મુખ્ય વિષયવસ્તુ

રસાયણવિજ્ઞાન લાઈબ્રેરી

Course: રસાયણવિજ્ઞાન લાઈબ્રેરી > Unit 4

Lesson 1: માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી

સમસ્થાનિક અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી

મુખ્ય બાબતો:

પરમાણુઓ જેની પાસે પ્રોટોનની સંખ્યા સમાન હોય છે પણ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા જુદી જુદી હોય તેને સમસ્થાનિકો કહેવામાં આવે છે.
સમસ્થાનિકો પાસે જુદા જુદા પરમાણ્વીય દળ હોય છે.
સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા એ કુદરતી રીતે મળી આવતા તત્વના નમૂનામાં ચોક્કસ પરમાણ્વીય દળ સાથે પરમાણુની ટકાવારી છે.
તત્વનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ તેના પરમાણ્વીય દળ વડે તત્વના સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા ગુણીને ભારિત સરેરાશ ગણતરી અને પછી નીપજોનો સરવાળો છે.
દરેક સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા માસ સ્પેકટ્રોમેટ્રી નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરી શકાય છે.
માસ સ્પેકટ્રોમીટર વધુ-ઊર્જાવાળા ઈલેક્ટ્રોન પુંજ સાથે પરમાણુઓ અને અણુઓનું આયનીકરણ કરે છે અને તેમના દળ-વીજભાર ગુણોત્તર (m, slash, z) ને આધારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે આયનનું કોણાવર્તન કરે છે.
નમુનાનું માસ સ્પેક્ટ્રમ y-અક્ષ પર આયનની સાપેક્ષ પ્રચુરતા અને x-અક્ષ પર તેનો m, slash, z ગુણોત્તર બતાવે છે. જો બધા આયન માટે (start text, u, end text) હોય, તો x-અક્ષને પરમાણ્વીય દળ (start text, u, end text) ના સંદર્ભમાં દર્શાવી શકાય.

પરિચય: પરમાણુને યોગ્ય રીતે કાપવું

બધું જ પરમાણુઓનું બનેલું હોય છે. આ દ્રવ્યના નાના આધારસ્તંભ તમારું કમ્પ્યુટર અથવા ફોન સ્ક્રીન, તમે જે ખુરસી પર બેઠા છો, તમારું શરીર પણ બનાવે છે. જો આપણે પૂરતા પ્રમાણમાં ઝૂમ કરી શકીએ, તો આપણે જોઈ શકીએ કે પરમાણુઓ પોતે નાના ઘટકોના બનેલા હોય છે, જેને આપણે પેટાપરમાણ્વીય કણ કહીએ છીએ.

ત્યાં પરમાણુમાં મુખ્ય ત્રણ પ્રકારના પેટાપરમાણ્વીય કણ છે: પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, અને ઈલેક્ટ્રોન પ્રોટોન 1, plus વીજભાર ધરાવે છે, ઈલેક્ટ્રોન 1, minus વીજભાર ધરાવે છે, અને ન્યુટ્રોન 0 વીજભાર ધરાવે છે. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન પરમાણુના કેન્દ્ર આગળ ન્યુક્લિયસમાં મળી આવે છે, જ્યારે ઈલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ કક્ષકોમાં મળી આવે છે. ઈલેક્ટ્રોન ઋણ વીજભારિત છે, તેથી તેઓ ન્યુક્લિયસમાં ધન વીજભારિત પ્રોટોન તરફ પ્રબળતાથી આકર્ષાયેલા હોય છે.

આપણે આ મુજબ સરળ આકૃતિનો ઉપયોગ કરીને પરમાણુને બનાવતા કણોને (આ ઉદાહરણમાં, તટસ્થ હિલિયમ પરમાણુ) દર્શાવી શકીએ:

આકૃતિ મુજબ, હિલિયમનો પરમાણુ બે પ્રોટોન, બે ઈલેક્ટ્રોન, અને બે ન્યુટ્રોન ધરાવે છે. પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા અર્થપૂર્ણ છે: હિલિયમનો પરમાણુક્રમાંક 2 છે, કોઈ પણ હિલિયમના પરમાણુ પાસે તેના ન્યુક્લિયસમાં બે પ્રોટોન હોવા જોઈએ (અથવા, તે જુદા તત્વનો પરમાણુ હશે!). અને, આ તટસ્થ પરમાણુ છે, તેથી ન્યુક્લિયસમાં ધન વીજભાર પરથી સંતુલન કરવા બે ઈલેક્ટ્રોન હોવા જોઈએ પણ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા વિશે શું કહી શકાય? શું બધા જ હિલિયમ પરમાણુ પાસે તેમના ન્યુક્લિયસમાં બે ન્યુટ્રોન હોય છે?

