ایٹموں کی ساخت - مادے کے ابتدائی ذرات، الیکٹران، پروٹون، نیوٹران

فطرت میں تمام جسمانی اجسام ایک قسم کے مادے سے بنے ہیں جسے مادہ کہتے ہیں۔ مادوں کو دو اہم گروپوں میں تقسیم کیا گیا ہے - سادہ اور پیچیدہ مادہ۔

پیچیدہ مادے وہ مادے ہیں جو کیمیائی رد عمل کے ذریعے، دوسرے، آسان مادوں میں گلے جا سکتے ہیں۔ پیچیدہ مادوں کے برعکس، سادہ مادے وہ ہوتے ہیں جنہیں کیمیاوی طور پر اس سے بھی آسان مادوں میں نہیں توڑا جا سکتا۔

ایک پیچیدہ مادے کی ایک مثال پانی ہے، جسے کیمیائی عمل کے ذریعے دو دیگر، آسان مادوں - ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تحلیل کیا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ آخری دو کا تعلق ہے، وہ اب کیمیاوی طور پر آسان مادوں میں نہیں گلے جا سکتے ہیں اور اس لیے سادہ مادے ہیں، یا دوسرے لفظوں میں، کیمیائی عناصر ہیں۔

19 ویں صدی کے پہلے نصف میں، سائنس میں ایک مفروضہ تھا کہ کیمیائی عناصر غیر تبدیل شدہ مادے ہیں جن کا ایک دوسرے کے ساتھ کوئی مشترکہ تعلق نہیں ہے۔ تاہم، روسی سائنسدان D.I. Mendeleev (1834-1907) نے پہلی بار 1869 میںکیمیائی عناصر کے تعلقات کو ظاہر کرتا ہے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ ان میں سے ہر ایک کی کوالٹیٹو خصوصیت اس کی مقداری خصوصیت - جوہری وزن پر منحصر ہے۔

کیمیائی عناصر کی خصوصیات کا مطالعہ کرتے ہوئے، D.I. Mendeleev نے محسوس کیا کہ ان کی خصوصیات وقتاً فوقتاً ان کے جوہری وزن کے لحاظ سے دہرائی جاتی ہیں۔ اس نے اس متواتریت کو ایک جدول کی شکل میں دکھایا، جو سائنس میں "عناصر کی مینڈیلیف کی متواتر جدول" کے نام سے داخل ہوا۔

ذیل میں مینڈیلیف کی کیمیائی عناصر کی جدید متواتر جدول ہے۔

مینڈیلیف کی میز

ایٹم

جدید سائنسی تصورات کے مطابق ہر کیمیائی عنصر سب سے چھوٹے مادی (مادی) ذرات کے مجموعہ پر مشتمل ہوتا ہے جسے ایٹم کہتے ہیں۔

ایک ایٹم ایک کیمیائی عنصر کا سب سے چھوٹا حصہ ہے جو اب کیمیائی طور پر دوسرے، چھوٹے اور آسان مادی ذرات میں نہیں گل سکتا۔

مختلف نوعیت کے کیمیائی عناصر کے ایٹم اپنی فزیکو کیمیکل خصوصیات، ساخت، سائز، کمیت، جوہری وزن، اپنی توانائی اور کچھ دیگر خصوصیات میں ایک دوسرے سے مختلف ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ہائیڈروجن ایٹم اپنی خصوصیات اور ساخت میں آکسیجن ایٹم سے اور بعد میں یورینیم ایٹم سے مختلف ہوتا ہے، وغیرہ۔

کیمیائی عناصر کے ایٹم سائز میں انتہائی چھوٹے پائے جاتے ہیں۔ اگر ہم مشروط طور پر فرض کریں کہ ایٹموں کی کروی شکل ہے، تو ان کا قطر ایک سینٹی میٹر کے سو ملینویں حصے کے برابر ہونا چاہیے۔ مثال کے طور پر، ایک ہائیڈروجن ایٹم کا قطر - فطرت کا سب سے چھوٹا ایٹم - ایک سینٹی میٹر (10-8 سینٹی میٹر) کا ایک سو ملینواں حصہ ہے، اور سب سے بڑے ایٹم کا قطر، مثال کے طور پر، یورینیم ایٹم، تین سو سے زیادہ نہیں ہے۔ ایک سینٹی میٹر کا ملینواں حصہ (3 10-8 سینٹی میٹر)۔لہٰذا، ہائیڈروجن ایٹم ایک سنٹی میٹر کے دائرے کے دائرے سے کئی گنا چھوٹا ہے، جیسا کہ بعد والا دنیا سے چھوٹا ہے۔

ایٹموں کے بہت چھوٹے سائز کی وجہ سے ان کا کمیت بھی بہت چھوٹا ہے۔ مثال کے طور پر، ہائیڈروجن ایٹم کا وزن m = 1.67·10-24 ہے اس کا مطلب ہے کہ ایک گرام ہائیڈروجن میں تقریباً 6·1023 ایٹم ہوتے ہیں۔

کیمیائی عناصر کے جوہری وزن کی پیمائش کی روایتی اکائی کے لیے، آکسیجن ایٹم کے وزن کا 1/16 لیا جاتا ہے۔ کیمیائی عنصر کے اس جوہری وزن کے مطابق، ایک تجریدی نمبر کہا جاتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ دیے گئے کیمیائی عنصر کا وزن آکسیجن ایٹم کے وزن کے 1/16 سے کتنی بار زیادہ ہے۔

