ഒരു ആംഗിളിൽ ശൂന്യാകാശത്തിന്റെ കണക്കുകൂട്ടൽ (ലളിതമായ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം കണക്കിലെടുത്ത്)

എല്ലാം ഒരു അറ്റം, വസ്തുക്കളുടെ അടിസ്ഥാന ഘടകം, മൂലകങ്ങളുടെ നിർവചനം എന്നിവയാണ് ആറ്റങ്ങൾ. പ്രോട്ടോണുകൾ, ന്യൂട്രോണുകൾ, ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്നിവയാണ് മൂന്ന് അണുക്കൾ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ഇലക്ട്രോണുകളേക്കാൾ ഭാരമേറിയവയാണ്, അവ അണുകേന്ദ്രത്തിൽ അധിഷ്ടിതമാണ്. ഇലക്ട്രോണുകൾ വളരെ കനംകുറഞ്ഞതും ന്യൂക്ലിയസ് പരിക്രമണം ചെയ്യുന്ന ക്ലൗഡിൽ നിലനിൽക്കുന്നതുമാണ്. ഇലക്ട്രോൺ ക്ലൗഡിൽ അണുകേന്ദ്രത്തെക്കാൾ 10,000 മടങ്ങ് കൂടുതൽ ആണുള്ളത്. പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളുമാണ് ഒരേ പിണ്ഡം. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു പ്രോട്ടോൺ 1,800 ഇലക്ട്രോണുകളെക്കാൾ ഭാരം കാണിക്കുന്നു. ആറ്റങ്ങൾക്ക് എല്ലായ്പ്പോഴും തുല്യ പ്രോട്ടോണുകളും ഇലക്ട്രോണുകളും ഉണ്ട്, പ്രോട്ടോണുകളുടെയും ന്യൂട്രോണുകളുടെയും എണ്ണം സാധാരണപോലെ തന്നെയാണ്. ഒരു ആറ്റത്തോട് ഒരു പ്രോട്ടോൺ ചേർക്കുന്നത് ഒരു പുതിയ ഘടകം ഉണ്ടാക്കുന്നു, ഒരു ന്യൂട്രോൺ ചേർക്കുന്നത് ഐസോട്ടോപ്പാണ്, അല്ലെങ്കിൽ ആറ്റത്തിന്റെ ഭാരം കൂടിയ പതിപ്പ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. അണുകേന്ദ്രം 1911 ൽ ന്യൂക്ലിയസ് കണ്ടുപിടിച്ചെങ്കിലും അതിന്റെ ഭാഗങ്ങൾ 1932 വരെ തിരിച്ചറിഞ്ഞിരുന്നില്ല. ഏതാണ്ട് എല്ലാ അണുസംഖ്യയും ന്യൂക്ലിയസിലാണ്. ആ ന്യൂക്ലിയസ് ഒത്തുചേരുന്നത് പ്രകൃതിയിലെ നാല് അടിസ്ഥാന ശക്തികളിൽ "ശക്തമായ ശക്തിയാണ്". പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളുമായുള്ള ഈ ശക്തി വൈദ്യുത നിയമങ്ങൾക്കനുസൃതമായി, പ്രോട്ടോണുകളെ മറികടക്കാൻ സാധിക്കുന്ന തകരാറുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് ശക്തിയെ തരണം ചെയ്യുന്നു. പ്രോട്ടോണുകൾ ആറ്റോമിക് അണുകേന്ദ്രങ്ങളിൽ കണ്ടെത്തിയ പ്രോട്ടൺസ് കണക്കുകൂട്ടിയ കണങ്ങൾ. 1911 നും 1919 നും ഇടയിൽ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ അവർ ഏണസ്റ്റ് റൂഥർഫോർഡ് കണ്ടെത്തിയത്. ഒരു ആറ്റത്തിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം ഏത് ഘടകമാണ് എന്ന് നിർവചിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, കാർബൺ ആറ്റങ്ങളിൽ ആറ് പ്രോട്ടോണുകൾ ഉണ്ടാകും, ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങളും ഒക്സിജൻ ആറ്റങ്ങളും എട്ട് ആണ്. ഒരു