લેન્થેનમ (La) - વ્યાપક અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા

પરિચય

લેન્થેનમ (La), તત્વ નંબર 57, એક નરમ, તન્ય, ચાંદી-સફેદ ધાતુમય તત્વ છે જે હવામાં ખુલ્લું મુકવામાં આવે ત્યારે ઝડપથી ઝાંખું પડે છે. તે લેન્થેનાઇડ શ્રેણીનું આદિરૂપ અને પ્રથમ તત્વ છે, જેને ઘણીવાર દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ માનવામાં આવે છે. તેના વર્ગીકરણ છતાં, લેન્થેનમ પૃથ્વીના પોપડામાં પ્રમાણમાં વિપુલ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે. તેના અનન્ય રાસાયણિક ગુણધર્મો, ખાસ કરીને તેની ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાત્મકતા અને સ્થિર +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થાના સંયોજનો બનાવવાની ક્ષમતા, તેને અદ્યતન ઓપ્ટિક્સથી લઈને ઉત્પ્રેરક અને ઊર્જા સંગ્રહ સુધીના વિવિધ આધુનિક તકનીકી એપ્લિકેશન્સમાં મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

• પ્રતીક: La
• પરમાણુ ક્રમાંક: 57
• પરમાણુ દળ: 138.9055 u
• આવર્ત: 6
• સમૂહ: 3 (ઘણીવાર f-બ્લોક અથવા લેન્થેનાઇડ શ્રેણીનું પ્રથમ તત્વ માનવામાં આવે છે)
• બ્લોક: d-બ્લોક (5d¹ ઇલેક્ટ્રોનને કારણે), પરંતુ રાસાયણિક રીતે f-બ્લોક તત્વો સાથે સંકળાયેલ છે.
• સંયોજકતા/સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +3 (સૌથી સ્થિર)
• પ્રકૃતિ: ચાંદી-સફેદ ધાતુ, અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ, ટીપી શકાય તેવી અને ખેંચી શકાય તેવી.
• વર્ગીકરણ: દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ, લેન્થેનાઇડ.

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

ઇલેક્ટ્રોન રચના

લેન્થેનમની મૂળભૂત અવસ્થા ઇલેક્ટ્રોન રચના [Xe] 5d¹ 6s² છે.

• છેલ્લા ઇલેક્ટ્રોનનું 5d પેટાકક્ષામાં સ્થાન લેન્થેનમને તકનીકી રીતે d-બ્લોક તત્વ તરીકે વર્ગીકૃત કરે છે.
• જોકે, તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો અનુગામી લેન્થેનાઇડ શ્રેણી (f-બ્લોક તત્વો) જેવા જ છે જ્યાં 4f પેટાકક્ષા ક્રમશઃ ભરાય છે. ઉચ્ચ શાળા રસાયણશાસ્ત્રમાં વ્યવહારિક હેતુઓ માટે, તેનો અભ્યાસ સામાન્ય રીતે લેન્થેનાઇડ્સ સાથે કરવામાં આવે છે.

બંધન વર્તન

• પ્રાથમિક ઓક્સિડેશન અવસ્થા: લેન્થેનમ મુખ્યત્વે +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે. આ બે 6s ઇલેક્ટ્રોન અને એક 5d ઇલેક્ટ્રોનના નુકસાન દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.
• આયોનિક ગુણધર્મ: તેના પ્રમાણમાં મોટા પરમાણુ કદ અને ઓછી આયનીકરણ ઊર્જાને કારણે, લેન્થેનમ તેના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને સ્થિર La³⁺ આયન બનીને સરળતાથી આયોનિક સંયોજનો બનાવે છે.
• કોઓર્ડિનેશન રસાયણશાસ્ત્ર: La³⁺ આયનો ઉચ્ચ સંકલન સંખ્યા દર્શાવે છે, જે સામાન્ય રીતે ઓક્સિજન અથવા નાઇટ્રોજન દાતા લિગેન્ડ્સ સાથે સંકુલ બનાવે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

લેન્થેનમ એક અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે, ખાસ કરીને સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ તત્વોમાંના એક તરીકે તેની સ્થિતિને કારણે.

1. હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

લેન્થેનમ હવામાં ઝડપથી ઝાંખું પડે છે, લેન્થેનમ(III) ઓક્સાઇડનું સ્તર બનાવે છે. 4La(s) + 3O₂(g) \rightarrow 2La₂O₃(s)

2. પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

લેન્થેનમ ઠંડા પાણી સાથે ધીમે ધીમે અને ગરમ પાણી સાથે વધુ ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરીને લેન્થેનમ(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. 2La(s) + 6H₂O(l) \rightarrow 2La(OH)₃(aq) + 3H₂(g)

3. એસિડ્સ સાથે પ્રતિક્રિયા

લેન્થેનમ પાતળા એસિડ્સમાં (હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ સિવાય, અદ્રાવ્ય LaF₃ બનવાને કારણે) સરળતાથી ઓગળીને લેન્થેનમ(III) ક્ષાર અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. 2La(s) + 6HCl(aq) \rightarrow 2LaCl₃(aq) + 3H₂(g)

4. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

લેન્થેનમ તમામ હેલોજન સાથે પ્રબળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને લેન્થેનમ(III) હેલાઇડ્સ બનાવે છે. 2La(s) + 3Cl₂(g) \rightarrow 2LaCl₃(s)

5. નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ઉચ્ચ તાપમાને, લેન્થેનમ નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને લેન્થેનમ નાઇટ્રાઇડ બનાવે છે. 2La(s) + N₂(g) \rightarrow 2LaN(s)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

• ઉત્પ્રેરક: લેન્થેનમ સંયોજનો, ખાસ કરીને La₂O₃, પેટ્રોલિયમ રિફાઇનિંગ (દા.ત., ફ્લુઇડ કેટાલિટિક ક્રેકિંગ - FCC ઉત્પ્રેરક) અને ઓટોમોટિવ કેટાલિટિક કન્વર્ટરમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
• ઓપ્ટિકલ ગ્લાસ: લેન્થેનમ ઓક્સાઇડને ઓપ્ટિકલ ગ્લાસમાં ઉમેરવામાં આવે છે જેથી તેનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સુધારી શકાય અને ક્રોમેટિક ડિસ્પર્ઝન ઘટાડી શકાય, જે તેને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા કેમેરા લેન્સ, ટેલિસ્કોપ લેન્સ અને નાઇટ વિઝન ઉપકરણો માટે આવશ્યક બનાવે છે.
• મિશ્ચમેટલ: વિવિધ દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનો એક મિશ્રધાતુ, જેમાં લેન્થેનમ મુખ્ય ઘટક (25%) તરીકે હોય છે, જે તેના પાયરોફોરિક ગુણધર્મોને કારણે લાઇટર ફ્લિન્ટ્સમાં ઉપયોગ થાય છે.
• હાઇડ્રોજન સંગ્રહ: લેન્થેનમ-નિકલ મિશ્રધાતુઓ (દા.ત., LaNi₅) હાઇડ્રોજન સંગ્રહ તકનીકોમાં ઉપયોગ થાય છે, જે હાઇડ્રોજનને કાર્યક્ષમ રીતે શોષી અને છોડી દે છે.
• બેટરી: લેન્થેનમ નિકલ-મેટલ હાઇડ્રાઇડ (NiMH) રિચાર્જેબલ બેટરીના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં એક મુખ્ય ઘટક છે, જે સામાન્ય રીતે હાઇબ્રિડ ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં જોવા મળે છે.
• મેડિકલ ઇમેજિંગ: લેન્થેનમ સંયોજનોનો ઉપયોગ કેટલાક મેડિકલ ઇમેજિંગ એપ્લિકેશન્સમાં કોન્ટ્રાસ્ટ એજન્ટ તરીકે થાય છે, ખાસ કરીને એક્સ-રે માટે.

જૈવિક મહત્વ

• બિન-આવશ્યક તત્વ: લેન્થેનમ માનવો અથવા અન્ય જીવોમાં કોઈ આવશ્યક જૈવિક ભૂમિકા ભજવતું હોય તેવું જાણીતું નથી.
• કેલ્શિયમ ચેનલ બ્લોકર: Ca²⁺ જેવી જ આયનીય ત્રિજ્યા અને ચાર્જને કારણે, La³⁺ આયનો જૈવિક પ્રણાલીઓમાં કેલ્શિયમ ચેનલ બ્લોકર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે, જેનો ઉપયોગ કેટલાક સંશોધનોમાં થાય છે.
• ઓછી વિષાળુતા: જ્યારે સામાન્ય રીતે ઓછી તીવ્ર વિષાળુતા ધરાવતું માનવામાં આવે છે, ત્યારે કેટલાક લેન્થેનમ સંયોજનો લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવાથી શરીરમાં જમા થઈ શકે છે.