D. I. Mendeleev کے عناصر کی متواتر جدول میں، تمام کیمیائی عناصر کا جوہری وزن دیا گیا ہے (عنصر کے نام کے نیچے نمبر دیکھیں)۔ اس جدول سے ہم دیکھتے ہیں کہ سب سے ہلکا ایٹم ہائیڈروجن ایٹم ہے جس کا ایٹم وزن 1.008 ہے۔ کاربن کا جوہری وزن 12 ہے، آکسیجن 16 ہے، وغیرہ۔

جہاں تک بھاری کیمیائی عناصر کا تعلق ہے، ان کا جوہری وزن ہائیڈروجن کے جوہری وزن سے دو سو گنا زیادہ ہے۔ تو پارے کی جوہری قدر 200.6 ہے، ریڈیم 226 ہے، وغیرہ۔ عناصر کی متواتر جدول میں کسی کیمیائی عنصر کے زیر قبضہ تعداد کی ترتیب جتنی زیادہ ہوگی، جوہری وزن اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

کیمیائی عناصر کے زیادہ تر جوہری وزن کو جزوی اعداد کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ یہ کسی حد تک اس حقیقت سے واضح ہوتا ہے کہ ایسے کیمیائی عناصر مختلف ایٹم وزن کے ساتھ لیکن ایک جیسی کیمیائی خصوصیات کے حامل ایٹموں کی کتنی اقسام پر مشتمل ہوتے ہیں۔

کیمیاوی عناصر جو عناصر کی متواتر جدول میں ایک ہی تعداد پر قبضہ کرتے ہیں اور اس وجہ سے ایک جیسی کیمیائی خصوصیات رکھتے ہیں لیکن مختلف جوہری وزن کے ساتھ آاسوٹوپس کہلاتے ہیں۔

آاسوٹوپس زیادہ تر کیمیائی عناصر میں پائے جاتے ہیں، دو آاسوٹوپس ہیں، کیلشیم - چار، زنک - پانچ، ٹن - گیارہ، وغیرہ، بہت سے آئسوٹوپس آرٹ کے ذریعے حاصل کیے جاتے ہیں، ان میں سے کچھ کی بڑی عملی اہمیت ہے۔

مادے کے ابتدائی ذرات

ایک طویل عرصے سے، یہ خیال کیا جاتا تھا کہ کیمیائی عناصر کے ایٹم مادے کی تقسیم کی حد ہیں، یعنی جیسا کہ یہ کائنات کے ابتدائی "بلڈنگ بلاکس" ہیں۔ جدید سائنس اس مفروضے کو یہ ثابت کر کے رد کرتی ہے کہ کسی بھی کیمیائی عنصر کا ایٹم خود ایٹم سے بھی چھوٹے مادی ذرات کا مجموعہ ہے۔

مادے کی ساخت کے الیکٹران تھیوری کے مطابق، کسی بھی کیمیائی عنصر کا ایٹم ایک ایسا نظام ہوتا ہے جو ایک مرکزی مرکزے پر مشتمل ہوتا ہے جس کے گرد الیکٹران نامی مادے کے "ابتدائی" ذرات گھومتے ہیں۔ ایٹموں کے مرکزے، عام طور پر قبول شدہ نظریات کے مطابق، "ابتدائی" مادی ذرات - پروٹون اور نیوٹران پر مشتمل ہوتے ہیں۔

ایٹموں کی ساخت اور ان میں فزیکو کیمیکل عمل کو سمجھنے کے لیے ضروری ہے کہ کم از کم مختصراً اپنے آپ کو ایٹم بنانے والے ابتدائی ذرات کی بنیادی خصوصیات سے آشنا کر لیں۔

یہ طے شدہ ہے کہ الیکٹران ایک حقیقی ذرہ ہے جس میں فطرت میں دیکھا جانے والا سب سے چھوٹا منفی برقی چارج ہے۔

اگر ہم مشروط طور پر یہ فرض کریں کہ الیکٹران بطور ذرہ ایک کروی شکل رکھتا ہے، تو الیکٹران کا قطر 4 ·10-13 سینٹی میٹر کے برابر ہونا چاہیے، یعنی یہ ہر ایٹم کے قطر سے دسیوں ہزار گنا چھوٹا ہے۔

ایک الیکٹران، کسی دوسرے مادی ذرے کی طرح، بڑے پیمانے پر ہوتا ہے۔ الیکٹران کا "ریسٹ ماس"، یعنی نسبتا آرام کی حالت میں اس کے پاس ہونے والا کمیت mo = 9.1 · 10-28 G کے برابر ہے۔

الیکٹران کا انتہائی چھوٹا "ریسٹ ماس" اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ الیکٹران کی جڑی خصوصیات انتہائی کمزور ہیں، جس کا مطلب ہے کہ الیکٹران، ایک متبادل برقی قوت کے زیر اثر، کئی ارب ادوار کی فریکوئنسی کے ساتھ خلا میں گھوم سکتا ہے۔ دوسرا

الیکٹران کا وزن اتنا چھوٹا ہے کہ ایک گرام الیکٹران بنانے میں 1027 یونٹ لگتے ہیں۔ اس بڑی تعداد کے بارے میں کم از کم کچھ جسمانی خیال رکھنے کے لیے، ہم ایک مثال دیں گے۔ اگر ایک گرام الیکٹران کو ایک دوسرے کے قریب سیدھی لائن میں ترتیب دیا جائے تو وہ چار ارب کلومیٹر لمبی زنجیر بنائیں گے۔

