કોબાલ્ટ (Co) ની પરમાણુ રચના
કોબાલ્ટ (Co) એક ધાતુ તત્વ છે જે તેના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો માટે જાણીતું છે, જેમાં ફેરોમેગ્નેટિઝમ અને વિવિધ મિશ્ર ધાતુઓ (alloys) અને પિગમેન્ટ્સ (pigments) માં તેનો ઉપયોગ શામેલ છે. તેની રાસાયણિક વર્તણૂકને સમજવા માટે તેની પરમાણુ રચનાને સમજવી મૂળભૂત છે.
પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન
કોઈપણ તત્વની ઓળખ તેના પરમાણુ ક્રમાંક દ્વારા થાય છે, જે તેના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે.
- પરમાણુ ક્રમાંક (Z): કોબાલ્ટનો પરમાણુ ક્રમાંક 27 છે. આ દર્શાવે છે કે તટસ્થ કોબાલ્ટ પરમાણુના કેન્દ્રમાં 27 પ્રોટોન હોય છે.
- ઇલેક્ટ્રોન: તટસ્થ પરમાણુમાં, વિદ્યુત તટસ્થતા જાળવવા માટે ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. તેથી, તટસ્થ કોબાલ્ટ પરમાણુમાં 27 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
- ન્યુટ્રોન: તત્વના સમસ્થાનિકો (isotopes) માં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ અલગ હોઈ શકે છે. કોબાલ્ટનો સૌથી પ્રચુર અને સ્થિર સમસ્થાનિક કોબાલ્ટ-59 ($\text{Co}^{59}$) છે. દળ સંખ્યા (A) કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે.
- કોબાલ્ટ-59 માટે દળ સંખ્યા (A) = 59
- ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ સંખ્યા (A) - પરમાણુ ક્રમાંક (Z)
- ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 59 - 27 = 32 ન્યુટ્રોન.
ઇલેક્ટ્રોન રચના
ઇલેક્ટ્રોન રચના એ પરમાણુ અથવા અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ પરમાણુ અથવા આણ્વીય ઓર્બિટલ્સમાં કેવી રીતે થાય છે તેનું વર્ણન કરે છે. 27 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા કોબાલ્ટ માટે, રચના આઉફબાઉ સિદ્ધાંત (Aufbau principle), હુંડના નિયમ (Hund’s rule) અને પાઉલી અપવર્જન સિદ્ધાંત (Pauli exclusion principle) ને અનુસરે છે.
તટસ્થ કોબાલ્ટ પરમાણુની ઇલેક્ટ્રોન રચના છે: $\text{1s}^2 \text{2s}^2 \text{2p}^6 \text{3s}^2 \text{3p}^6 \text{4s}^2 \text{3d}^7$
જ્યારે ચડતા મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર (shell) દ્વારા લખવામાં આવે છે, ત્યારે તે છે: $\text{1s}^2 \text{2s}^2 \text{2p}^6 \text{3s}^2 \text{3p}^6 \text{3d}^7 \text{4s}^2$
આને ઉમદા વાયુ કોર નોટેશન (noble gas core notation) નો ઉપયોગ કરીને પણ વ્યક્ત કરી શકાય છે, જે આર્ગોન (Ar) નો સંદર્ભ આપે છે, જેમાં 18 ઇલેક્ટ્રોન ($\text{1s}^2 \text{2s}^2 \text{2p}^6 \text{3s}^2 \text{3p}^6$) હોય છે: $[\text{Ar}] \text{3d}^7 \text{4s}^2$
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના કોષમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન છે અથવા તે ઇલેક્ટ્રોન છે જે રાસાયણિક બંધ (chemical bonds) બનાવવામાં ભાગ લઈ શકે છે. કોબાલ્ટ જેવા સંક્રમણ ધાતુઓ (transition metals) માટે, આ વ્યાખ્યા મુખ્ય જૂથ તત્વો (main group elements) કરતા થોડી વધુ સૂક્ષ્મ હોઈ શકે છે.
- સૌથી વધુ મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર (n) ના આધારે, કોબાલ્ટનો સૌથી બહારનો કોષ 4મો કોષ છે, જેમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન $\text{4s}^2$ સબશેલમાં હોય છે.
- જોકે, સંક્રમણ ધાતુઓ માટે, અપૂર્ણ ભરેલા (n-1)d સબશેલમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન પણ બંધ બનાવવામાં ભાગ લઈ શકે છે. કોબાલ્ટના કિસ્સામાં, $\text{3d}^7$ સબશેલ આંશિક રીતે ભરેલો છે.
- તેથી, 4s અને 3d બંને ઇલેક્ટ્રોનને ધ્યાનમાં લેતા, કોબાલ્ટમાં 9 ઇલેક્ટ્રોન (4s માંથી 2 અને 3d માંથી 7) હોય છે જે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ થઈ શકે છે. કોબાલ્ટની સૌથી સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ +2 અને +3 છે, જે 2 અથવા 3 ઇલેક્ટ્રોનના નુકસાનને દર્શાવે છે, જે સામાન્ય રીતે 4s ઇલેક્ટ્રોનથી શરૂ થાય છે.
કોબાલ્ટ, જે વિવિધ ખનિજોમાં ટ્રેસ તત્વ તરીકે જોવા મળે છે, તે જેટ એન્જિન માટે સુપરએલોય (superalloys) માં તેના ઉપયોગ અને ભારતીય માટીકામ (pottery) અને કાચકામ (glasswork) માં વાદળી પિગમેન્ટ (blue pigment) તરીકે સહિત વિવિધ એપ્લિકેશન્સમાં ભૂમિકા ભજવે છે. તેનો કિરણોત્સર્ગી સમસ્થાનિક, કોબાલ્ટ-60, દેશભરમાં કેન્સરની સારવાર માટે તબીબી રેડિયોથેરાપી યુનિટ્સમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.