ઇલેક્ટ્રૉન રચનાઓ: ઓફબાઉ ક્રમ, હૂંડનો નિયમ અને આયનો

કોશો, ઉપકોશો અને કક્ષકની ક્ષમતા

પરમાણુમાંનો દરેક ઇલેક્ટ્રૉન ચાર ક્વૉન્ટમ આંકો વડે વર્ણવાય છે. મુખ્ય ક્વૉન્ટમ આંક n (1, 2, 3, …) કોશ નક્કી કરે છે. કોણીય વેગમાન ક્વૉન્ટમ આંક l 0 થી n − 1 સુધી ચાલે છે અને ઉપકોશ નક્કી કરે છે: l = 0, 1, 2 અને 3 ને s, p, d અને f કહેવાય છે. ચુંબકીય ક્વૉન્ટમ આંક mₗ −l થી +l સુધી ચાલે છે, તેથી ઉપકોશમાં 2l + 1 કક્ષકો હોય છે. ચક્રણ ક્વૉન્ટમ આંક mₛ +½ અથવા −½ છે.

દરેક કક્ષકમાં વધુમાં વધુ બે ઇલેક્ટ્રૉન સમાય છે, તેથી s ઉપકોશમાં 2, p માં 6, d માં 10 અને f માં 14 સમાય છે. સંપૂર્ણ કોશમાં 2n² ઇલેક્ટ્રૉન સમાય છે: n = 1 માટે 2, n = 2 માટે 8 અને n = 3 માટે 18. આ ક્ષમતાઓને કારણે જ આવર્ત કોષ્ટકના બ્લૉક 2, 6, 10 અને 14 સ્તંભ પહોળા છે.

ઓફબાઉ ભરવાનો ક્રમ અને આવર્ત કોષ્ટક

ભૂમિ-અવસ્થામાં, ઇલેક્ટ્રૉન ઉપલબ્ધ સૌથી ઓછી ઊર્જાવાળા ઉપકોશો ભરે છે; આ ઓફબાઉ સિદ્ધાંત છે. બહુ-ઇલેક્ટ્રૉન પરમાણુમાં, ઉપકોશની ઊર્જા n ઉપરાંત l પર પણ આધાર રાખે છે, કારણ કે s ઇલેક્ટ્રૉન સમાન n ના p કે d ઇલેક્ટ્રૉન કરતાં ન્યુક્લિયસની વધુ નજીક પ્રવેશે છે અને આંતરિક ઇલેક્ટ્રૉનથી ઓછો રક્ષિત હોય છે. તટસ્થ પરમાણુઓ માટે પરિણામી ક્રમ 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p છે.

n + l નિયમ આ ક્રમને ફરીથી મેળવે છે: ઉપકોશોને n + l ના વધતા ક્રમમાં ભરો, અને જ્યારે બે ઉપકોશો સરખા હોય, ત્યારે નાના n વાળાને પહેલા ભરો. તેથી 4s (4 + 0 = 4) 3d (3 + 2 = 5) પહેલાં ભરાય છે. તમે ક્રમ આવર્ત કોષ્ટક પરથી પણ વાંચી શકો. આવર્ત સાથે આગળ વધતાં, તમે s બ્લૉકમાંથી, પછી જો હોય તો f બ્લૉક, પછી d બ્લૉક, પછી p બ્લૉકમાંથી પસાર થાઓ છો, જેમાં d ઉપકોશ આવર્ત સંખ્યા કરતાં એક કોશ પાછળ અને f ઉપકોશ બે કોશ પાછળ હોય છે.

ક્રમ તમને કહે છે કે એક તત્ત્વથી બીજા તત્ત્વ સુધી આગળનો ઇલેક્ટ્રૉન કયા ઉપકોશને મળે છે. તેનો અર્થ એવો નથી કે 4s હંમેશાં 3d કરતાં ઓછી ઊર્જાવાળો છે. એક વાર 3d ભરાય, પછી તેની ઊર્જા 4s ની ઊર્જાથી નીચે જાય છે, તેથી જ સંક્રમણ-ધાતુ ધનાયનો પહેલા તેમના 4s ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવે છે.

પૌલી અપવર્જન, હૂંડનો નિયમ અને કક્ષક આકૃતિઓ

પૌલી અપવર્જન સિદ્ધાંત કહે છે કે પરમાણુમાં કોઈ બે ઇલેક્ટ્રૉન ચારેય ક્વૉન્ટમ આંકો સરખા ધરાવી શકતા નથી. એક કક્ષકમાંના બે ઇલેક્ટ્રૉન પહેલેથી n, l અને mₗ સહિયારા ધરાવે છે, તેથી તેમના ચક્રણ વિરુદ્ધ હોવા જોઈએ, અને કોઈ કક્ષક ત્રીજો ઇલેક્ટ્રૉન રાખી શકતી નથી.

