Introduction and Sub-atomic Particles
English: In previous chapters we have learnt that all matter is made up of atoms. The first modern atomic theory was proposed by John Dalton. According to Dalton, atoms were indivisible. However, discoveries like Michael Faraday's electrolysis experiments and sub-atomic particles (electrons, protons, and neutrons) proved that atoms are divisible.
తెలుగు వివరణ (Telugu Description):
అన్ని పదార్థాలు పరమాణువులతో నిర్మితమై ఉన్నాయని ముందస్తు అధ్యాయాలలో నేర్చుకున్నాం. జాన్ డాల్టన్ ప్రకారం పరమాణువులు విభజించలేనివి. కానీ మైకెల్ ఫెరడే విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రయోగాలు మరియు ఇతర పరిశోధనల ద్వారా పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్లు, ప్రోటాన్లు, మరియు న్యూట్రాన్లు అనే పరమాణువు అంతర్గత కణాలు (sub-atomic particles) ఉన్నాయని తేలింది.
Example / ఉదాహరణ: An atom consists of a central nucleus surrounded by electrons. (పరమాణువు కేంద్రంలో కేంద్రకం ఉండి, దాని చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.)
Atomic Models: Thomson, Rutherford, and Bohr
English: To understand the structure of an atom, scientists developed various models. J.J. Thomson proposed the plum-pudding/watermelon model. Later, Ernest Rutherford's alpha-particle scattering experiment led to the discovery of the dense positive nucleus. Niels Bohr modified it by introducing discrete energy levels (shells) where electrons revolve without radiating energy.
తెలుగు వివరణ (Telugu Description):
పరమాణువు నిర్మాణాన్ని వివరించడానికి వివిధ నమూనాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి. జె.జె. థామ్సన్ పుచ్చకాయ నమూనాను ఇచ్చారు. రూథర్ఫర్డ్ ఆల్ఫా కణాల పరిక్షేపణ ప్రయోగం ద్వారా కేంద్రీకృత ధనావేశం (న్యూక్లియస్) కనుగొనబడింది. ఎలక్ట్రాన్లు శక్తి స్థాయిలలో భ్రమణం చెందుతాయని నీల్స్ బోర్ వివరించారు.
Example / ఉదాహరణ: Bohr's model resembles planetary orbits around the sun. (బోర్ నమూనా సూర్యుని చుట్టూ తిరిగే గ్రహాల కక్ష్యలను పోలి ఉంటుంది.)
Distribution of Electrons in Orbits and Valency
English: Bohr and Bury proposed rules for electron distribution using the formula 2n² for maximum capacity in shells (K, L, M, N...). The electrons in the outermost shell are valence electrons, determining the valency or combining capacity of an element to achieve a stable octet.
తెలుగు వివరణ (Telugu Description):
బోర్-బరీ నియమాల ప్రకారం వివిధ కక్ష్యలలో (K, L, M, N...) ఎలక్ట్రాన్ల గరిష్ట సంఖ్య 2n² సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. బాహ్య కక్ష్యలోని ఎలక్ట్రాన్లను వేలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు అంటారు. అష్టక రూపాన్ని (octet) సాధించడానికి మూలకాల సంయోగ సామర్థ్యాన్ని వాలెన్సీ (Valency) అంటారు.
Example / ఉదాహరణ: Carbon has 4 valence electrons, giving it a valency of 4. (కార్బన్కు 4 వేలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి, కాబట్టి దాని వాలెన్సీ 4.)
Atomic Number, Mass Number, and Isotopes
English: Atomic number (Z) is the number of protons in a nucleus. Atomic mass number (A) is the sum of protons and neutrons (A = Z + N). Isotopes are atoms of the same element having the same atomic number but different mass numbers due to varying neutron counts.
తెలుగు వివరణ (Telugu Description):
పరమాణు సంఖ్య (Z) అనగా ప్రోటాన్ల సంఖ్య. ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) అనగా ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల మొత్తం. ఒకే పరమాణు సంఖ్యను కలిగి ఉండి, వేర్వేరు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలు గల ఒకే మూలకం యొక్క పరమాణువులను ఐసోటోపులు (Isotopes) అంటారు.
