যুগে যুগে একটি পরমাণুর সাথে - অংশ 3

রাদারফোর্ডের পরমাণুর গ্রহের মডেল থমসনের "কিশমিশ পুডিং" এর চেয়ে বাস্তবতার কাছাকাছি ছিল। যাইহোক, এই ধারণার জীবন মাত্র দুই বছর স্থায়ী হয়েছিল, তবে উত্তরসূরি সম্পর্কে কথা বলার আগে, এটি পরবর্তী পারমাণবিক রহস্য উন্মোচন করার সময়।

1. হাইড্রোজেন আইসোটোপ: স্থিতিশীল প্রোট এবং ডিউটেরিয়াম এবং তেজস্ক্রিয় ট্রিটিয়াম (ছবি: ব্রুসব্লাস/উইকিমিডিয়া কমন্স)।

পারমাণবিক তুষারপাত

তেজস্ক্রিয়তার ঘটনার আবিষ্কার, যা পরমাণুর রহস্য উন্মোচনের সূচনা করে, প্রাথমিকভাবে রসায়নের ভিত্তি - পর্যায়ক্রমিকতার নিয়মকে হুমকির মুখে ফেলেছিল। অল্প সময়ের মধ্যে, কয়েক ডজন তেজস্ক্রিয় পদার্থ সনাক্ত করা হয়েছিল। বিভিন্ন পারমাণবিক ভর থাকা সত্ত্বেও তাদের মধ্যে কিছুর একই রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ছিল, যখন অন্যদের, একই ভর সহ, ভিন্ন বৈশিষ্ট্য ছিল। তদুপরি, পর্যায় সারণির যে এলাকায় তাদের ওজনের কারণে তাদের স্থাপন করা উচিত ছিল, সেখানে তাদের সবাইকে বসানোর জন্য পর্যাপ্ত ফাঁকা জায়গা ছিল না। আবিষ্কারের তুষারপাতের কারণে পর্যায় সারণী হারিয়ে গেছে।

2. জে.জে. থম্পসনের 1911 ভর স্পেকট্রোমিটারের প্রতিরূপ (ছবি: জেফ ডাহল/উইকিমিডিয়া কমন্স)

পারমাণবিক নিউক্লিয়াস

এটি 10-100 হাজার। সমগ্র পরমাণুর চেয়ে গুন ছোট। যদি একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াসকে 1 সেন্টিমিটার ব্যাসের একটি বলের আকারে বড় করা হয় এবং একটি ফুটবল মাঠের কেন্দ্রে স্থাপন করা হয়, তাহলে একটি ইলেকট্রন (পিনহেডের চেয়ে ছোট) একটি গোলের কাছাকাছি থাকবে। (50 মিটারের বেশি)।

একটি পরমাণুর প্রায় পুরো ভর নিউক্লিয়াসে কেন্দ্রীভূত হয়, উদাহরণস্বরূপ, সোনার জন্য এটি প্রায় 99,98%। 19,3 টন ওজনের এই ধাতুর একটি ঘনক কল্পনা করুন। সব পরমাণুর নিউক্লিয়াস সোনার মোট আয়তন 1/1000 মিমি 3 এর কম (0,1 মিমি এর কম ব্যাস সহ একটি বল)। অতএব, পরমাণু ভয়ঙ্করভাবে খালি। পাঠকদের অবশ্যই বেস উপাদানের ঘনত্ব গণনা করতে হবে।

ফ্রেডরিক সডি 1910 সালে এই সমস্যার সমাধান খুঁজে পান। তিনি আইসোটোপের ধারণা প্রবর্তন করেন, অর্থাৎ একই উপাদানের বৈচিত্র্য যা তাদের পারমাণবিক ভরের মধ্যে পৃথক (1)। এইভাবে, তিনি ডাল্টনের আরেকটি অনুমান নিয়ে প্রশ্ন তোলেন - সেই মুহুর্ত থেকে, একটি রাসায়নিক উপাদান আর একই ভরের পরমাণু নিয়ে গঠিত হওয়া উচিত নয়। আইসোটোপিক হাইপোথিসিস, পরীক্ষামূলক নিশ্চিতকরণের পরে (গণ স্পেকট্রোগ্রাফ, 1911), কিছু উপাদানের পারমাণবিক ভরের ভগ্নাংশের মান ব্যাখ্যা করাও সম্ভব করেছে - তাদের বেশিরভাগই অনেকগুলি আইসোটোপের মিশ্রণ এবং আণবিক ভর তাদের সকলের ভরের ওজনযুক্ত গড় (2)।