[પરમાણુમાં ન્યુટ્રોન શું ભાગ ભજવે છે?]

એનો જવાબ છે, તેમની પાસે નથી! આપણે જાણીએ છીએ કે ન્યુક્લિયમાં પ્રોટોનની જુદી જુદી સંખ્યા સાથેના પરમાણુઓ જુદા જુદા તત્વ છે. જ્યારે ન્યુટ્રોનની વાત આવે ત્યારે આ સાચું નથી: સમાન તત્વના પરમાણુઓ ન્યુક્લિયસમાં ન્યુટ્રોનની જુદી જુદી સંખ્યા ધરાવી શકે અને તેમછતાં તેમની ઓળખ જાળવી શકે.આવા પરમાણુઓને સમસ્થાનિકો કહેવામાં આવે છે, અને એક જ તત્વના ઘણા બધા સમસ્થાનિકો હોઈ શકે.

સમસ્થાનિક શબ્દ પ્રાચીન ગ્રીકમાંથી તારવવામાં આવ્યો છે: પૂર્વગ સમ- એટલે "સમાન", જ્યારે -સ્થાનિક (ગ્રીક શબ્દ ટોપોસ પરથી) એટલે "સ્થાન" આપેલા તત્વના સમસ્થાનિક હંમેશા એકસમાન પ્રોટોનની સંખ્યા ધરાવે છે અને તેથી જ આવર્ત કોષ્ટકમાં એકસમાન સ્થાન ધરાવે છે. તેમછતાં, સમસ્થાનિકો પાસે ન્યુટ્રોનની સંખ્યા જુદી જુદી હોય છે, તેથી દરેક સમસ્થાનિક પાસે અનન્ય પરમાણ્વીય દળ છે.

કણના દળ અને એકીકૃત પરમાણ્વીય દળ એકમ

આપણે એક જ પરમાણુના દળને કઈ રીતે દર્શાવી શકીએ? પરમાણુઓ ઘણા જ નાના હોય છે (અને પેટાપરમાણ્વીય કણ તેનાથી પણ નાના હોય છે!), આપણે આ કણોનું દળ માપવા માટે રોજીંદા એકમો જેવા કે ગ્રામ અથવા કિલોગ્રામનો ઉપયોગ કરી શકીએ નહિ. તેથી જ વૈજ્ઞાનિકોએ એકીકૃત પરમાણ્વીય દળ એકમ, અથવા start text, u, end text વિકસાવ્યું, જે આપણને પરમાણ્વીય અથવા આણ્વીય માપક્રમ વિશે વિચારવા દે છે.

વ્યાખ્યા વડે, 1, space, start text, u, end text બરાબર કાર્બન-12 ના એક જ તટસ્થ પરમાણુના દળના તદ્દન એક-બારાંશ થાય, જે કાર્બનનો સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક છે. હાઈફન પછીની સંખ્યા, 12, કાર્બનના આ ખાસ સમસ્થાનિકમાં મળી આવતા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સરવાળો છે.

[મારી ટેક્સબુક "u" ની જગ્યાએ "amu" નો ઉપયોગ શા માટે કરે છે?]

ખ્યાલ ચકાસણી: કાર્બન-12 ના પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં કેટલા પ્રોટોન છે?

[જવાબ બતાવો]

એકીકૃત પરમાણ્વીય દળ એકમ કેટલું ઉપયોગી છે એ જોવા માટે, start text, k, g, end text અને start text, u, end text માં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, અને ઇલેક્ટ્રોનના દળ જોઈએ:

નામ	વીજભાર	દળ left parenthesis, start text, k, g, end text, right parenthesis	દળ left parenthesis, start text, u, end text, right parenthesis	Location
પ્રોટોન	1, plus	1, point, 673, times, 10, start superscript, minus, 27, end superscript	1, point, 007	inside nucleus
ન્યુટ્રોન	0	1, point, 675, times, 10, start superscript, minus, 27, end superscript	1, point, 009	inside nucleus
ઇલેક્ટ્રોન	1, minus	9, point, 109, times, 10, start superscript, minus, 31, end superscript	5, point, 486, times, 10, start superscript, minus, 4, end superscript	outside nucleus

