Mix Example - STRUCTURE OF THE ATOM Questions in Hindi

(A) रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी का चयन इसलिए किया क्योंकि उन्हें यथासंभव पतली परत की आवश्यकता थी। यह सोने की पन्नी लगभग $1000$ परमाणुओं जितनी मोटी थी।
$(b)$ $(i)$ चूंकि अधिकांश अल्फा कण बिना किसी विचलन के सोने की पन्नी से होकर गुजर गए,इसका अर्थ है कि उन्हें अपने मार्ग में कोई बाधा नहीं मिली। इससे पता चलता है कि परमाणु का अधिकांश भाग खाली है।
$(ii)$ बहुत कम अल्फा कण छोटे कोणों से विक्षेपित हुए,जो यह दर्शाता है कि परमाणु का केंद्र धनावेशित है,क्योंकि अल्फा कण स्वयं धनावेशित होते हैं और वे केंद्र द्वारा प्रतिकर्षित हुए थे।
$(c)$ रदरफोर्ड के मॉडल की दो मुख्य कमियां निम्नलिखित हैं:
$1$. क्लासिकल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिद्धांत के अनुसार,वृत्ताकार कक्षा में घूमता हुआ कोई भी आवेशित कण लगातार ऊर्जा का उत्सर्जन करेगा। परिणामस्वरूप,इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देगा और अंततः नाभिक में गिर जाएगा,जिससे परमाणु अस्थिर हो जाएगा।
$2$. यह मॉडल परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना या परमाणु की स्थिरता को समझाने में विफल रहा।

(N/A) किसी तत्व के समस्थानिकों की परमाणु संख्या और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास समान होते हैं। चूंकि रासायनिक गुण इलेक्ट्रॉनिक विन्यास द्वारा निर्धारित होते हैं,इसलिए समस्थानिक समान रासायनिक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।
$(b)$ एक परमाणु में प्रोटॉन (धनावेशित) और इलेक्ट्रॉन (ऋणावेशित) की संख्या समान होती है। विपरीत आवेश एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं,जिससे परमाणु विद्युत रूप से उदासीन हो जाता है।
$(c)$ उत्कृष्ट गैसों की सबसे बाहरी कक्षा पूर्ण होती है (स्थिर अष्टक या द्विक विन्यास),जो उन्हें रासायनिक रूप से अक्रिय या सबसे कम अभिक्रियाशील बनाती है।
$(d)$ नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है। प्रोटॉन धनावेशित होते हैं,और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक होता है,इसलिए नाभिक भारी और धनावेशित होता है।
$(e)$ आयन अधिक स्थिर होते हैं क्योंकि उन्होंने अपनी संयोजी कक्षा में पूर्ण अष्टक या द्विक विन्यास प्राप्त कर लिया होता है,जो उत्कृष्ट गैसों के समान एक स्थिर अवस्था है।

(N/A) विसर्जन नलिका (discharge tube) के एनोड पर उत्पन्न होने वाली एनोड किरणों को कैनाल किरणें कहा जाता है क्योंकि वे कैथोड के छिद्रों (कैनाल) से होकर गुजरती हैं।
$(b)$ $(i)$ परमाणु एक धनावेशित गोले से बना होता है और इलेक्ट्रॉन उसमें धंसे होते हैं।
$(ii)$ ऋणात्मक और धनात्मक आवेश परिमाण में समान होते हैं, जिससे परमाणु विद्युत रूप से उदासीन होता है।
$(c)$ प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन की तुलना:

$S.No.$	प्रोटॉन	इलेक्ट्रॉन
$(i)$	धनावेशित।	ऋणावेशित।
$(ii)$	द्रव्यमान लगभग $1 \, u$ ($H$ परमाणु के बराबर)।	द्रव्यमान नगण्य ($1/1840$ प्रोटॉन का द्रव्यमान)।

(D) अलग-अलग परमाणु संख्या वाले तत्वों के परमाणु जिनका द्रव्यमान संख्या समान होती है,उन्हें समभारिक कहा जाता है।
$(b)$ $(i)$ $Y$ $(Z=17)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 8, 7$ है।
$(ii)$ $Y$ में संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या $7$ है।
$(iii)$ अष्टक पूरा करने के लिए,$Y$ को $8 - 7 = 1$ इलेक्ट्रॉन की आवश्यकता होती है।
$(iv)$ चूंकि $Y$ में $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं,यह अपना अष्टक पूरा करने के लिए $1$ इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने की प्रवृत्ति रखता है,इसलिए यह एक अधातु है।
$(c)$ $Na$ $(Z=11)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 8, 1$ है। एक स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास प्राप्त करने के लिए,$Na$ के लिए $7$ इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने की तुलना में अपना $1$ संयोजी इलेक्ट्रॉन खोना ऊर्जा की दृष्टि से अधिक आसान है। इसलिए,इसकी संयोजकता $1$ है,$7$ नहीं।

(D) $(i)$ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $K=2, L=8, M=2$ है। इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या $2 + 8 + 2 = 12$ है। इसलिए, परमाणु संख्या $12$ है।
$(ii)$ $12$ परमाणु संख्या वाला तत्व मैग्नीशियम $(Mg)$ है।
$(iii)$ चूंकि इसके सबसे बाहरी कोश में $2$ इलेक्ट्रॉन हैं, इसलिए यह एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए $2$ इलेक्ट्रॉन खो देता है। अतः, इसकी संयोजकता $2$ है।
$(iv)$ न्यूट्रॉन की संख्या की गणना इस प्रकार की जाती है: $\text{न्यूट्रॉन की संख्या} = \text{द्रव्यमान संख्या} - \text{परमाणु संख्या} = 24 - 12 = 12$.