Example / ఉదాహరణ: Protium, Deuterium, and Tritium are isotopes of hydrogen. (ప్రోటియం, డ్యూటెరియం, ట్రిటియం లు హైడ్రోజన్ ఐసోటోపులు.)
40 Key Points (40 ముఖ్యాంశాలు)
Glossary Vocabulary (40 పదకోశ పదాలు)
Ex: Everything is made of atoms. (అన్ని పదార్థాలు పరమాణువులతో తయారయ్యాయి.)
Ex: Electrons are sub-atomic particles. (ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణు అంతర్గత కణాలు.)
Ex: Electrons revolve around the nucleus. (ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతాయి.)
Ex: Protons reside inside the nucleus. (ప్రోటాన్లు కేంద్రకంలో ఉంటాయి.)
Ex: Neutrons have zero charge. (న్యూట్రాన్లకు ఆవేశం ఉండదు.)
Ex: The nucleus contains protons and neutrons. (కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి.)
Ex: Hydrogen has atomic number 1. (హైడ్రోజన్ పరమాణు సంఖ్య 1.)
Ex: Carbon mass number is 12. (కార్బన్ ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 12.)
Ex: Oxygen has valency 2. (ఆక్సిజన్ వాలెన్సీ 2.)
Ex: Carbon-12 and Carbon-14 are isotopes. (కార్బన్-12, కార్బన్-14 ఐసోటోపులు.)
Ex: Thomson used a discharge tube. (థామ్సన్ డిశ్చార్జ్ ట్యూబ్ వాడారు.)
Ex: Rutherford used alpha particles. (రూథర్ఫర్డ్ ఆల్ఫా కణాలను వాడారు.)
Ex: Alpha particles hit the gold foil. (ఆల్ఫా కణాలు బంగారు పత్రాన్ని తాకాయి.)
Ex: Electrons occupy energy levels. (ఎలక్ట్రాన్లు శక్తి స్థాయిలను ఆక్రమిస్తాయి.)
Ex: K is the innermost shell. (K అత్యంత లోపలి కక్ష్య.)
Ex: Carbon has four valence electrons. (కార్బన్కు నాలుగు వేలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి.)
Ex: Noble gases have an octet. (జడ వాయువులు అష్టక రూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి.)
Ex: Neon is a noble gas. (నియాన్ ఒక జడ వాయువు.)
Ex: Nucleons reside in the nucleus. (న్యూక్లియాన్లు కేంద్రకంలో ఉంటాయి.)
Ex: Faraday studied electrolysis. (ఫెరడే విద్యుద్విశ్లేషణను అధ్యయనం చేశారు.)
Ex: Thomson proposed plum pudding model. (థామ్సన్ పుమ్ పుడ్డింగ్ నమూనాను ప్రతిపాదించారు.)
Ex: Rutherford's model resembles planets. (రూథర్ఫర్డ్ నమూనా గ్రహాలను పోలి ఉంటుంది.)
Ex: Electrons fill shells via Bohr-Bury rules. (బోర్-బరీ నియమాల ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్లు నిండుతాయి.)
Ex: Alpha particle scattering revealed the nucleus. (ఆల్ఫా కణ పరిక్షేపణం కేంద్రకాన్ని బయటపెట్టింది.)
Ex: The detector showed flashes of light. (డిటెక్టర్ కాంతి పుంజాలను చూపింది.)
Ex: Few particles showed large deflection. (కొన్ని కణాలు పెద్ద విచలనాన్ని చూపాయి.)
Ex: Neutrons are neutral particles. (న్యూట్రాన్లు తటస్థ కణాలు.)
Ex: Sodium loses electrons to form cation. (సోడియం ఎలక్ట్రాన్లను కోల్పోయి కాటయాన్ అవుతుంది.)
Ex: Chlorine gains electron to form anion. (క్లోరిన్ ఎలక్ట్రాన్ను స్వీకరించి యానియాన్ అవుతుంది.)
Ex: Protium has one proton, zero neutrons. (ప్రోటియమ్లో ఒక ప్రోటాన్ ఉంటుంది.)
Ex: Deuterium has one neutron. (డ్యూటెరియంలో ఒక న్యూట్రాన్ ఉంటుంది.)
Ex: Tritium is a hydrogen isotope. (ట్రిటియం హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్.)