الیکٹران کا ماس، کسی دوسرے مادی مائکرو پارٹیکل کی طرح، اس کی حرکت کی رفتار پر منحصر ہے۔ نسبتا آرام کی حالت میں ایک الیکٹران ایک میکانی نوعیت کا "آرام ماس" ہے، جو کسی بھی جسمانی جسم کے بڑے پیمانے پر ہے. جہاں تک الیکٹران کے "ماس آف موشن" کا تعلق ہے، جو اس کی حرکت کی رفتار بڑھنے کے ساتھ بڑھتا ہے، یہ برقی مقناطیسی اصل کا ہے۔ یہ حرکت پذیر الیکٹران میں بڑے پیمانے پر اور برقی مقناطیسی توانائی کے ساتھ مادے کی ایک قسم کے طور پر برقی مقناطیسی میدان کی موجودگی کی وجہ سے ہے۔

الیکٹران جتنی تیزی سے حرکت کرتا ہے، اس کے برقی مقناطیسی میدان کی جڑی خصوصیات اتنی ہی زیادہ ظاہر ہوتی ہیں، آخر الذکر کا حجم اتنا ہی زیادہ ہوتا ہے اور اس کے مطابق، اس کی برقی توانائی۔ قدرتی طور پر الیکٹران کے برقی مقناطیسی میدان کے مومینٹم ماس کو براہ راست خود الیکٹران سے منسوب کرنا ہے۔

الیکٹران، ذرہ کی خصوصیات کے علاوہ، لہر کی خصوصیات بھی رکھتا ہے۔یہ تجرباتی طور پر قائم کیا گیا تھا کہ الیکٹران کا بہاؤ، روشنی کے بہاؤ کی طرح، ایک لہر کی طرح حرکت کی شکل میں پھیلتا ہے۔ خلا میں الیکٹران کے بہاؤ کی لہر کی حرکت کی نوعیت کی تصدیق الیکٹران کی لہروں کے مداخلت اور پھیلاؤ کے مظاہر سے ہوتی ہے۔

الیکٹرانک مداخلت الیکٹران کی مرضی کے ایک دوسرے پر سپرپوزیشن اور الیکٹران کے پھیلاؤ کا رجحان ہے - یہ ایک تنگ درار کے کناروں پر جھکنے والی الیکٹران لہروں کا رجحان ہے جس سے الیکٹران بیم گزرتا ہے۔ لہذا، الیکٹران صرف ایک ذرہ نہیں ہے، بلکہ ایک «ذرہ کی لہر» ہے، جس کی لمبائی الیکٹران کی کمیت اور رفتار پر منحصر ہے۔

یہ قائم کیا گیا تھا کہ الیکٹران، اپنی ترجمے کی حرکت کے علاوہ، اپنے محور کے گرد ایک گردشی حرکت بھی کرتا ہے۔ الیکٹران کی اس قسم کی حرکت کو "spin" (انگریزی لفظ "spin" — spindle) کہا جاتا ہے۔ اس حرکت کے نتیجے میں، الیکٹران، برقی چارج کی وجہ سے برقی خصوصیات کے علاوہ، مقناطیسی خصوصیات بھی حاصل کرتا ہے، جو اس سلسلے میں ایک ابتدائی مقناطیس سے مشابہت رکھتا ہے۔

ایک پروٹون ایک حقیقی ذرہ ہے جس کا مثبت برقی چارج الیکٹران کے برقی چارج کے مطلق قدر کے برابر ہے۔

پروٹون کا ماس 1.67 ·10-24 r ہے، یعنی الیکٹران کے "ریسٹ ماس" سے تقریباً 1840 گنا زیادہ۔

الیکٹران اور پروٹون کے برعکس، نیوٹران کا کوئی برقی چارج نہیں ہوتا، یعنی یہ مادے کا برقی طور پر غیر جانبدار "ابتدائی" ذرہ ہے۔ نیوٹران کی کمیت عملی طور پر پروٹون کے بڑے پیمانے کے برابر ہے۔

الیکٹران، پروٹون اور نیوٹران جو ایٹم بناتے ہیں ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ خاص طور پر، الیکٹران اور پروٹون ایک دوسرے کو الیکٹریکل چارجز کے ساتھ ذرات کے طور پر اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔ایک ہی وقت میں، الیکٹران سے الیکٹران اور پروٹون سے پروٹون ایک جیسے برقی چارجز والے ذرات کے طور پر پیچھے ہٹتے ہیں۔

یہ تمام برقی چارج شدہ ذرات اپنے برقی شعبوں کے ذریعے تعامل کرتے ہیں۔ یہ فیلڈز ایک خاص قسم کا مادہ ہے جس میں ابتدائی مادی ذرات کا مجموعہ ہوتا ہے جسے فوٹون کہتے ہیں۔ ہر فوٹون میں توانائی (انرجی کوانٹم) کی ایک سختی سے وضاحت کی گئی ہے۔

برقی طور پر چارج شدہ مادی مواد کے ذرات کا تعامل ایک دوسرے کے ساتھ فوٹون کے تبادلے کے ذریعے ہوتا ہے۔ برقی چارج شدہ ذرات کے تعامل کی قوت کو عام طور پر برقی قوت کہا جاتا ہے۔

ایٹموں کے نیوکللی میں نیوٹران اور پروٹون بھی ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ تاہم، ان کے درمیان یہ تعامل اب برقی میدان کے ذریعے نہیں ہوتا ہے، کیونکہ نیوٹران مادے کا ایک برقی طور پر غیر جانبدار ذرہ ہے، لیکن نام نہاد کے ذریعے۔ جوہری میدان

