అణు సిద్ధాంతం

వికీపీడియా నుండి
Jump to navigation Jump to search
ప్రస్తుతం చలామణీలో ఉన్న అణువు సిద్ధాంత పరమైన నమూనా. ఇందులో మధ్యలో దట్టంగా ఉండే కేంద్రకం, దాని చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్ల మేఘం (సంభావ్యతా మేఘం/probabilistic cloud ) ఉంటాయి.

భౌతిక రసాయనిక శాస్త్రాల్లో అణు సిద్ధాంతం అంటే పదార్థం లక్షణాల్ని వివరించే ఒక సిద్ధాంతం. ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం విశ్వంలోని పదార్థాలన్నీ విభజించడానికి వీలు లేని అణువులు (Atoms) లేదా పరమాణువులతో కూడుకొని ఉంటాయి. ఇది పురాతన గ్రీసు దేశంలో తత్వ శాస్త్ర భావనగా మొదలై 19 వ శతాబ్దం మొదట్లో శాస్త్రీయ పరిశోధనా పరిధిలోకి వచ్చింది.[1]

అణువుకు సమానార్థమైన ఆంగ్లపదం ఆటం (Atom) ప్రాచీన గ్రీకు పదం అటామస్ అనే పదం నుంచి వచ్చింది. ఈ పదానికి అర్థం విభజించడానికి వీలు లేనిది అని అర్థం.[2] 19వ శతాబ్దానికి చెందిన రసాయనిక శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని పదార్థాలు ఇక విడగొట్టలేనంత సూక్ష్మంగా ఉన్నవాటిని ఈ పేరుతో పిలవడం ప్రారంభించారు. 20 వ శతాబ్దం మొదలయ్యే నాటికి విద్యుదయస్కాంతత్వం, రేడియో ధార్మికత మొదలైన వాటిమీద పరిశోధనలు చేస్తూ అసలు విభజించడానికి వీలులేని అణువులు ఉంటాయని కనుగొన్నారు. కానీ వీటిలో కూడా ఎలక్ట్రాన్లు, న్యూట్రానులు, ప్రోటానులు అనే కణాలు కలగలిసిపోయి ఉంటాయని కూడా నిరూపించారు. ఇంకా చెప్పాలంటే అత్యధిక ఉష్టోగ్రత, అత్యధిక పీడనం ఉన్న కొన్ని విపరీత పరిస్థితుల్లో (న్యూట్రాన్ స్టార్స్) అసలు అణువులుగా ఉండే అవకాశమే లేదని కూడా కనుగొన్నారు.

అణువులను కూడా విభజించగలమని తేలడంతో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు అణువులో ఉన్న విడగొట్టడానికి వీలుకాని కణాలను ప్రాథమిక కణాలు (elementary particles) అని పిలిచారు. ఈ కణాల గురించి అధ్యయనం చేసే శాస్త్రాన్ని కణ భౌతికశాస్త్రం అని వ్యవహరిస్తారు. ఈ విభాగంలో భాగంగా శాస్త్రజ్ఞులు అసలు పదార్థం యొక్క తత్వాన్ని ఆవిష్కరించడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు.

చరిత్ర[మార్చు]

తత్వ శాస్త్రంలో అణువు[మార్చు]

పదార్థాలన్నీ ఏదో కొన్ని విడి భాగాల కలయికతో ఏర్పడిందనేది చాలా ప్రాచీనమైన భావన. ఇది పురాతన గ్రీసు, భారతీయ సంస్కృతుల్లో కనిపిస్తుంది. ఆటం అనే ప్రాచీన గ్రీకు పదానికి విడగొట్టడానికి వీలు లేనిది అని అర్థం. ఈ పదం సోక్రటీసు కంటే ముందే ల్యూసిపస్ (Leucippus), అతని శిష్యుడైన డెమోక్రిటస్ (Democritus ) సా.పూ 460- 370 మధ్యలోనే ఉపయోగించారు.[3][4][5][6]. పరమాణువులు సంఖ్య అనంతమనీ, వాటిని ఎవరూ సృష్టించలేదనీ, శాశ్వతంగా ఉండిపోయేవని, ఒక వస్తువు యొక్క లక్షణాలు దానిని కూర్చే పరమాణువుల మీద ఆధారపడి ఉంటుందని డెమోక్రిటస్ బోధించాడు.[4][5][6] తరువాత గ్రీకు తత్వవేత్త ఎపిక్యురస్ (Epicurus) (సా. పూ. 341 - 270), రోమన్ ఎపిక్యురియన్ కవి లుక్రీషియస్ (Lucretius) (క్రీ.పూ. 99 - సి. 55 బి.సి) డెమోక్రిటస్ అణువాదాన్ని మరికొంత మెరుగుపరిచి విశదీకరి౦చారు.[5][6] అయితే మధ్య యుగ ఆరంభంలో పాశ్చాత్య ఐరోపా అణువాదాన్ని మరచిపోయింది.[5] 12 వ శతాబ్దంలో అరిస్టాటిల్ పాతరచనలను ఆధారంగా పేర్కొంటూ చేసిన రచనలతో అణువాదం మళ్ళీ పశ్చిమ ఐరోపాలో వెలుగులోకి వచ్చింది.[5]

