कक्षा 9 विज्ञान पदार्थ की संरचना परमाणु और अणु : MP Board Class 9 Structure of Matter Atoms and Molecules

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MP Board Class 9 Structure of Matter Atoms and Molecules

पदार्थ की संरचना: परमाणु और अणु (Structure of Matter: Atoms and Molecules)

पदार्थ की मूलभूत समझ प्राचीन दार्शनिकों के विचारों से शुरू होकर आधुनिक रसायन विज्ञान की नींव बनी है। इस अवधारणा के केंद्र में परमाणु (Atoms) और अणु (Molecules) हैं।

1. परमाणु: पदार्थ की अदृश्य इकाई (Atom: The Invisible Unit of Matter)

प्राचीन भारतीय और ग्रीक दार्शनिकों ने यह विचार व्यक्त किया कि यदि पदार्थ को लगातार विभाजित किया जाए, तो अंततः एक अविभाज्य कण प्राप्त होगा।

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  • भारतीय दार्शनिक (Indian Philosophers):
    • महर्षि कणाद (Maharshi Kanad, लगभग 500 ईसा पूर्व) ने इस सूक्ष्मतम अविभाज्य कण को परमाणु (Atom) कहा।
    • पकुधा कात्यायन (Pakudha Katyayama) ने बताया कि ये परमाणु सामान्यतः संयुक्त रूप में पाए जाते हैं, जिससे पदार्थ के विभिन्न रूप बनते हैं।
  • ग्रीक दार्शनिक (Greek Philosophers):
    • डेमोक्रिटस (Democritus) और ल्यूसिपस (Leucippus) ने भी स्वतंत्र रूप से ऐसे अविभाज्य कणों का सुझाव दिया और उन्हें परमाणु (अविभाज्य) नाम दिया।
  • आधुनिक विज्ञान में महत्व (Importance in Modern Science): 18वीं शताब्दी के अंत तक इन दार्शनिक विचारों को प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध नहीं किया गया था।

2. रासायनिक संयोजन के नियम (Laws of Chemical Combination)

रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान पदार्थ कैसे संयुक्त होते हैं, इसे समझाने के लिए आंतवाँ एल. लवाइजिए (Antoine L. Lavoisier) और जोसेफ एल. प्राउस्ट (Joseph L. Proust) ने दो महत्वपूर्ण नियम प्रतिपादित किए:

2.1 द्रव्यमान संरक्षण का नियम (Law of Conservation of Mass)

  • सिद्धांत (Principle): किसी भी रासायनिक अभिक्रिया में द्रव्यमान का न तो सृजन किया जा सकता है और न ही विनाश।
  • अर्थ (Meaning): अभिकारकों (Reactants) का कुल द्रव्यमान हमेशा उत्पादों (Products) के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है।
  • उदाहरण (Example): 5.3 ग्राम सोडियम कार्बोनेट और 6.0 ग्राम एसिटिक अम्ल की अभिक्रिया से 2.2 ग्राम कार्बन डाइऑक्साइड, 8.2 ग्राम सोडियम एसीटेट और 0.9 ग्राम जल बनता है।
    • अभिकारकों का कुल द्रव्यमान: 5.3 g+6.0 g=11.3 g
    • उत्पादों का कुल द्रव्यमान: 2.2 g+8.2 g+0.9 g=11.3 g
    • चूंकि द्रव्यमान संरक्षित है (11.3 g=11.3 g), यह नियम की पुष्टि करता है।

2.2 स्थिर अनुपात का नियम (Law of Constant Proportions) / निश्चित अनुपात का नियम (Law of Definite Proportions)

  • सिद्धांत (Principle): किसी भी शुद्ध रासायनिक यौगिक (Compound) में तत्व हमेशा एक निश्चित द्रव्यमान अनुपात में मौजूद होते हैं, चाहे उसे किसी भी स्रोत से प्राप्त किया गया हो या किसी भी विधि से बनाया गया हो।
  • उदाहरण (Example):
    • जल (H2​O): हाइड्रोजन (Hydrogen) और ऑक्सीजन (Oxygen) हमेशा 1:8 के द्रव्यमान अनुपात में होते हैं। यदि 9 ग्राम जल का अपघटन (Decomposition) किया जाए, तो हमेशा 1 ग्राम हाइड्रोजन और 8 ग्राम ऑक्सीजन प्राप्त होगी।
    • अमोनिया (NH3​): नाइट्रोजन (Nitrogen) और हाइड्रोजन हमेशा 14:3 के द्रव्यमान अनुपात में होते हैं।

3. जॉन डाल्टन का परमाणु सिद्धांत (John Dalton’s Atomic Theory)

रसायनिक संयोजन के नियमों की व्याख्या करने के लिए, जॉन डाल्टन (John Dalton) ने 1808 में द्रव्यों की प्रकृति के बारे में एक आधारभूत सिद्धांत प्रस्तुत किया।

