంలో అత్యంత ప్రాథమికమైన ఈ అంశాలను పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. పరమాణువుల స్వభావం, ధర్మాలు, పలువురు శాస్త్రవేత్తల సిద్ధాంతాలు, ప్రతిపాదిత నమూనాలు, వాటిలోని లోపాలపై అవగాహన పెంపొందించుకోవాలి.
పరమాణువుల ఉనికిని భారతీయ, గ్రీకు తత్వవేత్తలు క్రీ.పూ.400కు ముందే ప్రతిపాదించారు. ఆటమ్‌ అనే పదం అటామియో(a-tomio)అనే గ్రీకు పదం నుంచి పుట్టింది. విభజించడానికి వీలులేనిది అని దాని అర్థం. జాన్‌ డాల్టన్‌ అనే బ్రిటిష్‌ ఉపాధ్యాయుడు పరమాణువును పదార్థాల ప్రాథమిక కణంగా ప్రతిపాదించారు. పరమాణు సిద్ధాంతం ప్రకారం రసాయన చర్యలో పాల్గొనే సూక్ష్మ కణం పరమాణువు. పరమాణువులోని ముఖ్యమైన ప్రాథమిక కణాలు ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్‌. విద్యుత్తు విశ్లేషణ ప్రయోగాల ద్వారా పరమాణువులు రుణావేశాన్ని పొందుతాయని మైకేల్‌ ఫారడే తెలిపారు.
పరమాణు నమూనాలు
1) థామ్సన్‌ పరమాణు నమూనా: దీన్నే ప్లమ్‌ పుడ్డింగ్‌/పుచ్చకాయ నమూనా అని కూడా పిలుస్తారు. పుచ్చకాయలోని ఎర్రని భాగం మాదిరిగా పరమాణువు అంతటా ధనావేశం విస్తరించి ఉంటుంది. పుచ్చకాయలోని గింజల్లాగా ఎలక్ట్రాన్‌లు అమరి ఉంటాయని థామ్సన్‌ ప్రతిపాదించాడు. కానీ తర్వాత జరిపిన ప్రయోగాల్లో ఈ నమూనాకు సానుకూల ఫలితాలు లభించలేదు.
2) రూథర్‌ఫర్డ్‌ కేంద్రక పరమాణు నమూనా: ఆల్ఫా కిరణ పరిక్షేపణ ప్రయోగం ద్వారా రూథర్‌ఫర్డ్‌ ఈ నమూనాను ప్రతిపాదించారు. దీని ప్రకారం పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీగా, మధ్యభాగంలో కేంద్రకం ఉంటుంది. పరమాణు ద్రవ్యరాశి అంతా కేంద్రకంలో ఉంటుంది. సూర్యుడి చుట్టూ గ్రహాలు తిరిగినట్లుగా కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌లు స్థిర విద్యుదాకర్షణ బలం వల్ల తిరుగుతాయి. దీన్నే గ్రహమండల నమూనాగా వ్యవహరిస్తారు.
లోపాలు:
* పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్‌ల అమరికను ఇది తెలియజేయలేదు..
* పరమాణు స్థిరత్వం గురించి వివరించలేదు.
3) బోర్‌ పరమాణు నమూనా: ప్లాంక్‌ క్వాంటం సిద్ధాంతం ఆధారంగా ఈ నమూనాను నీల్స్‌బోర్‌ ప్రతిపాదించారు.
బోర్‌ ప్రతిపాదనలు:
* కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌లు అత్యధిక వేగంతో, నిర్దిష్ట మార్గాల్లో తిరుగుతుంటాయి. ఈ మార్గాలనే కక్ష్యలు అంటారు.
* ఎలక్ట్రాన్‌లు ఈ కక్ష్యల్లో తిరుగుతున్నంతసేపు స్థిరమైన శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. అందుకే ఈ కక్ష్యలను స్థిర కక్ష్యలు అంటారు.
* ఈ కక్ష్యలను K, L, M, N..... అనే అక్షరాలతో లేదా 1, 2, 3, 4,.... అనే అంకెలతో సూచిస్తారు.
