ആവർത്തന പ്രവണതകൾ: ഫലപ്രദ ന്യൂക്ലിയർ ചാർജ്, വലുപ്പം, ഊർജം

ഫലപ്രദ ന്യൂക്ലിയർ ചാർജും പരിരക്ഷണവും

ഒരു പുറം ഇലക്ട്രോണിന് പൂർണ ന്യൂക്ലിയർ ചാർജ് Z അനുഭവപ്പെടുന്നില്ല. ന്യൂക്ലിയസിനോട് അടുത്ത ഇലക്ട്രോണുകൾ അതിനെ ഭാഗികമായി റദ്ദാക്കുന്നു; അറ്റ വലിവിനെ ഫലപ്രദ ന്യൂക്ലിയർ ചാർജ്, Zeff = Z − S, വിവരിക്കുന്നു, ഇവിടെ S പരിരക്ഷണ സ്ഥിരാങ്കമാണ്. താഴ്ന്ന ഷെല്ലുകളിലെ കോർ ഇലക്ട്രോണുകൾ നന്നായി പരിരക്ഷിക്കുന്നു. ഒരേ ഷെല്ലിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ മോശമായി പരിരക്ഷിക്കുന്നു, കാരണം ശരാശരി അവ പരിഗണിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിനെക്കാൾ ന്യൂക്ലിയസിനോട് അടുത്തല്ല.

ഒരു ഏകദേശക്കണക്ക് കോർ ഇലക്ട്രോണുകളെ മാത്രം എണ്ണുന്നു. സോഡിയത്തിനും (Z = 11) ക്ലോറിനും (Z = 17) 10 കോർ ഇലക്ട്രോണുകൾ വീതമുണ്ട്; അതിനാൽ സോഡിയത്തിന്റെ 3s ഇലക്ട്രോണിന് ഏകദേശം +1 ഉം ക്ലോറിന്റെ 3p ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഏകദേശം +7 ഉം അനുഭവപ്പെടുന്നു. സ്ലേറ്റർ നിയമങ്ങൾ ഇത് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. ns അല്ലെങ്കിൽ np ഉപഷെല്ലിലെ ഒരു ഇലക്ട്രോണിന്, അതേ ns, np ഉപഷെല്ലുകളിലെ മറ്റ് ഓരോ ഇലക്ട്രോണും S-ലേക്ക് 0.35 ചേർക്കുന്നു (1s-ൽ 0.30), ഷെൽ n − 1-ലെ ഓരോ ഇലക്ട്രോണും 0.85 ചേർക്കുന്നു, ആഴത്തിലുള്ള ഷെല്ലുകളിലെ ഓരോ ഇലക്ട്രോണും 1.00 ചേർക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം 1. സോഡിയത്തിന്റെ 3s ഇലക്ട്രോണിന്, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, അതിനാൽ Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. ക്ലോറിന്റെ ഒരു 3p ഇലക്ട്രോണിന്, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, അതിനാൽ Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. പീരിയഡ് 3-ൽ, ചേർക്കുന്ന ഓരോ പ്രോട്ടോണും ചേർക്കുന്ന ഒരേ ഷെൽ ഇലക്ട്രോൺ കൊണ്ട് ഭാഗികമായി മാത്രമേ റദ്ദാകൂ; അതിനാൽ n 3 ആയി തുടരുമ്പോൾ Zeff ഇടത്തുനിന്ന് വലത്തോട്ട് ഉയരുന്നു.

ആറ്റോമിക ആരവും സമഇലക്ട്രോണിക് അയോണുകളും

ഒരു പീരിയഡിലൂടെ പോകുമ്പോൾ ആറ്റോമിക ആരം കുറയുന്നു, കാരണം പുറം ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരേ ഷെല്ലിൽ തുടരുമ്പോൾ Zeff വർധിക്കുന്നു, അതിനാൽ അവ കൂടുതൽ അടുത്തേക്ക് വലിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു ഗ്രൂപ്പിൽ താഴേക്ക് പോകുമ്പോൾ ആരം വർധിക്കുന്നു, കാരണം ഓരോ പീരിയഡും ഒരു ഷെൽ കൂടി ചേർക്കുകയും പുറം ഇലക്ട്രോണുകളെ കൂടുതൽ പുറത്തേക്ക് മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം Zeff താരതമ്യേന കുറച്ചേ മാറുന്നുള്ളൂ. ഏറ്റവും വലിയ ആറ്റങ്ങൾ പട്ടികയുടെ താഴെ ഇടതുഭാഗത്തും ഏറ്റവും ചെറിയവ മുകളിൽ വലതുഭാഗത്തുമാണ്.

