तत्व एवं परमाणु

क्या कोई पदार्थ 100% शुद्ध है?। इन शुद्ध पदार्थों के अन्दर क्या है?। उदाहरण के लिए, आइए शुद्ध सोने पर विचार करें। सोने के अन्दर क्या है?। क्या सोने को छोटे पदार्थ में विभाजित किया जा सकता है?। हम जो पानी पीते हैं उसमें क्या है?।

सोना और पानी बहुत अलग श्रेणी के पदार्थ हैं। सोने को एक तत्व माना जाता है जबकि पानी को एक यौगिक माना जाता है। इस प्रकार शुद्ध पदार्थ या तो तत्व हो सकता है या यौगिक। एक यौगिक में दो या दो से अधिक तत्व रासायनिक रूप से सटीक अनुपात में एकजुट होते हैं।

जल दो भागों में हाइड्रोजन तथा एक भाग में ऑक्सीजन से बना है। नमक एक भाग सोडियम और एक भाग क्लोरीन से बना होता है। अमोनिया एक भाग नाइट्रोजन और चार भाग हाइड्रोजन से बना होता है।

यह संरचना नहीं बदलती, चाहे पानी संयुक्त राज्य अमेरिका के नल से आए, चीन की यांग्त्ज़ी नदी से आए, या मंगल ग्रह की बर्फ की चोटियों से आए। यौगिकों से तत्व प्राप्त करने के लिए रासायनिक विधि का उपयोग किया जाना आवश्यक है। अधिकांश तत्व, एक या एक से अधिक अन्य तत्वों के साथ परस्पर क्रिया करने पर यौगिक बनाते हैं।

यह अब तक हमने जो अध्ययन किया है उसका सारांश है। पदार्थ या तो मिश्रण है या शुद्ध पदार्थ है। मिश्रण या तो समरूप होते हैं या विषमरूप। मिश्रणों को भौतिक साधनों का उपयोग करके शुद्ध पदार्थों में अलग किया जा सकता है। शुद्ध पदार्थ या तो यौगिक होते हैं या फिर केवल तत्व।

तो फिर तत्व वास्तव में क्या हैं?। विश्व में कितने तत्व हैं?। आधुनिक आवर्त सारणी में 118 तत्व हैं। इस संसार की हर चीज़, जिसमें आप और मैं भी शामिल हैं, इन तत्वों से बनी है। रसायनज्ञ इन तत्वों को दर्शाने के लिए वर्णमाला का उपयोग करते हैं। किसी तत्व के प्रतीक का पहला अक्षर सदैव बड़ा होता है, लेकिन दूसरा अक्षर कभी बड़ा नहीं होता।

प्रतीक आमतौर पर उनके वास्तविक नाम के अनुरूप होते हैं। हालाँकि, कुछ तत्वों के प्रतीक उनके लैटिन नामों से व्युत्पन्न हैं। उदाहरणार्थ सोने के लिए ऑरम, लोहे के लिए फेरम, सोडियम के लिए नैट्रियम।

आइये उन कुछ प्रश्नों पर पुनः विचार करें जिन पर हमने पहले विचार किया था। कुछ पदार्थ बुलबुले क्यों उत्पन्न करते हैं?। कुछ पदार्थ अन्य पदार्थों के साथ मिश्रित होने पर गैस क्यों छोड़ते हैं?। कुछ पदार्थ अन्य रसायनों के साथ संयोजित होने पर क्यों विस्फोट कर देते हैं?।

इसे समझने के लिए आइए दो अन्य बातों पर गौर करें। पदार्थों को उनके गुणों के साथ-साथ उनकी संरचना से भी पहचाना जा सकता है। पदार्थ के गुण क्या हैं?। पदार्थ के गुण हैं रंग, गलनांक, क्वथनांक और घनत्व। ये भौतिक गुण हैं।

किसी पदार्थ की संरचना या पहचान में परिवर्तन किए बिना उसके भौतिक गुण को मापा और देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, हम बर्फ के एक टुकड़े को गर्म करके तथा उस तापमान को रिकॉर्ड करके बर्फ के पानी में परिवर्तित होने तक बर्फ के गलनांक को माप सकते हैं। पानी बर्फ से केवल दिखने में ही भिन्न होता है। उन दोनों की संरचना एक जैसी है। इसलिए यह एक भौतिक परिवर्तन है। हम मूल बर्फ को पुनः प्राप्त करने के लिए पानी को जमा सकते हैं। इसलिए, पानी का पिघलने का तापमान एक भौतिक-विशेषता है।

