12.1 परिचय

बॉयल ने 1661 में उसके नाम पर रखे गए नियम की खोज की। बॉयल, न्यूटन और कई अन्य लोगों ने गैसों के व्यवहार को स्पष्ट करने का प्रयास किया जब उन्होंने गैसों के अंतरिक्ष को छोटे-छोटे परमाणु अंशों से बना माना। वास्तविक परमाणु सिद्धांत को 150 साल बाद ही स्थापित किया गया। गतिकी सिद्धांत गैसों के व्यवहार को गैस के अंतरिक्ष में तेजी से चलने वाले परमाणुओं या अणुओं से बना होने के विचार पर आधारित करता है। यह संभव है क्योंकि परमाणुओं के बीच की बलों को, जो ठोसों और द्रवों के लिए महत्वपूर्ण हैं, गैसों के लिए छोटी आयामों में छोड़ दिया जा सकता है। गतिकी सिद्धांत को 19वीं सदी में मैक्सवेल, बॉल्ट्जमैन और अन्य लोगों ने विकसित किया। यह अत्यंत सफल रहा। यह गैस के दबाव और तापमान की अणुओं की व्याख्या करता है, और गैस के नियमों और आवोगाड्रो के निष्कर्ष के साथ एक साथ होता है। यह कई गैसों की विशिष्ट ताप 용량 को सही ढंग से समझता है। यह गैसों के मापनीय गुणों जैसे दर्धता, प्रवाहण और प्रसारण को अणुओं के पैरामीटर से जोड़ता है, जिससे अणुओं के आकार और द्रव्यमान की अनुमानित माप प्राप्त होती हैं। इस अध्याय में गतिकी सिद्धांत का परिचय दिया गया है।

12.2 द्रव्यमान की अणुओं की प्रकृति

20वीं सदी के बड़े भौतिकीयाँ में से एक रिचर्ड फेमिन द्रव्यमान के अणुओं से बने होने की खोज को बहुत महत्वपूर्ण मानते हैं। यदि हम बुद्धिमान नहीं व्यवहार करते, तो हमारा जीवन नाभिकीय आपदा के कारण नष्ट हो सकता है (या पर्यावरणीय आपदाओं के कारण विलुप्त हो सकता है)। यदि ऐसा होता है और सभी वैज्ञानिक ज्ञान नष्ट हो जाता है तो फेमिन अंतिम जीवों को बार-बार उस जगह से दूर हो जाते हैं। अणु का अनुमान: सब कुछ अणुओं से बना है, जो अणुओं के बीच आकर्षण करते हैं, जब वे थोड़ा दूर होते हैं, लेकिन एक-दूसरे को दबाने पर प्रतिकोचन करते हैं।

द्रव्यमान को निरंतर न होने का अनुमान कई जगह और संस्कृतियों में मौजूद था। भारत में कनाडा और यूनान में देमोक्रिटस ने द्रव्यमान के अपूर्ण अंशों से बने होने का अनुमान लगाया था। वैज्ञानिक ‘अणु सिद्धांत’ को आमतौर पर जॉन डॉलटन को दिया गया है। उन्होंने तत्वों को यौगिकों में जोड़ने पर निश्चित और बहुगुणी समानताओं के नियमों को स्पष्ट करने के लिए अणु सिद्धांत प्रस्तुत किया। पहला नियम कहता है कि किसी भी दिए गए यौगिक में अपने अंशों का द्रव्यमान का निश्चित अनुपात होता है। दूसरा नियम कहता है कि जब दो तत्व एक से अधिक यौगिक बनाते हैं, तो एक तत्व के निश्चित द्रव्यमान के लिए अन्य तत्वों के द्रव्यमान छोटे पूर्णांकों के अनुपात में होते हैं।