(N/A) इलेक्ट्रॉन का आवेश $-1.602 \times 10^{-19} \text{ C}$ होता है।
इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान लगभग $9.109 \times 10^{-31} \text{ kg}$ होता है,जो प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग $\frac{1}{1837}$ (अक्सर $\frac{1}{2000}$ के रूप में अनुमानित) भाग होता है।

(N/A) समस्थानिक एक ही तत्व के वे परमाणु होते हैं जिनका परमाणु क्रमांक समान होता है लेकिन द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है।
यूरेनियम $(U)$ के लिए,परमाणु क्रमांक $92$ है।
यूरेनियम के दो सामान्य समस्थानिक निम्नलिखित हैं:
$1$. यूरेनियम-$238$: जिसे ${ }_{92}^{238} U$ के रूप में दर्शाया जाता है।
$2$. यूरेनियम-$235$: जिसे ${ }_{92}^{235} U$ के रूप में दर्शाया जाता है।

(D) दिए गए परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
$Na (11): 2, 8, 1$
$Cl (17): 2, 8, 7$
$Al (13): 2, 8, 3$
$Ar (18): 2, 8, 8$
$Ar_{18}^{40}$ सबसे स्थिर परमाणु है क्योंकि इसकी सबसे बाहरी कक्षा $8$ इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह भरी हुई है,जिससे यह एक स्थिर अष्टक विन्यास प्राप्त करता है।

(N/A) परमाणु द्रव्यमान: किसी परमाणु का परमाणु द्रव्यमान कार्बन-$12$ के एक परमाणु के द्रव्यमान के $1/12$ भाग के बराबर होता है।
द्रव्यमान संख्या: किसी परमाणु के नाभिक में उपस्थित प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या के योग को द्रव्यमान संख्या कहा जाता है।

(B) तत्व $= X$
परमाणु क्रमांक $= 16$
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $= 2, 8, 6$
चूंकि बाहरी कोश में $6$ इलेक्ट्रॉन हैं,इसलिए अष्टक पूरा करने के लिए तत्व को $2$ और इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता है।
संयोजकता $= 8 - 6 = 2$.

(N/A) एल्युमीनियम सल्फेट का रासायनिक सूत्र $Al_{2}(SO_{4})_{3}$ है। इस यौगिक में,एल्युमीनियम $(Al)$ की संयोजकता $3$ है।
सोडियम सल्फेट का रासायनिक सूत्र $Na_{2}SO_{4}$ है। इस यौगिक में,सोडियम $(Na)$ की संयोजकता $1$ है।

(N/A) परमाणु क्रमांक को एक अधिक मौलिक गुण माना जाता है क्योंकि यह परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है,जो किसी तत्व की पहचान को विशिष्ट रूप से परिभाषित करता है।
द्रव्यमान संख्या के विपरीत,जो न्यूट्रॉन की अलग-अलग संख्या (समस्थानिकों) के कारण बदल सकती है,प्रोटॉन की संख्या किसी विशिष्ट तत्व के सभी परमाणुओं के लिए स्थिर रहती है।
इसके अलावा,किसी तत्व के रासायनिक गुण मुख्य रूप से उसके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास द्वारा निर्धारित होते हैं,जो सीधे परमाणु क्रमांक (तटस्थ परमाणु में प्रोटॉन/इलेक्ट्रॉन की संख्या) द्वारा निर्धारित होता है।

(N/A) इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नगण्य होता है; इसलिए,परमाणु का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से नाभिक में मौजूद प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्वारा निर्धारित होता है।
$(b)$ नाभिक धनावेशित होता है क्योंकि इसमें धनावेशित प्रोटॉन होते हैं।
$(c)$ सोने की पन्नी का उपयोग इसलिए किया गया था क्योंकि यह अत्यधिक आघातवर्धनीय (malleable) है और इसे लगभग $1000$ परमाणुओं जितना पतला बनाया जा सकता है,जो अल्फा कणों को न्यूनतम हस्तक्षेप के साथ गुजरने देने के लिए आवश्यक था।

(N/A) $(i)$ रदरफोर्ड के मॉडल की मुख्य कमी यह थी कि यह परमाणु के स्थायित्व को समझाने में असमर्थ था। शास्त्रीय विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत के अनुसार,वृत्ताकार कक्षा में गति करने वाला कोई भी आवेशित कण त्वरित होता है और ऊर्जा का विकिरण करता है। इस प्रकार,परिक्रमा करता हुआ इलेक्ट्रॉन लगातार ऊर्जा खो देगा और अंततः नाभिक में गिर जाएगा,जिससे परमाणु अस्थिर हो जाएगा।
$(ii)$ यह परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना या रेखीय स्पेक्ट्रम (line spectra) की उत्पत्ति को नहीं समझा सका।
$(b)$ इन कमियों को दूर करने के लिए बोहर की अभिधारणाएं:
$(i)$ इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर केवल कुछ विशेष कक्षाओं में ही परिक्रमा करते हैं,जिन्हें विविक्त (discrete) या स्थिर कक्षाएं कहा जाता है।
$(ii)$ इन विविक्त कक्षाओं में परिक्रमा करते समय,इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का विकिरण नहीं करते हैं।

