यस पाठमा, हामी परमाणुको सन्दर्भमा इलेक्ट्रोनहरूको भूमिका र विशेषताहरू अन्वेषण गर्नेछौं। इलेक्ट्रोनहरू मौलिक कणहरू हुन् जसले तत्वहरूको रासायनिक गुणहरू निर्धारण गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। तिनीहरूको व्यवहार, वितरण, र अन्य आणविक घटकहरूसँग अन्तरक्रियामा delving गरेर, हामीले रसायन विज्ञान र भौतिक विज्ञानको आधारमा अन्तरदृष्टि प्राप्त गर्छौं।
इलेक्ट्रोनहरू नकारात्मक चार्ज भएका उप-परमाणविक कणहरू हुन्, जसलाई \(e^-\) द्वारा जनाइएको छ। तिनीहरू प्रोटोन र न्यूट्रोनको साथसाथै परमाणुको तीन मुख्य घटकहरू मध्ये एक हुन्। एटमको न्यूक्लियसमा बस्ने प्रोटोन र न्युट्रोनको विपरीत, इलेक्ट्रोनहरूले न्यूक्लियसलाई इलेक्ट्रोन शेल वा ऊर्जा स्तर भनिने क्षेत्रहरूमा परिक्रमा गर्छन्। इलेक्ट्रोनको द्रव्यमान प्रोटोन र न्यूट्रोनको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा सानो हुन्छ, लगभग \(\frac{1}{1836}\) प्रोटोनको द्रव्यमान। यो सानो द्रव्यमानले इलेक्ट्रोनहरूलाई परमाणुको द्रव्यमानमा नगण्य योगदानको बावजुद एटमको स्पेसको विशाल मात्रा ओगट्न अनुमति दिन्छ।
इलेक्ट्रोनहरू पाउली बहिष्करण सिद्धान्त, Aufbau सिद्धान्त, र Hund को नियम पछ्याउँदै परमाणुको ऊर्जा स्तर वा खोलहरूमा व्यवस्थित हुन्छन्। सबैभन्दा स्थिर कन्फिगरेसन प्राप्त हुन्छ जब इलेक्ट्रोनहरूले उच्चमा जान अघि सबैभन्दा कम ऊर्जा स्तरहरू भर्छन्। यो व्यवस्थाले परमाणुको रासायनिक गुणहरू निर्धारण गर्दछ, यसको प्रतिक्रियाशीलता र अन्य परमाणुहरूसँग बन्धन बनाउन सक्ने क्षमता सहित।
उदाहरण को लागी, हाइड्रोजन परमाणु, जसमा एक इलेक्ट्रोन छ, यो इलेक्ट्रोन को पहिलो शेल मा छ। आठ इलेक्ट्रोन भएको अक्सिजनको पहिलो शेलमा दुईवटा र दोस्रो शेलमा छवटा इलेक्ट्रोन हुन्छन्।
इलेक्ट्रोनहरूले रासायनिक बन्धनको गठनमा निर्णायक भूमिका खेल्छन्, अणुहरू वा यौगिकहरूमा परमाणुहरूलाई सँगै राख्ने अन्तरक्रियाहरू। त्यहाँ मुख्यतया तीन प्रकारका रासायनिक बन्धनहरू छन्: आयनिक, सहसंयोजक र धातु बन्डहरू, जसमा सबै इलेक्ट्रोनहरू समावेश छन्। एक आयनिक बन्डमा, इलेक्ट्रोनहरू एक परमाणुबाट अर्कोमा स्थानान्तरण हुन्छन्, परिणामस्वरूप सकारात्मक र नकारात्मक आयनहरू एकअर्कालाई आकर्षित गर्छन्। कोभ्यालेन्ट बन्डहरूले परमाणुहरू बीच इलेक्ट्रोन जोडीहरूको साझेदारी समावेश गर्दछ, जबकि धातु बन्डहरू इलेक्ट्रोनहरूको पूलिङद्वारा बनाइन्छ जुन धातु संरचनामा सार्न स्वतन्त्र हुन्छ।
परिभाषित पथ वा कक्षाहरूमा न्यूक्लियसलाई परिक्रमा गर्ने इलेक्ट्रोनहरूको अवधारणा पहिलो पटक निल्स बोहरले प्रस्ताव गरेका थिए। यद्यपि, आधुनिक क्वान्टम मेकानिक्सले अधिक सटीक विवरण प्रदान गर्दछ, अर्बिटलहरूको अवधारणाको परिचय दिन्छ। अर्बिटलहरू न्यूक्लियसको वरिपरि ठाउँको क्षेत्रहरू हुन् जहाँ इलेक्ट्रोनहरू फेला पार्न सकिन्छ। बोहर मोडेलको परिभाषित कक्षाहरूको विपरीत, क्वान्टम मेकानिक्सले सम्भावनाहरूको सन्दर्भमा इलेक्ट्रोन स्थितिहरू वर्णन गर्दछ। हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धान्तले इलेक्ट्रोनको सही स्थिति र वेग एकैसाथ निर्धारण गर्न असम्भव छ भनेर दाबी गर्दछ।
इलेक्ट्रोनहरूको यो क्वान्टम व्यवहार सरल हाइड्रोजन परमाणु भन्दा बाहिर परमाणुहरूको जटिल संरचनाहरू बुझ्नको लागि महत्त्वपूर्ण छ। ठूला परमाणुहरूमा इलेक्ट्रोनहरूले विभिन्न आकारहरू र ऊर्जा स्तरहरू भएका कक्षहरूको जटिल एरे ओगटेका छन्। यसमा s, p, d, र f orbitals समावेश छन्, प्रत्येक एक विशेषता आकार र इलेक्ट्रोनहरू समात्ने क्षमताको साथ।
भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनहरू परमाणुको बाहिरी शेलमा रहेका इलेक्ट्रोनहरू हुन्। तिनीहरूले परमाणुको रासायनिक गुणहरू र अन्य परमाणुहरूसँग अन्तरक्रिया गर्ने क्षमता निर्धारण गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनहरूको संख्या s र p ब्लकहरूको लागि आवधिक तालिकामा तत्वको समूह संख्यासँग मेल खान्छ। उदाहरण को लागी, समूह 1 मा तत्वहरुमा एक भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन छ, जबकि समूह 18 मा आठ भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन छ (हिलियम को बाहेक, जसमा दुई छ)।
भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनको कन्फिगरेसनले आवधिक तालिकामा अवलोकन गरिएको आवधिकतालाई बताउँछ, जहाँ एउटै समूहका तत्वहरूले समान रासायनिक व्यवहारहरू प्रदर्शन गर्छन्। यो किनभने तिनीहरूसँग समान संख्यामा भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनहरू छन्, जसले समान बन्धन विशेषताहरू र प्रतिक्रियाहरू निम्त्याउँछ।
इलेक्ट्रोनहरूले ऊर्जा अवशोषित गर्न सक्छन् र उच्च ऊर्जा स्तरहरूमा उफ्रन सक्छन् वा तल्लो ऊर्जा स्तरहरूमा खस्न सक्छन्, फोटनको रूपमा ऊर्जा उत्सर्जन गर्न सक्छन्। यो प्रक्रिया स्पेक्ट्रोस्कोपीको घटनाको लागि आधारभूत छ, जहाँ उत्सर्जित प्रकाश स्पेक्ट्रमलाई पदार्थको संरचना निर्धारण गर्न विश्लेषण गर्न सकिन्छ। यस संक्रमणको समयमा उत्सर्जित वा अवशोषित फोटोनको ऊर्जा समीकरण \(E = h\nu\) द्वारा दिइएको छ, जहाँ \(E\) फोटोनको ऊर्जा हो, \(h\) प्लाङ्कको स्थिरता हो, र \(\nu\) फोटोनको आवृत्ति हो।
यो सिद्धान्त हाइड्रोजन उत्सर्जन स्पेक्ट्रममा चित्रण गरिएको छ, जसमा ऊर्जा स्तरहरू बीचको इलेक्ट्रोनहरूको संक्रमणसँग सम्बन्धित धेरै रेखाहरू हुन्छन्। प्रत्येक संक्रमणले एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्यको फोटोन जारी गर्दछ, जसको परिणामस्वरूप हाइड्रोजनको लागि अद्वितीय रेखा स्पेक्ट्रम हुन्छ।
क्याथोड रे ट्यूब प्रयोग: यो इलेक्ट्रोनहरूको उपस्थिति प्रदर्शन गर्ने क्लासिक प्रयोग हो। क्याथोड रे ट्यूबमा कम चापमा ग्यासको माध्यमबाट विद्युतीय प्रवाह गुजर्दा मानव आँखाले देख्न सक्ने किरण उत्पन्न हुन्छ। यो किरण चुम्बकीय र विद्युतीय क्षेत्रहरु द्वारा विचलित भएको फेला पर्यो, नकारात्मक चार्ज कणहरु को उपस्थिति को सुझाव - पछि इलेक्ट्रोन को रूप मा पहिचान।
तेल ड्रप प्रयोग: रोबर्ट ए मिलिकन र हार्वे फ्लेचर द्वारा संचालित, यो प्रयोगले एकल इलेक्ट्रोनको चार्ज नाप्यो। साना तेलका थोपाहरू दुई चार्ज गरिएका प्लेटहरू बीच निलम्बित थिए, र प्रत्येक थोपामा चार्जको गणनाको लागि विद्युतीय क्षेत्रको प्रभावमा तिनीहरूको गतिलाई अनुमति दिइयो। यो प्रयोगले प्रारम्भिक चार्ज लगभग \(1.60 \times 10^{-19}\) कुलम्ब हुने निर्धारण गर्यो, विद्युतीय चार्जको परिमाणीकरण स्थापना गर्दै।
यस पाठमा, हामीले परमाणुको सन्दर्भमा इलेक्ट्रोनका आधारभूत पक्षहरू अन्वेषण गरेका छौं। ऊर्जा स्तरहरूमा तिनीहरूको वितरणदेखि रासायनिक बन्डहरू र क्वान्टम व्यवहारमा तिनीहरूको भूमिकासम्म, इलेक्ट्रोनहरू असंख्य गुणहरू र तत्वहरूको प्रतिक्रियाहरू बुझ्न आवश्यक छन्। इलेक्ट्रोनहरूले परमाणुहरू भित्र र अन्य परमाणुहरूसँग कसरी अन्तरक्रिया गर्छन् भन्ने कुरा थाहा पाउँदा अणुहरूको संरचनादेखि सामग्रीहरूको व्यवहारसम्म सबै कुराको व्याख्या गर्दै रसायन विज्ञान र भौतिक विज्ञानको विशाल क्षेत्रहरूको लागि आधार बनाउँछ।
