ફોસ્ફરસ (P) - પરમાણુ સંરચના અને રાસાયણિક બંધન

પરમાણુ માપદંડનો પરિચય

ફોસ્ફરસ (P) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 15 (નાઇટ્રોજન કુટુંબ) માં આવેલું બિન-ધાતુ તત્વ છે. તેની પરમાણુ સંરચના તેના વિવિધ રાસાયણિક ગુણધર્મોને નિયંત્રિત કરે છે.

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 15
  • કેન્દ્રમાં પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે.
• દળ સંખ્યા (A): આશરે 31 (સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક, $^\{31\}$P માટે)
  • કેન્દ્રમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે.
• પ્રોટોનની સંખ્યા: 15
• ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા: 15 (તટસ્થ ફોસ્ફરસ પરમાણુમાં)
• ન્યુટ્રોનની સંખ્યા: 16 (દળ સંખ્યા - પરમાણુ ક્રમાંક = 31 - 15 = $^\{31\}$P માટે 16 તરીકે ગણતરી કરેલ)

પેટાકોષ ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી

વિવિધ પેટાકોષોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ ફોસ્ફરસની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાત્મકતા નક્કી કરે છે.

સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

સંક્ષિપ્ત ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી

[Ne] 3s² 3p³

કક્ષક આકૃતિ

    1s      2s          2p          3s          3p
  (↑↓)    (↑↓)    (↑↓)(↑↓)(↑↓)    (↑↓)    (↑ )(↑ )(↑ )

• સમજૂતી:
  • પ્રથમ બે કોષો (1s, 2s, 2p) સંપૂર્ણપણે ભરાયેલા છે, જે નિયોન ([Ne]) જેવી સ્થિર કોર ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી બનાવે છે.
  • ત્રીજા કોષમાં 5 ઇલેક્ટ્રોન છે: 3s કક્ષકમાં બે અને 3p કક્ષકોમાં ત્રણ, જે હુંડના મહત્તમ ગુણાકારના નિયમ અનુસાર અર્ધ-ભરાયેલા છે.
  • ખાલી 3d કક્ષકોની હાજરી (જોકે ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે) અષ્ટકના વિસ્તરણને મંજૂરી આપે છે.

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અને સંયોજકતા

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન એ સૌથી બહારના કોષમાં (ફોસ્ફરસ માટે n=3) હોય છે અને મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે.

• સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા: 5 (3s² 3p³)
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
  • -3: તેનું અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે ત્રણ ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને પ્રાપ્ત થાય છે (દા.ત., ફોસ્ફાઇડ્સ જેમ કે Na₃P, Mg₃P₂ અને ફોસ્ફીન, PH₃ માં).
  • +3: તેના ત્રણ 3p ઇલેક્ટ્રોનને વહેંચીને પ્રાપ્ત થાય છે (દા.ત., PCl₃, PBr₃ માં). આ અવસ્થામાં, ફોસ્ફરસ 3s કક્ષક પર એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ જાળવી રાખે છે.
  • +5: તેના પાંચેય સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનને (એક 3s અને ત્રણ 3p ઇલેક્ટ્રોન) બંધનમાં સામેલ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આમાં સામાન્ય રીતે એક 3s ઇલેક્ટ્રોનને ખાલી 3d કક્ષકમાં પ્રમોટ કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જે અષ્ટકના વિસ્તરણને સક્ષમ બનાવે છે (દા.ત., PCl₅, POCl₃, H₃PO₄, PO₄³⁻ માં).
• સંયોજકતા:
  • 3 ની સંયોજકતા દર્શાવી શકે છે (દા.ત., PH₃, PCl₃).
  • 5 ની સંયોજકતા દર્શાવી શકે છે (દા.ત., PCl₅, H₃PO₄).

બંધન વર્તન

ફોસ્ફરસ મુખ્યત્વે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે કારણ કે તેની સાપેક્ષ રીતે ઉચ્ચ વિદ્યુતઋણતા (પૉલિંગ સ્કેલ પર 2.19) અને ઇલેક્ટ્રોન વહેંચીને સ્થિર અષ્ટક પ્રાપ્ત કરવાની વૃત્તિ હોય છે. તે અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુઓ સાથે આયનીય બંધ પણ બનાવી શકે છે. તેના સંયોજકતા કોષમાં ખાલી 3d કક્ષકોની હાજરી અષ્ટક વિસ્તરણ અને વિવિધ સંકરણ અવસ્થાઓને મંજૂરી આપે છે.