(N/A) क्लोरीन प्रकृति में $35\, u$ और $37\, u$ परमाणु द्रव्यमान वाले दो समस्थानिकों (isotopes) के रूप में $3:1$ के अनुपात में पाया जाता है।
इसलिए,क्लोरीन का औसत परमाणु द्रव्यमान इस प्रकार निकाला जाता है:
$\text{औसत परमाणु द्रव्यमान} = (35 \times \frac{3}{4}) + (37 \times \frac{1}{4}) = 26.25 + 9.25 = 35.5\, u$.
इसका अर्थ यह नहीं है कि क्लोरीन के किसी भी व्यक्तिगत परमाणु का द्रव्यमान $35.5\, u$ है। इसका मतलब यह है कि क्लोरीन के किसी भी प्राकृतिक नमूने में दोनों समस्थानिक मौजूद होते हैं और इन परमाणुओं का भारित औसत द्रव्यमान $35.5\, u$ होता है।

(N/A) रदरफोर्ड ने अपने प्रयोग के लिए सोने का चयन निम्नलिखित दो कारणों से किया:
$1$. सोना अत्यधिक आघातवर्धनीय (malleable) धातु है,जिससे वे अत्यंत पतली पन्नी (लगभग $1000$ परमाणुओं जितनी मोटी) प्राप्त कर सके। पतली पन्नी होने से कणों का बहु-प्रकीर्णन कम होता है,जिससे यह सुनिश्चित होता है कि देखे गए विचलन मुख्य रूप से नाभिक के साथ एकल अंतःक्रिया के कारण हैं।
$2$. सोने का परमाणु क्रमांक उच्च $(Z = 79)$ है,जो एक बड़ा,सघन और धनावेशित नाभिक प्रदान करता है। इससे आपतित अल्फा कणों और सोने के नाभिक के बीच स्थिर-वैद्युत प्रतिकर्षण महत्वपूर्ण हो जाता है,जिससे स्पष्ट और मापने योग्य विचलन प्राप्त होते हैं।
$(b)$ रदरफोर्ड द्वारा बमबारी के लिए चुना गया कण अल्फा कण है। इसका प्रतीक $\alpha$ है।

(N/A) संयोजकता: किसी तत्व के परमाणु की संयोजन शक्ति (combining capacity) को उसकी संयोजकता कहा जाता है।
संयोजी इलेक्ट्रॉनों से अंतर: संयोजकता परमाणु की संयोजन शक्ति है,जबकि संयोजी इलेक्ट्रॉन परमाणु की सबसे बाहरी कक्षा में उपस्थित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।
$O$ और $F$ की संयोजकता: ऑक्सीजन $(O)$ की परमाणु संख्या $8$ है और इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 6$ है। अपना अष्टक पूरा करने के लिए इसे $2$ इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने की आवश्यकता होती है,इसलिए इसकी संयोजकता $2$ है।
फ्लोरीन $(F)$ की परमाणु संख्या $9$ है और इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 7$ है। अपना अष्टक पूरा करने के लिए इसे $1$ इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने की आवश्यकता होती है,इसलिए इसकी संयोजकता $1$ है।

(N/A) 'He' का परमाणु क्रमांक $2$ है,इसलिए इसके $K$-कोश में $2$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,जो कि प्रथम ऊर्जा स्तर है और इसकी अधिकतम क्षमता $2$ इलेक्ट्रॉन रखने की है। अतः,इसका संयोजकता कोश पूर्णतः भरा हुआ है,जिससे यह एक उत्कृष्ट गैस है। इसके विपरीत,'Be' का परमाणु क्रमांक $4$ है और इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 2$ है। इसके $L$-कोश में $2$ इलेक्ट्रॉन हैं,जिसकी क्षमता $8$ इलेक्ट्रॉन रखने की है। चूंकि इसका संयोजकता कोश अपूर्ण है,इसलिए 'Be' $2$ की संयोजकता वाली धातु के रूप में कार्य करता है।
$(b)$ हाइड्रोजन तीन समस्थानिक रूपों में पाया जाता है: प्रोटियम $({ }_{1}^{1} H)$,ड्यूटेरियम (${ }_{1}^{2} H$ या $D$),और ट्रिटियम (${ }_{1}^{3} H$ या $T$)। तीनों समस्थानिकों का परमाणु क्रमांक $1$ समान है,जिसका अर्थ है कि उनका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ($K$-कोश में $1$ इलेक्ट्रॉन) समान है। चूंकि किसी तत्व के रासायनिक गुण उसके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास द्वारा निर्धारित होते हैं,इसलिए हाइड्रोजन के सभी समस्थानिक रासायनिक रूप से समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।

(N/A) परमाणु के भीतर का अधिकांश स्थान खाली है।
$(b)$ यह दर्शाता है कि परमाणु का धनावेश बहुत कम स्थान घेरता है।
$(c)$ सोने के परमाणु का समस्त धनावेश और द्रव्यमान परमाणु के भीतर बहुत कम आयतन में केंद्रित था,जिसे बाद में नाभिक (nucleus) नाम दिया गया।

(A) परमाणु की द्रव्यमान संख्या उसके नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग होती है।
$M: 3 + 4 = 7$
$N: 9 + 10 = 19$
$O: 8 + 8 = 16$
$P: 8 + 10 = 18$
$(b)$ धनायन (cation) एक धनावेशित आयन है जो इलेक्ट्रॉनों के त्याग से बनता है (प्रोटॉन की संख्या > इलेक्ट्रॉन की संख्या)। कण $M$ में,प्रोटॉन = $3$ और इलेक्ट्रॉन = $2$ हैं,इसलिए यह एक धनायन है।
ऋणायन (anion) एक ऋणावेशित आयन है जो इलेक्ट्रॉनों के ग्रहण करने से बनता है (इलेक्ट्रॉन की संख्या > प्रोटॉन की संख्या)। कण $N$ में,इलेक्ट्रॉन = $10$ और प्रोटॉन = $9$ हैं,इसलिए यह एक ऋणायन है।