یہ فیلڈ بھی ایک خاص قسم کا مادہ ہے جس میں ابتدائی مادی ذرات کا مجموعہ ہے جسے میسن کہتے ہیں... نیوٹران اور پروٹون کا تعامل ایک دوسرے کے ساتھ میسن کے تبادلے سے ہوتا ہے۔ نیوٹران اور پروٹون کے درمیان تعامل کی قوت کو جوہری قوت کہا جاتا ہے۔

یہ قائم کیا گیا ہے کہ جوہری قوتیں ایٹموں کے مرکزوں میں انتہائی کم فاصلے پر کام کرتی ہیں - تقریباً 10-13 سینٹی میٹر۔

جوہری قوتیں ایٹم کے نیوکلئس میں پروٹون کے باہمی پسپائی کی برقی قوتوں سے بہت زیادہ ہیں۔ یہ اس حقیقت کی طرف لے جاتا ہے کہ وہ نہ صرف ایٹموں کے مرکزے کے اندر پروٹون کی باہمی پسپائی کی قوتوں پر قابو پانے کے قابل ہیں بلکہ پروٹون اور نیوٹران کے جمع ہونے سے نیوکلیائی کے بہت مضبوط نظام بھی بنا سکتے ہیں۔

کسی بھی ایٹم کے نیوکلئس کا استحکام دو متضاد قوتوں کے تناسب پر منحصر ہوتا ہے - جوہری (پروٹان اور نیوٹران کی باہمی کشش) اور برقی (پروٹون کی باہمی پسپائی)۔

ایٹموں کے نیوکللی میں کام کرنے والی طاقتور جوہری قوتیں نیوٹران اور پروٹون کو ایک دوسرے میں تبدیل کرنے میں معاون ہیں۔ نیوٹران اور پروٹون کا یہ تعامل ہلکے ابتدائی ذرات کے اخراج یا جذب کے نتیجے میں ہوتا ہے، مثال کے طور پر میسن۔

ہم جن ذرات پر غور کرتے ہیں انہیں ابتدائی کہا جاتا ہے کیونکہ وہ مادے کے دوسرے، سادہ ذرات کے مجموعے پر مشتمل نہیں ہوتے ہیں۔ لیکن ایک ہی وقت میں، ہمیں یہ نہیں بھولنا چاہئے کہ وہ ایک دوسرے میں تبدیل ہونے کے قابل ہیں، دوسرے کی قیمت پر پیدا ہونے کے لئے. اس طرح، یہ ذرات کچھ پیچیدہ شکلیں ہیں، یعنی ان کی ابتدائی نوعیت مشروط ہے۔

ایٹموں کی کیمیائی ساخت

اس کی ساخت میں سب سے آسان ایٹم ہائیڈروجن ایٹم ہے۔ یہ صرف دو ابتدائی ذرات پر مشتمل ہے - ایک پروٹون اور ایک الیکٹران۔ ہائیڈروجن ایٹم سسٹم میں پروٹون ایک مرکزی مرکز کا کردار ادا کرتا ہے جس کے گرد الیکٹران ایک مخصوص مدار میں گھومتا ہے۔ انجیر میں۔ 1 منصوبہ بندی سے ہائیڈروجن ایٹم کا ماڈل دکھاتا ہے۔

چاول۔ 1. ہائیڈروجن ایٹم کی ساخت کا خاکہ

یہ ماڈل حقیقت کا محض ایک تخمینہ ہے۔ حقیقت یہ ہے کہ الیکٹران ایک "ذرات کی لہر" کے طور پر بیرونی ماحول سے تیزی سے حد بندی کا حجم نہیں رکھتا ہے۔ اور اس کا مطلب یہ ہے کہ کسی کو الیکٹران کے قطعی لکیری مدار کے بارے میں نہیں بلکہ ایک قسم کے الیکٹران کلاؤڈ کے بارے میں بات کرنی چاہیے۔ اس صورت میں، الیکٹران اکثر بادل کی کچھ درمیانی لکیر پر قابض ہوتا ہے، جو ایٹم میں اس کے ممکنہ مداروں میں سے ایک ہے۔

یہ کہا جانا چاہئے کہ الیکٹران کا مدار ایٹم میں سختی سے غیر تبدیل شدہ اور ساکن نہیں ہے - یہ بھی، الیکٹران کی کمیت میں تبدیلی کی وجہ سے، ایک مخصوص گردشی حرکت کرتا ہے۔ اس لیے ایٹم میں الیکٹران کی حرکت نسبتاً پیچیدہ ہے۔ چونکہ ہائیڈروجن ایٹم (پروٹون) کے مرکزے اور اس کے گرد گھومنے والے الیکٹران میں الیکٹریکل چارجز متضاد ہوتے ہیں، اس لیے وہ ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔

ایک ہی وقت میں، الیکٹران کی آزاد توانائی، ایٹم کے مرکزے کے گرد گھومتی ہے، ایک سینٹری فیوگل قوت تیار کرتی ہے جو اسے نیوکلئس سے ہٹانے کا رجحان رکھتی ہے۔ لہذا، ایٹم اور الیکٹران کے نیوکلئس کے درمیان باہمی کشش کی برقی قوت اور الیکٹران پر کام کرنے والی سینٹرفیوگل قوت مخالف قوتیں ہیں۔

