परमाणु सिद्धांत और गतिज सिद्धांत के बारे में लेख
आणविक सिद्धांत
हजारों वर्षों से प्राचीन यूनानियों का मानना था कि प्रत्येक शुद्ध पदार्थ (जैसे सोना, लोहा आदि) परमाणुओं से बना होता है। उनके अनुसार, यदि किसी शुद्ध पदार्थ को छोटे-छोटे टुकड़ों में काटा जाए, फिर उन छोटे टुकड़ों को दोबारा काटा जाए, फिर से काटा जाए... और यह प्रक्रिया चलती रहे, तो अंत में सबसे छोटे टुकड़े बचेंगे जिन्हें दोबारा नहीं काटा जा सकता। इन सबसे छोटे टुकड़ों को परमाणु कहते हैं। परमाणु का अर्थ है "विभाजित नहीं किया जा सकता" (ग्रीक भाषा)।
उस समय, परमाणु को अविभाज्य माना जाता था। लेकिन बाद में कुछ वैज्ञानिकों ने इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिकों (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की खोज की, जिससे यह धारणा गलत साबित हुई कि परमाणुओं को विभाजित नहीं किया जा सकता। इसलिए, परमाणु इलेक्ट्रॉनों (ऋणात्मक आवेशित) और परमाणु नाभिकों से मिलकर बने होते हैं। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। नाभिक के अंदर प्रोटॉन (धनात्मक आवेशित) और न्यूट्रॉन (उदासीन या आवेशरहित) होते हैं।
एक और सिद्धांत है; इसे सततता सिद्धांत कहते हैं। यह सिद्धांत कहता है कि शुद्ध पदार्थों को अनंत तक विभाजित किया जा सकता है। इस सिद्धांत के अनुसार, सबसे छोटा टुकड़ा जैसी कोई चीज नहीं होती। सबसे छोटे टुकड़ों को भी और छोटे टुकड़ों में काटा जा सकता है। इस प्रकार, यह अनंत हो जाता है। इन दोनों सिद्धांतों में से कौन सा सही है? परमाणु सिद्धांत या सततता सिद्धांत?
भौतिकी में, किसी भी सिद्धांत को वैज्ञानिक रूप से तभी मान्यता प्राप्त होती है जब उसे प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया जा सके। 18वीं, 19वीं और 20वीं शताब्दियों में वैज्ञानिकों द्वारा किए गए प्रयोगों के माध्यम से परमाणु सिद्धांत सत्य सिद्ध हुआ।
सबसे पहले, निम्नलिखित बातों को समझें। तत्व ऐसे शुद्ध पदार्थ होते हैं जिन्हें रासायनिक रूप से अन्य पदार्थों में विभाजित नहीं किया जा सकता, उदाहरण के लिए सोना (Au), लोहा (Fe), तांबा (Cu), जस्ता (Zn), सोडियम (Na), कैल्शियम (Ca), क्लोरीन (Cl), नाइट्रोजन (N), ऑक्सीजन (O), हाइड्रोजन (H) आदि। तत्वों के अलावा, यौगिक भी होते हैं। यौगिक तत्वों से मिलकर बने होते हैं। चूंकि यौगिक तत्वों से मिलकर बना होता है, इसलिए इसे भी तत्वों में विभाजित किया जा सकता है। जल यौगिक का एक उदाहरण है।
किसी तत्व का सबसे छोटा भाग परमाणु कहलाता है, जबकि किसी यौगिक का सबसे छोटा भाग अणु कहलाता है। अणु आपस में जुड़े परमाणुओं से मिलकर बने होते हैं। शुद्ध सोना एक तत्व का उदाहरण है। शुद्ध सोना सोने (Au) के परमाणुओं से मिलकर बना होता है। लोहे के टुकड़े भी तत्वों का उदाहरण हैं। लोहा लोहे (Fe) के परमाणुओं से मिलकर बना होता है। अतः, तत्व एक शुद्ध पदार्थ है जो समान परमाणुओं से मिलकर बना होता है।
