Uncategorized

রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেল, বোরের পরমাণু মডেল ও নিউক্লিয়াসের গঠন

Supported by Matador Stationary


বন্ধুরা, শুরুতেই একটা প্রশ্ন করে ফেলি! একটা পরমাণু কতটা বড়? আরেকটা প্রশ্ন, নিউক্লিয়াস ঠিক কতটা ছোট! নিউক্লিয়াস দেখতেই বা কেমন? এর উত্তরে একটু পরে আসছি। তার আগে আমরা জানবো পরমাণুর গ্রহনযোগ্য মডেল সম্পর্কে।

একটা সময় ছিলো যখন বিজ্ঞানীদের ধারণা ছিলো যে প্রতিটা পরমাণু ধনাত্মক আধানের গোলক আর এই ধনাত্মক আধান পুরো পরমাণু জুড়েই বিদ্যমান। আরো কিছু উদ্ভট ধারণা ছিলো। যেমন-ধনাত্মক আধানের মাঝেই ছড়ানো ছিটানো রয়েছে ঋণাত্মক আধানের ইলেকট্রন। এখন বিষয়টা আমাদের কাছে উদ্ভট মনে হলেও থমসনের সময়ে পরমাণুর গঠন সম্পর্কে এই চিন্তাধারাই ছিলো সর্বাধিক গ্রহনযোগ্য। ভাগ্যিস রাদারফোর্ড সাহেবের জন্ম হয়েছিলো। তাও একেবারে থমসন সাহেবেরই ছাত্র হিসেবে।
আলফা কণা পরীক্ষায় রাদারফোর্ডের দুই সহকর্মী বিজ্ঞানী হ্যান্স গাইগার এবং মার্সডেন পাতলা ধাতব পাতের উপর আলফা কণা চালনা করেন এবং জিঙ্ক সালফাইড পর্দার সাহায্যে তাদের বিচ্যুতি পরিমাপ করেন। এই পরীক্ষার মাধ্যমে রাদারফোর্ড এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে পরমাণুর কেন্দ্র ধনাত্মক আধানবিশিষ্ট।
রাদারফোর্ডের মতে, ঋণাত্মক চার্জ যুক্ত ইলেক্ট্রন ধনাত্মক চার্যযুক্ত নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘুরছে। নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘুরতে থাকা ইলেক্ট্রনের গতি-প্রকৃতি অনেকটা সূর্যকে কেন্দ্র করে ঘুরতে থাকা গ্রহগুলোর মতো। তাই রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলকে সৌর মডেলও বলে। পার্থক্য হলো, সূর্য ও তার গ্রহগুলোর মধ্যে মহাকর্ষ বল ক্রিয়া করে আর নিউক্লিয়াস আর ইলেক্ট্রনগুলোর মধ্যে ক্রিয়া করে তড়িৎচুম্বকীয় বল। রাদাফোর্ডের এই পরমাণু মডেলটি তৎকালীন বিজ্ঞানসমাজে বেশ প্রশংসা পেল।
বন্ধুরা, আরো বিস্তারিত জানার জন্য দেখে নিতে পারো এই স্মার্টবুকটি:
স্মার্টবুকটি দেখতে এখানে ক্লিক করো।
একটি পরমাণু সামগ্রিকভাবে তড়িৎ নিরপেক্ষ কিনা তা নিয়ে শুরু থেকেই একটা বিতর্ক লেগেছিলো। রাদারফোর্ডের মডেল এই বিতর্ক কিছুটা দূর করে। পরমাণু সামগ্রিকভাবে যে তড়িৎ নিরপেক্ষ তা রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের মাধ্যমেই সত্য প্রমানিত হয়।

পরমাণুর তড়িৎ নিরপেক্ষতা



যাই হোক সমালোচকরা তো আর বসে থাকবেন না। তাদের কাজই হলো সব জিনিসেই কোনো একটা ভুল ধরা। তাই বেশিদিন প্রশংসার বৃষ্টিতে ভিজতে পারল না রাদাফোর্ডের পরমাণু মডেল। বেশ কিছু সীমাবদ্ধতা পাওয়া গেল যা রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলকে প্রশ্নবিদ্ধ করে। একটা বড় ধরনের ভুল পাওয়া গিয়েছিলো রাদারফোর্ডের মডেলে। ভুলটা কী? এখন আমরা সেটারই উত্তর খুঁজবো।

আচ্ছা বন্ধুরা, একটা চার্জযুক্ত কণার কথা চিন্তা করো। কণাটি ধনাত্মক না ঋণাত্মক সেটা ব্যাপার না। যেকোনো ধরনের একটা চার্জ হলেই চলবে। প্রশ্ন হলো, যদি ঐ চার্জযুক্ত কণাটি প্রচন্ড বেগে গতিশীল হয় তাহলে কি তা তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ করবে?

