अणु सिद्धांत आणि गतिज सिद्धांत

अणु सिद्धांत आणि गतिज सिद्धांताबद्दलचा लेख

अणु सिद्धांत

हजारो वर्षांपासून, प्राचीन ग्रीक लोकांचा असा विश्वास होता की प्रत्येक शुद्ध पदार्थ (जसे की सोने, लोखंड, इत्यादी) अणूंनी बनलेला असतो. त्यांच्या मते, जर एखाद्या शुद्ध पदार्थाचे लहान तुकडे केले, मग त्या लहान भागांना पुन्हा कापले, पुन्हा कापले... आणि असेच पुढे करत राहिल्यास, असे सर्वात लहान तुकडे उरतात ज्यांना पुन्हा कापता येत नाही. ज्या सर्वात लहान तुकड्यांना पुन्हा कापता येत नाही, त्यांना अणू म्हटले जाते. अणूचा अर्थ "विभाजन न होणारा" (ग्रीक भाषा) असा होतो.

त्या वेळी, अणूचे विभाजन होत नाही असे मानले जात होते. परंतु नंतर काही शास्त्रज्ञांनी इलेक्ट्रॉन आणि अणुकेंद्रक (प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन) यांचा शोध लावला, ज्यामुळे अणूंचे विभाजन होऊ शकत नाही ही धारणा चुकीची ठरली. तर, अणू हे इलेक्ट्रॉन (ऋणभारित) आणि अणुकेंद्रक यांनी बनलेले असतात. इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरतात. केंद्रकाच्या आत प्रोटॉन (धनभारित) आणि न्यूट्रॉन (उदासीन किंवा अप्रभारित) असतात.

आणखी एक सिद्धांत आहे; त्याचे नाव आहे 'सातत्य सिद्धांत'. या सिद्धांतानुसार, शुद्ध पदार्थांचे अनंत वेळा विभाजन करता येते. या सिद्धांतानुसार, सर्वात लहान तुकडा अशी कोणतीही गोष्ट अस्तित्वात नसते. सर्वात लहान तुकड्यांनाही आणखी लहान तुकड्यांमध्ये कापता येते. त्यामुळे, ते अनंत बनते. या दोन सिद्धांतांपैकी कोणता सिद्धांत बरोबर आहे? अणु सिद्धांत की सातत्य सिद्धांत?

भौतिकशास्त्रामध्ये, प्रत्येक सिद्धांत प्रयोगांद्वारे सिद्ध करता आला तरच त्याला वैज्ञानिक मान्यता मिळते. १८व्या, १९व्या आणि २०व्या शतकात, शास्त्रज्ञांनी केलेल्या प्रयोगांद्वारे अणुसिद्धांत खरा ठरला.

सर्वप्रथम, खालील संकल्पना समजून घ्या. मूलद्रव्ये हे असे शुद्ध पदार्थ आहेत ज्यांचे रासायनिकदृष्ट्या इतर पदार्थांमध्ये विभाजन करता येत नाही, उदाहरणार्थ सोने (Au), लोह (Fe), तांबे (Cu), जस्त (Zn), सोडियम (Na), कॅल्शियम (Ca), क्लोरीन (Cl), नायट्रोजन (N), ऑक्सिजन (O), हायड्रोजन (H) इत्यादी. मूलद्रव्यांव्यतिरिक्त, संयुगे देखील असतात. संयुगे ही मूलद्रव्यांपासून बनलेली असतात. ती मूलद्रव्यांपासून बनलेली असल्यामुळे, संयुगाचे तरीही मूलद्रव्यांमध्ये विभाजन करता येते. पाणी हे संयुगांचे एक उदाहरण आहे.

मूलद्रव्याचा सर्वात लहान भाग अणू असतो, तर संयुगाचा सर्वात लहान भाग रेणू असतो. रेणू हे एकत्र चिकटलेल्या अणूंनी बनलेले असतात. शुद्ध सोने हे मूलद्रव्याचे एक उदाहरण आहे. शुद्ध सोन्यामध्ये सोन्याचे (Au) अणू असतात. लोखंडाचे तुकडे देखील मूलद्रव्याचे उदाहरण आहेत. लोखंडामध्ये लोखंडाचे (Fe) अणू असतात. म्हणून, मूलद्रव्य हा एक शुद्ध पदार्थ आहे, जो समान अणूंनी बनलेला असतो.

तुम्ही जे पाणी नेहमी पाहता, हातात धरता आणि पिता ते पाण्याच्या रेणूंनी बनलेले असते (रासायनिक सूत्र H₂O आहे ₎ . पाण्याच्या रेणूंमध्ये दोन हायड्रोजन अणू (H) आणि एक ऑक्सिजन अणू (O) असतो.

अणु सिद्धांताचे काही पुरावे येथे दिले आहेत:

सर्वप्रथम, सतत तुलनेचा नियम.