14 వ శతాబ్దంలో, లుక్రీషియస్ రాసిన డి రెరం నాచురా, డయోజెనెస్ లియేటియస్ రాసిన లైవ్స్ అండ్ ఒపీనియన్స్ ఆఫ్ ఎమినెంట్ ఫిలాసఫర్స్ లాంటి రచనలవల్ల పండితుల దృష్టి ఈ శాస్త్రంమీదకు ప్రసరించింది.[5] ఏదేమైనా అణువాదం సనాతన క్రైస్తవ బోధనలతో విభేదించే ఎపిక్యురియనిజమ్ అనే తత్వశాస్త్ర భావన కాబట్టి, చాలా మంది యూరోపియన్ తత్వవేత్తలు దీనిని అంగీకరించలేదు.[5] ఫ్రెంచి కేథలిక్ పూజారి పియరీ గ్యాసేన్డి (1592 – 1655) ఎపిక్యురియన్ అణువాదాన్ని కొన్ని మార్పులతో పునరుద్ధరించాడు. ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం పరమాణువులు దేవునిచే సృష్టించబడి చాలా అసంఖ్యాకంగా ఉన్నప్పటికీ, అవి అనంతం కావని ఆయన పేర్కొన్నాడు.[5][6] గ్యాస్సెండి సవరించిన అణు సిద్ధాంతాన్ని ఫ్రాన్స్‌లో వైద్యుడు ఫ్రాంకోయిస్ బెర్నియర్ (1620 - 1688), ఇంగ్లాండ్‌లో సహజ తత్వవేత్త వాల్టర్ చార్లెటన్ (1619 - 1707) ప్రాచుర్యం లోకి తెచ్చారు.[5] రసాయన శాస్త్రవేత్త రాబర్ట్ బాయిల్ (1627 – 1691), భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఐజాక్ న్యూటన్ (1642 – 1727) ఇద్దరూ పరమాణువాదాన్ని సమర్థించారు. 17 వ శతాబ్దం చివరినాటికి, ఇది శాస్త్రీయ సమాజంలోని కొన్ని వర్గాల ద్వారా ఆమోదించబడింది.[5]

జాన్ డాల్టన్[మార్చు]

18 వ శతాబ్దం చివరిలో, అణుసిద్ధాంతాలతో సంబంధం లేకుండా రసాయన చర్యల గురించి రెండు నియమాలు సూత్రీకరించబడ్డాయి. మొదటిది ద్రవ్యనిత్యత్వ నియమం (law of conservation of mass). ఇది ఆంటోనీ లావోయిజర్ పనితో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంది. ఇది రసాయన ప్రతిచర్యలో మొత్తం ద్రవ్యరాశి స్థిరంగా ఉంటుందని పేర్కొంది (అంటే చర్యలో పాల్గొనే క్రియాజనకాలు, వాటి ఉత్పత్తులు ఒకే ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉంటాయి).[7] రెండవది నియత నిష్పత్తి నియమం (law of definite proportions). 1799 లో ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జోసెఫ్ లూయిస్ ప్రౌస్ట్ చేత మొదట ప్రతిపాదించిన ఈ సూత్ర ప్రకారం, [8] ఒక సమ్మేళనం దానిలోని రసాయన మూలకాలుగా విభజించబడితే, అసలు పదార్థ పరిమాణం లేదా మూలంతో సంబంధం లేకుండా, విడిపోయిన భాగాల ద్రవ్యరాశి బరువు ఎల్లప్పుడూ ఒకే నిష్పత్తిలో ఉంటుంది.

జాన్‌ డాల్టన్ ముందు ప్రతిపాదించిన ఈ నియమాలను అధ్యయనం చేసి గుణిజ నిష్పత్తి నియమము (law of multiple proportions) అనే కొత్త నియమాన్ని ఏర్పరచాడు. రెండు ఒకేరకమైన మూలకాలను కలిపి వివిధ రకాలైన సమ్మేళనాలను తయారు చేయగలిగితే ఆ వివిధ సమ్మేళనాల్లోని రెండు మూలకాల ద్రవ్యరాశుల నిష్పత్తిని చిన్న పూర్ణ సంఖ్యలతో సూచించవచ్చు. రసాయనిక చర్యల్లో ఈ విధంగా జరగడం డాల్టనే కాక ఇతర శాస్త్రవేత్తలు కూడా గమనించారు. ఆక్సిజన్ కొద్ది పరిమాణంలోని నైట్రస్ ఆక్సైడ్ తో కలిసి నైట్రిక్ ఆమ్లం ఏర్పడుతున్నట్టు, రెట్టింపు పరిమాణం నైట్రస్ ఆక్సైడ్ తో 1:2 నిష్పత్తిలో కలిసి నైట్రస్ ఆమ్లం ఏర్పడుతున్నట్లు డాల్టన్ గుర్తించాడు.[9] జోసెఫ్ ప్రౌస్ట్ 100 పాళ్ళు ఇనుము 28 లేదా 42 భాగాలు ఆక్సిజన్ తో కలిసి[lower-alpha 1][10][11] (2:3 నిష్పత్తి) ; 119 పాళ్ళు 16 లేదా 32 ఆక్సిజన్ పాళ్ళలో కలుస్తున్నట్లు గుర్తించాడు[12] (1:2 నిష్పత్తి). అణు సిద్ధాంతం ఈ ధర్మాన్ని వివరించడానికి, ప్రౌస్ట్ ప్రతిపాదించిన నియత నిష్పత్తి నియమాన్ని వివరించడానికి సరిపోతుందని కనుగొన్నాడు. ప్రౌస్ట్ కనుగొన్న టిన్ ఆక్సైడ్ చర్యల్లో ఒక టిన్ అణువు ఒకటి లేదా రెండు ఆక్సిజన్ అణువులతో కలిసి రెండు రకాలైన ఆక్సైడులను ఏర్పరుస్తున్నట్లుగా గమనించాడు.[13]

నీరు వివిధ రకాలైన వాయువులను వివిధ పాళ్ళలో ఎందుకు శోషించుకుంటుందో తెలిపేందుకు అణు సిద్ధాంతం ఉపకరిస్తుందని డాల్టన్ విశ్వసించాడు. ఉదాహరణకు నీటిలో నైట్రోజన్ కన్నా కార్బన్ డయాక్సైడ్ బాగా కలుస్తుందని కనుగొన్నాడు.[14] ఇది వాయువుల ద్రవ్యరాశిలో తేడా వల్ల ఇంకా వాటిలోని అణువుల సంక్లిష్టత వల్ల అయ్యుండవచ్చునని సూత్రీకరించాడు డాల్టన్. నిజానికి కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) అణు సముదాయం నైట్రోజన్ అణు సముదాయం (N2) కన్నా బరువైనది, పెద్దది.