توازن میں، ان کا الیکٹران ایٹم کے کچھ مدار میں نسبتاً مستحکم مقام رکھتا ہے۔ چونکہ الیکٹران کا ماس بہت چھوٹا ہے، اس لیے ایٹم کے مرکزے کی طرف کشش کی قوت کو متوازن کرنے کے لیے، اسے تقریباً 6·1015 انقلابات فی سیکنڈ کے برابر ایک زبردست رفتار سے گھومنا چاہیے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ہائیڈروجن ایٹم کے نظام میں ایک الیکٹران، کسی دوسرے ایٹم کی طرح، اپنے مدار میں ایک ہزار کلومیٹر فی سیکنڈ سے زیادہ لکیری رفتار کے ساتھ حرکت کرتا ہے۔

عام حالات میں، ایک الیکٹران نیوکلئس کے قریب ترین مدار میں اس قسم کے ایٹم میں گھومتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس میں توانائی کی کم سے کم ممکنہ مقدار ہے۔ اگر کسی نہ کسی وجہ سے، مثال کے طور پر، دوسرے مادی ذرات کے زیر اثر جنہوں نے ایٹمی نظام پر حملہ کیا ہے، الیکٹران ایک ایسے مدار میں چلا جاتا ہے جو ایٹم سے زیادہ دور ہے، تو اس کے پاس پہلے سے ہی قدرے زیادہ توانائی ہوگی۔

تاہم، الیکٹران اس نئے مدار میں ایک معمولی وقت تک رہتا ہے، جس کے بعد یہ ایٹم کے مرکزے کے قریب ترین مدار میں واپس گھومتا ہے۔اس کورس کے دوران یہ اپنی اضافی توانائی کو مقناطیسی تابکاری کی مقدار کی شکل میں چھوڑ دیتا ہے — تابناک توانائی (تصویر 2)۔

چاول۔ 2. جب ایک الیکٹران دور مدار سے کسی ایٹم کے مرکزے کے قریب جاتا ہے، تو یہ ایک مقدار میں تابناک توانائی خارج کرتا ہے۔

الیکٹران باہر سے جتنی زیادہ توانائی حاصل کرتا ہے، اتنا ہی زیادہ وہ مدار میں منتقل ہوتا ہے جو ایٹم کے مرکزے سے سب سے زیادہ دور ہوتا ہے، اور جب یہ نیوکلئس کے قریب ترین مدار میں گھومتا ہے تو برقی مقناطیسی توانائی کی اتنی ہی زیادہ مقدار خارج ہوتی ہے۔

مختلف مداروں سے ایٹم کے نیوکلئس کے قریب ترین مقام تک منتقلی کے دوران الیکٹران کے ذریعے خارج ہونے والی توانائی کی مقدار کی پیمائش کرکے، یہ قائم کرنا ممکن تھا کہ ہائیڈروجن ایٹم کے نظام میں الیکٹران کسی دوسرے نظام کی طرح ہے۔ ایٹم، کسی بے ترتیب مدار میں نہیں جا سکتا، اس توانائی کے مطابق سختی سے طے شدہ ہے جو اسے کسی بیرونی قوت کے زیر اثر حاصل ہوتا ہے۔ ایٹم میں الیکٹران جن مداروں پر قبضہ کر سکتا ہے انہیں اجازت شدہ مدار کہا جاتا ہے۔

چونکہ ہائیڈروجن ایٹم کے نیوکلئس کا مثبت چارج (پروٹون کا چارج) اور الیکٹران کا منفی چارج عددی اعتبار سے برابر ہیں، اس لیے ان کا کل چارج صفر ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ہائیڈروجن ایٹم اپنی عام حالت میں برقی طور پر غیر جانبدار ذرہ ہے۔

یہ تمام کیمیائی عناصر کے ایٹموں کے لیے درست ہے: کسی بھی کیمیائی عنصر کا ایٹم اپنی عام حالت میں مثبت اور منفی چارجز کی عددی مساوات کی وجہ سے برقی طور پر غیر جانبدار ذرہ ہوتا ہے۔

چونکہ ایک ہائیڈروجن ایٹم کے مرکزے میں صرف ایک "ابتدائی" ذرہ ہوتا ہے - ایک پروٹون، اس لیے اس نیوکلئس کا نام نہاد ماس نمبر ایک کے برابر ہے۔ کسی بھی کیمیائی عنصر کے ایٹم کے نیوکلئس کی بڑے پیمانے پر تعداد پروٹان اور نیوٹران کی کل تعداد ہے جو اس نیوکلئس کو بناتے ہیں۔

قدرتی ہائیڈروجن بنیادی طور پر ایٹموں کے مجموعے پر مشتمل ہوتا ہے جس کی بڑی تعداد ایک کے برابر ہوتی ہے۔ تاہم، اس میں ایک اور قسم کے ہائیڈروجن ایٹم بھی شامل ہیں، جن کی کمیت دو کے برابر ہے۔ ان بھاری ہائیڈروجن ایٹموں کے مرکزے، جنہیں ڈیوٹرون کہتے ہیں، دو ذرات، ایک پروٹون اور ایک نیوٹران سے مل کر بنتے ہیں۔ ہائیڈروجن کے اس آاسوٹوپ کو ڈیوٹیریم کہتے ہیں۔

قدرتی ہائیڈروجن میں ڈیوٹیریم کی بہت کم مقدار ہوتی ہے۔ ہر چھ ہزار ہلکے ہائیڈروجن ایٹم (بڑے پیمانے پر ایک کے برابر) کے لیے صرف ایک ڈیوٹیریم ایٹم (بھاری ہائیڈروجن) ہوتا ہے۔ ہائیڈروجن کا ایک اور آاسوٹوپ ہے، انتہائی بھاری ہائیڈروجن جسے ٹریٹیم کہتے ہیں۔ اس ہائیڈروجن آاسوٹوپ کے ایک ایٹم کے مرکزے میں، تین ذرات ہوتے ہیں: ایک پروٹون اور دو نیوٹران، جوہری قوتوں سے جڑے ہوئے ہیں۔ ٹریٹیم ایٹم کے نیوکلئس کی بڑے پیمانے پر تعداد تین ہے، یعنی ٹریٹیم ایٹم ہلکے ہائیڈروجن ایٹم سے تین گنا زیادہ بھاری ہے۔