હૂંડનો નિયમ સમઊર્જી કક્ષકો, એટલે ઉપકોશમાંની સમાન ઊર્જાવાળી કક્ષકો, માટે લાગુ પડે છે. કોઈ પણ જોડ બને તે પહેલાં ઇલેક્ટ્રૉન તેમને એકલા, સમાંતર ચક્રણ સાથે, ભરે છે. જોડ બનવાથી ઊર્જા વધે છે કારણ કે એક કક્ષકમાંના બે ઇલેક્ટ્રૉન વધુ પ્રબળ રીતે અપાકર્ષે છે, જ્યારે અલગ કક્ષકોમાં સમાંતર ચક્રણ વિનિમય સ્થિરતા મેળવે છે. તેથી નાઇટ્રોજનના 2p³ માં ત્રણ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન છે, અને ઑક્સિજનના 2p⁴ માં એક જોડ અને બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન છે.

કક્ષક આકૃતિમાં, દરેક કક્ષક માટે એક ખાનું દોરો, ઉપકોશોને ઓફબાઉ ક્રમમાં ભરો, અને ઉપકોશની અંદર બીજું તીર ઉમેરતાં પહેલાં દરેક ખાનામાં એક તીર મૂકો. અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનવાળા પરમાણુઓ અનુચુંબકીય હોય છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર તરફ ખેંચાય છે; બધા ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મિત હોય તેવા પરમાણુઓ પ્રતિચુંબકીય હોય છે.

ઉકેલેલાં ઉદાહરણો: સેલેનિયમ અને ઝિર્કોનિયમ

ઉદાહરણ 1: સેલેનિયમ, Z = 34. 34 ઇલેક્ટ્રૉન મૂકાય ત્યાં સુધી ઓફબાઉ ક્રમમાં ભરો: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. કુલ ચકાસો: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. ઉમદા-વાયુ સંકેતન માટે, પહેલા 18 ઇલેક્ટ્રૉનને [Ar] વડે બદલો, જે પાછલા આવર્તને અંતે આવતો ઉમદા વાયુ છે: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. ઉપકોશોને કોશ સંખ્યા પ્રમાણે યાદી કરવી, જેમ અહીં, સામાન્ય પરંપરા છે; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ ભરવાના ક્રમમાં એ જ રચના વર્ણવે છે.

સેલેનિયમના ચાર 4p ઇલેક્ટ્રૉન ત્રણ કક્ષકોમાં ફેલાય છે. હૂંડનો નિયમ દરેકમાં એક મૂકે છે અને ચોથાની જોડ બનાવે છે, જેથી બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન રહે છે. તેના છ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રૉન, 4s² 4p⁴, સમૂહ 16 માં ઑક્સિજન અને સલ્ફરની બાહ્ય પેટર્ન સાથે મેળ ખાય છે, તેથી જ સેલેનિયમ સેલેનાઇડ આયન, Se²⁻, બનાવે છે, જે ક્રિપ્ટૉન સાથે સમઇલેક્ટ્રૉનીય છે.

ઉદાહરણ 2: ઝિર્કોનિયમ, Z = 40. [Kr] પછી, જે 36 ઇલેક્ટ્રૉન ગણે છે, ચાર બાકી રહે છે. આગલા ઉપકોશો 5s અને પછી 4d છે, જે [Kr] 4d² 5s² આપે છે, જે NIST ના ભૂમિ-અવસ્થા ડેટા સાથે મેળ ખાય છે. બે 4d ઇલેક્ટ્રૉન સમાંતર ચક્રણ સાથે અલગ કક્ષકો ભરે છે, તેથી ઝિર્કોનિયમમાં બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન છે.

ક્રોમિયમ, કૉપર અને સાદા નિયમોનો પ્રતિકાર કરતા અપવાદો

ઓફબાઉ ક્રમ ક્રોમિયમ માટે [Ar] 3d⁴ 4s² અને કૉપર માટે [Ar] 3d⁹ 4s² ની આગાહી કરે છે. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી [Ar] 3d⁵ 4s¹ અને [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ બતાવે છે. આ પરમાણુઓમાં 4s અને 3d ઊર્જામાં નજીક હોવાથી, એક ઇલેક્ટ્રૉનને 3d માં ખસેડવાથી કુલ ઊર્જા ઘટે છે, જેમાં અર્ધ-ભરેલા કે ભરેલા d ઉપકોશની વિનિમય સ્થિરતા મદદ કરે છે. મોલિબ્ડેનમ, [Kr] 4d⁵ 5s¹, અને સિલ્વર, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, તેમની ઉપરના તત્ત્વોની જેમ જ પેટર્ન અનુસરે છે.