બંધના પ્રકારો

1. સહસંયોજક બંધન: સૌથી સામાન્ય. ફોસ્ફરસ અન્ય બિન-ધાતુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોન વહેંચે છે.
2. આયનીય બંધન: અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુઓ સાથે રચાય છે, જ્યાં ફોસ્ફરસ P³⁻ આયનો બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે (દા.ત., મેટલ ફોસ્ફાઇડ્સ જેમ કે Na₃P માં).
3. સવર્ગ બંધન: ફોસ્ફરસ તેના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ દ્વારા લુઇસ બેઝ (ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ દાતા) તરીકે કાર્ય કરી શકે છે (દા.ત., ફોસ્ફાઇન્સ R₃P મેટલ આયનો સાથે સંકિર્ણ બનાવે છે). P=O બંધ જેવા સંયોજનોમાં, પ્રારંભિક રચનાને સવર્ગ બંધ તરીકે તર્કસંગત બનાવી શકાય છે, જેને પછી અનુનાદને કારણે ઘણીવાર દ્વિબંધ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.

મુખ્ય સંયોજનોનું સંકરણ અને ભૂમિતિ

સંયોજન	P નું સંકરણ	P ની આસપાસની ભૂમિતિ	બંધનો પ્રકાર/પ્રકૃતિ
P₄ (સફેદ P)	sp³	સમચતુષ્ફલકીય	ખૂબ તણાવગ્રસ્ત P-P સહસંયોજક બંધો (60° બંધ કોણ). અપરરૂપ.
PH₃ (ફોસ્ફીન)	sp³	પિરામિડલ	3 P-H સહસંયોજક બંધો, 1 અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ.
PCl₃	sp³	પિરામિડલ	3 P-Cl સહસંયોજક બંધો, 1 અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ.
PCl₅ (વાયુમય)	sp³d	ત્રિકોણીય દ્વિપિરામિડલ	5 P-Cl સહસંયોજક બંધો. અક્ષીય બંધો વિષુવવૃત્તીય બંધો કરતાં લાંબા હોય છે.
PCl₅ (ઘન)	લાગુ પડતું નથી	[PCl₄]⁺ (સમચતુષ્ફલકીય), [PCl₆]⁻ (અષ્ટફલકીય)	આયનીય ઘન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે: [PCl₄]⁺[PCl₆]⁻.
POCl₃	sp³	સમચતુષ્ફલકીય	3 P-Cl, 1 P=O સહસંયોજક બંધો.
H₃PO₄	sp³	સમચતુષ્ફલકીય	3 P-OH, 1 P=O સહસંયોજક બંધો.
PO₄³⁻ (ફોસ્ફેટ આયન)	sp³	સમચતુષ્ફલકીય	અનુનાદી P-O બંધો (એક P=O, ત્રણ P-O⁻).
P₄O₆ (ફોસ્ફરસ ટ્રાયોક્સાઇડ)	sp³	સમચતુષ્ફલકીય (દરેક P)	P-O-P સેતુઓ સાથે પાંજરા જેવી સંરચના.
P₄O₁₀ (ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ)	sp³	સમચતુષ્ફલકીય (દરેક P)	P-O-P સેતુઓ અને અંતિમ P=O બંધો સાથે પાંજરા જેવી સંરચના.

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• ફોસ્ફરસની ખાલી 3d કક્ષકોનો બંધન માટે ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા વિસ્તૃત અષ્ટક (દા.ત., PCl₅, H₃PO₄) વાળા સંયોજનો બનાવવા અને ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થા પ્રાપ્ત કરવા માટે નિર્ણાયક છે.
• ફોસ્ફરસ તેના તત્વરૂપ સ્વરૂપો (જેમ કે સફેદ, લાલ અને કાળો ફોસ્ફરસ) અને કેટલાક સંયોજનોમાં કેટેનેશન (P-P બંધો) દર્શાવે છે.