એકીકૃત પરમાણ્વીય દળ એકમનો ઉપયોગ આ કણોના દળને સમજવાનું અને સરખામણી કરવાનું સરળ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આપણે ઉપરની સંખ્યા પરથી જોઈ શકીએ કે ઈલેક્ટ્રોન કરતા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન ઘણા જ ભારે હોય છે (ચોક્કસ કહીએ તો, લગભગ 200 ગણા!). આ આપણને જણાવે છે કે પરમાણુના દલનો મોટા ભાગનો જથ્થો તેના ન્યુક્લિયસ આગળ હોય છે.

હકીકતમાં, ઇલેક્ટ્રોનનું દળ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનના દળની સરખામણીમાં ખુબ જ નાનું હોય છે તેથી પરમાણુના એકંદર દળ પર ઇલેક્ટ્રોનની અવગણ્ય અસર ગણવામાં આવે છે. જ્યારે આપણે અણુ અથવા પરમાણુના દળની ગણતરી કરીએ, ત્યારે આપણે ઇલેક્ટ્રોનના દળને અવગણી શકીએ. કેટલીક વાર, આપણે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બંને પાસે તદ્દન જેટલું 1, start text, u, end text દળ હોય છે એ ધારીને આ ગણતરીઓ હજુ સરળ બનાવી શકીએ. આ આર્ટીકલમાં, આપણે સામાન્ય રીતે પરમાણ્વીય દળ સાથે કામ કરીશું જેની ગણતરી ચોક્કસ રીતે કરવામાં આવી છે.

દળ ક્રમાંક અને સમસ્થાનિકની સંજ્ઞા

હવે આપણી પાસે જુદા જુદા વીજભાર તેમજ પ્રોટોન, ઈલેક્ટ્રોન, અને ન્યુટ્રોનના દળ વિશેની સમજ છે, તેથી આપણે દળ ક્રમાંક સંકલ્પનાની ચર્ચા કરી શકીએ. વ્યાખ્યા મુજબ, પરમાણુનો દળ ક્રમાંક બરાબર તેના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા વત્તા ન્યુટ્રોનની સંખ્યા.

start text, દ, ળ, space, ક, ્, ર, મ, ા, ં, ક, end text, equals, left parenthesis, \#, start text, પ, ્, ર, ો, ટ, ો, ન, end text, right parenthesis, plus, left parenthesis, \#, start text, ન, ્, ય, ુ, ટ, ્, ર, ો, ન, end text, right parenthesis

જે રીતે પરમાણુક્રમાંક તત્વને વ્યાખ્યાયિત કરે, તે જ રીતે આપણે દળ ક્રમાંકને તત્વના ચોક્કસ સમસ્થાનિકને વ્યાખ્યાયિત કરતો વિચારી શકીએ. સમસ્થાનિકને દર્શાવવાની સૌથી સરળ રીત "તત્વ નામ-દળ ક્રમાંક" નો ઉપયોગ કરવાની છે, જેમ આપણે કાર્બન-12 સાથે જોઈ ગયા.

મહત્વની રીતે, આપણે ન્યુક્લિયસમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યાની ગણતરી કરવા સમસ્થાનિકના દળ ક્રમાંકનો ઉપયોગ કરી શકીએ. ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન-12 ના દળ ક્રમાંક અને ઉપરના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને કાર્બન-12 ના એક જ પરમાણુમાં કેટલા ન્યુટ્રોન છે એની ગણતરી કરીએ. ન્યુટ્રોનની સંખ્યા માટે ઉકેલવા સમીકરણને ફરીથી ગોઠવતા, આપણને મળે:

\begin{aligned} \#\;\text{ન્યુટ્રોન} &= \text{દળ ક્રમાંક} - (\#\;\text{પ્રોટોન})\\ \\ &= 12 - 6\\ \\ &= 6\, \text{ન્યુટ્રોન કાર્બન-}12\end{aligned}

તેથી, કાર્બન-12 ના પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં 6 ન્યુટ્રોન છે. ચાલો બીજું ઉદાહરણ જોઈએ.

