“مختلف عناصر کے کیمیائی رویے کی امیر تنوع کا سراغ ان عناصر کے ایٹموں کی اندرونی ساخت میں فرق سے لگایا جا سکتا ہے۔”

ایٹموں کے وجود کا تصور ابتدائی ہندوستانی اور یونانی فلسفیوں (400 قبل مسیح) کے زمانے سے پیش کیا گیا ہے جو اس خیال کے حامل تھے کہ ایٹم مادے کے بنیادی بلڈنگ بلاکس ہیں۔ ان کے مطابق، مادے کی مسلسل تقسیم بالآخر ایٹم پیدا کرے گی جو مزید تقسیم پذیر نہیں ہوں گے۔ لفظ ‘ایٹم’ یونانی لفظ ‘a-tomio’ سے ماخوذ ہے جس کا مطلب ہے ‘نہ کاٹا جا سکنے والا’ یا ‘غیر تقسیم پذیر’۔ یہ ابتدائی خیالات محض قیاس آرائیاں تھیں اور انہیں تجرباتی طور پر پرکھنے کا کوئی طریقہ نہیں تھا۔ یہ خیالات بہت طویل عرصے تک خاموش رہے اور انیسویں صدی میں سائنسدانوں نے انہیں دوبارہ زندہ کیا۔

مادے کا ایٹمی نظریہ پہلی بار 1808 میں ایک برطانوی اسکول ٹیچر جان ڈالٹن نے ایک مضبوط سائنسی بنیاد پر پیش کیا۔ ان کا نظریہ، جسے ڈالٹن کا ایٹمی نظریہ کہا جاتا ہے، ایٹم کو مادے کا حتمی ذرہ سمجھتا تھا (یونٹ 1)۔ ڈالٹن کا ایٹمی نظریہ کمیت کے تحفظ کے قانون، مستقل ترکیب کے قانون اور متناسب تناسب کے قانون کی بہت کامیابی سے وضاحت کرنے کے قابل تھا۔ تاہم، یہ بہت سے تجربات کے نتائج کی وضاحت کرنے میں ناکام رہا، مثال کے طور پر، یہ معلوم تھا کہ شیشے یا ایبونائٹ جیسی اشیا جب ریشم یا فر کے ساتھ رگڑی جاتی ہیں تو برقی طور پر چارج ہو جاتی ہیں۔

اس یونٹ میں ہم انیسویں صدی کے آخر اور بیسویں صدی کے آغاز میں سائنسدانوں کی جانب سے کی گئی تجرباتی مشاہدات سے شروع کرتے ہیں۔ انہوں نے ثابت کیا کہ ایٹم ذیلی ایٹمی ذرات سے بنے ہیں، یعنی الیکٹران، پروٹون اور نیوٹران - یہ تصور ڈالٹن کے تصور سے بہت مختلف ہے۔

2.1 ذیلی ایٹمی ذرات کی دریافت

ایٹم کی ساخت میں بصیرت گیسوں کے ذریعے برقی ڈسچارج پر کیے گئے تجربات سے حاصل ہوئی۔ ان نتائج پر بحث کرنے سے پہلے ہمیں چارجڈ ذرات کے رویے کے حوالے سے ایک بنیادی اصول ذہن میں رکھنے کی ضرورت ہے: “ہم جیسے چارج ایک دوسرے کو دھکیلتے ہیں اور مختلف چارج ایک دوسرے کو اپنی طرف کھینچتے ہیں”۔

2.1.1 الیکٹران کی دریافت

1830 میں، مائیکل فیراڈے نے دکھایا کہ اگر کسی الیکٹرولائٹ کے محلول سے بجلی گزاری جائے تو الیکٹروڈز پر کیمیائی تعاملات رونما ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں الیکٹروڈز پر مادے کی آزادی اور جمع ہوتی ہے۔ انہوں نے کچھ قوانین مرتب کیے جن کا آپ بارہویں جماعت میں مطالعہ کریں گے۔ ان نتائج نے بجلی کی ذرہ دار فطرت کی طرف اشارہ کیا۔

