ટંગસ્ટનની પરમાણુ સંરચનાને સમજવી
ટંગસ્ટન (W) એક આકર્ષક તત્વ છે જેમાં અનન્ય ગુણધર્મો છે, ખાસ કરીને તેનું અપવાદરૂપે ઊંચું ગલનબિંદુ, જે તેને ઘણા ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો માટે મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે. ભારતમાં, નોંધપાત્ર ખાણકામ સક્રિય ન હોવા છતાં, દેગાના, રાજસ્થાન જેવા ઐતિહાસિક ભંડારો અસ્તિત્વમાં છે. ટંગસ્ટન રોજિંદા વસ્તુઓ જેવી કે ઇન્કેન્ડેસન્ટ લાઇટ બલ્બના ફિલામેન્ટ્સ, વેલ્ડીંગ ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને કટીંગ ટૂલ્સ માટેના ખાસ એલોય્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
ટંગસ્ટન પરમાણુમાં મૂળભૂત કણો
કોઈપણ તત્વનો દરેક પરમાણુ તેના પરમાણુ ક્રમાંક (Z) દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થાય છે, જે તેના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે. ટંગસ્ટનનો પરમાણુ ક્રમાંક 74 છે.
- પ્રોટોન: તટસ્થ ટંગસ્ટન પરમાણુ માટે, પ્રોટોનની સંખ્યા 74 છે. આ ધન ભારિત કણો ન્યુક્લિયસમાં રહે છે.
- ઇલેક્ટ્રોન: તટસ્થ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે જેથી વીજભાર સંતુલિત રહે. આમ, એક તટસ્થ ટંગસ્ટન પરમાણુમાં 74 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ ઋણ ભારિત કણો ન્યુક્લિયસની આસપાસ ચોક્કસ ઉર્જા સ્તરોમાં ફરે છે.
- ન્યુટ્રોન: તત્વના સમસ્થાનિકો (isotopes) વચ્ચે ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ અલગ હોઈ શકે છે. ટંગસ્ટનનો સૌથી પ્રચુર સમસ્થાનિક ટંગસ્ટન-184 ($^{184}$W) છે, જેનો પરમાણુ દળ ક્રમાંક 184 છે. ન્યુટ્રોનની સંખ્યા પરમાણુ દળ ક્રમાંકમાંથી પરમાણુ ક્રમાંક (પ્રોટોન) બાદ કરીને ગણવામાં આવે છે: ન્યુટ્રોન = દળ ક્રમાંક - પરમાણુ ક્રમાંક ન્યુટ્રોન = 184 - 74 = 110 ટંગસ્ટનના અન્ય કુદરતી રીતે બનતા સમસ્થાનિકોમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ હશે, ઉદાહરણ તરીકે, ટંગસ્ટન-182 માં 108 ન્યુટ્રોન છે, અને ટંગસ્ટન-186 માં 112 ન્યુટ્રોન છે.
ટંગસ્ટનની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી પરમાણુના પરમાણુ કક્ષકોમાં ઇલેક્ટ્રોનની વ્યવસ્થાનું વર્ણન કરે છે. ટંગસ્ટન (Z=74) માટે, મૂળભૂત અવસ્થાની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી બે રીતે લખી શકાય છે: સંપૂર્ણ સંકેત અથવા સંક્ષિપ્ત ઉમદા વાયુ સંકેત.
-
સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d⁴ 6s²
-
સંક્ષિપ્ત ઉમદા વાયુ ગોઠવણી: આ સંકેત કોર ઇલેક્ટ્રોનનું પ્રતિનિધિત્વ કરવા માટે અગાઉના ઉમદા વાયુના પ્રતીકનો ઉપયોગ કરે છે. ઝેનોન (Xe) ટંગસ્ટન પહેલાંનો ઉમદા વાયુ છે, જેનો પરમાણુ ક્રમાંક 54 છે. તેની ગોઠવણી 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ છે. તેથી, ટંગસ્ટન માટે સંક્ષિપ્ત ગોઠવણી આ પ્રમાણે છે: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²
આ ગોઠવણી દર્શાવે છે કે ઝેનોનના સ્થિર ઇલેક્ટ્રોન શેલ પછી, 4f સબશેલમાં 14 ઇલેક્ટ્રોન, 5d સબશેલમાં 4 ઇલેક્ટ્રોન અને 6s સબશેલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન છે. 4f સબશેલ સંપૂર્ણપણે ભરાયેલું છે, જ્યારે 5d અને 6s સબશેલ આંશિક રીતે ભરાયેલા છે.
ટંગસ્ટનમાં સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન
સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના શેલમાં અને આંશિક રીતે ભરાયેલા આંતરિક શેલોમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન છે જે રાસાયણિક બંધનમાં ભાગ લે છે. ટંગસ્ટન જેવા સંક્રમણ ધાતુઓ માટે, સૌથી બહારના ‘s’ ઇલેક્ટ્રોન અને આંશિક રીતે ભરાયેલા (n-1)d સબશેલમાં (જ્યાં n એ સૌથી બહારના શેલનો મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર છે) રહેલા ઇલેક્ટ્રોન બંનેને સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગણવામાં આવે છે.
ટંગસ્ટન માટે:
- સૌથી ઊંચો મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર n=6 છે, જેમાં 6s² ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
- 5d સબશેલ, એક આંતરિક શેલ (n-1 = 5), 5d⁴ ઇલેક્ટ્રોનથી આંશિક રીતે ભરાયેલું છે.
આથી, ટંગસ્ટનમાં 6 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (6s માંથી 2 અને 5d માંથી 4) છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધન બનાવવામાં અને ટંગસ્ટનની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતા અને ઓક્સિડેશન અવસ્થા નક્કી કરવામાં સામેલ હોય છે, જેમ કે તેની સામાન્ય +6 ઓક્સિડેશન અવસ્થા.