ప్రతి రసాయనిక మూలకం ఒకే రకమైన అణువులతో తయారై ఉంటుందనీ, వాటిని రసాయనికంగా మార్చలేకపోయినా లేదా నాశనం చేయలేక పోయినా వేర్వేరు మూలకాలు కలిసి రసాయన సమ్మేళనాలనే సంక్లిష్ట నిర్మాణాలు ఏర్పడవచ్చని డాల్టన్ ప్రతిపాదించాడు. అణు వాదం ఒక సిద్ధాంతంగా గుర్తించబడటానికి ఈ ప్రతిపాదనలు మైలురాయిగా చెప్పవచ్చు ఎందుకంటే ఈ ప్రతిపాదనలన్నీ డాల్టన్ ప్రయోగాత్మకంగా పరిశీలించి నిర్ధారణ చేసినవి.

జాన్ డాల్టన్ ఎ న్యూ సిస్టం ఆఫ్ కెమికల్ ఫిలాసఫీ (1808) లో పేర్కొన్న వివిధ అణువులు, వాటి సముదాయాలు.

1803 లో వివిధ పదార్థాల సాపేక్ష అణుభారాల మొదటి జాబితా గురించి చెప్పాడు. ఈ పరిశోధనా పత్రం 1805 లో ప్రచురితమైంది. కానీ అందులో బరువులను ఎలా వచ్చాయో మాత్రం వివరించలేదు.[14] 1807 లో డాల్టన్ కు పరిచయస్తుడైన థామస్ థాంసన్ ఈ పద్ధతిని వెల్లడించాడు. థామ్సన్ పుస్తకం ఎ సిస్టం ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ మూడో సంచికలో డాల్టన్ తన స్వంత పుస్తకమైన ఎ న్యూ సిస్టం ఆఫ్ కెమికల్ ఫిలాసఫీ (1808, 1810) గురించి పూర్తి వివరాలు వెల్లడించాడు.

అణువులు ఏ యే పాళ్ళలో కలుస్తాయో దాన్ని బట్టి వాటి అణుభారాలను అంచనా వేసినట్టు డాల్టన్ తెలియజేశాడు. ఇందులో హైడ్రోజన్ అణువును ఒక ప్రమాణంగా తీసుకున్నారు. కానీ కొన్ని అణువులు సముదాయాలుగానే ఎందుకుంటాయన్నది డాల్టన్ వివరించలేదు. ఉదాహరణకు స్వచ్ఛమైన ఆక్సిజన్ ఎప్పుడూ O2 రెండు అణువుల సముదాయం లానే ఉంటుంది. అంతే కాకుండా అత్యంత సరళమైన అణు సముదాయం ఎప్పుడూ రెండు వేర్వేరు అణువులతోనే ఏర్పడుతుందని తప్పుగా ఊహించాడు. (అంటే నీరు H2O కాకుండా HO రూపంలో ఉంటుందని ఊహించాడు).[15] అప్పట్లో ఉన్న పాత తరం పరికరాలు కూడా ఆయన ఫలితాలను కొంచెం తప్పుగా చూపించాయి. ఉదాహరణకు 1803 లో ఆయన ఆక్సిజన్ అణువులు హైడ్రోజన్ అణువుల కన్నా 5.5 రెట్లు భారంగా ఉంటాయని లెక్కలు వేశాడు. ఎందుకంటే నీళ్ళలో ఒక గ్రాము హైడ్రోజెన్ కి 5.5 గ్రాములు ఆక్సిజన్ ఉన్నట్లు కొలత వేశాడు. దాన్ని బట్టే నీటిని HO అని సూచించాడు. ఇంకొంచెం మెరుగైన డేటా దొరకగానే ఆక్సిజన్ బరువు 5.5 కాదనీ, 7 ఉంటుందని అనుకుని జీవితాంతం అలాగే పరిశోధన చేశాడు. కానీ ఇతరులు మాత్రం నీటి రసాయనిక ఫార్ములా HO అనుకుంటే హైడ్రోజన్ అణుభారం 1, ఆక్సిజన్ అణుభారం 8 లేదా నీటి రసాయనిక ఫార్ములా H2O అనుకుంటే హైడ్రోజన్ అణుభారం 1, ఆక్సిజన్ అణుభారం 16 ఉంటుందని నిర్ధారించుకున్నారు.[16]

అవగాడ్రో[మార్చు]

డాల్టన్ సిద్ధాంతంలోని పొరపాట్లని అమీడియో అవగాడ్రో 1811 లో సవరించాడు. ఈయన ప్రతిపాదన ప్రకారం ఒకే పరిమాణం కలిగిన ఏ రెండు వాయువుల్లో అయినా, సమాన ఉష్ణోగ్రత, సమాన పీడనం ఉన్నపుడు సమానమైన అణుసముదాయాలు ఉంటాయి. మరో విధంగా చెప్పాలంటే వాయు అణుసముదాయాల ద్రవ్యరాశి అవి ఆక్రమించే పరిమాణం మీద ఆధారపడదు.[17] ఆయన ప్రతిపాదించిన అవగాడ్రో నియమం కొన్ని వాయువులు ఒక పరిమాణం వద్ద చర్య పొంది రెండు అణువుల సముదాయంగా మారుతాయో వివరించేందుకు వీలు కల్పించింది. ఉదాహరణకు ఒకేరకమైన ఉష్ణోగ్రత, పీడనం వద్ద రెండు లీటర్ల హైడ్రోజన్ ఒక లీటరు ఆక్సిజన్ తో కలిసి రెండు లీటర్ల నీటి ఆవిరిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అంటే ఒక ఆక్సిజన్ అణుసముదాయం (O2) రెండు అణువులుగా విడిపోయి రెండు హైడ్రోజన్ అణువులతో కలిసి రెండు నీటి కణాలుగా మారింది. ఆ విధంగా అవగాడ్రో ఆక్సిజన్, ఇతర మూలకాల అణు ద్రవ్యరాశులను మరింత కచ్చితంగా అంచనా వేసి, అణువులకు (Atom), అణు సముదాయాలకు (Molecule) మధ్య అంతరాన్ని వివరించగలిగాడు.