(A) $M^{2+}$ आयन $2$ इलेक्ट्रॉनों के त्याग से बनता है। चूंकि आयन में $10$ इलेक्ट्रॉन हैं,इसलिए उदासीन परमाणु $M$ में $10 + 2 = 12$ इलेक्ट्रॉन होंगे। एक उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है,इसलिए परमाणु संख्या $12$ है। द्रव्यमान संख्या प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का योग है: $12 + 12 = 24$.
$(b)$ नहीं,यह संभव नहीं है। एक परमाणु विद्युत रूप से उदासीन होता है क्योंकि धनावेशित प्रोटॉन की संख्या ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। यदि किसी परमाणु में $12$ प्रोटॉन और $13$ इलेक्ट्रॉन होते,तो वह एक आयन होता,न कि उदासीन परमाणु।
$(c)$ हीलियम गैस अक्रिय है क्योंकि इसकी सबसे बाहरी कक्षा ($K$ कक्षा) $2$ इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह भरी हुई है,जो इसे स्थिर और रासायनिक रूप से अक्रिय बनाती है।

(N/A) समस्थानिकों के कुछ अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं:
$(i)$ यूरेनियम का एक समस्थानिक $(U-235)$ परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।
$(ii)$ कोबाल्ट का एक समस्थानिक $(Co-60)$ कैंसर के उपचार में उपयोग किया जाता है।
$(iii)$ आयोडीन का एक समस्थानिक $(I-131)$ घेंघा (goitre) रोग के उपचार में उपयोग किया जाता है।
$(iv)$ सोडियम का एक समस्थानिक $(Na-24)$ परिसंचरण तंत्र में रुकावट और रक्त के थक्कों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है।
$(v)$ क्रोमियम का एक समस्थानिक $(Cr-51)$ रक्त रोगों के अध्ययन के लिए उपयोग किया जाता है।
$(vi)$ पौधों द्वारा फास्फोरस के अवशोषण का अध्ययन फास्फोरस के समस्थानिक $(P-32)$ का उपयोग करके किया जाता है।

(N/A) $X^{2+}$ आयन में इलेक्ट्रॉनों की संख्या $18$ है।
चूंकि धनात्मक आयन एक उदासीन परमाणु से इलेक्ट्रॉनों के हटने से बनता है,इसलिए खोए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या आयन पर मौजूद धनात्मक आवेश की इकाइयों के बराबर होती है।
अतः,उदासीन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या $= 18 + 2 = 20$ है।
एक उदासीन परमाणु के लिए,परमाणु संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है,जो इलेक्ट्रॉनों की संख्या के भी बराबर होती है।
इस प्रकार,तत्व $X$ की परमाणु संख्या $= 20$ है।
तत्व $X$ की द्रव्यमान संख्या प्रोटॉन की संख्या और न्यूट्रॉन की संख्या का योग है,जो $20 + 20 = 40$ है।
परमाणु संख्या $20$ वाला तत्व कैल्शियम $(Ca)$ है।

(N/A) $Y^{3-}$ आयन में इलेक्ट्रॉनों की संख्या $18$ है।
एक उदासीन परमाणु द्वारा इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने से ऋण आवेश बनता है,और ग्रहण किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या आयन पर मौजूद ऋण आवेश की इकाइयों के बराबर होती है।
इसलिए,उदासीन परमाणु $Y$ में इलेक्ट्रॉनों की संख्या $18 - 3 = 15$ है।
एक उदासीन परमाणु के लिए,परमाणु संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है,जो इलेक्ट्रॉनों की संख्या के भी बराबर होती है।
इसलिए,तत्व $Y$ की परमाणु संख्या $15$ है।
तत्व की द्रव्यमान संख्या प्रोटॉन की संख्या और न्यूट्रॉन की संख्या का योग होती है।
द्रव्यमान संख्या $= 15 + 16 = 31$.
परमाणु संख्या $15$ वाला तत्व $Y$ फास्फोरस $(P)$ है।

(N/A) जैसे-जैसे परमाणु क्रमांक बढ़ता है,क्रमिक कोशों के बीच ऊर्जा का अंतर कम होता जाता है। इसके परिणामस्वरूप,$M$ और $N$ ऊर्जा कोश इतने करीब आ जाते हैं कि वे अतिव्याप्त (overlap) हो जाते हैं। इस तथ्य के कारण,इलेक्ट्रॉन $N$-कोश में प्रवेश करना शुरू कर देते हैं जब $M$-कोश में $8$ इलेक्ट्रॉन भर जाते हैं। लेकिन जब $N$-कोश में $2$ इलेक्ट्रॉन भर जाते हैं,तो $M$-कोश निम्न ऊर्जा स्तर पर आ जाता है और आगे के इलेक्ट्रॉन $M$-कोश में प्रवेश करते हैं।
$(b)$ द्रव्यमान संख्या हमेशा एक पूर्ण संख्या होती है (क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हमेशा पूर्ण संख्या में मौजूद होते हैं),जबकि परमाणु द्रव्यमान आमतौर पर एक पूर्ण संख्या नहीं होती है (क्योंकि यह $C-12$ परमाणु के द्रव्यमान की तुलना में लिया गया एक सापेक्ष द्रव्यमान है)। हालाँकि,अधिकांश उद्देश्यों के लिए,परमाणु द्रव्यमान को द्रव्यमान संख्या के बराबर माना जाता है।

