आवर्ती प्रवृत्ति: प्रभावकारी नाभिकीय आवेश, आकार र ऊर्जा

प्रभावकारी नाभिकीय आवेश र परिरक्षण

बाहिरी इलेक्ट्रोनले पूर्ण नाभिकीय आवेश Z महसुस गर्दैन। नाभिकको नजिकका इलेक्ट्रोनले यसलाई आंशिक रूपमा कटाउँछन्, र खुद तानलाई प्रभावकारी नाभिकीय आवेश, Zeff = Z − S, ले वर्णन गर्छ, जहाँ S परिरक्षण स्थिरांक हो। तल्ला कोशका कोर इलेक्ट्रोनले राम्रोसँग परिरक्षण गर्छन्। एउटै कोशका इलेक्ट्रोनले कमजोर परिरक्षण गर्छन्, किनभने औसतमा तिनीहरू विचाराधीन इलेक्ट्रोनभन्दा नाभिकको नजिक हुँदैनन्।

एउटा मोटो अनुमानले कोर इलेक्ट्रोन मात्र गन्छ। सोडियम (Z = 11) र क्लोरिन (Z = 17) दुवैमा 10 कोर इलेक्ट्रोन छन्, त्यसैले सोडियमको 3s इलेक्ट्रोनले करिब +1 र क्लोरिनका 3p इलेक्ट्रोनले करिब +7 महसुस गर्छन्। स्लेटरका नियमले यसलाई परिष्कृत गर्छन्। ns वा np उपकोशको इलेक्ट्रोनका लागि, उही ns र np उपकोशका प्रत्येक अन्य इलेक्ट्रोनले S मा 0.35 थप्छ (1s भित्र 0.30), कोश n − 1 का प्रत्येक इलेक्ट्रोनले 0.85 थप्छ, र गहिरा कोशका प्रत्येक इलेक्ट्रोनले 1.00 थप्छ।

हल गरिएको उदाहरण 1। सोडियमको 3s इलेक्ट्रोनका लागि S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, त्यसैले Zeff = 11 − 8.80 = 2.20। क्लोरिनको एउटा 3p इलेक्ट्रोनका लागि S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, त्यसैले Zeff = 17 − 10.90 = 6.10। आवर्त 3 भरि थपिएको प्रत्येक प्रोटोन उही कोशमा थपिएको इलेक्ट्रोनले आंशिक रूपमा मात्र कटाउँछ, त्यसैले n 3 मै रहँदा Zeff बायाँबाट दायाँतिर बढ्छ।

परमाणु त्रिज्या र समइलेक्ट्रोनिक आयन

आवर्तभरि परमाणु त्रिज्या घट्छ किनभने Zeff बढ्छ जबकि बाहिरी इलेक्ट्रोन उही कोशमा रहन्छन्, त्यसैले तिनलाई नजिक तानिन्छ। समूहमा तल जाँदा यो बढ्छ किनभने प्रत्येक आवर्तले एउटा कोश थप्छ, जसले बाहिरी इलेक्ट्रोनलाई टाढा राख्छ, जबकि Zeff अपेक्षाकृत थोरै फेरिन्छ। सबैभन्दा ठूला परमाणु तालिकाको तल्लो बायाँमा र सबैभन्दा साना माथिल्लो दायाँमा हुन्छन्।

धनायन आफ्नो मूल परमाणुभन्दा सानो हुन्छ: इलेक्ट्रोन गुमाउँदा प्रतिकर्षण घट्छ, र मुख्य समूहका धनायनका लागि यसले प्रायः बाहिरी कोश खाली गर्छ। ऋणायन आफ्नो मूल परमाणुभन्दा ठूलो हुन्छ, किनभने थपिएको इलेक्ट्रोनले प्रतिकर्षण बढाउँछ जबकि नाभिकीय आवेश उही रहन्छ।

हल गरिएको उदाहरण 2। N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ र Al³⁺ लाई त्रिज्याअनुसार क्रमबद्ध गर्नुहोस्। पहिले इलेक्ट्रोन गन्नुहोस्: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2 र 13 − 3 सबै 10 बराबर हुन्छन्, त्यसैले प्रत्येक आयनको नियोन विन्यास 1s² 2s² 2p⁶ हुन्छ। इलेक्ट्रोनको सङ्ख्या उही हुँदा एक मात्र फरक नाभिकीय आवेश हो, जुन 7 देखि 13 सम्म बढ्छ। बढी प्रोटोनले उही इलेक्ट्रोन बादललाई बढी कसिलो तान्छन्, त्यसैले क्रम N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ हुन्छ।