1850 کی دہائی کے وسط میں بہت سے سائنسدانوں نے، بنیادی طور پر فیراڈے نے، جزوی طور پر خالی کیے گئے ٹیوبوں میں برقی ڈسچارج کا مطالعہ شروع کیا، جنہیں کیتھوڈ رے ڈسچارج ٹیوبز کہا جاتا ہے۔ یہ شکل 2.1 میں دکھایا گیا ہے۔ ایک کیتھوڈ رے ٹیوب شیشے سے بنی ہوتی ہے جس میں دھات کے دو پتلے ٹکڑے ہوتے ہیں، جنہیں الیکٹروڈ کہا جاتا ہے، اس میں مہر بند ہوتے ہیں۔ گیسوں کے ذریعے برقی ڈسچارج صرف بہت کم دباؤ اور بہت زیادہ وولٹیج پر ہی مشاہدہ کیا جا سکتا تھا۔ مختلف گیسوں کے دباؤ کو شیشے کی ٹیوبوں کو خالی کر کے ایڈجسٹ کیا جا سکتا تھا۔ جب الیکٹروڈز کے درمیان کافی زیادہ وولٹیج لگائی جاتی ہے تو، منفی الیکٹروڈ (کیتھوڈ) سے مثبت الیکٹروڈ (اینوڈ) کی طرف ٹیوب میں حرکت کرنے والے ذرات کے بہاؤ کے ذریعے کرنٹ بہنا شروع ہو جاتا ہے۔ انہیں کیتھوڈ ریز یا کیتھوڈ رے ذرات کہا جاتا تھا۔ کیتھوڈ سے اینوڈ تک کرنٹ کے بہاؤ کو اینوڈ میں سوراخ کر کے اور اینوڈ کے پیچھے ٹیوب کو فاسفوریسینٹ مادے زنک سلفائیڈ سے کوٹ کر مزید چیک کیا گیا۔ جب یہ ریز، اینوڈ سے گزرنے کے بعد، زنک سلفائیڈ کوٹنگ سے ٹکراتی ہیں تو کوٹنگ پر ایک روشن دھبہ بن جاتا ہے [شکل 2.1(ب)]۔

شکل 2.1(ب) سوراخ دار اینوڈ والی ایک کیتھوڈ رے ڈسچارج ٹیوب

ان تجربات کے نتائج کا خلاصہ ذیل میں ہے۔

(i) کیتھوڈ ریز کیتھوڈ سے شروع ہوتی ہیں اور اینوڈ کی طرف حرکت کرتی ہیں۔

(ii) یہ ریز خود نظر نہیں آتیں لیکن ان کے رویے کو کچھ خاص قسم کے مواد (فلوروسینٹ یا فاسفوریسینٹ) کی مدد سے مشاہدہ کیا جا سکتا ہے جو ان سے ٹکرانے پر چمک اٹھتے ہیں۔ ٹیلی ویژن پکچر ٹیوبز کیتھوڈ رے ٹیوبز ہیں اور ٹیلی ویژن کی تصاویر کچھ فلوروسینٹ یا فاسفوریسینٹ مواد سے لیپ شدہ ٹیلی ویژن اسکرین پر فلوروسینس کی وجہ سے بنتی ہیں۔

(iii) برقی یا مقناطیسی میدان کی غیر موجودگی میں، یہ ریز سیدھی لکیروں میں سفر کرتی ہیں (شکل 2.2)۔

(iv) برقی یا مقناطیسی میدان کی موجودگی میں، کیتھوڈ ریز کا رویہ منفی چارج شدہ ذرات سے متوقع رویے کے مشابہ ہوتا ہے، جس سے پتہ چلتا ہے کہ کیتھوڈ ریز میں منفی چارج شدہ ذرات ہوتے ہیں، جنہیں الیکٹران کہا جاتا ہے۔

(v) کیتھوڈ ریز (الیکٹران) کی خصوصیات الیکٹروڈز کے مواد اور کیتھوڈ رے ٹیوب میں موجود گیس کی نوعیت پر منحصر نہیں ہوتیں۔

