अध्याय 06: पदार्थ और परमाणु की संरचना — समस्थानिक, आवर्त सारणी, बंधन

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सार

इस अध्याय में आप क्या सीखेंगे?

पदार्थ की 5 अवस्थाएँ एवं शुद्ध-अशुद्ध वर्गीकरण: ठोस, द्रव, गैस के साथ चौथी अवस्था 'प्लाज्मा' (ब्रह्मांड में सर्वाधिक प्रचुर, टोकामक व तारों का आधार) और पाँचवीं अवस्था 'बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट' (BEC); तत्व, यौगिक, मिश्रण और टिंडल प्रभाव (कोलाइड)।
परमाणु संरचना एवं कण भौतिकी का स्टैंडर्ड मॉडल: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, रदरफोर्ड का अल्फा-प्रकीर्णन, बोर-क्वांटम मॉडल तथा फर्मिऑन (क्वार्क व लेप्टॉन) और बोसॉन (हिग्स बोसॉन — UPSC 2013, 2017)।
समस्थानिक (Isotopes), समभारिक (Isobars) एवं समन्यूट्रॉनिक (Isotones): हाइड्रोजन के 3 समस्थानिक ($^1\text{H}, ^2\text{H}\text{ ड्यूटेरियम/भारी जल}, ^3\text{H}\text{ ट्रिटियम}$), यूरेनियम संवर्धन ($^{235}\text{U}$ बनाम $^{238}\text{U}$ — UPSC 2023), कार्बन-14 डेटिंग और चिकित्सा/कृषि में रेडियोआइसोटोप।
आधुनिक आवर्त सारणी एवं सामरिक तत्व: मोज़ले का आधुनिक आवर्त नियम (परमाणु क्रमांक $Z$), $s, p, d, f$ ब्लॉक, आवर्ती गुणधर्म और भारत के 'राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन' के अंतर्गत लिथियम व 17 दुर्लभ मृदा तत्व (Rare Earth Elements — REEs)।
रासायनिक आबंध एवं कार्बन के अपरूप: आयनिक, सहसंयोजक, उप-सहसंयोजक व हाइड्रोजन आबंध (DNA व जल के गुणों का आधार) तथा हीरा, ग्रेफाइट, फुलरीन और ग्राफीन के संरचनात्मक अंतर।
भारत-केंद्रित एवं समसामयिक उपलब्धियाँ (2025–2026): DAE/BARC का नया 'आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर' (PIB अगस्त 2026), भारी जल बोर्ड (HWB) का वैश्विक निर्यात, उत्परिवर्तित फसल किस्में (कावेरी वामन) और MIDHANI-BARC-HWB महत्वपूर्ण खनिज समझौता (अक्टूबर 2026)।

खंड 01

विषय का आधार: पदार्थ की पाँच अवस्थाएँ क्या हैं और परमाणु के भीतर कौन-से मूलभूत कण कार्य करते हैं?

1.1 पदार्थ (Matter) और उसकी पाँच भौतिक अवस्थाएँ

ब्रह्मांड की प्रत्येक वह वस्तु जिसमें द्रव्यमान (Mass) होता है और जो स्थान (आयतन / Volume) घेरती है, पदार्थ (Matter) कहलाती है। अंतर-आणविक आकर्षण बल और तापीय गतिज ऊर्जा के संतुलन के आधार पर पदार्थ की पाँच अवस्थाएँ जानी जाती हैं:

सारणी 1.1: पदार्थ की पाँच अवस्थाओं (States of Matter) का वैज्ञानिक एवं परीक्षा-उन्मुख विश्लेषण
अवस्था (State)	आकार, आयतन एवं कण-संरचना	प्रमुख वैज्ञानिक विशेषता एवं परीक्षा उदाहरण
1. ठोस (Solid)	निश्चित आकार एवं निश्चित आयतन; प्रबलतम अंतर-आणविक आकर्षण बल; असंपीड्य।	क्रिस्टलीय ठोस (निश्चित गलनांक व विषमदैशिक/Anisotropic — जैसे हीरा, क्वार्ट्ज, नमक) बनाम अक्रिस्टलीय ठोस (अतिशीतित द्रव / Supercooled liquid व समदैशिक — जैसे काँच, रबर, प्लास्टिक)।
2. द्रव (Liquid)	निश्चित आयतन किंतु अनिश्चित आकार; तरलता और पृष्ठ तनाव का गुण।	कक्ष तापमान ($25^\circ\text{C}$) पर द्रव अवस्था में पाए जाने वाले तत्व: पारा (Mercury, $\text{Hg}$ — एकमात्र द्रव धातु) और ब्रोमीन (Bromine, $\text{Br}_2$ — एकमात्र द्रव अधातु)। (गैलियम और सीज़ियम हथेली की गर्मी $\approx 29\text{–}30^\circ\text{C}$ पर पिघल जाते हैं)।
3. गैस (Gas)	आकार व आयतन दोनों अनिश्चित; अत्यधिक संपीड्य (Compressible); नगण्य आकर्षण बल।	दाब बढ़ाकर और क्रांतिक ताप से नीचे ठंडा करके गैसों को द्रवित किया जाता है (जैसे LPG, LNG, द्रव ऑक्सीजन)।
4. प्लाज्मा (Plasma — चौथी अवस्था)	अत्यधिक उच्च तापमान पर गैसों के आयनीकरण से बनी धनावेशित आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की विद्युत-चालक गैस।	• दृश्य ब्रह्मांड में सर्वाधिक प्रचुर अवस्था ($\approx 99\%$): सूर्य और सभी तारे प्लाज्मा अवस्था में हैं। • पृथ्वी पर उदाहरण: आकाशीय बिजली (तड़ित), ध्रुवीय ज्योति (Aurora), नियॉन साइन बोर्ड, CFL/फ्लोरोसेंट ट्यूब और नाभिकीय संलयन टोकामक (ITER व भारत का ADITYA/SST-1 टोकामक, IPR गांधीनगर)।
5. बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC — पाँचवीं अवस्था)	अति-निम्न घनत्व वाली बोसॉन गैस को परम शून्य ताप ($0\text{ K}$) के अत्यंत निकट (नैनो-केल्विन पर) ठंडा करने पर बनी अवस्था।	• 1924–25 में प्रो. सत्येंद्र नाथ बोस और अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी (UPSC Mains 2018); 1995 में कॉर्नेल, वीमैन और केटरले ने रूबिडियम परमाणुओं में इसे प्रायोगिक रूप से बनाया (2001 नोबेल पुरस्कार)। • इसमें हजारों परमाणु अपनी अलग पहचान खोकर एक 'एकल सुपर-परमाणु' (Single Quantum Macroscopic Wave) की तरह व्यवहार करते हैं।

1.2 पदार्थ का रासायनिक वर्गीकरण: तत्व, यौगिक, मिश्रण और कोलाइड (टिंडल प्रभाव)

तत्व (Element): एक ही प्रकार के परमाणुओं (समान परमाणु क्रमांक $Z$) से बना शुद्ध पदार्थ (वर्तमान में आवर्त सारणी में कुल 118 ज्ञात तत्व हैं, जिनमें 94 प्राकृतिक और 24 प्रयोगशाला-संश्लेषित हैं)।
यौगिक (Compound) बनाम मिश्रण (Mixture): यौगिक (जैसे जल $\text{H}_2\text{O}$, भार के अनुसार $\text{H:O} = 1:8$ निश्चित अनुपात) के गुण उसके अवयवी तत्वों के गुणों से पूर्णतः भिन्न होते हैं—जैसे हाइड्रोजन ज्वलनशील है और ऑक्सीजन दहन में सहायक है, पर दोनों के रासायनिक संयोग से बना जल आग बुझाता है। इसके विपरीत, मिश्रण (जैसे वायु, पीतल, समुद्री जल) में अवयव किसी भी अनुपात में मिले होते हैं और उन्हें आसवन, क्रिस्टलीकरण, क्रोमैटोग्राफी या अपकेंद्रण जैसी भौतिक विधियों से अलग किया जा सकता है।
कोलाइडल विलयन (Colloids) और टिंडल प्रभाव: जब विलेय कणों का आकार वास्तविक विलयन ($<1\text{ nm}$) और निलंबन ($>1000\text{ nm}$) के बीच अर्थात् $1\text{ nm}$ से $1000\text{ nm}$ के बीच होता है, तो उसे कोलाइड कहते हैं—जैसे दूध (पायस/Emulsion), रक्त, कोहरा, बादल, धुआँ और स्याही। कोलाइडल कण प्रकाश की किरण का प्रकीर्णन कर उसका मार्ग चमकीला बना देते हैं, जिसे 'टिंडल प्रभाव' (Tyndall Effect) कहते हैं (जैसे घने जंगल या रोशनदान से अंधेरे कमरे में आती धूप की किरण का दिखना)।

1.3 परमाणु की संरचना (Atomic Structure): कणाद से क्वांटम यांत्रिकी तक

भारतीय दार्शनिक महर्षि कणाद (वैशेषिक दर्शन) ने पदार्थ की सूक्ष्मतम इकाई को 'परमाणु' कहा था और जॉन डाल्टन (1808) ने पहला आधुनिक परमाणु सिद्धांत दिया। किंतु 19वीं-20वीं सदी की खोजों ने सिद्ध किया कि परमाणु अविभाज्य नहीं है, बल्कि तीन मुख्य अपरमाणुक कणों (Subatomic particles) से बना है:

सारणी 1.2: परमाणु के तीन मूलभूत घटक कण, आवेश, द्रव्यमान और खोजकर्ता
कण (Particle)	प्रतीक एवं स्थिति	विद्युत आवेश (Charge)	द्रव्यमान (Mass in kg & amu/u)	खोजकर्ता एवं वर्ष
1. इलेक्ट्रॉन (Electron)	$e^-$ (नाभिक के बाहर कक्षकों में)	$-1.602 \times 10^{-19}\text{ C}$ (इकाई ऋणावेश $-1$)	$9.109 \times 10^{-31}\text{ kg}$ ($\approx 0.00055\text{ u}$, प्रोटॉन का $1/1836$वाँ भाग)	जे. जे. थॉमसन (1897) (कैथोड किरण नलिका प्रयोग; आवेश का मापन आर. ए. मिलिकन ने तेल-बूँद प्रयोग से किया)
2. प्रोटॉन (Proton)	$p^+$ (नाभिक के भीतर — न्यूक्लिऑन)	$+1.602 \times 10^{-19}\text{ C}$ (इकाई धनावेश $+1$)	$1.6726 \times 10^{-27}\text{ kg}$ ($\approx 1.00727\text{ u}$)	अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1917/1919 नामकरण) (एनोड/कैनाल किरणों की खोज ई. गोल्डस्टीन, 1886)
3. न्यूट्रॉन (Neutron)	$n^0$ (नाभिक के भीतर — न्यूक्लिऑन)	शून्य ($0$ — विद्युत उदासीन)	$1.6749 \times 10^{-27}\text{ kg}$ ($\approx 1.00866\text{ u}$ — तीनों में सबसे भारी)	जेम्स चैडविक (1932) (बेरिलियम पर अल्फा कणों की बमबारी द्वारा)