नियमों को स्पष्ट करने के लिए डॉलटन के पास दो साल पहले उसने कहा कि एक तत्व के सबसे छोटे अंश अणु हैं। एक तत्व के अणु एक दूसरे तत्व के अणु से अलग हैं। प्रत्येक तत्व के छोटी संख्या के अणु एक यौगिक के अणु बनते हैं। गे लुस्साक का नियम, जो शीर्षक $19^{\text {th }}$ सदी में दिया गया था, कहता है: जब गैसें रासायनिक रूप से एक और गैस पैदा करती हैं, तो उनके आयाम छोटे पूर्णांकों के अनुपात में होते हैं। आवोगाड्रो का नियम (या अनुमान) कहता है: समान तापमान और दबाव पर सभी गैसों के समान आयाम में समान संख्या के अणु होते हैं। आवोगाड्रो का नियम, जब डॉलटन के सिद्धांत के साथ जोड़ा जाता है, तो गे लुस्साक के नियम को स्पष्ट करता है। चूँकि तत्व अक्सर अणुओं के रूप में होते हैं, इसलिए डॉलटन के अणु सिद्धांत को द्रव्यमान के अणुओं के रूप में भी संदर्भित किया जा सकता है। सिद्धांत अब वैज्ञानिकों द्वारा अपने आप में स्वीकार किया गया है। हालाँकि अट एक अट के अंत तक भी प्रसिद्ध वैज्ञानिकों में से कई ने अणु सिद्धांत में विश्वास नहीं किया!

हाल के समय में कई अवलोकनों से हम अब जानते हैं कि अणुओं (जो एक या अधिक अणुओं से बने होते हैं) द्रव्यमान का गठन करते हैं। इलेक्ट्रॉन आयामी और स्कैनिंग टनलिंग आयामी आयामी आयामी हमें उन्हें देखने में भी मदद करते हैं। एक अणु का आकार एक अंगस्ट्रॉम $\left(10^{-10} \mathrm{~m}\right)$ के आसपास होता है। ठोसों में, जो घने होते हैं, अणु के बीच के अंतर कुछ अंगस्ट्रॉम $(2 \mathring{A})$ के आसपास होते हैं। द्रवों में अणुओं के बीच की दूरी भी इतनी ही होती है। द्रवों में अणु ठोसों की तरह कठोर रूप से फटे नहीं होते, और उन्हें चलने की संभावना होती है। यह द्रव को प्रवाहित होने में सक्षम बनाता है। गैसों में परमाणु बीच के अंतर अंगस्ट्रॉम के दसों में होते हैं। एक अणु की औसत दूरी जिसे एक अणु एक संघर्ष के बिना यात्रा कर सकता है, उसे औसत मुक्त पथ कहा जाता है। गैसों में औसत मुक्त पथ, अंगस्ट्रॉम के हजारों में होता है। गैसों में अणु बहुत मुक्त होते हैं और एक संघर्ष के बिना लंबी दूरी तक यात्रा कर सकते हैं। यदि उन्हें बंद नहीं किया जाता तो गैसें दूर फैल जाती हैं। ठोसों और द्रवों में कर बनावट के कारण परमाणु बीच की बल महत्वपूर्ण होती है। बल का एक लंबी दूरी का आकर्षण और एक छोटी दूरी का प्रतिकोचन होता है। अणु आकर्षित होते हैं जब वे कुछ अंगस्ट्रॉम दूर होते हैं, लेकिन जब वे आपस में जुड़ जाते हैं तो प्रतिकोचित होते हैं। गैस की स्थिर उपस्थिति भ्रामक है। गैस गतिशीलता से भरपूर है और संतुलन एक गतिशील संतुलन है। गतिशील संतुलन में अणु संघर्ष करते हैं और उनकी गति को बदलते हैं। केवल औसत गुण स्थिर हैं।