(N/A) किसी तत्व के सभी समस्थानिकों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास समान होता है,जिसका अर्थ है कि उनकी संयोजी कक्षा में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है। चूंकि रासायनिक गुण संयोजी इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित होते हैं,इसलिए किसी तत्व के सभी समस्थानिक समान रासायनिक गुण प्रदर्शित करते हैं।
$(b)$ किसी तत्व का परमाणु द्रव्यमान उसके प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिकों के द्रव्यमान का भारित औसत होता है। चूंकि इन समस्थानिकों के द्रव्यमान अलग-अलग होते हैं और वे प्रकृति में विशिष्ट प्रचुरता में पाए जाते हैं,इसलिए परिणामी औसत परमाणु द्रव्यमान अक्सर भिन्नों में होता है।
$(c)$ परमाणु निकटतम अक्रिय गैस (noble gas) के समान स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करने के लिए (अष्टक या द्विक नियम) अन्य परमाणुओं के साथ जुड़ते हैं,जिससे उनकी स्थितिज ऊर्जा कम हो जाती है और वे अधिक स्थिर हो जाते हैं।

(N/A) रदरफोर्ड ने अल्फा-कण प्रकीर्णन प्रयोग किया और परमाणु का एक मॉडल प्रस्तुत किया जिसे रदरफोर्ड का नाभिकीय मॉडल कहा जाता है। इस मॉडल की मुख्य विशेषताएं निम्नलिखित हैं:
$(i)$ परमाणु में एक केंद्रीय भाग होता है जिसे नाभिक (nucleus) कहा जाता है,जो इलेक्ट्रॉनों से घिरा होता है।
$(ii)$ परमाणु का नाभिक धनावेशित होता है।
$(iii)$ परमाणु के कुल आकार की तुलना में नाभिक का आकार बहुत छोटा होता है।
$(iv)$ परमाणु का द्रव्यमान मुख्य रूप से उसके नाभिक में केंद्रित होता है।
$(v)$ परमाणु समग्र रूप से विद्युत रूप से उदासीन होता है,अर्थात,परमाणु के नाभिक के भीतर प्रोटॉन की संख्या और उसके चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होती है।
$(vi)$ नाभिक सघन और कठोर होता है,और परमाणु का अधिकांश भाग खोखला होता है।
$(vii)$ यह समझाने के लिए कि आकर्षण के कारण इलेक्ट्रॉन नाभिक में क्यों नहीं गिरते,रदरफोर्ड ने कहा कि इलेक्ट्रॉन स्थिर नहीं होते बल्कि निश्चित वृत्ताकार कक्षाओं में नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। आकर्षण बल,परिक्रमण के कारण उत्पन्न होने वाले अपकेंद्री बल द्वारा संतुलित होता है।
रदरफोर्ड का नाभिकीय मॉडल हमारे सौर मंडल के समान है,जहाँ नाभिक सूर्य की तरह है और इलेक्ट्रॉन ग्रहों की तरह हैं।

(N/A) $(a) (i)$ यह नील्स बोर का परमाणु मॉडल है।
$(ii)$ बोर के मॉडल की अभिधारणाएँ:
$1$. परमाणु के केंद्र में एक धनावेशित नाभिक होता है।
$2$. इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर निश्चित वृत्ताकार पथों में घूमते हैं जिन्हें कोश या कक्षा कहा जाता है,जिन्हें $K, L, M, N, \dots$ या $1, 2, 3, 4$ के रूप में नामित किया गया है।
$3$. कोशों को ऊर्जा स्तर भी कहा जाता है क्योंकि प्रत्येक कोश एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा से जुड़ा होता है। इलेक्ट्रॉन एक विशिष्ट कोश में घूमते समय ऊर्जा का ह्रास या लाभ नहीं करते हैं।
$(iii)$ किसी कोश में इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2n^2$ सूत्र द्वारा दी जाती है। $M$ कोश के लिए $n = 3$ है,इसलिए इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2(3)^2 = 2 \times 9 = 18$ है।
$(b)$ कैनाल किरणें धनावेशित विकिरण हैं जो धनावेशित कणों से बनी होती हैं। इनकी खोज $E. \text{ Goldstein}$ ने की थी।
कैनाल किरणों की विशेषताएँ:
$1$. इनमें धनावेशित कण होते हैं।
$2$. ये सीधी रेखा में गमन करती हैं।
$3$. इनका आवेश परिमाण में इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर लेकिन विपरीत चिह्न का होता है।

(N/A) यह चित्र सोने की पन्नी द्वारा $\alpha$-कणों के प्रकीर्णन को दर्शाता है (रदरफोर्ड का $\alpha$-कण प्रकीर्णन प्रयोग)।
$(b)$ प्रेक्षण:
$(i)$ अधिकांश $\alpha$-कण सोने की पन्नी से सीधे निकल गए।
$(ii)$ कुछ $\alpha$-कण पन्नी द्वारा छोटे कोणों से विक्षेपित हुए।
$(iii)$ प्रत्येक $12000$ कणों में से एक कण वापस लौट आया (rebound हुआ)।
$(c)$ निष्कर्ष:
$(i)$ परमाणु के भीतर का अधिकांश स्थान खाली है।
$(ii)$ परमाणु का धनावेश बहुत कम स्थान घेरता है।
$(iii)$ परमाणु का समस्त धनावेश और द्रव्यमान परमाणु के भीतर बहुत छोटे आयतन में केंद्रित होता है।
$(d)$ रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल:
$(i)$ परमाणु में एक धनावेशित केंद्र होता है जिसे नाभिक (nucleus) कहा जाता है,जिसमें परमाणु का संपूर्ण द्रव्यमान निहित होता है।
$(ii)$ इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर निश्चित कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं।
$(iii)$ परमाणु के आकार की तुलना में नाभिक का आकार बहुत छोटा होता है।