* కేంద్రకానికి దగ్గరగా ఉన్న స్థిర కక్ష్యలకు శక్తి తక్కువగా, దూరంగా ఉన్న కక్ష్యలకు ఎక్కువగా ఉంటుంది.
* ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కువ శక్తి ఉన్న కక్ష్యలోకి వెళ్లినప్పుడు శక్తిని గ్రహిస్తాయి. అలాగే తక్కువ శక్తి ఉన్న కక్ష్యలోకి వెళ్లినప్పుడు శక్తిని కోల్పోతాయి.
* ఈ నమూనా హైడ్రోజన్‌ వర్ణ పటాన్ని, హైడ్రోజన్‌ లాంటి He+, Li+2 అయాన్ల వర్ణ పటాలను వివరించింది.
లోపాలు:
* బహు ఎలక్ట్రాన్ పరమాణు వర్ణ పటాలను, జీమన్‌ ఫలితాన్ని ఈ నమూనా వివరించలేకపోయింది.
4) బోర్‌ - సోమర్‌ఫెల్డ్‌ పరమాణు నమూనా: బోర్‌ ప్రతిపాదించిన వృత్తాకార కక్ష్యను అలాగే ఉంచుతూ సోమర్‌ఫెల్డ్‌ రెండో కక్ష్యకు ఒక దీర్ఘ వృత్తాకార కక్ష్యను, మూడో కక్ష్యకు రెండు దీర్ఘ వృత్తాకార కక్ష్యలను ఇచ్చారు. ఈ కక్ష్యల్లో ఆర్బిటాళ్లు ఉంటాయనే భావన ఈ నమూనా ద్వారా తెలిసింది.
5) డీ-బ్రోగ్లీ పరికల్పన: కాంతి వికిరణం మాదిరిగానే ఎలక్ట్రాన్‌లకూ ద్రవ్యవేగంతో పాటు తరంగ దైర్ఘ్యం కూడా ఉంటుందని తెలిపారు. ఎలక్ట్రాన్‌కు కణ, తరంగ (ద్వంద్వ) స్వభావం ఉంటుందని పేర్కొన్నారు.
6) క్వాంటం యాంత్రిక పరమాణు నమూనా: దీన్ని ఇర్విన్‌ ష్రోడింగర్‌ ప్రతిపాదించారు.
ముఖ్యాంశాలు:
* పరమాణు మధ్యలో కేంద్రకం, దాని చుట్టూ కొన్ని స్థిర కక్ష్యలు ఉంటాయి. వీటిని 'n' విలువలతో సూచించవచ్చు.
* ప్రతిస్థిర కక్ష్యలో కొన్ని ఉపస్థిర కక్ష్యలు ఉంటాయి. వీటిని పరమాణు ఆర్బిటాళ్లు అంటారు. ఒక స్థిర కక్ష్యలో ఉన్న ఉపస్థిర కక్ష్యల సంఖ్య ఆ స్థిర కక్ష్య 'n' విలువపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
* అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రభావంతో ఈ ఆర్బిటాళ్లు సూక్ష్మమైన శక్తి సమూహాలుగా విడిపోతాయి.
* ఎలక్ట్రాన్‌లు అంతర ఆర్బిటాల్‌ (inner orbital)లో చేరి కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతూ, తమ చుట్టూ తాము కూడా తిరుగుతాయి.
ఎలక్ట్రాన్ కక్ష్య: పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్ తిరిగే వృత్తాకార మార్గాన్ని కక్ష్య అంటారు.
ఆర్బిటాల్‌: పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుక్కునే సంభావ్యత గరిష్ఠంగా ఉండే ప్రదేశాన్ని ఆర్బిటాల్‌ అంటారు.
* ఒక ఆర్బిటాల్‌లో ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుక్కునే సంభావ్యత శాతం - 95%.
క్వాంటం సంఖ్యలు
1) ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య (n): దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త నీల్స్‌బోర్‌. ఇతడికి 1922లో భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్‌ అవార్డు లభించింది. ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య కర్పర పరిమాణం, దాని శక్తిని తెలుపుతుంది.