तुलनेचा नियम सांगतो की, जर मूलद्रव्ये एकत्र येऊन संयुगे तयार झाली, तर तयार झालेल्या संयुगांचे वस्तुमानाचे गुणोत्तर समान असते. उदाहरणार्थ, मीठ. आपल्याला दिसणारे मीठ हे मिठाच्या रेणूंपासून (NaCl) बनलेले एक संयुग आहे. नैसर्गिकरित्या, मिठाचे रेणू नेहमी सोडियमचे (Na) २३ भाग आणि क्लोरीनचे (Cl) ३५ भाग यांपासून तयार होतात.

सातत्यपूर्ण सिद्धांत हे स्पष्ट करू शकत नाही, परंतु अणु सिद्धांत हे स्पष्ट करू शकतो. अणु सिद्धांतानुसार, अणू हे मूलद्रव्याचे सर्वात लहान भाग असतात, त्यामुळे अणूंना वस्तुमान असते. संयुगातील मूलद्रव्यांच्या वस्तुमानाचे गुणोत्तर हे ते मूलद्रव्य तयार करणाऱ्या अणूंच्या सापेक्ष वस्तुमानाशी संबंधित असले पाहिजे. संयुगे तयार करणाऱ्या प्रत्येक मूलद्रव्याच्या संख्येच्या आधारावर, शास्त्रज्ञ अणूंचे सापेक्ष वस्तुमान निश्चित करतात. याला सापेक्ष म्हटले जाते कारण एका मूलद्रव्याच्या सापेक्ष वस्तुमानाची तुलना इतर मूलद्रव्यीय अणूंच्या सापेक्ष वस्तुमानाशी केली जाते.

हायड्रोजन हा सर्वात हलका अणू आहे, म्हणून त्याचा मापदंड म्हणून वापर केला जातो. हायड्रोजन अणूच्या (H) सापेक्ष वस्तुमानाला १ हे मूल्य दिले जाते. हायड्रोजन अणूच्या सापेक्ष वस्तुमानाला मापदंड म्हणून वापरून, कार्बन अणूच्या (C) सापेक्ष वस्तुमानाला १२ हे मूल्य दिले जाते.

ऑक्सिजन अणूचे (O) सापेक्ष वस्तुमान 16 असे मूल्य दिले जाते आणि असेच पुढे (मूलद्रव्यांची आवर्त सारणी पहा). कार्बन अणूचे सापेक्ष वस्तुमान = 12 याचा अर्थ असा आहे की एका कार्बन अणूचे वस्तुमान एका हायड्रोजन अणूच्या (H) वस्तुमानापेक्षा 12 पट जास्त आहे. ऑक्सिजन अणूचे सापेक्ष वस्तुमान = 16 याचा अर्थ असा आहे की ऑक्सिजन अणूचे वस्तुमान एका हायड्रोजन अणूच्या (H) वस्तुमानापेक्षा 16 पट जास्त आहे.

आंतरराष्ट्रीय प्रणाली (SI) मध्ये, आपल्याकडे इरिडियम प्लॅटिनम नावाचे एक वस्तुमान मानक आहे, जे फ्रान्समधील आंतरराष्ट्रीय वजन आणि आकार संस्थांमध्ये ठेवलेले आहे. आंतरराष्ट्रीय करारानुसार, इरिडियम प्लॅटिनमचे वस्तुमान १ किलोग्रॅम आहे, जो एक मानक किलोग्रॅम आहे. अणु स्तरावर, आपल्याकडे दुसरे वस्तुमान मानक देखील आहे, ते म्हणजे १२ कार्बन (¹²C) अणू. आंतरराष्ट्रीय करारानुसार, १ कार्बन अणू (¹²C) चे वस्तुमान १२,००० एकक (संक्षिप्त रूपात u) आहे.

1 u = 1.66 x 10 ^-27 kg.

१ कार्बन अणूचे (C) वस्तुमान = १२.०००० u, १ हायड्रोजन अणूचे (H) वस्तुमान = १.००७८ u, १ ऑक्सिजन अणूचे (O) वस्तुमान = १५.९९९४ u, १ सोडियम अणूचे वस्तुमान = २२.९८९७ u आणि असेच पुढे. अणुवस्तुमानाबद्दल बोलायचे झाल्यास, ते मूलद्रव्यांच्या आवर्त सारणीमध्ये पूर्णपणे पाहता येते.

अणुवस्तुमानाव्यतिरिक्त, रेणूवस्तुमान देखील असते. रेणूवस्तुमान म्हणजे रेणूमधील अणूंचे एकूण वस्तुमान होय. उदाहरणार्थ, मिठाच्या रेणूचे (NaCl) वस्तुमान = सोडिअमच्या (Na) एका अणूचे वस्तुमान + क्लोरीनच्या (Cl) एका अणूचे वस्तुमान. पाण्याच्या रेणूंचे (H₂O) वस्तुमान ₌ हायड्रोजनच्या (H) २ अणूंचे वस्तुमान + ऑक्सिजनच्या (O) एका अणूचे वस्तुमान.

