دوری رجحانات: موثر نیوکلیائی چارج، جسامت اور توانائی

موثر نیوکلیائی چارج اور ڈھال

بیرونی الیکٹران پورے نیوکلیائی چارج Z کو محسوس نہیں کرتا۔ مرکزے کے قریب کے الیکٹران اسے جزوی طور پر منسوخ کر دیتے ہیں، اور خالص کھنچاؤ کو موثر نیوکلیائی چارج، Zeff = Z − S، سے بیان کیا جاتا ہے، جہاں S ڈھال کا مستقل ہے۔ نچلے خولوں میں مرکزی الیکٹران اچھی طرح ڈھالتے ہیں۔ ایک ہی خول کے الیکٹران کمزور ڈھال بنتے ہیں، کیونکہ اوسطاً وہ زیر غور الیکٹران سے مرکزے کے زیادہ قریب نہیں ہوتے۔

ایک موٹا اندازہ صرف مرکزی الیکٹرانوں کو گنتا ہے۔ سوڈیم (Z = 11) اور کلورین (Z = 17) دونوں میں 10 مرکزی الیکٹران ہیں، اس لیے سوڈیم کا 3s الیکٹران تقریباً +1 اور کلورین کے 3p الیکٹران تقریباً +7 محسوس کرتے ہیں۔ سلیٹر کے قواعد اسے بہتر کرتے ہیں۔ ns یا np ذیلی خول کے الیکٹران کے لیے، اسی ns اور np ذیلی خولوں کا ہر دوسرا الیکٹران S میں 0.35 جوڑتا ہے (1s کے اندر 0.30)، خول n − 1 کا ہر الیکٹران 0.85 جوڑتا ہے، اور گہرے خولوں کا ہر الیکٹران 1.00۔

حل شدہ مثال 1۔ سوڈیم کے 3s الیکٹران کے لیے S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80، اس لیے Zeff = 11 − 8.80 = 2.20۔ کلورین کے ایک 3p الیکٹران کے لیے S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90، اس لیے Zeff = 17 − 10.90 = 6.10۔ دور 3 میں ہر شامل پروٹان کو اسی خول کے شامل الیکٹران سے صرف جزوی طور پر متوازن کیا جاتا ہے، اس لیے n کے 3 رہنے پر Zeff بائیں سے دائیں بڑھتا ہے۔

ایٹمی رداس اور ہم الیکٹرانی آئن

ایٹمی رداس ایک دور میں کم ہوتا ہے کیونکہ Zeff بڑھتا ہے جبکہ بیرونی الیکٹران اسی خول میں رہتے ہیں، اس لیے وہ قریب کھنچتے ہیں۔ یہ ایک گروہ میں نیچے کی طرف بڑھتا ہے کیونکہ ہر دور ایک خول کا اضافہ کرتا ہے، جو بیرونی الیکٹرانوں کو مزید دور رکھتا ہے، جبکہ Zeff نسبتاً کم بدلتا ہے۔ سب سے بڑے ایٹم جدول کے نچلے بائیں حصے میں اور سب سے چھوٹے اوپری دائیں حصے میں ہیں۔

کیٹائن اپنے والدین ایٹم سے چھوٹا ہوتا ہے: الیکٹران کھونے سے دفع کم ہوتا ہے، اور مرکزی گروہ کے کیٹائنوں میں عموماً بیرونی خول خالی ہو جاتا ہے۔ اینائن اپنے والدین ایٹم سے بڑا ہوتا ہے، کیونکہ شامل الیکٹران دفع بڑھاتا ہے جبکہ نیوکلیائی چارج وہی رہتا ہے۔

حل شدہ مثال 2۔ N³⁻، O²⁻، F⁻، Na⁺، Mg²⁺ اور Al³⁺ کو رداس کے لحاظ سے ترتیب دیں۔ پہلے الیکٹران گنیں: 7 + 3، 8 + 2، 9 + 1، 11 − 1، 12 − 2 اور 13 − 3 سب 10 کے برابر ہیں، اس لیے ہر آئن کی نیون والی ترتیب 1s² 2s² 2p⁶ ہے۔ الیکٹرانوں کی تعداد یکساں ہونے پر واحد فرق نیوکلیائی چارج کا ہے، جو 7 سے 13 تک بڑھتا ہے۔ زیادہ پروٹان اسی الیکٹرانی بادل کو زیادہ کس کر کھینچتے ہیں، اس لیے ترتیب N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ ہے۔

