14th Day । विज्ञान

यूनिट – 13: रसायन के अंतर्गत

परमाणुविक स्पेक्ट्रा
परमाणु का क्वांटम यांत्रिक मॉडल
को विस्तारपूर्वक उदाहरणों सहित समझा रहा हूँ, जो कि मध्य प्रदेश प्राथमिक शिक्षक चयन परीक्षा 2025 के लिए उपयोगी है।

🧪 1. परमाणुविक स्पेक्ट्रा (Atomic Spectra)

🔸 क्या होता है?

जब किसी गैस जैसे हाइड्रोजन को गर्म किया जाता है या उसमें विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो उसके इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं। लेकिन यह स्थिति अस्थायी होती है, इसलिए वे इलेक्ट्रॉन वापस अपने निम्न ऊर्जा स्तर (ground state) पर लौट आते हैं।

जब इलेक्ट्रॉन ऊपर से नीचे आता है, तो वह ऊर्जा छोड़ता है। यह ऊर्जा प्रकाश के रूप में होती है – जिसे हम रंगीन रेखाओं की तरह देख सकते हैं। इसी को कहते हैं परमाणुविक स्पेक्ट्रा।

🔸 उदाहरण: हाइड्रोजन परमाणु

हाइड्रोजन के स्पेक्ट्रा में कई श्रृंखलाएं (series) होती हैं:

लाइमन श्रृंखला: जब इलेक्ट्रॉन किसी भी ऊँचे स्तर से पहले स्तर (n=1) पर गिरता है। इससे अल्ट्रावायलेट (UV) प्रकाश उत्सर्जित होता है।
बाल्मर श्रृंखला: जब इलेक्ट्रॉन किसी ऊँचे स्तर से दूसरे स्तर (n=2) पर आता है। यह दृश्य प्रकाश (visible light) देता है, जिसे आँखों से देखा जा सकता है।
पाश्चन श्रृंखला: जब इलेक्ट्रॉन तीसरे स्तर (n=3) पर गिरता है। इससे अवरक्त (infrared) प्रकाश निकलता है।

उदाहरण के तौर पर, अगर एक इलेक्ट्रॉन n=3 से n=2 पर आता है, तो यह बाल्मर श्रृंखला में आता है और नीले या हरे रंग की रेखा बनाता है।

🔸 क्यों जरूरी है?

यह स्पेक्ट्रा हर तत्व का अलग होता है, जैसे फिंगरप्रिंट। इससे वैज्ञानिक किसी अज्ञात गैस या पदार्थ की पहचान कर सकते हैं।

⚛️ 2. परमाणु का क्वांटम यांत्रिक मॉडल (Quantum Mechanical Model of Atom)

🔸 यह मॉडल क्यों आया?

बोहर मॉडल बहुत सरल था और यह केवल हाइड्रोजन जैसे एक इलेक्ट्रॉन वाले तत्वों को समझा पाया। जैसे-जैसे विज्ञान आगे बढ़ा, यह ज़रूरी हुआ कि हम इलेक्ट्रॉनों की स्थिति और ऊर्जा को अधिक सटीक रूप से समझें। इसी से क्वांटम यांत्रिक मॉडल की शुरुआत हुई।

🔸 मुख्य विचार:

हाइजनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत: हम किसी इलेक्ट्रॉन की स्थिति और वेग दोनों को एक साथ बिल्कुल सटीक नहीं जान सकते। इसका मतलब यह है कि हम केवल यह अनुमान लगा सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन किस जगह पर "संभावना" से हो सकता है।
श्रेडिंगर की तरंग समीकरण: यह एक गणितीय समीकरण है जिससे यह ज्ञात होता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु में किस जगह पर होने की सबसे ज्यादा संभावना है। इस स्थान को ऑर्बिटल (orbital) कहते हैं।

🔸 क्वांटम संख्याएँ:

इलेक्ट्रॉन की स्थिति और ऊर्जा को चार प्रकार की संख्याओं से बताया जाता है:

प्रधान क्वांटम संख्या (n): यह बताती है कि इलेक्ट्रॉन किस ऊर्जा स्तर (shell) में है। जैसे: n = 1, 2, 3…
कोणीय क्वांटम संख्या (l): यह उपकोशिका को दर्शाती है – जैसे s, p, d, f।
यदि n = 2 है, तो l = 0 और 1 हो सकता है (यानि s और p उपकोशिकाएँ)।
चुम्बकीय क्वांटम संख्या (m): यह दर्शाती है कि उपकोशिका में कौन-सा ऑर्बिटल है और उसकी दिशा क्या है।
स्पिन क्वांटम संख्या (s): यह बताती है कि इलेक्ट्रॉन किस दिशा में घूम रहा है – clockwise या anticlockwise।

🔸 उदाहरण: ऑक्सीजन परमाणु (O – Atomic number 8)

ऑक्सीजन में 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

इसका इलेक्ट्रॉन विन्यास होगा:
1s² 2s² 2p⁴

यहाँ:

दो इलेक्ट्रॉन पहले shell (n=1) में हैं
छह इलेक्ट्रॉन दूसरे shell (n=2) में हैं – जिनमें से 2 's' उपकोशिका में और 4 'p' उपकोशिका में

यह क्वांटम मॉडल यह नहीं कहता कि इलेक्ट्रॉन निश्चित रूप से कहाँ है, बल्कि यह बताता है कि वह कहाँ "हो सकता है"।

🔸 परीक्षा उपयोगी बातें (Revision के लिए):

परमाणुविक स्पेक्ट्रा में रेखाएँ इलेक्ट्रॉन के गिरने पर बनती हैं।
हाइड्रोजन स्पेक्ट्रा की बाल्मर श्रृंखला दृश्य प्रकाश में आती है।
क्वांटम मॉडल में इलेक्ट्रॉन की स्थिति संभावना पर आधारित होती है।
4 क्वांटम संख्याएँ – n, l, m, s – से इलेक्ट्रॉन की स्थिति और गुण तय होते हैं।

🧪 Atomic Spectra और Quantum Mechanical Model – 20 MCQs

प्रश्न 1.