బ్రౌనియన్ చలనాలు[మార్చు]

1827లో ఆంగ్ల వృక్ష శాస్త్రవేత్తయైన రాబర్ట్ బ్రౌన్ పుప్పొడి రేణువులు నీటిపై తేలుతున్నపుడు వాటిలో ఉన్న ధూళి కణాలు ఎటువంటి కారణం లేకుండానే అటూ ఇటూ కదులుతుండడం గమనించాడు. 1905 లో ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్బ్రౌనియన్ చలనాలు నీటి అణువుల సముదాయం వీటిని తరచూ ఢీకొడుతూ ఉండటం వల్ల ఏర్పడతాయని సిద్ధాంతీకరించాడు. దీన్ని వివరించడానికి ఆయన ఒక గణిత నమూనా కూడా తయారు చేశాడు.[18] ఈ నమూనా 1908లో ఫ్రెంచి భౌతిక శాస్త్రవేత్త జీన్ పెరిన్ చేసిన ప్రయోగంలో నిర్ధారించబడింది. ఇదే అణు సిద్ధాంతానికి అనుబంధంగా కణ సిద్ధాంతానికి దారితీసింది.

అణువు లోపలి కణాలు[మార్చు]

క్యాథోడ్ కిరణాలు (నీలం) క్యాథోడ్ నుండి వెలువడి, సన్నని చీలిక మార్గం గుండా ప్రయాణించడం ద్వారా పుంజంగా మారి, రెండు విద్యుత్ ఫలకాల మద్యనుంచి ప్రయాణిస్తున్నపుడు విక్షేపం అవుతాయి.

1897 వరకు అణువులే అత్యంత సూక్ష్మమైనవిగా, వాటిని విభజించలేని వాటిగా భావిస్తూ ఉండేవారు. అప్పుడు జె. జె. థామ్సన్ అనే శాస్త్రవేత్త క్యాథోడ్ కిరణాల మీద ప్రయోగం చేస్తూ ఎలక్ట్రాన్ ని కనుగొన్నాడు.[19]

క్రూక్స్ ట్యూబ్ అనేది ఒక మూతవేసిన గాజు గొట్టం. ఇందులో రెండు ఎలక్ట్రోడులు, మధ్య శూన్యం ఆవరించి ఉంటుంది. వాటి మధ్య వోల్టేజి పంపినపుడు క్యాథోడ్ కిరణాలు ఉత్పన్నం అవుతాయి. ఇవి వెలుగులీనుతూ గొట్టం వ్యతిరేకదిశలో ఉన్న గాజును తాకుతాయి. ప్రయోగాల ద్వారా ఈ కిరణాలను విద్యుత్ మండలం సహాయంతో దారిమళ్ళించవచ్చని నిరూపించాడు. (అయస్కాంత మండలంతో కూడా చేయవచ్చని ఇదివరకే నిరూపితమైంది). ఈ కిరణాలు కేవలం కాంతి కిరణాలే కాక ఋణావేశం కలిగిన కణాలు కలిగిన కార్పస్కిల్స్ అయి ఉంటాయని నిర్ధారించాడు. తర్వాత శాస్త్రవేత్తలు వీటికి ఎలక్ట్రాన్లు అని పేరు పెట్టారు. అతను ద్రవ్యరాశి-ఆవేశం నిష్పత్తిని కొలిచి ఈ కణాలు అతి చిన్న అణువైన హైడ్రోజన్ అణువుకన్నా 1800 రెట్లు చిన్నది అని నిరూపించాడు. ఈ కణాల గురించి అప్పటి దాకా ఎవరికీ తెలియదు.

అలా థామ్సన్ అణువులను కూడా విభజించగలమనీ, వాటితోనే అణువులు ఏర్పడ్డాయని ఊహించాడు.[20] కానీ అణువు మొత్తం తటస్థ ఆవేశం కలిగుంటుంది కదా, అందుకోసం ప్లమ్ పుడ్డింగ్ నమూనా ప్రతిపాదించారు. ఈ నమూనా ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్లు ధనాత్మక ఆవేశం కలిగిన ఒక ముద్దలో ఎలక్ట్రాన్లు అక్కడక్కడ అమర్చినట్లు ఉంటాయని ప్రతిపాదించాడు.[21] ఎలక్ట్రాన్లు పాయసంలో వేసిన ఎండుద్రాక్షలవలె వెదజల్లిబడినట్లు ఉంటాయి కాబట్టి దీన్ని ప్లమ్ పుడ్డింగ్ నమూనా అని పిలిచారు. (కానీ థాంసన్ నమూనా ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్లు స్థిరంగా ఉండవు).

అణుకేంద్రకం ఆవిష్కారం[మార్చు]

గైగర్- మార్స్డెన్ ప్రయోగం
ఎడమ: అనుకున్న ఫలితాలు: ప్లం పుడ్డింగ్ అణునమూనా గుండా ఆల్ఫా కణాలు ప్రయాణించి అతి స్వల్పమైన విక్షేపానికి గురవడం.
కుడు: గమనించిన ఫలితాలు: కేంద్రకంలో ముద్దలా ఉన్న ధనావేశానికి గురై కొన్ని ఆల్ఫా కణాలు విక్షేపం చెందాయి.