अणु सिद्धांत हमारी खोज का अंत नहीं है, बल्कि शुरुआत है। हम अब जानते हैं कि अणु अपूर्ण या आधारभूत नहीं हैं। उनके पास एक गोलाकार केंद्र और इलेक्ट्रॉन हैं। गोलाकार केंद्र खटियों और न्यूट्रॉन्स से बना है। खटियाँ और न्यूट्रॉन्स फिर से क्वार्क्स से बने हैं। यहाँ तक कि क्वार्क्स कहाँ तक की कहानी का अंत नहीं है। आधारभूत अवस्थाओं की तरह धागे हो सकते हैं। प्रकृति हमें हमेशा आश्चर्य देती है, लेकिन सत्य की खोज अक्सर आनंददायक होती है और खोजे गए बदलाव सुन्दर होते हैं। इस अध्याय में, हम गैसों (और थोड़ी सी ठोसों) के व्यवहार को एक चलते हुए अणुओं के संघ के रूप में समझने की सीमा रखेंगे।

प्राचीन भारत और यूनान में अणु का अनुमान

जॉन डॉलटन को आधुनिक विज्ञान में अणु की दृष्टिकोण का प्रस्ताव देने के लिए सम्मान मिलता है, हालाँकि प्राचीन भारत और यूनान के विद्वान अणु और अणुओं के अस्तित्व से बहुत पहले उनके अस्तित्व का अनुमान लगाते थे। भारत के वैशेषिक संप्रदाय में कनाडा द्वारा स्थापित (छठी सदी ईसा पूर्व) अणु की छवि को बहुत विस्तृत तरीके से विकसित किया गया था। अणुओं को अनंत, अपूर्ण, अनंत और द्रव्यमान के अंतिम अंशों के रूप में माना गया था। यह बहस हुआ कि यदि द्रव्यमान को अंत तक विभाजित किया जा सकता है, तो मसाले के बीज और मेरू पर्वत के बीच कोई अंतर नहीं होगा। चार प्रकार के अणुओं (परमाणु - संस्कृत शब्द सबसे छोटे अंश के लिए) जिनके पास विशिष्ट द्रव्यमान और अन्य गुण हैं, जैसे भूमि (भूमि), अप (पानी), तेज (अग्नि) और वायु (हवा) कहा गया था। आकाश (आकाश) को अणुओं की संरचना के बिना और अनवरत और निष्क्रिय माना गया था। अणु अलग-अलग अणुओं (जैसे दो अणु एक द्विअणु अणु बनाते हैं, तीन अणु एक त्रिअणु या त्रिअणु अणु बनाते हैं) के रूप में जुड़ते हैं, उनकी गुणधर्म अंशदान अणुओं की प्रकृति और अनुपात पर निर्भर करती है। अणुओं के आकार का अनुमान या उन तरीकों द्वारा भी अनुमानित किया गया था, जिनका हमें अज्ञात है। अनुमान भिन्न होते हैं। ललितविस्तार, बुद्ध की एक प्रसिद्ध जीवनी जिसे मुख्य रूप से दूसरी सदी ईसा पूर्व में लिखा गया था, में अणु के आकार का अनुमान आधुनिक अनुमान के निकट है, $10^{-10} \mathrm{~m}$ के आदेश के प्रकार का।

प्राचीन यूनान में, देमोक्रिटस (चौथी सदी ईसा पूर्व) को अणु के अनुमान के लिए सबसे ज्यादा जाना जाता है। अंग्रेजी में ‘अणु’ शब्द का अर्थ ‘अपूर्ण’ है। उनके अनुसार, अणु एक दूसरे से भौतिक रूप से अलग होते हैं, आकार, आकार और अन्य गुणों में और इसलिए उनके संयोजन द्वारा पैदा हुए पदार्थों के विभिन्न गुणों का परिणाम होता है। पानी के अणु चिकने और वृत्ताकार थे और एक-दूसरे को ‘जुड़ाने’ में असमर्थ थे, इसलिए द्रव / पानी आसानी से प्रवाहित होता था। भूमि के अणु कठोर और खण्डित थे, इसलिए वे एक-दूसरे को जुड़ा देते थे और कठोर प