दुसरे, तपकिरी हालचाल

प्राचीन काळी, रॉबर्ट ब्राउन नावाचा एक इंग्रज जीवशास्त्रज्ञ होऊन गेला. तो पाण्यात टाकलेल्या परागकणांवर संशोधन करत होता (१८२७). पाणी आणि परागकण सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने दिसतात. परागकणांना स्वतःहून हालचाल करताना पाहून रॉबर्ट ब्राउनला ते विचित्र वाटले. हे विचित्र होते कारण परागकण हालचाल करतात. परागकणांच्या हालचालीची दिशा अनियंत्रित, पण सातत्यपूर्ण असते. त्याला संशय आला की ही हालचाल म्हणजे एक जीवसृष्टी आहे, जिथे परागकण हालचाल करण्यासाठी राहतात. पण त्याचा अंदाज चुकला, कारण परागकणांसारखे लहान सेंद्रिय कणसुद्धा पाण्यात टाकल्यावर हालचाल करतात. या हालचालीला 'ब्राउनियन गती' म्हणतात.

गतिज सिद्धांताचा विकास झाल्याशिवाय या शोधाचे स्पष्टीकरण देता येणार नाही.

गतिज सिद्धांत

गतिज म्हणजे हलणे (ग्रीक). गतिज सिद्धांतानुसार, प्रत्येक पदार्थ अणू किंवा रेणूंनी बनलेला असतो आणि ते अणू किंवा रेणू सतत यादृच्छिकपणे फिरत असतात.

गतिमान असताना, अणू किंवा रेणूंना वेग असतो. अणू किंवा रेणूंना वस्तुमान देखील असते. वस्तुमान (m) आणि वेग (v) असल्यामुळे, अणू किंवा रेणूमध्ये गतिज ऊर्जा (EK) आणि संवेग (p) असतो. गतिज ऊर्जा: EK = 1/2 mv² ^. तर संवेग: p = m/v. संवेगाव्यतिरिक्त, बले देखील असतात. गतिमान असताना, टक्कर होण्याची शक्यता असते. म्हणून, जेव्हा टक्कर होते, तेव्हा संवेगातील बदलांमुळे बले निर्माण होतात.

आपण असे म्हणू शकतो की गतिज सिद्धांत हा गतिज ऊर्जा, संवेग आणि बल यांवर आधारित आहे. या तीन गोष्टींचा अभ्यास गतीशास्त्र या विषयात केला जातो (न्यूटनचे नियम, आवेग आणि संवेग). फरक हा आहे की गतिज सिद्धांतामध्ये, आपण अणू किंवा रेणूंच्या पातळीवर गतीशास्त्र लागू करतो. गतिज सिद्धांताचा विकास बॉयल (१६२७-१६९१), डॅनियल बर्नोली (१७००-१७८२), जूल (१८१८-१८८९), क्रोनिग (१८२२-१८७९), रुडॉल्फ क्लॉसियस (१८२२-१८८८) आणि क्लार्क मॅक्सवेल (१८३१-१८७९) यांनी केला.

या गतिज सिद्धांताच्या अस्तित्वामुळे ब्राउनच्या शोधाचे स्पष्टीकरण देता येऊ शकते. गतिज सिद्धांतानुसार, वेगाने वाहणाऱ्या पाण्याच्या रेणूंमुळे परागकण हलतात. पाण्याच्या रेणूंची संख्या प्रचंड असते, त्यामुळे परागकणांना विविध दिशांनी ढकलले जाते.

स्थिर तुलनेचा नियम आणि तपकिरी गतीच्या शोधावर आधारित, अणु सिद्धांतावर शास्त्रज्ञांचा विश्वास वाढत आहे. अणू हे कोणत्याही पदार्थाचे सर्वात लहान कण असतात. त्यामुळे, अणूला आकार असतो. अणूचा आकार काय असतो?

१९०५ मध्ये, आइन्स्टाईनने अणूंच्या आकाराचा सैद्धांतिक अभ्यास केला. अणु सिद्धांत, गतिज सिद्धांत आणि प्रयोगांद्वारे मिळालेल्या माहितीच्या आधारे, त्यांनी शोधून काढले की अणूचा व्यास सुमारे १०⁻¹⁰ मीटर असतो ^. अशाप्रकारे, अणूचा व्यास गणिताद्वारे काढला जातो. अणूंचा आकार शोधला गेल्यामुळे, अणु सिद्धांताला, तसेच गतिज सिद्धांतालाही मान्यता मिळाली.