पहिलो आयनीकरण ऊर्जा र यसका उपकोशसम्बन्धी अपवाद

पहिलो आयनीकरण ऊर्जा भनेको ग्यासीय परमाणुबाट सबैभन्दा कमजोर बाँधिएको इलेक्ट्रोन हटाउन चाहिने ऊर्जा हो: X(g) → X⁺(g) + e⁻। Zeff बढ्दा र त्रिज्या घट्दा यो सामान्यतः आवर्तभरि बढ्छ, र समूहमा तल जाँदा घट्छ। NIST ले आयनीकरण ऊर्जा प्रति परमाणु इलेक्ट्रोन भोल्टमा सूचीबद्ध गर्छ; प्रति eV 96.485 kJ/mol ले गुणन गर्दा तिनलाई मोलर एकाइमा रूपान्तरण गरिन्छ।

NIST Atomic Spectra Database बाट रूपान्तरित गरिएका आवर्त 2 का मान Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, र Ne 2080.7 kJ/mol हुन्। दुई चरण उल्टो दिशामा जान्छन्। बोरोन बेरिलियमभन्दा तल छ किनभने यसको सबैभन्दा बाहिरी इलेक्ट्रोन 2p मा छ, जुन ऊर्जामा उच्च हुन्छ र 2s जोडीले आंशिक रूपमा परिरक्षित हुन्छ। अक्सिजन नाइट्रोजनभन्दा तल छ किनभने यसको चौथो 2p इलेक्ट्रोन ओगटिएको कक्षकमा जोडी बन्नुपर्छ, र थप प्रतिकर्षणले यसलाई हटाउन सजिलो बनाउँछ।

आवर्त 3 मा पनि उही दुई खाल्डा देखिन्छन्: एल्युमिनियम (577.5 kJ/mol) म्याग्नेसियम (737.7 kJ/mol) भन्दा तल छ, र सल्फर (999.6 kJ/mol) फस्फोरस (1011.8 kJ/mol) भन्दा तल छ। दोहोरिने ढाँचाले यो कुनै एउटा विचित्र तत्वबाट होइन, उपकोशको संरचनाबाट आउँछ भनी देखाउँछ।

क्रमिक आयनीकरण ऊर्जा र संयोजी इलेक्ट्रोन

प्रत्येक क्रमिक आयनीकरण ऊर्जा अघिल्लोभन्दा ठूलो हुन्छ, किनभने हरेक इलेक्ट्रोन अझ बढी धनात्मक आयनबाट निस्कन्छ। प्रत्येक उफ्रिने आकार नै उपयोगी जानकारी हो। मध्यम वृद्धिको अर्थ अर्को इलेक्ट्रोन उही संयोजी कोशबाट आउँछ; धेरै ठूलो उफ्रोको अर्थ यो कोरबाट आउनुपर्छ, जुन नाभिकको नजिक र निकै कम परिरक्षित हुन्छ।

हल गरिएको उदाहरण 3। NIST ले म्याग्नेसियमको पहिलो तीन आयनीकरण ऊर्जा 7.646, 15.035 र 80.144 eV दिन्छ। रूपान्तरण: 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 अनुपात 1450.7 / 737.7 = 1.97 हो, तर IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33 हो। दोस्रो इलेक्ट्रोनपछिको ठूलो उफ्रोले म्याग्नेसियमका दुईओटा संयोजी इलेक्ट्रोन, [Ne] 3s², छन् भनी देखाउँछ र यसले साधारण रसायनशास्त्रमा Mg²⁺ बनाउँछ तर Mg³⁺ किन बनाउँदैन भनी व्याख्या गर्छ।

सोडियममा उफ्रो एक चरण अगाडि देखिन्छ। यसको दोस्रो आयनीकरण ऊर्जा, 4562.4 kJ/mol, यसको पहिलो, 495.8 kJ/mol, को करिब 9.2 गुणा हो, किनभने दोस्रो इलेक्ट्रोन 2p कोरबाट आउनुपर्छ।