థామ్సన్ ప్రతిపాదించిన ప్లం పుడ్డింగ్ నమూనాను 1909 లో అతని పూర్వ విద్యార్థియైన ఎర్నెస్ట్ రూథర్ ఫోర్డ్ తప్పని నిరూపించాడు. ఈయన అణువు ద్రవ్యరాశి, దాని ధనావేశంలో చాలాభాగం మొత్తం పరిమాణంలో అతికొద్ది భాగంలోనే అణువు మధ్యలో కేంద్రీకృతమైనట్లు కనుగొన్నాడు.

రూథర్ ఫోర్డ్ సహ పరిశోధకులైన హాన్స్ గైగర్, ఎర్నెస్ట్ మార్స్డెన్ చేపట్టిన గైగర్ మార్స్ డెన్ ప్రయోగంలో సన్నని రేకుమీదకు ఆల్ఫా కణాలు ప్రయోగించి అవి ప్రతిదీప్తి తెర (Flourescent screen) ద్వారా అవి ఎంతమేరకు విక్షేపం (deflection) చెందాయో గమనించారు.[22] ఎలక్ట్రాన్ల ద్రవ్యరాశి అతి స్వల్పం, ఆల్ఫా కణాల ఉరవడి ఎక్కువ, ప్లమ్ పుడ్డింగ్ నమూనా ప్రకారం ధనావేశ గాఢత తక్కువ కాబట్టి ఈ ప్రయోగంలో అన్ని ఆల్ఫా కణాలు పెద్దగా విక్షేపం చెందకుండా లోహపు రేకు గుండా దూసుకుపోతాయని భావించారు. కానీ వారి ఆలోచనలు పటాపంచలు చేస్తూ కొన్ని ఆల్ఫా కణాలు బాగా విక్షేపం చెందాయి. దీని ఆధారంగా రూథర్ ఫోర్డ్ అణువులోని ధనావేశం అతి తక్కువ పరిమాణంలో కేంద్రీకృతమై ఆల్ఫా కణాల బలంగా విక్షేపం చెందడానికి కారణమై ఉండాలని భావించాడు.

పై పరిశోధనల ఆధారంగా రూథర్ ఫోర్డ్ తనదైన గ్రహాల నమూనాని ప్రతిపాదించాడు. దీని ప్రకారం అణువులో అతి తక్కువ పరిమాణంలో ఆక్రమించిన ధనావేశం కలిగిన కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు మేఘాలవలె చుట్టుముట్టి ఉంటాయని భావించాడు. కేవలం అలాంటి ఆవేశం కేంద్రీకృతం కావడం వల్లనే అది బలమైన విద్యుత్ ఆవరణాన్ని ఏర్పరిచి ఆల్ఫా కణాల విక్షేపానికి కారణమైందని ప్రతిపాదించాడు.[23]

క్వాంటం భౌతిక నమూనా వైపు తొలి అడుగులు[మార్చు]

గ్రహాల నమూనాలు ముఖ్యంగా రెండు దోషాలు ఉన్నాయి. మొదటిది సూర్యుడు చుట్టూ తిరిగే గ్రహాల వలె కాకుండా ఎలక్ట్రాన్లు ఋణ విద్యుదావేశం కలిగిన కణాలు. సాంప్రదాయ విద్యుదయస్కాంతత్వంలోని లార్మర్ నియమం ప్రకారం కదులుతూ ఉండే విద్యుత్ ఆవేశం నుంచి విద్యుత్ అయస్కాంత తరంగాలు వెలువడాలి. అలా తిరుగుతున్న విద్యుత్ ఆవేశం క్రమంగా శక్తి నశించి కేంద్రకంలో పడిపోయి క్షణంలో అంతరించి పోవాలి. రెండోది, గ్రహాల నమూనా అణువుల నుంచి వెలువడే ఉద్గారాలను, శోషణ వర్ణపటాల గురించి వివరించలేకపోయింది.

బోర్ పరమాణు నమూనా

20 శతాబ్దం మొదట్లో మాక్స్ ప్లాంక్, ఆల్బర్ట్ ఐంస్టీన్ కాంతి ఉద్గారం, శోషణ క్వాంటం అనే కొన్ని ప్రత్యేక పరిమాణాల్లో జరుగుతుందని సూత్రీకరించారు. ఈ క్వాంటం సిద్ధాంతం భౌతిక శాస్త్రాన్ని కొత్త పుంతలు తొక్కించింది. 1913 లో దీని ఆధారంగా నీల్స్‌ బోర్, బోర్ నమూనాని ప్రతిపాదించాడు. దీని ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ ఒక స్థిరమైన కోణీయ త్వరణం,, శక్తితో నిర్దిష్టమైన కక్ష్యలో తిరుగుతుంటాయి. కేంద్రకం నుంచి వాటి కున్న దూరం (వ్యాసార్థం) వాటి శక్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.[24] ఈ నమూనాలో ఎలక్ట్రాన్ క్రమంగా కేంద్రకంలో పడిపోదు ఎందుకంటే అది ఎప్పుడూ శక్తిని కోల్పోతూనే ఉండదు. అందుకు భిన్నంగా కొన్ని స్థిరమైన శక్తి స్థాయిల్లో మారుతూ ఉంటుంది.[24] ఇది జరిగినప్పుడు వాటి శక్తి మార్పులకు అనుగుణంగా కాంతి వెలువడటం లేదా శోషింపబడుతూ ఉంటుంది.[24]

బోర్ నమూనా అంత పటిష్ఠమైన సిద్ధాంతమేమీ కాదు. ఇది హైడ్రోజన్ యొక్క వర్ణపటాన్ని మాత్రమే వివరించగలిగింది. బహుళ ఎలక్ట్రాన్లు కలిగిన అణువుల వర్ణపటాలను వివరించలేకపోయింది. వర్ణపటాల సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందిన కొద్దీ హైడ్రోజన్ వల్ల విడుదలైన మరికొన్ని వర్ణరేఖలను బోర్ నమూనా వివరించలేకపోయింది. 1916 లో ఆర్నాల్డ్ సోమర్ ఫీల్డ్ బోర్ నమూనాలో అండాకార కక్ష్యలతో ప్రతిక్షేపించి అదనంగా వస్తున్న వర్ణపట రేఖలను వివరించడానికి ప్రయత్నించాడు. కానీ దీని వల్ల ఈ నమూనాని వాడటం మరింత కష్టతరమైంది. ఇంక క్లిష్టమైన అణువులను ఇది వివరించలేకపోయింది.

