ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳು – ಪರಮಾಣು ರಚನೆ ಹಾಗೂ ಆವರ್ತಕ ಕೋಷ್ಟಕ
ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳು
Topiqos – KPSC/UPSC ಪೂರ್ವಭಾವಿ ಪರೀಕ್ಷೆ ಅಧ್ಯಯನ ಟಿಪ್ಪಣಿ
1. ಪರಮಾಣುವಿನ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ
ಡಾಲ್ಟನ್ನ ಪರಮಾಣು ಸಿದ್ಧಾಂತ (1808): ಜಾನ್ ಡಾಲ್ಟನ್ ಪ್ರಕಾರ –
- ಪ್ರತಿ ಪದಾರ್ಥವು ಸೂಕ್ಷ್ಮ, ಅವಿಭಾಜ್ಯ ಕಣಗಳಾದ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ (atoms) ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ.
- ಒಂದೇ ಮೂಲಧಾತುವಿನ ಪರಮಾಣುಗಳು ಒಂದೇ ಗುಣ ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.
- ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳು ನಾಶವಾಗುವುದಿಲ್ಲ ಅಥವಾ ಸೃಷ್ಟಿಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ.
ಆದರೆ ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್, ಪ್ರೋಟಾನ್ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರದಿಂದ ಪರಮಾಣು ವಿಭಾಜ್ಯವೆಂದು ಸಿದ್ಧವಾಯಿತು.
ಮೂಲ ಪದಗಳು:
- ಮೂಲಧಾತು (Element): ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಆದ ಶುದ್ಧ ಪದಾರ್ಥ. ಉದಾ. ಕಬ್ಬಿಣ, ಆಮ್ಲಜನಕ.
- ಸಂಯುಕ್ತ (Compound): ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಮೂಲಧಾತುಗಳ ಸ್ಥಿರ ಅನುಪಾತದ ಸಂಯೋಜನೆ. ಉದಾ. H₂O, NaCl.
- ಅಣು (Molecule): ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಂಯೋಗ.
2. ಪರಮಾಣುವಿನ ಮಾದರಿಗಳು
ಜೆ.ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ (1897) – ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಆವಿಷ್ಕಾರ. "ಪ್ಲಮ್ ಪುಡ್ಡಿಂಗ್" ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಧನ ಆವೇಶದ ಗೋಳವೆಂದೂ, ಅದರಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಎಂಬೆಡ್ ಆಗಿವೆ ಎಂದೂ ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದನು.
ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ (1911) – ಚಿನ್ನದ ಹಾಳೆ ಪ್ರಯೋಗ (Gold foil experiment). ಇವನ ಪ್ರಕಾರ –
- ಪರಮಾಣುವಿನ ಬಹುಪಾಲು ಭಾಗ ಖಾಲಿಯಾಗಿದೆ.
- ಎಲ್ಲ ಧನ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ (nucleus) ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದೆ.
- ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಕೇಂದ್ರದ ಸುತ್ತ ಸುತ್ತುತ್ತವೆ.
ನೀಲ್ಸ್ ಬೋರ್ (1913) – ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ನಿಗದಿತ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ (K, L, M, N ...) ಸುತ್ತುತ್ತವೆ.
ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ = 2n²
| ಕಕ್ಷೆ | n | ಗರಿಷ್ಠ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ |
|---|---|---|
| K | 1 | 2 |
| L | 2 | 8 |
| M | 3 | 18 |
| N | 4 | 32 |
ಆಧುನಿಕ ಕ್ವಾಂಟಂ ಮಾದರಿ – ಷ್ರೊಡಿಂಗರ್, ಹೈಸೆನ್ಬರ್ಗ್; ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ನಿಖರ ಸ್ಥಾನ ತಿಳಿಯಲಾಗದು, ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯ ಆಧಾರದಲ್ಲಿ (orbitals) ವಿವರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
3. ಉಪಪರಮಾಣು ಕಣಗಳು
| ಕಣ | ಆವೇಶ | ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (amu) | ಆವಿಷ್ಕರ್ತ | ವರ್ಷ |
|---|---|---|---|---|
| ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ (e⁻) | –1 | 1/1836 | ಜೆ.ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ | 1897 |
| ಪ್ರೋಟಾನ್ (p⁺) | +1 | 1 | ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ | 1919 |
| ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ (n⁰) | 0 | 1 | ಜೇಮ್ಸ್ ಚಾಡ್ವಿಕ್ | 1932 |
ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆ (Z): ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ. ಇದೇ ಮೂಲಧಾತುವನ್ನು ಗುರುತಿಸುತ್ತದೆ.
ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಸಂಖ್ಯೆ (A): ಪ್ರೋಟಾನ್ + ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ಒಟ್ಟು ಸಂಖ್ಯೆ.
ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (N) = A – Z.
ಸಮಸ್ಥಾನಿಗಳು (Isotopes): ಒಂದೇ ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆ, ಬೇರೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಸಂಖ್ಯೆ. ಉದಾ. ¹H, ²H (ಡ್ಯುಟೀರಿಯಂ), ³H (ಟ್ರಿಟಿಯಂ); ಇಂಗಾಲದ ¹²C, ¹³C, ¹⁴C. ¹⁴C ಇಂಗಾಲ ಡೇಟಿಂಗ್ಗೆ ಬಳಕೆ.
ಸಮಭಾರಗಳು (Isobars): ಬೇರೆ ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆ, ಒಂದೇ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಸಂಖ್ಯೆ. ಉದಾ. ⁴⁰Ar ಮತ್ತು ⁴⁰Ca.
ಸಮನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು (Isotones): ಒಂದೇ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಸಂಖ್ಯೆ.
4. ಆವರ್ತಕ ಕೋಷ್ಟಕದ ಇತಿಹಾಸ
- ಡಾಬರೈನರ್ (1817) – ತ್ರಿಕದಳ ನಿಯಮ (Triads).
- ನ್ಯೂಲ್ಯಾಂಡ್ಸ್ (1866) – ಆಕ್ಟೇವ್ ನಿಯಮ.
- ದ್ಮಿತ್ರಿ ಮೆಂಡಲೀವ್ (1869) – ಪರಮಾಣು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಆಧಾರಿತ ಆವರ್ತಕ ಕೋಷ್ಟಕ; ಗ್ಯಾಲಿಯಂ, ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಮೊದಲಾದ ಧಾತುಗಳಿಗೆ ಸ್ಥಳ ಬಿಟ್ಟು ಭವಿಷ್ಯ ನುಡಿದನು.
- ಹೆನ್ರಿ ಮೊಸ್ಲಿ (1913) – ಆಧುನಿಕ ಆವರ್ತಕ ಕೋಷ್ಟಕ; ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆಯ ಆಧಾರದಲ್ಲಿ.
ಆಧುನಿಕ ಆವರ್ತಕ ನಿಯಮ: "ಮೂಲಧಾತುಗಳ ಗುಣಗಳು ಅವುಗಳ ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆಯ ಆವರ್ತಕ ಫಲಗಳಾಗಿವೆ."
ರಚನೆ:
- ಪೀರಿಯಡ್ಗಳು (Periods): ಸಮತಲ ಸಾಲುಗಳು – ಒಟ್ಟು 7.
- ಗುಂಪುಗಳು (Groups): ಲಂಬ ಕಾಲಂಗಳು – ಒಟ್ಟು 18.
- ಒಟ್ಟು 118 ಮೂಲಧಾತುಗಳು ಪ್ರಸ್ತುತ ದೃಢೀಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿವೆ. ಪ್ರಕೃತಿಯಲ್ಲಿ 92 ಮೂಲಧಾತುಗಳಿವೆ.
5. ಗುಂಪುಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಮುಖ ವಿಶಿಷ್ಟತೆಗಳು
| ಗುಂಪು | ಹೆಸರು | ಉದಾಹರಣೆ | ವಿಶಿಷ್ಟತೆ |
|---|---|---|---|
| 1 | ಕ್ಷಾರ ಲೋಹಗಳು (Alkali metals) | Li, Na, K, Rb, Cs | ಮೃದು, ಅತ್ಯಂತ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲ |
| 2 | ಕ್ಷಾರ ಭೂಲೋಹಗಳು (Alkaline earth) | Be, Mg, Ca, Sr, Ba | ಜ್ವಾಲೆ ವರ್ಣ ನೀಡುತ್ತವೆ |
| 3–12 | ಪರಿವರ್ತನಾ ಲೋಹಗಳು (Transition) | Fe, Cu, Zn, Ag, Au | ವರ್ಣಯುಕ್ತ ಸಂಯುಕ್ತಗಳು, ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು |
| 15 | ನೈಟ್ರೋಜನ್ ಕುಟುಂಬ | N, P, As | ಜೈವಿಕ ಪ್ರಮುಖತೆ |
| 16 | ಚಾಲ್ಕೊಜೆನ್ಗಳು | O, S, Se | ಜೀವಕ್ಕೆ ಅಗತ್ಯ |
| 17 | ಹ್ಯಾಲೊಜನ್ಗಳು (Halogens) | F, Cl, Br, I | ಪ್ರತಿಯೊಂದೂ ಡಯಟಾಮಿಕ್ ಅನಿಲ/ಘನ |
| 18 | ಜಡ ಅನಿಲಗಳು (Noble gases) | He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn | ಸಂಪೂರ್ಣ ಬಾಹ್ಯ ಕಕ್ಷೆ; ಕ್ರಿಯಾಶೀಲತೆ ಕಡಿಮೆ |
ಲಂತನೈಡ್ಗಳು ಮತ್ತು ಆಕ್ಟಿನೈಡ್ಗಳು – ಅಪರೂಪದ ಮೃಣ್ಣಾಳ (rare earth) ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಧಾತುಗಳು.