কার্নেল উপাদান

রাদারফোর্ডের আরেকজন ছাত্র, হেনরি মোসেলি, 1913 সালে পরিচিত উপাদান দ্বারা নির্গত এক্স-রে অধ্যয়ন করেছিলেন। জটিল অপটিক্যাল বর্ণালী থেকে ভিন্ন, এক্স-রে বর্ণালী খুবই সহজ - প্রতিটি উপাদান মাত্র দুটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্গত করে, যার তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহজেই তার পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চার্জের সাথে সম্পর্কযুক্ত।

3. মোসেলি দ্বারা ব্যবহৃত এক্স-রে মেশিনগুলির মধ্যে একটি (ছবি: ম্যাগনাস মানস্কে/উইকিমিডিয়া কমন্স)

এটি প্রথমবারের মতো বিদ্যমান উপাদানগুলির প্রকৃত সংখ্যা উপস্থাপন করা সম্ভব করেছে, সেইসাথে তাদের মধ্যে কতগুলি এখনও পর্যায় সারণীতে শূন্যস্থান পূরণের জন্য যথেষ্ট নয় তা নির্ধারণ করা (3)।

ধনাত্মক চার্জ বহনকারী একটি কণাকে বলা হয় প্রোটন (গ্রীক প্রোটন = প্রথম)। সঙ্গে সঙ্গে আরেকটি সমস্যা দেখা দিল। একটি প্রোটনের ভর প্রায় 1 ইউনিটের সমান। যেদিকে পারমাণবিক নিউক্লিয়াস 11 ইউনিট চার্জ সহ সোডিয়ামের ভর 23 একক? একই, অবশ্যই, অন্যান্য উপাদানের ক্ষেত্রে. এর অর্থ হল নিউক্লিয়াসে উপস্থিত অন্যান্য কণা থাকতে হবে এবং চার্জ নেই। প্রাথমিকভাবে, পদার্থবিদরা ধরে নিয়েছিলেন যে এগুলি ইলেকট্রনের সাথে শক্তভাবে আবদ্ধ প্রোটন, কিন্তু শেষ পর্যন্ত এটি প্রমাণিত হয়েছিল যে একটি নতুন কণা আবির্ভূত হয়েছিল - নিউট্রন (ল্যাটিন নিউটার = নিরপেক্ষ)। এই প্রাথমিক কণার আবিষ্কার (তথাকথিত মৌলিক "ইট" যা সমস্ত পদার্থ তৈরি করে) 1932 সালে ইংরেজ পদার্থবিদ জেমস চ্যাডউইক দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল।

প্রোটন এবং নিউট্রন একে অপরে পরিণত হতে পারে। পদার্থবিদরা অনুমান করেন যে তারা নিউক্লিয়ন (ল্যাটিন নিউক্লিয়াস = নিউক্লিয়াস) নামক একটি কণার রূপ।

যেহেতু হাইড্রোজেনের সহজ আইসোটোপের নিউক্লিয়াস একটি প্রোটন, তাই দেখা যায় উইলিয়াম প্রউট তার "হাইড্রোজেন" অনুমানে পারমাণবিক নির্মাণ তিনি খুব বেশি ভুল ছিলেন না (দেখুন: "যুগ ধরে পরমাণুর সাথে - অংশ 2"; "তরুণ প্রযুক্তিবিদ" নং 8/2015)। প্রাথমিকভাবে, এমনকি প্রোটন এবং "প্রোটন" নামের মধ্যে ওঠানামা ছিল।

4. ফিনিস এ ফটোসেল - তাদের কাজের ভিত্তি হল ফটোইলেকট্রিক প্রভাব (ছবি: Ies / Wikimedia Commons)

সবকিছু অনুমোদিত নয়

রাদারফোর্ডের মডেলের উপস্থিতির সময় একটি "জন্মগত ত্রুটি" ছিল। ম্যাক্সওয়েলের ইলেক্ট্রোডায়নামিক্সের নিয়ম অনুসারে (সেই সময়ে ইতিমধ্যে কাজ করা রেডিও সম্প্রচার দ্বারা নিশ্চিত), একটি বৃত্তে চলমান একটি ইলেকট্রন একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ বিকিরণ করবে।

এইভাবে, এটি শক্তি হারায়, যার ফলস্বরূপ এটি নিউক্লিয়াসে পড়ে। স্বাভাবিক অবস্থায়, পরমাণু বিকিরণ করে না (উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হলে বর্ণালী তৈরি হয়) এবং পারমাণবিক বিপর্যয় পরিলক্ষিত হয় না (একটি ইলেকট্রনের আনুমানিক জীবনকাল এক সেকেন্ডের এক মিলিয়ন ভাগের কম)।

