अणुओं में परमाणुओं के कनेक्शन का मॉडल

पिछले प्रकाशन को शब्द "क्यों यहाँ इस तरह की प्रारंभिक बातें पोस्ट करें" के साथ एक नकारात्मक मूल्यांकन प्राप्त हुआ। इसलिए, मैं तुरंत चेतावनी देता हूं कि यह सामग्री मुख्य रूप से स्कूली बच्चों के लिए है जो रसायन विज्ञान का अध्ययन करना शुरू करते हैं। और उन लोगों के लिए भी जो अपने स्कूल के वर्षों में इस विषय को नहीं समझते थे। मैं स्कूली बच्चों के लिए एक लोकप्रिय विशेष संसाधन पर एक लेख पोस्ट करूंगा यदि यह अस्तित्व में है।

और हाँ, मैं एक परमाणु मॉडल के अस्तित्व से अवगत हूं जिसमें इलेक्ट्रॉन नाभिक के पास स्थित एक संभाव्यता तरंग है। लेकिन, एक नियम के रूप में, एक छात्र के लिए यह कल्पना करना मुश्किल है कि अणु में परमाणुओं को कैसे संयोजित किया जा सकता है। इसलिए, मैं "उंगलियों पर" बताता हूं।

अणुओं में परमाणुओं का संबंध

हमारी दुनिया अलग-अलग परमाणुओं के रूप में मौजूद नहीं है, वे किसी तरह एक दूसरे से जुड़ते हैं। कौन सा?

दो हाइड्रोजन परमाणु लें। उनमें से प्रत्येक में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए इन परमाणुओं में से प्रत्येक का कुल प्रभार शून्य है।

लटकन कानून

F = k * q1 * q2 / r ^ 2

हमें बताता है कि तटस्थ निकायों को एक दूसरे के प्रति आकर्षित नहीं होना चाहिए

(q1 = 0, q2 = 0) ।

तो, हाइड्रोजन (और किसी भी अन्य रासायनिक तत्व) को केवल परमाणुओं के रूप में मौजूद होना चाहिए, और कभी भी अणुओं में संयोजित नहीं होना चाहिए। वास्तव में, हाइड्रोजन परमाणु हमेशा जोड़े में संयोजित होते हैं। क्यों?

चलो धातु के दो टुकड़े लेते हैं, और उन्हें एक दूसरे से थोड़ी दूरी पर समानांतर में व्यवस्थित करते हैं।



दोनों खंडों में समान प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या होती है, इसलिए, उनमें से प्रत्येक का कुल प्रभार शून्य के बराबर है। इसलिए, उनके पास आपसी आकर्षण का कोई कारण नहीं है।

हम जानते हैं कि धातुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉनों का एक हिस्सा अपने परमाणुओं को छोड़ देता है और धातु के क्रिस्टल जाली के आयनों (परित्यक्त परमाणुओं) के बीच स्वतंत्र रूप से चलता है। और इन इलेक्ट्रॉनों को वितरित किया जाता है, औसतन, समान रूप से।

कल्पना कीजिए कि हम किसी तरह इन मुक्त इलेक्ट्रॉनों के हिस्से को धातु के निचले खंड के बाईं ओर ले जाने में कामयाब रहे। इसके अलावा, इसके दाहिने हिस्से में इलेक्ट्रॉनों की कमी होगी।



हमें तथाकथित द्विध्रुवीय मिला: खंड के बाईं ओर नकारात्मक चार्ज किया गया है, दाईं ओर सकारात्मक है। बहुत बढ़िया। और ऊपरी खंड में क्या होगा? हम जानते हैं कि समान शुल्क एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, जबकि विपरीत वाले आकर्षित होते हैं। नतीजतन, ऊपरी खंड के इलेक्ट्रॉनों, निचले खंड के इलेक्ट्रॉनों के विद्युत क्षेत्रों से शुरू होकर, दाईं ओर जाएंगे। अर्थात्, धातुओं के इन दो खंडों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण की तस्वीर एक दर्पण बन जाएगी:



पड़ोसी वस्तुओं पर आवेशित वस्तुओं के इस प्रभाव को, उन पर लगे आरोपों के पुनर्वितरण के लिए अग्रणी, इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन कहा जाता है।

अब सबसे दिलचस्प बात: ऊपरी खंड के बाईं ओर सकारात्मक रूप से चार्ज परमाणु नाभिक निचले खंड के बाईं ओर में विपरीत इलेक्ट्रॉनों को एकत्र किया गया था। और विपरीत आरोप आकर्षित होते हैं। तो, सेगमेंट के बाएं हिस्से एक-दूसरे को आकर्षित करना शुरू कर देंगे!