ആറ്റത്തിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം ആ മൂലകത്തിന്റെ ആറ്റിക സംഖ്യ എന്ന് പറയുന്നു. ഒരു ആറ്റത്തിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം മൂലകത്തിന്റെ രാസസ്വഭാവം നിർണ്ണയിക്കുന്നു. മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തന പട്ടിക അണുസംഖ്യ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഘടകങ്ങളെ ക്രമീകരിക്കുന്നു. ക്വാർക്കുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന മറ്റ് കണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണമാണ് പ്രോട്ടോണുകൾ. ഓരോ പ്രോട്ടോണിലും മൂന്ന് "ക്വാർക്കുകൾ" - രണ്ട് "മുകളിലുള്ള" ക്വാർക്കുകൾ, ഒരു "ഡൗൺ" ക്വാർക്ക് എന്നിവയുണ്ട് - ഇവ ഗ്ലോണുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന മറ്റ് കണങ്ങളാൽ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് നെഗറ്റീവ് ചാർജ് ഉണ്ട്, ഇലക്ട്രോണിക്ക് ആകർഷണീയമായ പ്രോട്ടോണുകളിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. ആറ്റൂമിക് അക്യൂലൈറ്റിനെ ചുറ്റുന്ന പാതയിലൂടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ചുറ്റുന്നു. ആറ്റം ചുറ്റുമുള്ള ആന്തരിക ഭ്രമണപഥങ്ങൾ ഗോളീയമാണ്, എന്നാൽ പുറംഭാഗത്തുള്ള ഓർബിറ്റലുകൾ കൂടുതൽ സങ്കീർണമാണ്. ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോൺ കോൺഫിഗറേഷൻ, അസ്ഥിരമല്ലാത്ത ആറ്റത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്ഥാനങ്ങളുടെ പരിക്രമണപഥമാണ്. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഇലക്ട്രോണിക് കോൺഫിഗറേഷനും തത്ത്വങ്ങളും ഉപയോഗിച്ച് രസതന്ത്രജ്ഞർക്ക് സ്ഥിരത, തിളക്കുന്ന ബിഹേഡ്, കാമ്പിറ്റിവിറ്റി എന്നിവ പോലുള്ള ആറ്റത്തിന്റെ ഗുണങ്ങളെ പ്രവചിക്കാൻ കഴിയും. സാധാരണഗതിയിൽ, ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോൺ ഷെല്ലുകൾ മാത്രമേ രസതന്ത്രത്തിൽ പ്രശ്നമുള്ളൂ. അകലെ ഇലക്ട്രോൺ ഷെൽ നൊട്ടേഷൻ പലപ്പോഴും ബ്രോക്കറ്റിലെ വലിയ വാതകത്തിന്റെ ചിഹ്നവുമായി നീളമുള്ള പരിക്രമണപദാർത്ഥത്തിന്റെ സ്ഥാനത്ത് മാറ്റിയിരിക്കുന്നു. ഈ രീതിയിലുള്ള സമ്പ്രദായം വലിയ തന്മാത്രകൾക്കുള്ള വിവരണം വളരെ ലളിതമാക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ബെറിലിയത്തിന്റെ (Be) ഇലക്ട്രോൺ കോൺഫിഗറേഷൻ 1s22s2 ആണ്, എന്നാൽ അത് [2] 2 ആണ്. ഒരു ഹീലിയം ആറ്റത്തിലെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോൺ ഓർബിറ്റലുകളോടും തുല്യനാണ് അദ്ദേഹം. അക്ഷരങ്ങൾ, എസ്, പി, ഡി, എഫ് എന്നിവ അനാബാസുകളുടെ ആകൃതി നിർണ്ണയിക്കുകയും