(N/A) न्यूट्रॉन की खोज जेम्स चैडविक ने की थी।
$(b)$ थॉमसन के परमाणु मॉडल के अनुसार,परमाणु में ऋण और धन आवेश परिमाण में समान होते हैं,जिससे परमाणु समग्र रूप से विद्युत रूप से उदासीन होता है।
$(c)$ किसी परमाणु की सबसे बाहरी कक्षा में अधिकतम $8$ इलेक्ट्रॉन समा सकते हैं।
$(d)$ समान परमाणु द्रव्यमान लेकिन भिन्न परमाणु क्रमांक वाले विभिन्न तत्वों के परमाणुओं को समभारिक (Isobars) कहा जाता है।
$(e)$ हाइड्रोजन परमाणु में $0$ न्यूट्रॉन होते हैं।

(N/A) परमाणु मॉडल का विकास कई चरणों से होकर गुजरा है:
$1$. थॉमसन का मॉडल: जे.जे. थॉमसन ने प्रस्तावित किया कि परमाणु एक धनावेशित गोला है जिसमें ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन धंसे होते हैं,जैसे तरबूज में बीज होते हैं। कुल धनात्मक और ऋणात्मक आवेश बराबर होते हैं।
$2$. रदरफोर्ड का मॉडल: अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने प्रस्तावित किया कि परमाणु के केंद्र में एक बहुत छोटा,धनावेशित नाभिक होता है जिसमें परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान निहित होता है। इलेक्ट्रॉन इस नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार पथों में घूमते हैं।
$3$. बोहर का मॉडल: नील्स बोहर ने इस मॉडल को परिष्कृत करते हुए प्रस्तावित किया कि इलेक्ट्रॉन निश्चित,स्थिर कक्षाओं में घूमते हैं और ऊर्जा का विकिरण नहीं करते हैं।
वर्तमान में स्वीकृत मॉडल (बोहर-रदरफोर्ड मॉडल) की विशेषताएं:
$(i)$ परमाणु के केंद्र में एक छोटा,सघन और धनावेशित नाभिक होता है जहाँ पूरा द्रव्यमान केंद्रित होता है।
$(ii)$ इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर विशिष्ट और अच्छी तरह से परिभाषित वृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं जिन्हें असतत ऊर्जा स्तर या कोश कहा जाता है,और इन कक्षाओं में घूमते समय वे ऊर्जा का ह्रास नहीं करते हैं।

(D) क्लोरीन $(Cl)$ का परमाणु क्रमांक $17$ है।
इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 8, 7$ है।
इसका अर्थ है कि इसकी उदासीन अवस्था में $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।
जब यह क्लोराइड आयन $(Cl^{-})$ बनाता है,तो यह अपना अष्टक पूरा करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है।
$Cl^{-}$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 8, 8$ हो जाता है।
अतः,$Cl^{-}$ आयन में संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या $8$ है।

(A) किसी परमाणु का परमाणु क्रमांक $(Z)$ उसके नाभिक में उपस्थित प्रोटॉन $(p)$ की संख्या के बराबर होता है। यहाँ,$Z = 9$ है,इसलिए प्रोटॉन की संख्या $9$ है।
एक उदासीन परमाणु में,इलेक्ट्रॉनों $(e)$ की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है। इसलिए,इलेक्ट्रॉनों की संख्या $9$ है।
द्रव्यमान संख्या $(A)$ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन $(n)$ की संख्या का योग होती है।
$A = p + n$
$19 = 9 + n$
$n = 19 - 9 = 10$.
अतः,परमाणु में $9$ प्रोटॉन,$10$ न्यूट्रॉन और $9$ इलेक्ट्रॉन होते हैं।

(B) अल्फा कण ($\alpha$-particle) $2$ प्रोटॉन और $2$ न्यूट्रॉन से बना होता है।
यह अनिवार्य रूप से हीलियम परमाणु का नाभिक है।
चूंकि इसमें इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है, इसलिए यह $+2e$ का धनात्मक आवेश वहन करता है।
अतः, एक अल्फा कण को द्वि-आवेशित हीलियम आयन $(He^{2+})$ के रूप में परिभाषित किया जाता है।

(C) थॉमसन के परमाणु मॉडल के अनुसार:
$1$. परमाणु एक धनात्मक आवेशित गोले से बना है जिसमें द्रव्यमान को समान रूप से वितरित माना जाता है।
$2$. धनात्मक आवेश को भी इस गोले में समान रूप से वितरित माना जाता है।
$3$. परमाणु को विद्युत रूप से उदासीन बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन इस धनात्मक आवेशित गोले में धंसे होते हैं।
$4$. कथन $(i), (ii)$ और $(iii)$ इन अभिधारणाओं का सही वर्णन करते हैं।
$5$. कथन $(iv)$ गलत है क्योंकि इलेक्ट्रॉन परमाणु को स्थिर करने के लिए एक-दूसरे को आकर्षित नहीं करते हैं; बल्कि धनात्मक गोले और ऋणात्मक इलेक्ट्रॉनों के बीच का स्थिर वैद्युत आकर्षण बल स्थिरता प्रदान करता है।
अतः,सही कथन $(i), (ii)$ और $(iii)$ हैं।