اس طرح، ہم یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کہ الیکٹران تمام ایٹموں کے بنیادی جزو ہیں۔

2.1.2 الیکٹران کا چارج سے ماس کا تناسب

1897 میں، برطانوی طبیعیات دان جے جے تھامسن نے کیتھوڈ رے ٹیوب کا استعمال کرتے ہوئے اور برقی اور مقناطیسی میدان کو ایک دوسرے کے ساتھ ساتھ الیکٹران کے راستے کے بھی عموداً لگا کر الیکٹران کے برقی چارج $(e)$ سے ماس $\left(m_{e}\right)$ کا تناسب ناپا (شکل 2.2)۔ جب صرف برقی میدان لگایا جاتا ہے تو، الیکٹران اپنے راستے سے ہٹ جاتے ہیں اور کیتھوڈ رے ٹیوب سے نقطہ A پر ٹکراتے ہیں (شکل 2.2)۔ اسی طرح جب صرف مقناطیسی میدان لگایا جاتا ہے تو، الیکٹران کیتھوڈ رے ٹیوب سے نقطہ $\mathrm{C}$ پر ٹکراتا ہے۔ برقی اور مقناطیسی میدان کی طاقت کو احتیاط سے متوازن کر کے، الیکٹران کو اس راستے پر واپس لانا ممکن ہے جو برقی یا مقناطیسی میدان کی غیر موجودگی میں پیروی کیا جاتا ہے اور وہ اسکرین پر نقطہ B پر ٹکراتے ہیں۔ تھامسن نے دلیل دی کہ برقی یا مقناطیسی میدان کی موجودگی میں ذرات کے اپنے راستے سے انحراف کی مقدار مندرجہ ذیل پر منحصر ہے:

(i) ذرے پر منفی چارج کی مقدار، ذرے پر چارج کی مقدار جتنی زیادہ ہوگی، برقی یا مقناطیسی میدان کے ساتھ تعامل اتنا ہی زیادہ ہوگا اور اس طرح انحراف اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

(ii) ذرے کا ماس - ذرہ جتنا ہلکا ہوگا، انحراف اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

(iii) برقی یا مقناطیسی میدان کی طاقت - الیکٹران کا اپنے اصل راستے سے انحراف الیکٹروڈز کے درمیان وولٹیج میں اضافے، یا مقناطیسی میدان کی طاقت میں اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔

برقی میدان کی طاقت یا مقناطیسی میدان کی طاقت پر الیکٹران کے ذریعہ مشاہدہ کیے گئے انحراف کی مقدار پر درست پیمائش کر کے، تھامسن $e / m_{\mathrm{e}}$ کی قدر کو اس طرح تعین کرنے کے قابل ہوا:

$\frac{e}{m_{e}}=1.758820 \times 10^{11} \mathrm{C} \mathrm{kg}^{-1}$

جہاں $m_{\mathrm{e}}$ الیکٹران کا ماس $\mathrm{kg}$ میں ہے اور $e$ کولمب (C) میں الیکٹران پر چارج کی مقدار ہے۔ چونکہ الیکٹران منفی چارج شدہ ہیں، الیکٹران پر چارج $-e$ ہے۔

2.1.3 الیکٹران پر چارج

آر اے ملکن (1868-1953) نے الیکٹران پر چارج کا تعین کرنے کے لیے ایک طریقہ وضع کیا جسے آئل ڈراپ تجربہ (1906-14) کہا جاتا ہے۔ انہوں نے الیکٹران پر چارج $-1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$ پایا۔ برقی چارج کی موجودہ مقبول قدر $-1.602176 \times 10^{-19} \mathrm{C}$ ہے۔ الیکٹران کا ماس $\left(m_{\mathrm{e}}\right)$ ان نتائج کو تھامسن کی $e / m_{e}$ تناسب کی قدر کے ساتھ ملا کر تعین کیا گیا۔

$$ \begin{aligned} \mathrm{m}_e & =\frac{e}{e / \mathrm{m}_e}=\frac{1.602176 \times 10^{-19} \mathrm{C}}{1.758820 \times 10^{11} \mathrm{C} \mathrm{~kg}^{-1}} \\ \end{aligned} $$

$$ \begin{align*} & =9.1094 \times 10^{-31} \mathrm{~kg} \tag{2.2} \end{align*} $$