এর উত্তর পাওয়া যাবে ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় সমীকরণ থেকে। ম্যাক্সওয়েল বলেছিলেন, কোনো চার্জযুক্ত কণা যদি সুষম বেগে চলে তখন এটি কোনো তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ বিকিরণ করে না। কিন্তু সেই একই কণার যদি ত্বরণ হয় কিংবা প্রতি মুহূর্তে দিক বদলায়, তখন সেটি তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ বিকিরণ করে। তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ বিকিরণ করার ফলে কিছুটা শক্তি হারাবে সেই চার্জিত কণা।
বন্ধুরা, রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলে ইলেকট্রনের ত্বরণ হচ্ছে কি? রাদারফোর্ডের মডেলে ইলেকট্রনের ঘূর্ণনের কথা বলা হয়েছে। ইলেকট্রন ঋণাত্মক চার্জে চার্জিত কণা আর সে ঘুরছে নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে। তার মানে, ইলেকট্রনের এই ঘূর্ণন গতির ফলে আসলে ইলেকট্রনের ত্বরণ হচ্ছে। আর ত্বরিত ইলেকট্রন নিশ্চয়ই ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় সমীকরণ অনুসারে তড়িৎচুম্বকীয় শক্তি বিকিরণ করবে।
আচ্ছা, এই বিকিরণের জন্য যে শক্তি দরকার সেই শক্তি ইলেকট্রন পাবে কোথায়? নিশ্চয়ই তার গতিশক্তি থেকে ধার করবে। এর ফলে প্রতিমুহূর্তে কমে যাবে ইলেকট্রনের গতিশক্তি। গতিশক্তি কমার সাথে সাথে কেন্দ্রের নিউক্লিয়াস থেকে আস্তে আস্তে ইলেকট্রনের দূরত্ব কমতে থাকবে।

একটা উদাহরণ দেখলে বিষয়টা স্পষ্ট হবে

নিউক্লিয়াস আর ইলেকট্রনের ক্ষেত্রেও ব্যাপারটা একই রকম। তবে এখানে সুতার বদলে কাজ করবে বৈদ্যুতিক আকর্ষণ শক্তি। সেই শক্তি আর আর ইলেকট্রনের গতিশক্তি পরষ্পরকে অকার্যকর করে দেয়। তাই ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘুরতে থাকে। বৈদ্যুতিক আকর্ষণ শক্তির চেয়ে যদি ইলেকট্রনের গতিশক্তি বেশি হত, তাহলে ইলেকট্রন আর কক্ষপথে আটকে থাকতে পারত না। ছিটকে বেরিয়ে যেত পরমাণু থেকে।
আচ্ছা বন্ধুরা, যদি ইলেকট্রনের গতিশক্তি কমে যায় সেক্ষেত্রে কী হবে? তখন বৈদ্যুতিক আকর্ষণ শক্তি ইলেকট্রনের উপর আধিপত্য বিস্তার করবে এবং ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের দিকে কিছুটা এগিয়ে যাবে। অর্থাৎ কমে যাবে ইলেকট্রনের সাথে নিউক্লিয়াসের দূরত্ব।
ব্যাপারটা কি বুঝতে পেরেছো বন্ধুরা? রাদারফোর্ডের এই মডেলটা ঠিক হতো তাহলে ইলেকট্রন সর্পিলাকারে ঘুরতে ঘুরতে নিউক্লিয়াসে পতিত হতো। তাহলে নিউক্লিয়াস আর পরমাণু মিলে-মিশে ঘন জমাট একটা কণা তৈরি করার কথা। তাই নয় কি?
কিন্তু আলফা কণা পরীক্ষা তো উল্টা কথা বলছে। পরমাণুর বিশাল অঞ্চলই ফাঁকা, এটাই বলছেন রাদারফোর্ড তাঁর পরমাণু মডেলে। এর মানে হচ্ছে রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেল আর পরীক্ষা থেকে পাওয়া ফলাফল মিলছে না।

কেন মিলছে না এর ব্যাখ্যা অবশ্য রাদাফোর্ডের কাছে ছিলো না। এর উত্তর ছিলো নীলস বোরের কাছে।

বোর যেভাবে চুপ করালেন সমালোচকদের


ছোটবেলা থেকেই নীলস বোরের কোনো একটা জিনিসকে নতুন করে ভাবার অভ্যাস ছিলো। আর ছিলেন প্রচন্ড রকম জ্ঞানপিপাসু। ভাগ্যবসত তিনি ইংল্যান্ডের ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞানের চেয়ারম্যান রাদারফোর্ডের সাথে কাজ করার সুযোগ পেয়ে যান। ১৯০৮ সালে নোবেল পুরস্কার জিতেছিলেন রাদারফোর্ড। এমন একজন খ্যাতিমান বিজ্ঞানীর সাথে কাজ করার সুযোগ পেয়ে বোর ছিলেন উচ্ছ্বাসিত।