കാറ്റയോൺ അതിന്റെ മാതൃ ആറ്റത്തെക്കാൾ ചെറുതാണ്: ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നത് വികർഷണം കുറയ്ക്കുന്നു, മുഖ്യഗ്രൂപ്പ് കാറ്റയോണുകളിൽ അത് സാധാരണയായി പുറം ഷെൽ ഒഴിവാക്കുന്നു. ആനയോൺ അതിന്റെ മാതൃ ആറ്റത്തെക്കാൾ വലുതാണ്, കാരണം ന്യൂക്ലിയർ ചാർജ് അതേപടി തുടരുമ്പോൾ ചേർത്ത ഇലക്ട്രോൺ വികർഷണം വർധിപ്പിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം 2. N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺ എന്നിവയെ ആരം അനുസരിച്ച് ക്രമപ്പെടുത്തുക. ആദ്യം ഇലക്ട്രോണുകൾ എണ്ണുക: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2, 13 − 3 എല്ലാം 10 ആണ്, അതിനാൽ ഓരോ അയോണിനും നിയോൺ വിന്യാസം 1s² 2s² 2p⁶ ഉണ്ട്. ഇലക്ട്രോൺ എണ്ണം ഒരുപോലെയായതിനാൽ ഏക വ്യത്യാസം 7 മുതൽ 13 വരെ ഉയരുന്ന ന്യൂക്ലിയർ ചാർജാണ്. കൂടുതൽ പ്രോട്ടോണുകൾ ഒരേ ഇലക്ട്രോൺ മേഘത്തെ കൂടുതൽ ഇറുക്കിവലിക്കുന്നു; അതിനാൽ ക്രമം N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ ആണ്.

ആദ്യ അയോണീകരണ ഊർജവും ഉപഷെൽ അപവാദങ്ങളും

ഒരു വാതക ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഏറ്റവും അയഞ്ഞ ബന്ധമുള്ള ഇലക്ട്രോണിനെ നീക്കാൻ വേണ്ട ഊർജമാണ് ആദ്യ അയോണീകരണ ഊർജം: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Zeff ഉയരുകയും ആരം ചുരുങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ ഇത് സാധാരണയായി ഒരു പീരിയഡിലൂടെ വർധിക്കുന്നു, ഒരു ഗ്രൂപ്പിൽ താഴേക്ക് കുറയുന്നു. NIST അയോണീകരണ ഊർജങ്ങളെ ആറ്റത്തിന് ഇലക്ട്രോൺ വോൾട്ടിൽ പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു; ഓരോ eV-നും 96.485 kJ/mol കൊണ്ട് ഗുണിക്കുന്നത് അവയെ മോളാർ യൂണിറ്റുകളാക്കി മാറ്റുന്നു.

NIST ആറ്റോമിക് സ്പെക്ട്ര ഡാറ്റാബേസിൽ നിന്ന് മാറ്റിയെടുത്ത പീരിയഡ് 2 മൂല്യങ്ങൾ Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, Ne 2080.7 kJ/mol എന്നിവയാണ്. രണ്ട് ഘട്ടങ്ങൾ തെറ്റായ ദിശയിൽ പോകുന്നു. ബോറോണിന്റെ ഏറ്റവും പുറത്തെ ഇലക്ട്രോൺ 2p-യിലാണ്, അത് കൂടുതൽ ഊർജമുള്ളതും 2s ജോടി ഭാഗികമായി പരിരക്ഷിക്കുന്നതുമായതിനാൽ അത് ബെറിലിയത്തിന് താഴെയാണ്. ഓക്സിജന്റെ നാലാമത്തെ 2p ഇലക്ട്രോൺ ഒരു അധിനിവേശ ഓർബിറ്റലിൽ ജോടിയാകണം, അധിക വികർഷണം അതിനെ നീക്കാൻ എളുപ്പമാക്കുന്നു; അതിനാൽ ഓക്സിജൻ നൈട്രജന് താഴെയാണ്.

പീരിയഡ് 3-ലും ഇതേ രണ്ട് താഴ്ചകൾ കാണുന്നു: അലൂമിനിയം (577.5 kJ/mol) മഗ്നീഷ്യത്തിന് (737.7 kJ/mol) താഴെയാണ്, സൾഫർ (999.6 kJ/mol) ഫോസ്ഫറസിന് (1011.8 kJ/mol) താഴെയാണ്. ആവർത്തിക്കുന്ന ഈ മാതൃക കാണിക്കുന്നത് ഇത് ഒരു പ്രത്യേക മൂലകത്തിൽ നിന്നല്ല, ഉപഷെൽ ഘടനയിൽ നിന്നാണ് വരുന്നതെന്നാണ്.