شکل 2.2 الیکٹران کے چارج سے ماس کے تناسب کا تعین کرنے کا آلہ

2.1.4 پروٹون اور نیوٹران کی دریافت

ترمیم شدہ کیتھوڈ رے ٹیوب میں کیے گئے برقی ڈسچارج نے مثبت چارج شدہ ذرات لے جانے والی نہری ریز (کینال ریز) کی دریافت کی راہ ہموار کی۔ ان مثبت چارج شدہ ذرات کی خصوصیات ذیل میں درج ہیں۔

(i) کیتھوڈ ریز کے برعکس، مثبت چارج شدہ ذرات کا ماس کیتھوڈ رے ٹیوب میں موجود گیس کی نوعیت پر منحصر ہوتا ہے۔ یہ محض مثبت چارج شدہ گیس کے آئن ہیں۔

(ii) ذرات کا چارج سے ماس کا تناسب اس گیس پر منحصر ہوتا ہے جس سے یہ نکلتے ہیں۔

(iii) کچھ مثبت چارج شدہ ذرات برقی چارج کے بنیادی یونٹ کے ضرب لے کر چلتے ہیں۔

(iv) مقناطیسی یا برقی میدان میں ان ذرات کا رویہ الیکٹران یا کیتھوڈ ریز کے لیے مشاہدہ کیے گئے رویے کے برعکس ہوتا ہے۔

سب سے چھوٹا اور ہلکا مثبت آئن ہائیڈروجن سے حاصل کیا گیا اور اسے پروٹون کہا گیا۔ اس مثبت چارج شدہ ذرے کی خصوصیات 1919 میں بیان کی گئیں۔ بعد میں، ایٹم کے ایک جزو کے طور پر برقی طور پر غیر جانبدار ذرے کی موجودگی کا احساس ہوا۔ یہ ذرات چاڈوک (1932) نے بیریلیم کی پتلی شیٹ کو $\alpha$-ذرات سے بمباری کر کے دریافت کیے۔ جب برقی طور پر غیر جانبدار ذرات جن کا ماس پروٹون سے قدرے زیادہ تھا، خارج ہوئے۔ انہوں نے ان ذرات کو نیوٹران کا نام دیا۔ ان تمام بنیادی ذرات کی اہم خصوصیات جدول 2.1 میں دی گئی ہیں۔

ملکن کا آئل ڈراپ طریقہ

اس طریقے میں، ایٹمائزر کے ذریعے پیدا ہونے والی دھند کی شکل میں تیل کے قطرے، برقی کنڈینسر کی اوپری پلیٹ میں ایک چھوٹے سوراخ کے ذریعے داخل ہونے دیے گئے۔ ان قطروں کی نیچے کی طرف حرکت کو دوربین کے ذریعے، جس میں مائیکرومیٹر آئی پیس لگا ہوا تھا، دیکھا گیا۔ ان قطروں کے گرنے کی شرح کو ناپ کر، ملکن تیل کے قطروں کے ماس کی پیمائش کرنے کے قابل ہوا۔ چیمبر کے اندر کی ہوا کو $\mathrm{X}$-ریز کی بیم گزار کر آئنائز کیا گیا۔ ان تیل کے قطروں پر برقی چارج گیس کے آئنوں سے تصادم کے ذریعے حاصل ہوا۔ ان چارج شدہ تیل کے قطروں کا گرنا قطروں پر چارج اور پلیٹ پر لگائے گئے وولٹیج کی پولیریٹی اور طاقت کے لحاظ سے سست، تیز یا ساکن کیا جا سکتا ہے۔ برقی میدان کی طاقت کے تیل کے قطروں کی حرکت پر اثرات کو احتیاط سے ناپ کر، ملکن نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ قطروں پر برقی چارج کی مقدار، $q$، ہمیشہ برقی چارج، $\mathrm{e}$ کا ایک عددی ضرب ہوتی ہے، یعنی $q=n \mathrm{e}$، جہاں $\mathrm{n}=1,2,3 \ldots$۔