ખ્યાલ ચકાસણી: ક્રોમિયમનો સૌથી સ્થાયી સમસ્થાનિક ક્રોમિયમ-52 છે. ક્રોમિયમ-52 ના એક જ પરમાણુમાં કેટલા ન્યુટ્રોન આવેલા છે?

[જવાબ બતાવો]

સમસ્થાનિકને દર્શાવવા વૈજ્ઞાનિકો બીજી રીતનો ઉપયોગ કરે છે એ સમસ્થાનિકની સંજ્ઞા છે, જેને ન્યુક્લિયરની સંજ્ઞા પણ કહેવામાં આવે છે. સમસ્થાનિક સંજ્ઞા એક જ સંજ્ઞામાં પરમાણુક્રમાંક, દળ ક્રમાંક અને સમસ્થાનિકનો વીજભાર બતાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તટસ્થ હાઇડ્રોજન-3 અને મેગ્નેશિયમ-24 કેટાયન માટે સમસ્થાનિકની સંજ્ઞાને ધ્યાનમાં લો.

આપણે જોઈ શકીએ એમ, હાઇડ્રોજન અને મેગ્નેશિયમ માટે રાસાયણિક સંજ્ઞા દરેક સમસ્થાનિક માટે સંજ્ઞાના કેન્દ્રમાં લખવામાં આવે છે. આ સંજ્ઞાઓની ડાબી બાજુએ દરેક સમસ્થાનિકનો પરમાણુ ક્રમાંક અને દળ ક્રમાંક છે, અને જમણી બાજુ સમસ્થાનિક પરનો ચોખ્ખો વીજભાર છે. ઉપરની હાઇડ્રોજન-3 માટેની સંજ્ઞાની જેમ જ, તટસ્થ પરમાણુ માટે ચોખ્ખા વીજભારનો સમાવેશ કરવામાં આવતો નથી.

પરમાણ્વીય દળ vs. દળ ક્રમાંક

સમસ્થાનિકનો દળ ક્રમાંક તેના પરમાણ્વીય દળ સાથે નજીકથી સંબંધ ધરાવે છે, જે (start text, u, end text) ના એકમમાં દર્શાવેલું સમસ્થાનિકનું દળ છે. ન્યુટ્રોનનું દળ અને પ્રોટોનનું દળ બંને 1, start text, u, end text ની ખુબ નજીક છે, તેથી સમસ્થાનિકના પરમાણ્વીય દળને ઘણીવાર તેના દળ ક્રમાંકની નજીક જ લેવામાં આવે છે. તેમછતાં, આ બે સંખ્યાઓ સાથે ગુચવાશો નહિ! દળ ક્રમાંક હંમેશા પૂર્ણાંકમાં (ન્યુક્લિયસ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની પૂર્ણ સંખ્યા જ ધરાવે છે) હોય છે અને તેને એકમ વગર લખવામાં આવે છે. વિપરીત રીતે, પરમાણુક્રમાંક ક્યારેય પૂર્ણાંક (તેમને નજીકની સંખ્યામાં ન ન ફેરવ્યા હોય તો) હોતા નથી, અને તેમને હંમેશા દળના એકમ (start text, u, end text) સાથે બતાવવામાં આવે છે.

બીજો શબ્દ જે વિદ્યાર્થીઓ પરમાણ્વીય દળ અને દળ ક્રમાંક સાથે ગુંચવાય છે એ સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ (જેને ક્યારેય પરમાણ્વીય વજન પણ કહેવામાં આવે છે) છે, જે સંબંધિત સંકલ્પના છે. ચિંતા કરશો નહિ, આપણે પછીના વિભાગમાં સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ વિશે ચર્ચા કરીશું.

સાપેક્ષ પ્રચુરતા અને સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ

ત્યાં ક્લોરિનના બે સ્થાયી સમસ્થાનિકો છે: ક્લોરીન-35 અને ક્લોરીન-37.

[ક્લોરીન-36 વિશે શું?]

ક્લોરીન-35 નું પરમાણ્વીય દળ 34, point, 97, start text, u, end text છે, અને ક્લોરીન-37 નું પરમાણ્વીય દળ 36, point, 97, start text, u, end text છે. અને હજુ, જો તમે આવર્ત કોષ્ટક પર જુઓ, તો તમે શોધશો કે ક્લોરીનનું દળ 35, point, 45, start text, u, end text આપવામાં આવ્યું છે. આ સંખ્યા ક્યાંથી આવી?