തുടർച്ചയായ അയോണീകരണ ഊർജങ്ങളും സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകളും

ഓരോ തുടർച്ചയായ അയോണീകരണ ഊർജവും മുമ്പത്തേതിനെക്കാൾ വലുതാണ്, കാരണം ഓരോ ഇലക്ട്രോണും കൂടുതൽ ധനാത്മകമായ അയോണിൽ നിന്നാണ് പുറത്തുപോകുന്നത്. ഓരോ കുതിപ്പിന്റെയും വലുപ്പമാണ് ഉപയോഗപ്രദമായ വിവരം. മിതമായ വർധനവ് അടുത്ത ഇലക്ട്രോൺ അതേ സംയോജകത ഷെല്ലിൽ നിന്നാണെന്ന് അർഥമാക്കുന്നു; വളരെ വലിയ കുതിപ്പ് അത് ന്യൂക്ലിയസിനോട് കൂടുതൽ അടുത്തതും വളരെ കുറച്ച് മാത്രം പരിരക്ഷിക്കപ്പെട്ടതുമായ കോറിൽ നിന്നായിരിക്കണം എന്ന് അർഥമാക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം 3. മഗ്നീഷ്യത്തിന്റെ ആദ്യ മൂന്ന് അയോണീകരണ ഊർജങ്ങൾ NIST 7.646, 15.035, 80.144 eV എന്ന് നൽകുന്നു. മാറ്റുമ്പോൾ: 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol; 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol; 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol. IE₂/IE₁ അനുപാതം 1450.7 / 737.7 = 1.97 ആണ്, പക്ഷേ IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33 ആണ്. രണ്ടാമത്തെ ഇലക്ട്രോണിന് ശേഷമുള്ള വലിയ കുതിപ്പ് മഗ്നീഷ്യത്തിന് രണ്ട് സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകളുണ്ടെന്ന് ([Ne] 3s²) കാണിക്കുന്നു, സാധാരണ രസതന്ത്രത്തിൽ അത് Mg²⁺ ഉണ്ടാക്കുന്നതും Mg³⁺ ഉണ്ടാക്കാത്തതും എന്തുകൊണ്ടെന്ന് വിശദീകരിക്കുന്നു.

സോഡിയത്തിൽ കുതിപ്പ് ഒരു ഘട്ടം മുമ്പേ കാണുന്നു. അതിന്റെ രണ്ടാമത്തെ അയോണീകരണ ഊർജം, 4562.4 kJ/mol, ആദ്യത്തേതിന്റെ, 495.8 kJ/mol, ഏകദേശം 9.2 മടങ്ങാണ്, കാരണം രണ്ടാമത്തെ ഇലക്ട്രോൺ 2p കോറിൽ നിന്ന് വരണം.

ഇലക്ട്രോൺ ആർജിത എൻതാൽപ്പിയും വിദ്യുത്-ഋണതയും

ഒരു വാതക ആറ്റം ഒരു ഇലക്ട്രോൺ നേടുമ്പോഴുള്ള ഊർജ മാറ്റത്തെ ഇലക്ട്രോൺ ആർജിത എൻതാൽപ്പി വിവരിക്കുന്നു: X(g) + e⁻ → X⁻(g). ചിഹ്ന കീഴ്‌വഴക്കങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമാണ്. OpenStax ഉൾപ്പെടെ ചില പാഠപുസ്തകങ്ങൾ ഊർജ മാറ്റം രേഖപ്പെടുത്തുന്നു, ഊർജം പുറത്തുവരുമ്പോൾ അത് നെഗറ്റീവ് ആണ്; മറ്റുള്ളവ പുറത്തുവിട്ട ഊർജത്തെ ധനസംഖ്യയായി രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. മൂല്യങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യുംമുമ്പ് കീഴ്‌വഴക്കം പരിശോധിക്കുക. ഉൽകൃഷ്ട വാതകങ്ങൾ ഒഴികെ, ഒരു പീരിയഡിന്റെ വലതുഭാഗത്തുള്ള ആറ്റങ്ങൾ ഏറ്റവും കൂടുതൽ ഊർജം പുറത്തുവിടുന്നു, കാരണം അവയുടെ ഉയർന്ന Zeff വരുന്ന ഇലക്ട്രോണിനെ ശക്തമായി ആകർഷിക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോൺ ആർജിത എൻതാൽപ്പി അയോണീകരണ ഊർജത്തെക്കാൾ ക്രമം കുറഞ്ഞതാണ്. NIST Chemistry WebBook മൂല്യങ്ങളായ 3.613, 3.401 eV അടിസ്ഥാനമാക്കി, ക്ലോറിൻ ഫ്ലൂറിനെക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജം പുറത്തുവിടുന്നു, ഏകദേശം 349 kJ/mol, 328 kJ/mol-നോട് താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ. ഫ്ലൂറിന്റെ ചെറിയ 2p ഉപഷെല്ലിൽ ചേർക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിന് ശക്തമായ വികർഷണം നേരിടുന്നു. ബെറിലിയം, നൈട്രജൻ, ഉൽകൃഷ്ട വാതകങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് സ്ഥിരതയുള്ള വാതക ആനയോണുകൾ ഉണ്ടാക്കാനുള്ള പ്രവണത കുറവോ ഇല്ലാത്തതോ ആണ്, കാരണം ചേർക്കുന്ന ഇലക്ട്രോൺ ഉയർന്ന ഉപഷെല്ലിൽ പ്രവേശിക്കുകയോ പകുതി നിറഞ്ഞ ഒന്നിൽ ജോടിയാകുകയോ ചെയ്യും.

