સલ્ફર (S): પરમાણુ રચના અને રાસાયણિક બંધન

સલ્ફર (S) ના પરમાણુ પરિમાણોનો પરિચય

સલ્ફર (S) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 16 (ચેલ્કોજન્સ) અને આવર્ત 3 માં આવતું અધાતુ તત્વ છે. તેની પરમાણુ રચના તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 16
  • કેન્દ્રમાં 16 પ્રોટોન સૂચવે છે.
  • તટસ્થ સલ્ફર પરમાણુમાં, 16 ઇલેક્ટ્રોન પણ હોય છે.
• દળ ક્રમાંક (A): આશરે 32 પરમાણુ દળ એકમ (amu).
  • સલ્ફરનો સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક $^\{32\}\text\{S\}$ છે.
  • ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ ક્રમાંક - પરમાણુ ક્રમાંક = $32 - 16 = 16$.
• પ્રતીક: S
• બ્લોક: p-બ્લોક તત્વ

ઉપકક્ષા ઇલેક્ટ્રોન રચના

ઇલેક્ટ્રોન રચના વિવિધ ઉર્જા સ્તરો અને ઉપકક્ષાઓમાં ઇલેક્ટ્રોનના વિતરણનું વર્ણન કરે છે.

સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના

$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$

નિષ્ક્રિય વાયુ રચના

$[\text\{Ne\}] 3s^2 3p^4$

કક્ષકીય આકૃતિ સમજૂતી

સંયોજકતા કક્ષા ત્રીજી કક્ષા ($n=3$) છે, જેમાં 6 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ 6 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનનું $3s$ અને $3p$ ઉપકક્ષાઓમાં વિતરણ નીચે મુજબ છે:

• $3s$ કક્ષક: $\underline\{\uparrow\downarrow\}$ (યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન)
• $3p$ કક્ષકો: $\underline\{\uparrow\downarrow\}$ $\underline\{\uparrow\quad\}$ $\underline\{\uparrow\quad\}$ (એક યુગ્મિત, બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન)

સલ્ફર ખાલી $3d$ કક્ષકો ધરાવે છે (દા.ત., $3d^0$). આ ખાલી $d$-કક્ષકોની હાજરી સલ્ફરને તેનું અષ્ટક વિસ્તૃત કરવા અને પરિવર્તનશીલ સંયોજકતા તેમજ ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ દર્શાવવા દે છે, જે આવર્ત 2 ના તત્વો (જેમ કે ઓક્સિજન) માટે $d$-કક્ષકોની ગેરહાજરીને કારણે શક્ય નથી.

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અને સંયોજકતા

સલ્ફરમાં 6 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ($3s^2 3p^4$) હોય છે. આ ઇલેક્ટ્રોન રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે.

સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ અને સંયોજકતા

1. -2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
   • તેનું અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે બે ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને પ્રાપ્ત થાય છે, જેનાથી સલ્ફાઇડ આયન ($\text\{S\}^\{2-\}$) બને છે.
   • સંયોજકતા: 2.
   • ઉદાહરણો: $\text\{H\}_2\text\{S\}$, $\text\{Na\}_2\text\{S\}$, $\text\{MgS\}$.
2. 0 ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
   • તેના મૂળભૂત સ્વરૂપમાં, જેમ કે રોમ્બિક સલ્ફર ($\text\{S\}_8$), જ્યાં સલ્ફર પરમાણુઓ એકબીજા સાથે સહસંયોજક બંધથી જોડાયેલા હોય છે.
3. +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
   • $3p$ ઉપકક્ષામાં રહેલા બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન સહસંયોજક બંધ બનાવવામાં સામેલ હોય છે.
   • સંયોજકતા: 2.
   • ઉદાહરણ: $\text\{SCl\}_2$.
4. +4 ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
   • $3p$ ઉપકક્ષામાંથી એક ઇલેક્ટ્રોનને ખાલી $3d$ કક્ષકમાં ઉત્તેજિત કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આનાથી ચાર અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન બને છે.
   • સંયોજકતા: 4.
   • ઉદાહરણો: $\text\{SO\}_2$ (સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ), $\text\{SF\}_4$ (સલ્ફર ટેટ્રાફ્લોરાઇડ), $\text\{SO\}_3^\{2-\}$ (સલ્ફાઇટ આયન).
5. +6 ઓક્સિડેશન અવસ્થા:
   • $3p$ ઉપકક્ષામાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન અને $3s$ ઉપકક્ષામાંથી એક ઇલેક્ટ્રોનને ખાલી $3d$ કક્ષકોમાં ઉત્તેજિત કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આનાથી છ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન બને છે.
   • સંયોજકતા: 6.
   • ઉદાહરણો: $\text\{SO\}_3$ (સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડ), $\text\{H\}_2\text\{SO\}_4$ (સલ્ફ્યુરિક એસિડ), $\text\{SF\}_6$ (સલ્ફર હેક્ઝાફ્લોરાઇડ), $\text\{SO\}_4^\{2-\}$ (સલ્ફેટ આયન).