અર્ધ-ભરેલા ઉપકોશની સમજૂતી સામાન્ય નિયમ નથી. નિયોબિયમ [Kr] 4d⁴ 5s¹ છે, જોકે તેનો 4d ઉપકોશ અર્ધ ભરેલો કે ભરેલો થતો નથી; પેલેડિયમ [Kr] 4d¹⁰ છે અને તેમાં કોઈ 5s ઇલેક્ટ્રૉન નથી; અને ટંગસ્ટન, મોલિબ્ડેનમની સીધું નીચે, [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² છે. તમારા કોર્સને જોઈતા અપવાદો ડેટા પરથી શીખો, એવા નિયમ પરથી તારવવાને બદલે જે સામાન્યીકરણ પામતો નથી.

એકપરમાણ્વીય આયનોની રચનાઓ

ઋણાયન માટે, આગલા ઉપલબ્ધ ઉપકોશમાં ઇલેક્ટ્રૉન ઉમેરો: ક્લોરિન, [Ne] 3s² 3p⁵, Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, બને છે, જે આર્ગોન સાથે સમઇલેક્ટ્રૉનીય છે. ધનાયન માટે, સૌથી વધુ n વાળા ઉપકોશમાંથી ઇલેક્ટ્રૉન પહેલા કાઢો, અને તે કોશમાં s પહેલાં p માંથી. પ્રથમ-આવર્તની સંક્રમણ ધાતુ માટે, તે કોઈ પણ 3d ઇલેક્ટ્રૉન પહેલાં 4s ઇલેક્ટ્રૉન કાઢે છે.

ઉદાહરણ 3: આયર્ન આયનો. આયર્ન [Ar] 3d⁶ 4s² છે. Fe²⁺ બંને 4s ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને [Ar] 3d⁶ આપે છે, અને Fe³⁺ 3d માંથી વધુ એક ગુમાવીને [Ar] 3d⁵ આપે છે. સંખ્યાઓ ચકાસો: આયર્નમાં 26 ઇલેક્ટ્રૉન છે, Fe²⁺ માં 18 + 6 = 24 છે, અને Fe³⁺ માં 18 + 5 = 23 છે. મુક્ત Fe³⁺ આયનમાં પાંચ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન છે, દરેક 3d કક્ષકમાં એક.

એ જ તર્ક p બ્લૉકમાં લાગુ પડે છે. ટિન [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² છે, અને Sn²⁺ તેના બે 5p ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને [Kr] 4d¹⁰ 5s² બને છે. કૉપર(I) [Ar] 3d¹⁰ છે, કારણ કે કૉપરનો એકમાત્ર 4s ઇલેક્ટ્રૉન પહેલા જાય છે.

રચનાઓ લખતી વખતે સામાન્ય ભૂલો

મોટા ભાગની રચનાની ભૂલો થોડી પેટર્નમાં આવે છે, અને દરેકને આગળ વધતાં પહેલાં ઝડપી ચકાસણીથી પકડી શકાય છે.

જ્યારે પ્રશ્ન અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન માગે, ત્યારે રચનાના સંકેત પરથી અંદાજ લગાવવાને બદલે આંશિક રીતે ભરેલા ઉપકોશ માટે કક્ષક આકૃતિ દોરો. જ્યારે તે આયન વિશે પૂછે, ત્યારે પહેલા તટસ્થ પરમાણુ લખો, પછી ઇલેક્ટ્રૉન ઉમેરો કે કાઢો.

• 4s પહેલાં 3d ઇલેક્ટ્રૉન કાઢવા: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ છે, [Ar] 3d⁴ 4s² નહીં. Fe²⁺, Co²⁺ અને Cu⁺ જેવા સામાન્ય પ્રથમ-આવર્તના ધનાયનોમાં કોઈ 4s ઇલેક્ટ્રૉન નથી.
• ખોટો ઉમદા-વાયુ કોર વાપરવો: કોર પાછલા આવર્તનો ઉમદા વાયુ છે, તત્ત્વ 19 થી 36 માટે [Ar].
• ઇલેક્ટ્રૉન ખોટા ગણવા: ઘાતાંકોનો સરવાળો પરમાણુ માટે Z અને આયન માટે Z ઓછા વીજભાર જેટલો થવો જોઈએ.
• ઉપકોશ વધુ પડતો ભરવો, જેમ કે 2p⁷ કે 3d¹¹.
• દરેક કક્ષકમાં એક ઇલેક્ટ્રૉન થાય તે પહેલાં p કે d ઉપકોશમાં ઇલેક્ટ્રૉનની જોડ બનાવવી.
• d બ્લૉકને ખોટા કોશમાં મૂકવો: આવર્ત 4 3d ભરે છે, 4d નહીં.
• ડેટા તપાસ્યા વિના Cr અને Cu ની પેટર્ન તેમની નીચેના દરેક તત્ત્વ પર લાગુ કરવી.