పరమాణువులోని ఖాళీ స్థలాన్ని గణించడం (సరళమైన హైడ్రోజన్ అణువును పరిగణనలోకి తీసుకోవడం)

ఒక అణువు గురించి,

అణువులు పదార్థం యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్లు మరియు మూలకాల నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడం. అణువులు మూడు కణాలను కలిగి ఉంటాయి: ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లు.

ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు ఎలక్ట్రాన్ల కంటే బరువైనవి మరియు అణువు మధ్యలో నివసిస్తాయి, దీనిని న్యూక్లియస్ అని పిలుస్తారు. ఎలక్ట్రాన్లు చాలా తేలికైనవి మరియు కేంద్రకం చుట్టూ తిరిగే మేఘంలో ఉంటాయి. ఎలక్ట్రాన్ మేఘం కేంద్రకం కంటే 10,000 రెట్లు పెద్ద వ్యాసార్థాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు దాదాపు ఒకే ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటాయి. అయితే, ఒక ప్రోటాన్ బరువు 1,800 కంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లు. అణువులు ఎల్లప్పుడూ సమాన సంఖ్యలో ప్రోటాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటాయి మరియు ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల సంఖ్య సాధారణంగా అలాగే ఉంటుంది. పరమాణువుకు ప్రోటాన్‌ని జోడించడం వల్ల కొత్త మూలకం ఏర్పడుతుంది, అయితే న్యూట్రాన్‌ని జోడించడం వల్ల ఆ పరమాణువు యొక్క ఐసోటోప్ లేదా భారీ వెర్షన్‌ను తయారు చేస్తుంది.

కోర్

న్యూక్లియస్ 1911లో కనుగొనబడింది, అయితే దాని భాగాలు 1932 వరకు గుర్తించబడలేదు. వాస్తవంగా పరమాణువు ద్రవ్యరాశి అంతా న్యూక్లియస్‌లోనే ఉంటుంది. కోర్ ప్రకృతిలోని నాలుగు ప్రాథమిక శక్తులలో ఒకటైన “బలమైన శక్తి” ద్వారా కలిసి ఉంటుంది. ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల మధ్య ఉన్న ఈ శక్తి వికర్షక విద్యుత్ శక్తిని అధిగమిస్తుంది, విద్యుత్ నియమాల ప్రకారం, ప్రోటాన్‌లను వేరు చేస్తుంది.

ప్రోటోన్

ప్రోటాన్లు పరమాణు కేంద్రకాల లోపల కనిపించే ధనాత్మక చార్జ్డ్ కణాలు. ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫోర్డ్ 1911 మరియు 1919 మధ్య జరిపిన ప్రయోగాలలో వాటిని కనుగొన్నారు.

అణువులోని ప్రోటాన్ల సంఖ్య అది ఏ మూలకాన్ని నిర్వచిస్తుంది. ఉదాహరణకు, కార్బన్ పరమాణువులు ఆరు ప్రోటాన్లను కలిగి ఉంటాయి, హైడ్రోజన్ అణువులు ఒకటి మరియు ఆక్సిజన్ అణువులు ఎనిమిది కలిగి ఉంటాయి. అణువులోని ప్రోటాన్ల సంఖ్యను ఆ మూలకం యొక్క పరమాణు సంఖ్యగా సూచిస్తారు. అణువులోని ప్రోటాన్ల సంఖ్య మూలకం యొక్క రసాయన ప్రవర్తనను కూడా నిర్ణయిస్తుంది. మూలకాల యొక్క ఆవర్తన పట్టిక పరమాణు సంఖ్యను పెంచే క్రమంలో మూలకాలను ఏర్పాటు చేస్తుంది.

ప్రోటాన్లు క్వార్క్స్ అని పిలువబడే ఇతర కణాలతో తయారు చేయబడ్డాయి. ప్రతి ప్రోటాన్‌లో మూడు క్వార్క్‌లు ఉన్నాయి – రెండు “అప్” క్వార్క్‌లు మరియు ఒక “డౌన్” క్వార్క్ – మరియు అవి గ్లూవాన్‌లు అని పిలువబడే ఇతర కణాల ద్వారా కలిసి ఉంటాయి.

ఎలక్ట్రాన్లు

ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతికూల చార్జ్ కలిగి ఉంటాయి మరియు ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ప్రోటాన్‌లకు విద్యుత్‌గా ఆకర్షితులవుతాయి. ఎలక్ట్రాన్లు ఆర్బిటాల్స్ అని పిలువబడే కక్ష్యలలో పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ ఉంటాయి. పరమాణువు చుట్టూ ఉన్న అంతర్గత కక్ష్యలు గోళాకారంగా ఉంటాయి, కానీ బయటి కక్ష్యలు చాలా క్లిష్టంగా ఉంటాయి.

