રુથેનિયમનો પરિચય
રુથેનિયમ (Ru) એ આવર્ત કોષ્ટકના ગ્રુપ 8 અને પિરિયડ 5 માં આવતી એક દુર્લભ સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તેનો પરમાણુ ક્રમાંક 44 છે. તે પ્લેટિનમ-ગ્રુપની છ ધાતુઓમાંથી એક છે, જે તેની અસાધારણ કઠિનતા, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ અને કાટ પ્રતિકાર માટે જાણીતી છે. રુથેનિયમનો મુખ્યત્વે અન્ય પ્લેટિનમ-ગ્રુપ ધાતુઓ સાથેના મિશ્રધાતુઓમાં સખત બનાવવા માટે, વિદ્યુત સંપર્કોમાં અને વિવિધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ થાય છે. ભારતમાં તેનું વ્યાપકપણે ખાણકામ થતું ન હોવા છતાં, અદ્યતન ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, રાસાયણિક ઉદ્યોગો અને વિશિષ્ટ દાગીનાના મિશ્રધાતુઓમાં તેની એપ્લિકેશનો વૈશ્વિક સ્તરે અને ભારતના ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોમાં સુસંગત છે.
રુથેનિયમના મૂળભૂત પરમાણુ કણો
કોઈપણ તત્વની પરમાણુ રચના તેમાં રહેલા પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થાય છે.
પ્રોટોન
કોઈપણ તત્વનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) તેના પરમાણુના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોનની સંખ્યાને સીધો અનુરૂપ હોય છે. રુથેનિયમ (Ru) માટે, પરમાણુ ક્રમાંક 44 છે. તેથી, રુથેનિયમના પરમાણુમાં 44 પ્રોટોન હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોન
તટસ્થ પરમાણુમાં, કેન્દ્રની આસપાસ ભ્રમણ કરતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. આ સંતુલન સુનિશ્ચિત કરે છે કે પરમાણુ પર કોઈ ચોખ્ખો વિદ્યુત ભાર નથી. તટસ્થ રુથેનિયમના પરમાણુમાં 44 પ્રોટોન હોવાથી, તેમાં 44 ઇલેક્ટ્રોન પણ હોય છે.
ન્યુટ્રોન
પરમાણુમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ-અલગ હોઈ શકે છે, જેના કારણે તત્વના વિવિધ આઇસોટોપ્સ બને છે. કોઈપણ આઇસોટોપનો દળ ક્રમાંક (A) તેના પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સરવાળો છે. રુથેનિયમનો સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં કુદરતી રીતે મળતો આઇસોટોપ રુથેનિયમ-102 ($^{102}$Ru) છે. રુથેનિયમ-102 માં ન્યુટ્રોનની સંખ્યાની ગણતરી કરવા માટે: ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ ક્રમાંક (A) - પ્રોટોનની સંખ્યા (Z) ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 102 - 44 = 58 ન્યુટ્રોન. રુથેનિયમના અન્ય આઇસોટોપ્સ અલગ-અલગ ન્યુટ્રોન સંખ્યા સાથે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, પરંતુ સામાન્ય હેતુઓ માટે, સૌથી વધુ વિપુલ આઇસોટોપ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું સામાન્ય છે.
રુથેનિયમની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી પરમાણુના કેન્દ્રની આસપાસના પરમાણુ કક્ષકોમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનું વર્ણન કરે છે. રુથેનિયમ માટે, 44 ઇલેક્ટ્રોન સાથે, ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી ઔફ્બાઉ સિદ્ધાંત, હુંડના નિયમ અને પાઉલી અપવર્જન સિદ્ધાંત અનુસાર કક્ષકોને ભરીને નક્કી કરવામાં આવે છે.
રુથેનિયમ માટેની સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી આ પ્રમાણે છે: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^1 4d^7$
આને ક્રિપ્ટોન (Kr) ના નોબલ ગેસ કોર ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને સંક્ષિપ્ત સ્વરૂપમાં પણ લખી શકાય છે, જેમાં 36 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે: $[Kr] 4d^7 5s^1$
એવું અવલોકન કરવામાં આવે છે કે રુથેનિયમ કડક ઔફ્બાઉ ભરવાના ક્રમનો અપવાદ દર્શાવે છે, જ્યાં $5s$ કક્ષકમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન $4d$ કક્ષકમાં જાય છે, જેના પરિણામે અપેક્ષિત $5s^2 4d^6$ ને બદલે $5s^1 4d^7$ ગોઠવણી મળે છે. આવું એટલા માટે થાય છે કારણ કે $5s$ કક્ષક ($5s^1$) અડધા ભરેલો હોવાથી $4d^7$ ગોઠવણી અથવા તેનાથી પણ વધુ સ્થિર $4d^8$ ગોઠવણી (જે ઘણીવાર સંયોજનોમાં પ્રાપ્ત થાય છે) કક્ષકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોન-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિકર્ષણના ઘટાડાને કારણે પરમાણુને વધુ સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
રુથેનિયમના વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ સૌથી બહારના મુખ્ય ઊર્જા સ્તરમાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન છે અને, સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, અપૂર્ણ ભરેલા d-પેટા કક્ષકોમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન પણ રાસાયણિક બંધનમાં ભાગ લઈ શકે છે. આ ઇલેક્ટ્રોન તત્વના રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાત્મકતા નક્કી કરવા માટે નિર્ણાયક છે.
રુથેનિયમ માટે, સૌથી બહારનું મુખ્ય ઊર્જા સ્તર $n=5$ છે, જેમાં $5s^1$ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. વધુમાં, ($n-1$) શેલમાં (જ્યાં $n=5$) આંશિક રીતે ભરેલો $4d^7$ પેટા કક્ષક પણ એવા ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે જે સરળતાથી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે.
તેથી, રુથેનિયમ માટેના વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન $5s^1$ ઇલેક્ટ્રોન અને $4d^7$ ઇલેક્ટ્રોન છે. કુલ વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા = $1 (5s માંથી) + 7 (4d માંથી) = \textbf{8 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન}$. આ ઇલેક્ટ્રોન રુથેનિયમની વિવિધ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ બનાવવાની ક્ષમતા અને તેના ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.