  • मुख्य अभिधारणाएँ (Main Postulates):
    • सभी द्रव्य (Matter) परमाणुओं से बने होते हैं।
    • परमाणु अविभाज्य (Indivisible) होते हैं, जो रासायनिक अभिक्रिया में न तो सृजित होते हैं न ही उनका विनाश होता है (द्रव्यमान संरक्षण (Conservation of Mass) की व्याख्या)।
    • एक ही तत्व के सभी परमाणुओं का द्रव्यमान (Mass) और रासायनिक गुणधर्म (Chemical Properties) समान होते हैं।
    • भिन्न-भिन्न तत्वों के परमाणुओं के द्रव्यमान और रासायनिक गुणधर्म भिन्न-भिन्न होते हैं।
    • भिन्न-भिन्न तत्वों के परमाणु छोटी पूर्ण संख्या के अनुपात में संयोग कर यौगिक बनाते हैं (स्थिर अनुपात (Constant Proportions) की व्याख्या)।
    • किसी भी यौगिक में परमाणुओं की सापेक्ष संख्या (Relative Number) और प्रकार (Kind) निश्चित होते हैं।

4. परमाणु के गुण और प्रतीक (Properties and Symbols of Atoms)

4.1 परमाणु का आकार (Size of Atom)

  • परमाणु अत्यंत सूक्ष्म होते हैं; इन्हें नग्न आँखों से देखना असंभव है।
  • परमाणु त्रिज्या (Atomic Radius) को नैनोमीटर (nanometer, nm) में मापा जाता है (1 nm=10−9 m)।
  • आधुनिक तकनीकों जैसे स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (Scanning Tunneling Microscope, STM) से सिलिकॉन सतह जैसे तत्वों के परमाणुओं के आवर्धित प्रतिबिंब देखे जा सकते हैं।

4.2 तत्वों के प्रतीक (Symbols of Elements)

  • डाल्टन (Dalton): तत्वों के लिए विशिष्ट प्रतीकों का प्रयोग किया, जो एक निश्चित मात्रा या एक परमाणु को इंगित करते थे।
  • बर्जिलियस (Berzelius): तत्वों के नामों के एक या दो अक्षरों से प्रतीकों का सुझाव दिया।
  • IUPAC (इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री): तत्वों के नामों, प्रतीकों और मात्रकों (Units) को स्वीकृत करती है।
  • प्रतीक लिखने के नियम (Rules for Writing Symbols):
    • अधिकतर अंग्रेजी नामों के एक या दो अक्षर होते हैं।
    • पहला अक्षर सदैव बड़ा (capital) और दूसरा अक्षर छोटा (small) होता है।
      • उदाहरण (Example): हाइड्रोजन (Hydrogen, H), ऐलुमिनियम (Aluminium, Al), कोबाल्ट (Cobalt, Co)।
    • कुछ प्रतीक लैटिन (Latin), जर्मन (German) या ग्रीक (Greek) नामों से व्युत्पन्न होते हैं।
      • उदाहरण (Example): आयरन (Iron, Fe – फेरम से), सोडियम (Sodium, Na – नैट्रियम से), पोटैशियम (Potassium, K – केलियम से)।

4.3 परमाणु द्रव्यमान (Atomic Mass)

  • प्रत्येक तत्व का एक अभिलाक्षणिक परमाणु द्रव्यमान होता है।
  • परमाणु द्रव्यमान इकाई (Atomic Mass Unit, u): 1961 में कार्बन-12 समस्थानिक (Carbon-12 Isotope) के एक परमाणु द्रव्यमान के 1/12वें भाग को मानक इकाई के रूप में स्वीकार किया गया। सभी तत्वों के परमाणु द्रव्यमान कार्बन-12 के सापेक्ष होते हैं।

सारणी: कुछ तत्वों के परमाणु द्रव्यमान (Table: Atomic Masses of Some Elements)

तत्व (Element)परमाणु द्रव्यमान (u) (Atomic Mass)
हाइड्रोजन (Hydrogen)1
कार्बन (Carbon)12
नाइट्रोजन (Nitrogen)14
ऑक्सीजन (Oxygen)16
सोडियम (Sodium)23
मैग्नीशियम (Magnesium)24
सल्फर (Sulphur)32
क्लोरीन (Chlorine)35.5
कैल्सियम (Calcium)40

5. अणु (Molecules)

5.1 परमाणु कैसे अस्तित्व में रहते हैं? (How do Atoms Exist?)

  • अधिकांश तत्वों के परमाणु स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में नहीं रह पाते। वे मिलकर अणु (Molecules) या आयन (Ions) बनाते हैं।
  • ये अणु और आयन बड़ी संख्या में एकत्र होकर वह द्रव्य बनाते हैं जिसे हम देख, अनुभव या छू सकते हैं।

5.2 अणु क्या है? (What is a Molecule?)