اگرچہ ہائیڈروجن آاسوٹوپس کے ایٹموں میں مختلف ماس ہوتے ہیں، لیکن پھر بھی ان کی کیمیائی خصوصیات ایک جیسی ہوتی ہیں، مثال کے طور پر، ہلکا ہائیڈروجن، آکسیجن کے ساتھ کیمیائی تعامل میں داخل ہو کر اس کے ساتھ ایک پیچیدہ مادہ بناتا ہے یعنی پانی۔ اسی طرح ہائیڈروجن، ڈیوٹیریم کا آاسوٹوپ آکسیجن کے ساتھ مل کر پانی بناتا ہے، جسے عام پانی کے برعکس بھاری پانی کہا جاتا ہے۔ بھاری پانی جوہری (ایٹمی) توانائی کی پیداوار میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔

لہذا، ایٹموں کی کیمیائی خصوصیات ان کے مرکزے کے بڑے پیمانے پر نہیں بلکہ صرف ایٹم کے الیکٹران شیل کی ساخت پر منحصر ہیں۔ چونکہ ہلکے ہائیڈروجن، ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم کے ایٹموں میں ایک ہی تعداد میں الیکٹران ہوتے ہیں (ہر ایٹم کے لیے ایک)، ان آاسوٹوپس میں ایک جیسی کیمیائی خصوصیات ہوتی ہیں۔

یہ اتفاق سے نہیں ہے کہ کیمیائی عنصر ہائیڈروجن عناصر کی متواتر جدول میں پہلا نمبر رکھتا ہے۔حقیقت یہ ہے کہ عناصر کی متواتر جدول میں ہر عنصر کی تعداد اور اس عنصر کے ایٹم کے مرکزے پر چارج کی شدت کے درمیان کچھ رشتہ ہے۔ اسے اس طرح بنایا جا سکتا ہے: عناصر کی متواتر جدول میں ہر کیمیائی عنصر کا سیریل نمبر عددی طور پر اس عنصر کے نیوکلئس کے مثبت چارج کے برابر ہے، اور اس لیے اس کے گرد گھومنے والے الیکٹرانوں کی تعداد کے برابر ہے۔

چونکہ ہائیڈروجن عناصر کی متواتر جدول میں پہلے نمبر پر ہے، اس کا مطلب ہے کہ اس کے ایٹم کے نیوکلئس کا مثبت چارج ایک کے برابر ہے اور ایک الیکٹران نیوکلئس کے گرد گھومتا ہے۔

کیمیائی عنصر ہیلیم عناصر کی متواتر جدول میں دوسرے نمبر پر ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اس میں نیوکلئس کا مثبت الیکٹرک چارج دو اکائیوں کے برابر ہوتا ہے، یعنی اس کے نیوکلئس میں دو پروٹون ہوتے ہیں، اور ایٹم کے الیکٹران شیل میں دو الیکٹروڈ ہوتے ہیں۔

قدرتی ہیلیم دو آاسوٹوپس پر مشتمل ہوتا ہے - بھاری اور ہلکا ہیلیم۔ بھاری ہیلیم کی بڑے پیمانے پر تعداد چار ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ مذکورہ بالا دو پروٹونوں کے علاوہ، دو اور نیوٹرانوں کو بھاری ہیلیم ایٹم کے مرکزے میں داخل ہونا ضروری ہے۔ جہاں تک ہلکے ہیلیم کا تعلق ہے، اس کا ماس نمبر تین ہے، یعنی دو پروٹانوں کے علاوہ، ایک اور نیوٹران کو اس کے مرکزے کی ساخت میں داخل ہونا چاہیے۔

یہ پایا گیا ہے کہ قدرتی ہیلیم میں ہلکے ہیلیم ایٹموں کی تعداد بھاری جنین ایٹموں کا تقریباً دس لاکھواں حصہ ہے۔ انجیر میں۔ 3 ہیلیم ایٹم کا اسکیمیٹک ماڈل دکھاتا ہے۔

چاول۔ 3. ہیلیم ایٹم کی ساخت کا خاکہ

کیمیائی عناصر کے ایٹموں کی ساخت کی مزید پیچیدگی ان ایٹموں کے مرکزے میں پروٹان اور نیوٹران کی تعداد میں اضافے اور ساتھ ہی مرکزے کے گرد گھومنے والے الیکٹرانوں کی تعداد میں اضافے کی وجہ سے ہے (تصویر 4)۔ عناصر کی متواتر جدول کا استعمال کرتے ہوئے، مختلف ایٹم بنانے والے الیکٹران، پروٹون اور نیوٹران کی تعداد کا تعین کرنا آسان ہے۔