রাদারফোর্ডের মডেল কণা বিক্ষিপ্ত পরীক্ষার ফলাফল ব্যাখ্যা করেছিল, কিন্তু এখনও বাস্তবতার সাথে মিল ছিল না।

1913 সালে, লোকেরা "অভ্যস্ত" হয়ে গিয়েছিল যে মাইক্রোকসমের শক্তি কোন পরিমাণে নেওয়া হয় না এবং পাঠানো হয়, কিন্তু কিছু অংশে, যাকে কোয়ান্টা বলা হয়। এই ভিত্তিতে, ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক উত্তপ্ত দেহ (1900) দ্বারা নির্গত বিকিরণের স্পেকট্রার প্রকৃতি ব্যাখ্যা করেছিলেন এবং আলবার্ট আইনস্টাইন (1905) আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাবের রহস্য ব্যাখ্যা করেছিলেন, যেমন, আলোকিত ধাতু দ্বারা ইলেকট্রন নির্গমন (4)।

5. একটি ট্যানটালাম অক্সাইড স্ফটিকের ইলেক্ট্রনের বিচ্ছুরণ চিত্রটি এর প্রতিসম কাঠামো দেখায় (ছবি: Sven.hovmoeller/Wikimedia Commons)

28 বছর বয়সী ডেনিশ পদার্থবিদ নিলস বোর রাদারফোর্ডের পরমাণুর মডেলটি উন্নত করেছিলেন। তিনি পরামর্শ দিয়েছিলেন যে ইলেকট্রনগুলি কেবলমাত্র নির্দিষ্ট শক্তির শর্ত পূরণ করে এমন কক্ষপথে চলে। উপরন্তু, ইলেকট্রন চলাচলের সময় বিকিরণ নির্গত করে না, এবং শক্তি শুধুমাত্র শোষিত এবং নির্গত হয় যখন কক্ষপথের মধ্যে বন্ধ করা হয়। অনুমানগুলি শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানের সাথে বিরোধিতা করেছিল, তবে তাদের ভিত্তিতে প্রাপ্ত ফলাফলগুলি (হাইড্রোজেন পরমাণুর আকার এবং এর বর্ণালীর লাইনের দৈর্ঘ্য) পরীক্ষার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ বলে প্রমাণিত হয়েছিল। নবজাত মডেল অটোমু.

দুর্ভাগ্যবশত, ফলাফলগুলি শুধুমাত্র হাইড্রোজেন পরমাণুর জন্য বৈধ ছিল (কিন্তু সমস্ত বর্ণালী পর্যবেক্ষণ ব্যাখ্যা করেনি)। অন্যান্য উপাদানের জন্য, গণনার ফলাফল বাস্তবতার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ ছিল না। এইভাবে, পদার্থবিদদের এখনও পরমাণুর একটি তাত্ত্বিক মডেল ছিল না।

এগারো বছর পর রহস্য উদঘাটন হতে থাকে। ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানী লুডউইক ডি ব্রোগলির ডক্টরাল গবেষণাপত্রটি বস্তুর কণার তরঙ্গ বৈশিষ্ট্য নিয়ে কাজ করে। এটি ইতিমধ্যে প্রমাণিত হয়েছে যে আলো, একটি তরঙ্গের সাধারণ বৈশিষ্ট্যগুলি (বিবর্তন, প্রতিসরণ) ছাড়াও কণার সংগ্রহের মতো আচরণ করে - ফোটন (উদাহরণস্বরূপ, ইলেকট্রনের সাথে স্থিতিস্থাপক সংঘর্ষ)। কিন্তু ভর বস্তু? পরামর্শটি একজন রাজকুমারের জন্য একটি পাইপ স্বপ্নের মতো মনে হয়েছিল যিনি একজন পদার্থবিদ হতে চেয়েছিলেন। যাইহোক, 1927 সালে একটি পরীক্ষা চালানো হয়েছিল যা ডি ব্রগলির অনুমানকে নিশ্চিত করেছিল - একটি ধাতব স্ফটিকের উপর ইলেক্ট্রন রশ্মি বিচ্ছুরিত (5)।

পরমাণু কোথা থেকে এসেছে?