6. ಆವರ್ತಕ ಗುಣಗಳ ಪ್ರವೃತ್ತಿ
| ಗುಣ | ಪೀರಿಯಡ್ನಲ್ಲಿ (L→R) | ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ (T→B) |
|---|---|---|
| ಪರಮಾಣು ಗಾತ್ರ | ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ | ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ |
| ಅಯಾನೀಕರಣ ಶಕ್ತಿ | ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ | ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ |
| ವಿದ್ಯುತ್ಚುಂಬಕತೆ (Electronegativity) | ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ | ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ |
| ಲೋಹೀಯ ಸ್ವರೂಪ | ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ | ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ |
| ಅಲೋಹೀಯ ಸ್ವರೂಪ | ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ | ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ |
ವಿದ್ಯುತ್ಚುಂಬಕತೆಯಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ: ಫ್ಲುಯೊರೀನ್ (F) – 4.0 (ಪೌಲಿಂಗ್ ಸ್ಕೇಲ್). ಕನಿಷ್ಠ: ಸೀಸಿಯಂ, ಫ್ರಾನ್ಸಿಯಂ.
7. ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳು
ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧ (Chemical Bond) – ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಜೋಡಿಸುವ ಆಕರ್ಷಣ ಬಲ.
ಬಂಧಗಳ ವಿಧಗಳು:
- ಅಯಾನಿಕ ಬಂಧ (Ionic): ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯಿಂದ; ಲೋಹ + ಅಲೋಹ. ಉದಾ. NaCl, MgO. ಜಲದಲ್ಲಿ ಕರಗುತ್ತವೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕ.
- ಸಹಬಂಧ (Covalent): ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹಂಚಿಕೆಯಿಂದ; ಅಲೋಹ + ಅಲೋಹ. ಉದಾ. H₂O, CO₂, CH₄.
- ಸಮನ್ವಯ ಬಂಧ (Coordinate): ಒಂದೇ ಪರಮಾಣು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜೋಡಿ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಉದಾ. NH₄⁺.
- ಲೋಹ ಬಂಧ (Metallic): ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಮುದ್ರದ ಮಾದರಿ.
- ಜಲಜನಕ ಬಂಧ (Hydrogen bond): ದುರ್ಬಲ; ನೀರಿನ ಗುಣಗಳಿಗೆ, DNA ಡಬಲ್ ಹೆಲಿಕ್ಸ್ಗೆ ಕಾರಣ.
ವ್ಯಾಲೆನ್ಸಿ (Valency): ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂಯೋಜನಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ. ಬಾಹ್ಯ ಕಕ್ಷೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ.
ಆವಗಡ್ರೊ ಸಂಖ್ಯೆ: 6.022 × 10²³ – ಒಂದು ಮೋಲ್ನಲ್ಲಿನ ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ.
ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಹೇರಳ ಮೂಲಧಾತು: ಜಲಜನಕ (H); ಭೂಪದರದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಹೇರಳ – ಆಮ್ಲಜನಕ (O); ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಹೇರಳ – ನೈಟ್ರೋಜನ್ (N).
8. ಅಭ್ಯಾಸ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು (MCQs) – KPSC ಮಾದರಿ
(ಬಿ) ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್
(ಸಿ) ಚಾಡ್ವಿಕ್
(ಡಿ) ಬೋರ್
(ಬಿ) 6
(ಸಿ) 7
(ಡಿ) 18
(ಬಿ) ಫ್ಲುಯೊರೀನ್
(ಸಿ) ನೈಟ್ರೋಜನ್
(ಡಿ) ಕ್ಲೋರೀನ್
(ಬಿ) 6.022 × 10²³
(ಸಿ) 6.022 × 10²⁴
(ಡಿ) 3.14 × 10²³
(ಬಿ) ಅಯಾನಿಕ
(ಸಿ) ಲೋಹ
(ಡಿ) ಜಲಜನಕ
(ಬಿ) ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಂ
(ಸಿ) ಆಮ್ಲಜನಕ
(ಡಿ) ಕಬ್ಬಿಣ