شکل 2.3 چارج ’e’ ناپنے کے لیے ملکن آئل ڈراپ آلہ۔ چیمبر میں، تیل کے قطرے پر عمل کرنے والی قوتیں ہیں: کشش ثقل، برقی میدان کی وجہ سے برقی سکونی اور ایک لیس دار کھنچاؤ کی قوت جب تیل کا قطرہ حرکت کر رہا ہو۔

2.2 ایٹمی نمونے

پچھلے حصوں میں مذکور تجربات سے حاصل کردہ مشاہدات نے یہ تجویز کیا ہے کہ ڈالٹن کا غیر تقسیم پذیر ایٹم مثبت اور منفی چارج لے جانے والے ذیلی ایٹمی ذرات سے بنا ہے۔ ذیلی ایٹمی ذرات کی دریافت کے بعد سائنسدانوں کے سامنے اہم مسائل یہ تھے:

• ایٹم کی استحکام کی وضاحت کرنا،

• عناصر کے رویے کا موازنہ جسمانی اور کیمیائی دونوں خصوصیات کے لحاظ سے کرنا،

• مختلف ایٹموں کے امتزاج سے مختلف قسم کے مالیکیولز کی تشکیل کی وضاحت کرنا، اور

• ایٹموں کے ذریعہ جذب یا خارج ہونے والی برقی مقناطیسی تابکاری کی خصوصیات کی ابتدا اور نوعیت کو سمجھنا۔

جدول 2.1 بنیادی ذرات کی خصوصیات

ان چارج شدہ ذرات کی ایٹم میں تقسیم کی وضاحت کے لیے مختلف ایٹمی نمونے تجویز کیے گئے۔ اگرچہ ان میں سے کچھ نمونے ایٹموں کی استحکام کی وضاحت کرنے کے قابل نہیں تھے، ان میں سے دو نمونوں، ایک جے جے تھامسن کی طرف سے تجویز کردہ اور دوسرا ارنسٹ ردرفورڈ کی طرف سے تجویز کردہ، پر ذیل میں بحث کی گئی ہے۔

2.2.1 ایٹم کا تھامسن نمونہ

جے جے تھامسن نے، 1898 میں، تجویز کیا کہ ایک ایٹم ایک کروی شکل رکھتا ہے (رداس تقریباً $10^{-10} \mathrm{~m}$) جس میں مثبت چارج یکساں طور پر تقسیم ہوتا ہے۔ الیکٹران اس میں اس طرح جڑے ہوئے ہیں کہ سب سے مستحکم برقی سکونی ترتیب ملتی ہے (شکل 2.4)۔ اس نمونے کے لیے بہت سے مختلف نام دیے گئے ہیں، مثال کے طور پر، پلم پڈنگ، کشمش پڈنگ یا تربوز۔

شکل 2.4 ایٹم کا تھامسن نمونہ

اس نمونے کو مثبت چارج کی پڈنگ یا تربوز کے طور پر تصور کیا جا سکتا ہے جس میں آلو بخارے یا بیج (الیکٹران) جڑے ہوئے ہیں۔ اس نمونے کی ایک اہم خصوصیت یہ ہے کہ ایٹم کا ماس ایٹم پر یکساں طور پر تقسیم شدہ سمجھا جاتا ہے۔ اگرچہ یہ نمونہ ایٹم کی مجموعی غیر جانب داری کی وضاحت کرنے کے قابل تھا، لیکن بعد کے تجربات کے نتائج کے ساتھ مطابقت نہیں رکھتا تھا۔ تھامسن کو 1906 میں طبیعیات کا نوبل انعام دیا گیا، گیسوں کے ذریعے بجلی کی ترسیل پر ان کے نظریاتی اور تجرباتی تحقیقات کے لیے۔