অন্য সবার মতো: বিগ ব্যাং। পদার্থবিদরা বিশ্বাস করেন যে আক্ষরিক অর্থে "শূন্য বিন্দু" প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রন থেকে এক সেকেন্ডের ভগ্নাংশে, অর্থাৎ, উপাদান পরমাণুগুলি গঠিত হয়েছিল। কয়েক মিনিট পরে (যখন মহাবিশ্ব ঠান্ডা হয়ে যায় এবং পদার্থের ঘনত্ব কমে যায়), নিউক্লিয়নগুলি একত্রিত হয়ে হাইড্রোজেন ছাড়া অন্য উপাদানগুলির নিউক্লিয়াস গঠন করে। হিলিয়ামের সর্বাধিক পরিমাণে গঠিত হয়েছিল, সেইসাথে নিম্নলিখিত তিনটি উপাদানের ট্রেস। শুধুমাত্র 100 XNUMX এর পরে বহু বছর ধরে, শর্তগুলি ইলেক্ট্রনগুলিকে নিউক্লিয়াসের সাথে আবদ্ধ করার অনুমতি দেয় - প্রথম পরমাণুগুলি গঠিত হয়েছিল। পরেরটির জন্য আমাকে দীর্ঘ সময় অপেক্ষা করতে হয়েছিল। ঘনত্বের এলোমেলো ওঠানামা ঘনত্বের গঠন ঘটায়, যা তারা উপস্থিত হওয়ার সাথে সাথে আরও বেশি করে পদার্থকে আকৃষ্ট করে। শীঘ্রই, মহাবিশ্বের অন্ধকারে, প্রথম তারাগুলি জ্বলে উঠল।

প্রায় এক বিলিয়ন বছর পরে, তাদের মধ্যে কিছু মারা যেতে শুরু করে। তাদের কোর্সে তারা উৎপাদন করেছে পরমাণুর নিউক্লিয়াস লোহার নিচে এখন, যখন তারা মারা গেল, তারা তাদের সমস্ত অঞ্চলে ছড়িয়ে দিল এবং ছাই থেকে নতুন তারার জন্ম হল। তাদের মধ্যে সবচেয়ে ব্যাপক একটি দর্শনীয় শেষ ছিল. সুপারনোভা বিস্ফোরণের সময়, নিউক্লিয়াস এত বেশি কণা দিয়ে বোমাবর্ষণ করা হয়েছিল যে এমনকি সবচেয়ে ভারী উপাদানগুলিও তৈরি হয়েছিল। তারা নতুন তারা, গ্রহ এবং কিছু গ্লোব - জীবন গঠন করেছে।

পদার্থ তরঙ্গের অস্তিত্ব প্রমাণিত হয়েছে। অন্যদিকে, একটি পরমাণুর একটি ইলেকট্রনকে একটি স্থায়ী তরঙ্গ হিসাবে বিবেচনা করা হত, যার কারণে এটি শক্তি বিকিরণ করে না। চলমান ইলেকট্রনগুলির তরঙ্গ বৈশিষ্ট্যগুলি ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল, যা প্রথমবারের মতো পরমাণুগুলিকে দেখা সম্ভব করেছিল (6)। পরবর্তী বছরগুলিতে, ওয়ার্নার হাইজেনবার্গ এবং এরউইন শ্রোডিঞ্জারের কাজ (ডি ব্রোগলি অনুমানের ভিত্তিতে) সম্পূর্ণ অভিজ্ঞতার ভিত্তিতে পরমাণুর ইলেক্ট্রন শেলগুলির একটি নতুন মডেল তৈরি করা সম্ভব করে তোলে। কিন্তু এগুলি নিবন্ধের সুযোগের বাইরের প্রশ্ন।

আলকেমিস্টদের স্বপ্ন সত্যি হলো

প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয় রূপান্তর, যাতে নতুন উপাদান গঠিত হয়, 1919 শতকের শেষ থেকে জানা যায়। XNUMX-এ, এমন কিছু যা শুধুমাত্র প্রকৃতি এখন পর্যন্ত সক্ষম। আর্নেস্ট রাদারফোর্ড এই সময়কালে পদার্থের সাথে কণার মিথস্ক্রিয়ায় নিযুক্ত ছিলেন। পরীক্ষার সময়, তিনি লক্ষ্য করেছিলেন যে নাইট্রোজেন গ্যাসের সাথে বিকিরণের ফলে প্রোটনগুলি উপস্থিত হয়েছিল।

ঘটনার একমাত্র ব্যাখ্যা ছিল হিলিয়াম নিউক্লিয়াস (একটি কণা এবং এই উপাদানটির একটি আইসোটোপের নিউক্লিয়াস) এবং নাইট্রোজেনের (7) মধ্যে প্রতিক্রিয়া। ফলস্বরূপ, অক্সিজেন এবং হাইড্রোজেন গঠিত হয় (একটি প্রোটন হল সবচেয়ে হালকা আইসোটোপের নিউক্লিয়াস)। আলকেমিস্টদের রূপান্তরের স্বপ্ন পূরণ হয়েছে। পরবর্তী দশকগুলিতে, উপাদানগুলি উত্পাদিত হয়েছিল যা প্রকৃতিতে পাওয়া যায় না।

