পরমাণু

মৌলিক পদার্থের যে ক্ষুদ্রতম কণার মধ্যে মৌলটির সমস্ত ধর্ম উপস্থিত থাকে এবং যা রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে তাকে মৌলিক পদার্থটির পরমাণু বলে। সমস্ত কঠিন, তরল, গ্যাস এবং আয়ন -এর গঠনের মূলে রয়েছে নিস্তরিত বা আধানগ্রস্ত পরমাণু। পরমাণুর আকার খুবই ক্ষুদ্র; সাধারনত এরা দৈর্ঘ্যে ১০০ পিকোমিটার (১ মিটারের ১০,০০০,০০০,০০০ ভাগের ১ ভাগ)।
পরমাণুর মাত্রা এই ক্ষুদ্রাকার হওয়ার কারণেই এর আচরনের বৈশিষ্টতা প্রথাগত পদার্থবিদ্যার সূত্র দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায় না।
পরমানু তত্ত্ব গ্রিক দার্শনিকেরা পরীক্ষা ও পর্যবেক্ষণ ব্যবহার করে নয়, বরং দার্শনিক দৃষ্টিভঙ্গি থেকে পদার্থের তত্ত্ব নির্মাণের চেষ্টা করেন। এ ধারার প্রথম দার্শনিক ছিলেন মিলেতুসের লেউকিপ্পুস (খ্রিস্টপূর্ব ৫ম শতাব্দী)। তার বিখ্যাত শিষ্য আবদেরার ডেমোক্রিটাস খ্রিষ্টপূর্ব ৪০০অব্দে পদার্থ যেসব অতিক্ষুদ্র অবিভাজ্য কণা দিয়ে গঠিত তাদের নাম দেন 'এটমস'(গ্রিক: Atomos), যার আক্ষরিক অর্থ “অবিভাজ্য”। ডেমোক্রিটাস বিশ্বাস করতেন পরমাণুগুলি সুষম, শক্ত, অসংকোচনীয় ও এগুলি ধ্বংস করা যায় না। তিনি মনে করতেন পরমাণুর আকার, আকৃতি ও বিন্যাস পদার্থের ধর্ম নিয়ন্ত্রণ করে। যেমন প্রবাহী পদার্থের পরমাণুগুলি মসৃণ তাই সহজেই একে অপরের ওপর দিয়ে গড়িয়ে যায়। কিন্তু কঠিন পদার্থের পরমাণুগুলি খাঁজকাটা ও অমসৃণ তাই এক অপরের সাথে আটকে থাকে। পরমাণু ছাড়া পদার্থের বাকী অংশ কেবলই শূন্যস্থান। ডেমোক্রিটাস-এর দর্শনে পরমাণু শুধু পদার্থের মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়, মানুষের আত্মা ও ইন্দ্রিয়ের ধারণার সাথেও এটি জড়িত। যেমন তিনি মনে করতেন পদার্থের টক স্বাদ সূঁচালো পরমাণুর কারণে আর সাদা রঙ মসৃণ পরমাণুর কারণে সৃষ্টি হয়। মানুষের আত্মার পরমাণুগুলিকে মনে করা হত খুবই মিহি ধরনের। পরবর্তীতে সামোসের এপিকুরুস (৩৪১-২৭০ খ্রিস্টপূর্বাব্দ) ডেমোক্রিটাস দর্শন ব্যবহার করে প্রাচীন গ্রিকদের কুসংস্কার দূর করার চেষ্টা করেন। তিনি বলেন মহাবিশ্বের সবকিছুই পরমাণু ও শূন্যস্থান নিয়ে গঠিত, তাই গ্রিক দেবতারাও প্রাকৃতিক নিয়মের ঊর্ধ্বে নন। পরবর্তীতে প্লেটো ও অ্যারিস্টটল ডেমোক্রিটাস দর্শনের বিরোধিতা করেন। প্লেটো এটা মানতে চাননি যে সৌন্দর্য ও মহত্ব বস্তুবাদী পরমাণুর যান্ত্রিক প্রকাশ। আর অ্যারিস্টটল শূন্যস্থানের ধারণা প্রত্যাখ্যান করেন কেননা ভিন্ন ভিন্ন বস্তু একই বেগে শূন্যস্থান অতিক্রম করবে এটা তিনি কল্পনা করতে পারেননি। অ্যারিস্টটলের এই ধারণা মধ্যযুগীয় খ্রিস্টান ইউরোপে প্রভাব বিস্তার করে। রোমান ক্যাথোলিক পুরোহিতেরা ডেমোক্রিটাস দর্শনকে বস্তুবাদী ও নাস্তিক চিহ্নিত করে প্রত্যাখ্যান করেন।