खंडों के दाईं ओर एक ही बात होगी - केवल प्रतिबिंबित। और खंडों के दाहिने छोर भी एक दूसरे के लिए आकर्षित होंगे। कमाल है, है ना? कंडक्टरों के एक सेगमेंट के अंदर आरोपों का पुनर्वितरण इन दो सेगमेंट के आपसी आकर्षण का कारण बना है!

लेकिन अगर हम अब निचले खंड के मुक्त इलेक्ट्रॉनों को उसके दाहिने छोर पर ले जाएं तो क्या होगा? फिर ऊपरी खंड के मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बाएं छोर पर ले जाया जाएगा। यही है, एक खंड में आगे और पीछे इलेक्ट्रॉनों को घुमाते हुए, हम पड़ोसी खंड के इलेक्ट्रॉनों को बनाते हैं, जो किसी भी तरह से पहले से जुड़ा नहीं है! किसी कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों की गति पर आसन्न कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों की गति के ऐसे प्रभाव को इलेक्ट्रोडायनामिक इंडक्शन कहा जाता है।

हालांकि यह हमारे विषय पर लागू नहीं होता है, हम ध्यान दें कि हमने कुछ हद तक सरल रूप में अध्ययन किया है कि रेडियो प्रसारण के दौरान एंटीना और रिसीवर कैसे काम करते हैं।
हम धातु के इन दो टुकड़ों को अलग-अलग तरीके से व्यवस्थित कर सकते हैं - एक दूसरे का सामना करने वाले छोरों के साथ:



यदि हम इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, बाएं खंड के दाईं ओर, उन से शुरू होने वाले दाएं खंड के इलेक्ट्रॉनों, भी दाएं खंड के दाईं ओर जाएंगे:



और इस मामले में, धातु के ये दो टुकड़े एक-दूसरे को आकर्षित करना शुरू कर देंगे, क्योंकि उनके समीपस्थ छोर पर विपरीत चार्ज होता है। यह विशेष रूप से ध्यान दिया जाना चाहिए कि खंडों की व्यवस्था के दूसरे संस्करण में, उनके पारस्परिक आकर्षण का बल कमजोर होगा, क्योंकि केवल उनके विपरीत छोर आकर्षित होते हैं, जबकि खंडों की व्यवस्था के पहले संस्करण में, बाएं और दाएं दोनों एक दूसरे के लिए आकर्षित होते हैं। समाप्त होता है।

लेकिन यह परमाणुओं के संबंध से कैसे संबंधित है? आइए हाइड्रोजन परमाणु को देखें। इसमें नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन घूम रहा है। और अगर दूसरा हाइड्रोजन परमाणु पास में है, तो यह इलेक्ट्रॉन पड़ोसी के इलेक्ट्रॉन को उसी तरह से स्थानांतरित करने का कारण होगा जैसे वे हमारे धातु खंडों में चले गए थे - जबकि परमाणुओं में से एक का इलेक्ट्रॉन अपने परमाणु के नाभिक के एक तरफ है, पड़ोसी को अपने परमाणु के विपरीत तरफ होने के लिए मजबूर किया जाएगा।

यहां, निश्चित रूप से, प्रभाव एकतरफा नहीं है, लेकिन पारस्परिक है - दोनों पहले इलेक्ट्रॉन दूसरे को प्रभावित करते हैं, और दूसरा पहले को प्रभावित करता है। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इन दोनों परमाणुओं को उसी तरह आकर्षित किया जाएगा जैसे धातु के दो टुकड़े उनकी पारस्परिक व्यवस्था के दूसरे संस्करण में आकर्षित हुए थे (एक दूसरे का सामना करना पड़ रहा है)।