रदरफोर्ड का स्वर्ण-पत्र अल्फा प्रकीर्णन प्रयोग (1911): रदरफोर्ड ने सोने की अत्यंत पतली पन्नी ($100\text{ nm}$) पर धनावेशित अल्फा कणों ($\text{He}^{2+}$ नाभिक) की बौछार की। अधिकांश अल्फा कण बिना मुड़े सीधे निकल गए और लगभग $20,000$ में से केवल 1 कण $180^\circ$ पर वापस लौटा। निष्कर्ष: परमाणु का अधिकांश भाग खोखला है और उसका संपूर्ण धनावेश तथा लगभग पूरा द्रव्यमान केंद्र में अत्यंत सूक्ष्म आयतन—'नाभिक' (Nucleus)—में केंद्रित है। परमाणु की त्रिज्या लगभग $10^{-10}\text{ m}$ ($1\text{ Å}$) होती है, जबकि नाभिक की त्रिज्या उससे $1,00,000$ गुना छोटी अर्थात् $10^{-15}\text{ m}$ ($1\text{ Fermi}$) होती है!
नील्स बोर, डी-ब्रोग्ली, हाइजेनबर्ग और श्रोडिंगर का क्वांटम मॉडल: नील्स बोर (1913) ने बताया कि इलेक्ट्रॉन केवल निश्चित ऊर्जा वाली विविक्त कक्षाओं ($K, L, M, N$ जहाँ अधिकतम इलेक्ट्रॉन संख्या $= 2n^2$ अर्थात् $2, 8, 18, 32$) में ही घूमते हैं। बाद में हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत ($\Delta x \cdot \Delta p \ge \frac{h}{4\pi}$ — किसी सूक्ष्म कण की स्थिति और संवेग को एक साथ पूर्ण यथार्थता से मापना असंभव है) और श्रोडिंगर के तरंग समीकरण ने 'निश्चित वृत्ताकार पथ (Orbit)' के स्थान पर 3D प्रायिकता क्षेत्र—'कक्षक' (Orbital: $s, p, d, f$)—की अवधारणा स्थापित की।

खंड 02

परीक्षा-स्तरीय पूर्ण विस्तार: कण भौतिकी का स्टैंडर्ड मॉडल, समस्थानिक, आवर्त सारणी, रासायनिक आबंध और कार्बन के अपरूप

2.1 कण भौतिकी का 'स्टैंडर्ड मॉडल' (Standard Model): क्वार्क, लेप्टॉन और हिग्स बोसॉन (UPSC 2013, 2017)

आधुनिक उच्च-ऊर्जा भौतिकी के अनुसार प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भी मूलभूत (अविभाज्य) कण नहीं हैं, बल्कि वे और भी सूक्ष्म कणों—'क्वार्क' (Quarks)—से मिलकर बने हैं। कण भौतिकी का 'स्टैंडर्ड मॉडल' (Standard Model) गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर शेष तीनों मूलभूत बलों (प्रबल, दुर्बल व विद्युतचुम्बकीय) और ब्रह्मांड के सभी मूल कणों को दो श्रेणियों में वर्गीकृत करता है:

1. फर्मिऑन (Fermions — पदार्थ के निर्माण-खंड)

इनका प्रचक्रण अर्ध-पूर्णांक (Half-integer spin: $1/2$) होता है और ये पावली के अपवर्जन नियम का पालन करते हैं। ये 12 मूल कण दो वर्गों में बँटे हैं:

6 क्वार्क (Quarks): Up ($u$), Down ($d$), Charm ($c$), Strange ($s$), Top ($t$ — सबसे भारी), Bottom ($b$)। क्वार्क कभी स्वतंत्र नहीं मिलते, बल्कि मिलकर 'हैड्रॉन' (Hadrons) बनाते हैं: प्रोटॉन = 2 Up + 1 Down क्वार्क ($uud$) तथा न्यूट्रॉन = 1 Up + 2 Down क्वार्क ($udd$)।
6 लेप्टॉन (Leptons): इनमें प्रबल नाभिकीय बल कार्य नहीं करता—इलेक्ट्रॉन ($e^-$), म्यूऑन ($\mu^-$), टाऊ ($\tau^-$) और उनसे जुड़े 3 न्यूट्रिनो ($\nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau$ — 'घोस्ट पार्टिकल्स')।

2. बोसॉन (Bosons — बल-वाहक एवं हिग्स कण)

प्रो. सत्येंद्र नाथ बोस के नाम पर नामित पूर्णांक प्रचक्रण ($0, 1$) वाले कण:

गेज बोसॉन (Spin = 1): फोटॉन (विद्युतचुम्बकीय बल), ग्लूऑन (प्रबल नाभिकीय बल), और $W^+, W^-, Z^0$ बोसॉन (दुर्बल नाभिकीय बल)।
हिग्स बोसॉन (Higgs Boson / 'God Particle', Spin = 0 — UPSC Prelims 2013): 1964 में पीटर हिग्स व साथियों द्वारा प्रस्तावित और 4 जुलाई 2012 को CERN के लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) में खोजा गया। महत्त्व: पूरे ब्रह्मांड में व्याप्त 'हिग्स क्षेत्र' (Higgs Field) के साथ अन्योन्यक्रिया करने से ही इलेक्ट्रॉन और क्वार्क जैसे मूलभूत कणों को 'द्रव्यमान' (Mass) प्राप्त होता है।

2.2 परमाणु संख्या ($Z$), द्रव्यमान संख्या ($A$) और समस्थानिक (Isotopes) के सामरिक अनुप्रयोग

किसी तत्व के परमाणु के नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक ($Z$) कहते हैं—यही तत्व की रासायनिक पहचान है। नाभिक में प्रोटॉनों ($Z$) और न्यूट्रॉनों ($N$) के योग को द्रव्यमान संख्या ($A = Z + N$) कहते हैं।

समस्थानिक (Isotopes): एक ही तत्व के वे परमाणु जिनका परमाणु क्रमांक ($Z$ — प्रोटॉन संख्या) समान होता है, किंतु न्यूट्रॉनों की संख्या भिन्न होने से द्रव्यमान संख्या ($A$) भिन्न होती है। चूँकि समस्थानिकों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, इसलिए उनके रासायनिक गुण समान होते हैं, पर भौतिक व नाभिकीय गुण भिन्न होते हैं।
समभारिक (Isobars): भिन्न तत्वों के परमाणु जिनकी द्रव्यमान संख्या ($A$) समान हो पर परमाणु क्रमांक ($Z$) भिन्न हो—जैसे आर्गन ($^{40}_{18}\text{Ar}$), पोटैशियम ($^{40}_{19}\text{K}$) और कैल्शियम ($^{40}_{20}\text{Ca}$)।
समन्यूट्रॉनिक (Isotones): भिन्न तत्वों के परमाणु जिनमें न्यूट्रॉनों की संख्या ($N = A - Z$) समान हो—जैसे $^{14}_{6}\text{C}$ और $^{16}_{8}\text{O}$ (दोनों में $8$ न्यूट्रॉन हैं)।

सारणी 2.1: UPSC परीक्षा हेतु सर्वाधिक महत्त्वपूर्ण समस्थानिक (Isotopes) और उनके वैज्ञानिक अनुप्रयोग
तत्व एवं समस्थानिक	नाभिकीय संरचना एवं विशेषता	ऊर्जा, चिकित्सा, कृषि एवं पुरातत्व में अनुप्रयोग
1. हाइड्रोजन के 3 समस्थानिक • प्रोटियम ($^1_1\text{H}$) • ड्यूटेरियम ($^2_1\text{H}$ या $\text{D}$) • ट्रिटियम ($^3_1\text{H}$ या $\text{T}$)	• प्रोटियम ($99.98\%$): प्रकृति का एकमात्र ऐसा परमाणु जिसके नाभिक में कोई न्यूट्रॉन नहीं होता ($N=0$)। • ड्यूटेरियम: 1 प्रोटॉन + 1 न्यूट्रॉन (स्थिर)। • ट्रिटियम: 1 प्रोटॉन + 2 न्यूट्रॉन (रेडियोधर्मी, $\beta^-$ उत्सर्जक, अर्ध-आयु $12.3$ वर्ष)।	• भारी जल (Heavy Water — $\text{D}_2\text{O}$, अणुभार 20): भारत के दाबित भारी जल रिएक्टरों (PHWRs) में न्यूट्रॉन मंदक (Moderator) और शीतलक (Coolant) के रूप में प्रयुक्त। • नाभिकीय संलयन (ITER): ड्यूटेरियम + ट्रिटियम ($\text{D + T} \rightarrow \text{He} + n + 17.6\text{ MeV}$) भविष्य के संलयन रिएक्टरों का मुख्य ईंधन है।
2. यूरेनियम के समस्थानिक • $^{238}_{92}\text{U}$ ($99.27\%$) • $^{235}_{92}\text{U}$ ($0.72\%$) • $^{233}_{92}\text{U}$ (कृत्रिम)	• प्राकृतिक यूरेनियम में $99.27\%$ भाग $^{238}\text{U}$ होता है जो सीधे तापीय न्यूट्रॉनों से विखंडित नहीं होता (यह 'उर्वर / Fertile' है जो प्लूटोनियम-239 बनाता है)। • केवल $0.72\%$ भाग $^{235}\text{U}$ ही प्राकृतिक 'विखंडनीय' (Fissile) समस्थानिक है।	• यूरेनियम संवर्धन (UPSC Prelims 2023): भारतीय PHWRs सीधे प्राकृतिक यूरेनियम ($0.7\%\ ^{235}\text{U}$) पर चलते हैं; हल्के जल रिएक्टरों (LWRs — जैसे कुडनकुलम) के लिए $3\%\text{–}5\%$ संवर्धित (LEU) यूरेनियम चाहिए; अनुसंधान रिएक्टरों/पनडुब्बियों में $20\%+$ (HEU) और परमाणु हथियारों में $\ge 90\%$ संवर्धन लगता है। (बिजली उत्पादन के लिए 60% संवर्धन की आवश्यकता नहीं होती!)। • यूरेनियम-लेड डेटिंग: पृथ्वी और प्राचीन चट्टानों की आयु ज्ञात करने में।
3. कार्बन के समस्थानिक • $^{12}_6\text{C}$, $^{13}_6\text{C}$ (स्थिर) • $^{14}_6\text{C}$ (रेडियोधर्मी)	• $^{12}\text{C}$ परमाणु द्रव्यमान मात्रक ($\text{amu / u}$) का मानक आधार है। • $^{14}\text{C}$ ऊपरी वायुमंडल में कॉस्मिक किरणों से बनता है; अर्ध-आयु (Half-life) $= \mathbf{5,730\text{ वर्ष}}$।	• रेडियोकार्बन डेटिंग (C-14 Dating — विलार्ड लिबी): लकड़ी, हड्डी, जीवाश्म और सिंधु घाटी जैसे पुरातात्विक जैविक अवशेषों (लगभग $50,000$ वर्ष तक पुराने) की आयु निर्धारण में। (अजैविक चट्टानों की आयु C-14 से नहीं मापी जाती)।
4. प्रमुख चिकित्सीय एवं औद्योगिक रेडियोआइसोटोप (PIB अगस्त 2026: DAE/BRIT)	नाभिकीय रिएक्टर (अप्सरा-U, ध्रुव) या साइक्लोट्रॉन में निर्मित रेडियोधर्मी समस्थानिक।	• कोबाल्ट-60 ($\text{Co-60}$) एवं सीज़ियम-137: गामा विकिरण द्वारा कैंसर ट्यूमर की बाह्य रेडियोथेरेपी (भाभाट्रॉन) और खाद्य विकिरणन। • आयोडीन-131 ($\text{I-131}$): थायरॉइड ग्रंथि के कैंसर व घेंघा (Goitre) के निदान और उपचार में। • मोलिब्डेनम-99 / टेक्नीशियम-99m ($^{99\text{m}}\text{Tc}$): विश्व में 80%+ नाभिकीय चिकित्सा इमेजिंग (हृदय, हड्डी व अंग स्कैन) में प्रयुक्त। • ल्यूटीशियम-177 ($\text{Lu-177}$): लक्षित कैंसर पेप्टाइड रेडियो-रिसेप्टर थेरेपी (PRRT) में। • सोडियम-24 ($\text{Na-24}$): रक्त के थक्के (Blood clots) और भूमिगत पाइपलाइन रिसाव का पता लगाने में। • अमेरिकियम-241 ($\text{Am-241}$): घरों के स्मोक डिटेक्टर (Smoke Detectors) में।

2.3 आधुनिक आवर्त सारणी (Modern Periodic Table) और दुर्लभ मृदा तत्व (Rare Earth Elements)

