विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12 · Grades 1–12
23इलेक्ट्रॉन कोश और आवर्त सारणी
नियॉन किसी साइनबोर्ड में लाल-नारंगी चमकता है; सोडियम, एक नरम धातु, पानी में आग पकड़ लेता है; क्लोरीन एक दम घोंटने वाली पीली-हरी गैस है। फिर भी उनके परमाणुओं में केवल एक-दो प्रोटॉनों का अंतर है: नियॉन में 10 हैं, सोडियम में 11, क्लोरीन में 17। आवर्त सारणी के पड़ोसी इतना अलग व्यवहार क्यों करते हैं, जबकि परमाणु क्रमांक में एक-दूसरे से दूर सोडियम और पोटैशियम इतना मिलता-जुलता? उत्तर इस बात में छिपा है कि परमाणु के इलेक्ट्रॉन किस तरह व्यवस्थित होते हैं।
पहले से ज्ञात
परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन होते हैं और, उदासीन होने पर, उसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन (अध्याय 16)। आवर्त सारणी तत्वों को के क्रम में आवर्तों (पंक्तियों) और समूहों (स्तंभों) में रखती है; एक समूह के तत्व एक जैसा व्यवहार करते हैं (अध्याय 20)। परमाणु इलेक्ट्रॉन लेकर या खोकर आयन बनते हैं (अध्याय 17)।
23.1 इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
परिभाषा 23.1 (कोश, उपकोश और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास)
परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोशों में व्यवस्थित होते हैं, जिन्हें नाभिक से बाहर की ओर क्रमांक दिए जाते हैं; जितना बड़ा, इलेक्ट्रॉन नाभिक से उतने दूर और उतनी ढीली पकड़ में। हर कोश उपकोशों में बँटा होता है, जिनका नाम एक अक्षर से होता है: कोश 1 में एक s उपकोश (1s) है, कोश 2 में एक s और एक p उपकोश (2s, 2p), कोश 3 में 3s और 3p (और 3d, जो आगे आएगा)। एक s उपकोश में अधिक से अधिक 2 इलेक्ट्रॉन आते हैं, एक p उपकोश में अधिक से अधिक 6। किसी परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास उसके भरे हुए उपकोशों की सूची है, जिनमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या घातांक के रूप में लिखी जाती है: ऑक्सीजन के लिए ।
विधि 23.2 (इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखना, तक)
- इलेक्ट्रॉन गिनिए: उदासीन परमाणु के लिए ।
उपकोशों को इस क्रम में भरिए, हर एक को अगला शुरू करने से पहले उसकी अधिकतम सीमा तक:
- जाँचिए कि घातांकों का योग इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर है।
सोडियम, : । क्लोरीन, : । कैल्सियम, : ।
23.2 संयोजकता इलेक्ट्रॉन
परिभाषा 23.3 (संयोजकता और क्रोड इलेक्ट्रॉन)
सबसे बाहरी भरे कोश (सबसे बड़े वाले कोश) के इलेक्ट्रॉन संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं; बाकी क्रोड इलेक्ट्रॉन हैं। केवल संयोजकता इलेक्ट्रॉन रासायनिक अभिक्रियाओं में भाग लेते हैं।
उदाहरण 23.4 (संयोजकता इलेक्ट्रॉन गिनना)
ऑक्सीजन, : बाहरी कोश , संयोजकता इलेक्ट्रॉन। सोडियम, : 1 संयोजकता इलेक्ट्रॉन। क्लोरीन, : 7। नियॉन, : 8, एक भरा हुआ कोश।
23.3 विन्यासों से फिर बनी सारणी
प्रतिज्ञप्ति 23.5 (विन्यास से आवर्त और समूह)
तक के तत्वों के लिए:
- किसी तत्व का आवर्त उसके बाहरी कोश की संख्या है;
- एक ही समूह के तत्वों में संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की संख्या एक ही होती है — समूह 1 में एक, समूह 2 में दो, समूह 13 से 18 में तीन से आठ (2 वाला हीलियम अपवाद है)।