બંધન વર્તણૂક

સલ્ફર એક અધાતુ છે અને મુખ્યત્વે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે. જોકે, તે અત્યંત ધનવિદ્યુત ધાતુઓ સાથે આયનીય બંધ પણ બનાવી શકે છે. તેની અષ્ટક વિસ્તૃત કરવાની ક્ષમતા વિવિધ બંધન પદ્ધતિઓ અને ભૂમિતિઓ તરફ દોરી જાય છે.

1. સહસંયોજક બંધન

સલ્ફર તેના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન વહેંચીને સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.

• હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ ($\text\{H\}_2\text\{S\}$):

  • સલ્ફર બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ સાથે બે એકલ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.
  • સલ્ફર $sp^3$ સંકરણ ધરાવે છે, પરંતુ બે અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ (લોન પેર) ને કારણે, પરમાણુની ભૂમિતિ આશરે $92^\circ$ ના બંધ કોણ સાથે કોણીય (V-આકારની) હોય છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: -2.

• સલ્ફર ડાયક્લોરાઇડ ($\text\{SCl\}_2$):

  • $\text\{H\}_2\text\{S\}$ ની જેમ, સલ્ફર બે ક્લોરિન પરમાણુઓ સાથે બે એકલ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.
  • સલ્ફર $sp^3$ સંકરણ ધરાવે છે, જેના પરિણામે કોણીય ભૂમિતિ મળે છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +2.

• સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ ($\text\{SO\}_2$):

  • સલ્ફર બે ઓક્સિજન પરમાણુઓ સાથે બે $\sigma$ બંધ અને એક $\pi$ બંધ બનાવે છે. સલ્ફર પર એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ રહે છે.
  • સલ્ફર $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
  • પરમાણુની ભૂમિતિ આશરે $119^\circ$ ના બંધ કોણ સાથે કોણીય (V-આકારની) હોય છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +4.

• સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડ ($\text\{SO\}_3$):

  • સલ્ફર ત્રણ ઓક્સિજન પરમાણુઓ સાથે ત્રણ $\sigma$ બંધ અને ત્રણ $\pi$ બંધ બનાવે છે (જેને ઘણીવાર વિસ્થાનીકૃત અથવા $d$-કક્ષકો સંકળાયેલા બહુવિધ બંધ તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે). સલ્ફર પર કોઈ અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ નથી.
  • સલ્ફર $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
  • પરમાણુની ભૂમિતિ ત્રિકોણીય સમતલીય હોય છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +6.

• સલ્ફ્યુરિક એસિડ ($\text\{H\}_2\text\{SO\}_4$):

  • સલ્ફર બે S-OH એકલ બંધ અને બે S=O દ્વિબંધ બનાવે છે.
  • સલ્ફર $sp^3$ સંકરણ ધરાવે છે.
  • સલ્ફર પરમાણુની આસપાસની ભૂમિતિ ચતુષ્ફલકીય હોય છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +6.

• સલ્ફર હેક્ઝાફ્લોરાઇડ ($\text\{SF\}_6$):

  • સલ્ફર છ ફ્લોરિન પરમાણુઓ સાથે છ એકલ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે. આ માટે અષ્ટકના વિસ્તરણની જરૂર પડે છે.
  • સલ્ફર $sp^3d^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
  • પરમાણુની ભૂમિતિ અષ્ટફલકીય હોય છે.
  • S ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +6.

2. આયનીય બંધન

સલ્ફર અત્યંત ધનવિદ્યુત ધાતુઓ સાથે આયનીય બંધ બનાવે છે, જ્યાં તે તેનું અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે બે ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને સલ્ફાઇડ આયન ($\text\{S\}^\{2-\}$) બનાવે છે.

• સોડિયમ સલ્ફાઇડ ($\text\{Na\}_2\text\{S\}$): $\text\{Na\}^+$ અને $\text\{S\}^\{2-\}$ આયનોનો બનેલો હોય છે જે મજબૂત સ્થિતવિદ્યુત બળો દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે.
• મેગ્નેશિયમ સલ્ફાઇડ ($\text\{MgS\}$): $\text\{Mg\}^\{2+\}$ અને $\text\{S\}^\{2-\}$ આયનોનો બનેલો હોય છે.

3. અપરરૂપતા અને બંધન

સલ્ફર વિસ્તૃત અપરરૂપતા દર્શાવે છે. ઓરડાના તાપમાને સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર અપરરૂપ રોમ્બિક સલ્ફર ($\alpha$-સલ્ફર) છે, જે વળેલા $\text\{S\}_8$ વલયો નો બનેલો હોય છે. આ વલયોમાં, દરેક સલ્ફર પરમાણુ નજીકના સલ્ફર પરમાણુઓ સાથે બે એકલ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે, જેના પરિણામે આશરે $102^\circ$ નો બંધ કોણ બને છે. આ $\text\{S\}_8$ અણુઓ પછી નિર્બળ વાન ડેર વાલ્સ બળો દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે. મોનોક્લિનિક સલ્ફર ($\beta$-સલ્ફર) પણ $\text\{S\}_8$ વલયોનો બનેલો હોય છે.