જો તમે અનુમાન લગાવ્યું હોય કે તે ક્લોરીન પરમાણુઓનું સરેરાશ દળ છે, તો તે સાચું છે. હકીકતમાં, બધા જ દળ જે તમે આવર્ત કોષ્ટક પર જુઓ છો એ સરેરાશ છે, દરેક પરમાણ્વીય દળ અને તત્વના સ્થાયી સમસ્થાનિકોની કુદરતી પ્રચુરતા પર આધાર રાખે છે. આ સરેરાશ દળને સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ અથવા, કેટલાક પુસ્તકોમાં, પરમાણ્વીય વજન કહેવામાં આવે છે.

[આવર્ત કોષ્ટકના દળ પાસે આ એકમ શા માટે હોય છે?]

ક્લોરિનના સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ વિશે વધુ વિચારીએ. જો ક્લોરીન-35 નું પરમાણ્વીય દળ અને ક્લોરીન-37 નું પરમાણ્વીય દળ અનુક્રમે 34, point, 97 અને 36, point, 97, start text, u, end text છે, તો ક્લોરીનનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ આ બંને કિંમતોનું સરેરાશ શા માટે નથી?

આનો જવાબ એ છે કે જુદા જુદા સમસ્થાનિકો પાસે જુદી જુદી સાપેક્ષ પ્રચુરતા હોય છે, જેનો અર્થ થાય કે કેટલાક સમસ્થાનિકો બીજા કરતા પૃથ્વી પર કુદરતી રીતે જ વિપુલ માત્રામાં છે. ક્લોરિનના ઉદાહરણમાં, ક્લોરીન-35 ની સાપેક્ષ પ્રચુરતા 75, point, 76, percent છે અને ક્લોરીન-37 પાસે સાપેક્ષ પ્રચુરતા 24, point, 24, percent છે. સાપેક્ષ પ્રચુરતાને સામાન્ય રીતે ટકાવારીમાં દર્શાવવામાં આવે છે, જેનો અર્થ થાય કે તત્વના બધા જ જુદા જુદા સ્થાયી સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતાનો સરવાળો 100, percent થવો જોઈએ. તત્વનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ એ ખરેખર આ કિંમતો પરથી ગણતરી કરવામાં આવેલા ભારિત સરેરાશ છે. આને વધુ સારી રીતે સમજવા, ક્લોરીનનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ ગણીએ

ઉદાહરણ: ક્લોરિનના સરેરાશ પરમાણ્વીય દળની ગણતરી કરવી

યાદ રાખો કે તત્વનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ ભારિત સરેરાશ છે. જ્યારે આપણે ભારિત સરેરાશની ગણતરી કરવા માંગીએ, ત્યારે આપણે આપણા ગણમાં દરેકની કિંમત—આ ઉદાહરણમાં, ક્લોરિનના દરેક સમસ્થાનિકનું પરમાણ્વીય દળ—અપૂર્ણાંક તરીકે તેની સાપેક્ષ પ્રચુરતા વડે ગુણવામાં આવે છે, અને પછી આપણે બધી નીપજનો સરવાળો કરીએ. આ નીચે મુજબ લખી શકાય:

\text{સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ}=\sum\limits_{i=1}^n(\text{સાપેક્ષ પ્રચુરતા}\times\text{પરમાણ્વીય દળ})_i

start text, સ, ર, ે, ર, ા, શ, space, પ, ર, મ, ા, ણ, ્, વ, ી, ય, space, દ, ળ, end text, equals, sum, start subscript, i, equals, 1, end subscript, start superscript, n, end superscript, left parenthesis, start text, સ, ા, પ, ે, ક, ્, ષ, space, પ, ્, ર, ચ, ુ, ર, ત, ા, end text, times, start text, પ, ર, મ, ા, ણ, ્, વ, ી, ય, space, દ, ળ, end text, right parenthesis, start subscript, i, end subscript

ક્લોરીન માટેની કિંમત મૂકતા, આપણને મળે:

\begin{aligned}\text{ક્લોરીનનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ} &= (0.7576\times34.97\; \text{u}) + (0.2424\times36.97\; \text{u})\\ \\ &= 26.49\; \text{u} + 8.96\; \text{u}\\ \\ &= 35.45\; \text {u}\end{aligned}

કારણકે ક્લોરીન-35 એ ક્લોરીન-37 કરતા લગભગ ત્રણ ગણો વધુ પ્રચુર છે, ભારિત સરેરાશ 37, start text, u, end text કરતા 35, start text, u, end text ની વધુ નજીક છે.

