ইলেক্ট্রন কি সর্বদা ঋণাত্মক তড়িৎ আধান বহন করে ?
4500#0
ইলেকট্রন একটি অধঃ-পরমাণু (subatomic) মৌলিক কণা (elementary particle) যা একটি ঋণাত্মক তড়িৎ আধান বহন করে। ইলেকট্রন একটি স্পিন -১/২ অর্থাৎ ফার্মিয়ন) এবং লেপ্টন শ্রেনীভুক্ত। এটি প্রধানত তড়িৎ-চুম্বকীয় মিথষ্ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। পারমাণবিক কেন্দ্রের (নিউক্লিয়াসের) সঙ্গে একত্র হয়ে ইলেকট্রন পরমাণু তৈরি করে এবং এর রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করে। মূলত ইলেকট্রন চলাচলের দরুন কঠিন পরিবাহীতে বিদ্যুতের প্রবাহ ঘটে। ইলেকট্রনের স্পিন ও ইলেকট্রন প্রবাহের বর্তুলতা (চক্রাকার প্রবাহ) বা ত্বরণের জন্য চৌম্বকত্ব তৈরি হয়।
ইলেকট্রন
4500#10
প্রতিটি ইলেকট্রন একটি ঋণাত্মক তড়িৎ আধান বহন করে। এটি তড়িৎ-চুম্বকীয় মিথষ্ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। পারমাণবিক কেন্দ্রীনের (নিউক্লিয়াসের) সঙ্গে একত্র হয়ে ইলেকট্রন পরমাণু তৈরি করে এবং এর রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করে। মূলত ইলেকট্রন চলাচলের ফলেই কঠিন পরিবাহীতে বিদ্যুতের প্রবাহ ঘটে। ইলেকট্রনের স্পিন ও ইলেকট্রন প্রবাহের বর্তুলতা (চক্রাকার প্রবাহ) বা ত্বরণের জন্য চৌম্বকত্ব তৈরি হয়।
ইলেকট্রন
634713#5
ব্যান্ড বক্ররেখাটি যখন নিচের দিকে নামতে থাকে তখন কার্যকর ভর "ঋণাত্মক" হয়ে যায়,যা একটি উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য। ঋণাত্মক ভরের কারণে এই ইলেকট্রনগুলো তড়িৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রে স্বাভাবিক অবস্থার উল্টোদিকে গতি লাভ করে এবং ঋণাত্মক আধান সত্ত্বেও উল্টো ধারকরেখা বরাবর চলে। এটি অর্ধপরিবাহীতে প্রাপ্ত যোজ্যতা ব্যান্ড হোল, ধনাত্নক আধান এবং ধনাত্মক ভরযুক্ত আপাতকণার(quasiparticle) এর অস্তিত্ব নির্দেশ করে।
কার্যকর ভর (কঠিন-অবস্থার পদার্থবিদ্যা)
10064#0
নিউট্রন হলো একটি বিদ্যুৎ নিরপেক্ষ হ্যাড্রন যা পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের মধ্যে স্থিতিশীল হলেও পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের বাইরে এর গড় আয়ু ১২ মিনিট। এর নিশ্চল ভর হলো ১.৬৭৪৯২ X ১০^-২৭ কিলোগ্রাম, যা প্রোটনের(১.৬৭২৬১৪ X ১০^-২৭ কিলোগ্রাম) থেকে সামান্য বেশি এবং একটি ইলেকট্রনের ভরের ১৮৩৯ গুণ ।কোন পরমাণুতে ধনাত্মক আধান যুক্ত প্রোটন ও ঋণাত্মক আধান যুক্ত ইলেকট্রনের মোট ভরের থেকেও তার পারমাণবিক ভর বেশি হয়।