পরমানুর গঠন কেমন হতে পারে, তা নিয়ে বিজ্ঞানীরা অনেক গবেষণা করেছেন। এর মধ্যে অন্যতম হলো ডাল্টনের পরমাণুবাদ। আধুনিক রসায়ন এর ভিত্তি বলে পরিচিত ডাল্টনের পরমাণুবাদে পরমাণুকে অবিভাজ্য ধরা হয়েছে। কিন্তু এ তত্ত্ব এখন অচল। ঊনবিংশ শতাব্দীর শেষ ভাগে প্রমাণিত হয় যে, পরমাণুর তিনটি উপাদান। যেসব সূক্ষ কণিকা দিয়ে পরমাণু গঠিত, তাদেরকে মৌলিক কণিকা বলে। এরা হচ্ছে ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন। এ তিনটি কণিকা বিভিন্ন সংখ্যায় একত্রিত হয়ে ভিন্ন ভিন্ন পরমাণু গঠন করে। ধনাত্মক আধানযুক্ত প্রোটন এবং আধানহীন নিউট্রন একত্রিত হয়ে নিউক্লিয়াস গঠন করে আর এদেরকে ঘিরে ঋণাত্মক আধানের ইলেকট্রন ঘুরছে।
ইলেকট্রন হলো পরমাণুর একটি মূল কণিকা যার আধান ঋণাত্মক। ইলেক্ট্রনকে সর্ব প্রথম নাম করণ করেন স্টোনি। ১৮৯৭ খ্রিষ্টাব্দে স্যার জে. জে. থমসন সর্বপ্রথম ইলেকট্রনের অস্তিত্ব আবিষ্কার করেন। একটি ইলেকট্রনের আসল ভর অতি সামান্য 9.1085×10g। ইলেকট্রনের আধান -1.6×10 কুলম্ব। ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের চারদিকে ঘুর্ণায়মান। ইলেকট্রনকে সাধারণত e- প্রতীক দ্বারা প্রকাশ করা হয়ে থাকে।(amu তে ইলেক্ট্রনের ভর0.000549 amu)।
প্রোটন ধণাত্মক আধান বিশিষ্ট কণিকা যা নিউক্লিয়াসের মধ্যে থাকে। ১৯১১ খ্রিষ্টাব্দে বিজ্ঞানী আর্নেস্ট রাদারফোর্ড প্রোটনের অস্তিত্ব প্রমাণ করেন।একটি পরমাণুতে ইলেকট্রনের সমান সংখ্যক প্রোটন থাকে। প্রোটনের ভর 1.673×10g বা 1.673kg যা পারমাণবিক ভর স্কেল অনুসারে 1.007276 amu ("এখানে amu হল atomic mass unit")। একটি হাইড্রোজেন পরমাণু থেকে একটি ইলেকট্রন সরিয়ে নিলেই প্রোটন পাওয়া যায় তাই একে H বলা যেতে পারে। একে সাধারণত p দ্বারা প্রকাশ করা হয়ে থাকে।
ইলেকট্রন ও প্রোটনের ন্যায় নিউট্রনও একটি মৌলিক কণিকা তবে এটি আধানবিহীন।আধানবিহীন (neutral) হওয়ায় এর এই নাম দেয়া হয়েছে। নিউট্রন নিউক্লিয়াসের মধ্যে অবস্থান করে। ১৯৩২ সালে জেমস চ্যাডউইক নিউট্রন আবিষ্কার করেন। এর আসল ভর 1.675×10g যা পারমাণববিক ভর স্কেল অনুসারে 1.008665 amu। এর ভর ইলেকট্রনের ভরের প্রায় 1837 গুণের সমান। একে সাধারণত n দ্বারা প্রকাশ করা হয়ে থাকে। নিউট্রন পরমাণুর কেন্দ্রে প্রোটনের সাথে যুক্ত থাকে। এই দুই কণিকার সম্মিলিত ভরকে পারমাণবিক ভর বলা হয়ে থাকে।
১৮০৩ সালে ইংরেজ পদার্থ ও রসায়ন বিজ্ঞানী জন ডাল্টন পরমাণু সম্পর্কে একটি তত্ত্ব প্রকাশ করেন যা ডাল্টনের পরমাণুবাদ নামে পরিচিত। তার প্রদত্ত পরমাণুবাদে মোট পাঁচটি স্বীকার্য আছে। এই স্বীকার্য পাঁচটি হলো–
১৮ শতকের মধ্যভাগ পর্যন্ত ডাল্টনের স্বীকার্যসমূহকে বিজ্ঞানীরা মেনে নিয়েছিলেন। কারণ স্বীকার্যসমূহ অস্বীকার করার মতো যথেষ্ট তথ্য তাদের ছিল না। ১৮৯৭ সালে জে জে থমসন ইলেক্ট্রন আবিষ্কার করেন। এর ফলে ডাল্টনের তৃতীয় স্বীকার্যের অংশবিশেষ (পরমাণু বিভাজিত হতে পারে না) ভুল প্রমাণিত হয়।