दूसरी ओर, रासायनिक गुण संरचना और संयोजन में परिवर्तन लाता है। दूसरे शब्दों में हम एक रासायनिक परिवर्तन करते हैं। यह कथन कि “हाइड्रोजन गैस ऑक्सीजन गैस में जलकर जल बनाती है” एक रासायनिक गुण का वर्णन करता है। इस मामले में इस रासायनिक परिवर्तन को जलना कहा जाता है। परिवर्तन के बाद, मूल पदार्थ, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैस, गायब हो जायेंगे और रासायनिक रूप से भिन्न पदार्थ, पानी, उनका स्थान ले लेगा। हम पानी को उबालने या जमाने जैसे भौतिक परिवर्तन से उसमें से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पुनः प्राप्त नहीं कर सकते।

उदाहरण के लिए, जब भी हम अंडे को उबालते हैं, तो हम एक रासायनिक परिवर्तन लाते हैं। गर्म करने पर अंडे की जर्दी और सफेदी में ऐसी प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिनसे न केवल उनका भौतिक स्वरूप बदल जाता है, बल्कि उनकी रासायनिक संरचना भी बदल जाती है। एक बार खा लेने के बाद, एंजाइम्स द्वारा अंडे को पुनः बदल दिया जाता है। यह पाचन प्रक्रिया रासायनिक परिवर्तन का एक और उदाहरण है। ऐसी प्रक्रिया के दौरान क्या होता है यह विशिष्ट एंजाइमों और शामिल भोजन के रासायनिक गुणों पर निर्भर करता है।

तो फिर वास्तव में यौगिक की संरचना क्या है?। एक यौगिक कई तत्वों से बना होता है। हम तत्व शब्द का प्रयोग करके विभिन्न प्रकार के परमाणुओं को समूहीकृत करते हैं। 5वीं शताब्दी ईसा पूर्व में यूनानी दार्शनिक डेमोक्रिटस ने एक विचार व्यक्त किया था। उन्होंने कहा कि सभी पदार्थ बहुत छोटे अविभाज्य कणों से बने होते हैं। कई लोगों ने इस विचार को स्वीकार नहीं किया। हालाँकि यह परमाणु का आधार बन गया। 1808 में एक अन्य वैज्ञानिक ने पदार्थ के अविभाज्य घटकों की सटीक परिभाषा दी।

वैज्ञानिक डाल्टन के विचार ने आधुनिक रसायन विज्ञान की शुरुआत की। उन्होंने निम्नलिखित सुझाव दिया। तत्व अत्यंत सूक्ष्म कणों से बने होते हैं जिन्हें परमाणु कहते हैं। किसी दिए गए तत्व के परमाणु आकार, द्रव्यमान और अन्य गुणों में समान होते हैं। विभिन्न तत्वों के परमाणु आकार, द्रव्यमान और अन्य गुणों में भिन्न होते हैं।

इन्हें विभाजित, निर्मित या नष्ट नहीं किया जा सकता। विभिन्न तत्वों के परमाणु सरल पूर्ण-संख्या अनुपात में संयोजित होकर रासायनिक यौगिक बनाते हैं। रासायनिक अभिक्रिया में परमाणुओं के साथ निम्नलिखित घटित हो सकता है। इन्हें एक साथ जोड़ा जा सकता है। उन्हें एक दूसरे से अलग किया जा सकता है। इन्हें एक दूसरे के बीच पुनः व्यवस्थित किया जा सकता है।

क्या परमाणु अटूट हैं?। जे जे थॉमसन नामक एक वैज्ञानिक ने क्रुक्स ट्यूब का उपयोग करके कैथोड किरण नामक किरण की जांच की। यह एक सीलबंद कांच का कंटेनर हैअंदर एक वैक्यूम है और दो इलेक्ट्रोड हैं। जब इलेक्ट्रोडों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो कैथोड किरणें उत्पन्न होती हैं। वे ट्यूब के विपरीत छोर पर स्थित कांच से टकराते हैं और उस स्थान पर चमक पैदा करते हैं।

उन्होंने पाया कि विद्युत क्षेत्र द्वारा किरणों के पथ को बदला जा सकता है। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ये किरणें बहुत हल्के ऋणावेशित कणों से बनी थीं। उन्होंने उनके द्रव्यमान-आवेश अनुपात को मापा। उन्होंने पाया कि यह हाइड्रोजन से 1800 गुना छोटा था। हाइड्रोजन सबसे छोटा परमाणु है। यदि इलेक्ट्रॉन सबसे छोटे परमाणुओं से भी छोटे हैं, तो वे परमाणुओं के भाग ही होंगे।