(D) रदरफोर्ड के $\alpha-$ कण प्रकीर्णन प्रयोग से निम्नलिखित निष्कर्ष निकले:
$1$. अधिकांश $\alpha-$ कण सोने की पन्नी से सीधे निकल गए,जो यह दर्शाता है कि परमाणु के अंदर का अधिकांश स्थान खाली है।
$2$. $\alpha-$ कणों का एक छोटा अंश छोटे कोणों से विक्षेपित हुआ,जो परमाणु में एक धनावेशित केंद्र यानी नाभिक की उपस्थिति को दर्शाता है।
$3$. $\alpha-$ कणों का बहुत छोटा अंश वापस लौट आया,जो यह दर्शाता है कि परमाणु का पूरा द्रव्यमान और धन आवेश एक बहुत छोटे आयतन में केंद्रित है जिसे नाभिक कहा जाता है।
कथन $(ii)$ और $(iv)$ इस प्रयोग के सीधे निष्कर्ष हैं। कथन $(i)$ जे.जे. थॉमसन के कार्य से ज्ञात था,और कथन $(iii)$ की खोज बाद में जेम्स चैडविक द्वारा की गई थी। अतः,सही विकल्प $(ii)$ और $(iv)$ है।

(A) समस्थानिक (isotopes) एक ही तत्व के वे परमाणु होते हैं जिनका परमाणु क्रमांक (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या) समान होता है,लेकिन उनके नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या अलग होने के कारण उनका द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है।
चूंकि नमूने में दोनों ऑक्सीजन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान है (जो तत्व को ऑक्सीजन के रूप में परिभाषित करती है) लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या अलग है,इसलिए वे ऑक्सीजन के समस्थानिक हैं।
अतः,सही कारण यह है कि दोनों ऑक्सीजन परमाणु समस्थानिक हैं।

(B) बोहर के मॉडल के अनुसार,किसी कोश में समा सकने वाले इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2n^2$ सूत्र द्वारा दी जाती है,जहाँ $n$ कक्षा की संख्या है।
पहली कक्षा $(n=1)$ के लिए,अधिकतम क्षमता $2(1)^2 = 2$ इलेक्ट्रॉन है।
दूसरी कक्षा $(n=2)$ के लिए,अधिकतम क्षमता $2(2)^2 = 8$ इलेक्ट्रॉन है।
आकृति $(ii)$ में,पहली कक्षा में $3$ इलेक्ट्रॉन दिखाए गए हैं,जो नियम का उल्लंघन करते हैं (अधिकतम $2$ होने चाहिए)। इसलिए,यह गलत है।
आकृति $(iv)$ में,यदि इलेक्ट्रॉनों का वितरण नियम के अनुसार नहीं है,तो वह भी गलत माना जाता है। सामान्यतः,इस प्रकार के प्रश्नों में $(ii)$ और $(iv)$ को गलत मॉडल के रूप में पहचाना जाता है।

(C) एक उदासीन परमाणु में,ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों की संख्या हमेशा नाभिक में मौजूद धनात्मक आवेशित प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है। यह संतुलन सुनिश्चित करता है कि परमाणु विद्युत रूप से उदासीन बना रहे। हालांकि न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है (जिससे समस्थानिक बनते हैं),लेकिन इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के बीच समानता किसी भी उदासीन परमाणु का एक मूलभूत गुण है।

(D) इलेक्ट्रॉन का मूल आवेश भौतिकी और रसायन विज्ञान में एक स्थिर मान है।
प्रायोगिक रूप से इसका मान लगभग $1.602 \times 10^{-19} \text{ C}$ निर्धारित किया गया है।
चूंकि इलेक्ट्रॉन एक ऋणात्मक आवेशित उप-परमाण्विक कण है,इसलिए इसके आवेश को $-1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$ के रूप में दर्शाया जाता है।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(A) कोबाल्ट का समस्थानिक,$Co-60$,कैंसर के उपचार के लिए रेडियोथेरेपी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि यह गामा किरणों का उत्सर्जन करता है जो कैंसर कोशिकाओं को नष्ट कर सकती हैं।
आयोडीन-$131$ $(I-131)$ आयोडीन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है जिसका उपयोग घेंघा (थायराइड ग्रंथि से संबंधित स्थिति) और अन्य थायराइड विकारों के उपचार में किया जाता है।

(B) परमाणु रिएक्टरों में,यूरेनियम का जो समस्थानिक आमतौर पर ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है,वह $U-235$ है क्योंकि यह विखंडनीय है और श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रख सकता है।
रेडियोकार्बन डेटिंग कार्बनिक पदार्थों की आयु निर्धारित करने की एक विधि है,जिसमें नमूने में मौजूद रेडियोधर्मी समस्थानिक $C-14$ की मात्रा को मापा जाता है।
इसलिए,सही जोड़ी $U-235$ और $C-14$ है।

(C) संयोजकता किसी तत्व की संयोजन क्षमता होती है।
$1$ संयोजकता वाले तत्व धातु या अधातु हो सकते हैं।
उदाहरण के लिए,सोडियम $(Na)$ $1$ संयोजकता वाली एक धातु है (यह $1$ इलेक्ट्रॉन खोती है)।
क्लोरीन $(Cl)$ $1$ संयोजकता वाला एक अधातु है (यह $1$ इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है)।
अतः,$1$ संयोजकता वाले तत्व या तो धातु या अधातु हो सकते हैं।