बाएँ के दो स्तंभ, जहाँ आख़िरी इलेक्ट्रॉन s उपकोश में जाते हैं, s-ब्लॉक बनाते हैं; समूह 13 से 18 p-ब्लॉक बनाते हैं।
23.4 परिवार
परिभाषा 23.6 (रासायनिक परिवार)
रासायनिक परिवार आवर्त सारणी का वह समूह है जिसके तत्वों के मुख्य रासायनिक गुण एक जैसे होते हैं। तीन परिवारों के नाम हैं: क्षार धातुएँ (हाइड्रोजन को छोड़कर समूह 1: लिथियम, सोडियम, पोटैशियम…), नरम धातुएँ जो पानी के साथ तीव्र अभिक्रिया करती हैं; हैलोजन (समूह 17: फ़्लुओरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन), रंगीन, अभिक्रियाशील अधातुएँ; और उत्कृष्ट गैसें (समूह 18: हीलियम, नियॉन, आर्गन…), जो लगभग किसी से अभिक्रिया नहीं करतीं।
प्रतिज्ञप्ति 23.7 (परिवार एक जैसा व्यवहार क्यों करता है)
किसी परिवार के तत्वों में संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की संख्या एक ही होती है, और रसायन संयोजकता इलेक्ट्रॉनों का खेल है: लिथियम, सोडियम और पोटैशियम, सभी में एक है, हैलोजनों में सात, उत्कृष्ट गैसों में भरा हुआ बाहरी कोश।


प्रयोगशाला में — पानी में सोडियम
एक पर्दे के पीछे शिक्षक चावल के दाने जितना सोडियम का एक टुकड़ा पानी से भरे बड़े कटोरे में डालते हैं। वह तैरता है, पिघलकर एक चमकीली गोली बन जाता है और सनसनाता हुआ इधर-उधर दौड़ता है, जब तक ख़त्म न हो जाए; निकलने वाली गैस हाइड्रोजन है, और बचा हुआ पानी क्षारकीय है।
सुरक्षा
सोडियम: पानी के साथ ज्वलनशील हाइड्रोजन छोड़ता है (GHS02), गंभीर रूप से जलाता है (GHS05)। क्लोरीन: एक ऑक्सीकारक गैस (GHS03), साँस में लेने पर विषैली (GHS06), साथ ही उत्तेजक और जलीय जीवों के लिए अत्यंत विषैली। दोनों को केवल शिक्षक ही सँभालते हैं।
23.5 स्थायी आयन और उत्कृष्ट गैस नियम
परिभाषा 23.8 (द्विक और अष्टक नियम)
उत्कृष्ट गैसें, जिनका बाहरी कोश भरा होता है, लगभग अभिक्रिया नहीं करतीं: उनका विन्यास विशेष रूप से स्थायी है। जब पहले तत्वों के परमाणु आयन बनाते हैं, तो वे इतने इलेक्ट्रॉन लेते या खोते हैं कि निकटतम उत्कृष्ट गैस का विन्यास पा लें: सबसे हल्के परमाणुओं के लिए हीलियम की तरह कोश 1 में दो इलेक्ट्रॉन — यह द्विक नियम है — और बाकी के लिए नियॉन या आर्गन की तरह बाहरी कोश में आठ इलेक्ट्रॉन — यह अष्टक नियम है।
उदाहरण 23.9 (नियम से अनुमानित आयन)
सोडियम, , अपना अकेला संयोजकता इलेक्ट्रॉन खोता है: , , नियॉन जैसा। मैग्नीशियम, , दो खोता है: । ऐलुमिनियम, , तीन खोता है: । क्लोरीन, , एक लेता है: , , आर्गन जैसा। ऑक्सीजन, , दो लेती है: । सल्फ़र, : । लिथियम, , एक खोता है और हीलियम की तरह रखता है: ।
टिप्पणी 23.10 (नियम की सीमाएँ)
यह नियम पहले बीस तत्वों और उनके सरल आयनों के लिए अच्छा काम करता है। बहुत-से तत्व, जैसे लोहा ( और ), इसका पालन नहीं करते; इसके कारण, और इलेक्ट्रॉनों का बेहतर वर्णन, विश्वविद्यालय के प्रथम वर्ष के खंड में दिए गए हैं।
23.6 अभ्यास
अभ्यास 23.1 ★
कार्बन (), नाइट्रोजन () और मैग्नीशियम () के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए।
हल
हल — अभ्यास 23.1.
C: । N: । Mg: ।
अभ्यास 23.2 ★
कार्बन, नाइट्रोजन और मैग्नीशियम में कितने संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं?
हल
हल — अभ्यास 23.2.