Ex: Tritium is radioactive. (ట్రిటియం రేడియోధార్మికత కలిగి ఉంటుంది.)
Ex: Iodine isotope treats goitre. (అయోడిన్ ఐసోటోప్ గాయిటర్ చికిత్సకు వాడతారు.)
Ex: Uranium is used in nuclear reactors. (అణు రియాక్టర్లలో యురేనియం వాడతారు.)
Ex: Hydrogen shows atomic spectra. (హైడ్రోజన్ అణు వర్ణపటాన్ని చూపుతుంది.)
Ex: Electrons revolve in stationary orbits. (ఎలక్ట్రాన్లు స్థిర కక్ష్యలలో తిరుగుతాయి.)
Ex: Natural isotopic abundance is fixed. (సహజ ఐసోటోప్ లభ్యత స్థిరంగా ఉంటుంది.)
Ex: Atomic masses are based on carbon-12. (పరమాణు ద్రవ్యరాశులు కార్బన్-12 ఆధారంగా ఉంటాయి.)
Ex: Octet configuration brings chemical stability. (అష్టక రూపం రసాయన స్థిరత్వాన్ని ఇస్తుంది.)
Textbook Exercises & Q&A (అభ్యాసాలు మరియు ప్రశ్న-జవాబులు)
I. Reflections on Concepts (అవగాహన - ప్రతిబింబాలు)
1. What are the three subatomic particles? (AS1)
తెలుగు: మూడు పరమాణు అంతర్గత కణాలు ఏమిటి?
Answer: The three subatomic particles are electron, proton, and neutron.
తెలుగు వివరణ: ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ అనేవి మూడు పరమాణు అంతర్గత కణాలు.
2. What were the three major observations Rutherford made in the gold foil experiment? (AS1)
తెలుగు: బంగారు పత్ర ప్రయోగంలో రూథర్ఫర్డ్ చేసిన మూడు ముఖ్యమైన పరిశీలనలు ఏమిటి?
Answer: (i) Most alpha particles passed straight through the foil without deflection. (ii) A few particles were deflected through small angles. (iii) Very few particles were deflected right back.
తెలుగు వివరణ: (i) ఎక్కువ ఆల్ఫా కణాలు ఎలాంటి విచలనం లేకుండా నేరుగా వెళ్ళాయి. (ii) కొన్ని కణాలు చిన్న కోణాలలో విచలనం చెందాయి. (iii) అతి తక్కువ కణాలు వెనక్కి ప్రతిఫలించాయి.
3. Give the main postulates of Bohr’s model of an atom. (AS1)
తెలుగు: బోర్ పరమాణు నమూనా యొక్క ముఖ్య ముఖ్యాంశాలను తెలపండి.
Answer: (i) Electrons revolve around the nucleus in discrete circular orbits called energy levels. (ii) While revolving in these orbits, electrons do not radiate energy.
తెలుగు వివరణ: (i) ఎలక్ట్రాన్లు నిర్దిష్ట వృత్తాకార కక్ష్యలలో (శక్తి స్థాయిలలో) కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతాయి. (ii) ఈ కక్ష్యలలో తిరిగేటప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని ఉద్గారించవు.
4. State the valencies of magnesium and sodium. (AS1)
తెలుగు: మెగ్నీషియం మరియు సోడియంల వాలెన్సీలను తెలపండి.
Answer: Sodium has a valency of 1, and Magnesium has a valency of 2.
తెలుగు వివరణ: సోడియం వాలెన్సీ 1 మరియు మెగ్నీషియం వాలెన్సీ 2.
II. Application of Concepts (అవుసరాల అన్వయం)
1. Compare the sub-atomic particles electron, proton and neutron. (AS1)
తెలుగు: ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ కణాలను పోల్చండి.
Answer: Electron is negatively charged with negligible mass; proton is positively charged with a mass 1836 times that of an electron; neutron is neutral with mass almost equal to a proton.
తెలుగు వివరణ: ఎలక్ట్రాన్ రుణావేశితం మరియు తక్కువ ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉంటుంది; ప్రోటాన్ ధనావేశితం మరియు ఎలక్ట్రాన్ కంటే 1836 రెట్లు బరువుంటుంది; న్యూట్రాన్ ఆవేశం లేనిది మరియు ప్రోటాన్తో సమాన ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉంటుంది.