(D) $J. J. Thomson$ ने $1904$ में परमाणु का पहला मॉडल प्रस्तावित किया था,जिसे 'प्लम पुडिंग' मॉडल या 'तरबूज' मॉडल के रूप में जाना जाता है।
इस मॉडल के अनुसार,एक परमाणु धनावेशित गोले से बना होता है जिसमें इलेक्ट्रॉन इस प्रकार धंसे होते हैं जैसे तरबूज में बीज होते हैं।

(A) परमाणु में प्रोटॉन की संख्या उसके परमाणु क्रमांक $(Z)$ को निर्धारित करती है।
यहाँ,प्रोटॉन की संख्या $3$ है,इसलिए परमाणु क्रमांक $3$ है।
$3$ परमाणु क्रमांक वाले परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $2, 1$ है।
चूंकि परमाणु की सबसे बाहरी कक्षा में $1$ इलेक्ट्रॉन है,इसलिए यह स्थिर अष्टक विन्यास प्राप्त करने के लिए इस $1$ इलेक्ट्रॉन को त्याग देगा।
अतः,परमाणु की संयोजकता $1$ है।

(B) एल्युमीनियम $(Al)$ की परमाणु संख्या $13$ है।
बोर-बरी योजना के अनुसार,किसी कोश में समाहित होने वाले इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2n^2$ सूत्र द्वारा दी जाती है,जहाँ $n$ कोश की संख्या है।
$K$ कोश $(n=1)$ के लिए,क्षमता $2(1)^2 = 2$ इलेक्ट्रॉन है।
$L$ कोश $(n=2)$ के लिए,क्षमता $2(2)^2 = 8$ इलेक्ट्रॉन है।
शेष इलेक्ट्रॉन $M$ कोश $(n=3)$ में जाते हैं।
$13$ इलेक्ट्रॉनों के लिए,वितरण $K$ कोश में $2$,$L$ कोश में $8$ और $M$ कोश में $3$ इलेक्ट्रॉन होता है।
अतः,इलेक्ट्रॉन वितरण $2, 8, 3$ है।

(B) बोर-बरी योजना के अनुसार,किसी कक्षा में समाहित किए जा सकने वाले इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2n^2$ सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है,जहाँ '$n$' कक्षा की संख्या (मुख्य क्वांटम संख्या) को दर्शाता है।
उदाहरण के लिए,$K$-कोश $(n=1)$ के लिए,इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2(1)^2 = 2$ है।
$L$-कोश $(n=2)$ के लिए,इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या $2(2)^2 = 8$ है।
अतः,सही सूत्र $2n^2$ है।

(D) हाइड्रोजन परमाणु अपने नाभिक में एक प्रोटॉन और उसके चारों ओर घूमने वाले एक इलेक्ट्रॉन से बना होता है।
चूंकि हाइड्रोजन के नाभिक में केवल एक प्रोटॉन होता है और कोई न्यूट्रॉन नहीं होता है,इसलिए इसे सामान्यतः प्रोटॉन कहा जाता है।

(A) रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल के अनुसार:
$(i)$ परमाणु का धनात्मक आवेश और अधिकांश द्रव्यमान परमाणु के केंद्र में एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित होता है,जिसे नाभिक (nucleus) कहा जाता है।
$(ii)$ $\alpha$-कण हीलियम नाभिक $(He^{2+})$ होते हैं,जिनका द्रव्यमान $4 \ u$ होता है,जो हाइड्रोजन परमाणु $(1 \ u)$ से चार गुना भारी होते हैं।
$(iii)$ इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं,जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं,इसलिए इसकी तुलना सौर मंडल से की जाती है।
$(iv)$ यह थॉमसन के मॉडल के विपरीत था,क्योंकि थॉमसन के मॉडल में धनात्मक आवेश के समान वितरण का सुझाव दिया गया था,जबकि रदरफोर्ड ने केंद्रित नाभिक का प्रस्ताव दिया था।
अतः,कथन $(i)$,$(ii)$ और $(iii)$ सही हैं। दिए गए विकल्पों में से $(i)$ और $(iii)$ सबसे उपयुक्त हैं,इसलिए सही उत्तर $A$ है।

(B) किसी भी उदासीन परमाणु के लिए:
$1$. परमाणु क्रमांक $(Z)$ को परमाणु के नाभिक में मौजूद प्रोटॉन की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है। एक उदासीन परमाणु में,प्रोटॉन की संख्या इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। अतः,परमाणु क्रमांक $=$ प्रोटॉन की संख्या $=$ इलेक्ट्रॉन की संख्या। कथन $(iv)$ सत्य है।
$2$. द्रव्यमान संख्या $(A)$ को नाभिक में मौजूद प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के योग के रूप में परिभाषित किया जाता है। अतः,द्रव्यमान संख्या $=$ प्रोटॉन की संख्या $+$ न्यूट्रॉन की संख्या। कथन $(ii)$ सत्य है।
$3$. कथन $(i)$ गलत है क्योंकि परमाणु क्रमांक प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का योग नहीं होता है।
$4$. कथन $(iii)$ गलत है क्योंकि परमाणु द्रव्यमान को प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की समानता के रूप में परिभाषित नहीं किया जाता है।
इसलिए,कथन $(ii)$ और $(iv)$ सही हैं।