કેડમિયમ (Cd) નો પરિચય
કેડમિયમ, જેનું રાસાયણિક પ્રતીક Cd છે, તે એક નરમ, ચાંદી-સફેદ, નમનીય (ductile) અને ટીપી શકાય તેવી (malleable) સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તે આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 12 અને આવર્ત 5 માં આવેલું છે. જોકે તે અન્ય કેટલીક ધાતુઓ જેટલું વ્યાપકપણે જાણીતું નથી, તેમ છતાં કેડમિયમ એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ છે, જોકે તેની ઝેરીતા માટે જાણીતું છે. ભારતમાં, કેડમિયમ મુખ્યત્વે ઝીંક અયસ્કની શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે મેળવવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, હિન્દુસ્તાન ઝીંક જેવી કામગીરીમાંથી, જે ઝીંક-સીસાના ભંડારો પર પ્રક્રિયા કરે છે.
કેડમિયમના મૂળભૂત પરમાણુ કણો
કેડમિયમના પરમાણુ માળખાને તેના ઘટક પેટા-પરમાણુ કણો: પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સમજી શકાય છે.
પરમાણુ ક્રમાંક અને પ્રોટોન
કેડમિયમનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) 48 છે. પરમાણુ ક્રમાંક સીધી રીતે પરમાણુના કેન્દ્રકમાં રહેલા પ્રોટોનની સંખ્યાને અનુરૂપ છે. તેથી, એક તટસ્થ કેડમિયમ પરમાણુમાં 48 પ્રોટોન હોય છે. પ્રોટોન ધન વિદ્યુતભાર ધરાવે છે.
ઇલેક્ટ્રોન
એક તટસ્થ પરમાણુમાં, વિદ્યુત તટસ્થતા જાળવવા માટે ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. કેડમિયમમાં 48 પ્રોટોન હોવાથી, એક તટસ્થ કેડમિયમ પરમાણુમાં 48 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ઇલેક્ટ્રોન ઋણ વિદ્યુતભાર ધરાવે છે અને કેન્દ્રકની આસપાસના ચોક્કસ ઉર્જા સ્તરો અથવા કક્ષાઓમાં રહે છે.
ન્યુટ્રોન
પરમાણુમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ અલગ હોઈ શકે છે, જે તત્વના વિવિધ સમસ્થાનિકો (isotopes) તરફ દોરી જાય છે. દળ ક્રમાંક (A) કેન્દ્રકમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે. કેડમિયમનો સૌથી પ્રચલિત સમસ્થાનિક કેડમિયમ-114 ($^{114}$Cd) છે.
ન્યુટ્રોનની સંખ્યાની ગણતરી કરવા માટે: Number of neutrons = Mass number (A) - Atomic number (Z) ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ ક્રમાંક (A) - પરમાણુ ક્રમાંક (Z) Number of neutrons = 114 - 48 = 66 neutrons ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 114 - 48 = 66 ન્યુટ્રોન
આથી, સૌથી સામાન્ય કેડમિયમ પરમાણુમાં 48 પ્રોટોન, 48 ઇલેક્ટ્રોન અને 66 ન્યુટ્રોન હોય છે.
કેડમિયમની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી એ પરમાણુના ઇલેક્ટ્રોન કક્ષકોમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનું વર્ણન કરે છે. કેડમિયમ (Z=48) માટે, ઇલેક્ટ્રોન ઑફબૌ સિદ્ધાંત (Aufbau principle), હન્ડના નિયમ (Hund’s rule) અને પાઉલી અપવર્જન સિદ્ધાંત (Pauli exclusion principle) અનુસાર કક્ષકોમાં ભરાય છે.
કેડમિયમ માટે સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી છે: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰
વધુ સંક્ષિપ્ત સ્વરૂપ, ઉમદા વાયુ ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને, મુખ્ય ઇલેક્ટ્રોનને અગાઉના ઉમદા વાયુના પ્રતીક સાથે બદલે છે. કેડમિયમ માટે, અગાઉનો ઉમદા વાયુ ક્રિપ્ટોન (Kr) છે, જેનો પરમાણુ ક્રમાંક 36 છે. તેની ગોઠવણી 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ છે.
આમ, કેડમિયમ માટે ઉમદા વાયુ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી છે: [Kr] 4d¹⁰ 5s²
આ ગોઠવણી દર્શાવે છે કે ક્રિપ્ટોન કોર પછી, 4d પેટા-કક્ષામાં 10 ઇલેક્ટ્રોન અને 5s પેટા-કક્ષામાં 2 ઇલેક્ટ્રોન છે. 4d પેટા-કક્ષા સંપૂર્ણપણે ભરાયેલી છે, જે આ આંતરિક d-ઇલેક્ટ્રોન માટે સ્થિર ગોઠવણી સૂચવે છે.
કેડમિયમના વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુની સૌથી બહારની કક્ષામાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે અને તત્વના રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી [Kr] 4d¹⁰ 5s² માંથી, સૌથી બહારનું મુખ્ય ઉર્જા સ્તર (કક્ષા) n=5 છે. આ કક્ષામાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન 5s² ઇલેક્ટ્રોન છે.
આથી, કેડમિયમમાં 2 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ બે 5s ઇલેક્ટ્રોન પ્રમાણમાં સરળતાથી દૂર કરી શકાય છે, જે સમજાવે છે કે શા માટે કેડમિયમ સામાન્ય રીતે એવા સંયોજનો બનાવે છે જેમાં તે +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે. સંપૂર્ણપણે ભરાયેલી 4d પેટા-કક્ષા Cd²⁺ આયનની સ્થિરતામાં ફાળો આપે છે.