उतारा (प्र. क्र. 21 ते 25) : अणुसंरचना, रुदरफोर्डचा प्रयोग व बोरची प्रतिकृती डाल्टनच्या (1803) अणुसिद्धांतानुसार सर्व द्रव्य हे लहान लहान कणांनी बनलेले असते, ज्यांना 'अणू' म्हणतात आणि ते अविभाज्य असतात. सर जे. जे. थॉमसन (1867) यांनी मांडलेल्या 'प्लम पुडिंग' प्रतिकृतीमध्ये त्यांनी अशी कल्पना मांडली की, अणू हा धनप्रभारयुक्त जेलसारख्या भागात ऋणप्रभारयुक्त इलेक्ट्रॉन्स रोवलेला असतो. रुदरफोर्डने (1911) आपल्या सुवर्णपत्री प्रयोगाने थॉमसनची अणुप्रतिकृती मोडीत काढली. त्यांनी अतिशय पातळ सुवर्णपत्रीवर α-कणांचा (\(_2^4He\) केंद्रक) मारा केला आणि पुढील निरीक्षणे नोंदवली : बहुसंख्य α-कण सुवर्णपत्रीतून सरळ आरपार निघून गेले. काही α-कणांचे काही कोनांमधून विचलन झाले. फारच थोडे α-कण (सुमारे 20,000 पैकी एक) सुवर्णपत्रीवर आपटून स्त्रोताच्या दिशेने परत मागे फिरले. निष्कर्ष : अणूच्या केंद्रस्थानी अतिशय लहान, अतिशय दाट आणि धनप्रभारयुक्त 'केंद्रक' असते. नगण्य वस्तुमान असलेले ऋणप्रभारयुक्त इलेक्ट्रॉन्स केंद्रकाभोवती विशिष्ट अंतरावरील कक्षांमध्ये परिभ्रमण करत असतात. मर्यादा : गतिमान प्रभारित कणांनी सातत्याने ऊर्जा उत्सर्जित केली पाहिजे, ज्यामुळे ते हळूहळू केंद्रकाजवळ येऊन अखेर केंद्रकात कोसळतील; परंतु प्रत्यक्षात अणू स्थिर असतो. तसेच निश्चित कक्षांमधील इलेक्ट्रॉन्सचे वितरण आणि त्यांची ऊर्जा याचे स्पष्टीकरण रुदरफोर्ड देऊ शकले नाहीत. नोबेल पारितोषिक विजेते नील्स बोर (1922) यांनी रुदरफोर्डच्या प्रतिकृतीमध्ये पुढील सुधारणा केल्या : अनेक कक्षा असल्या तरी इलेक्ट्रॉन्स केवळ निश्चित ऊर्जा असणाऱ्या कक्षांमध्येच परिभ्रमण करतात. इलेक्ट्रॉन्स या निश्चित कक्षांमध्ये उडी मारू शकतात, परंतु ते मधल्या अवस्थेत सर्पिलाकार फिरू शकत नाहीत. या निश्चित कक्षांमध्ये संक्रमण करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन्सना विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा शोषून घ्यावी लागते किंवा उत्सर्जित करावी लागते. जे. चॅडविक (1932) यांनी केंद्रकामध्ये प्रोटॉनसोबत असणारा आणि प्रोटॉनइतकेच वस्तुमान असणारा प्रभाररहित कण 'न्यूट्रॉन' शोधून काढला. अशा प्रकारे अणूमध्ये केंद्रक असते, ज्यामध्ये न्यूक्लिऑन्स (प्रोटॉन्स व न्यूट्रॉन्स) असतात आणि इलेक्ट्रॉन्स त्यांच्याभोवती निश्चित कक्षांमध्ये फिरतात. हा विद्युतदृष्ट्या उदासीन अणू असतो, जो एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन्स गमावून धनआयन/कटायन (Mn+) बनवतो किंवा एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन्स स्वीकारून ऋणआयन/अनायन (Xn-) बनवतो. केंद्रकापासून निश्चित कक्षेचे अंतर वाढत जाते तसतसे कक्षांना किंवा कवचांना कवच क्रमांक n = 1, 2, 3, 4... दिला जातो आणि त्यांना अनुक्रमे K, L, M, N... कवच म्हटले जाते. प्रत्येक कवचातील इलेक्ट्रॉन्सची कमाल संख्या 2n2 या सूत्राने दिली जाते (जिथे n हा कवच क्रमांक आहे). अणुअंक 'Z' (प्रोटॉन्सची संख्या) आणि अणुवस्तुमानांक 'A' (न्यूक्लिऑन्सची संख्या) हे सांकेतिक रूपात पुढीलप्रमाणे दर्शविले जातात : \( m ^A_Z ext{Symbol of the element}\). प्र. 25. 'अ' गटातील घटकांना 'ब' गटात एकापेक्षा जास्त बरोबर पर्याय उपलब्ध असु शकतात. 'अ' गट 'ब' गट I. 10 इलेक्ट्रॉन्सअ. \(_{10}^{20}Ne\) II. 12 प्रोटॉन्स्‌ब. \(_{11}^{23}Na^\oplus\) III. 12 न्युट्रॉन्स्‌क. \(_{9}^{19}F^\ominus\) IV. 10 न्युट्रॉन्स्‌ड. \(_{12}^{24}Mg^{2 \oplus}\) पर्यायी उत्तरे :