১৮৯৮ সালে বিজ্ঞানী জে জে থমসন এই মডেল প্রস্তাব করেন। এই মডেল অনুসারে পুডিংয়ের ভিতর কিশমিশ যেমন বিক্ষিপ্তভাবে ছড়িয়ে থাকে পরমাণুতে ঠিক তেমনি নিরবচ্ছিন্নভাবে বন্টিত ধনাত্মক আধানের মধ্যে ইলেক্ট্রন ছড়িয়ে আছে।আরো সহজ ভাবে ব্যাখা করার জন্যে তিনি একটি তরমুজকে বিবেচনায় আনলেন। তিনি বললেন,একটি তরমুজের জলীয় অংশ তথা লাল অংশটি হলো ধণাত্মক চার্জাবাহী এবং তরমুজের বীচিগুলো ঋণাত্মক চার্জবাহী কণিকা।
আরো সহজ করার লক্ষ্যে তিনি একটি তরমুজকে বিবেচনায় আনলেন।একটি তরমুজের জলীয় অংশ তথা লাল অংশটিকে তিনি ধণাত্মক চার্জাবাহী এবং তরমুজের বীচি গুলোকে ঋণাত্মক চার্জবাহী বললেন।এটিই ছিল প্রথম উপস্থাপিত পরমানু "মডেল"
১৯০৯ সালে বিজ্ঞানী আর্নেস্ট রাদারফোর্ড ও তার দুই সহকর্মী থমসন পরমাণু মডেল প্রমাণের লক্ষ্যে আলফা কণিকা বিক্ষেপণ পরীক্ষা সম্পাদন করেন। পরীক্ষালব্দ্ধ ফলাফল থেকে ১৯১১ সালে তিনি এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে, 
এ মডেলেই পরমাণু সম্পর্কিত যুক্তিযুক্ত পরিষ্কার ধারণা পাওয়া যায়
১৯১৩ সালে ডেনমার্কের পদার্থবিজ্ঞানী নীলস বোর তার পরমাণু মডেলের জন্য দুটি প্রস্তাব রাখেন যা বোরের স্বীকার্য নামে পরিচিত।
তিনি বলেন যে, নিউক্লিয়াসের চারপাশে কয়েকটি অনুমোদিত পথে ইলেকট্রন ঘুরছে এবং তিনি সর্বপ্রথম বর্ণালি সম্পর্কে ধারণা দেন।
কোন পরমাণুর নির্দিষ্ট সংখ্যক ইলেক্ট্রন ঐ পরমাণুর বিভিন্ন শক্তিস্তরের অন্তর্ভুক্ত নির্দিষ্ট উপশক্তিস্তরের বিভিন্ন অরবিটালে নির্দিষ্ট নিয়মে সজ্জিত থাকে, ইলেক্ট্রনের এই সজ্জাকে পরমাণুর ইলেক্ট্রন বিন্যাস বলে। ইলেক্ট্রন বিন্যাস পলির বর্জন নীতি, আউফবাউ নীতি ও হুন্ডের নিয়ম দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায়।
একটি পরামাণুতে দুটি ইলেক্ট্রনের (সাধারণভাবে দুটি ফার্মিয়ন এর) চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান কখনও একই হতে পারে না। অন্ততপক্ষে একটির মান দুটি ইলেক্ট্রনের বেলায় ভিন্ন হতে হয়।
পরমাণুতে ইলেক্ট্রনসমূহ বিভিন্ন শক্তিস্তর দখলের সময় প্রথমে সবচেয়ে কম শক্তিসম্পন্ন স্তরে অবস্থান গ্রহণ করবে, নিম্ন শক্তিস্তর পূর্ণ হওয়ার পর পরবর্তী অপেক্ষাকৃত উচ্চতর শক্তি সম্পন্ন স্তরে গমন করবে। কোন স্তরের শক্তির মান নির্ভর করবে (n+l) এর মানের উপর। যেখানে n হলো কক্ষপথ নম্বর এবং l হলো অরবিটালের সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যা।
"সমশক্তিসম্পন্ন অরবিটালগুলোতে ইলেকট্রনের প্রবেশের সময় যতক্ষণ পর্যন্ত অরবিটাল খালি থাকবে ততক্ষণ পর্যন্ত ইলেকট্রনগুলো অযুগ্মভাবে অরবিটালে প্রবেশ করবে এবং এ অযুগ্ম ইলেকট্রগুলোর স্পিন একমুখী হবে। "