સોનાની પરમાણુ સંરચનાને સમજવી
સોનું, એક કિંમતી અને નિષ્ક્રિય ધાતુ, પ્રાચીન ભારત સહિતની સંસ્કૃતિઓમાં તેની ચમક અને કાટ લાગવાનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા માટે મૂલ્યવાન રહ્યું છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો તેની પરમાણુ સંરચના સાથે મૂળભૂત રીતે જોડાયેલા છે. સોનાના ગુણધર્મોને સમજવા માટે, જેમ કે તેની નમનીયતા (malleability) અથવા ઝાંખું ન થવાની તેની ક્ષમતા, તેની પરમાણુ બનાવટને સમજવી અત્યંત આવશ્યક છે.
પરમાણુ ક્રમાંક અને દળ ક્રમાંક
દરેક પરમાણુ તેના પરમાણુ ક્રમાંક (Z) દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થાય છે, જે તેના કેન્દ્રમાં પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે. સોના માટે, પરમાણુ ક્રમાંક (Z) 79 છે. આનો અર્થ એ છે કે સોનાના દરેક પરમાણુમાં 79 પ્રોટોન હોય છે.
પરમાણુનો દળ ક્રમાંક (A) તેના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા છે. જોકે સોનાના ઘણા આઇસોટોપ છે, સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર આઇસોટોપ ગોલ્ડ-197 ($^{197}\text{Au}$) છે. તેથી, તેનો દળ ક્રમાંક (A) સામાન્ય રીતે 197 માનવામાં આવે છે.
તટસ્થ સોનાના પરમાણુમાં ઉપ-પરમાણુ કણો
તેના પરમાણુ અને દળ ક્રમાંકના આધારે, તટસ્થ સોનાના પરમાણુમાં ઉપ-પરમાણુ કણોની સંખ્યા નક્કી કરી શકાય છે:
- પ્રોટોન: પરમાણુ ક્રમાંક (Z) 79 હોવાથી, સોનાના પરમાણુમાં 79 પ્રોટોન હોય છે. આ ધન ભારિત કણો કેન્દ્રમાં રહેલા હોય છે.
- ઇલેક્ટ્રોન: તટસ્થ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. આમ, તટસ્થ સોનાના પરમાણુમાં 79 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ ઋણ ભારિત કણો ચોક્કસ ઊર્જા સ્તરો અથવા કક્ષાઓમાં કેન્દ્રની આસપાસ ફરે છે.
- ન્યુટ્રોન: ન્યુટ્રોનની સંખ્યા દળ ક્રમાંકમાંથી પરમાણુ ક્રમાંક (A - Z) બાદ કરીને ગણવામાં આવે છે. ગોલ્ડ-197 માટે, ન્યુટ્રોનની સંખ્યા 197 - 79 = 118 ન્યુટ્રોન છે. ન્યુટ્રોન તટસ્થ કણો છે જે કેન્દ્રમાં પણ જોવા મળે છે.
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી વર્ણવે છે કે ઇલેક્ટ્રોન પરમાણુ કક્ષકોમાં કેવી રીતે વિતરિત થાય છે. ગોલ્ડ (Au) માટે, 79 ઇલેક્ટ્રોન સાથે, તેની ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી કડક ઓફબાઉ સિદ્ધાંતનો અપવાદ છે, જે વધુ સ્થિર ગોઠવણી દર્શાવે છે.
તટસ્થ સોનાના પરમાણુ માટે સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી આ પ્રમાણે છે: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^{14} 5s^2 5p^6 5d^{10} 6s^1$
આ ગોઠવણી નોબલ ગેસ નોટેશનનો ઉપયોગ કરીને પણ રજૂ કરી શકાય છે, જેમાં ઝેનોન (Xe) નો સંદર્ભ લેવાય છે, જેમાં 54 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે: $[Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^1$
અપેક્ષિત ગોઠવણી ($[Xe] 4f^{14} 5d^9 6s^2$) થી $4f^{14} 5d^{10} 6s^1$ માં વિચલન થાય છે કારણ કે સંપૂર્ણ ભરેલો $5d$ સબશેલ ($5d^{10}$) પરમાણુને વધારાની સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના મુખ્ય ઊર્જા કોષમાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે.
સોના માટે, તેની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી $[Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^1$ ના આધારે: સૌથી બહારનો મુખ્ય ઊર્જા કોષ 6ઠ્ઠો કોષ છે, જેમાં $6s$ કક્ષકમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. તેથી, સોના માટે પ્રાથમિક વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન $6s^1$ ઇલેક્ટ્રોન છે.
જ્યારે $6s^1$ ઇલેક્ટ્રોન સૌથી સહેલાઈથી ગુમાવવામાં આવતો ઇલેક્ટ્રોન છે, ત્યારે $5d$ ઇલેક્ટ્રોન પણ બંધનમાં ભાગ લઈ શકે છે, ખાસ કરીને જ્યારે સોનું ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થા (દા.ત., +3) દર્શાવે છે. જોકે, વેલેન્સની મૂળભૂત સમજણ માટે, $6s^1$ ઇલેક્ટ્રોનને મુખ્ય વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ગણવામાં આવે છે.