পরমাণুর এ সামগ্রিক ভরের হিসাব মেলানোর জন্যই বিজ্ঞানী রাদারফোর্ড সর্বপ্রথম পরমাণুর নিউক্লিয়াসে আধান নিরপেক্ষ কণার উপস্থিতি সম্পর্কে ভবিষ্যৎবাণী করেন। পরবর্তীতে বিজ্ঞানী জেমস্ চ্যাডউইক(১৮৯১-১৯৭৪) ১৯৩২ সালে সর্বপ্রথম পরমাণুর নিউক্লিয়াসে চার্জ নিরপেক্ষ নিউট্রনের অস্তিত্ব আবিষ্কার করেন এবং প্রমাণ করেন যে সাধারণ হাইড্রোজেন (হাইড্রোজেন-১) ছাড়া আর সব পারমাণবিক নিউক্লিয়াসে নিউট্রন বিদ্যমান। পারমাণবিক ভর এককে এর ভর প্রায় ১⋅০০৮৬৬৫পারমাণবিক ভর একক। নিউট্রন পরমাণুর নিউক্লিয়াসে অবস্থান করে। নিউক্লিয়াসে ধনাত্মক আধান যুক্ত প্রোটনের পারস্পারিক বিকর্ষণের কারণে পরমাণু যাতে অস্থিতিশীল না হয়ে পড়ে সে জন্য নিউট্রন এদের পারস্পারিক বিকর্ষণ কমিয়ে দেয়। কিছু শর্তাধীনে চার্জ নিরপেক্ষ নিউট্রন ভেঙে গিয়ে একটি প্রোটন, একটি ইলেকট্রন ও একটি এন্টিনিউট্রিনো উৎপন্ন করে। ধারণা করা হয় তেজষ্ক্রিয় মৌলের বিভাজনের ফলে যে ক্যাথোড রশ্মি তথা ইলেক্ট্রনের প্রবাহ উৎপন্ন হয় তার উৎপত্তি এভাবে ঘটে।
নিউট্রন
4500#11
যদিও পদার্থবিদ্যায় তড়িৎ আধানের মধ্যে আকর্ষণ-বিকর্ষণ (স্থির তড়িৎ), বিদ্যুৎ ও চৌম্বক ক্রিয়া কেবল এই দুই-তিন রকম ক্ষেত্রে ইলেক্ট্রনের ভূমিকার কথাই বেশি বলা হয়, ভরজনিত জাড্যতা ছাড়া আমাদের চারিপাশের দৃশ্য বিশ্বের পদার্থের অন্যান্য অধিকাংশ ভৌত ধর্ম (ও অবশ্যই সমস্ত রাসায়নিক ধর্ম) পদার্থটির মধ্যের ইলেকট্রনগুলির বন্ধন ও বিন্যাসের উপর নির্ভর করে -- যেমন হীরার কাঠিন্য সমযোজী বন্ধন সমূহের বিস্তারিত জালের জন্য; বিভিন্ন রঙ্গক পদার্থের রঙ তাদের উচ্চতম শক্তির আলগা ইলেকট্রনগুলি কোন কম্পাঙ্কের ফোটন শোষণ করে তার উপর; গঁদের আঠার আঠালোভাব তার ভ্যান ডার ওয়ালস বন্ধন ক্ষমতার জন্য; বুলেটপ্রুফ জামার দুর্ভেদ্যতা ও বোরোজেন (বোরন নাইট্রাইড) এর কাঠিন্য আসে ছড়িয়া থাকা (ডিলোকালাইজড) বা ইলেক্ট্রন-ডেফিসিয়েন্ট বন্ধনের জন্য; শ্লেষ্মার পিচ্ছিল ভাব ও তরুণাস্থি ইত্যাদি হাইড্রোজেল-এর চাপ সহ্য করার ক্ষমতা এদের মধ্যে স্বল্প-ব্যবধানে অবস্থিত অনেক ঋণাত্মক আধানের বিকর্ষণের জন্য; ধাতুর স্প্রিং-এর দৃঢ়তা ও ইলাস্টিসিটি, ধাতুকে পিটিয়ে কতটা পাতলা পাত বানানো যায় (ম্যালিয়েবিলিটি), তার টেনে কতটা লম্বা করা যায় (ডাক্টিলিটি), নমনীয়তা ইত্যাদি ধাতব ইলেকট্রনীয় বন্ধনের কিছু ধর্মের জন্য; এবং বিভিন্ন জৈব পদার্থের জল বা তেলে দ্রাব্যতা তাদের মধ্যেকার বন্ধন-গুলি পোলার না নন-পোলার তার উপর নির্ভর করে; বিভিন্ন তেলের গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক তাদের ফ্যাটি এসিড কার্বন শৃঙ্খলের মধ্যে দ্বিবন্ধনের সংখ্যার উপর নির্ভর করে।
ইলেকট্রন
550612#13
