परमाणु संरचना और आवर्त सारणी: मॉडल और प्रवृत्तियाँ

सही उत्तर A, डेमोक्रिटस है। ईसा पूर्व पाँचवीं शताब्दी में कार्य करने वाले यूनानी दार्शनिक डेमोक्रिटस ने तर्क दिया कि पदार्थ को एक सीमा तक ही विभाजित किया जा सकता है, और उस सबसे छोटे अविभाज्य कण को उन्होंने एटोमोस कहा, जिससे एटम शब्द बना। उनका कथन दार्शनिक था, प्रायोगिक नहीं। विकल्प B गलत है क्योंकि जे. जे. थॉमसन ने 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज की और परमाणु का तरबूज मॉडल प्रस्तुत किया। विकल्प C गलत है क्योंकि अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग किया, नाभिक की खोज की और प्रोटॉन की पहचान की, परंतु यह शब्द उनसे बहुत पहले से प्रयोग में था। विकल्प D गलत है क्योंकि जॉन डाल्टन ने 1808 में पहला वैज्ञानिक परमाणु सिद्धांत दिया और पहले से चले आ रहे शब्द का ही प्रयोग किया, उसे गढ़ा नहीं।

सही उत्तर A, जे. चैडविक है। जेम्स चैडविक ने 1932 में बेरिलियम पर अल्फा कणों की बमबारी करके न्यूट्रॉन की खोज की और दिखाया कि उससे निकली विकिरण में उदासीन कण थे, जिनका द्रव्यमान प्रोटॉन के लगभग बराबर था। इस खोज से यह समझ आया कि परमाणु का द्रव्यमान उसके प्रोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के कुल द्रव्यमान से अधिक क्यों होता है। विकल्प B गलत है क्योंकि ई. गोल्डस्टीन ने कैनाल किरणों की खोज की, जो धन आवेश ले जाती थीं और जिनसे प्रोटॉन की पहचान हुई। विकल्प C गलत है क्योंकि नील्स बोर ने वह मॉडल दिया जिसमें इलेक्ट्रॉन नियत अनुमत कोशों में ऊर्जा छोड़े बिना घूमते हैं। विकल्प D गलत है क्योंकि अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने अल्फा कण प्रकीर्णन से नाभिक की खोज की थी और उन्होंने केवल यह भविष्यवाणी की थी कि कोई उदासीन कण होना चाहिए।

सही उत्तर D, लगभग सारा द्रव्यमान और धन आवेश एक अत्यंत छोटे नाभिक में है है। अधिकांश अल्फा कण पन्नी से सीधे निकल गए, कुछ थोड़े कोणों पर मुड़े और लगभग बीस हजार में एक वापस लौट आया। रदरफोर्ड ने इसका अर्थ यह निकाला कि परमाणु का अधिकांश भाग खाली है, उसका धन आवेश तथा लगभग सारा द्रव्यमान एक बहुत छोटे केंद्रीय नाभिक में भरा है, और इलेक्ट्रॉन उसके चारों ओर घूमते हैं। विकल्प A गलत है क्योंकि वह थॉमसन का तरबूज मॉडल है, जिसे इस प्रयोग ने असत्य सिद्ध किया। विकल्प B गलत है क्योंकि अविभाज्यता डाल्टन की परिकल्पना थी, जो इलेक्ट्रॉन की खोज से पहले ही टूट गई थी। विकल्प C गलत है क्योंकि नियत अनुमत कक्षाएँ बाद में बोर के साथ आईं, जिन्होंने उन्हें रदरफोर्ड के मॉडल की अस्थिरता दूर करने के लिए प्रस्तुत किया।

सही उत्तर C, 18 है। कोश की क्षमता 2n वर्ग सूत्र से मिलती है, जहाँ n नाभिक से बाहर की ओर गिनी गई कोश संख्या है। M कोश तीसरा है, इसलिए उसकी क्षमता 2 गुणा 3 का वर्ग, अर्थात 18 है। विकल्प A गलत है क्योंकि 8 दूसरे अर्थात L कोश की क्षमता है, और यही वह अधिकतम संख्या भी है जो सबसे बाहरी कोश में रह सकती है, जो एक भिन्न नियम है। विकल्प B गलत है क्योंकि 2 पहले अर्थात नाभिक के सबसे निकट K कोश की क्षमता है। विकल्प D गलत है क्योंकि 32 चौथे अर्थात N कोश की क्षमता है। ध्यान दें कि कैल्सियम जैसे परमाणु में M कोश 8 पर रुक जाता है क्योंकि उस अवस्था में वह सबसे बाहरी कोश है, परंतु इससे उसकी पूरी क्षमता 18 नहीं बदलती।