1869 में दिमित्री मेंडेलीव ने तत्वों को 'परमाणु भार' के बढ़ते क्रम में रखकर पहली आवर्त सारणी बनाई थी (जिसमें समस्थानिकों की स्थिति और कोबाल्ट-निकेल जैसे कुछ अपवाद थे)। 1913 में हेनरी मोज़ले (Henry Moseley) ने एक्स-रे स्पेक्ट्रम प्रयोगों से सिद्ध किया कि तत्व का मूलभूत गुण उसका परमाणु भार नहीं, बल्कि 'परमाणु क्रमांक' ($Z$ — प्रोटॉन संख्या) है। आधुनिक आवर्त सारणी में 7 क्षैतिज आवर्त (Periods — इलेक्ट्रॉन कोशों $n=1\text{ से }7$ के सूचक) और 18 ऊर्ध्वाधर वर्ग (Groups — बाह्यतम संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के सूचक) हैं:

आवर्त सारणी के प्रमुख परिवार: वर्ग 1 = क्षार धातुएँ (Alkali metals: $\text{Li, Na, K, Rb, Cs}$ — अत्यधिक क्रियाशील, चाकू से कटने योग्य मुलायम, जल से क्रिया कर $\text{H}_2$ गैस देती हैं; लिथियम सबसे हल्की धातु है); वर्ग 2 = क्षारीय मृदा धातुएँ ($\text{Mg, Ca, Ba}$); वर्ग 3–12 ($d$-ब्लॉक) = संक्रमण धातुएँ (उत्प्रेरक व रंगीन यौगिक बनाने वाली); वर्ग 17 = हैलोजन ($\text{F, Cl, Br, I}$ — फ्लोरीन सर्वाधिक विद्युत-ऋणात्मक तत्व है); वर्ग 18 = उत्कृष्ट/अक्रिय गैसें (Noble Gases: $\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn}$ — पूर्ण अष्टक होने से रासायनिक रूप से अक्रिय; रेडॉन एकमात्र रेडियोधर्मी अक्रिय गैस है)।
आवर्ती गुणधर्मों का रुझान (Periodic Trends):
- किसी वर्ग में ऊपर से नीचे जाने पर: नए इलेक्ट्रॉन कोश जुड़ने से परमाणु त्रिज्या बढ़ती है, धात्विक गुण बढ़ता है और आयनन ऊर्जा व विद्युत-ऋणात्मकता घटती है।
- किसी आवर्त में बाएँ से दाएँ जाने पर: नाभिकीय आवेश बढ़ने से परमाणु त्रिज्या घटती है, अधात्विक गुण बढ़ता है और आयनन ऊर्जा व विद्युत-ऋणात्मकता बढ़ती है।
17 दुर्लभ मृदा तत्व (Rare Earth Elements — REEs): आवर्त सारणी के नीचे रखे गए 15 लैंथेनाइड तत्व ($Z = 57\text{ लैंथेनम से }71\text{ ल्यूटीशियम तक}$) + स्कैंडियम ($Z=21$) + इट्रियम ($Z=39$) को संयुक्त रूप से 17 दुर्लभ मृदा तत्व कहते हैं।
सामरिक महत्त्व: नियोडिमियम ($\text{Nd}$), प्रेजोडिमियम ($\text{Pr}$) और डिस्प्रोसियम ($\text{Dy}$) का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों (EV) की मोटरों, पवन टर्बाइनों, ड्रोन, स्मार्टफोन और मिसाइल गाइडेंस सिस्टम में प्रयुक्त होने वाले दुनिया के सबसे शक्तिशाली स्थायी चुंबकों (NdFeB Permanent Magnets) को बनाने में होता है। भारत में केरल, तमिलनाडु, ओडिशा और आंध्र प्रदेश के तटीय मोनाजाइट बालू (Monazite sand) में थोरियम के साथ दुर्लभ मृदा तत्व प्रचुर मात्रा में पाए जाते हैं, जिनका खनन परमाणु ऊर्जा विभाग के उपक्रम IREL (India) Limited द्वारा किया जाता है।

2.4 रासायनिक आबंध (Chemical Bonding) और कार्बन के अपरूप (Allotropes of Carbon)

परमाणु अपना बाह्यतम इलेक्ट्रॉन कोश पूर्ण (अष्टक नियम / Octet Rule — 8 इलेक्ट्रॉन, या हीलियम की तरह द्विक — 2 इलेक्ट्रॉन) कर न्यूनतम ऊर्जा और अधिकतम स्थायित्व प्राप्त करने के लिए रासायनिक आबंध बनाते हैं:

आयनिक या वैद्युत-संयोजक आबंध (Ionic Bond): धातु परमाणु से अधातु परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के पूर्ण स्थानांतरण (Complete Transfer) से बने धनायन और ऋणायन के बीच प्रबल स्थिरवैद्युत आकर्षण—जैसे साधारण नमक ($\text{Na}^+\text{Cl}^-$), $\text{MgO}$, $\text{CaCl}_2$। गुण: उच्च गलनांक व क्वथनांक; जल में घुलनशील; ठोस अवस्था में विद्युत के कुचालक, किंतु गलित अवस्था (Molten) या जलीय विलयन में मुक्त आयनों के कारण विद्युत के सुचालक।
सहसंयोजक आबंध (Covalent Bond): अधातु परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों की पारस्परिक साझेदारी (Sharing of electrons) से बना आबंध—जैसे $\text{H}_2$ (एकल बंध), $\text{O}_2$ (द्विबंध), $\text{N}_2$ (त्रिबंध — वायुमंडलीय नाइट्रोजन की अक्रियता का कारण), $\text{CH}_4$, हीरा और कार्बनिक यौगिक। गुण: प्रायः कम गलनांक (हीरा व सिलिका अपवाद हैं) और विद्युत के कुचालक (ग्रेफाइट और ग्राफीन अपवाद हैं)।
हाइड्रोजन आबंध (Hydrogen Bond): जब हाइड्रोजन परमाणु किसी उच्च विद्युत-ऋणात्मक परमाणु—केवल फ्लोरीन ($\text{F}$), ऑक्सीजन ($\text{O}$) या नाइट्रोजन ($\text{N}$)—से जुड़ा होता है, तो आंशिक धनावेशित $\text{H}$ और दूसरे अणु के $\text{F/O/N}$ के बीच बनने वाला दुर्बल आकर्षण बल। परीक्षा महत्त्व: (i) इसी के कारण $\text{H}_2\text{S}$ गैस है जबकि $\text{H}_2\text{O}$ (जल) द्रव है और जल का क्वथनांक ($100^\circ\text{C}$) असामान्य रूप से उच्च है; (ii) बर्फ की खुली पिंजरेनुमा संरचना और $4^\circ\text{C}$ पर जल का अधिकतम घनत्व; तथा (iii) DNA की द्विकुंडलिनी (Double Helix) में क्षारक युग्मों ($A=T$ के बीच 2 हाइड्रोजन बंध और $G\equiv C$ के बीच 3 हाइड्रोजन बंध) को जोड़ने वाला बल।

सारणी 2.2: कार्बन के प्रमुख क्रिस्टलीय अपरूपों (Allotropes of Carbon) में संकरण, बंधन एवं गुणधर्म अंतर
कार्बन का अपरूप	संकरण एवं ज्यामितीय संरचना	विद्युत/तापीय चालकता एवं प्रमुख अनुप्रयोग
1. हीरा (Diamond)	$sp^3$ संकरण; प्रत्येक कार्बन परमाणु 4 अन्य कार्बन परमाणुओं से कठोर त्रि-आयामी चतुष्फलकीय (3D Tetrahedral) सहसंयोजक जाल में जुड़ा होता है; कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं।	• प्राकृतिक रूप से ज्ञात सबसे कठोर पदार्थ। • मुक्त इलेक्ट्रॉन न होने से विद्युत का कुचालक (Insulator), किंतु फोनॉन कंपन के कारण ऊष्मा का सर्वोच्च सुचालक (तांबे से भी 5 गुना अधिक तापीय चालकता!)।
2. ग्रेफाइट (Graphite)	$sp^2$ संकरण; प्रत्येक कार्बन 3 अन्य कार्बन से जुड़कर षट्कोणीय परतें (Hexagonal layers) बनाता है। चौथा संयोजकता इलेक्ट्रॉन मुक्त रहता है और परतों के बीच दुर्बल वांडरवाल्स बल होता है।	• परतों के एक-दूसरे पर फिसलने के कारण मुलायम और शुष्क स्नेहक (Dry Lubricant)। • मुक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण अधातु होते हुए भी विद्युत का सुचालक (Electrodes में प्रयुक्त) तथा नाभिकीय रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मंदक।
3. फुलरीन ($\text{C}_{60}$ — Buckminsterfullerene)	$sp^2$ संकरण; 60 कार्बन परमाणुओं की फुटबॉल जैसी बंद पिंजरेनुमा संरचना (20 षट्भुज + 12 पंचभुज)।	लक्षित औषधि वितरण (Targeted drug delivery), नैनो-स्नेहक और कार्बनिक सौर सेलों में।
4. ग्राफीन (Graphene) एवं कार्बन नैनोट्यूब (CNT)	ग्रेफाइट की केवल एक परमाणु मोटी ($sp^2$) द्वि-आयामी (2D) षट्कोणीय परत को ग्राफीन कहते हैं; इसे मोड़कर बनी बेलनाकार नलिका CNT है।	• स्टील से $200$ गुना मजबूत, अत्यंत हल्का, लचीला, पारदर्शी और विद्युत तथा ऊष्मा का असाधारण सुचालक। (अध्याय 44 में विस्तृत)।

खंड 03 एवं 04

भारत-केंद्रित आयाम एवं समसामयिकी (2025–2026): मेडिकल आइसोटोप रिएक्टर, भारी जल बोर्ड और राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन

3.1 चिकित्सीय रेडियोआइसोटोप में आत्मनिर्भरता और BARC का नया 'आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर' (PIB अगस्त 2026)

सत्यापित संदर्भ (PIB, परमाणु ऊर्जा विभाग, 12 अगस्त 2026): संसद में दी गई आधिकारिक जानकारी के अनुसार, नाभिकीय चिकित्सा (Nuclear Medicine — कैंसर निदान व उपचार) के लगभग 90% अनुप्रयोग तीन रिएक्टर-जनित समस्थानिकों—मोलिब्डेनम-99 ($^{99}\text{Mo}$), आयोडीन-131 ($^{131}\text{I}$) और ल्यूटीशियम-177 ($^{177}\text{Lu}$)—पर निर्भर हैं। वर्तमान में DAE की इकाई BRIT (Board of Radiation & Isotope Technology) सामान्य परिचालन में देश की 90% मांग पूरी करती है, किंतु रिएक्टर के रखरखाव बंद (Shutdown) के दौरान आयात करना पड़ता था। इसे स्थायी रूप से हल करने के लिए सरकार ने भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) को $0.5\text{ मिलियन क्यूरी (0.5 MCi)}$ क्षमता वाले एक समर्पित 'आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर' (Isotope Production Reactor) के डिजाइन और निर्माण हेतु प्रशासनिक व वित्तीय स्वीकृति प्रदान की है। साथ ही, कोलकाता में VECC (Variable Energy Cyclotron Centre) की 'मेडिकल साइक्लोट्रॉन सुविधा' से PET-CT स्कैन के लिए फ्लोरीन-18 ($^{18}\text{F-FDG}$) और गैलियम-68 जैसे साइक्लोट्रॉन समस्थानिक बनाए जा रहे हैं।

3.2 विकिरण-उत्परिवर्तन प्रजनन (Radiation Mutation Breeding): BARC की 72 फसल किस्में और 'कावेरी वामन' (2026)

सत्यापित संदर्भ (अगस्त–अक्टूबर 2026): BARC गामा किरणों (कोबाल्ट-60) और इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा बीजों के DNA में नियंत्रित उत्परिवर्तन कराकर उच्च उपज और रोग/सूखा-रोधी 'ट्रॉम्बे फसल किस्में' विकसित करता है। अगस्त 2026 तक BARC ने व्यावसायिक खेती के लिए ऐसी 72 उन्नत फसल किस्में (मूँगफली, मूँग, उड़द, तूर, सरसों, चावल) जारी की हैं, जिनमें हाल ही में जारी 'कावेरी वामन' (Kaveri Vaaman) भारत की पहली उत्परिवर्तित बौनी केले (Mutant Banana) की किस्म है जो $1.5$ महीने पहले पकती है और तेज हवा में गिरती नहीं है।