सार समान है: इलेक्ट्रॉनों को एक-दूसरे से दूर रखा जाता है, जिससे विपरीत चार्ज एक-दूसरे को आकर्षित करने की अनुमति देते हैं। कल्पना करें कि परमाणुओं में से एक का इलेक्ट्रॉन दो पड़ोसी परमाणुओं के नाभिक के बीच था, जबकि पड़ोसी परमाणु का इलेक्ट्रॉन कक्षा के विपरीत, दूरस्थ बिंदु पर था:



अब हमारे पास एक नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन है जो दो धनात्मक आवेशित परमाणु नाभिकों के बीच स्थित है। दोनों परमाणुओं के नाभिक इस इलेक्ट्रॉन के प्रति आकर्षित होते हैं। इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन वर्तमान में दो परमाणुओं को बांधता है।

परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी नाभिक के प्रत्येक से उनके बीच स्थित इलेक्ट्रॉन से दूरी से अधिक होती है। और हमें याद है कि आरोपों के परस्पर क्रिया का बल उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, फिलहाल, नाभिक के आकर्षण का बल नाभिक के पारस्परिक प्रतिकर्षण से अधिक होता है।

लेकिन इलेक्ट्रॉनों लगातार बढ़ रहे हैं, और इसलिए थोड़ी देर के बाद पहला इलेक्ट्रॉन नाभिक के बीच की जगह छोड़ देता है, लेकिन दूसरा इलेक्ट्रॉन वहां चलता है। इस समय, बांधने की भूमिका दूसरे परमाणु के इलेक्ट्रॉन तक जाती है (नीचे दिए गए आंकड़े में पल 3)।



ध्यान दें कि आंकड़े 2 और 4 में दिखाए गए समय बिंदुओं पर, परमाणुओं के नाभिक के बीच कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। इन क्षणों में, नाभिक एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। इस कारण से, परमाणुओं के बीच की दूरी बदलती है - यह नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के रोटेशन के दौरान लगातार बदलता रहता है, लेकिन इसकी औसत लंबाई, जिसे बंधन लंबाई कहा जाता है, संरक्षित है। बांड की लंबाई - परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी - एक अणु में संयुक्त परमाणुओं के प्रत्येक जोड़ी के लिए व्यक्तिगत है।

गठित हाइड्रोजन अणु में इन दो परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों ने यथासंभव धातु के खंडों में किए जाने की कोशिश की। इसके कारण, उनका तुल्यकालन होता है - नाभिक के चारों ओर प्रत्येक क्रांति पर एक दूसरे के सापेक्ष उनका स्थान लगभग समान होता है।

यह कुछ हद तक वाल्ट्ज के सामूहिक प्रदर्शन की याद दिलाता है, जब जोड़े एक ही गति से घूमते हैं ताकि न तो महिलाओं और न ही सज्जनों को एक-दूसरे के बगल में हो, लेकिन हमेशा वैकल्पिक:



यह लेख "क्लीयर केमिस्ट्री" पुस्तक का एक अंश है।

पवित्र अनिश्चितता और पवित्र संभावना

क्वांटम सिद्धांत का दावा है कि अंतरिक्ष में एक इलेक्ट्रॉन की सटीक जगह और इसकी गति (इसकी गति की दिशा और गति) को एक साथ निर्धारित करना असंभव है। इसलिए, यह माना जाता है कि एक परमाणु के नाभिक के आसपास कुछ निश्चित स्थान (क्षेत्र) होते हैं, जिसमें एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने की संभावना अधिक होती है। इन क्षेत्रों को इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स कहा जाता है।

यह सिद्धांत घरेलू उदाहरण पर व्याख्या करना मुश्किल नहीं है। मान लीजिए आप एक अपार्टमेंट में रहते हैं जिसमें एक बेडरूम, एक रसोईघर और एक बाथरूम है। यदि आप बेडरूम में 90% समय, रसोई में समय का 8% और बाथरूम में 2% समय बिताते हैं, तो आपके कक्षीय को बेडरूम और रसोईघर माना जा सकता है, क्योंकि बाथरूम में आपको खोजने की संभावना बहुत कम है। समय में विभिन्न बिंदुओं पर आप की 100 टिप्पणियों के बाद, पर्यवेक्षक आपको बेडरूम में 90 मामलों में और रसोई में 8 मामलों में आपको ढूंढने की संभावना है। और इन आंकड़ों से यह आपके निवास के क्षेत्र के बारे में एक निष्कर्ष पर आएगा।