हाइड्रोजन परमाणु का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा किस सिद्धांत पर आधारित होता है?
A) न्यूटन सिद्धांत
B) बोहर सिद्धांत
C) अवगadro सिद्धांत
D) डाल्टन सिद्धांत
उत्तर: B) बोहर सिद्धांत

प्रश्न 2.

बाल्मर श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन किस ऊर्जा स्तर पर गिरता है?
A) n=1
B) n=2
C) n=3
D) n=4
उत्तर: B) n=2

प्रश्न 3.

लाइमन श्रृंखला में उत्सर्जित प्रकाश किस क्षेत्र में होता है?
A) दृश्य प्रकाश
B) अल्ट्रावायलेट
C) इन्फ्रारेड
D) एक्स-रे
उत्तर: B) अल्ट्रावायलेट

प्रश्न 4.

हाइड्रोजन परमाणु में कौन-सी श्रृंखला दृश्य क्षेत्र में आती है?
A) लाइमन
B) पाश्चन
C) बाल्मर
D) ब्रैकेट
उत्तर: C) बाल्मर

प्रश्न 5.

पाश्चन श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन गिरता है —
A) n = 1
B) n = 2
C) n = 3
D) n = 4
उत्तर: C) n = 3

प्रश्न 6.

परमाणु स्पेक्ट्रा किस कारण बनता है?
A) न्यूट्रॉन के गति करने से
B) प्रोटॉन के उत्सर्जन से
C) इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तर से गिरने से
D) परमाणु के विभाजन से
उत्तर: C) इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तर से गिरने से

प्रश्न 7.

बोहर मॉडल में इलेक्ट्रॉन किस रूप में परिभाषित कक्षा में घूमता है?
A) अनिश्चित रूप से
B) तय कक्षाओं में
C) बाहर की दिशा में
D) आकस्मिक रूप से
उत्तर: B) तय कक्षाओं में

प्रश्न 8.

श्रेडिंगर समीकरण बताता है —
A) इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान
B) इलेक्ट्रॉन की निश्चित स्थिति
C) इलेक्ट्रॉन की संभाव्य स्थिति
D) इलेक्ट्रॉन की गति
उत्तर: C) इलेक्ट्रॉन की संभाव्य स्थिति

प्रश्न 9.

हाइजनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत किससे संबंधित है?
A) द्रव्यमान और भार
B) ऊर्जा और समय
C) स्थिति और वेग
D) स्पिन और आवेश
उत्तर: C) स्थिति और वेग

प्रश्न 10.

ऑर्बिटल शब्द किस मॉडल से आया है?
A) बोहर मॉडल
B) रदरफोर्ड मॉडल
C) क्वांटम यांत्रिक मॉडल
D) डाल्टन मॉडल
उत्तर: C) क्वांटम यांत्रिक मॉडल

प्रश्न 11.

प्रधान क्वांटम संख्या (n) क्या दर्शाती है?
A) ऑर्बिटल की आकृति
B) ऊर्जा स्तर
C) इलेक्ट्रॉन का आवेश
D) गति
उत्तर: B) ऊर्जा स्तर

प्रश्न 12.

यदि n = 3 है, तो उपकोशिकाओं की संख्या कितनी होगी?
A) 2
B) 3
C) 4
D) 1
उत्तर: B) 3

प्रश्न 13.

कोणीय क्वांटम संख्या (l) किससे संबंधित है?
A) ऊर्जा स्तर
B) स्पिन
C) उपकोशिका (subshell)
D) स्थिति
उत्तर: C) उपकोशिका

प्रश्न 14.

यदि l = 1, तो कौन-सी उपकोशिका होगी?
A) s
B) p
C) d
D) f
उत्तर: B) p

प्रश्न 15.

चुम्बकीय क्वांटम संख्या (m) बताती है —
A) कक्षा की ऊर्जा
B) कक्षा की दिशा
C) इलेक्ट्रॉन की गति
D) कक्षा का आकार
उत्तर: B) कक्षा की दिशा

प्रश्न 16.

स्पिन क्वांटम संख्या के कितने मान होते हैं?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
उत्तर: B) 2 ( +½ और –½ )

प्रश्न 17.

ऑक्सीजन (O) में कुल कितने इलेक्ट्रॉन होते हैं?
A) 6
B) 7
C) 8
D) 9
उत्तर: C) 8

प्रश्न 18.

इलेक्ट्रॉन की स्थिति के बारे में सबसे सटीक जानकारी किससे मिलती है?
A) बोहर मॉडल
B) हाइजनबर्ग सिद्धांत
C) श्रेडिंगर समीकरण
D) डाल्टन सिद्धांत
उत्तर: C) श्रेडिंगर समीकरण