ક્રોમિયમ (Cr) નો પરિચય
રાસાયણિક પ્રતીક Cr દ્વારા રજૂ થતું ક્રોમિયમ, 24 ના પરમાણુ ક્રમાંક ધરાવતું એક તત્વ છે. તે એક સખત, ચળકતી, ચાંદી-સફેદ ધાતુ છે જે તેની ઉચ્ચ ચમક, કાટ પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ ગલનબિંદુ માટે જાણીતી છે. ક્રોમિયમ સ્ટેનલેસ સ્ટીલનો એક મુખ્ય ઘટક છે, જે તેને તેની લાક્ષણિક ચમક અને કાટ પ્રતિકાર પૂરો પાડે છે. તેનો ઉપયોગ સુશોભન હેતુઓ માટે ક્રોમ પ્લેટિંગમાં અને ધાતુની વસ્તુઓની ટકાઉપણું વધારવા માટે પણ વ્યાપકપણે થાય છે. ભારતમાં, ક્રોમિયમ કાઢવામાં આવતી ક્રોમાઇટ અયસ્કની નોંધપાત્ર અનામતો ઓડિશા જેવા રાજ્યોમાં જોવા મળે છે, જે તેના ઔદ્યોગિક મહત્વમાં ફાળો આપે છે.
મૂળભૂત પરમાણુ સંરચના
કોઈપણ તત્વનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) તેના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા નક્કી કરે છે. તટસ્થ પરમાણુ માટે, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. ન્યુટ્રોનની સંખ્યા ચોક્કસ આઇસોટોપના દળ સંખ્યા (A) પરથી નક્કી કરી શકાય છે.
પ્રોટોન
ક્રોમિયમ (Cr) માટે, 24 ના પરમાણુ ક્રમાંક (Z) સાથે, તેના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા 24 છે.
ન્યુટ્રોન
ક્રોમિયમનો સૌથી પ્રચુર આઇસોટોપ ક્રોમિયમ-52 ($^{52}$Cr) છે. આ આઇસોટોપ માટે દળ સંખ્યા (A) 52 છે. ન્યુટ્રોનની સંખ્યા દળ સંખ્યામાંથી પરમાણુ ક્રમાંક બાદ કરીને ગણવામાં આવે છે:
ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ સંખ્યા (A) - પરમાણુ ક્રમાંક (Z) ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 52 - 24 = 28
તેથી, એક સામાન્ય ક્રોમિયમ-52 પરમાણુમાં 28 ન્યુટ્રોન હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોન
તટસ્થ ક્રોમિયમ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા = પ્રોટોનની સંખ્યા = 24. આ 24 ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ચોક્કસ ઉર્જા સ્તરો અથવા કવચમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી એ પરમાણુ અથવા અણુના ઇલેક્ટ્રોનનું પરમાણુ અથવા પરમાણુ ઓર્બિટલમાં વિતરણ દર્શાવે છે. ક્રોમિયમ માટે, 24 ઇલેક્ટ્રોન સાથે, ઔફબૌ સિદ્ધાંતના આધારે અપેક્ષિત ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^4$ હશે. જોકે, અર્ધ-ભરેલા ઓર્બિટલ્સ સાથે સંકળાયેલી સ્થિરતાને કારણે ક્રોમિયમ આ નિયમનો અપવાદ દર્શાવે છે.
ક્રોમિયમની વાસ્તવિક ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી છે:
$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1 3d^5$
આને આર્ગોન ([Ar]) ના ઉમદા વાયુ ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને ટૂંકા સ્વરૂપમાં પણ લખી શકાય છે:
[Ar] $4s^1 3d^5$
આ ગોઠવણી વધુ સ્થિર છે કારણ કે પાંચ ઉપલબ્ધ 3d ઓર્બિટલમાં પાંચ ઇલેક્ટ્રોન (દરેક ઓર્બિટલ એકલ કબજે કરેલ) અને 4s ઓર્બિટલમાં એક ઇલેક્ટ્રોન હોવાથી અર્ધ-ભરેલો 3d સબશેલ બને છે. અર્ધ-ભરેલા અને સંપૂર્ણ ભરેલા સબશેલ્સ ઇલેક્ટ્રોનના સમપ્રમાણસર વિતરણ અને વિનિમય ઉર્જાને કારણે વધારાની સ્થિરતા ધરાવે છે.
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના ઇલેક્ટ્રોન કવચમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં ભાગ લે છે.
ક્રોમિયમ માટે, ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી [Ar] $4s^1 3d^5$ છે. સૌથી બહારનું મુખ્ય ઉર્જા સ્તર n=4 છે, જેમાં $4s$ ઓર્બિટલમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ $4s^1$ ઇલેક્ટ્રોનને પ્રાથમિક વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ગણવામાં આવે છે.
જોકે, ક્રોમિયમ જેવા સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, (n-1)d સબશેલ (આ કિસ્સામાં, $3d^5$) માં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન સૌથી બહારના ns સબશેલ ($4s^1$) ની ઉર્જાની ખૂબ નજીક હોય છે. પરિણામે, $3d$ ઇલેક્ટ્રોન પણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને બંધનમાં ભાગ લઈ શકે છે, જેનાથી સંક્રાંતિ તત્વોમાં સામાન્ય રીતે જોવા મળતી ચલ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ બને છે. તેથી, જ્યારે સૌથી બહારના કવચ માં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા 1 હોય છે, ત્યારે બંધન માટે ઉપલબ્ધ અને રાસાયણિક ગુણધર્મોને પ્રભાવિત કરતા ઇલેક્ટ્રોનમાં $4s^1$ અને $3d^5$ બંને ઇલેક્ટ્રોનનો અસરકારક રીતે સમાવેશ થાય છે. આ ક્રોમિયમ માટે +2, +3 અને +6 જેવી સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ તરફ દોરી જાય છે.