2. What are the limitations of J.J. Thomson’s model of the atom? (AS1)
తెలుగు: జె.జె. థామ్సన్ పరమాణు నమూనా యొక్క పరిమితులు ఏమిటి?
Answer: Thomson's model could not explain the results of alpha-particle scattering experiments conducted by Rutherford, where most particles passed straight through.
తెలుగు వివరణ: రూథర్ఫర్డ్ నిర్వహించిన ఆల్ఫా కణాల పరిక్షేపణ ప్రయోగ ఫలితాలను (ఎక్కువ కణాలు నేరుగా వెళ్లడం) థామ్సన్ నమూనా వివరించలేకపోయింది.
3. Define valency by taking examples of nitrogen and boron. (AS1)
తెలుగు: నైట్రోజన్ మరియు బోరాన్ ఉదాహరణలతో వాలెన్సీని నిర్వచించండి.
Answer: Valency is the combining capacity. Boron has 3 valence electrons (valency 3), while nitrogen with 5 valence electrons in its outer shell has a valency of 3 (8 - 5).
తెలుగు వివరణ: సంయోగ సామర్థ్యాన్ని వాలెన్సీ అంటారు. బోరాన్కు 3 వేలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి (వాలెన్సీ 3); నైట్రోజన్కు బాహ్య కక్ష్యలో 5 ఎలక్ట్రాన్లు ఉండి దాని వాలెన్సీ 3 (8 - 5) అవుతుంది.
4. What is the main difference among the isotopes of the same element? (AS1)
తెలుగు: ఒకే మూలకం యొక్క ఐసోటోపుల మధ్య ప్రధాన వ్యత్యాసం ఏమిటి?
Answer: Isotopes have the same number of protons (atomic number) but differ in the number of neutrons, resulting in different mass numbers.
తెలుగు వివరణ: ఐసోటోపులలో ప్రోటాన్ల సంఖ్య (పరమాణు సంఖ్య) సమానంగా ఉంటుంది, కానీ న్యూట్రాన్ల సంఖ్య వేరుగా ఉండటం వల్ల ద్రవ్యరాశి సంఖ్య మారుతుంది.
5. If Z = 5, what would be the valency of the element? (AS2)
తెలుగు: Z = 5 అయితే, ఆ మూలకం యొక్క వాలెన్సీ ఎంత?
Answer: If Z = 5, the electronic configuration is 2, 3 (Boron). The number of valence electrons is 3, so its valency is 3.
తెలుగు వివరణ: Z = 5 అయితే ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 2, 3 (బోరాన్). బాహ్య కక్ష్యలో 3 ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి కాబట్టి వాలెన్సీ 3 అవుతుంది.
6. Fill in the missing information in the following table. (AS4)
తెలుగు: క్రింది పట్టికలోని ఖాళీలను పూరించండి.
Answer:
• Oxygen: Symbol O, Z = 8, A = 16, Neutrons = 8, Electrons = 8.
• Beryllium: Symbol Be, Z = 4, A = 9, Neutrons = 5, Electrons = 4.
• Sulphur: Symbol S, Z = 16, A = 32, Neutrons = 16, Electrons = 16.
7. Sketch Rutherford’s atomic model. Why is Rutherford’s model called the planetary model? (AS5)
తెలుగు: రూథర్ఫర్డ్ పరమాణు నమూనాను గీయండి. దానిని గ్రహాల నమూనా అని ఎందుకు అంటారు?
Answer: Rutherford's model is called the planetary model because electrons revolve around the central nucleus in orbits just like planets revolve around the Sun.
తెలుగు వివరణ: సూర్యుని చుట్టూ గ్రహాలు తిరిగినట్లుగానే, కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు కక్ష్యలలో తిరుగుతాయి కాబట్టి రూథర్ఫర్డ్ నమూనాను గ్రహాల నమూనా అంటారు.
III. Higher Order Thinking Questions (ఉన్నత స్థాయి ఆలోచనా ప్రశ్నలు)
1. Cl- has completely filled K, L & M shells. Explain it based on Bohr-Bury theory. (AS1)
తెలుగు: బోర్-బరీ సిద్ధాంతం ప్రకారం క్లోరిన్ అయన్ (Cl-) కు K, L మరియు M కక్ష్యలు పూర్తిగా నిండి ఉంటాయని వివరించండి.