چاول۔ 4. ایٹمی مرکزے کی تعمیر کی اسکیمیں: 1 — ہیلیم، 2 — کاربن، 3 — آکسیجن

کیمیائی عنصر کی باقاعدہ تعداد ایٹم کے مرکزے میں موجود پروٹانوں کی تعداد کے برابر ہوتی ہے اور ساتھ ہی نیوکلئس کے گرد گھومنے والے الیکٹرانوں کی تعداد۔ جہاں تک جوہری وزن کا تعلق ہے، یہ تقریباً ایٹم کی بڑے پیمانے پر تعداد کے برابر ہے، یعنی نیوکلئس میں ایک ساتھ لیے جانے والے پروٹان اور نیوٹران کی تعداد۔ لہٰذا، کسی عنصر کے جوہری وزن سے عنصر کے جوہری نمبر کے برابر عدد کو گھٹا کر، یہ تعین کرنا ممکن ہے کہ دیئے گئے نیوکلئس میں کتنے نیوٹران موجود ہیں۔

یہ قائم کیا گیا ہے کہ ہلکے کیمیائی عناصر کے مرکزے، جن کی ساخت میں پروٹان اور نیوٹران کی تعداد مساوی ہوتی ہے، بہت زیادہ طاقت سے ممتاز ہوتے ہیں، کیونکہ ان میں جوہری قوتیں نسبتاً زیادہ ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک بھاری ہیلیم ایٹم کا مرکزہ انتہائی پائیدار ہوتا ہے کیونکہ اس میں دو پروٹون اور دو نیوٹران ہوتے ہیں جو طاقتور جوہری قوتوں سے جڑے ہوتے ہیں۔

بھاری کیمیائی عناصر کے ایٹموں کے مرکزے پہلے سے ہی اپنی ساخت میں غیر مساوی تعداد میں پروٹان اور نیوٹران پر مشتمل ہوتے ہیں، یہی وجہ ہے کہ نیوکلئس میں ان کا جوڑ ہلکے کیمیائی عناصر کے مرکزے کی نسبت کمزور ہوتا ہے۔ ان عناصر کے مرکزے نسبتاً آسانی سے تقسیم ہو سکتے ہیں جب ایٹم "پروجیکٹائلز" (نیوٹران، ہیلیم نیوکلی، وغیرہ) سے بمباری کی جائے۔

جہاں تک سب سے بھاری کیمیائی عناصر کا تعلق ہے، خاص طور پر تابکار عناصر، تو ان کے مرکزے میں اتنی کم طاقت ہوتی ہے کہ وہ اپنے اجزاء کے حصوں میں خود بخود بکھر جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، تابکار عنصر ریڈیم کے ایٹم، جو 88 پروٹون اور 138 نیوٹران کے امتزاج پر مشتمل ہوتے ہیں، بے ساختہ زوال پذیر ہوتے ہیں، تابکار عنصر ریڈون کے ایٹم بن جاتے ہیں۔ مؤخر الذکر کے ایٹم، بدلے میں، اپنے اجزاء کے حصوں میں ٹوٹ جاتے ہیں، دوسرے عناصر کے ایٹموں میں داخل ہوتے ہیں۔

کیمیائی عناصر کے ایٹموں کے نیوکللی کے جزوی حصوں سے مختصر طور پر واقف ہونے کے بعد، آئیے ایٹموں کے الیکٹران خولوں کی ساخت پر غور کریں۔ جیسا کہ آپ جانتے ہیں، الیکٹران صرف سختی سے متعین مداروں میں ایٹموں کے مرکزے کے گرد گھوم سکتے ہیں۔ مزید یہ کہ وہ ہر ایٹم کے الیکٹران شیل میں اتنے کلسٹر ہوتے ہیں کہ انفرادی الیکٹران کے خول کو پہچانا جا سکتا ہے۔

ہر شیل میں ایک خاص تعداد میں الیکٹران ہوتے ہیں، جو کہ ایک خاص تعداد سے زیادہ نہیں ہوتے۔ لہذا، مثال کے طور پر، ایک ایٹم کے نیوکلئس کے قریب ترین الیکٹران کے پہلے خول میں زیادہ سے زیادہ دو الیکٹران ہو سکتے ہیں، دوسرے میں - آٹھ سے زیادہ الیکٹران وغیرہ نہیں۔

وہ ایٹم جن میں بیرونی الیکٹران کے خول مکمل طور پر بھرے ہوتے ہیں ان میں سب سے زیادہ مستحکم الیکٹران شیل ہوتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ایک ایٹم اپنے تمام الیکٹران کو مضبوطی سے رکھتا ہے اور اسے باہر سے ان کی اضافی مقدار وصول کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ہیلیم ایٹم میں پہلے الیکٹران کے خول کو مکمل طور پر بھرنے والے دو الیکٹران ہوتے ہیں، اور ایک نیون ایٹم میں دس الیکٹران ہوتے ہیں، جن میں سے پہلے دو مکمل طور پر پہلے الیکٹران کے خول کو بھرتے ہیں اور باقی - دوسرا (تصویر 5)۔

چاول۔ 5. نیین ایٹم کی ساخت کا خاکہ

لہذا، ہیلیم اور نیون ایٹموں میں کافی مستحکم الیکٹران کے خول ہوتے ہیں، وہ کسی بھی مقداری انداز میں ان کو تبدیل کرنے کا رجحان نہیں رکھتے۔ ایسے عناصر کیمیائی طور پر غیر فعال ہوتے ہیں، یعنی وہ دوسرے عناصر کے ساتھ کیمیائی تعامل میں داخل نہیں ہوتے ہیں۔