বিশুদ্ধ আয়নীয় যৌগে থাকা কেলাস জালকে আবদ্ধ আয়নসমূহ গোলাকার হয়; কিন্তু ধনাত্মক আয়নটি ক্ষুদ্র আকার কিংবা বেশি আধান হলে, এটি ঋণাত্মক আয়নের ইলেক্ট্রন-মেঘকে বিকৃত করে, ফাজানের সূত্রে এর বিস্তৃত ব্যাখ্যা আছে। এই ধ্রুবায়নের ফলে ঋণাত্মক আয়ন দুটি নিউক্লিয়াসের মাঝে একটি অতিরিক্ত ইলেক্ট্রন ঘনত্ব সৃষ্টি করে, অর্থাৎ আংশিক সমযোজ্যতার সৃষ্টি হয়। বৃহদাকার ঋণাত্মক আধান সহজেই ধ্রুবায়িত হয়, তবে সাধারণত যেসব ধনাত্মক আয়নের আধান 3+ (যেমন, Al), তাদের ক্ষেত্রেই প্রভাবটি কার্যকর হয়। যদিও, 2+ আয়ন (Be) এমনকি 1+ আয়নেরও (Li) সামান্য ধ্রুবায়ন ক্ষমতা আছে, কারণ এদের আকার অত্যন্ত ক্ষুদ্র হয় (যেমন LiI আয়নীয় হলেও কিছু সমযোজী চরিত্র দেখা যায়)। উল্লেখ্য, তড়িৎক্ষেত্রের প্রভাবে ল্যাটিসে আয়নের সরণের জন্য আয়নীয় ধ্রুবায়ন দায়ী নয়।
আয়নিক বন্ধন
4500#3
প্রথমত:
এই পরীক্ষার সাথে ১৮৯৫ সালে জ্যাঁ পেরিন কৃত পরীক্ষার বেশ মিল ছিল। টমসন এক জোড়া ধাতুর সিলিন্ডার দ্বারা একটি ক্যাথোড রশ্মি নল তৈরি করেন যার মধ্যে একটি সংকীর্ণ ফাঁক ছিল। এই সিলিন্ডারদ্বয় আবার একটি ইলেকট্রোমিটারের সাথে সংযুক্ত ছিল যাতে তড়িৎ আধান সংরক্ষণ এবং পরিমাপ করা যায়। পেরিন দেখেছিলেন ক্যাথোড রশ্মি একটি তড়িৎ আধান জমা করে। টমসন দেখতে চেয়েছিলেন একটি চুম্বকের মাধ্যমে রশ্মিগুলো বাঁকিয়ে রশ্মি থেকে আধান পৃথক করা যায় কি-না। তিনি দেখতে পান রশ্মিগুলো যখন সিলিন্ডারের সরু ফাঁকে প্রবেশ করে তখন ইলেকট্রোমিটারে ঋণাত্মক আধানের আধিক্য দেখা যায়। রশ্মিগুলো বাঁকিয়ে দিলে মিটারে ঋণাত্মক আধানের পরিমাণ এতো হয়না, কারণ রশ্মি তখন ফাঁকে প্রবেশেরই সুযোগ পায় না। এ থেকে স্পষ্টতই ধারণা করে নেয়া যায় যে ক্যাথোড রশ্মি এবং ঋণাত্মক আধান যেভাবেই হোক একসাথে থাকে, এদের পৃথক করা যায় না।
ইলেকট্রন
550612#3
যে সব পরমাণুর যোজ্যতা কক্ষ প্রায় পুরো ফাঁকা অথবা প্রায় পুরো ভর্তি থাকে, সেগুলি ভীষণ সক্রিয় হয়। অধিক তড়িৎঋণাত্মক পরমাণুগুলির (যেমন, হ্যালোজেন মৌল) যোজ্যতা কক্ষের মোটে একটি বা দুটি কক্ষক ফাঁকা থাকে, এরা অন্য অণু বা পরমাণুর সাথে বিক্রিয়া করে ইলেক্ট্রন গ্রহণ করে ও অ্যানায়নে রূপান্তরিত হয়। আবার দুর্বল তড়িৎঋণাত্মক পরমাণুর (যেমন, ক্ষার ধাতু) যোজ্যতা কক্ষে অল্পসংখ্যক ইলেক্ট্রন থাকে, এরা সহজেই বেশি তড়িৎঋণাত্মক পরমাণুতে ইলেক্ট্রন বর্জন করে। ফলে, দুর্বল তড়িৎঋণাত্মক পরমাণুর ইলেক্ট্রন-মেঘ সংকুচিত হয় ও ক্যাটায়ন গঠন করে।
আয়নিক বন্ধন
637072#15