जिस पानी को आप अक्सर देखते, छूते और पीते हैं, वह पानी के अणुओं से बना होता है (रासायनिक सूत्र H₂O है ) । पानी के अणुओं में दो हाइड्रोजन परमाणु (H) और एक ऑक्सीजन परमाणु (O) होते हैं।
परमाणु सिद्धांत के कुछ प्रमाण यहाँ दिए गए हैं:
सबसे पहले, निरंतर तुलना का नियम।
तुलना का नियम कहता है कि यदि तत्व मिलकर यौगिक बनाते हैं, तो बने यौगिकों का द्रव्यमान अनुपात समान होता है। उदाहरण के लिए, नमक। हम जो नमक देखते हैं वह नमक के अणुओं (NaCl) से बना एक यौगिक है। स्वाभाविक रूप से, नमक के अणु हमेशा 23 भाग सोडियम (Na) और 35 भाग क्लोरीन (Cl) से बनते हैं।
सतत विकास सिद्धांत इसे स्पष्ट नहीं कर सकता, लेकिन परमाणु सिद्धांत इसे स्पष्ट कर सकता है। परमाणु सिद्धांत के अनुसार, परमाणु किसी तत्व के सबसे छोटे भाग होते हैं, इसलिए परमाणुओं का द्रव्यमान होता है। किसी यौगिक में तत्वों का द्रव्यमान अनुपात उस तत्व को बनाने वाले परमाणुओं के सापेक्ष द्रव्यमान से संबंधित होना चाहिए। यौगिक बनाने वाले प्रत्येक तत्व की संख्या के आधार पर, वैज्ञानिक परमाणुओं का सापेक्ष द्रव्यमान निर्धारित करते हैं। इसे सापेक्ष इसलिए कहा जाता है क्योंकि किसी तत्व के सापेक्ष द्रव्यमान की तुलना अन्य तत्वों के परमाणुओं के सापेक्ष द्रव्यमान से की जाती है।
हाइड्रोजन सबसे हल्का परमाणु है, इसलिए इसे मानक के रूप में उपयोग किया जाता है। हाइड्रोजन परमाणु (H) के सापेक्ष द्रव्यमान को 1 का मान दिया गया है। हाइड्रोजन परमाणु के सापेक्ष द्रव्यमान को मानक मानकर, कार्बन परमाणु (C) के सापेक्ष द्रव्यमान को 12 का मान दिया गया है।
ऑक्सीजन परमाणु (O) के सापेक्ष द्रव्यमान को 16 का मान दिया जाता है, और इसी प्रकार आगे भी (तत्वों की आवर्त सारणी देखें)। कार्बन परमाणु का सापेक्ष द्रव्यमान = 12 का अर्थ है कि एक कार्बन परमाणु का द्रव्यमान एक हाइड्रोजन परमाणु (H) के द्रव्यमान से 12 गुना अधिक है। ऑक्सीजन परमाणु का सापेक्ष द्रव्यमान = 16 का अर्थ है कि एक ऑक्सीजन परमाणु का द्रव्यमान एक हाइड्रोजन परमाणु (H) के द्रव्यमान से 16 गुना अधिक है।
अंतर्राष्ट्रीय द्रव्यमान प्रणाली (एसआई) में, हमारे पास एक द्रव्यमान मानक है, अर्थात् इरिडियम प्लैटिनम, जो फ्रांस में स्थित अंतर्राष्ट्रीय भार एवं आकार संस्थानों में संग्रहित है। अंतर्राष्ट्रीय समझौते के अनुसार, इरिडियम प्लैटिनम का द्रव्यमान 1 किलोग्राम है, जो एक मानक किलोग्राम है। परमाणु पैमाने पर, हमारे पास एक दूसरा द्रव्यमान मानक भी है, जो 12 कार्बन परमाणुओं का समूह है। अंतर्राष्ट्रीय समझौतों के आधार पर, 12 कार्बन परमाणुओं के समूह का द्रव्यमान 12,0000 एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई (संक्षिप्त रूप में u) है।
1 u = 1.66 x 10 -27 kg.