ഒരു തന്മാത്രയിലെ ആറ്റം ബന്ധനത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകളെ ആകർഷിക്കാനുള്ള കഴിവാണ് വിദ്യുത്-ഋണത. അയോണീകരണ ഊർജത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഇത് ഒറ്റപ്പെട്ട ആറ്റത്തിൽ അളക്കുന്നില്ല; ബന്ധന ഊർജങ്ങളിൽ നിന്നോ മറ്റ് ഡാറ്റയിൽ നിന്നോ ഉരുത്തിരിയുന്നു, പൗളിങ് സ്കെയിലാണ് ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഫ്ലൂറിനാണ് ഏറ്റവും ഉയർന്നത്, ഏകദേശം 4.0. വിദ്യുത്-ഋണത ഒരു പീരിയഡിലൂടെ വർധിക്കുകയും ഒരു ഗ്രൂപ്പിൽ താഴേക്ക് കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു; അതിനാൽ ബന്ധന ധ്രുവീയത H–F-ൽ നിന്ന് H–Cl, H–Br വഴി H–I-ലേക്ക് കുറയുന്നു.

ആവർത്തന പ്രവണതകൾ വിശദീകരിക്കുമ്പോഴുള്ള സാധാരണ പിഴവുകൾ

പ്രവണതാ ചോദ്യങ്ങൾ സാധാരണയായി വിലയിരുത്തുന്നത് ക്രമത്തെ മാത്രമല്ല, വിശദീകരണത്തെയുമാണ്.

പൂർണമായ വിശദീകരണം താരതമ്യത്തിന് പേര് നൽകുന്നു (ഒരേ ഷെൽ അല്ലെങ്കിൽ വ്യത്യസ്ത ഷെൽ), Zeff-നോ ദൂരത്തിനോ എന്ത് സംഭവിക്കുന്നു എന്ന് പറയുന്നു, ആ മാറ്റത്തെ പരിഗണിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിലെ ബലവുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു.

• കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉള്ളതിനാൽ ആറ്റം ചെറുതാണെന്ന് പറയൽ. ഒരു പീരിയഡിലൂടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരേ ഷെല്ലിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു; Zeff ഉയരുന്നതിനാലാണ് വലുപ്പം കുറയുന്നത്.
• ഒരു ഗ്രൂപ്പിൽ താഴേക്ക് Zeff കുറച്ചേ മാറുന്നുള്ളൂ എന്ന് പറയാതെ 'കൂടുതൽ ഷെല്ലുകൾ' മാത്രം ഉപയോഗിച്ച് ഗ്രൂപ്പ് പ്രവണത വിശദീകരിക്കൽ.
• അയോണീകരണ ഊർജം ഒരു പീരിയഡിലൂടെ കർശനമായി വർധിക്കുന്നു എന്ന് കരുതൽ. ഗ്രൂപ്പ് 2-ൽ നിന്ന് 13-ലേക്കും ഗ്രൂപ്പ് 15-ൽ നിന്ന് 16-ലേക്കുമുള്ള ഘട്ടങ്ങൾ പരിശോധിക്കുക.
• അയോണുകൾ സമഇലക്ട്രോണിക് ആണോ എന്ന് ആദ്യം പരിശോധിക്കാതെ ന്യൂക്ലിയർ ചാർജ് കൊണ്ട് താരതമ്യം ചെയ്യൽ.
• ഇലക്ട്രോൺ ആർജിത എൻതാൽപ്പിയുടെ ചിഹ്ന കീഴ്‌വഴക്കങ്ങൾ കൂട്ടിക്കലർത്തി കൂടുതൽ നെഗറ്റീവ് സംഖ്യ ചെറിയ ആർജിത എൻതാൽപ്പിയാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യൽ.
• വ്യത്യസ്ത പട്ടികകളിൽ നിന്നുള്ള ആരങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യൽ. സഹസംയോജക, ലോഹിക, അയോണിക ആരങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമായി നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു.
• ഒരു ആറ്റം 'ആഗ്രഹിക്കുന്നത്' കൊണ്ട് വിശദീകരിക്കൽ. ആറ്റങ്ങൾക്ക് ലക്ഷ്യങ്ങളില്ല; ആകർഷണം, ദൂരം, വികർഷണം എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് വിശദീകരിക്കുക.