സൂപ്പർസ്ക്രിപ്റ്റ് ആ പരിക്രമണത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. ന്യൂട്രോണുകൾ ന്യൂട്രോണുകൾ ആണവ അണുകികളിൽ കണ്ടെത്തിയ മാറ്റമില്ലാത്ത കണികകളാണ്. ന്യൂട്രോൺ പിണ്ഡം പ്രോട്ടോണേക്കാൾ അല്പം വലിപ്പമുള്ളതാണ്. പ്രോട്ടോണുകളെപ്പോലെ ന്യൂട്രോണുകളുമുണ്ട് ക്വാർക്കുകൾ - ഒരു "അപ്" ക്വാർക്ക്, രണ്ട് "ഡൗൺ" ക്വാർക്കുകൾ. 1932 ൽ ജെയിംസ് ചാഡ്വിക്കാണ് ന്യൂട്രോണുകൾ കണ്ടെത്തിയത്. ഏതാണ്ട് എല്ലാം തന്നെ. ഹൈഡ്രജൻറെ ആറ്റം പരിശോധിക്കുന്നത് യഥാർഥത്തിൽ എത്ര ശൂന്യമാണ് എന്ന് നമുക്ക് നോക്കാം. ഒരൊറ്റ പ്രോട്ടോണിലൂടെ ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നു. ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം എത്രയാണ്? ഹൈഡ്രജൻ അണുവിലെ ആരം Bohr ആരം എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു, അത് 529 × 10-10 മീറ്ററിന് തുല്യമാണ്. അതായത് ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം എന്നത് 6.2 × 10-31 ക്യുബിക്ക് മീറ്ററാണ്. ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ മധ്യത്തിൽ പ്രോട്ടോൺ എത്ര വലുതാണ്? പ്രോട്ടോണുകൾക്ക് ആക്സിഡന്റാണ് .84 × 10-15 മീറ്ററുകൾ ആണെന്ന് സമീപകാല പഠനങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അവയ്ക്ക് 2.5 × 10-45 ക്യുബിക്ക് മീറ്റർ വ്യാപ്തം നൽകുന്നു. ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം എത്രമാത്രം ശൂന്യാകാശമാണെന്നു കണ്ടുപിടിക്കാൻ കുറച്ചുകൂടി മെച്ചമായ ഗണിതങ്ങൾ ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. പൂർണ്ണമായ = 100 × (വോളിയം ഫിൽഡ് / മൊത്തം വോളിയം) പൂർണ്ണമായ = 100 × (2.5 × 10 ** - 45 m3 / 6.2 × 10 ** - 31 m3) പൂർണ്ണമായ = 100 × (4 × 10 ** - 15) ശതമാനം പൂർണ്ണ = 4 × 10 ** - 13% ശതമാനം പൂർണ്ണ = 0.0000000000004% ഒരു ഹൈഡ്രജൻ അണുവിലെ 0.0000000000004% നിറഞ്ഞുവെങ്കിൽ, ബാക്കിയുള്ള ഭാഗം ശൂന്യമായിരിക്കണം: ശതമാനം ശൂന്യമാണ് = 100% - ശതമാനം പൂർണ്ണമായി ശതമാനം ശൂന്യമാണ് = 100% - 0.0000000000004% ശതമാനം ശീർഷകം = 99.9999999999996% ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം 99.9999999999996% ശൂന്യമായ സ്ഥലമാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം ഭൂമിയുടെ വലിപ്പമുണ്ടെങ്കിൽ, കേന്ദ്രത്തിൽ പ്രോട്ടോൺ 200 മീറ്റർ (600 അടി) ആയിരിക്കും. എന്റെ തലയിൽ വലിയ ആവിർഭവിക്കുന്ന ഒന്ന് എനിക്ക് ആവശ്യമില്ല, ഭൂമിയുടെ വലിപ്പവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ചെറുതാണ്.