कार्बन 4, नाइट्रोजन 5, मैग्नीशियम 2।
अभ्यास 23.3 ★
विन्यास वाला तत्व किस आवर्त और किस समूह में है?
अभ्यास 23.4 ★
इस अध्याय के तीनों परिवारों के नाम बताइए और हर एक के दो तत्व बताइए।
हल
हल — अभ्यास 23.4.
क्षार धातुएँ (लिथियम, सोडियम, पोटैशियम); हैलोजन (फ़्लुओरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन); उत्कृष्ट गैसें (हीलियम, नियॉन, आर्गन)।
अभ्यास 23.5 ★
अष्टक नियम बताइए।
हल
हल — अभ्यास 23.5.
परमाणु इतने इलेक्ट्रॉन लेने या खोने की प्रवृत्ति रखते हैं कि उनके बाहरी कोश में निकटतम उत्कृष्ट गैस की तरह आठ इलेक्ट्रॉन हो जाएँ।
अभ्यास 23.6 ★★
उत्कृष्ट गैस नियम की मदद से पोटैशियम () और फ़्लुओरीन () द्वारा बनने वाले आयन, उनके विन्यासों के साथ, बताइए।
हल
हल — अभ्यास 23.6.
K, , एक खोता है: , (आर्गन)। F, , एक लेता है: , (नियॉन)।
अभ्यास 23.7 ★★
एक तत्व के तीसरे कोश में 2 इलेक्ट्रॉन हैं और तीसरा कोश ही उसका बाहरी कोश है। उसका विन्यास, परमाणु क्रमांक और नाम बताइए।
हल
हल — अभ्यास 23.7.
: , मैग्नीशियम।
अभ्यास 23.8 ★★
स्थायी आयनों की मदद से मैग्नीशियम और क्लोरीन द्वारा, फिर ऐलुमिनियम और ऑक्सीजन द्वारा बनने वाले आयनिक यौगिक का सूत्र लिखिए।
हल
हल — अभ्यास 23.8.
और : । और : ।
अभ्यास 23.9 ★★
पहले बीस तत्वों की सारणी देखिए। किन तत्वों में ऑक्सीजन जितने संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं?
अभ्यास 23.10 ★★
सोडियम और क्लोरीन के विपरीत, नियॉन रासायनिक अभिक्रियाओं में कोई आयन क्यों नहीं बनाती?
हल
हल — अभ्यास 23.10.
उसका बाहरी कोश पहले से भरा है (आठ इलेक्ट्रॉन): इलेक्ट्रॉन खोने या लेने से उसे कुछ नहीं मिलता।
अभ्यास 23.11 ★★
आयन का विन्यास आर्गन जैसा है। ज्ञात कीजिए।
अभ्यास 23.12 ★★★
हीलियम में 2 संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं, फिर भी वह समूह 2 में नहीं, समूह 18 में है। उसके विन्यास की मदद से समझाइए।
हल
हल — अभ्यास 23.12.
हीलियम, , का बाहरी कोश भरा है (कोश 1 में केवल दो इलेक्ट्रॉन आते हैं), दूसरी उत्कृष्ट गैसों की तरह; वह समूह 2 की धातुओं जैसा व्यवहार नहीं करती।
अभ्यास 23.13 ★★★
पोटैशियम सोडियम से भी अधिक तीव्रता से पानी के साथ अभिक्रिया करता है। संयोजकता इलेक्ट्रॉन की नाभिक से दूरी के आधार पर कारण सुझाइए।
हल
हल — अभ्यास 23.13.
उसका संयोजकता इलेक्ट्रॉन कोश 4 में है, कोश 3 वाले सोडियम के इलेक्ट्रॉन से नाभिक से अधिक दूर: ढीली पकड़ के कारण वह अधिक आसानी से निकल जाता है।
अभ्यास 23.14 ★★★
, , और के विन्यास बताइए। इनमें क्या समान है?
अभ्यास 23.15 ★★★
आवर्त 3 का एक तत्व आयन बनाता है। उसका समूह, उसका विन्यास और उसका नाम ज्ञात कीजिए।
हल
हल — अभ्यास 23.15.