ন্যানোহীরকের উপর উচ্চ শক্তির কণা (ইলেক্ট্রন, প্রোটন, হিলিয়াম) বর্ষণ করে এবং তারপর ৬০০-৮০০ডিগ্রী তাপমাত্রায় অ্যানিল করার মাধ্যমে নাইট্রোজেন-শূন্যস্থান তৈরী করে তার উপর প্রতিপ্রভ বৈশিষ্ট্য আরোপ করা হয়। বর্ষণ শূন্যস্থান (এনভি) তৈরী করে আবার অ্যানিল পদ্ধতি সেই শূন্যস্থানের বিচরন ঘটায়, যা ন্যানোহীরকের মধ্যে নাইট্রোজেন পরমানুকে অবরূদ্ধ করে । এটি দুই প্রকার এনভি তৈরী করে-আধানহীন (এনভি০) এবং ঋণাত্মক আধান যুক্ত (এনভি-) যাদের বিচ্ছুরন বর্ণালি বিভিন্ন। এনভি- কেন্দ্রটি বেশি গুরুত্বপূর্ণ কারন এটিতে এস=১ স্পিন বা আবর্তন কারীর নিম্নস্থ বা ভূমিস্থ শক্তি দশা থাকে যাকে আলোক-পাম্পিং এর সাহায্যে স্পিন-পোলারাইজ করা যায় এবং ইলেক্ট্রন উপচুম্বকীয় অনুরণন প্রক্রিয়াতে নিপুণভাবে নাড়াচাড়া করা যায়। প্রতিপ্রভ ন্যানোহীরকের মধ্যে অর্ধ-পরিবাহী কোয়ান্টাম বিন্দুর গুণ (ক্ষূদ্রতা, উচ্চ আলোক স্থিতি, উজ্জ্বল রঙ্গীন প্রতিপ্রভতা) থাকে আবার জৈব সামঞ্জস্যতা, নির্বিষতা, বহুল পৃষ্ঠতলীয় রসায়ন ইত্যাদির জন্য জীবদেহের মধ্যে ইমেজিং প্রয়োগেরও বিশেষ ক্ষমতা থাকে ।
ন্যানোরসায়ন
395120#5
পরমাণুর সৌর মডেলের দুটি সীমাবদ্ধতা ছিলো। সূর্যকে কেন্দ্র করে আবর্তিত গ্রহের মত ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে আবর্তিত হচ্ছে। গ্রহ আধান নিরপেক্ষ হলেও ইলেকট্রন চার্জযুক্ত কণা। তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্বে লারমর ফর্মুলানুসারে কম্পনশীল চার্জিত বস্তুকণা সর্বদা আধান বিচ্ছুরণ করে। ঘুর্ণায়মান চার্জ বা আধান একসময় কমতে কমতে সর্পিলাকারে নিউক্লিয়াসের সাথে কয়েক সেকেন্ডের মধ্যেই মিলিত হয়ে যাবে। দ্বিতীয়ত সৌর মডেল উচ্চশক্তিসম্পন্ন পরমাণুর বিচ্ছুরণ স্পেকট্রাম এবং শোষণ স্পেকট্রাম ব্যাখ্যা করতে ব্যর্থ হয়।
কোয়ান্টাম তত্ত্ব বিশ শতকে পদার্থবিদ্যা চর্চায় যুগান্তকারী পরিবর্তন আনতে সক্ষম হয় যখন বিজ্ঞানী ম্যাক্স প্লাংক এবং আলবার্ট আইনস্টাইন মত প্রকাশ করেন যে আলোক শক্তি একটি নির্দিষ্ট পরিমানে শোষিত বা উদগিরিত হয় যা কোয়ান্টাম (একবচনে কোয়ান্টা) নামে পরিচিত। ১৯১৩ সালে নীলস বোর পরমাণুর বোর মডেলের সঙ্গে এই তত্ব একীভূত করেন। বোর মডেল অনুসারে ইলেক্ট্রন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে নির্দিষ্ট কক্ষপথে নির্দিষ্ট কৌণিক ভরবেগ সহ আবর্তিত হয় এবং নিউক্লিয়াস থেকে ইলেকট্রনের দূরত্ব এর শক্তির সমানুপাতিক। এই মডেলানুসারে ইলেকট্রণ অবিরত শক্তি বিকিরণ করে না। এরা সহসা শক্তি বিকিরণ বা গ্রহণ করে এক কক্ষপথ থেকে অন্য কক্ষপথে লাফ দেয় যা কোয়ান্টাম লাফ (কোয়ান্টাম লিপ) নামে পরিচিত। শক্তি শোষন বা বিচ্ছুরণের ফলে স্পেকট্রাম বা বর্ণালী উৎপন্ন হয়।
পারমাণবিক তত্ত্ব