3.3 भारी जल बोर्ड (Heavy Water Board — HWB) और MIDHANI-BARC-HWB महत्वपूर्ण खनिज समझौता (अक्टूबर 2026)

भारी जल ($\text{D}_2\text{O}$) में विश्व गुरु भारत: DAE के अंतर्गत कार्यरत भारी जल बोर्ड (HWB — संयंत्र: मानुगुरु, कोटा, हजीरा, थाल, तूतीकोरिन, बड़ौदा, तालचेर) ने भारत को न केवल अपने PHWR परमाणु रिएक्टरों के लिए भारी जल में आत्मनिर्भर बनाया है, बल्कि भारत आज अमेरिका, दक्षिण कोरिया और फ्रांस जैसे देशों को उच्च-शुद्धता वाले भारी जल का निर्यात कर रहा है। आज गैर-नाभिकीय क्षेत्र में भारी जल (ड्यूटेरियम) का उपयोग 'ड्यूटेरेटेड औषधियों' (Deuterated Drugs — जहाँ दवा के अणु में हाइड्रोजन को ड्यूटेरियम से बदलने पर 'काइनेटिक आइसोटोप प्रभाव' से दवा का शरीर में चयापचय धीमा हो जाता है और दवा का असर लंबे समय तक रहता है), ऑप्टिकल फाइबर और OLED निर्माण में हो रहा है।
सामरिक धातुओं की रिकवरी (27 अक्टूबर 2026): रक्षा मंत्रालय के उपक्रम MIDHANI ने औद्योगिक स्क्रैप (Plant reverts) से उच्च-मूल्य वाले क्रिटिकल मिनरल्स—निकेल (Nickel) और कोबाल्ट (Cobalt)—को विलायक निष्कर्षण (Solvent extraction — जिसमें HWB और BARC को महारत हासिल है) द्वारा पुनः प्राप्त करने के लिए BARC और भारी जल बोर्ड के साथ त्रिपक्षीय समझौता (MoU) किया है।

खंड 05

प्रारंभिक परीक्षा दृष्टि (Prelims High-Yield Pointers & Common Traps)

⚠️ UPSC Prelims के 6 प्रमुख वैचारिक भ्रम (Traps) — जहाँ अभ्यर्थी गलती करते हैं

भ्रम 1 (परमाणु विद्युत उत्पादन हेतु यूरेनियम संवर्धन स्तर — UPSC Prelims 2023): "बिजली उत्पादन के लिए कम-से-कम 60% संवर्धित यूरेनियम आवश्यक है।" सत्य: यह कथन पूर्णतः गलत है! भारत के स्वदेशी दाबित भारी जल रिएक्टर (PHWRs) बिना संवर्धित प्राकृतिक यूरेनियम ($0.7\%\ ^{235}\text{U}$) पर चलते हैं, और हल्के जल रिएक्टरों (LWRs) को केवल $3\%\text{–}5\%$ संवर्धित यूरेनियम (LEU) की आवश्यकता होती है।
भ्रम 2 (हिग्स बोसॉन और नाभिकीय विखंडन ईंधन — UPSC Prelims 2013): हिग्स बोसॉन की खोज यह समझाती है कि मूल कणों में द्रव्यमान (Mass) क्यों होता है; इसका टेलीपोर्टेशन या नाभिकीय विखंडन के बेहतर ईंधन बनाने से कोई संबंध नहीं है।
भ्रम 3 (हीरे की विद्युत बनाम तापीय चालकता): छात्र सोचते हैं कि जो पदार्थ विद्युत का कुचालक है वह ऊष्मा का भी कुचालक होगा। सत्य: हीरा मुक्त इलेक्ट्रॉन न होने से विद्युत का कुचालक है, परंतु अपने कठोर $sp^3$ सहसंयोजक जालक कंपनों (Phonons) के कारण वह ऊष्मा का सर्वोत्तम चालक है! इसके विपरीत, अभ्रक (Mica) ऊष्मा का सुचालक और विद्युत का कुचालक है (इसलिए विद्युत इस्त्री में प्रयुक्त होता है)।
भ्रम 4 (भारी जल क्या रेडियोधर्मी होता है?): भारी जल ($\text{D}_2\text{O}$) हाइड्रोजन के स्थिर समस्थानिक ड्यूटेरियम ($^2_1\text{H}$) का ऑक्साइड है, इसलिए भारी जल रेडियोधर्मी नहीं होता! केवल ट्रिटियम ($^3_1\text{H}$) से बना अति-भारी जल ($\text{T}_2\text{O}$) रेडियोधर्मी होता है।
भ्रम 5 (कार्बन-14 डेटिंग बनाम यूरेनियम-लेड डेटिंग): कार्बन-14 डेटिंग केवल जैविक उत्पत्ति के अवशेषों (लकड़ी, हड्डी, चारकोल, कपड़ा—अधिकतम $50,000$ वर्ष तक) की आयु बता सकती है; पृथ्वी की चट्टानों, उल्कापिंडों या डायनासोर युग की करोड़ों वर्ष पुरानी चट्टानों की आयु यूरेनियम-लेड ($\text{U-Pb}$) या पोटैशियम-आर्गन ($\text{K-Ar}$) डेटिंग से मापी जाती है।
भ्रम 6 (कण भौतिकी के स्टैंडर्ड मॉडल में गुरुत्वाकर्षण): 'स्टैंडर्ड मॉडल' में केवल तीन मूल बल (प्रबल, दुर्बल व विद्युतचुम्बकीय) शामिल हैं; यह गुरुत्वाकर्षण बल और डार्क मैटर की व्याख्या नहीं करता (UPSC 2017)।

खंड 06

मुख्य परीक्षा दृष्टि (GS-III विश्लेषण: गैर-विद्युत नाभिकीय अनुप्रयोग एवं महत्वपूर्ण खनिज सुरक्षा)

6.1 परमाणु विज्ञान के 'गैर-विद्युत' सामाजिक-आर्थिक अनुप्रयोग (Societal Applications of Radioisotopes & Radiation)

मुख्य परीक्षा में जब भारत में नाभिकीय विज्ञान के विकास पर प्रश्न आता है, तो अधिकांश अभ्यर्थी केवल बिजली उत्पादन (तीन-चरणीय कार्यक्रम) लिखकर रुक जाते हैं। उच्च अंक प्राप्त करने के लिए समस्थानिकों के चार गैर-ऊर्जा स्तंभों का उल्लेख अनिवार्य है:

1. स्वास्थ्य एवं नाभिकीय चिकित्सा (Onco-Care & Theranostics): BARC द्वारा विकसित स्वदेशी कोबाल्ट-60 टेलीथेरेपी मशीन 'भाभाट्रॉन' (Bhabhatron), नेत्र कैंसर हेतु रूथेनियम-106 पट्टिकाएँ, $^{99\text{m}}\text{Tc}$ निदान किट और $^{177}\text{Lu} / ^{131}\text{I}$ रेडियो-फार्मास्यूटिकल्स ने भारत में कैंसर उपचार की लागत को 60% तक घटाया है।
2. कृषि एवं खाद्य सुरक्षा (Atoms for Food): कोबाल्ट-60 गामा विकिरण से आलू व प्याज का अंकुरण रोकना, मसालों व आमों का कीट-रोगाणुनाशन कर निर्यात बढ़ाना (KRUSHAK व LASOF सुविधाएँ) तथा विकिरण-उत्परिवर्तन से 72 जलवायु-सहिष्णु फसल किस्मों का विकास।
3. जल संसाधन एवं आइसोटोप जलविज्ञान (Isotope Hydrology): ट्रिटियम, ड्यूटेरियम और ऑक्सीजन-18 समस्थानिकों का ट्रेसर के रूप में उपयोग कर हिमालयी झरनों के पुनर्भरण क्षेत्र (Recharge zones), बांधों के रिसाव और भूजल में आर्सेनिक/फ्लोराइड प्रदूषण के स्रोत का सटीक पता लगाना।
4. पर्यावरण एवं कीचड़ उपचार: अहमदाबाद और इंदौर में स्थापित सीवेज स्लज हाइजीनाइजेशन संयंत्रों में विकिरण द्वारा सीवेज के कीचड़ के रोगाणुओं को नष्ट कर उसे जैव-उर्वरक (Bio-fertilizer) में बदला जा रहा है तथा पेयजल से यूरेनियम/फ्लोराइड हटाने के लिए 'अमृत' और 'भाभा कवच' (बोरॉन कार्बाइड बुलेटप्रूफ जैकेट) जैसी स्पिन-ऑफ तकनीकें विकसित की गई हैं।

खंड 07

वास्तविक UPSC प्रारंभिक परीक्षा प्रश्नावली (Verified Prelims PYQs: 2013–2023)

नीचे इस अध्याय (यूरेनियम समस्थानिक व संवर्धन, स्टैंडर्ड मॉडल और हिग्स बोसॉन कण) से सीधे जुड़े आधिकारिक UPSC CSE प्रारंभिक परीक्षा प्रश्न दिए गए हैं। (नोट: मूल अंग्रेजी प्रश्न के साथ 'विश्वसनीय हिंदी अनुवाद' दिया गया है और उत्तर आधिकारिक UPSC उत्तर-कुंजी से सत्यापित हैं।)

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2023 (GS Paper-I — यूरेनियम समस्थानिक संवर्धन) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 1. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: (Consider the following statements:) कथन-I (Statement-I): भारत, अपने पास यूरेनियम निक्षेप (भंडार) होने के बावजूद, अपने अधिकांश विद्युत उत्पादन के लिए कोयले पर निर्भर करता है। (India, despite having uranium deposits, depends on coal for most of its electricity production.) कथन-II (Statement-II): विद्युत उत्पादन के लिए कम-से-कम 60% तक समृद्ध (Enriched) यूरेनियम का होना आवश्यक है। (Uranium, enriched to the extent of at least 60% is required for the production of electricity.) उपर्युक्त कथनों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-सा एक सही है?

सही उत्तर: (c) कथन-I सही है किंतु कथन-II गलत है।
विस्तृत व्याख्या:

कथन-I सही है: भारत में झारखंड (जादूगोड़ा/सिंहभूम) और आंध्र प्रदेश (तुम्मलापल्ली) में यूरेनियम भंडार हैं, किंतु वे निम्न-ग्रेड के और सीमित हैं; इसलिए भारत अपनी कुल बिजली के लगभग 70% से अधिक भाग के लिए कोयले पर निर्भर है।
कथन-II पूर्णतः गलत है: प्राकृतिक यूरेनियम में विखंडनीय समस्थानिक $^{235}\text{U}$ केवल $0.72\%$ और $^{238}\text{U}$ $99.27\%$ होता है। भारत के दाबित भारी जल रिएक्टर (PHWRs) सीधे प्राकृतिक यूरेनियम ($0.7\%$) से बिजली बनाते हैं, और हल्के जल रिएक्टरों (LWRs) को केवल $3\%\text{–}5\%$ तक संवर्धित यूरेनियम (Low-Enriched Uranium — LEU) की आवश्यकता होती है—$60\%$ संवर्धन की बिल्कुल नहीं ($20\%$ से अधिक संवर्धन को उच्च संवर्धित यूरेनियम HEU कहते हैं जो अनुसंधान रिएक्टरों या नौसैनिक प्रणोदन में लगता है, और $\ge 90\%$ परमाणु हथियारों में)।

स्रोत: UPSC CSE Prelims 2023 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (c) कथन-I सही है किंतु कथन-II गलत है (विद्युत उत्पादन हेतु 3–5% संवर्धन पर्याप्त होता है, 60% नहीं)।

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2017 (GS Paper-I — स्टैंडर्ड मॉडल व मूल कण) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 2. 'इवेंट होराइजन (Event Horizon)', 'सिंगुलैरिटी (Singularity)', 'स्ट्रिंग थ्योरी (String Theory)' और 'स्टैंडर्ड मॉडल (Standard Model)' जैसे शब्द कभी-कभी समाचारों में किस संदर्भ में देखे जाते हैं? (The terms 'Event Horizon', 'Singularity', 'String Theory' and 'Standard Model' are sometimes seen in the news in the context of)