अष्टक पाने के लिए वह 3 इलेक्ट्रॉन लेता है: उसमें 5 संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं, समूह 15। आवर्त 3 में यह फ़ॉस्फ़ोरस है:
23.7 समस्या: माणिक्य, नीलम और कुरुंड
समस्या 23.1
सप्ताहांत समस्या — एक रत्न के पीछे के इलेक्ट्रॉन: दो विन्यासों से एक ग्राम में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या तक
माणिक्य और नीलम कुरुंड के रत्न-रूप हैं, जो ऐलुमिनियम और ऑक्सीजन का एक आयनिक यौगिक है; दूसरी धातुओं की सूक्ष्म मात्रा उन्हें उनके रंग देती है। कुरुंड इतना कठोर है कि लगभग हर चीज़ को खरोंच सकता है, और कुरुंड का चूर्ण लेंसों को चमकाने में काम आता है। एक न्यूक्लिऑन का द्रव्यमान लीजिए; ऐलुमिनियम-27 में 27 न्यूक्लिऑन हैं, ऑक्सीजन-16 में 16।
भाग I — परमाणु।
- ऐलुमिनियम परमाणु () और ऑक्सीजन परमाणु () के प्रोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों की संख्या बताइए।
- उनके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखिए।
- हर एक में कितने संयोजकता इलेक्ट्रॉन हैं? हर एक किस आवर्त और किस समूह में है?
- ऐलुमिनियम धातु है या अधातु? और ऑक्सीजन?
भाग II — आयन।
- अष्टक नियम के अनुसार ऐलुमिनियम कौन-सा आयन बनाता है? उसका विन्यास लिखिए।
- ऑक्सीजन कौन-सा आयन बनाती है? उसका विन्यास लिखिए।
- किस उत्कृष्ट गैस का विन्यास दोनों आयनों जैसा है?
- ऐलुमिनियम परमाणु कितने इलेक्ट्रॉन खोता है, और ऑक्सीजन परमाणु कितने लेता है?
भाग III — सूत्र।
- इन आयनों के उदासीन यौगिक, कुरुंड, का सूत्र ज्ञात कीजिए।
- एक सूत्र-इकाई में ऐलुमिनियम परमाणु कितने इलेक्ट्रॉन खोते हैं? ऑक्सीजन परमाणु कितने लेते हैं?
- ये दोनों संख्याएँ बराबर क्यों होनी चाहिए?
- एक माणिक्य में क्रोमियम आयनों की सूक्ष्म मात्रा होती है, जो कुछ आयनों की जगह लेती है। आयन आवेशों को बिगाड़े बिना आयन की जगह क्यों ले सकता है?
भाग IV — एक ग्राम कुरुंड।
- कुरुंड की एक सूत्र-इकाई में कितने न्यूक्लिऑन हैं?
- एक सूत्र-इकाई का द्रव्यमान निकालिए (इलेक्ट्रॉन नगण्य)।
- कुरुंड में कितनी सूत्र-इकाइयाँ हैं?
- यह कितने आयन और आयन हैं?
- प्रश्न 14 में इलेक्ट्रॉनों को नगण्य क्यों माना जा सकता है?
- कुरुंड बनाने के लिए ऐलुमिनियम से ऑक्सीजन में कितने इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित हुए?
हल
हल — समस्या 23.1.
1. ऐलुमिनियम: 13 प्रोटॉन, 13 इलेक्ट्रॉन। ऑक्सीजन: 8 प्रोटॉन, 8 इलेक्ट्रॉन।
2. Al: । O: ।
3. Al: 3 संयोजकता इलेक्ट्रॉन, आवर्त 3, समूह 13। O: 6, आवर्त 2, समूह 16।
4. ऐलुमिनियम धातु है, ऑक्सीजन अधातु।
5. : ।
6. : ।
7. नियॉन।
8. ऐलुमिनियम 3 खोता है, ऑक्सीजन 2 लेती है।
9. : ।
10. खोए: । लिए: ।
11. इलेक्ट्रॉन न बनते हैं, न नष्ट होते हैं: ऐलुमिनियम द्वारा खोए गए ठीक वही हैं जो ऑक्सीजन ने लिए, और यौगिक उदासीन है।
12. उस पर वही आवेश है, : क्रिस्टल के आवेश अब भी संतुलित रहते हैं।
13. न्यूक्लिऑन।
14. ।
15. सूत्र-इकाइयाँ।
17. इलेक्ट्रॉन न्यूक्लिऑन से लगभग 1836 गुना हल्का है; एक सूत्र-इकाई के 50 इलेक्ट्रॉनों का भार एक न्यूक्लिऑन के भार के तीन प्रतिशत से भी कम है।
18. कुरुंड के लिए इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित हुए।