ખ્યાલ ચકાસણી: બ્રોમીન પાસે બે સ્થાયી સમસ્થાનિકો છે—બ્રોમીન-79 અને બ્રોમીન-81. સમસ્થાનિકોની સાપેક્ષ પ્રચુરતા અનુક્રમે 50, point, 70, percent અને 49, point, 30, percent છે. શું બ્રોમિનનું પરમાણ્વીય વજન 79, 80, અથવા 81, start text, u, end text ની નજીક છે?

[જવાબ બતાવો]

માસ સ્પેકટ્રોમેટ્રી

આપણે જાણીએ છીએ કે પરમાણ્વીય દળ અને સાપેક્ષ પ્રચુરતા પરથી ભારિત સરેરાશની ગણતરી કરીને સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ કઈ રીતે શોધી શકાય પણ આ સાપેક્ષ પ્રચુરતા ક્યાંથી આવે છે? ઉદાહરણ તરીકે, આપણે કઈ રીતે જાણી શકીએ કે પૃથ્વી પરના 75, point, 76, percent બધા જ ક્લોરીન પરમાણુઓ ક્લોરીન-35 છે?

જવાબ એ છે કે આ સાપેક્ષ પ્રચુરતાને દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રી નામની રીતનો ઉપયોગ કરીને પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરી શકાય છે.

દળ સ્પેકટ્રમીટરની આકૃતિ. મશીનમાં નમૂનાને દાખલ કરવામાં આવે છે, હીટર વડે બાષ્પીભવન થાય છે, અને વધુ-ઊર્જાવાળા ઈલેક્ટ્રોન વડે આયનીકરણ થાય છે. પરિણામી આયન સમાંતર વિદ્યુત પ્લેટ વડે પ્રવેગિત થાય છે અને ડિટેક્ટર પાસે પહોંચે એ પહેલા ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે તેનું કોણાવર્તન થાય છે. Image credit: "પરમાણ્વીય બંધારણ અને સંજ્ઞાઓ: આકૃતિ 5" by OpenStax Chemistry, CC BY 4.0.

દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રીમાં, રસપ્રદ અણુઓ આઠ પરમાણુઓ ધરાવતા નમૂનાને દળ સ્પેકટ્રોમીટર નામના સાધનામાં દાખલ કરવામાં આવે છે. નમૂનાને—સામાન્ય રીતે જલીય અથવા કાર્બનિક દ્રાવણ—તરત જ હીટર વડે ગરમ કરવામાં આવે છે, બાષ્પીભવન પામેલા નમૂના પર વધુ-ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રોનનો મારો કરવામાં આવે છે. આ ઈલેક્ટ્રોન પાસે નમૂનામાં પરમાણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા હોય છે, આ પ્રક્રિયા ધન-વીજભારિત આયન બનાવે છે. ત્યારબાદ આ આયનને વિદ્યુત પ્લેટ વડે પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે કોણાવર્તન થાય છે (આકૃતિ 3).

દરેક આયનના કોણાવર્તનનો જથ્થો તેની ઝડપ અને વીજભાર પર આધાર રાખે છે. ધીમેથી ગતિ કરતા આયન (જેમ કે, ભારે આયન) નું કોણાવર્તન ઓછું થાય છે, જ્યારે ઝડપથી ગતિ કરતા આયન (જેમ કે, હલકા આયન) નું કોણાવર્તન વધુ થાય છે. (બોલિંગ બોલને પ્રવેગિત કરવા માટે લાગુ પાડવામાં વતુ બળ વિરુદ્ધ ટેનિસ બોલને પ્રવેગિત કરવા માટે લાગુ પાડવામાં આવતા બળ વિશે વિચારો—ટેનિસ બોલને પ્રવેગિત કરવા ખુબ જ ઓછાની જરૂર છે!) વધારામાં, ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઓછા વીજભાર સાથેના આયન કરતા વધુ વીજભાર સાથેના આયનનું કોણાવર્તન કરે છે.