सही उत्तर: (a) ब्रह्मांड का प्रेक्षण और बोध
विस्तृत व्याख्या: कण भौतिकी का 'स्टैंडर्ड मॉडल' पदार्थ के मूलभूत कणों (क्वार्क, लेप्टॉन और बोसॉन) तथा तीन मूल बलों की व्याख्या करता है; 'स्ट्रिंग थ्योरी' बिंदु-कणों को एक-आयामी कंपनशील तंतुओं (Strings) के रूप में मानकर क्वांटम यांत्रिकी और गुरुत्वाकर्षण को जोड़ने का प्रयास करती है; जबकि 'इवेंट होराइजन' और 'सिंगुलैरिटी' ब्लैक होल और बिग बैंग ब्रह्मांड विज्ञान से जुड़े हैं।
स्रोत: UPSC CSE Prelims 2017 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (a) ब्रह्मांड का प्रेक्षण और बोध।

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2013 (GS Paper-I — हिग्स बोसॉन और द्रव्यमान) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 3. हिग्स बोसॉन (Higgs boson) कण के अस्तित्व का संसूचन करने के प्रयास हाल ही में प्रायः समाचारों में रहे हैं। इस कण की खोज का क्या महत्त्व है/हैं? (The efforts to detect the existence of Higgs boson particle have become frequent news in the recent past. What is/are the importance/importances of discovering this particle?) 1. यह हमें यह समझने में सक्षम बनाएगा कि मूल कणों में संहति (द्रव्यमान / Mass) क्यों होती है। (It will enable us to understand as to why elementary particles have mass.) 2. यह निकट भविष्य में हमें दो बिंदुओं के बीच के भौतिक अंतराल को पार किए बिना एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक पदार्थ का स्थानांतरण करने की प्रौद्योगिकी विकसित करने में सक्षम बनाएगा। (It will enable us in the near future to develop the technology of transferring matter from one point to another without traversing the physical space between them.) 3. यह हमें नाभिकीय विखंडन के लिए बेहतर ईंधन उत्पन्न करने में सक्षम बनाएगा। (It will enable us to create better fuels for nuclear fission.) नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

सही उत्तर: (a) केवल 1
विस्तृत व्याख्या:

कथन 1 सही है: स्टैंडर्ड मॉडल के अनुसार फोटॉन में कोई द्रव्यमान नहीं होता क्योंकि वह हिग्स क्षेत्र से प्रभावित नहीं होता, जबकि इलेक्ट्रॉन, क्वार्क और W/Z बोसॉन हिग्स क्षेत्र (जिसका क्वांटम उत्तेजन 'हिग्स बोसॉन' है) के साथ अंतर्क्रिया कर द्रव्यमान प्राप्त करते हैं।
कथन 2 और 3 गलत हैं: हिग्स बोसॉन अत्यंत अस्थिर कण है (आयु $\approx 10^{-22}\text{ s}$) जिसका पदार्थ के टेलीपोर्टेशन या परमाणु रिएक्टर के विखंडन ईंधन निर्माण से कोई संबंध नहीं है।

स्रोत: UPSC CSE Prelims 2013 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (a) केवल 1 (यह समझाता है कि मूल कणों में द्रव्यमान क्यों होता है)।

खंड 08

मुख्य परीक्षा वास्तविक प्रश्न एवं आदर्श उत्तर (Verified UPSC Mains GS-III PYQ)

वास्तविक UPSC Mains PYQ • CSE 2017 (GS Paper-III — परमाणु विज्ञान एवं समस्थानिक अनुप्रयोग) 15 अंक • शब्द-सीमा: 250 शब्द • विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 1: भारत में नाभिकीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी की संवृद्धि और विकास का विवरण प्रस्तुत कीजिए। भारत में तीव्र प्रजनक रिएक्टर (Fast Breeder Reactor) कार्यक्रम का क्या लाभ है?
(Give an account of the growth and development of nuclear science and technology in India. What is the advantage of fast breeder reactor programme in India? — 250 Words, 15 Marks; नोट: ऊर्जा रिएक्टरों का पूर्ण विस्तार अध्याय 32 में भी होगा; यहाँ परमाणु व समस्थानिक विज्ञान के समग्र विकास पर आदर्श उत्तर दिया गया है।)

आदर्श उत्तर (250 शब्द मानक):

भूमिका: डॉ. होमी जहाँगीर भाभा के दूरदर्शी नेतृत्व में भारत की नाभिकीय विज्ञान यात्रा 1945 में टाटा मूलभूत अनुसंधान संस्थान (TIFR), 1948 में परमाणु ऊर्जा आयोग और 1954 में परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE) एवं ट्रॉम्बे स्थित BARC की स्थापना से प्रारंभ हुई। भारत ने कठोर अंतरराष्ट्रीय प्रौद्योगिकी प्रतिबंधों को पार कर संपूर्ण नाभिकीय ईंधन चक्र, भारी जल ($\text{D}_2\text{O}$) उत्पादन और रेडियोसमस्थानिक प्रौद्योगिकी में पूर्ण आत्मनिर्भरता हासिल की है।

भारत में नाभिकीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी का बहुआयामी विकास:

अनुसंधान से वाणिज्यिक ऊर्जा तक: 1956 में एशिया के पहले अनुसंधान रिएक्टर 'अप्सरा' और 1969 में तारापुर परमाणु ऊर्जा स्टेशन से शुरू होकर आज भारत में 24 से अधिक रिएक्टर (स्वदेशी 700 MWe PHWRs सहित) संचालित हैं और बजट 2025–26 के 'परमाणु ऊर्जा मिशन' के तहत 2047 तक $100\text{ GW}$ तथा छोटे मॉड्यूलर रिएक्टरों (Bharat SMRs) का लक्ष्य रखा गया है।
गैर-विद्युत समस्थानिक अनुप्रयोग (BARC व BRIT): (i) स्वास्थ्य: कोबाल्ट-60 आधारित स्वदेशी 'भाभाट्रॉन' कैंसर टेलीथेरेपी, $^{99\text{m}}\text{Tc}, ^{131}\text{I}$ व $^{177}\text{Lu}$ रेडियो-फार्मास्यूटिकल्स तथा 2026 में स्वीकृत नया 'आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर'; (ii) कृषि: गामा विकिरण उत्परिवर्तन से 72 उन्नत 'ट्रॉम्बे' फसल किस्में (जैसे 'कावेरी वामन' केला) और खाद्य विकिरणन; (iii) उद्योग व रक्षा: भारी जल का वैश्विक निर्यात और सामरिक प्रतिरोधक क्षमता (1974 व 1998 पोखरण परीक्षण एवं अरिहंत पनडुब्बी)।

तीव्र प्रजनक रिएक्टर (FBR — कलपक्कम PFBR) कार्यक्रम के लाभ:

ईंधन गुणन (Breeding Ratio > 1): भारत के पास विश्व के यूरेनियम का मात्र $1\text{–}2\%$ है, किंतु थोरियम ($^{232}\text{Th}$) का विश्व का सबसे बड़ा ($\approx 25\%$) भंडार है। द्वितीय चरण का FBR जितनी प्लूटोनियम-239 ईंधन खपत करता है, उससे अधिक नया विखंडनीय ईंधन पैदा करता है।
थोरियम (तीसरे चरण) का सेतु: FBR में थोरियम-232 के आवरण (Blanket) पर न्यूट्रॉन बमबारी कर उसे विखंडनीय समस्थानिक यूरेनियम-233 ($^{233}\text{U}$) में बदला जाता है, जो भारत की दीर्घकालिक ऊर्जा स्वतंत्रता की कुंजी है।

निष्कर्ष: भारत का परमाणु कार्यक्रम केवल बिजली उत्पादन तक सीमित न रहकर स्वास्थ्य, कृषि और स्वच्छ ऊर्जा संप्रभुता का एक समेकित वैज्ञानिक स्तंभ बन चुका है।

खंड 09

नए मौलिक अभ्यास प्रश्न (UPSC CSE 2027 — 16 Prelims MCQs एवं 4 Mains अभ्यास प्रश्न)

स्पष्टीकरण: नीचे दिए गए सभी 16 बहुविकल्पीय प्रश्न और 4 मुख्य परीक्षा प्रश्न UPSC CSE 2027 की तैयारी हेतु निर्मित मौलिक अभ्यास प्रश्न (Original Practice Questions) हैं; ये पिछले वर्षों के प्रश्न (PYQ) नहीं हैं।

9.1 प्रारंभिक परीक्षा अभ्यास टेस्ट (16 UPSC-स्तरीय बहुविकल्पीय प्रश्न)

अभ्यास प्रश्न 01 • हाइड्रोजन के समस्थानिक एवं भारी जल स्तर: UPSC Prelims कथन-आधारित

प्रश्न 1. हाइड्रोजन के समस्थानिकों और 'भारी जल (Heavy Water — D2O)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. साधारण हाइड्रोजन (प्रोटियम, 1H) आवर्त सारणी का एकमात्र ऐसा स्थिर परमाणु है जिसके नाभिक में कोई न्यूट्रॉन नहीं होता। 2. भारी जल (D2O) स्वभाव से अत्यधिक रेडियोधर्मी (Radioactive) होता है, इसलिए इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में विखंडनीय ईंधन के रूप में किया जाता है। 3. हाइड्रोजन का तीसरा समस्थानिक 'ट्रिटियम (3H)' रेडियोधर्मी होता है और भविष्य के नाभिकीय संलयन रिएक्टरों (जैसे ITER) में ड्यूटेरियम के साथ मुख्य ईंधन के रूप में प्रयुक्त होता है। उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3
व्याख्या: कथन 1 और 3 सही हैं। कथन 2 में दो गंभीर त्रुटियाँ हैं—पहला, ड्यूटेरियम ($^2_1\text{H}$) एक स्थिर (गैर-रेडियोधर्मी) समस्थानिक है, इसलिए भारी जल ($\text{D}_2\text{O}$) रेडियोधर्मी नहीं होता; और दूसरा, भारी जल रिएक्टर में 'ईंधन' नहीं, बल्कि तीव्र न्यूट्रॉनों की गति धीमी करने वाले 'मंदक' (Moderator) और 'शीतलक' (Coolant) का कार्य करता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3 (भारी जल रेडियोधर्मी नहीं होता और वह मंदक का काम करता है, ईंधन का नहीं)।

अभ्यास प्रश्न 02 • चिकित्सीय रेडियोआइसोटोप (PIB अगस्त 2026) स्तर: समसामयिकी + नाभिकीय चिकित्सा

प्रश्न 2. नाभिकीय चिकित्सा और उद्योग में प्रयुक्त निम्नलिखित रेडियोधर्मी समस्थानिकों के युग्मों पर विचार कीजिए: समस्थानिक (Radioisotope) — मुख्य अनुप्रयोग 1. टेक्नीशियम-99m (Tc-99m) — हृदय, अस्थि और अंगों की नैदानिक नाभिकीय इमेजिंग (Diagnostic Scintigraphy) 2. आयोडीन-131 (I-131) — थायरॉइड कैंसर और हाइपरथायरॉइडिज्म का उपचार 3. कार्बन-14 (C-14) — पृथ्वी के निर्माण काल की आग्नेय चट्टानों और उल्कापिंडों की आयु निर्धारण 4. कोबाल्ट-60 (Co-60) — गामा विकिरण द्वारा कैंसर की टेलीथेरेपी और खाद्य पदार्थों का रोगाणुनाशन उपर्युक्त में से कितने युग्म सही सुमेलित हैं?