इलेक्ट्रोन आसक्ति र विद्युत्ऋणात्मकता

इलेक्ट्रोन आसक्तिले ग्यासीय परमाणुले इलेक्ट्रोन पाउँदा हुने ऊर्जा परिवर्तनलाई वर्णन गर्छ: X(g) + e⁻ → X⁻(g)। चिह्नको परिपाटी फरक हुन्छ। OpenStax सहितका केही पाठ्यपुस्तकले ऊर्जा परिवर्तन दिन्छन्, जुन ऊर्जा निस्कँदा ऋणात्मक हुन्छ; अरूले निस्किएको ऊर्जालाई धनात्मक सङ्ख्याका रूपमा दिन्छन्। मान तुलना गर्नुअघि परिपाटी जाँच्नुहोस्। अक्रिय ग्यास बाहेक, आवर्तको दायाँतिरका परमाणुले सबैभन्दा बढी ऊर्जा निकाल्छन्, किनभने तिनको उच्च Zeff ले आउँदै गरेको इलेक्ट्रोनलाई बलियोसँग आकर्षित गर्छ।

इलेक्ट्रोन आसक्ति आयनीकरण ऊर्जाभन्दा कम नियमित छ। NIST Chemistry WebBook का 3.613 र 3.401 eV मानअनुसार क्लोरिनले फ्लोरिनभन्दा बढी ऊर्जा निकाल्छ, करिब 349 kJ/mol बनाम 328 kJ/mol। फ्लोरिनको सघन 2p उपकोशमा थपिएको इलेक्ट्रोनले बढी प्रतिकर्षणको सामना गर्छ। बेरिलियम, नाइट्रोजन र अक्रिय ग्यासमा स्थिर ग्यासीय ऋणायन बनाउने प्रवृत्ति थोरै वा हुँदै हुँदैन, किनभने थपिएको इलेक्ट्रोन उच्च उपकोशमा प्रवेश गर्ने वा आधा-भरिएको उपकोशमा जोडी बन्ने थियो।

विद्युत्ऋणात्मकता भनेको अणुमा रहेको परमाणुको बन्धका इलेक्ट्रोनलाई आकर्षित गर्ने क्षमता हो। आयनीकरण ऊर्जाभन्दा फरक, यो पृथक परमाणुमा मापन गरिँदैन; यो बन्ध ऊर्जा वा अन्य तथ्याङ्कबाट निकालिन्छ, र पाउलिङ मापनी सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। फ्लोरिन सबैभन्दा उच्च, करिब 4.0, हुन्छ। विद्युत्ऋणात्मकता आवर्तभरि बढ्छ र समूहमा तल जाँदा घट्छ, त्यसैले बन्ध ध्रुवीयता H–F बाट H–Cl र H–Br हुँदै H–I सम्म घट्छ।

आवर्ती प्रवृत्ति व्याख्या गर्दा हुने सामान्य गल्ती

प्रवृत्तिका प्रश्न प्रायः क्रमले मात्र होइन, व्याख्याले जाँचिन्छन्।

पूर्ण व्याख्याले तुलनाको नाम लिन्छ (उही कोश वा फरक कोश), Zeff वा दूरीमा के हुन्छ भन्ने बताउँछ, र त्यो परिवर्तनलाई विचाराधीन इलेक्ट्रोनमाथिको बलसँग जोड्छ।

• परमाणुमा बढी इलेक्ट्रोन भएकाले यो सानो छ भन्नु। आवर्तभरि इलेक्ट्रोन उही कोशमा प्रवेश गर्छन्; Zeff बढेकाले आकार घट्छ।
• समूहको प्रवृत्तिलाई समूहमा तल जाँदा Zeff थोरै मात्र फेरिन्छ भन्ने उल्लेख नगरी केवल 'बढी कोश' ले व्याख्या गर्नु।
• आयनीकरण ऊर्जा आवर्तभरि कडाइका साथ बढ्छ भनी मान्नु। समूह 2 देखि 13 र समूह 15 देखि 16 का चरण जाँच्नुहोस्।
• आयनहरू समइलेक्ट्रोनिक छन् कि पहिले नजाँची तिनलाई नाभिकीय आवेशले तुलना गर्नु।
• इलेक्ट्रोन आसक्तिका चिह्न परिपाटी मिसाउनु र बढी ऋणात्मक सङ्ख्या सानो आसक्ति हो भन्ने निष्कर्ष निकाल्नु।
• फरक तालिकाका त्रिज्या तुलना गर्नु। सहसंयोजी, धात्विक र आयनिक त्रिज्या फरक रूपमा परिभाषित हुन्छन्।
• परमाणुले 'के चाहन्छ' भनेर व्याख्या गर्नु। परमाणुको कुनै लक्ष्य हुँदैन; आकर्षण, दूरी र प्रतिकर्षणले व्याख्या गर्नुहोस्।