ఐసోటోపుల ఆవిష్కరణ[మార్చు]

1913 లో ఫ్రెడెరిక్ సోడీ అనే రేడియో కెమిస్టు రేడియోధార్మిక క్షయం ఉత్పత్తుల గురించి పరిశోధన చేస్తుండగా ఆవర్తన పట్టికలో ఒక్కో స్థానంలో రెండు మూలకాలు ఉండే అవకాశం ఉండవచ్చునని కనుగొన్నాడు.[25] ఈ రకమైన మూలకాలకు ఐసోటోపులు అని పేరు పెట్టింది మార్గరెట్ టాడ్ అనే శాస్త్రవేత్త.

అదే సంవత్సరంలో నియాన్ అయాన్లను అయస్కాంత, విద్యుత్ ఆవరణాల గుండా పంపించి అవతలివైపున ఛాయాగ్రాహక దర్పణాలను (photographic plates) తాకేలా జె. జె. థామ్సన్ ఒక ప్రయోగం చేశాడు. ఈ ప్రయోగంలో దర్పణం మీద రెండు వెలుగు చిన్నెలు కనిపించాయి. ఇవి రెండు రకాలైన విక్షేపాలకు నిదర్శనం. నియాన్ లో కొన్ని వేర్వేరు ద్రవ్యరాశులు కలిగిన అయాన్లు ఉండటం ద్వారానే ఇది సాధ్యమైందని థామ్సన్ నిర్ధారించాడు.[26] 1932 లో న్యూట్రాన్లను కనుగొన్నపుడు ఈ వేర్వేరు ద్రవ్యరాశులు ఎందుకు ఉంటాయో వివరించే వీలు కలిగింది.

కేంద్రక కణాల ఆవిష్కరణ[మార్చు]

1917 లో ఎర్నెస్ట్ రూథర్ ఫోర్డ్ నైట్రోజన్ వాయువును ఆల్ఫా కణాలతో తాడనం చేయడం ద్వారా హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలు వెలువడటం గమనించాడు. అంతకు ముందే రూథర్ ఫోర్డ్ హైడ్రోజన్ వాయువును ఆల్ఫా కణాలచే తాడనం చేసినప్పుడు హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలు వెలువడటం గమనించి ఉన్నాడు. దీన్ని బట్టి నైట్రోజన్ అణువుల నుంచి హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలు వెలువడ్డాయని నిర్ధారించాడు. (ఇంకోరకంగా చెప్పాలంటే అతను నైట్రోజన్ ను విడగొట్టగలిగాడు).[27]

తన స్వంత పరిశోధనలు, అతని విద్యార్థులైన బోర్, హెన్రీ మోసిలీ మొదలైన విద్యార్థులు చేసిన పరిశోధనల ద్వారా ఏ అణువు ధనావేశాన్నైనా హైడ్రోజన్ అణుకేంద్రకాల సంఖ్యతో కొలవచ్చని కనుగొన్నాడు. మరొక పరిశోధన ప్రకారం చాలా మూలకాల అణు ద్రవ్యరాశి అప్పటిదాకా అత్యంత తేలికైన కణాలుగా భావిస్తున్న హైడ్రోజన్ అణువుల సంఖ్యతో లెక్కించవచ్చు. ఈ రెండింటినీ సమన్వయం చేస్తే, హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలు ఏకకణాలుగా ఉంటాయనీ అణుకేంద్రకంలో అతి ప్రాముఖ్యమైనవనీ నిర్ధారించబడింది. ఈ కణాలను ప్రోటాన్లు అని అభివర్ణించాడు. ఇంకా ప్రయోగాలు చేయగా చాలాఅణు కేంద్రకాల ద్రవ్యరాశి వాటిలో ఉన్న ప్రోటాన్ల ద్రవ్యరాశి కన్నా ఎక్కువగా ఉన్నట్లు గుర్తించాడు. కాబట్టి ఈ అదనపు ద్రవ్యరాశి కేంద్రకంలో తటస్థ కణాలకు సంబంధించినదై ఉంటుందనీ, వాటిని న్యూట్రాన్లు అనుకోవచ్చని భావించాడు.

1928 లో వాల్టర్ బోత్ బెరీలియం అనే మూలకాన్ని ఆల్ఫా కణాలతో తాడనం చేయడం ద్వారా బాగా చొచ్చుకుపోయే ఎటువంటి విద్యుదావేశం లేని కిరణాలు ఉత్పన్నం కావడం గమనించాడు. తర్వాత ఈ కిరణాలు పారాఫిన్ మైనం నుంచి హైడ్రోజన్ అణువులను బయటికి వెళ్ళగొట్టడం గమనించాడు. మొదటగా దీనిని శక్తివంతమైన గామా కిరణాలుగా భావించారు ఎందుకంటే గామా కిరణాలు కూడా లోహాలలోని ఎలక్ట్రాన్ల మీద ఇలాంటి ప్రభావాన్నే చూపించాయి. కానీ జేమ్స్ చాడ్విక్ అనే శాస్త్రవేత్త మాత్రం అలా కావడానికి వీల్లేదని అభిప్రాయ పడ్డాడు. 1932 లో హైడ్రోజన్, నైట్రోజన్ లాంటి వివిధ మూలకాలను బెరీలియం రేడియేషన్ కు గురయ్యేలా చేశాడు. ఈ ప్రయోగంలో వెలువడిన రేడియేషన్ తటస్థమైన విద్యుదావేశం, ప్రోటాన్లతో సమానమైన ద్రవ్యరాశి కలిగిన మరో కణాలు ఉన్నాయని నిర్ధారించాడు. ఇవే రూథర్ ఫోర్డ్ అభిప్రాయపడిన న్యూట్రాన్లు అని నిర్ధారించాడు.[28] న్యూట్రాన్లను కనుగొన్నందుకు గాను 1935 లో చాడ్విక్ ను నోబెల్ బహుమతి లభించింది.