پہلی آئنائزیشن توانائی اور اس کے ذیلی خول کے استثنا

پہلی آئنائزیشن توانائی وہ توانائی ہے جو گیسی ایٹم سے سب سے ڈھیلے بندھے الیکٹران کو نکالنے کے لیے درکار ہے: X(g) → X⁺(g) + e⁻۔ یہ عموماً ایک دور میں بڑھتی ہے، جیسے جیسے Zeff بڑھتا ہے اور رداس گھٹتا ہے، اور گروہ میں نیچے کم ہوتی ہے۔ NIST آئنائزیشن توانائیاں الیکٹران وولٹ فی ایٹم میں دیتا ہے؛ فی eV کے 96.485 kJ/mol سے ضرب دینے پر یہ مولر اکائیوں میں بدل جاتی ہیں۔

NIST Atomic Spectra Database سے تبدیل کر کے دور 2 کی قدریں یہ ہیں: Li 520.2، Be 899.5، B 800.6، C 1086.5، N 1402.3، O 1313.9، F 1681.0 اور Ne 2080.7 kJ/mol۔ دو قدم غلط سمت میں جاتے ہیں۔ بورون بیریلیم سے نیچے ہے کیونکہ اس کا بیرونی ترین الیکٹران 2p میں ہے، جو زیادہ توانائی کا ہے اور 2s جوڑے سے جزوی طور پر ڈھکا ہوا ہے۔ آکسیجن نائٹروجن سے نیچے ہے کیونکہ اس کا چوتھا 2p الیکٹران پہلے سے بھرے آربیٹل میں جوڑا بنانے پر مجبور ہے، اور اضافی دفع اسے نکالنا آسان بنا دیتا ہے۔

یہی دو گراوٹیں دور 3 میں بھی نظر آتی ہیں: ایلومینیم (577.5 kJ/mol) میگنیشیم (737.7 kJ/mol) سے نیچے ہے، اور سلفر (999.6 kJ/mol) فاسفورس (1011.8 kJ/mol) سے نیچے۔ دہرایا ہوا نمونہ ظاہر کرتا ہے کہ یہ ذیلی خول کی ساخت سے آتا ہے، کسی ایک عجیب عنصر سے نہیں۔

پے در پے آئنائزیشن توانائیاں اور گرفتی الیکٹران

ہر اگلی آئنائزیشن توانائی پچھلی سے بڑی ہوتی ہے، کیونکہ ہر الیکٹران بڑھتے ہوئے مثبت آئن سے نکلتا ہے۔ ہر چھلانگ کا سائز مفید معلومات ہے۔ معتدل اضافے کا مطلب ہے کہ اگلا الیکٹران اسی گرفتی خول سے آتا ہے؛ بہت بڑی چھلانگ کا مطلب ہے کہ اسے مرکزی حصے سے آنا ہے، جو مرکزے کے زیادہ قریب اور بہت کم ڈھکا ہوا ہے۔

حل شدہ مثال 3۔ NIST میگنیشیم کی پہلی تین آئنائزیشن توانائیاں 7.646، 15.035 اور 80.144 eV دیتا ہے۔ تبدیلی: 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۔ نسبت IE₂/IE₁ برابر ہے 1450.7 / 737.7 = 1.97 کے، لیکن IE₃/IE₂ ہے 7732.7 / 1450.7 = 5.33۔ دوسرے الیکٹران کے بعد کی بڑی چھلانگ ظاہر کرتی ہے کہ میگنیشیم کے دو گرفتی الیکٹران ہیں، [Ne] 3s²، اور وضاحت کرتی ہے کہ عام کیمیا میں وہ Mg²⁺ کیوں بناتا ہے مگر Mg³⁺ نہیں۔

سوڈیم میں چھلانگ ایک قدم پہلے نظر آتی ہے۔ اس کی دوسری آئنائزیشن توانائی، 4562.4 kJ/mol، پہلی، 495.8 kJ/mol، سے تقریباً 9.2 گنا ہے، کیونکہ دوسرا الیکٹران 2p مرکزی حصے سے آنا ہے۔

