એલ્યુમિનિયમનો પરિચય
એલ્યુમિનિયમ એ ચાંદી જેવો સફેદ, હલકો ધાતુ છે જેનું રાસાયણિક પ્રતીક Al છે. તે પૃથ્વીના પોપડામાં સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં મળી આવતું ધાતુ તત્વ છે અને તેની ઓછી ઘનતા, ઊંચા તાકાત-થી-વજન ગુણોત્તર, ઉત્તમ વિદ્યુત વાહકતા અને કાટ લાગવા સામે પ્રતિકારને કારણે તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. તેની અણુ રચના આ ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.
પરમાણુ ક્રમાંક અને દળ સંખ્યા
કોઈ તત્વનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) તેની ઓળખ નક્કી કરે છે. એલ્યુમિનિયમ માટે, પરમાણુ ક્રમાંક 13 છે. આ સંખ્યા એલ્યુમિનિયમ પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં જોવા મળતા પ્રોટોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે.
પરમાણુની દળ સંખ્યા (A) તેના ન્યુક્લિયસમાં રહેલા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા છે. જ્યારે એલ્યુમિનિયમના અનેક આઇસોટોપ્સ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, ત્યારે સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર આઇસોટોપ એલ્યુમિનિયમ-27 છે. તેથી, તેની દળ સંખ્યા આશરે 27 છે.
એલ્યુમિનિયમમાં ઉપ-પરમાણુ કણો
એલ્યુમિનિયમનો એક તટસ્થ પરમાણુ ચોક્કસ સંખ્યામાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે.
પ્રોટોન
એલ્યુમિનિયમ પરમાણુમાં પ્રોટોનની સંખ્યા તેના પરમાણુ ક્રમાંક દ્વારા નક્કી થાય છે. એલ્યુમિનિયમનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) 13 હોવાથી, એલ્યુમિનિયમ પરમાણુ તેના ન્યુક્લિયસમાં 13 પ્રોટોન ધરાવે છે. પ્રોટોન ધન વિદ્યુતભાર ધરાવે છે.
ન્યુટ્રોન
ન્યુટ્રોનની સંખ્યા દળ સંખ્યામાંથી પરમાણુ ક્રમાંક બાદ કરીને ગણી શકાય છે. સૌથી સામાન્ય આઇસોટોપ, એલ્યુમિનિયમ-27 માટે:
ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ સંખ્યા (A) - પરમાણુ ક્રમાંક (Z) ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 27 - 13 = 14 ન્યુટ્રોન.
ન્યુટ્રોન ન્યુક્લિયસમાં જોવા મળતા વિદ્યુત રીતે તટસ્થ કણો છે.
ઇલેક્ટ્રોન
એક તટસ્થ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. એલ્યુમિનિયમ પરમાણુમાં 13 પ્રોટોન હોવાથી, તેમાં 13 ઇલેક્ટ્રોન પણ હોય છે. ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ભ્રમણ કરે છે અને ઋણ વિદ્યુતભાર ધરાવે છે, જે પ્રોટોનના ધન વિદ્યુતભારને સંતુલિત કરે છે.
એલ્યુમિનિયમની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી એ પરમાણુના ન્યુક્લિયસની આસપાસની ઉર્જા સ્તરો અથવા કક્ષાઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનું વર્ણન કરે છે.
શેલ મોડેલ
બોહર મોડેલ અથવા શેલ મોડેલમાં, ઇલેક્ટ્રોન અલગ ઉર્જા સ્તરો પર કબજો કરે છે, જેને ઘણીવાર K, L, M, N, વગેરે તરીકે લેબલ કરવામાં આવે છે.
- પ્રથમ શેલ (K શેલ) મહત્તમ 2 ઇલેક્ટ્રોન સમાવી શકે છે.
- બીજો શેલ (L શેલ) મહત્તમ 8 ઇલેક્ટ્રોન સમાવી શકે છે.
- ત્રીજો શેલ (M શેલ) મહત્તમ 18 ઇલેક્ટ્રોન સમાવી શકે છે.
એલ્યુમિનિયમ માટે (13 ઇલેક્ટ્રોન):
- K શેલ: 2 ઇલેક્ટ્રોન
- L શેલ: 8 ઇલેક્ટ્રોન
- M શેલ: 3 ઇલેક્ટ્રોન
આમ, શેલોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ 2, 8, 3 છે.
ઓર્બિટલ નોટેશન
વધુ વિગતવાર ઓર્બિટલ નોટેશન દરેક મુખ્ય ઉર્જા સ્તરની અંદર સબશેલ્સ (s, p, d, f) માં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનું વર્ણન કરે છે.
- 1લો ઉર્જા સ્તર (n=1): ફક્ત 1s સબશેલ ધરાવે છે.
- 2જો ઉર્જા સ્તર (n=2): 2s અને 2p સબશેલ ધરાવે છે.
- 3જો ઉર્જા સ્તર (n=3): 3s, 3p અને 3d સબશેલ ધરાવે છે.
Aufbau સિદ્ધાંત અને Hundના નિયમ મુજબ, એલ્યુમિનિયમના 13 ઇલેક્ટ્રોન નીચે મુજબ ગોઠવાયેલા છે:
- 1s² (1s ઓર્બિટલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન)
- 2s² (2s ઓર્બિટલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન)
- 2p⁶ (2p ઓર્બિટલમાં 6 ઇલેક્ટ્રોન)
- 3s² (3s ઓર્બિટલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન)
- 3p¹ (3p ઓર્બિટલમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન)
તેથી, એલ્યુમિનિયમ માટે ઓર્બિટલ નોટેશનમાં સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ છે.
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના ભરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન શેલમાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે.
એલ્યુમિનિયમ માટે, સૌથી બહારનો ભરાયેલો શેલ ત્રીજો ઉર્જા સ્તર (n=3) છે. આ શેલમાં, 3s સબશેલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન અને 3p સબશેલમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
કુલ વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન = 2 (3s માંથી) + 1 (3p માંથી) = 3 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન.
આ 3 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એલ્યુમિનિયમને તેની લાક્ષણિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતા આપે છે, કારણ કે તે સ્થિર કેશન (+3 ચાર્જ સાથે Al³⁺) બનાવવા માટે આ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાનું વલણ ધરાવે છે.
ભારતમાં પ્રાપ્તિસ્થાન અને ઉપયોગો
ભારત બોક્સાઇટના વિશ્વના અગ્રણી ઉત્પાદકોમાંનો એક છે, જેમાંથી એલ્યુમિનિયમ કાઢવામાં આવે છે તે પ્રાથમિક કાચી ધાતુ છે. ઓડિશા, આંધ્રપ્રદેશ, ગુજરાત, ઝારખંડ અને છત્તીસગઢ જેવા રાજ્યોમાં બોક્સાઇટના નોંધપાત્ર ભંડાર મળી આવે છે. આ વિપુલ સંસાધન દેશમાં વિકસતા એલ્યુમિનિયમ ઉદ્યોગને ટેકો આપે છે. એલ્યુમિનિયમ ધાતુનો ભારતમાં વિવિધ કાર્યક્રમો માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જેમાં રસોઈના વાસણો, વિદ્યુત ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ અને કેબલ, બારીની ફ્રેમ અને છત જેવા બાંધકામ સામગ્રીઓ, અને તેના હલકા વજનને કારણે ઓટોમોટિવ અને એરોસ્પેસ ઉદ્યોગોમાં ઘટકોનું ઉત્પાદન શામેલ છે.