అణువు క్వాంటం భౌతిక నమూనా[మార్చు]

నియాన్ అణువులో శక్తిస్థాయి ఆరోహణా క్రమంలో ఎడమ నుంచి కుడికి అమర్చిన నిండిన అణు కక్ష్యలు. ఆఖరి మూడు స్థాయిల శక్తి సమానం. ప్రతి కక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు పడతాయి.

1924 లో లూయిస్ డీబ్రోగ్లీ అన్ని కదిలే కణాలు ముఖ్యంగా అణువుల లోపల ఉండే ఎలక్ట్రాన్ల వంటివి కొంతమేరకు తరంగ స్వభావాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని ప్రతిపాదించాడు. ఎర్విన్ ష్రోడింగర్ కు ఈ ఆలోచన నచ్చి అణువు లోపల ఎలక్ట్రాన్ చలనాన్ని ఒక కణం లాగా కాకుండా తరంగంలానే భావించవచ్చేమోనని అన్వేషణ చేశాడు. 1926లో ఆయన ప్రచురించిన ష్రోడింగర్ సమీకరణం[29] ఎలక్ట్రాన్ ను ఒక బిందువులా కాక తరంగ ప్రమేయం (Wave funtion) గా వర్ణించింది. ఈ విధమైన వర్ణన బోర్ నమూనా వివరించలేకపోయిన వర్ణపటాల గురించి సరైన వివరణను ఇవ్వగలిగింది. ఈ భావన గణిత పరంగా సౌకర్యంగా ఉన్నా దీన్ని దృశ్యరూపంలో ఊహించుకోవడానికి కష్టం కాబట్టి ఇది కొంత వ్యతిరేకతకు లోనైంది.[30] ఈ విమర్శకుల్లో ఒకరైన మాక్స్ బార్న్ ష్రోడింగర్ తరంగ ప్రమేయం ఎలక్ట్రాన్ ని వివరించడం కాక దాన్ని ఉనికి లేదా స్థితిని వివరిస్తుందని, కాబట్టి దాన్ని కేంద్రకం చుట్టూ ఉన్న ప్రదేశంలో ఏదో ఒకచోట ఉండటానికి గల సంభావ్యతను సూచించడానికి వాడవచ్చని ప్రతిపాదించాడు.[31] ఈ ప్రతిపాదన ఎలక్ట్రాన్లు తరంగం లేదా కణం అని భావించే రెండు వ్యతిరేక వర్గాల మధ్య సయోధ్య కుదిర్చింది. అప్పుడే కణం- తరంగ ద్వైత సిద్ధాంత భావన ప్రవేశపెట్టబడింది. ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్ ఒక తరంగం గానూ, లేదా కణంగానూ ప్రవర్తించవచ్చు. ఉదాహరణకు అది తరంగం వలె వక్రీభవనం చెందవచ్చు. కణంలాగా ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉండవచ్చు.[32]

ఎలక్ట్రాన్లను తరంగం భావించడం పర్యవసానంగా దాని స్థానాన్ని, త్వరణాన్ని గణితపరంగా ఒకే సారి ఉత్పాదించే అవకాశం లేకపోయింది. ఇదే వెర్నర్ హైసెన్ బర్గ్ 1927లో మొదటిసారిగా వివరించి ప్రచురించిన హైసెన్ బర్గ్ అనిశ్చితత్వ నియమము.[33] ఈ సిద్ధాంతం అణువులోపల వలయాకార కక్ష్యలను స్పష్టంగా నిర్వచించి బోర్ నమూనా తోసిరాజంది. అణు కక్ష్య సిద్ధాంతం అణువులోని ఎలక్ట్రాన్లను సంభావ్యతలగా వివరించింది. ఒక ఎలక్ట్రాను కేంద్రకం నుంచి ఎంత దూరంలో అయినా ఉండవచ్చు, కానీ దాన్ని శక్తి స్థాయిని బట్టి, కొన్ని ప్రాంతాల్లో ఎక్కువగా ఉండే అవకాశం ఉంటుంది. ఈ విధమైన నిర్మాణ క్రమాన్ని అణు కక్ష్య అని అన్నారు. ఈ కక్ష్యలు వివిధ ఆకారాల్లో ఉండవచ్చు. ఉదాహరణకు గోళం, డంబెల్, టారస్ మొదలైనవి. ఈ ఆకారాల మధ్యలో కేంద్రకం ఉంటుంది.[34]

మూలాలు[మార్చు]