রাদারফোর্ডের সাথে প্রায় এক বছর কাজ করেন বোর। গবেষণা সম্পন্ন করে যখন তিনি দেশে ফেরেন, তখন রাদারফোর্ডের একটি অভ্যাসকে আপন করে নেন বোর। আর তা হচ্ছে সমালোচকদের সমালোচনায় কান না দেয়া। ১৯১২ সালে তিনি ডেনমার্ক ফেরেন। তখন তার একটাই লক্ষ্য ছিল, আর তা হচ্ছে পরমাণুতে ইলেকট্রনের ধর্ম বোঝার চেষ্টা করা।

বোর যেটা করলেন সেটা ছিলো একেবারে কল্পনার বাইরে। বলা চলে একেবারে বৈজ্ঞানিক গোয়েন্দা। গোয়েন্দারা যেমন ভাবে একটা ঘটনার সাথে আরেকটা ঘটনার সম্পর্ক তৈরী করে রহস্য উৎঘাটন করেন সেই একই কাজটা করলেন। রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের সংশোধন আনতে গিয়ে তৈরি করলেন একটা পরিপূর্ণ পরমাণু মডেল।
ঐ সময়ে কারো মাথায়ই আসেনি পরমাণুর ভেতরে যে ইলেকট্রন ঘুরছে তার সাথে এক বিশেষ সম্পর্ক রয়েছে প্ল্যাঙ্ক-আইনস্টাইনের কোয়ান্টাম তত্ত্বের। মহাবিজ্ঞানী নিউটন সূর্যের আলোর যে বর্ণালী দেখিয়েছিলেন, সেটাই যে পরমাণুর গঠনের রহস্য উৎঘাটনে সাহায্য করবে কিংবা বর্ণালী রেখাগুলো যে পরমাণুতে ইলেকট্রনের শক্তিস্তরের শক্তির ধারণা উন্মোচন করে দিবে এটা তো নীলস বোরই দেখালেন।
এদিক সেদিক বিভিন্ন ঘটনার সেতুবন্ধন সৃষ্টি করে তৈরী করে ফেললেন এক পরিপূর্ণ পরমাণু মডেল। এই সাফল্যের স্বীকৃতিও পেলেন নীলস বোর। ১৯২২ সালে পেলেন পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার। বন্ধুরা, চলো বোরের পরমাণু মডেলের স্বীকার্যগুলো দেখে ফেলি:

বোর পরমাণু মডেলের উল্লেখযোগ্য প্রস্তাব


মোবাইল স্ক্রিনের ডানে ও বামে swipe করে ব্যবহার করো এই স্মার্টবুকটি। পুরো স্ক্রিন জুড়ে দেখার জন্য স্লাইডের নিচে পাবে আলাদা একটি বাটন।

তারপরও সমালোচনা পিছু ছাড়েনি


রাদারফোর্ড যে পরমাণু মডেল উপস্থাপন করেছিলেন তাতে দেখা গিয়েছিলো কক্ষপথে ইলেকট্রনের বেগ কমে যায়, কক্ষপথের ব্যাসার্ধও ক্রমশ কমে যায়। তাছাড়াও এ মডেল পরমাণুর বর্ণালী গঠনেরও ব্যাখ্যা দেয় না। বোর যে ৩ টা প্রস্তাব দিয়েছিলেন তার মধ্যে একটা ছিলো শক্তির বিকিরণ সম্পর্কিত প্রস্তাব। এই প্রস্তাব অনুসারে ইলেকট্রন এক কক্ষপথ থেকে অন্য কক্ষপথে লাফ দেওয়ার ফলে শক্তির যে শোষণ বা বিকিরণ হয় তা তড়িৎ চুম্বকীয় শক্তির আকারে বিকিরণ হয়। রাদারফোর্ড মডেলের যে ত্রুটি পাওয়া গিয়েছিলো তা বোরের মডেল সমাধান করে দেয়। সময়ের প্রেক্ষাপটে বোরের মডেল একটা গ্রহণযোগ্য সমাধান হলেও বিতর্ক আর সমালোচনা যেন কিছুতেই পিছু ছাড়ে না!