सही उत्तर: (b) केवल तीन युग्म (युग्म 1, 2 और 4 सही हैं)
व्याख्या: युग्म 3 गलत है क्योंकि कार्बन-14 की अर्ध-आयु मात्र $5,730$ वर्ष होती है, इसलिए इसका उपयोग केवल $50,000$ वर्ष तक पुराने जैविक जीवाश्मों (लकड़ी, हड्डी) की आयु मापने में होता है; करोड़ों-अरबों वर्ष पुरानी अजैविक आग्नेय चट्टानों और उल्कापिंडों की आयु यूरेनियम-लेड ($\text{U-Pb}$) या पोटैशियम-आर्गन ($\text{K-Ar}$) डेटिंग से मापी जाती है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) केवल तीन युग्म (युग्म 3 गलत है)।

अभ्यास प्रश्न 03 • हीरा बनाम ग्रेफाइट (कार्बन के अपरूप) स्तर: रासायनिक आबंध एवं संरचना

प्रश्न 3. हीरा (Diamond) और ग्रेफाइट (Graphite) दोनों केवल शुद्ध कार्बन परमाणुओं से बने अपरूप हैं, फिर भी उनके भौतिक गुणों में अत्यधिक अंतर है। इस संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. हीरा विद्युत का कुचालक होता है, किंतु उसकी तापीय चालकता (Thermal conductivity) तांबे जैसी धातुओं से भी अधिक होती है। 2. ग्रेफाइट में प्रत्येक कार्बन परमाणु केवल तीन अन्य कार्बन परमाणुओं से सहसंयोजक रूप से जुड़ा होता है और चौथा इलेक्ट्रॉन मुक्त रहने के कारण ग्रेफाइट विद्युत का सुचालक होता है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (a) 1 और 2 दोनों
व्याख्या: हीरे में $sp^3$ संकरण के कारण चारों संयोजकता इलेक्ट्रॉन कठोर सहसंयोजक बंधों में बँधे रहते हैं, इसलिए वह विद्युत का कुचालक है; पर कठोर जालक कंपनों (Phonons) के कारण वह ऊष्मा का सर्वश्रेष्ठ सुचालक ($\approx 2200\text{ W/m}\cdot\text{K}$) है। ग्रेफाइट में $sp^2$ संकरण से एक मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रति कार्बन परमाणु उपलब्ध रहता है जो विद्युत चालन करता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) 1 और 2 दोनों।

अभ्यास प्रश्न 04 • पदार्थ की चौथी (प्लाज्मा) एवं पाँचवीं (BEC) अवस्था स्तर: मूलभूत भौतिकी

प्रश्न 4. पदार्थ की अवस्थाओं—'प्लाज्मा (Plasma)' और 'बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC)'—के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. प्लाज्मा अति-उच्च तापमान पर आयनित गैस की अवस्था है जो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों से प्रबल रूप से प्रभावित होती है। 2. बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC) का निर्माण पदार्थ को सूर्य के केंद्र से भी अधिक तापमान तक गर्म करने पर होता है। 3. दृश्य ब्रह्मांड के सामान्य पदार्थ का अधिकांश भाग (तारों और अंतरतारकीय माध्यम सहित) प्लाज्मा अवस्था में पाया जाता है। उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

सही उत्तर: (d) केवल 1 और 3
व्याख्या: कथन 1 और 3 सही हैं। कथन 2 गलत है क्योंकि बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC) गर्म करने पर नहीं, बल्कि तनु बोसॉन गैस को परम शून्य ताप ($0\text{ K}$ या $-273.15^\circ\text{C}$) के अत्यंत निकट ठंडा करने पर बनता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) केवल 1 और 3 (BEC परम शून्य ताप के निकट ठंडा करने पर बनता है)।

अभ्यास प्रश्न 05 • दुर्लभ मृदा तत्व (Rare Earth Elements) एवं मोनाजाइट स्तर: आवर्त सारणी एवं सामरिक खनिज

प्रश्न 5. आवर्त सारणी के 'दुर्लभ मृदा तत्वों (Rare Earth Elements — REEs)' और भारत में उनकी उपलब्धता के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. नियोडिमियम (Neodymium) और डिस्प्रोसियम (Dysprosium) जैसे दुर्लभ मृदा तत्वों का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों की ट्रैक्शन मोटरों और पवन टर्बाइनों के उच्च-शक्ति स्थायी चुंबक बनाने में किया जाता है। 2. भारत के तटीय प्लेसर निक्षेपों में पाई जाने वाली 'मोनाजाइट (Monazite)' बालू में दुर्लभ मृदा फॉस्फेट के साथ रेडियोधर्मी थोरियम भी पाया जाता है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (b) 1 और 2 दोनों
व्याख्या: दोनों कथन सही हैं। मोनाजाइट मुख्यतः सीरियम, लैंथेनम, नियोडिमियम और थोरियम का लाल-भूरा फॉस्फेट खनिज है। इसमें रेडियोधर्मी थोरियम ($8\text{–}10\%\ \text{ThO}_2$) होने के कारण भारत में परमाणु ऊर्जा अधिनियम, 1962 के तहत इसका खनन व प्रसंस्करण नियंत्रित है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) 1 और 2 दोनों।

अभ्यास प्रश्न 06 • हाइड्रोजन आबंध (Hydrogen Bonding) का प्रभाव स्तर: रासायनिक आबंध एवं जीव-रसायन

प्रश्न 6. निम्नलिखित में से कौन-सी परिघटनाएँ 'हाइड्रोजन आबंध (Hydrogen Bonding)' की उपस्थिति के कारण संभव होती हैं? 1. सामान्य कक्ष तापमान पर हाइड्रोजन सल्फाइड (H2S) का गैस होना, जबकि उससे कम अणुभार वाले जल (H2O) का द्रव अवस्था में होना 2. डीएनए (DNA) की द्विकुंडलिनी संरचना में दो पूरक पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं के नाइट्रोजनी क्षारकों (A=T और G≡C) का आपस में जुड़े रहना 3. जल के जमने पर बनी बर्फ का घनत्व द्रव जल के घनत्व से कम होना (बर्फ का पानी पर तैरना) नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

सही उत्तर: (c) 1, 2 और 3
व्याख्या: तीनों परिघटनाओं का मूल कारण हाइड्रोजन आबंध ही है: जल के अणुओं के बीच अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंध उसे द्रव बनाता है (1); बर्फ में चतुष्फलकीय हाइड्रोजन बंधों से खाली स्थान युक्त जाल बनता है जिससे बर्फ हल्की होती है (3); और DNA के दोनों रज्जुक क्षारकों के बीच हाइड्रोजन बंधों से जुड़े होते हैं (2)।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) 1, 2 और 3।

अभ्यास प्रश्न 07 • ड्यूटेरेटेड औषधियाँ (Deuterated Drugs / Heavy Water) स्तर: फार्मास्युटिकल रसायन एवं समस्थानिक

प्रश्न 7. हाल के वर्षों में भेषज उद्योग (Pharmaceutical industry) में 'ड्यूटेरेटेड औषधियों (Deuterated drugs)' के निर्माण के लिए भारी जल (D2O) की माँग बढ़ी है। किसी औषधि अणु में सामान्य हाइड्रोजन (1H) को ड्यूटेरियम (2H) से प्रतिस्थापित करने का मुख्य लाभ क्या है?

सही उत्तर: (a)
व्याख्या: ड्यूटेरियम का द्रव्यमान प्रोटियम से दोगुना होने के कारण $\text{C–D}$ आबंध की शून्य-बिंदु कंपन ऊर्जा कम होती है और आबंध तोड़ने में अधिक सक्रियण ऊर्जा लगती है (इसे Kinetic Isotope Effect कहते हैं)। इससे दवा जल्दी नष्ट नहीं होती और रोगी को कम खुराक लेनी पड़ती है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) C–D आबंध अधिक मजबूत होने से दवा का उपापचय धीमा होता है और प्रभाव लंबे समय तक रहता है।

अभ्यास प्रश्न 08 • आवर्त सारणी के अपवाद एवं विशेष तत्व स्तर: तथ्यात्मक एवं अवधारणात्मक

प्रश्न 8. रासायनिक तत्वों के भौतिक और रासायनिक गुणों के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. ब्रोमीन (Bromine) सामान्य कक्ष तापमान पर द्रव अवस्था में पाई जाने वाली एकमात्र अधातु है। 2. संपूर्ण आवर्त सारणी में सर्वाधिक विद्युत-ऋणात्मकता (Electronegativity) वाला तत्व क्लोरीन (Chlorine) है। 3. टंगस्टन (Tungsten — W) सभी शुद्ध धातुओं में उच्चतम गलनांक (Melting point) वाली धातु है, जबकि लिथियम (Lithium) सबसे कम घनत्व वाली (सबसे हल्की) ठोस धातु है। उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3
व्याख्या: कथन 1 और 3 सही हैं। कथन 2 एक प्रसिद्ध परीक्षा भ्रम (Trap) है—आवर्त सारणी में सर्वाधिक विद्युत-ऋणात्मकता (Electronegativity) वाला तत्व फ्लोरीन (Fluorine, मान $= 4.0$) है, जबकि सर्वाधिक इलेक्ट्रॉन बंधुता (Electron Affinity / Electron gain enthalpy) वाला तत्व क्लोरीन है!

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3 (सर्वाधिक विद्युत-ऋणात्मक तत्व फ्लोरीन है, क्लोरीन नहीं)।

अभ्यास प्रश्न 09 • आयनिक यौगिकों की विद्युत चालकता स्तर: रासायनिक आबंध गुणधर्म

प्रश्न 9. ठोस क्रिस्टलीय साधारण नमक (सोडियम क्लोराइड — NaCl) विद्युत धारा का चालन नहीं करता, किंतु पानी में घोलने पर या पिघलाने (Molten state) पर वह विद्युत का उत्तम सुचालक बन जाता है। इसका क्या कारण है?

सही उत्तर: (b)
व्याख्या: आयनिक ठोसों में आयन पहले से मौजूद होते हैं, किंतु वे जालक बिंदुओं पर जकड़े रहते हैं। पिघलाने या उच्च परावैद्युतांक वाले जल में घोलने पर जालक टूट जाता है और मुक्त गतिशील आयन ($\text{Na}^+$ व $\text{Cl}^-$) विद्युत धारा का वहन करते हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) गलित या जलीय विलयन में आयन गति करने के लिए स्वतंत्र हो जाते हैं।

अभ्यास प्रश्न 10 • अल्फा, बीटा और गामा विकिरण तुलना स्तर: नाभिकीय भौतिकी

प्रश्न 10. रेडियोधर्मी नाभिकीय क्षय के दौरान उत्सर्जित होने वाली अल्फा ($\alpha$), बीटा ($\beta$) और गामा ($\gamma$) किरणों के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. अल्फा कण वास्तव में द्वि-धनावेशित हीलियम नाभिक (2 प्रोटॉन + 2 न्यूट्रॉन) होते हैं और तीनों में इनकी आयनीकरण क्षमता (Ionizing power) सर्वाधिक होती है। 2. गामा किरणें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित नहीं होतीं क्योंकि वे उदासीन उच्च-ऊर्जा विद्युतचुम्बकीय फोटॉन हैं, और तीनों में इनकी भेदन क्षमता (Penetrating power) सर्वाधिक होती है। 3. किसी नाभिक से एक अल्फा कण उत्सर्जित होने पर उसका परमाणु क्रमांक 2 इकाई और द्रव्यमान संख्या 4 इकाई घट जाती है। उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3
व्याख्या: तीनों कथन पूर्णतः सही हैं। भेदन क्षमता का क्रम: $\gamma > \beta > \alpha$; जबकि आयनीकरण क्षमता और द्रव्यमान का क्रम: $\alpha > \beta > \gamma$। सोडी-फाजान विस्थापन नियम के अनुसार $\alpha$-क्षय में $Z \rightarrow Z-2, A \rightarrow A-4$ तथा $\beta^-$-क्षय में $Z \rightarrow Z+1, A \rightarrow A$ (समभारिक बनता है)।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3।

अभ्यास प्रश्न 11 • उत्कृष्ट/अक्रिय गैसें (Noble Gases) स्तर: आवर्त सारणी वर्ग 18

प्रश्न 11. आवर्त सारणी के वर्ग 18 की 'उत्कृष्ट गैसों (Noble Gases)' के अनुप्रयोगों के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. गुब्बारों और वायुयानों के टायरों में हाइड्रोजन के स्थान पर हीलियम (Helium) भरी जाती है क्योंकि हीलियम हल्की होने के साथ-साथ अज्वलनशील (Non-flammable) भी है। 2. गहरे समुद्र के गोताखोरों के श्वसन सिलेंडरों में उच्च दाब पर नाइट्रोजन के दुष्प्रभाव (Nitrogen narcosis / bends) से बचने के लिए ऑक्सीजन के साथ रेडॉन (Radon) गैस मिलाई जाती है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (b) केवल 1
व्याख्या: कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है—रेडॉन ($\text{Rn}$) एक भारी रेडियोधर्मी और कैंसरकारी गैस है! गहरे समुद्र के गोताखोरों के सिलेंडरों में ऑक्सीजन के साथ हीलियम (Heliox मिश्रण) मिलाई जाती है क्योंकि हीलियम रक्त में बहुत कम घुलनशील होती है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1 (गोताखोरों के सिलेंडर में हीलियम मिलाई जाती है, रेडियोधर्मी रेडॉन नहीं)।

अभ्यास प्रश्न 12 • टिंडल प्रभाव एवं कोलाइड स्तर: विलयन एवं प्रकीर्णन

प्रश्न 12. यदि एक टॉर्च के प्रकाश पुंज को (1) नमक के स्वच्छ जलीय विलयन, (2) दूध के तनु विलयन, और (3) कोहरे से होकर गुजारा जाए, तो इनमें से किनमें 'टिंडल प्रभाव (Tyndall Effect)' स्पष्ट रूप से दिखाई देगा?