अब इस बारे में कि अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन का स्थान और उसकी गति, और गति की दिशा को एक साथ निर्धारित करना असंभव क्यों है। यह और भी आसान है। तथ्य यह है कि गति को केवल तय किए गए दूरी के एक निश्चित खंड पर मापा जा सकता है। इस खंड की लंबाई को उस समय तक विभाजित करना जिसके द्वारा यह पारित हुआ है, हम आंदोलन की गति का पता लगा सकते हैं। लेकिन हम अंतरिक्ष के एक खंड को शरीर का स्थान नहीं मान सकते। स्थान शरीर का सटीक समन्वय है।

एक अंधेरे कमरे में उड़ने वाली उड़ान की कल्पना करो। कमरे को बहुत कम प्रकाश की रोशनी के साथ रोशन करके, हम उस स्थान को देख सकते हैं जहां वर्तमान में मक्खी स्थित है। लेकिन यह समझने के लिए कि यह कहाँ और किस गति से उड़ता है, हमें अधिक समय तक प्रकाश चालू रखना होगा। फिर हम समय के साथ मक्खी की स्थिति में बदलाव देखेंगे और इस बदलाव की गति का अनुमान लगा पाएंगे। लेकिन इस मामले में, हम अब उस सटीक स्थान का संकेत नहीं दे सकते हैं जहां मक्खी अपनी गति को मापने के दौरान थी, क्योंकि इस समय के दौरान यह एक निश्चित दूरी पर चली गई थी। यह अनिश्चितता सिद्धांत का पूरा बिंदु है।

परमाणु नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन बहुत तेजी से गति की गति और दिशा बदल देते हैं, इसलिए यह कहना असंभव है कि वे निश्चित समय पर कहां हैं और वे कहां जा रहे हैं।

और ऊपर चर्चा किए गए मॉडल में, इलेक्ट्रॉन एक घड़ी में तीर की तरह चलते हैं। और यह पवित्र अनिश्चितता और पवित्र संभावना के अनुयायियों के धर्मी क्रोध का कारण नहीं बन सकता है।

हालांकि, यह तथ्य कि हम यह नहीं कह सकते हैं कि यह या वह इलेक्ट्रॉन कहां स्थित है, और इसमें से कौन से परमाणु "के अंतर्गत आता है", परमाणु बंधन के इलेक्ट्रोस्टैटिक तंत्र को बिल्कुल नहीं बदलता है। उनके बीच एक इलेक्ट्रॉन रखकर दो प्रोटॉन को बांधना असंभव है। कोई भी संभावना या अनिश्चितता परमाणुओं को एक अणु में नहीं जोड़ सकती है। और यह आणविक हाइड्रोजन आयन H2 + को पूरी तरह से प्रदर्शित करता है। इस आयन में न तो एक इलेक्ट्रॉन संदेह है, और न ही युग्मित इलेक्ट्रॉनों के मोच का मुआवजा, और न ही इलेक्ट्रॉन बादलों के ओवरलैप, हालांकि, यह आयन मौजूद है और स्थिर है।

इसके अलावा, यह मत भूलो कि यह सिर्फ एक मॉडल है, और इसकी "व्याख्यात्मक" क्षमताएं सीमित हैं, जैसा कि किसी अन्य मॉडल की क्षमताएं हैं। उदाहरण के लिए, यह (ऐसा लगता है) यह नहीं समझाता है कि हाइड्रोजन परमाणु लंबी श्रृंखलाओं जैसे एच 3, एच 4, आदि में क्यों नहीं शामिल हो सकते हैं।

हालांकि, हम यह मान सकते हैं कि हाइड्रोजन अणुओं में इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स अणु के केंद्र में विस्थापित हो जाते हैं, वे इसके सिरों से "प्रोट्रूड" नहीं करते हैं, और इसलिए पड़ोसी हाइड्रोजन अणु इलेक्ट्रॉन तुल्यकालन तंत्र का उपयोग करके एक दूसरे से चिपक नहीं पाते हैं।