सही उत्तर D, पहला समूह है। क्षार धातुएँ लिथियम, सोडियम, पोटैशियम, रुबिडियम, सीजियम और फ्रैंसियम हैं। इनमें से प्रत्येक के सबसे बाहरी कोश में एक ही इलेक्ट्रॉन होता है, जिसे वह सरलता से खोकर धन आयन बनाती है, इसलिए वे आधुनिक आवर्त सारणी के समूह 1 में रखी जाती हैं। ये मृदु और अत्यधिक क्रियाशील धातुएँ हैं, जिनके ऑक्साइड तथा हाइड्रॉक्साइड प्रबल क्षारीय विलयन देते हैं, और यहीं से इस कुल का नाम आया है। विकल्प A गलत है क्योंकि समूह 2 में क्षारीय मृदा धातुएँ हैं, जैसे बेरिलियम, मैग्नीशियम और कैल्सियम, जिनके बाहरी कोश में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। विकल्प B गलत है क्योंकि समूह 18 में उत्कृष्ट गैसें हैं, जो निष्क्रिय हैं क्योंकि उनके बाहरी कोश पूर्ण हैं। विकल्प C गलत है क्योंकि समूह 3 से d-खंड के संक्रमण तत्व आरंभ होते हैं, जिनमें पहला स्कैंडियम है।

सही उत्तर A, फ्लुओरीन है। विद्युत ऋणात्मकता किसी परमाणु की वह प्रवृत्ति है जिससे वह साझा इलेक्ट्रॉन युग्म को अपनी ओर खींचता है। यह आवर्त में बाएँ से दाएँ बढ़ती है, क्योंकि नाभिकीय आवेश बढ़ता है, और समूह में नीचे जाने पर घटती है, क्योंकि हर नया कोश बाहरी इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से दूर कर देता है। फ्लुओरीन समूह 17 के शीर्ष पर है और सबसे छोटा हैलोजन है, इसलिए वह साझा युग्म को सबसे कसकर पकड़ता है और सभी तत्वों में सर्वाधिक विद्युत ऋणात्मक है, जिसका मान पॉलिंग मापक्रम पर लगभग 4.0 है। विकल्प B, C और D गलत हैं क्योंकि ब्रोमीन, आयोडीन और क्लोरीन सभी उसी समूह में फ्लुओरीन के नीचे हैं, और नीचे जाने पर विद्युत ऋणात्मकता घटती है, अर्थात क्रम फ्लुओरीन, फिर क्लोरीन, फिर ब्रोमीन, फिर आयोडीन है।

सही उत्तर B, परमाणु संख्या है। हेनरी मोजले ने 1913 में तत्वों से निकलने वाली एक्स किरणों की आवृत्तियों से दिखाया कि तत्व का अधिक मूल गुण उसकी परमाणु संख्या है, अर्थात नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या। इसलिए आवर्त नियम फिर से कहा गया: तत्वों के गुण उनकी परमाणु संख्याओं के आवर्त फलन हैं। विकल्प A गलत है क्योंकि परमाणु द्रव्यमान मेंडलीव के 1869 के नियम का आधार था, जो समस्थानिकों को स्थान न दे सका और जिसमें कोबाल्ट तथा निकल जैसी जोड़ियों को द्रव्यमान क्रम से बाहर रखना पड़ा। विकल्प C गलत है क्योंकि घनत्व एक भौतिक गुण है, जिसमें इस प्रकार का कोई सरल आवर्ती क्रम नहीं दिखता। विकल्प D गलत है क्योंकि संयोजकता इलेक्ट्रॉन व्यवस्था से निकलती है और इसलिए वह स्वयं परमाणु संख्या का परिणाम है, नियम का आधार नहीं।

सही उत्तर B, थोरियम है। जॉन न्यूलैंड्स ने 1866 में ज्ञात छप्पन तत्वों को बढ़ते परमाणु द्रव्यमान के क्रम में रखा, जिसकी शुरुआत सबसे हल्के हाइड्रोजन से और समाप्ति छप्पनवें तत्व थोरियम पर हुई। उन्होंने देखा कि प्रत्येक आठवें तत्व के गुण पहले तत्व जैसे थे, और संगीत के स्वरक्रम के आधार पर इस प्रतिरूप को अष्टक नियम कहा। नए तत्वों की खोज के बाद यह नियम असफल हो गया, क्योंकि उस व्यवस्था में उनके लिए स्थान शेष नहीं था। विकल्प A गलत है क्योंकि रेडियम की खोज मेरी और पियरे क्यूरी ने 1898 में, न्यूलैंड्स की सारणी के बहुत बाद की। विकल्प C गलत है क्योंकि लोहा इस व्यवस्था के बीच में आता है, उसके अंत में नहीं। विकल्प D गलत है क्योंकि रोडियम भी पहले के तत्वों के बीच है और उनकी सूची में अंतिम नहीं था।