الیکٹران الفت اور برق منفیت

الیکٹران الفت اس توانائی کی تبدیلی کو بیان کرتی ہے جب گیسی ایٹم الیکٹران حاصل کرتا ہے: X(g) + e⁻ → X⁻(g)۔ علامت کے قواعد مختلف ہیں۔ OpenStax سمیت کچھ نصابی کتب توانائی کی تبدیلی بتاتی ہیں، جو توانائی خارج ہونے پر منفی ہوتی ہے؛ دوسری خارج ہونے والی توانائی کو مثبت عدد کے طور پر دیتی ہیں۔ قدروں کا موازنہ کرنے سے پہلے قاعدہ جانچ لیں۔ نوبل گیسوں کے علاوہ، دور کے دائیں طرف کے ایٹم سب سے زیادہ توانائی خارج کرتے ہیں، کیونکہ ان کا بلند Zeff آنے والے الیکٹران کو شدت سے کھینچتا ہے۔

الیکٹران الفت آئنائزیشن توانائی سے کم باقاعدہ ہے۔ کلورین فلورین سے زیادہ توانائی خارج کرتی ہے، تقریباً 349 kJ/mol بمقابلہ 328 kJ/mol، NIST Chemistry WebBook کی 3.613 اور 3.401 eV کی قدروں کی بنیاد پر۔ فلورین کے مختصر 2p ذیلی خول میں شامل الیکٹران کو زیادہ دفع کا سامنا ہوتا ہے۔ بیریلیم، نائٹروجن اور نوبل گیسوں میں مستحکم گیسی اینائن بنانے کا رجحان کم یا بالکل نہیں ہوتا، کیونکہ شامل الیکٹران اونچے ذیلی خول میں داخل ہوگا یا نصف بھرے میں جوڑا بنائے گا۔

برق منفیت سالمے میں ایٹم کی بندھن کے الیکٹرانوں کو کھینچنے کی صلاحیت ہے۔ آئنائزیشن توانائی کے برعکس، یہ الگ تھلگ ایٹم پر ناپی نہیں جاتی؛ یہ بندھن کی توانائیوں یا دوسرے اعداد و شمار سے اخذ کی جاتی ہے، اور پاؤلنگ پیمانہ سب سے زیادہ استعمال ہوتا ہے۔ فلورین سب سے زیادہ، تقریباً 4.0، ہے۔ برق منفیت ایک دور میں بڑھتی ہے اور گروہ میں نیچے کم ہوتی ہے، اس لیے بندھن کی قطبیت H–F سے H–Cl اور H–Br کے ذریعے H–I تک کم ہوتی جاتی ہے۔

دوری رجحانات کی وضاحت میں عام غلطیاں

رجحانات کے سوالات میں عموماً صرف ترتیب نہیں بلکہ وضاحت پر نمبر ملتے ہیں۔

مکمل وضاحت موازنے کا نام لیتی ہے (ایک ہی خول یا مختلف خول)، بتاتی ہے کہ Zeff یا فاصلے کا کیا ہوتا ہے، اور اس تبدیلی کو زیر غور الیکٹران پر لگنے والی قوت سے جوڑتی ہے۔

• یہ کہنا کہ ایٹم اس لیے چھوٹا ہے کہ اس میں زیادہ الیکٹران ہیں۔ دور میں الیکٹران اسی خول میں آتے ہیں؛ جسامت اس لیے گھٹتی ہے کہ Zeff بڑھتا ہے۔
• گروہ کے رجحان کی وضاحت محض 'زیادہ خول' سے کرنا، یہ بتائے بغیر کہ گروہ میں نیچے Zeff کم بدلتا ہے۔
• آئنائزیشن توانائی کو دور میں سختی سے بڑھتا ہوا سمجھنا۔ گروہ 2 سے 13 اور گروہ 15 سے 16 کے قدم دیکھیں۔
• پہلے یہ جانچے بغیر کہ آئن ہم الیکٹرانی ہیں، انہیں نیوکلیائی چارج سے موازنہ کرنا۔
• الیکٹران الفت کی علامت کے قواعد گڈمڈ کرنا اور یہ نتیجہ نکالنا کہ زیادہ منفی عدد چھوٹی الفت ہے۔
• مختلف جدولوں کے رداس کا موازنہ کرنا۔ ہم گرفتی، دھاتی اور آئنی رداس کی تعریفیں مختلف ہیں۔
• ایٹم کی 'چاہت' سے وضاحت کرنا۔ ایٹموں کے کوئی مقاصد نہیں ہوتے؛ کشش، فاصلے اور دفع سے وضاحت کریں۔