এ-কণা নির্গত প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয় প্রস্তুতিগুলি এই উদ্দেশ্যে আর উপযুক্ত ছিল না (ভারী নিউক্লিয়াসের কুলম্ব বাধা একটি হালকা কণার কাছে যাওয়ার পক্ষে খুব বড়)। ত্বরণকারী, ভারী আইসোটোপের নিউক্লিয়াসগুলিতে প্রচুর শক্তি সরবরাহ করে, "অ্যালকেমিক্যাল চুল্লি" হিসাবে পরিণত হয়েছিল যেখানে আজকের রসায়নবিদদের পূর্বপুরুষরা "ধাতুর রাজা" (8) পাওয়ার চেষ্টা করেছিলেন।

আসলে, সোনার কি হবে? আলকেমিস্টরা প্রায়শই পারদকে এর উত্পাদনের জন্য কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করতেন। এটা অবশ্যই স্বীকার করতে হবে যে এই ক্ষেত্রে তাদের একটি বাস্তব "নাক" ছিল। পারমাণবিক চুল্লিতে নিউট্রন দিয়ে চিকিত্সা করা পারদ থেকে প্রথম কৃত্রিম সোনা পাওয়া যায়। ধাতব টুকরাটি 1955 সালে জেনেভা পারমাণবিক সম্মেলনে দেখানো হয়েছিল।

চিত্র 6. সোনার পৃষ্ঠে পরমাণু, একটি স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপে চিত্রে দৃশ্যমান।

7. উপাদানগুলির প্রথম মানব রূপান্তরের স্কিম

পদার্থবিদদের কৃতিত্বের খবর এমনকি বিশ্ব স্টক এক্সচেঞ্জে একটি সংক্ষিপ্ত আলোড়ন সৃষ্টি করেছিল, তবে চাঞ্চল্যকর প্রেস রিপোর্টগুলি এইভাবে খনন করা আকরিকের দাম সম্পর্কে তথ্য দ্বারা অস্বীকার করা হয়েছিল - এটি প্রাকৃতিক সোনার চেয়ে বহুগুণ বেশি ব্যয়বহুল। চুল্লি মূল্যবান ধাতু খনি প্রতিস্থাপন করবে না. কিন্তু তাদের মধ্যে উত্পাদিত আইসোটোপ এবং কৃত্রিম উপাদানগুলি (ঔষধ, শক্তি, বৈজ্ঞানিক গবেষণার উদ্দেশ্যে) সোনার চেয়ে অনেক বেশি মূল্যবান।

8. ঐতিহাসিক সাইক্লোট্রন পর্যায় সারণীতে ইউরেনিয়ামের পরে প্রথম কয়েকটি উপাদান সংশ্লেষণ করে (লরেন্স রেডিয়েশন ল্যাবরেটরি, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়, বার্কলে, আগস্ট 1939)

পাঠকদের জন্য যারা পাঠ্যটিতে উত্থাপিত সমস্যাগুলি অন্বেষণ করতে চান, আমি জনাব টমাস সোভিনস্কির নিবন্ধগুলির একটি সিরিজ সুপারিশ করছি৷ 2006-2010 সালে "ইয়ং টেকনিক্স" এ উপস্থিত হয়েছিল ("কিভাবে তারা আবিষ্কার করেছে" শিরোনামের অধীনে)। পাঠ্যগুলি লেখকের ওয়েবসাইটেও পাওয়া যায়:

সাইকেল "শতাব্দী ধরে একটি পরমাণু দিয়ে» তিনি একটি অনুস্মারক দিয়ে শুরু করেছিলেন যে গত শতাব্দীকে প্রায়শই পরমাণুর বয়স বলা হত। অবশ্যই, কেউ পদার্থের কাঠামোতে XNUMX শতকের পদার্থবিদ এবং রসায়নবিদদের মৌলিক অর্জনগুলি নোট করতে ব্যর্থ হতে পারে না। যাইহোক, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, মাইক্রোকসম সম্পর্কে জ্ঞান দ্রুত এবং দ্রুত প্রসারিত হচ্ছে, প্রযুক্তিগুলি তৈরি করা হচ্ছে যা পৃথক পরমাণু এবং অণুগুলিকে ম্যানিপুলেট করার অনুমতি দেয়। এটি আমাদের বলার অধিকার দেয় যে পরমাণুর আসল বয়স এখনও আসেনি।