Answer: Neutral chlorine (Z = 17) has configuration 2, 8, 7. By gaining 1 electron to form Cl-, it gets 18 electrons (2, 8, 8), completely filling K (2), L (8), and M (8) shells.
తెలుగు వివరణ: తటస్థ క్లోరిన్ (Z = 17) విన్యాసం 2, 8, 7. ఇది ఒక ఎలక్ట్రాన్ను స్వీకరించి Cl- గా మారినప్పుడు 18 ఎలక్ట్రాన్లు (2, 8, 8) ఏర్పడి K, L, M కక్ష్యలు పూర్తిగా నిండుతాయి.
2. Explain the efforts made by scientists to explain the structure of atom by developing various atomic models? (AS6)
తెలుగు: వివిధ పరమాణు నమూనాలను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా పరమాణు నిర్మాణాన్ని వివరించడానికి శాస్త్రవేత్తలు చేసిన ప్రయత్నాలను వివరించండి.
Answer: Scientists progressed from Dalton's indivisible atom to Thomson's plum pudding model, Rutherford's nuclear planetary model based on alpha scattering, and finally to Bohr's discrete energy level model.
తెలుగు వివరణ: శాస్త్రవేత్తలు డాల్టన్ అవిభాజ్య పరమాణువు నుండి థామ్సన్ పుమ్-పుడ్డింగ్ నమూనాకు, రూథర్ఫర్డ్ కేంద్రీకృత నమూనాకు, చివరకు బోర్ శక్తి స్థాయిల నమూనాకు క్రమంగా అభివృద్ధి చేశారు.
IV. Multiple Choice Questions (బహుళైచ్ఛిక ప్రశ్నలు)
1. Electron was invented by: [ a ]
a) Thomson b) Chadwick c) Goldstein d) Stoney
2. Proton was invented by: [ c ]
a) Thomson b) Chadwick c) Goldstein d) Stoney
3. Neutron was invented by: [ b ]
a) Thomson b) Chadwick c) Goldstein d) Stoney
4. α-particles are made up of the following primary particles: [ a ]
a) 2 protons and 2 neutrons b) 2 Protons and 2 Electrons c) 2 Neutrons and 2 Positrons d) 2 Protons and 2 Neutrinos
5. Which model of atom is known as Planetary model: [ c ]
a) Thomson’s model b) Rutherford’s model c) Bohr’s model d) Modern atomic model
6. Valency of Aluminium is: [ c ]
a) 1 b) 2 c) 3 d) 4
7. The gas which is stable without octet configuration is: [ d ]
a) Neon b) Argon c) Radon d) Helium
8. The sum of the number of protons and neutrons in an atom is known as its: [ a ]
a) Mass number b) Atomic number c) Valency d) Ion number
9. Deuterium and Tritium are the Isotopes of: [ c ]
a) Nitrogen b) Oxygen c) Hydrogen d) Helium
10. The electronic configuration of Sodium is: [ d ]
a) 2,8 b) 8,2,1 c) 2,1,8 d) 2,8,1
Suggested Projects (సూచించిన ప్రాజెక్టులు)
1. Write a report on the history of unveiling the structure of atom from John Dalton to Niels Bohr.
తెలుగు: జాన్ డాల్టన్ నుండి నీల్స్ బోర్ వరకు పరమాణు నిర్మాణాన్ని ఆవిష్కరించిన చరిత్రపై నివేదిక రాయండి.
Project Guidelines: Trace the chronological milestones starting from Dalton's solid sphere theory, Thomson's discovery of electrons and plum pudding model, Rutherford's alpha scattering nucleus discovery, up to Bohr's stationary energy levels.
తెలుగు వివరణ: డాల్టన్ సిద్ధాంతం నుండి థామ్సన్, రూథర్ఫర్డ్, మరియు బోర్ నమూనాల వరకు పరమాణు నిర్మాణం అభివృద్ధి చెదరిన క్రమాన్ని కాలనిరూపణ పద్ధతిలో నివేదికగా తయారుచేయాలి.