परमाणु संरचना और आवर्त सारणी: मॉडल और प्रवृत्तियाँ

रसायन विज्ञान की हर बात परमाणु से आरंभ होती है, और रसायन का प्रश्न पूछने वाला हर प्रतियोगी प्रश्नपत्र उन्हीं दो क्षेत्रों से आरंभ करता है: परमाणु की रचना कैसी है, और तत्व किस क्रम में रखे गए हैं। दोनों स्थापित विज्ञान हैं, इसलिए यहाँ के तथ्य बदलते नहीं: खोजकर्ता, वर्ष, इलेक्ट्रॉनों की संख्या, समूह संख्या। यह नोट पहले परमाणु लेता है और बाद में आवर्त सारणी, क्योंकि दूसरी पहली से ही निकली है।

परमाणु के भीतर किसने क्या खोजा

परमाणु शब्द स्वयं बहुत पुराना है। अंग्रेजी का एटम यूनानी शब्द एटोमोस से आया है, जिसका अर्थ है जिसे काटा न जा सके, और इस शब्द को गढ़ने का श्रेय यूनानी दार्शनिक डेमोक्रिटस को दिया जाता है। जॉन डाल्टन ने 1808 में इस विचार को वैज्ञानिक सिद्धांत बनाया और कहा कि पदार्थ अविभाज्य परमाणुओं से बना है, किसी तत्व के सभी परमाणु समान हैं, और परमाणु निश्चित पूर्ण संख्या अनुपात में जुड़ते हैं।

परमाणु के तीन मॉडल

• थॉमसन का मॉडल: परमाणु धन आवेश का गोला है जिसमें इलेक्ट्रॉन धँसे हैं, जैसे तरबूज में बीज। इसने विद्युत उदासीनता समझाई, परंतु नाभिक नहीं।
• रदरफोर्ड का मॉडल: पतली सोने की पन्नी पर अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग से उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि लगभग सारा द्रव्यमान और सारा धन आवेश एक अत्यंत छोटे केंद्रीय नाभिक में है, परमाणु का अधिकांश भाग खाली है, और इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। इसकी कमजोरी यह थी कि नाभिक के चारों ओर घूमते इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा खोकर उसमें गिर जाना चाहिए।
• बोर का मॉडल: इलेक्ट्रॉन केवल कुछ अनुमत कक्षाओं या कोशों में घूमते हैं और उनमें रहते हुए ऊर्जा नहीं छोड़ते, जिससे परमाणु स्थायी बना। नाभिक से बाहर की ओर इन कोशों के नाम K, L, M और N हैं।

कोश, इलेक्ट्रॉन और उससे निकलने वाली संख्याएँ

किसी कोश में अधिकतम इलेक्ट्रॉनों की संख्या 2n वर्ग सूत्र से मिलती है, जहाँ n कोश संख्या है। इसलिए K में 2, L में 8, M में 18 और N में 32 इलेक्ट्रॉन आ सकते हैं। बोर-बरी योजना के दो और नियम पूछे जाते हैं: परमाणु के सबसे बाहरी कोश में आठ से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं रह सकते, और कोई कोश भरना तब ही आरंभ होता है जब उससे पहले का कोश पूरा हो जाए।

परमाणु संख्या, जिसे Z लिखते हैं, नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या है और वही तत्व की पहचान है। द्रव्यमान संख्या, जिसे A लिखते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या है। एक ही तत्व के वे परमाणु जिनकी परमाणु संख्या समान पर द्रव्यमान संख्या भिन्न हो, समस्थानिक कहलाते हैं: प्रोटियम, ड्यूटीरियम और ट्राइटियम हाइड्रोजन के समस्थानिक हैं, और क्लोरीन क्लोरीन-35 तथा क्लोरीन-37 के रूप में मिलती है। भिन्न तत्वों के वे परमाणु जिनकी द्रव्यमान संख्या समान हो, समभारिक कहलाते हैं, जैसे आर्गन-40 और कैल्सियम-40। संयोजकता परमाणु की संयोजन क्षमता है और वह उसके सबसे बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉनों से तय होती है।