এত কিছুর পরও ত্রুটি ছিল বোর মডেলে। আসলে বিজ্ঞানের বৈশিষ্ট্যই এরকম। একটা প্রশ্নের সমাধান বের হলে আরো নতুন নতুন প্রশ্ন এসে জমা হয়। বোর মডেলেও সেটা হয়েছিল।

বোর পরমাণু মডেলের সীমাবদ্ধতা


আচ্ছা, এবার আসা যাক একেবারে প্রথমে যে প্রশ্নটা করেছিলাম “একটা পরমাণু কতটা বড়? নিউক্লিয়াসই বা কতটা ছোট!” তার উত্তরে।

ব্যাপারটা বোঝার জন্য বন্ধুরা প্রথমে একটা কমলালেবুর আকৃতির বস্তু কল্পনা কর। একটা কমলালেবুতে হাজার হাজার বিভিন্ন ধরণের অণু থাকে। অণু গুলো বিভিন্ন রকমের পরমাণু দ্বারা গঠিত। পরমাণুগুলোর মধ্যে অন্যতম একটা পরমাণু হচ্ছে নাইট্রোজেন।

এবার মনে কর, কমলালেবুর প্রতিটি নাইট্রোজেন পরমাণুকে যে কোন ভাবে বড় করে খেলার মার্বেল এর আকারে সমান করা হল। বন্ধুরা বলতে পারবে এক্ষেত্রে কমলালেবুর আকৃতি কেমন হবে? জেনে অবাক হবে, প্রায় পৃথিবীর সমান। তাহলে এবার কল্পনা করে দেখতো, পরমাণু আসলে কতটা ছোট!

পরমাণু যদি এতটাই ছোট হয়, তাহলে এর কেন্দ্রে থাকা নিউক্লিয়াস এর আকার কেমন হতে পারে? চল, হিসেব করে দেখা যাক পরমাণুর নিউক্লিয়াস কত বড়।

পরমাণুকে একটু আগে আমরা ছোট মার্বেলের সমান ধরেছিলাম। একটি পরমাণু যদি ছোট খেলার মার্বেলের সমান হয়, তাহলে খালি চোখে আমরা পরমাণুর নিউক্লিয়াসটি আর দেখা সম্ভব হবে না। নিউক্লিয়াসকে খালি চোখে দেখার জন্যে ছোট মার্বেলটিকে বড় করতে হবে। কত বড় করতে হবে? একটা টেনিস বল? ফুটবল? না, কাজ হবে না।

একটা ফার্ম হাউস এর সমান?
না, তাতেও বেশি একটা সুবিধা করতে পরবে না। একটা বিশাল খেলার মাঠের সমান বড় করতে পারলে হয়তো নিউক্লিয়াসটি হবে ঐ ছোট মার্বেলটির সমান!

এত বিভ্রান্তিমূলক কথাবার্তা যদি না পছন্দ হয় তাহলে রাদারফোর্ডের একটা উক্তি নোট করে রাখতে পারো।

তাহলে এবার প্রশ্ন হচ্ছে, একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘূর্ণায়মান ইলেকট্রন যদি বিশাল খেলার মাঠের শেষপ্রান্তে ঘুরপাক খায় তাহলে নিউক্লিয়াস এবং ইলেকট্রনের মাঝখানে এই বিশাল স্থানে কী থাকে?

বন্ধুরা, এই বিশাল স্থান পুরোটাই ফাঁকা বা শূন্য, অর্থাৎ এখানে কিছুই নেই। তবে এখানে কিছু তড়িৎচৌম্বক ক্ষেত্র আছে। নিউক্লিয়াস মূলত প্রোটন এবং নিউট্রন নিয়ে গঠিত। নিউট্রন আর প্রোটনের ভর প্রায় সমান। ইলেকট্রনের ভর এতোটাই সামান্য যে ধরে নেয়া যায় পরমাণুর প্রায় সম্পূর্ণ ভরই থাকে নিউক্লিয়াসে।

এক নজরে দেখে নাও নিউক্লিয়াসের গঠন এবং সংশ্লিষ্ট বিষয়াবলী:

ড্রপ ডাউনগুলোতে ক্লিক করে জেনে নাও বিস্তারিত


নিউক্লিয়াসের আকৃতি


এবার সময় এসে গিয়েছে নিজেদের একটু যাচাই করার:

সঠিক উত্তরে ক্লিক করো

প্রশ্নটি পড়ে উত্তরটি অনুমান করো

আশা করি, উপরের আলোচনা থেকে আমরা রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেল, বোরের পরমাণু মডেল ও নিউক্লিয়াসের গঠন সম্পর্কে ভালো ধারনা পেয়েছি। বন্ধুরা, আজ এ পর্যন্তই। ভালো থেকো সবাই। 10 Minute School এর পক্ষ থেকে তোমাদের জন্য শুভকামনা রইল।

‘Never Stop Learning’