  • अणु दो या दो से अधिक परमाणुओं का एक समूह है जो रासायनिक बंधों (Chemical Bonds) द्वारा जुड़े होते हैं।
  • यह किसी तत्व या यौगिक का सूक्ष्मतम कण है जो स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में रह सकता है और उस यौगिक के सभी गुणधर्मों को प्रदर्शित करता है।

5.3 तत्वों के अणु (Molecules of Elements)

  • एक ही प्रकार के परमाणुओं से बने होते हैं।
  • परमाणुकता (Atomicity): एक अणु में उपस्थित परमाणुओं की संख्या।

सारणी: कुछ तत्वों की परमाणुकता (Table: Atomicity of Some Elements)

प्रकार (Type)तत्वों के नाम (Names of Elements)परमाणुकता (Atomicity)
अधातु (Non-metal)आर्गन (Argon), हीलियम (Helium)एकपरमाणुक (Monoatomic)
ऑक्सीजन (Oxygen), नाइट्रोजन (Nitrogen), क्लोरीन (Chlorine)द्विपरमाणुक (Diatomic)
फॉस्फोरस (Phosphorus)चतुष्परमाणुक (Tetra-atomic)
सल्फर (Sulphur)बहुपरमाणुक (Polyatomic)
धातु (Metal)सोडियम (Sodium), आयरन (Iron), ऐलुमिनियम (Aluminium), कॉपर (Copper)एकपरमाणुक (Monoatomic)

5.4 यौगिकों के अणु (Molecules of Compounds)

  • भिन्न-भिन्न तत्वों के परमाणु एक निश्चित अनुपात में मिलकर यौगिकों के अणु बनाते हैं।

उदाहरण (Example):

  • जल (H2​O): 2 हाइड्रोजन परमाणु और 1 ऑक्सीजन परमाणु से बना।
  • अमोनिया (NH3​): 1 नाइट्रोजन परमाणु और 3 हाइड्रोजन परमाणु से बना।

6. आयन (Ions)

6.1 आयन क्या होता है? (What is an Ion?)

  • धातु (Metal) और अधातु (Non-metal) से बने यौगिक आवेशित कणों (Charged Particles) से बने होते हैं जिन्हें आयन (Ions) कहते हैं।
  • आयन एक आवेशित परमाणु या परमाणुओं का समूह होता है।
  • ऋणायन (Anion): ऋण आवेशित आयन (उदा., Cl−)।
  • धनायन (Cation): धन आवेशित आयन (उदा., Na+)।
  • बहुपरमाणुक आयन (Polyatomic Ion): परमाणुओं का समूह जिन पर कुल आवेश होता है (उदा., OH−,SO42−​)।

7. रासायनिक सूत्र लिखना (Writing Chemical Formulae)

किसी यौगिक का रासायनिक सूत्र उसके संघटक तत्वों का प्रतीकात्मक निरूपण होता है।

  • नियम (Rules):
    1. धातु के प्रतीक को पहले (बाईं ओर) और अधातु के प्रतीक को बाद में (दाईं ओर) लिखते हैं (उदा., NaCl)।
    2. बहुपरमाणुक आयनों की संख्या दर्शाने के लिए आयन को कोष्ठक (Parentheses) में रखकर संख्या कोष्ठक के बाहर लिखते हैं (उदा., Mg(OH)2​)। यदि संख्या 1 हो तो कोष्ठक की आवश्यकता नहीं होती (उदा., NaOH)।
    3. सरल यौगिकों (द्विअंगी – Binary) के सूत्र लिखने के लिए क्रिस-क्रॉस विधि (Criss-Cross Method) का उपयोग करते हैं, जहाँ संयोजकताओं (Valencies) को आपस में बदला जाता है।
  • उदाहरण (Example):
    • हाइड्रोजन क्लोराइड (Hydrogen Chloride): H (संयोजकता 1), Cl (संयोजकता 1) → HCl
    • मैग्नीशियम क्लोराइड (Magnesium Chloride): Mg2+ (आवेश 2+), Cl− (आवेश 1−) → MgCl2​

8. आण्विक द्रव्यमान और सूत्र इकाई द्रव्यमान (Molecular Mass and Formula Unit Mass)

8.1 आण्विक द्रव्यमान (Molecular Mass)

  • किसी पदार्थ का आण्विक द्रव्यमान उसके सभी संघटक परमाणुओं के परमाणु द्रव्यमानों का योग होता है। इसे ‘u’ (परमाणु द्रव्यमान इकाई) में व्यक्त किया जाता है।
  • परिकलन (Calculation): प्रत्येक परमाणु के द्रव्यमान को उसकी संख्या से गुणा करके कुल योग करते हैं।
    • उदाहरण (Example): जल (H2​O) का आण्विक द्रव्यमान = (2×1 u) + (1×16 u) = 18 u

8.2 सूत्र इकाई द्रव्यमान (Formula Unit Mass)

  • यह आयनिक यौगिकों (Ionic Compounds) के लिए उपयोग होता है, जो अणुओं के बजाय आयनों के नेटवर्क (Crystal Lattice) में होते हैं। यह सूत्र इकाई में उपस्थित परमाणुओं के द्रव्यमानों का योग होता है।
  • परिकलन (Calculation): आण्विक द्रव्यमान के समान ही।
    • उदाहरण (Example): सोडियम क्लोराइड (NaCl) का सूत्र इकाई द्रव्यमान = (1×23 u) + (1×35.5 u) = 58.5 u

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