આયર્ન (Fe): પરમાણુ સંરચના અને રાસાયણિક બંધન

પરમાણુ પરિમાણોનો પરિચય

આયર્ન (Fe) એક સંક્રાંતિ ધાતુ છે જેનો પરમાણુ ક્રમાંક 26 છે.

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 26 (કેન્દ્રમાં પ્રોટોનની સંખ્યા).
• પ્રોટોન: 26
• ઇલેક્ટ્રોન: 26 (તટસ્થ પરમાણુમાં)
• ન્યુટ્રોન: સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક $^\{56\}\text\{Fe\}$ માટે, ન્યુટ્રોનની સંખ્યા દળ સંખ્યા (A) - પરમાણુ ક્રમાંક (Z) = 56 - 26 = 30 છે.
• સાપેક્ષ પરમાણુ દળ: 55.845 u (પરમાણુ દળ એકમો).

સબશેલ ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી

આયર્ન (Fe) ની તેની ગ્રાઉન્ડ અવસ્થામાં ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી ઔફબાઓ સિદ્ધાંત, હુંડના મહત્તમ બહુલતાના નિયમ અને પાઉલીના અપવર્જન સિદ્ધાંતને અનુસરે છે.

• પૂર્ણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક સંકેત: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^6$
• ઉમદા વાયુ સંકેત: $[\text\{Ar\}] 4s^2 3d^6$

ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સને નીચે મુજબ ભરે છે:

• $1s$: 2 ઇલેક્ટ્રોન
• $2s$: 2 ઇલેક્ટ્રોન
• $2p$: 6 ઇલેક્ટ્રોન
• $3s$: 2 ઇલેક્ટ્રોન
• $3p$: 6 ઇલેક્ટ્રોન
• $4s$: 2 ઇલેક્ટ્રોન
• $3d$: 6 ઇલેક્ટ્રોન (ઔફબાઓ સિદ્ધાંત મુજબ, $3d$ પહેલાં $4s$ ભરાય છે, પરંતુ $4s$ ભરાયા પછી $3d$ ઊર્જામાં નીચો હોય છે, તેથી જો ઇચ્છિત હોય તો $3d$ સંક્ષિપ્ત સંકેતમાં $4s$ પહેલાં લખાય છે, પરંતુ $4s^2 3d^6$ સૌથી બહારના કોષને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે.)

ઓર્બિટલ ડાયાગ્રામ (સંયોજકતા કોષ): સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન સૌથી બહારના $4s$ અને આંશિક રીતે ભરાયેલા $3d$ ઓર્બિટલ્સમાં રહે છે.

$4s$: $\underline\{\uparrow\downarrow\}$ $3d$: $\underline\{\uparrow\downarrow\}\ \underline\{\uparrow\}\ \underline\{\uparrow\}\ \underline\{\uparrow\}\ \underline\{\uparrow\}$ ($3d$ માં એક જોડીદાર ઇલેક્ટ્રોન, ચાર અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન)

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અને સંયોજકતા

આયર્ન જેવી સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, $(n-1)d$ ઇલેક્ટ્રોન પણ $ns$ ઇલેક્ટ્રોન ઉપરાંત બંધનમાં સામેલ હોય છે.

• સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન: $4s^2$ ઇલેક્ટ્રોન અને $3d^6$ ઇલેક્ટ્રોન રાસાયણિક વર્તનમાં ફાળો આપે છે.
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ:
  • +2 (ફેરસ): $\text\{Fe\}^\{2+\}$ આયન. બે $4s$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાથી બને છે.
    • ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $[\text\{Ar\}] 3d^6$
    • આ અવસ્થા સામાન્ય અને પ્રમાણમાં સ્થિર હોય છે.
  • +3 (ફેરિક): $\text\{Fe\}^\{3+\}$ આયન. બે $4s$ ઇલેક્ટ્રોન અને એક $3d$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાથી બને છે.
    • ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: $[\text\{Ar\}] 3d^5$
    • આ અવસ્થા અર્ધ-ભરાયેલા $3d$ સબશેલને કારણે અત્યંત સ્થિર હોય છે, જે વધારાની સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
  • અન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: ઓછી સામાન્ય પરંતુ અવલોકન કરાયેલી અવસ્થાઓમાં +4 અને +6 (દા.ત., ફેર્રેટ્સમાં, $\text\{FeO\}_4^\{2-\}$) શામેલ છે, ખાસ કરીને ઓક્સિજન જેવા ઉચ્ચ વિદ્યુતઋણતાવાળા તત્વો સાથે. જોકે, +2 અને +3 ઉચ્ચ શાળા સ્તર માટે સૌથી પ્રચલિત અને મહત્વપૂર્ણ છે.

બંધન વર્તન

આયર્ન તેના રાસાયણિક વાતાવરણના આધારે વિવિધ બંધન વર્તન દર્શાવે છે.

1. ધાત્વિક બંધન

• તેની મૂળભૂત અવસ્થામાં, આયર્ન ધાત્વિક જાળી બનાવે છે.
• સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ($4s$ અને $3d$ ઓર્બિટલ્સમાંથી) વિસ્થાનિકૃત (delocalized) હોય છે, જે