انیسویں صدی کے بعد کے نصف میں، پہلے مذکورہ کے علاوہ مختلف قسم کی ریز دریافت ہوئیں۔ ولہلم رونٹیگن (1845-1923) نے 1895 میں دکھایا کہ جب الیکٹران کیتھوڈ رے ٹیوبز میں کسی مواد سے ٹکراتے ہیں، تو وہ ریز پیدا کرتے ہیں جو کیتھوڈ رے ٹیوبز کے باہر رکھے ہوئے فلوروسینٹ مواد میں فلوروسینس کا سبب بن سکتی ہیں۔ چونکہ رونٹیگن تابکاری کی نوعیت نہیں جانتے تھے، انہوں نے انہیں $\mathrm{X}$-ریز کا نام دیا اور نام اب بھی چلا آ رہا ہے۔ یہ دیکھا گیا کہ X-ریز مؤثر طریقے سے اس وقت پیدا ہوتی ہیں جب الیکٹران گھنے دھاتی اینوڈ سے ٹکراتے ہیں، جسے ٹارگٹ کہا جاتا ہے۔ یہ برقی اور مقناطیسی میدانوں سے منحرف نہیں ہوتیں اور مادے میں سے گزرنے کی بہت زیادہ صلاحیت رکھتی ہیں اور یہی وجہ ہے کہ ان ریز کا استعمال اشیاء کے اندرونی حصے کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ یہ ریز بہت چھوٹی طول موجوں $(\sim 0.1 \mathrm{~nm})$ کی ہوتی ہیں اور برقی مقناطیسی خصوصیت رکھتی ہیں (حصہ 2.3.1)۔

ہنری بیکرل (1852-1908) نے مشاہدہ کیا کہ کچھ عناصر ایسے ہیں جو تابکاری خارج کرتے ہیں اور اس مظہر کو ریڈیو ایکٹیویٹی کا نام دیا اور عناصر کو ریڈیو ایکٹیو عناصر کے طور پر جانا جاتا ہے۔ اس شعبے کو میری کیوری، پیئر کیوری، ردرفورڈ اور فریڈرک سوڈی نے ترقی دی۔ یہ دیکھا گیا کہ تین قسم کی ریز یعنی، $\alpha, \beta-$ اور $\gamma$-ریز خارج ہوتی ہیں۔ ردرفورڈ نے پایا کہ $\alpha$-ریز میں اعلی توانائی کے ذرات ہوتے ہیں جو دو یونٹ مثبت چارج اور چار یونٹ ایٹمی ماس لے کر چلتے ہیں۔ انہوں نے نتیجہ اخذ کیا کہ $\alpha$ - ذرات ہیلیم کے مرکزے ہیں کیونکہ جب $\alpha$ ذرات دو الیکٹران کے ساتھ ملتے ہیں تو ہیلیم گیس پیدا کرتے ہیں۔ $\beta$-ریز منفی چارج شدہ ذرات ہیں جو الیکٹران کے مشابہ ہیں۔ $\gamma$-ریز اعلی توانائی کی تابکاریاں ہیں جیسے X-ریز، فطرت میں غیر جانبدار ہیں اور ذرات پر مشتمل نہیں ہوتیں۔ گزرنے کی صلاحیت کے حوالے سے، $\alpha$-ذرات سب سے کم ہیں، اس کے بعد $\beta$-ریز ($\alpha$-ذرات کی 100 گنا) اور $\gamma$-ریز ($\alpha$-ذرات کی 1000 گنا) آتی ہیں۔

2.2.2 ایٹم کا ردرفورڈ کا مرکزی نمونہ

ردرفورڈ اور ان کے طلباء (ہانز گیگر اور ارنسٹ مارسڈن) نے بہت پتلی سونے کی پتری کو $\alpha$-ذرات سے بمباری کیا۔ ردرفورڈ کا مشہور $\alpha$-ذرہ اسکیٹرنگ تجربہ شکل 2.5 میں دکھایا گیا ہے۔ ایک ریڈیو ایکٹیو ماخذ سے اعلی توانائی کے $\alpha$-ذرات کا بہاؤ سونے کی دھات کی ایک پتلی پتری (موٹائی $~ 100 \mathrm{~nm}$) پر ہدایت کیا گیا۔ پتلی سونے کی پتری کے گرد ایک گول فلوروسینٹ زنک سلفائیڈ اسکرین تھی۔ جب بھی $\alpha$-ذرات اسکرین سے ٹکراتے، اس نقطہ پر روشنی کا ایک چھوٹا سا جھماکا پیدا ہوتا۔