ఒక అణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ అనేది ఉత్తేజిత పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్ల స్థానాల యొక్క కక్ష్య వివరణ. ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ మరియు భౌతిక శాస్త్ర సూత్రాలను ఉపయోగించి, రసాయన శాస్త్రవేత్తలు స్థిరత్వం, మరిగే స్థానం మరియు వాహకత వంటి అణువు యొక్క లక్షణాలను అంచనా వేయవచ్చు.

సాధారణంగా, రసాయన శాస్త్రంలో బాహ్య ఎలక్ట్రాన్ షెల్లు మాత్రమే ముఖ్యమైనవి. లోపలి ఎలక్ట్రాన్ షెల్ సంజ్ఞామానం తరచుగా బ్రాకెట్‌లలోని నోబుల్ గ్యాస్‌కు చిహ్నంతో దీర్ఘ-పాయింటెడ్ ఆర్బిటల్ వివరణను భర్తీ చేయడం ద్వారా కత్తిరించబడుతుంది. సంజ్ఞామానం యొక్క ఈ పద్ధతి పెద్ద అణువుల వివరణను చాలా సులభతరం చేస్తుంది.

ఉదాహరణకు, బెరీలియం (Be) కోసం ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ 1s22s2, కానీ అది వ్రాయబడింది [He]2సె2. [He] హీలియం పరమాణువులోని అన్ని ఎలక్ట్రాన్ కక్ష్యలకు సమానం. అక్షరాలు, s, p, d మరియు f కక్ష్యల ఆకారాన్ని సూచిస్తాయి మరియు శీర్షిక ఆ కక్ష్యలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది.

న్యూట్రాన్లు

న్యూట్రాన్లు అణు కేంద్రకాలలో కనిపించే చార్జ్ చేయని కణాలు. న్యూట్రాన్ ద్రవ్యరాశి ప్రోటాన్ కంటే కొంచెం పెద్దది. ప్రోటాన్‌ల వలె, న్యూట్రాన్‌లు కూడా క్వార్క్‌ల నుండి తయారవుతాయి – ఒకటి “ఆన్” క్వార్క్ మరియు రెండు “డౌన్” క్వార్క్‌లు. న్యూట్రాన్‌లను 1932లో జేమ్స్ చాడ్విక్ కనుగొన్నారు.

చాలా దాదాపు అన్ని. హైడ్రోజన్ పరమాణువు నిజంగా ఎంత ఖాళీగా ఉందో చూడటానికి దానిని చూద్దాం.

హైడ్రోజన్ పరమాణువు ఒకే ఎలక్ట్రాన్‌తో చుట్టుముట్టబడిన ఒకే ప్రోటాన్‌తో రూపొందించబడింది. హైడ్రోజన్ అణువు ఎంత పెద్దది? హైడ్రోజన్ పరమాణువు యొక్క వ్యాసార్థాన్ని బోర్ వ్యాసార్థం అంటారు, ఇది .529 × 10-10 మీటర్లకు సమానం. అంటే హైడ్రోజన్ పరమాణువు 6.2 × 10-31 క్యూబిక్ మీటర్ల ఘనపరిమాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

హైడ్రోజన్ పరమాణువు మధ్యలో ఉన్న ప్రోటాన్ ఎంత పెద్దది? ఇటీవలి అధ్యయనాలు ప్రోటాన్‌లు దాదాపు 84 × 10-15 మీటర్ల వ్యాసార్థాన్ని కలిగి ఉన్నాయని, వాటికి 2.5 × 10-45 క్యూబిక్ మీటర్ల పరిమాణాన్ని ఇస్తాయని సూచిస్తున్నాయి.

హైడ్రోజన్ పరమాణువు ఖాళీ స్థలం ఎంత అని తెలుసుకోవడానికి మనం మరికొంత గణితాన్ని చేయాలి :.

శాతం వాల్యూమ్ = 100 × (వాల్యూమ్ ఫిల్డ్ / టోటల్ వాల్యూమ్)

శాతం వాల్యూమ్ = 100 × (2.5 × 10 ** – 45 m3 / 6.2 × 10 ** – 31 m3)

శాతం వాల్యూమ్ = 100 × (4 × 10 ** – 15)

శాతం వాల్యూమ్ = 4 × 10 ** – 13%

శాతం వాల్యూమ్ = 0.000000000000004%

హైడ్రోజన్ పరమాణువులో 0.00000000000004% నిండి ఉంటే, మిగిలినవి తప్పనిసరిగా ఖాళీగా ఉండాలి:

శాతం ఖాళీ = 100% – శాతం నిండింది

శాతం ఖాళీ = 100% – 0.000000000000004%

శాతం ఖాళీ = 99.9999999999996%

హైడ్రోజన్ అణువు 99.99999999999996% ఖాళీ స్థలం. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, హైడ్రోజన్ అణువు భూమి పరిమాణంలో ఉంటే, దాని మధ్యలో ఉన్న ప్రోటాన్ సుమారు 200 మీటర్లు (600 అడుగులు) వ్యాసం కలిగి ఉంటుంది. నా తలపై అంత పెద్దది పడకూడదనుకున్నా, భూమి పరిమాణంతో పోలిస్తే ఇది చిన్నది.