EN
Passage (Q. 21 to 25) : Atomic Structure, Rutherford's Experiment & Bohr's Model
According to Dalton’s atomic theory (1803), "Matter is made of indivisible particles called atoms."
Sir J.J. Thomson (1867) in his plum pudding model proposed that atoms are made of negatively charged electrons embedded in a gel of positive charge. Rutherford (1911) overturned Thomson’s atomic model with his gold foil experiment. He beamed α-particles (\(_2^4He\) nucleus) on a thin gold foil and observed :
Most of the α-particles passed straight through the thin gold foil.
Some of the α-particles were deflected by some angle.
A very few α-particles bounced back towards the source.
Conclusions : An atom has a tiny, dense, positively charged core called the nucleus. Negatively charged constituents with negligible mass called electrons revolve around the nucleus at distances in paths called orbits.
Limitations : Electrons being moving charged particles should continuously emit energy, thus keep moving closer to the nucleus and finally drop into it. But this does not happen. And also distribution of electrons in the defined orbits and their energies remained unexplained.
Nobel prize winner Niels Bohr (1922) revised Rutherford’s model as follows :
Though there are many orbits, electrons are confined to only clearly defined orbits of fixed energies.
Electrons could jump between these defined orbits but could not freely spiral inwards or outwards in intermediate states.
Electrons must absorb or emit specific amounts of energy for transition between these defined orbits.
J. Chadwick (1932) discovered a neutral particle called the neutron present inside the nucleus along with the proton and having a mass same as that of a proton.
Thus an atom consists of a nucleus which contains nucleons (protons and neutrons), and electrons revolve around it in fixed orbits. This is an electrically neutral atom which can lose one or more electrons to form a cation (Mn+) or gain one or more electrons to form an anion (Xn-).
As the distance of a defined orbit increases from the nucleus, the orbits or shells are given shell numbers n = 1, 2, 3, 4,... and are respectively called K, L, M, N,... shells. The maximum number of electrons in each shell is given by 2n2, where n is the shell number.
The atomic number 'Z' (number of protons) and the mass number 'A' (number of nucleons) can be represented symbolically as : \(
m ^A_Z ext{Symbol of the element}\).
Q. 25. You may have more than one correct match in Group ‘B’ for each item in Group ‘A’.
Group 'A'
Group 'B'
I. 10 electronsa. \(_{10}^{20}Ne\)
II. 12 protonsb. \(_{11}^{23}Na^\oplus\)
III. 12 neutronsc. \(_{9}^{19}F^\ominus\)
IV. 10 neutronsd. \(_{12}^{24}Mg^{2 \oplus}\)
Alternative options :