દરેક આયનના કોણાવર્તનનો જથ્થો તેના દળ-વીજભારના ગુણોત્તર, m, slash, z ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે, જ્યાં m આયનનું દળ છે અને z તેનો વીજભાર છે. કોણાવર્તન પામ્યા બાદ, આયન દળ સ્પેકટ્રોમીટરમાં ડિટેક્ટર પાસે પહોંચે છે, જે બે બાબતોનું માપન કરે છે: (1) દરેક આયન માટે m, slash, z ગુણોત્તર અને (2) ચોક્કસ m, slash, z ગુણોત્તર સાથે તે કેટલા આયન જોઈ છે એ. નમૂનામાં ચોક્કસ આયન માટે સાપેક્ષ પ્રચુરતાને ચોક્કસ m, slash, z ગુણોત્તર સાથે આયનની સંખ્યાને પરખ કરેલા આયનની કુલ સંખ્યા વડે ભાગીને શોધી શકાય છે. પ્રયોગના અંત આગળ, સાધન નમૂના માટે દળ વર્ણપટ બનાવે છે, જે સાપેક્ષ પ્રચુરતા વિરુદ્ધ m, slash, z નો આલેખ છે.

ખ્યાલ ચકાસણી: કોપરના નમૂનાને દળ સ્પેકટ્રોમીટરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. નમૂનાનું બાષ્પીભવન અને આયનીકરણ થાય પછી, આયન start superscript, 63, end superscript, start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript અને start superscript, 65, end superscript, start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript ની પરખ થાય છે. સ્પેકટ્રોમીટરની અંદર કયા આયનનું કોણાવર્તન વધુ થાય છે?

[જવાબ બતાવો]

કેટલાક પ્રયોગમાં, દળ સ્પેકટ્રોમીટર વડે ઉત્પન્ન થતા બધા જ આયન પાસે વીજભાર 1, plus હોય છે. આ ઉદાહરણમાં, દરેક આયનનો ગુણોત્તર બરાબર ફક્ત m, અથવા આયનનું પરમાણ્વીય દળ જ હોય છે. પરિણામે, કેટલાક સરળ દળ વર્ણપટ પાસે x-અક્ષ પર m, slash, z ની જગ્યાએ start text, u, end text માં પરમાણ્વીય દળ હોય છે, જેમ કે નીચે ઝિર્કોનિયમ માટેના વર્ણપટમાં (આકૃતિ 4).

ઝિર્કોનિયમના દળ વર્ણપટનું નિરીક્ષણ કરવું

ધારો કે આપણે દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને શુદ્ધ ઝિર્કોનિયમના (પરમાણુક્રમાંક 40) સરેરાશ નમૂનાનું નિરીક્ષણ કર્યું નમૂનાને સાધનમાં મૂક્યા પછી, આપણને દળ વર્ણપટ મળે છે જે આ મુજબ દેખાય:

આ વર્ણપટ ઝિર્કોનિયમ વિશે શું જણાવે છે? ત્યાં વર્ણપટમાં પાંચ પીક છે, જે આપણને બતાવે છે કે ઝિર્કોનિયમના પાંચ સમસ્થાનિકો કુદરતી રીતે મળી આવે છે. દરેક પીકની ઊંચાઈ ઝિર્કોનિયમનો દરેક સમસ્થાનિક બીજા સમસ્થાનિકની સરખામણીમાં કેટલો પ્રચુર છે એ બતાવે છે.

ખ્યાલ ચકાસણી: આ વર્ણપટને આધારે, કુદરતી રીતે મળી આવતો ઝિર્કોનિયમનો સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક કયો છે?

[જવાબ બતાવો]

અંતે, નોંધો કે x-અક્ષ પર પરમાણ્વીય દળ (start text, u, end text) છે m, slash, z નહિ (જેનો અર્થ થાય કે પ્રયોગ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા બધા જ આયનનો વીજભાર 1, plus છે). તેથી, આપણે સમસ્થાનિકોના પરમાણ્વીય દળ પણ જાણીએ છીએ, જેનો ઉપયોગ નમૂનામાં ઝિર્કોનિયમના સરેરાશ પરમાણ્વીય દળની ગણતરી કરવા માટે સાપેક્ષ પ્રચુરતા સાથે કરી શકાય. આ ગણતરીનો પ્રયત્ન જાતે કરવા માટે, આર્ટિકલના અંતમાં મહાવરાના પ્રશ્નને જુઓ!