شکل 2.5 ردرفورڈ کے اسکیٹرنگ تجربے کا خاکہ۔ جب الفا () ذرات کی بیم پتلی سونے کی پتری پر “شوٹ” کی جاتی ہے، تو ان میں سے زیادہ تر بغیر کسی خاص اثر کے گزر جاتی ہیں۔ تاہم، کچھ منحرف ہو جاتی ہیں۔

اسکیٹرنگ تجربے کے نتائج کافی غیر متوقع تھے۔ ایٹم کے تھامسن نمونے کے مطابق، پتری میں ہر سونے کے ایٹم کا ماس پورے ایٹم پر یکساں طور پر پھیلا ہونا چاہیے تھا، اور $\alpha$-ذرات میں ایسی یکساں تقسیم شدہ ماس کے ذریعے براہ راست گزرنے کے لیے کافی توانائی تھی۔ توقع کی گئی تھی کہ ذرات پتری سے گزرتے ہوئے صرف چھوٹے زاویوں سے سست ہوں گے اور اپنی سمت تبدیل کریں گے۔ یہ دیکھا گیا کہ:

(i) زیادہ تر $\alpha$-ذرات سونے کی پتری سے بغیر انحراف کے گزر گئے۔

(ii) $\alpha$-ذرات کا ایک چھوٹا حصہ چھوٹے زاویوں سے منحرف ہوا۔

(iii) بہت کم $\alpha$-ذرات $(\sim 1$ میں سے 20,000$)$ واپس اچھلے، یعنی تقریباً $180^{\circ}$ سے منحرف ہوئے۔

مشاہدات کی بنیاد پر، ردرفورڈ نے ایٹم کی ساخت کے حوالے سے مندرجہ ذیل نتائج اخذ کیے:

(i) ایٹم میں زیادہ تر جگہ خالی ہے کیونکہ زیادہ تر $\alpha$-ذرات پتری سے بغیر انحراف کے گزر گئے۔

(ii) کچھ مثبت چارج شدہ $\alpha$-ذرات منحرف ہوئے۔ انحراف لازمی طور پر زبردست دھکیلنے والی قوت کی وجہ سے ہونا چاہیے جو یہ ظاہر کرتی ہے کہ ایٹم کا مثبت چارج پورے ایٹم میں پھیلا ہوا نہیں ہے جیسا کہ تھامسن نے فرض کیا تھا۔ مثبت چارج کو ایک بہت چھوٹے حجم میں مرتکز ہونا پڑتا ہے جس نے مثبت چارج شدہ $\alpha$-ذرات کو دھکیلا اور منحرف کیا۔

(iii) ردرفورڈ کے حساب سے یہ ظاہر ہوا کہ مرکزے کے ذریعہ گھیرا گیا حجم ایٹم کے کل حجم کے مقابلے میں نہ ہونے کے برابر ہے۔ ایٹم کا رداس تقریباً $10^{-10} \mathrm{~m}$ ہے، جبکہ مرکزے کا رداس $10^{-15} \mathrm{~m}$ ہے۔ کوئی اس سائز میں فرق کا اندازہ اس بات کو سمجھ کر لگا سکتا ہے کہ اگر ایک کرکٹ کی گی مرکزے کی نمائندگی کرتی ہے، تو ایٹم کا رداس تقریباً $5 \mathrm{~km}$ ہوگا۔

اوپر کے مشاہدات اور نتائج کی بنیاد پر، ردرفورڈ نے ایٹم کا مرکزی نمونہ پیش کیا۔ اس نمونے کے مطابق:

(i) ایٹم کا مثبت چارج اور زیادہ تر ماس انتہائی چھوٹے علاقے میں گھنے طریقے سے مرتکز تھا۔ ایٹم کے اس بہت چھوٹے حصے کو ردرفورڈ نے مرکزہ کہا۔

(ii) مرکزہ الیکٹران سے گھرا ہوا ہے جو مرکزے کے گرد بہت زیادہ رفتار سے گردش کرتے ہیں جنہیں مدار کہا جاتا ہے۔ اس طرح، ردرفورڈ کا ایٹم کا نمونہ شمسی نظام سے مشابہت رکھتا ہے جس میں مرکزہ سورج کا کردار ادا کرتا ہے اور الیکٹران گردش کرنے والے سیاروں کا۔

(iii) الیکٹران اور مرکزہ برقی سکونی قوتوں کے کشش کے ذریعے ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں۔

2.2.3 ایٹمی نمبر اور کمیت نمبر

مرکزے پر مثبت چارج کی موجودگی مرکزے میں پروٹون کی وجہ سے ہے۔ جیسا کہ پہلے قائم کیا گیا، پروٹون پر چارج الیکٹران کے چارج کے برابر لیکن مخالف ہے۔ مرکزے میں موجود پروٹون کی تعداد ایٹمی نمبر $(Z)$ کے برابر ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ہائیڈروجن مرکزے میں پروٹون کی تعداد 1 ہے، سوڈیم ایٹم میں یہ 11 ہے، اس لیے ان کے ایٹمی نمبر بالترتیب 1 اور 11 ہیں۔ برقی غیر جانب داری برقرار رکھنے کے لیے، ایٹم میں الیکٹران کی تعداد پروٹون کی تعداد (ایٹمی نمبر، $Z)$) کے برابر ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ہائیڈروجن ایٹم اور سوڈیم ایٹم میں الیکٹران کی تعداد بالترتیب 1 اور 11 ہے۔

$$ \begin{array}{ccc} \text{Atomic number } (Z) & = & \text{number of protons in} \\ & & \text{the nucleus of an atom }\\ & =& \text{ number of electrons} \\ & & \text{in a nuetral atom} \quad \quad (2.3) \\ \end{array} $$

جبکہ مرکزے کا مثبت چارج پروٹون کی وجہ سے ہے، مرکزے کا ماس، پروٹون اور نیوٹران کی وجہ سے ہے۔ جیسا کہ پہلے بحث کی گئی، مرکزے میں موجود پروٹون اور نیوٹران اجتماعی طور پر نیوکلیون کے نام سے جانے جاتے ہیں۔

نیوکلیون کی کل تعداد کو ایٹم کے کمیت نمبر (A) کہا جاتا ہے۔

کمیت نمبر (A) = پروٹون کی تعداد (Z) + نیوٹران کی تعداد (n)

2.2.4 آئسوبار اور آئسوٹوپ

کسی بھی ایٹم کی ترکیب کو عام عنصر کی علامت $(\mathrm{X})$ کا استعمال کرتے ہوئے ظاہر کیا جا سکتا ہے جس کے بائیں ہاتھ کی طرف سپر سکرپٹ کے طور پر ایٹمی کمیت نمبر (A) اور سب سکرپٹ $(Z)$ بائیں ہاتھ کی طرف ایٹمی نمبر کے طور پر (یعنی، ${ }_{Z}^{A} X$)۔

آئسوبار وہ ایٹم ہیں جن کا کمیت نمبر ایک جیسا ہو لیکن ایٹمی نمبر مختلف ہو، مثال کے طور پر، $_6^{14} C$ اور $_7^{14} ~N$۔ دوسری طرف، وہ ایٹم جن کا ایٹمی نمبر ایک جیسا ہو لیکن ایٹمی کمیت نمبر مختلف ہو، آئسوٹوپ کے نام سے جانے جاتے ہیں۔ دوسرے لفظوں میں (مساوات 2.4 کے مطابق)، یہ واضح ہے کہ آئسوٹوپس کے درمیان فرق مرکزے میں موجود نیوٹران کی مختلف تعداد کی موجودگی کی وجہ سے ہے