एक कार्बन परमाणु (C) का द्रव्यमान = 12.0000 u, एक हाइड्रोजन परमाणु (H) का द्रव्यमान = 1,0078 u, एक ऑक्सीजन परमाणु (O) का द्रव्यमान = 15.9994 u, एक सोडियम परमाणु का द्रव्यमान = 22.9897 u इत्यादि। परमाणु द्रव्यमान के बारे में विस्तृत जानकारी तत्वों की आवर्त सारणी में देखी जा सकती है।
परमाणु द्रव्यमान के अतिरिक्त, आणविक द्रव्यमान भी होता है। आणविक द्रव्यमान किसी अणु के सभी परमाणुओं का कुल द्रव्यमान होता है। उदाहरण के लिए, नमक के अणु (NaCl) का द्रव्यमान = सोडियम के एक परमाणु (Na) का द्रव्यमान + क्लोरीन के एक परमाणु (Cl) का द्रव्यमान। जल के अणु (H₂O) का द्रव्यमान = हाइड्रोजन के दो परमाणुओं (H) का द्रव्यमान + ऑक्सीजन के एक परमाणु (O) का द्रव्यमान।
दूसरा, भूरा प्रस्ताव
प्राचीन काल में रॉबर्ट ब्राउन नाम के एक अंग्रेज जीवविज्ञानी रहते थे। वे पानी में डाले गए पराग कणों पर शोध कर रहे थे (1827)। पानी और पराग कण सूक्ष्मदर्शी से दिखाई देते हैं। पराग कणों को अपने आप गति करते देखकर रॉबर्ट ब्राउन को आश्चर्य हुआ। यह आश्चर्य की बात इसलिए थी क्योंकि पराग कण गति करते थे। उनकी गति की दिशा अनिश्चित थी, लेकिन निरंतर थी। उन्हें संदेह हुआ कि यह गति किसी जीव की गतिविधि है, जिसमें पराग कण जीवित रहते हैं ताकि वे गति कर सकें। लेकिन उनका अनुमान गलत निकला क्योंकि पराग कणों जैसे छोटे कार्बनिक कण भी पानी में डालने पर गति करते हैं। इस गति को ब्राउनियन गति कहते हैं।
गतिज सिद्धांत के विकास के बिना इस खोज की व्याख्या नहीं की जा सकती।
काइनेटिक सिद्धांत
गतिज का अर्थ है गति करना (ग्रीक)। गतिज सिद्धांत कहता है कि प्रत्येक पदार्थ परमाणुओं या अणुओं से बना होता है और परमाणु या अणु निरंतर अनियमित रूप से गति करते रहते हैं।
गतिमान होने पर परमाणुओं या अणुओं को गति की आवश्यकता होती है। परमाणुओं या अणुओं का द्रव्यमान भी होता है। द्रव्यमान (m) और वेग (v) होने के कारण परमाणु या अणु में गतिज ऊर्जा (EK) और संवेग (p) होता है। गतिज ऊर्जा: EK = 1/2 mv² । जबकि संवेग: p = mv। संवेग के अतिरिक्त, बल भी होते हैं। गतिमान होने पर टक्कर की संभावना रहती है। इसलिए, टक्कर होने पर संवेग में परिवर्तन के कारण बल उत्पन्न होते हैं।
हम कह सकते हैं कि गतिज सिद्धांत गतिज ऊर्जा, संवेग और बल पर आधारित है। गति के विज्ञान (न्यूटन के नियम, आवेग और संवेग) में इन तीनों चीजों का अध्ययन किया जाता है। अंतर यह है कि गतिज सिद्धांत में हम परमाणुओं या अणुओं के स्तर पर गतिकी लागू करते हैं। गतिज सिद्धांत का विकास बॉयल (1627-1691), डैनियल बर्नौली (1700-1782), जूल (1818-1889), क्रोनिग (1822-1879), रुडोल्फ क्लॉसियस (1822-1888) और क्लर्क मैक्सवेल (1831-1879) ने किया था।
इस गतिज सिद्धांत के अस्तित्व से ब्राउन की खोज की व्याख्या हो सकती है। गतिज सिद्धांत के अनुसार, परागकण तीव्र गति से चलने वाले जल अणुओं के कारण गति करते हैं। जल अणुओं की संख्या बहुत अधिक होती है, इसलिए परागकण विभिन्न दिशाओं से धकेले जाते हैं।
स्थिर तुलना के नियम और ब्राउन गति की खोज के आधार पर, परमाणु सिद्धांत पर वैज्ञानिकों का विश्वास बढ़ता जा रहा है। परमाणु किसी भी पदार्थ के सबसे छोटे कण होते हैं। इसलिए, परमाणु का एक आकार होता है। परमाणु का आकार क्या है?
1905 में, आइंस्टीन ने परमाणुओं के आकार का सैद्धांतिक अध्ययन किया। परमाणु सिद्धांत, गतिज सिद्धांत और प्रयोगों से प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, उन्होंने पाया कि परमाणु का व्यास लगभग 10⁻¹⁰ मीटर था । इस प्रकार, परमाणु का व्यास गणना द्वारा प्राप्त किया गया। परमाणुओं के आकार की खोज के साथ ही परमाणु सिद्धांत और गतिज सिद्धांत को मान्यता मिली।
