સ્કેન્ડિયમનો પરિચય
સ્કેન્ડિયમ (Sc) એ ચાંદી-સફેદ ધાતુમય તત્વ છે જે આવર્ત કોષ્ટકમાં પ્રથમ સંક્રાંતિ ધાતુ તરીકે સ્થાન ધરાવે છે. તેનો પરમાણુ ક્રમાંક 21 છે અને તે સમૂહ 3 અને આવર્ત 4 માં આવેલું છે. સંક્રાંતિ ધાતુ હોવા છતાં, તેની ઇલેક્ટ્રોનિક સંરચનાને કારણે તે દુર્લભ-પૃથ્વી તત્વો (rare earth elements) જેવા ગુણધર્મો દર્શાવે છે. સ્કેન્ડિયમ પ્રમાણમાં દુર્લભ છે અને મુખ્યત્વે થોર્ટવેઇટાઇટ (thortveitite) જેવા ખનિજોમાં જોવા મળે છે. ભારતમાં, અન્ય ઘણા દુર્લભ-પૃથ્વી તત્વોની જેમ, સ્કેન્ડિયમ મોનાઝાઇટ રેતીમાં, ખાસ કરીને કેરળ અને ઓડિશા જેવા દરિયાકાંઠાના પ્રદેશોમાં, જ્યાં આવા ખનિજોને તેમના દુર્લભ-પૃથ્વી ઘટકો માટે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, ત્યાં અલ્પ માત્રામાં હાજર હોઈ શકે છે.
સ્કેન્ડિયમના મૂળભૂત પરમાણુ કણો
સ્કેન્ડિયમની પરમાણુ સંરચના, અન્ય કોઈપણ તત્વની જેમ, તેમાં રહેલા પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થાય છે.
પરમાણુ ક્રમાંક (Z)
કોઈ તત્વનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z) એ પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં જોવા મળતા પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે. સ્કેન્ડિયમ માટે, પરમાણુ ક્રમાંક 21 છે.
- સ્કેન્ડિયમમાં પ્રોટોનની સંખ્યા = 21
દળ સંખ્યા (A) અને ન્યુટ્રોન
દળ સંખ્યા (A) એ પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે. સ્કેન્ડિયમનો સૌથી પ્રચુર અને સ્થિર આઇસોટોપ સ્કેન્ડિયમ-45 (⁴⁵Sc) છે.
- સ્કેન્ડિયમ-45 ની દળ સંખ્યા = 45
- ન્યુટ્રોનની સંખ્યા પરમાણુ ક્રમાંકને દળ સંખ્યામાંથી બાદ કરીને ગણવામાં આવે છે: ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ સંખ્યા - પરમાણુ ક્રમાંક.
- સ્કેન્ડિયમ-45 માં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 45 - 21 = 24
ઇલેક્ટ્રોન
તટસ્થ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. સ્કેન્ડિયમનો પરમાણુ ક્રમાંક 21 હોવાથી, તટસ્થ સ્કેન્ડિયમ પરમાણુમાં 21 ઇલેક્ટ્રોન હશે.
- તટસ્થ સ્કેન્ડિયમ પરમાણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા = 21
સ્કેન્ડિયમની ઇલેક્ટ્રોન રચના
ઇલેક્ટ્રોન રચના એ પરમાણુ કક્ષકોમાં પરમાણુ અથવા અણુના ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ દર્શાવે છે. સ્કેન્ડિયમ (Z=21) માટે, 21 ઇલેક્ટ્રોન ઔફ્બાઉ સિદ્ધાંત (Aufbau principle), પાઉલી અપવર્જન સિદ્ધાંત (Pauli exclusion principle) અને હુંડના નિયમ (Hund’s rule) અનુસાર ભરાય છે.
સ્કેન્ડિયમની સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના આ પ્રમાણે છે: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s²
આને આ રીતે સમજી શકાય છે:
- 1s²: પ્રથમ ઉર્જા સ્તરની s-કક્ષકમાં બે ઇલેક્ટ્રોન.
- 2s² 2p⁶: બીજા ઉર્જા સ્તરની s-કક્ષકમાં બે ઇલેક્ટ્રોન અને તેની p-કક્ષકોમાં છ ઇલેક્ટ્રોન, જે બીજા શેલને પૂર્ણ કરે છે (8 ઇલેક્ટ્રોન).
- 3s² 3p⁶: ત્રીજા ઉર્જા સ્તરની s-કક્ષકમાં બે ઇલેક્ટ્રોન અને તેની p-કક્ષકોમાં છ ઇલેક્ટ્રોન, જે સંપૂર્ણ આર્ગોન કોર બનાવે છે (અત્યાર સુધીમાં 18 ઇલેક્ટ્રોન: [Ar]).
- 3d¹: 3d કક્ષકમાં એક ઇલેક્ટ્રોન.
- 4s²: ચોથા ઉર્જા સ્તરની s-કક્ષકમાં બે ઇલેક્ટ્રોન.
આર્ગોનને કોર તરીકે ઉપયોગ કરીને, ઉમદા વાયુ (noble gas) રચના આને સરળ બનાવે છે: [Ar] 3d¹ 4s²
સ્કેન્ડિયમના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન
સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના શેલમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન છે, જે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે. સ્કેન્ડિયમ જેવી સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, સૌથી બહારના s-ઉપશેલના ઇલેક્ટ્રોન અને અંતિમ (n-1)d-ઉપશેલના ઇલેક્ટ્રોન બંને બંધનમાં ભાગ લઈ શકે છે.
[Ar] 3d¹ 4s² ઇલેક્ટ્રોન રચના ધરાવતા સ્કેન્ડિયમ માટે:
- સૌથી બહારનું મુખ્ય ઉર્જા સ્તર n=4 છે, જેમાં 4s ઉપશેલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
- અંતિમ 3d ઉપશેલમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
તેથી, સ્કેન્ડિયમ સામાન્ય રીતે ધરાવે છે:
- સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા = 2 (4s માંથી) + 1 (3d માંથી) = 3 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન
આ સમજાવે છે કે શા માટે સ્કેન્ડિયમ તેના સંયોજનોમાં મુખ્યત્વે +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે, આ ત્રણ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને આર્ગોન જેવી સ્થિર ઉમદા વાયુ રચના પ્રાપ્ત કરે છે.