2) కోణీయ ద్రవ్య వేగ క్వాంటం సంఖ్య (l): దీన్ని ఎజిముతల్‌ క్వాంటం సంఖ్య అని కూడా పిలుస్తారు. దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త సోమర్‌ఫెల్డ్‌. ఇది ఆర్బిటాల్‌ త్రిమితీయ ఆకారాన్ని నిర్వచిస్తుంది.
* n విలువకు సాధ్యమయ్యే l విలువలు (l = 0, 1, 2, 3 ....(n - 1))
* n = 1 అయితే l విలువ '0' అవుతుంది.
* n = 2 అయితే l విలువలు రెండు ఉంటాయి. అవి 0, 1
3. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య (m): దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త - లాండే. ఇది ఆర్బిటాల్‌ ప్రాదేశిక దిగ్విన్యాస సమాచారాన్ని తెలుపుతుంది.
* l కు సాధ్యపడే m విలువలు -m నుంచి '0', +m వరకు మొత్తం (2l + 1) ఉంటాయి.
l = 0 అయితే m = 0, l = 1 అయితే m = -1, 0, +1
4. స్పిన్‌ క్వాంటం సంఖ్య (s): దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్తలు - ఉలెన్‌బెక్, గౌడ్‌ స్మిత్‌.
* స్పిన్‌ క్వాంటం సంఖ్య విలువలు + 1/2 లేదా -1/2
* సాధారణంగా వీటిని రెండు బాణపు గుర్తులతో ⇅ సూచిస్తారు.
* ఒక ఆర్బిటాల్‌లో ఉండే రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు వ్యతిరేక స్పిన్‌ కలిగి ఉంటాయి.
పరమాణు ఆర్బిటాళ్లలో ఎలక్ట్రాన్‌ల పంపిణీ
1) ఆఫ్‌ బౌ నియమం: భూస్థాయిలో ఉన్న పరమాణువులోని ఆర్బిటాళ్లను వాటి శక్తులు పెరిగే క్రమంలో ఎలక్ట్రాన్‌లతో భర్తీ చేయాలి. ఒకే శక్తి ఉన్న ఆర్బిటాళ్లను సమశక్తి ఆర్బిటాళ్లు అంటారు.
* ఒక ఆర్బిటాల్‌కు (n + 1) విలువ తక్కువైనట్లయితే దానికి శక్తి తక్కువ.
* ఒకవేళ రెండు ఆర్బిటాళ్లకు (n + 1) విలువ ఒకటే అయితే n విలువ తక్కువ ఉన్న ఆర్బిటాల్‌కు శక్తి తక్కువ.
2) పౌలీవర్జన నియమం: దీని ప్రకారం ఒకే పరమాణువుకు చెందిన ఏ రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లకు నాలుగు క్వాంటం సంఖ్యలు సమానంగా ఉండవు.
ఉదా: 2s2 
3) హుండ్‌ నియమం: సమాన శక్తి ఉండే అన్ని ఖాళీ ఆర్బిటాళ్లు ఒక్కో ఎలక్ట్రాన్ ఆక్రమించిన తర్వాతే జతకూడటం ప్రారంభిస్తాయి.
ఉదా: 
* సగం లేదా పూర్తిగా నిండిన ఉపకర్పరాలు అధిక స్థిరత్వం కలిగి ఉంటాయి.
* s ఆర్బిటాళ్లలో నిండే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య = 2
* p ఆర్బిటాళ్లలో నిండే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య = 6
* d ఆర్బిటాళ్లలో నిండే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య = 10
* f ఆర్బిటాళ్లలో నిండే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య = 14
ద్రవ్య నిత్యత్వ నియమం:
* దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త - లెవోయిజర్‌.
* నిరూపించిన శాస్త్రవేత్త - లాండాల్ట్‌.
* ఒక రసాయన చర్యలో ఏర్పడిన క్రియాజన్యాల ద్రవ్యరాశి, ఆ చర్యలో పాల్గొన్న క్రియాజనకాల ద్రవ్యరాశికి సమానమని తెలియజేస్తుంది.
స్థిరానుపాత నియమం:
* దీన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త - జోసెఫ్‌ ప్రాస్ట్‌.