थॉमसन ने प्लम पुडिंग का प्रतिनिधित्व प्रस्तुत किया। उन्होंने कहा कि परमाणु टूटने योग्य होते हैं। एक परमाणु की संरचना होती है। धनात्मक आवेशित विद्युत क्षेत्र में निलंबित इलेक्ट्रॉन। इलेक्ट्रॉनों के ऋणात्मक आवेश के बराबर करने और परमाणु को उदासीन बनाने के लिए इसका धनात्मक आवेश होना आवश्यक है। परमाणु का द्रव्यमान उसके इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है। इलेक्ट्रॉन के आकार की तुलना में परमाणु अधिकांशतः खाली स्थान है। यह हमें रदरफोर्ड के स्वर्ण-पन्नी प्रयोग की ओर ले जाता है।

आप कैसे साबित कर सकते हैं कि कोई चीज़ खाली है?। उन्होंने बड़े परमाणुओं से बनी एक पन्नी को लक्ष्य के रूप में इस्तेमाल किया। यह बहुत पतली पन्नी थी। इसके बाद उन्होंने इस पन्नी पर गोली चलाने के लिए बहुत छोटे कणों का इस्तेमाल गोलियों के रूप में किया। कणों में उच्च ऊर्जा थी। यदि वे वजन में बहुत छोटे होते, तो परमाणु के इलेक्ट्रॉन उस पर प्रभाव डाल सकते थे। इसलिए वे इलेक्ट्रॉनों से भारी होंगे। इसलिए उन्होंने गोली के रूप में अल्फा कणों और पतली सोने की पन्नी का उपयोग किया। अल्फा कणों का द्रव्यमान 4 परमाणु द्रव्यमान इकाई होता है। सोने का द्रव्यमान 197 परमाणु द्रव्यमान इकाई है। सोना बहुत लचीला होता है।

लगभग 001% कण सोने की पन्नी से टकराकर वापस लौट गये। लगभग 2% कण पन्नी से होकर गुजर गए, लेकिन बड़े कोणों से विक्षेपित हो गए। 98% से अधिक अल्फा कण बिना विक्षेपित हुए सीधे सोने की पन्नी से होकर गुजर गए।

आधुनिक परमाणु। हम जानते हैं कि परमाणु तीन मुख्य भागों से बना होता है - प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। नाभिक का व्यास केवल 10^-13 सेमी होता है।

इलेक्ट्रॉन नाभिक के बाहर चले जाते हैं। उनकी औसत दूरी लगभग 10^-8 सेमी है। इसलिए, परमाणु की त्रिज्या नाभिक की त्रिज्या से लगभग 10^5 गुना बड़ी होती है।

रसायन विज्ञान का अध्ययन काफी हद तक मापन पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, रसायनज्ञ विभिन्न पदार्थों के गुणों की तुलना करने तथा प्रयोग के परिणामस्वरूप होने वाले परिवर्तनों का आकलन करने के लिए माप का उपयोग करते हैं। लेकिन हम पदार्थ के गुणों को कैसे मापते हैं?। तत्व एवं यौगिक अत्यंत छोटे होते हैं। माप की कौन सी इकाइयों का उपयोग किया जा सकता है?।

पदार्थ के सभी मापन योग्य गुणों को दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है। व्यापक एवं गहन गुण। पदार्थ के व्यापक गुण उसकी मात्रा जैसे द्रव्यमान, लंबाई और आयतन से संबंधित हैं। पदार्थ के गहन गुण विचाराधीन पदार्थ की मात्रा पर निर्भर नहीं करते। इसका एक अच्छा उदाहरण तापमान है।

ऐसा करने के लिए, इकाइयों पर अंतर्राष्ट्रीय प्राधिकरण, माप और तौल का महासम्मेलन, एक मीट्रिक प्रणाली का प्रस्ताव करता है जिसे इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली कहा जाता है। तालिका में सात SI इकाइयाँ दर्शाई गई हैं। इनमें से कुछ से आप शायद पहले से ही परिचित होंगे।

मीट्रिक प्रणाली में सभी इकाइयाँ मूल इकाई से 10 की गणितीय घात द्वारा संबंधित होती हैं। 10 की घात को उपसर्ग द्वारा दर्शाया जाता है। मूल इकाई चाहे जो भी हो, उपसर्ग सदैव एक जैसे ही होते हैं। इसका एक उदाहरण है किलोग्राम, जो द्रव्यमान को मापता है, तथा किलोमीटर, जो दूरी को मापता है। अब जब हम परमाणुओं, उनके आकार और संरचना के बारे में अधिक जानते हैं, तो हम रसायन विज्ञान का आगे अध्ययन कर सकते हैं।