आवर्त सारणी कैसे बनी

• डोबराइनर के त्रिक, 1817: तीन तत्वों के ऐसे समूह जिनमें बीच वाले का परमाणु द्रव्यमान अन्य दो के औसत के लगभग बराबर था। ऐसे त्रिक थोड़े ही मिल सके।
• न्यूलैंड्स का अष्टक नियम, 1866: बढ़ते परमाणु द्रव्यमान के क्रम में रखे तत्वों में प्रत्येक आठवाँ तत्व पहले जैसा दिखता था। उन्होंने 56 तत्व रखे, हाइड्रोजन से आरंभ करके थोरियम पर समाप्त किया, और नए तत्वों की खोज के बाद यह नियम टूट गया।
• मेंडलीव का आवर्त नियम, 1869: तत्वों के गुण उनके परमाणु द्रव्यमानों के आवर्त फलन हैं। उन्होंने अनखोजे तत्वों के लिए स्थान खाली छोड़े और एका-बोरॉन, एका-ऐलुमिनियम तथा एका-सिलिकॉन के गुणों की भविष्यवाणी की, जो बाद में स्कैंडियम, गैलियम और जर्मेनियम के रूप में मिले। उनकी सारणी हाइड्रोजन को ठीक स्थान न दे सकी, समस्थानिकों के लिए उसमें जगह नहीं थी, और कोबाल्ट तथा निकल जैसी कुछ जोड़ियों को द्रव्यमान क्रम से बाहर रखना पड़ा।
• मोजले का कार्य, 1913: उन्होंने दिखाया कि तत्व का मूल गुण परमाणु द्रव्यमान नहीं, परमाणु संख्या है। इससे आधुनिक आवर्त नियम मिला, कि तत्वों के गुण उनकी परमाणु संख्याओं के आवर्त फलन हैं।

आधुनिक आवर्त सारणी

आधुनिक सारणी में 7 क्षैतिज पंक्तियाँ हैं, जिन्हें आवर्त कहते हैं, और 18 ऊर्ध्व स्तंभ हैं, जिन्हें समूह कहते हैं। पहले आवर्त में 2 तत्व, दूसरे और तीसरे में 8-8, चौथे तथा पाँचवें में 18-18 और छठे में 32 तत्व हैं। एक ही समूह के तत्वों के सबसे बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, इसलिए उनका रासायनिक व्यवहार मिलता-जुलता रहता है, और इसी कारण समूहों के कुल-नाम हैं: समूह 1 क्षार धातुएँ, समूह 2 क्षारीय मृदा धातुएँ, समूह 17 हैलोजन और समूह 18 उत्कृष्ट गैसें। लैंथेनाइड और ऐक्टिनाइड सारणी के नीचे दो अलग पंक्तियों में रखे जाते हैं। भरे जा रहे उपकोश के आधार पर सारणी बाईं ओर s-खंड, दाईं ओर p-खंड, बीच में संक्रमण तत्वों का d-खंड और नीचे आंतरिक संक्रमण तत्वों का f-खंड में बँटती है।

याद रखने योग्य आवर्ती प्रवृत्तियाँ

किसी आवर्त में बाएँ से दाएँ चलने पर परमाणु त्रिज्या घटती है, क्योंकि बढ़ता नाभिकीय आवेश उसी कोश को भीतर खींचता है, जबकि विद्युत ऋणात्मकता तथा इलेक्ट्रॉन बंधुता बढ़ती है और धात्विक गुण घटता है। समूह में नीचे जाने पर हर चरण पर नया कोश जुड़ता है, इसलिए परमाणु त्रिज्या बढ़ती है, विद्युत ऋणात्मकता घटती है और धात्विक गुण बढ़ता है। फ्लुओरीन सर्वाधिक विद्युत ऋणात्मक तत्व है, इसीलिए वह हैलोजन समूह के शीर्ष पर है, और उत्कृष्ट गैसें रासायनिक रूप से निष्क्रिय हैं क्योंकि उनके सबसे बाहरी कोश पहले से पूर्ण हैं।