सही उत्तर: (c) केवल 2 और 3 में
व्याख्या: नमक का जलीय विलयन एक 'वास्तविक विलयन' (True solution, कण आकार $<1\text{ nm}$) है, जिसके कण इतने छोटे होते हैं कि वे दृश्य प्रकाश का प्रकीर्णन नहीं कर पाते। इसके विपरीत, दूध (Emulsion) और कोहरा (Aerosol) कोलाइडल तंत्र हैं जो टिंडल प्रभाव दिखाते हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 2 और 3 में।

अभ्यास प्रश्न 13 • समइलेक्ट्रॉनिक प्रजातियाँ (Isoelectronic Species) स्तर: परमाणु एवं आयन संरचना

प्रश्न 13. निम्नलिखित में से कौन-सा एक समुच्चय 'समइलेक्ट्रॉनिक प्रजातियों (Isoelectronic species — जिनमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान हो)' को निरूपित करता है? (दिया है: परमाणु क्रमांक O=8, F=9, Ne=10, Na=11, Mg=12)

सही उत्तर: (a) $\text{O}^{2-}, \text{F}^-, \text{Ne}, \text{Na}^+, \text{Mg}^{2+}$
व्याख्या: ऋणायन बनने पर इलेक्ट्रॉन जुड़ते हैं और धनायन बनने पर इलेक्ट्रॉन निकलते हैं। अतः $\text{O}^{2-}$ ($8+2=10$), $\text{F}^-$ ($9+1=10$), $\text{Ne}$ ($10$), $\text{Na}^+$ ($11-1=10$) और $\text{Mg}^{2+}$ ($12-2=10$)—इन पाँचों में ठीक 10 इलेक्ट्रॉन हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) सभी में 10 इलेक्ट्रॉन हैं।

अभ्यास प्रश्न 14 • BARC की उत्परिवर्तित फसल 'कावेरी वामन' (2026) स्तर: समसामयिकी 2026

प्रश्न 14. हाल ही में समाचारों में चर्चित 'कावेरी वामन (Kaveri Vaaman)' क्या है?

सही उत्तर: (b)
व्याख्या: BARC द्वारा गामा विकिरण उत्परिवर्तन तकनीक से विकसित 'कावेरी वामन' भारत की पहली म्यूटेंट केले की किस्म है, जिसका कद छोटा होने से यह तूफानी हवाओं में गिरती नहीं है (Lodging resistant) और $1.5$ माह पूर्व पककर तैयार हो जाती है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) BARC द्वारा विकसित भारत की पहली उत्परिवर्तित केले की किस्म।

अभ्यास प्रश्न 15 • अर्ध-आयु (Half-Life) गणना स्तर: रेडियोधर्मी क्षय नियम

प्रश्न 15. किसी चिकित्सीय रेडियोधर्मी समस्थानिक की अर्ध-आयु (Half-life) 6 घंटे है। यदि किसी अस्पताल में सुबह 6:00 बजे इस समस्थानिक का 80 मिलीग्राम (80 mg) का शुद्ध नमूना लाया जाता है, तो उसी दिन शाम 6:00 बजे (12 घंटे बाद) उस नमूने में उस रेडियोधर्मी समस्थानिक की कितनी मात्रा अविघटित शेष बचेगी?

सही उत्तर: (c) 20 मिलीग्राम
व्याख्या: छात्रों का सामान्य भ्रम होता है कि 2 अर्ध-आयु में पूरा पदार्थ खत्म हो जाएगा—यह गलत है! प्रत्येक अर्ध-आयु ($T_{1/2} = 6$ घंटे) में शेष बची मात्रा आधी होती है: $N = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^n$। $12$ घंटे में अर्ध-आयु की संख्या $n = 12/6 = 2$। पहले 6 घंटे बाद: $80 / 2 = 40\text{ mg}$; अगले 6 घंटे (कुल 12 घंटे) बाद: $40 / 2 = \mathbf{20\text{ mg}}$ शेष बचेगा।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) 20 मिलीग्राम।

अभ्यास प्रश्न 16 • क्वांटम टनलिंग एवं नाभिकीय संलयन स्तर: क्वांटम परमाणु भौतिकी

प्रश्न 16. सूर्य के केंद्र में दो धनावेशित प्रोटॉनों (हाइड्रोजन नाभिकों) को आपस में जुड़कर हीलियम बनाने के लिए प्रबल स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण प्राचीर (Coulomb Barrier) को पार करना पड़ता है, जबकि सूर्य के केंद्र का तापमान चिरसम्मत भौतिकी के अनुसार आवश्यक तापमान से कम है। फिर भी सूर्य में निरंतर नाभिकीय संलयन किस क्वांटम परिघटना के कारण संभव हो पाता है?

सही उत्तर: (d) क्वांटम सुरंगन (Quantum Tunnelling)
व्याख्या: डी-ब्रोग्ली तरंग-कण द्वैतता और हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के कारण प्रोटॉन तरंग-पैकेट की तरह व्यवहार करते हैं और कूलॉम प्रतिकर्षण प्राचीर से कम गतिज ऊर्जा होने पर भी सुरंगन (Quantum Tunnelling) कर नाभिकीय आकर्षण परास ($10^{-15}\text{ m}$) के भीतर पहुँच जाते हैं। रेडियोधर्मी अल्फा-क्षय और फ्लैश मेमोरी भी क्वांटम टनलिंग पर कार्य करते हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) क्वांटम सुरंगन (Quantum Tunnelling)।

9.2 संभावित मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न (Mains GS-III Practice Questions & Model Answers)

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 01 (आदर्श उत्तर सहित) 15 अंक • शब्द-सीमा: 250 शब्द

अभ्यास प्रश्न 1: "'परमाणु ऊर्जा केवल विद्युत ग्रिड को आलोकित करने का साधन नहीं है, बल्कि यह कैंसर उपचार, कृषि उत्पादकता, खाद्य सुरक्षा और जल प्रबंधन में भी मूक क्रांति ला रही है।' भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) और BRIT की हालिया पहलों (2025–2026) के आलोक में इस कथन की पुष्टि कीजिए।" (250 शब्द, 15 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: यद्यपि परमाणु ऊर्जा को प्रायः रिएक्टरों से बिजली उत्पादन के संदर्भ में देखा जाता है, किंतु परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE), भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) और विकिरण एवं आइसोटोप प्रौद्योगिकी बोर्ड (BRIT) ने रेडियोधर्मी व स्थिर समस्थानिकों के माध्यम से भारत के सामाजिक-आर्थिक विकास में व्यापक 'गैर-विद्युत' (Non-power) योगदान दिया है।

विविध क्षेत्रों में समस्थानिक प्रौद्योगिकी की भूमिका:

सुलभ कैंसर निदान एवं उपचार (Nuclear Medicine): $^{99\text{m}}\text{Tc}$ (हृदय व अस्थि स्कैन), $^{18}\text{F-FDG}$ (PET-CT स्कैन), $^{131}\text{I}$ (थायरॉइड कैंसर) और $^{177}\text{Lu}$ (लक्षित ट्यूमर थेरेपी) आज आधुनिक ऑन्कोलॉजी की रीढ़ हैं। BARC की कोबाल्ट-60 आधारित स्वदेशी 'भाभाट्रॉन' मशीन और नेत्र कैंसर हेतु रूथेनियम-106 पट्टिकाओं ने उपचार को सस्ता बनाया है। अगस्त 2026 में सरकार ने आयात निर्भरता समाप्त करने के लिए BARC के नए $0.5\text{ MCi}$ 'आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर' को मंजूरी दी है।
कृषि एवं उत्परिवर्तन प्रजनन (Mutation Breeding): गामा विकिरण से बीजों में प्रेरित उत्परिवर्तन द्वारा BARC ने अब तक 72 उच्च-उपज और जलवायु-सहिष्णु 'ट्रॉम्बे' फसल किस्में (तिलहन, दलहन और हालिया बौनी केले की किस्म 'कावेरी वामन') विकसित की हैं।
खाद्य संरक्षण एवं निर्यात: कोबाल्ट-60 गामा विकिरणन (Food Irradiation) से आलू-प्याज का अंकुरण रुकता है, अनाज के कीट नष्ट होते हैं और भारतीय आम व मसालों को अमेरिका/यूरोप के फाइटोसैनिटरी मानकों पर निर्यात किया जाता है।
जल एवं पर्यावरण प्रबंधन: आइसोटोप हाइड्रोलॉजी (ट्रिटियम व ऑक्सीजन-18 ट्रेसर) से हिमालयी झरनों का पुनर्भरण और इंदौर व अहमदाबाद में विकिरण द्वारा सीवेज स्लज को जैव-उर्वरक में बदला जा रहा है।

निष्कर्ष: मेडिकल साइक्लोट्रॉन नेटवर्क और विकिरण प्रसंस्करण केंद्रों का टियर-2/3 शहरों व ग्रामीण कृषि क्लस्टरों में विस्तार 'परमाणु से जन-कल्याण' (Atoms for Peace & Welfare) के लक्ष्य को और सशक्त करेगा।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 02 (आदर्श उत्तर सहित) 10 अंक • शब्द-सीमा: 150 शब्द

अभ्यास प्रश्न 2: "आवर्त सारणी के 'दुर्लभ मृदा तत्व' (Rare Earth Elements — REEs) क्या हैं? स्वच्छ ऊर्जा संक्रमण और रक्षा विनिर्माण के लिए ये क्यों अपरिहार्य हैं तथा भारत में इनके घरेलू मूल्य-श्रृंखला (Value-chain) विकास की क्या चुनौतियाँ हैं?" (150 शब्द, 10 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: आवर्त सारणी के $f$-ब्लॉक के 15 लैंथेनाइड तत्वों ($Z=57\text{ से }71$) तथा स्कैंडियम ($Z=21$) और इट्रियम ($Z=39$) को मिलाकर बने 17 धात्विक तत्वों के समूह को 'दुर्लभ मृदा तत्व' (REEs) कहा जाता है।

स्वच्छ ऊर्जा एवं रक्षा में अपरिहार्यता: अपने अद्वितीय अयुग्मित $4f$-इलेक्ट्रॉन विन्यास के कारण ये असाधारण चुंबकीय और प्रकाशीय गुण रखते हैं। नियोडिमियम, प्रेजोडिमियम और डिस्प्रोसियम से बने NdFeB स्थायी चुंबक इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) की ट्रैक्शन मोटरों, अपतटीय पवन टर्बाइनों, ड्रोन, सोनार ट्रांसड्यूसर, फाइटर जेट एक्ट्यूएटर और सटीक-निर्देशित मिसाइलों के लिए अपरिहार्य हैं।

भारत की स्थिति एवं चुनौतियाँ:

संसाधन बनाम प्रसंस्करण अंतराल (Midstream Gap): भारत के पास तटीय मोनाजाइट बालू में विश्व का पाँचवाँ सबसे बड़ा REE भंडार है, किंतु वैश्विक रिफाइनिंग और चुंबक निर्माण पर चीन का $70\%\text{–}90\%$ एकाधिकार है।
चुनौतियाँ: मोनाजाइट में रेडियोधर्मी थोरियम की सह-उपस्थिति से कड़े विनियामक प्रतिबंध, जटिल रासायनिक पृथक्करण (Solvent extraction) की उच्च पर्यावरणीय लागत और डाउनस्ट्रीम मेटल-अलॉय व सिंटर्ड मैग्नेट विनिर्माण क्षमता की कमी।

आगे की राह: ₹16,300 करोड़ के 'राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन' (NCMM), BARC/IREL की प्रसंस्करण तकनीक और अक्टूबर 2026 के MIDHANI-BARC-HWB रीसाइक्लिंग समझौते के माध्यम से भारत को खनन से आगे बढ़कर स्वदेशी स्थायी चुंबक निर्माण क्षमता विकसित करनी होगी।

अतिरिक्त मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न (03 एवं 04) अभ्यास हेतु उत्तर-संरचना

अभ्यास प्रश्न 3: "कण भौतिकी के 'स्टैंडर्ड मॉडल' (Standard Model) की प्रमुख सफलताओं और उसकी वर्तमान सीमाओं का वर्णन कीजिए। इस मॉडल के परीक्षण में CERN और भारतीय वैज्ञानिकों के योगदान पर चर्चा कीजिए।" (150 शब्द, 10 अंक)

उत्तर रूपरेखा: (1) स्टैंडर्ड मॉडल की संरचना: 12 फर्मिऑन (6 क्वार्क + 6 लेप्टॉन), 4 गेज बोसॉन और हिग्स बोसॉन (2012 LHC खोज); (2) सफलता: विद्युतचुम्बकीय, दुर्बल और प्रबल नाभिकीय बलों का क्वांटम एकीकरण तथा 'बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी' का योगदान; (3) सीमाएँ: गुरुत्वाकर्षण बल का शामिल न होना, डार्क मैटर (27%) व डार्क एनर्जी (68%) की व्याख्या न कर पाना और न्यूट्रिनो द्रव्यमान की पहेली; (4) CERN के सहयोगी सदस्य (Associate Member, 2017) के रूप में भारत (DAE/DST, ALICE व CMS डिटेक्टर) का योगदान।

अभ्यास प्रश्न 4: "भारत ने भारी जल (Heavy Water — D2O) प्रौद्योगिकी में आयात-निर्भरता से विश्व के प्रमुख निर्यातक बनने तक की यात्रा कैसे तय की? नाभिकीय रिएक्टरों से परे आधुनिक फार्मास्युटिकल और ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में भारी जल के उभरते अनुप्रयोगों को स्पष्ट कीजिए।" (250 शब्द, 15 अंक)

उत्तर रूपरेखा: (1) भारी जल बोर्ड (HWB) की स्थापना और $\text{H}_2\text{S-H}_2\text{O}$ बाइथर्मल तथा अमोनिया-हाइड्रोजन आइसोटोप एक्सचेंज प्रक्रियाओं में स्वदेशी महारत; (2) PHWR रिएक्टरों में मंदक व शीतलक के रूप में भूमिका (जिससे बिना यूरेनियम संवर्धन के बिजली उत्पादन संभव हुआ); (3) गैर-नाभिकीय अनुप्रयोग—(i) ड्यूटेरेटेड औषधियाँ (Kinetic Isotope Effect से दवा की अर्ध-आयु बढ़ाना), (ii) कम-हानि वाले ऑप्टिकल फाइबर और सेमीकंडक्टर/OLED निर्माण (ड्यूटेरियम ट्रीटमेंट से सिलिकॉन चिप्स की आयु बढ़ाना), (iii) NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी विलायक और मानव चयापचय अध्ययन (Doubly Labelled Water technique)।

खंड 10

त्वरित पुनरावृत्ति: 22 सघन रिविज़न तथ्य एवं महत्त्वपूर्ण अंतर

पदार्थ की 5 अवस्थाएँ: ठोस, द्रव, गैस, प्लाज्मा (उच्च ताप पर आयनित गैस; ब्रह्मांड में 99% सामान्य पदार्थ) और बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC) ($0\text{ K}$ के निकट बोसॉन परमाणुओं का एकल सुपर-परमाणु)।
कक्ष ताप पर द्रव तत्व: एकमात्र द्रव धातु = पारा ($\text{Hg}$); एकमात्र द्रव अधातु = ब्रोमीन ($\text{Br}_2$)। गैलियम ($\text{Ga}$) और सीज़ियम ($\text{Cs}$) हथेली के ताप ($\approx 30^\circ\text{C}$) पर पिघल जाते हैं।
कोलाइड एवं टिंडल प्रभाव: कण आकार $1\text{ nm}\text{–}1000\text{ nm}$ (दूध, रक्त, कोहरा, धुआँ); प्रकाश के प्रकीर्णन से किरण-पथ का दिखना टिंडल प्रभाव है।
अपरमाणुक कण एवं खोजकर्ता: इलेक्ट्रॉन ($e^-$) = जे. जे. थॉमसन (1897); प्रोटॉन ($p^+$) = रदरफोर्ड; न्यूट्रॉन ($n^0$) = जेम्स चैडविक (1932)। द्रव्यमान क्रम: न्यूट्रॉन > प्रोटॉन >> इलेक्ट्रॉन।
परमाणु बनाम नाभिक की त्रिज्या: परमाणु $\approx 10^{-10}\text{ m}$ ($1\text{ Å}$); नाभिक $\approx 10^{-15}\text{ m}$ ($1\text{ Fermi}$)।
प्रोटॉन एवं न्यूट्रॉन की क्वार्क संरचना: प्रोटॉन $= 2\text{ Up} + 1\text{ Down क्वार्क } (uud)$; न्यूट्रॉन $= 1\text{ Up} + 2\text{ Down क्वार्क } (udd)$।
हिग्स बोसॉन (UPSC 2013): स्पिन-0 बोसॉन; हिग्स क्षेत्र से अंतर्क्रिया द्वारा मूल कणों को द्रव्यमान (Mass) प्रदान करता है।
स्टैंडर्ड मॉडल की सीमा (UPSC 2017): यह विद्युतचुम्बकीय, दुर्बल व प्रबल नाभिकीय बलों को शामिल करता है, किंतु गुरुत्वाकर्षण बल और डार्क मैटर को शामिल नहीं करता।
समस्थानिक बनाम समभारिक बनाम समन्यूट्रॉनिक: समस्थानिक (Isotopes) = समान $Z$, भिन्न $A$; समभारिक (Isobars) = समान $A$, भिन्न $Z$; समन्यूट्रॉनिक (Isotones) = समान न्यूट्रॉन संख्या ($A-Z$)।
प्रोटियम ($^1_1\text{H}$): एकमात्र ऐसा परमाणु जिसके नाभिक में शून्य न्यूट्रॉन होता है।
भारी जल ($\text{D}_2\text{O}$): अणुभार $= 20$; गैर-रेडियोधर्मी; PHWR रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मंदक और शीतलक।
यूरेनियम संवर्धन (UPSC 2023): प्राकृतिक यूरेनियम में $0.72\%\ ^{235}\text{U}$ और $99.27\%\ ^{238}\text{U}$; बिजली उत्पादन हेतु LWR में केवल $3\%\text{–}5\%$ संवर्धन (LEU) लगता है, 60% नहीं।
प्रमुख रेडियोआइसोटोप: $\text{C-14}$ = जैविक जीवाश्म डेटिंग; $\text{U-Pb}$ = चट्टान/पृथ्वी आयु; $\text{Co-60}$ = कैंसर टेलीथेरेपी व खाद्य विकिरणन; $\text{I-131}$ = थायरॉइड उपचार; $^{99\text{m}}\text{Tc}$ = नाभिकीय इमेजिंग; $\text{Na-24}$ = रक्त थक्का पहचान।
आधुनिक आवर्त सारणी (मोज़ले, 1913): परमाणु क्रमांक ($Z$) पर आधारित; 7 आवर्त, 18 वर्ग, कुल 118 तत्व।
विद्युत-ऋणात्मकता बनाम इलेक्ट्रॉन बंधुता: सर्वाधिक विद्युत-ऋणात्मक तत्व = फ्लोरीन ($\text{F}$); सर्वाधिक इलेक्ट्रॉन बंधुता = क्लोरीन ($\text{Cl}$)।
उत्कृष्ट गैसें (वर्ग 18): हीलियम (गुब्बारों व गोताखोरों के सिलेंडर में), आर्गन (बल्ब व वेल्डिंग में), रेडॉन (एकमात्र रेडियोधर्मी अक्रिय गैस)।
17 दुर्लभ मृदा तत्व (REEs): 15 लैंथेनाइड + स्कैंडियम + इट्रियम; EV मोटरों व पवन टर्बाइनों के स्थायी चुंबक ($\text{NdFeB}$) में प्रयुक्त; भारत में मोनाजाइट बालू में उपलब्ध।
आयनिक बनाम सहसंयोजक यौगिक: आयनिक ($\text{NaCl}$) ठोस अवस्था में कुचालक, पर गलित या जलीय विलयन में सुचालक होते हैं।
हाइड्रोजन आबंध ($\text{F, O, N}$ के साथ): जल के उच्च क्वथनांक, बर्फ के तैरने और DNA के क्षारक युग्मों ($A=T, G\equiv C$) के जुड़ने का कारण।
हीरा बनाम ग्रेफाइट: हीरा ($sp^3$) = सबसे कठोर, विद्युत का कुचालक, पर ऊष्मा का सर्वोत्तम चालक; ग्रेफाइट ($sp^2$) = मुलायम स्नेहक और मुक्त इलेक्ट्रॉन के कारण विद्युत का सुचालक।
BARC का नया आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर (PIB अगस्त 2026): $^{99}\text{Mo}, ^{131}\text{I}$ और $^{177}\text{Lu}$ में 100% आत्मनिर्भरता हेतु $0.5\text{ MCi}$ क्षमता का रिएक्टर स्वीकृत।
'कावेरी वामन' (2026): BARC द्वारा गामा विकिरण उत्परिवर्तन से विकसित भारत की पहली बौनी व शीघ्र पकने वाली केले की किस्म।

खंड 11

प्रामाणिक संदर्भ एवं आधिकारिक स्रोत सूची

पत्र सूचना कार्यालय (PIB), परमाणु ऊर्जा विभाग — चिकित्सीय रेडियोआइसोटोप में आत्मनिर्भरता एवं BARC का नया आइसोटोप उत्पादन रिएक्टर (12 अगस्त 2026): https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2298191 (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) एवं भारी जल बोर्ड (HWB), परमाणु ऊर्जा विभाग: https://www.barc.gov.in/ तथा https://www.hwb.gov.in/ (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
संघ लोक सेवा आयोग (UPSC) — आधिकारिक पूर्व प्रश्नपत्र (Prelims 2013, 2017, 2023 एवं Mains GS-III 2017, 2018): https://www.upsc.gov.in/examinations/previous-question-papers (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।
NCERT रसायन विज्ञान (कक्षा XI भाग 1: अध्याय 2 'परमाणु की संरचना', अध्याय 3 'तत्वों का वर्गीकरण एवं गुणधर्मों में आवर्तिता' तथा अध्याय 4 'रासायनिक आबंधन तथा आण्विक संरचना'): https://ncert.nic.in/textbook.php (सत्यापन तिथि: 02 नवंबर 2026)।

अंतर-अध्याय संदर्भ (Cross-Chapter References): मोल मात्रक व आवोगाद्रो स्थिरांक अध्याय 01 में; चार मूलभूत बल अध्याय 02 में; अम्ल-क्षार, धातु एवं दैनिक रसायन आगामी अध्याय 07 में; नाभिकीय विखंडन व 3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम अध्याय 32 में; नाभिकीय संलयन (ITER) अध्याय 33 में; महत्वपूर्ण खनिज अध्याय 38 में तथा ग्राफीन व नैनो पदार्थ अध्याय 43–44 में सम्मिलित हैं।