ટાઇટેનિયમ (Ti): પરમાણુ સંરચના અને રાસાયણિક ગુણધર્મો

પરમાણુ મોડેલની વિગતો

ટાઇટેનિયમ (Ti) એક સંક્રાંતિ ધાતુ છે જે નીચેની મૂળભૂત પરમાણુ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે:

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 22
• પ્રોટોન: 22 (પ્રોટોનની સંખ્યા તત્વને વ્યાખ્યાયિત કરે છે)
• ઇલેક્ટ્રોન: 22 (તટસ્થ ટાઇટેનિયમ પરમાણુમાં)
• ન્યુટ્રોન: 26 (સૌથી પ્રચલિત સમસ્થાનિક, $^\{48\}$Ti માટે, દળ ક્રમાંક A = 48)
• પરમાણુ દળ: આશરે 47.867 u
• પરમાણુ કદ (ધાત્વિક ત્રિજ્યા): 147 pm

ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી અને કવચ આકૃતિ

ટાઇટેનિયમની ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી તેના રાસાયણિક વર્તનને નિર્ધારિત કરે છે.

• ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²
• ઉમદા વાયુ ગોઠવણી: [Ar] 3d² 4s²
  • આ ગોઠવણી દર્શાવે છે કે ટાઇટેનિયમ તેના સૌથી બહારના 4s કક્ષકમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન અને અંતિમ 3d કક્ષકમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. આંશિક રીતે ભરેલા d-કક્ષકોની હાજરી સંક્રાંતિ ધાતુઓની લાક્ષણિકતા છે.

કવચ આકૃતિ નિરૂપણ (ટેક્સ્ટુઅલ)

Ti (Z=22) માટે કવચમાં ઇલેક્ટ્રોન વિતરણનું ટેક્સ્ટુઅલ નિરૂપણ નીચે મુજબ છે:

• K-કવચ (n=1): 2 ઇલેક્ટ્રોન
• L-કવચ (n=2): 8 ઇલેક્ટ્રોન
• M-કવચ (n=3): 10 ઇલેક્ટ્રોન (3s માંથી 2, 3p માંથી 6, 3d માંથી 2)
• N-કવચ (n=4): 2 ઇલેક્ટ્રોન (4s માંથી)

આવર્ત વલણો

આયનીકરણ એન્થાલ્પી (IE)

આયનીકરણ એન્થાલ્પી એ વાયુમય પરમાણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા છે.

• પ્રથમ આયનીકરણ એન્થાલ્પી (IE₁): 658 kJ/mol (પ્રથમ 4s ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટેની ઊર્જા)
• બીજી આયનીકરણ એન્થાલ્પી (IE₂): 1310 kJ/mol (બીજા 4s ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટેની ઊર્જા)
• ત્રીજી આયનીકરણ એન્થાલ્પી (IE₃): 2652 kJ/mol (પ્રથમ 3d ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટેની ઊર્જા)
• ચોથી આયનીકરણ એન્થાલ્પી (IE₄): 4175 kJ/mol (બીજા 3d ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટેની ઊર્જા)
• વલણ: અસરકારક પરમાણુ ભાર વધવાને કારણે આવર્તમાં આયનીકરણ એન્થાલ્પી સામાન્ય રીતે વધે છે અને સમૂહમાં નીચે જતાં ઘટે છે. સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, 4s અને પછી 3d કક્ષકોમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર થતાં ક્રમિક આયનીકરણ એન્થાલ્પીમાં ધીમે ધીમે વધારો જોવા મળે છે.

વિદ્યુતઋણતા

• પોલિંગ સ્કેલ: 1.54
• વલણ: વિદ્યુતઋણતા સામાન્ય રીતે આવર્તમાં વધે છે અને સમૂહમાં નીચે જતાં ઘટે છે. ટાઇટેનિયમની વિદ્યુતઋણતા મધ્યમ છે, જે ધાતુ માટે સામાન્ય છે, જે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની તેની વૃત્તિ દર્શાવે છે, ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાને બદલે.

ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્તિ એન્થાલ્પી (ΔegH)

• મૂલ્ય: નાનું ધન અથવા શૂન્યની નજીક (~+7.6 kJ/mol)
• વલણ: ધાતુઓ માટે, ખાસ કરીને સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્તિ એન્થાલ્પી સામાન્ય રીતે ધન અથવા સહેજ ઋણ હોય છે, કારણ કે તેઓ સ્થિર ઋણ આયનો બનાવવા માટે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારતા નથી. ટાઇટેનિયમ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને ધન આયનો બનાવવાનું પસંદ કરે છે.

પરમાણુ ત્રિજ્યા

• ધાત્વિક ત્રિજ્યા: 147 pm
• વલણ: અસરકારક પરમાણુ ભાર વધવાને કારણે પરમાણુ ત્રિજ્યા સામાન્ય રીતે આવર્તમાં ઘટે છે. સંક્રાંતિ ધાતુઓ માટે, શરૂઆતમાં ઘટાડો થાય છે, ત્યારબાદ સંબંધિત સ્થિર શ્રેણી હોય છે, અને પછી શ્રેણીના અંતે સહેજ વધારો થાય છે. 3d શ્રેણીની શરૂઆતમાં હોવાને કારણે, ટાઇટેનિયમ પછીના 3d તત્વોની સરખામણીમાં પ્રમાણમાં મોટી પરમાણુ ત્રિજ્યા ધરાવે છે.

મુખ્ય ભૌતિક ગુણધર્મો

ટાઇટેનિયમ તેની ઉત્તમ શક્તિ-થી-વજન ગુણોત્તર અને કાટ પ્રતિકાર માટે જાણીતું છે.

• ઘનતા: 4.506 g/cm³ (20 °C પર)
• ઓરડાના તાપમાને (25 °C) અવસ્થા: ઘન
• રંગ: ચાંદી-સફેદ ધાત્વિક ચમક
• ગલનબિંદુ: 1668 °C (1941 K)
• ઉત્કલનબિંદુ: 3287 °C (3560 K)
• કઠિનતા: પ્રમાણમાં સખત, સ્ટીલ દ્વારા ખંજવાળી શકાય તેવું.
• તણાવક્ષમતા/નમ્રતા: શુદ્ધ હોય ત્યારે સારી તણાવક્ષમતા અને નમ્રતા, પરંતુ ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન જેવી અશુદ્ધિઓ સાથે બરડ બની જાય છે.