सही उत्तर C, 7 आवर्त और 18 समूह है। आधुनिक आवर्त सारणी में सात क्षैतिज पंक्तियाँ हैं, जिन्हें आवर्त कहते हैं, और अठारह ऊर्ध्व स्तंभ, जिन्हें समूह कहते हैं। पहले आवर्त में केवल दो तत्व हैं, दूसरे तथा तीसरे में आठ-आठ, चौथे और पाँचवें में अठारह-अठारह तथा छठे में बत्तीस, जबकि लैंथेनाइड और ऐक्टिनाइड नीचे दो अलग पंक्तियों में दिखाए जाते हैं। विकल्प A गलत है क्योंकि इसमें दोनों संख्याएँ उलट दी गई हैं। विकल्प B गलत है क्योंकि अठारह समूहों की संख्या है, आवर्तों की नहीं। विकल्प D गलत है क्योंकि आठ समूह मेंडलीव की पुरानी सारणी में थे, जिसमें आठ ऊर्ध्व स्तंभ थे; अठारह समूह वाला रूप आधुनिक सारणी के दीर्घ रूप के साथ आया, जिसमें एक समूह के तत्वों के सबसे बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है। एक उपयोगी जाँच यह है कि दोनों संख्याओं में सात सदा छोटी होती है, क्योंकि सारणी अपनी ऊँचाई से अधिक चौड़ी है।

सही उत्तर A, परमाणु संख्या समान, द्रव्यमान संख्या भिन्न है। समस्थानिक एक ही तत्व के परमाणु होते हैं, इसलिए उनमें प्रोटॉनों की संख्या और अतः परमाणु संख्या समान होती है, परंतु उनमें न्यूट्रॉनों की संख्या भिन्न होती है, जिससे उनकी द्रव्यमान संख्या अलग हो जाती है। हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक हैं, प्रोटियम, ड्यूटीरियम और ट्राइटियम, तथा क्लोरीन प्रकृति में क्लोरीन-35 और क्लोरीन-37 के रूप में मिलती है। विकल्प B गलत है क्योंकि समान द्रव्यमान संख्या पर भिन्न परमाणु संख्या वाले परमाणु समभारिक कहलाते हैं, जैसे आर्गन-40 और कैल्सियम-40। विकल्प C गलत है क्योंकि समान न्यूट्रॉन पर भिन्न प्रोटॉन वाले परमाणु समन्यूट्रॉनिक कहलाते हैं। विकल्प D गलत है क्योंकि समान प्रोटॉन और समान न्यूट्रॉन वाले परमाणु एक ही समस्थानिक के एक जैसे परमाणु ही हैं, आपस में समस्थानिक नहीं। चूँकि समस्थानिकों में अंतर केवल न्यूट्रॉनों का है, इसलिए उनका रासायनिक व्यवहार समान रहता है और घनत्व तथा रेडियोसक्रियता जैसे भौतिक गुणों में अंतर आता है।

सही उत्तर B, जे. जे. थॉमसन है। 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद जे. जे. थॉमसन ने परमाणु को धन आवेश के ऐसे गोले के रूप में देखा जिसमें ऋण आवेशित इलेक्ट्रॉन धँसे हैं, और इस चित्र की तुलना अक्सर तरबूज में बीजों से की जाती है। इससे यह समझ आया कि परमाणु विद्युत रूप से उदासीन क्यों है, परंतु इसमें नाभिक नहीं था और यह रदरफोर्ड के प्रकीर्णन प्रयोग के सामने टिक नहीं सका। विकल्प A गलत है क्योंकि जॉन डाल्टन के 1808 के सिद्धांत में परमाणु अविभाज्य माना गया और उसमें कोई आंतरिक रचना ही नहीं थी। विकल्प C गलत है क्योंकि रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी के प्रयोग के बाद इस मॉडल के स्थान पर नाभिकीय मॉडल रखा। विकल्प D गलत है क्योंकि नील्स बोर ने इसके बाद रदरफोर्ड के नाभिक में नियत अनुमत कोश जोड़े, जिससे परमाणु के स्थायित्व की व्याख्या हो सके।

सही उत्तर C, स्कैंडियम, गैलियम और जर्मेनियम है। मेंडलीव ने 1869 में तत्वों को बढ़ते परमाणु द्रव्यमान के क्रम में रखा और वहाँ स्थान खाली छोड़े जहाँ उनके प्रतिरूप के अनुसार कोई अभी अज्ञात तत्व होना चाहिए था। उन्होंने उनमें से तीन का द्रव्यमान, घनत्व तथा यौगिक पहले ही बता दिए और उन्हें एका-बोरॉन, एका-ऐलुमिनियम तथा एका-सिलिकॉन कहा, और जब स्कैंडियम, गैलियम और जर्मेनियम खोजे गए तो वे उनके विवरण से बहुत मिलते निकले, जिससे आवर्त नियम को व्यापक स्वीकृति मिली। विकल्प A गलत है क्योंकि सोडियम, पोटैशियम और कैल्सियम 1869 से बहुत पहले से ज्ञात थे। विकल्प B गलत है क्योंकि कोबाल्ट, निकल और ताँबा भी ज्ञात थे, और कोबाल्ट तथा निकल वही जोड़ी थी जिसे उन्हें कड़े द्रव्यमान क्रम से बाहर रखना पड़ा। विकल्प D गलत है क्योंकि रेडियम, रेडॉन और रीनियम बहुत बाद में मिले और उनकी तीन भविष्यवाणियों में नहीं थे।