* ఒక నిర్దిష్ట రసాయన సంయోగ పదార్థం ఎల్లప్పుడూ స్థిర భార నిష్పత్తిలో కలిసిన ఒకే మూలకాలను కలిగి ఉంటుందని తెలియజేస్తోంది.
* సహజ నమూనా భారశాతాలు = కృత్రిమ నమూనా భార శాతాలు.
ఎలక్ట్రాన్: ఇది రుణావేశ కణం. దీన్ని జె.జె.థామ్సన్‌ కనుక్కున్నారు. జె.జె.స్టోన్‌ దీనికి ఎలక్ట్రాన్ అని పేరు పెట్టారు.
ప్రోటాన్: ఇది ధనావేశ కణం. దీన్ని మొదట గోల్డ్‌ స్టెయిన్‌ గమనించగా, ప్రయోగాత్మకంగా రూథర్‌ఫర్డ్‌ కనుక్కున్నారు.
న్యూట్రాన్‌: ఇది తటస్థ ఆవేశ కణం. దీన్ని జేమ్స్‌ చాడ్విక్‌ కనుక్కుని పేరు పెట్టారు.
మాదిరి ప్రశ్నలు
1. పరమాణువులోని ముఖ్యమైన కణాలను గుర్తించండి.
1) ఎలక్ట్రాన్ 2) ప్రోటాన్ 3) న్యూట్రాన్‌ 4) పైవన్నీ
2. ఎలక్ట్రాన్‌కు పేరు పెట్టిన శాస్త్రవేత్త-
1) జె.జె.స్టోని 2) జె.జె.థామ్సన్‌ 3) చాడ్విక్‌ 4) రూథర్‌ఫర్డ్‌
3. ద్రవ్యనిత్యత్వ నియమాన్ని నిరూపించిన శాస్త్రవేత్త ఎవరు?
1) లెవోయిజర్‌ 2) ప్రాస్ట్‌ 3) లాండాల్ట్‌ 4) బ్రాయిల్‌
4. కేంద్రకం చుట్టూ తిరిగే ఎలక్ట్రాన్ కక్ష్యలను K, L, M, N.... అనే అక్షరాలు లేదా 1, 2, 3, 4.... అనే అంకెలతో సూచించిన పరమాణు నమూనా?
1) రూథర్‌ఫర్డ్‌ నమూనా 2) బోర్‌ పరమాణు నమూనా
3) సోమర్‌ఫెల్డ్‌ నమూనా 4) థామ్సన్‌ పరమాణు నమూనా
5. ఎలక్ట్రాన్‌కు ద్వంద్వ స్వభావం ఉంటుందని తెలిపిన పరమాణు నమూనా?
1) సోమర్‌ఫెల్డ్‌ నమూనా 2) క్వాంటం యాంత్రిక నమూనా
3) బోర్‌ నమూనా 4) డీ-బ్రోగ్లీ నమూనా
6. ‘f’ ఆర్బిటాల్‌ నిండే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య?
1) 10 2) 14 3) 8 4) 2
7. n = 2 అయిన దానికి సాధ్యమయ్యే ‘l’ విలువలు గుర్తించండి.
1) 0 2) 0, 1, 2 3) 0, 1 4) 0, 1, 2, 3
8. l = 1 అయితే దానికి సాధ్యమయ్యే ‘m’ విలువలు గుర్తించండి.
1) 0, 1 2) 1, 0 3) 2, 1, 0, 1, 2 4) 1, 0, 1
9. 4s, 3d, 4f, 6p లలో తక్కువ శక్తిగల ఆర్బిటాల్‌ను గుర్తించండి.
1) 6p 2) 4s 3) 3d 4) 4f
10. +1/2 లేదా -1/2 విలువలున్న క్వాంటం సంఖ్యను గుర్తించండి.
1) స్పిన్‌ క్వాంటం సంఖ్య 2) కోణీయ ద్రవ్యతీగ క్వాంటం సంఖ్య
3) అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య 4) ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య
సమాధానాలు
1-4, 2-1, 3-3, 4-2, 5-4, 6-2, 7-3, 8-4, 9-2, 10-1.
రచయిత: చంటి రాజుపాలెం