تاہم، زیادہ تر کیمیائی عناصر میں ایٹم ہوتے ہیں جہاں بیرونی الیکٹران کے خول مکمل طور پر الیکٹرانوں سے نہیں بھرے ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک پوٹاشیم ایٹم میں انیس الیکٹران ہوتے ہیں، جن میں سے اٹھارہ پہلے تین خول کو مکمل طور پر بھرتے ہیں، اور انیسواں الیکٹران اگلے، غیر بھرے ہوئے الیکٹران شیل میں ہوتا ہے۔ الیکٹران کے ساتھ چوتھے الیکٹران کے خول کا کمزور بھرنا اس حقیقت کی طرف لے جاتا ہے کہ ایٹم کا مرکزہ بہت کمزوری سے سب سے باہر یعنی انیسویں الیکٹران کو رکھتا ہے، اور اس لیے مؤخر الذکر کو آسانی سے ایٹم سے ہٹایا جا سکتا ہے۔ …

یا، مثال کے طور پر، آکسیجن ایٹم میں آٹھ الیکٹران ہوتے ہیں، جن میں سے دو مکمل طور پر پہلے خول کو بھرتے ہیں، اور باقی چھ دوسرے خول میں واقع ہوتے ہیں۔ اس طرح، آکسیجن ایٹم میں دوسرے الیکٹران شیل کی تعمیر کی مکمل تکمیل کے لیے، اس میں صرف دو الیکٹرانوں کی کمی ہے۔ لہٰذا، آکسیجن ایٹم نہ صرف اپنے چھ الیکٹرانوں کو دوسرے خول میں مضبوطی سے رکھتا ہے، بلکہ اپنے دوسرے الیکٹران کے خول کو بھرنے کے لیے دو غائب الیکٹرانوں کو اپنی طرف متوجہ کرنے کی صلاحیت بھی رکھتا ہے۔ یہ وہ ایسے عناصر کے ایٹموں کے ساتھ کیمیائی امتزاج سے حاصل کرتا ہے جس میں بیرونی الیکٹران کمزور طور پر اپنے مرکزے سے جڑے ہوتے ہیں۔

ایسے کیمیائی عناصر جن کے ایٹموں میں بیرونی الیکٹران کی تہیں مکمل طور پر الیکٹرانوں سے بھری ہوئی نہیں ہوتی ہیں، ایک اصول کے طور پر، کیمیائی طور پر فعال ہوتے ہیں، یعنی وہ اپنی مرضی سے کیمیائی تعامل میں داخل ہوتے ہیں۔

لہٰذا، کیمیائی عناصر کے ایٹموں میں الیکٹران کو سختی سے متعین ترتیب میں ترتیب دیا جاتا ہے، اور ایٹم کے الیکٹران شیل میں ان کی مقامی ترتیب یا مقدار میں کوئی تبدیلی مؤخر الذکر کی فزیکو کیمیکل خصوصیات میں تبدیلی کا باعث بنتی ہے۔

ایٹم سسٹم میں الیکٹران اور پروٹون کی تعداد کی برابری ہی اس کی کل برقی چارج صفر ہونے کی وجہ ہے۔ اگر ایٹم سسٹم میں الیکٹران اور پروٹون کی تعداد کی برابری کی خلاف ورزی کی جائے تو ایٹم برقی چارج شدہ نظام بن جاتا ہے۔

نظام میں ایک ایٹم جس کے مخالف برقی چارجز کا توازن اس حقیقت کی وجہ سے بگڑ جاتا ہے کہ اس نے اپنے الیکٹرانوں کا کچھ حصہ کھو دیا ہے یا اس کے برعکس ان میں سے زیادہ مقدار حاصل کر لی ہے، اسے آئن کہتے ہیں۔

اس کے برعکس، اگر کوئی ایٹم زیادہ تعداد میں الیکٹران حاصل کرتا ہے، تو یہ منفی آئن بن جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک کلورین ایٹم جس نے ایک اضافی الیکٹران حاصل کیا ہے وہ اکیلے چارج شدہ منفی کلورین آئن Cl- بن جاتا ہے... ایک آکسیجن ایٹم جس کو دو اضافی الیکٹران ملے ہیں دوگنا چارج شدہ منفی آکسیجن آئن O بن جاتا ہے، وغیرہ۔
ایک ایٹم جو آئن بن گیا ہے بیرونی ماحول کے حوالے سے برقی چارج شدہ نظام بن جاتا ہے۔ اور اس کا مطلب یہ ہے کہ ایٹم نے ایک برقی میدان اختیار کرنا شروع کیا، جس کے ساتھ مل کر یہ ایک واحد مادی نظام بناتا ہے، اور اس فیلڈ کے ذریعے یہ مادے کے دیگر برقی چارج شدہ ذرات کے ساتھ برقی تعامل کرتا ہے - آئنوں، الیکٹران، ایٹموں کے مثبت چارج شدہ نیوکلی، وغیرہ

مختلف آئنوں کی ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرنے کی صلاحیت یہی وجہ ہے کہ وہ کیمیائی طور پر مل کر مادے کے زیادہ پیچیدہ ذرات یعنی مالیکیولز بناتے ہیں۔

آخر میں، یہ واضح رہے کہ ایٹم کے طول و عرض حقیقی ذرات کے طول و عرض کے مقابلے میں بہت بڑے ہیں جن سے وہ تشکیل پائے ہیں۔ سب سے پیچیدہ ایٹم کا مرکزہ، تمام الیکٹرانوں کے ساتھ، ایٹم کے حجم کا ایک اربواں حصہ رکھتا ہے۔ ایک سادہ حساب سے پتہ چلتا ہے کہ اگر پلاٹینم کے ایک کیوبک میٹر کو اتنی مضبوطی سے دبایا جائے کہ انٹرا اٹامک اور انٹرااٹامک اسپیس غائب ہو جائیں تو تقریباً ایک مکعب ملی میٹر کے برابر حجم حاصل ہوگا۔