  1. These are Proust's measurements. Given atomic weights known today, more accurate figures would be 28.6 and 42.9 parts of oxygen for 100 parts of iron.
  1. రోహిణీ ప్రసాద్, కొడవటిగంటి (2012). అణువుల శక్తి. హైదరాబాద్: హైదరాబాద్ బుక్ ట్రస్ట్. p. 13.
  2. Berryman, Sylvia, "Ancient Atomism", Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2008 Edition), Edward N. Zalta (ed.) [1]
  3. Pullman, Bernard (1998). The Atom in the History of Human Thought. Oxford, England: Oxford University Press. pp. 31–33. ISBN 978-0-19-515040-7.
  4. 4.0 4.1 Kenny, Anthony (2004). Ancient Philosophy. A New History of Western Philosophy. 1. Oxford, England: Oxford University Press. pp. 26–28. ISBN 0-19-875273-3.
  5. 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Pyle, Andrew (2010). "Atoms and Atomism". In Grafton, Anthony; Most, Glenn W.; Settis, Salvatore (సంపాదకులు.). The Classical Tradition. Cambridge, Massachusetts and London, England: The Belknap Press of Harvard University Press. pp. 103–104. ISBN 978-0-674-03572-0.
  6. 6.0 6.1 6.2 6.3 Cohen, Henri; Lefebvre, Claire, సంపాదకులు. (2017). Handbook of Categorization in Cognitive Science (Second సంపాదకులు.). Amsterdam, The Netherlands: Elsevier. p. 427. ISBN 978-0-08-101107-2.
  7. Weisstein, Eric W. "Lavoisier, Antoine (1743-1794)". scienceworld.wolfram.com. Retrieved 2009-08-01. Cite web requires |website= (help)
  8. Proust, Joseph Louis. "Researches on Copper", excerpted from Ann. chim. 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry, 1400–1900 (Cambridge, Massachusetts: Harvard, 1952)]. Retrieved on August 29, 2007.
  9. Millington (1906). John Dalton, pp. 76-77
  10. Millington (1906). John Dalton, p. 113
  11. Joseph Louis Proust (1794). "Recherches sur le Bleu de Prusse" [Research on Prussian Blue]. Journal de Physique, de Chimie, et d'Histoire Naturelle (French లో). 2: 334–341.CS1 maint: unrecognized language (link)
  12. Chemical News and Journal of Industrial Science, Volume 64 (1891), pp. 33-34
  13. Melsen (1952). From Atomos to Atom, p. 137
  14. 14.0 14.1 Dalton, John. "On the Absorption of Gases by Water and Other Liquids", in Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. 1803. Retrieved on August 29, 2007.
  15. Johnson, Chris. "Avogadro - his contribution to chemistry". మూలం నుండి 2002-07-10 న ఆర్కైవు చేసారు. Retrieved 2009-08-01. Cite news requires |newspaper= (help)
  16. Alan J. Rocke (1984). Chemical Atomism in the Nineteenth Century. Columbus: Ohio State University Press.
  17. Avogadro, Amedeo (1811). "Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds". Journal de Physique. 73: 58–76.
  18. Einstein, A. (1905). "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" (PDF). Annalen der Physik. 322 (8): 549–560. Bibcode:1905AnP...322..549E. doi:10.1002/andp.19053220806. hdl:10915/2785.
  19. Thomson, J.J. (1897). "Cathode rays" ([facsimile from Stephen Wright, Classical Scientific Papers, Physics (Mills and Boon, 1964)]). Philosophical Magazine. 44 (269): 293. doi:10.1080/14786449708621070.
  20. Whittaker, E. T. (1951), A history of the theories of aether and electricity. Vol 1, Nelson, London
  21. Thomson, J.J. (1904). "On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure". Philosophical Magazine. 7 (39): 237. doi:10.1080/14786440409463107.
  22. Geiger, H (1910). "The Scattering of the α-Particles by Matter". Proceedings of the Royal Society. A 83: 492–504.
  23. Rutherford, Ernest (1911). "The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom" (PDF). Philosophical Magazine. 21 (4): 669. Bibcode:2012PMag...92..379R. doi:10.1080/14786435.2011.617037.
  24. 24.0 24.1 24.2 Bohr, Niels (1913). "On the constitution of atoms and molecules" (PDF). Philosophical Magazine. 26 (153): 476–502. doi:10.1080/14786441308634993.
  25. "Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921". Nobel Foundation. Retrieved 2008-01-18. Cite web requires |website= (help)
  26. Thomson, J.J. (1913). "Rays of positive electricity". Proceedings of the Royal Society. A 89 (607): 1–20. Bibcode:1913RSPSA..89....1T. doi:10.1098/rspa.1913.0057. [as excerpted in Henry A. Boorse & Lloyd Motz, The World of the Atom, Vol. 1 (New York: Basic Books, 1966)]. Retrieved on August 29, 2007.
  27. Rutherford, Ernest (1919). "Collisions of alpha Particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen". Philosophical Magazine. 37 (222): 581. doi:10.1080/14786440608635919.
  28. Chadwick, James (1932). "Possible Existence of a Neutron" (PDF). Nature. 129 (3252): 312. Bibcode:1932Natur.129Q.312C. doi:10.1038/129312a0.
  29. Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisation as an Eigenvalue Problem". Annalen der Physik. 81 (18): 109–139. Bibcode:1926AnP...386..109S. doi:10.1002/andp.19263861802.
  30. Mahanti, Subodh. "Erwin Schrödinger: The Founder of Quantum Wave Mechanics". మూలం నుండి 2009-04-17 న ఆర్కైవు చేసారు. Retrieved 2009-08-01. Cite news requires |newspaper= (help)
  31. Mahanti, Subodh. "Max Born: Founder of Lattice Dynamics". మూలం నుండి 2009-01-22 న ఆర్కైవు చేసారు. Retrieved 2009-08-01. Cite news requires |newspaper= (help)
  32. Greiner, Walter. "Quantum Mechanics: An Introduction". Retrieved 2010-06-14. Cite news requires |newspaper= (help)
  33. Heisenberg, W. (1927). "Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik". Zeitschrift für Physik (జర్మన్ లో). 43 (3–4): 172–198. Bibcode:1927ZPhy...43..172H. doi:10.1007/BF01397280.
  34. Milton Orchin; Roger Macomber; Allan Pinhas; R. Wilson. "The Vocabulary and Concepts of Organic Chemistry, Second Edition" (PDF). Retrieved 2010-06-14. Cite news requires |newspaper= (help)