આ દિવસોમાં, આપણે પહેલેથી જ આવર્ત કોષ્ટક પરના મોટા ભાગના તત્વોનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ જાણીએ છીએ, તેથી દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રી વડે દરેક તત્વનું અલગથી નિરીક્ષણ કરવું જરૂરી નથી—વિદ્યાર્થીને શીખવવા સિવાય! મોટા ભાગે, રસાયણવિજ્ઞાનીઓ અજ્ઞાત અણુઓ અને સંયોજનોના બંધારણ અથવા રસાયણિક સૂત્ર નક્કી કરવા માટે લેબમાં દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરે છે. દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રીની ઉપયોગીતા બીજા ક્ષેત્રમાં પણ છે, જેમ કે, તબીબી, ફોરેન્સિક, અવકાશ અને વધુ. નવા શોધેયલ ગ્રહના વાતાવરણના નિરીક્ષણમાં અથવા નવા બનેલા અણુમાં દળ સ્પેકટ્રોમેટ્રી વૈજ્ઞાનિક જ્ઞાન અને સમજ સાથેનું એડવાન્સ સાધન છે.

સારાંશ

પરમાણુઓ જેની પાસે પ્રોટોનની સંખ્યા સમાન હોય છે પણ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા જુદી જુદી હોય તેને સમસ્થાનિકો કહેવામાં આવે છે.
સમસ્થાનિકો પાસે જુદા જુદા પરમાણ્વીય દળ હોય છે.
સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા એ કુદરતી રીતે મળી આવતા તત્વના નમૂનામાં ચોક્કસ પરમાણ્વીય દળ સાથે પરમાણુની ટકાવારી છે.
તત્વનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ તેના પરમાણ્વીય દળ વડે તત્વના સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા ગુણીને ભારિત સરેરાશ ગણતરી અને પછી નીપજોનો સરવાળો છે.
દરેક સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ પ્રચુરતા માસ સ્પેકટ્રોમેટ્રી નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરી શકાય છે.
માસ સ્પેકટ્રોમીટર વધુ-ઊર્જાવાળા ઈલેક્ટ્રોન પુંજ સાથે પરમાણુઓ અને અણુઓનું આયનીકરણ કરે છે અને તેમના દળ-વીજભાર ગુણોત્તર (m, slash, z) ને આધારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે આયનનું કોણાવર્તન કરે છે.
નમુનાનું માસ સ્પેક્ટ્રમ y-અક્ષ પર આયનની સાપેક્ષ પ્રચુરતા અને x-અક્ષ પર તેનો m, slash, z ગુણોત્તર બતાવે છે. જો બધા આયન માટે (start text, u, end text) હોય, તો x-અક્ષને પરમાણ્વીય દળ (start text, u, end text) ના સંદર્ભમાં દર્શાવી શકાય.

[એટ્રીબ્યુશન અને રેફરન્સ]

પ્રયત્ન કરો!

ઉપર ઝિર્કોનિયમના દળ વર્ણપટને આધારે, આપણે ઝિર્કોનિયમના સમસ્થાનિક માટે નીચેના પરમાણ્વીય દળ અને સાપેક્ષ પ્રચુરતાઓ મેળવીએ છીએ:

સમસ્થાનિક	start text, Z, r, negative, end text, 90	start text, Z, r, negative, end text, 91	start text, Z, r, negative, end text, 92	start text, Z, r, negative, end text, 94	start text, Z, r, negative, end text, 96
પરમાણ્વીય દળ (start text, u, end text)	89, point, 905	90, point, 906	91, point, 905	93, point, 906	95, point, 908
સાપેક્ષ પ્રચુરતા (percent)	51, point, 45	11, point, 22	17, point, 15	17, point, 38	2, point, 80

ટેબલમાં માહિતી મુજબ, આપણા નમૂનામાં ઝિર્કોનિયમનું સરેરાશ પરમાણ્વીય દળ શું છે?
તમારા જવાબને નજીકના શતાંશમાં દશાંશ સ્વરૂપે લખો.

start text, u, end text

[હિંટ 1]

[હિંટ 2]

વાર્તાલાપમાં જોડાવા માંગો છો?

લોગ ઇન

વડે ગોઠવવું:

No posts yet.

શું તમે અંગ્રેજી સમજો છો? ખાનએકેડેમીની અંગ્રેજીની સાઇટ પર વધુ ચર્ચા થતી જોવા માટે અહીં ક્લિક કરો.