हीलियम की परमाणु संरचना
हीलियम (He) आवर्त सारणी का दूसरा तत्व है, जिसे एक उत्कृष्ट गैस और हाइड्रोजन के बाद दूसरा सबसे हल्का तत्व माना जाता है। इसका व्यापक रूप से विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, गुब्बारे भरने से लेकर उन्नत वैज्ञानिक और चिकित्सा उपकरणों, जैसे भारत भर के अस्पतालों में पाए जाने वाले एमआरआई स्कैनर, में क्रायोजेनिक कूलेंट के रूप में कार्य करने तक।
एक उदासीन हीलियम परमाणु में उप-परमाणु कण
हीलियम की परमाणु संरचना इसके रासायनिक गुणों को समझने के लिए मौलिक है। सबसे सामान्य समस्थानिक, हीलियम-4 (⁴He) के लिए:
- परमाणु संख्या (Z): हीलियम की परमाणु संख्या 2 है। यह मान प्रत्येक हीलियम परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या को दर्शाता है।
- प्रोटॉन: एक उदासीन हीलियम परमाणु में 2 प्रोटॉन होते हैं।
- इलेक्ट्रॉन: एक उदासीन परमाणु में, आवेश को संतुलित करने के लिए इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है।
- इलेक्ट्रॉन: एक उदासीन हीलियम परमाणु में 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं।
- न्यूट्रॉन: हीलियम के सबसे सामान्य समस्थानिक के लिए द्रव्यमान संख्या (A) 4 है। न्यूट्रॉन की संख्या की गणना परमाणु संख्या को द्रव्यमान संख्या से घटाकर की जा सकती है (न्यूट्रॉन = A - Z)।
- न्यूट्रॉन: एक विशिष्ट हीलियम परमाणु (हीलियम-4) में 2 न्यूट्रॉन होते हैं (4 - 2 = 2)।
इसलिए, एक उदासीन हीलियम-4 परमाणु में 2 प्रोटॉन, 2 न्यूट्रॉन और 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं।
हीलियम का इलेक्ट्रॉन विन्यास
इलेक्ट्रॉन विन्यास नाभिक के चारों ओर परमाणु कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था का वर्णन करता है। हीलियम के लिए, इसके 2 इलेक्ट्रॉनों के साथ, विन्यास सीधा है:
- पहला ऊर्जा स्तर (n=1) में केवल एक उपकोश, s-उपकोश (1s) होता है।
- औफबाऊ सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉन पहले सबसे कम ऊर्जा वाले कक्षकों को भरते हैं।
- प्रत्येक कक्षक विपरीत चक्रण वाले अधिकतम दो इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है (पाउली अपवर्जन सिद्धांत)।
इस प्रकार, हीलियम के दोनों इलेक्ट्रॉन 1s कक्षक में होते हैं।
हीलियम का इलेक्ट्रॉन विन्यास 1s² है।
हीलियम में संयोजी इलेक्ट्रॉन
संयोजी इलेक्ट्रॉन वे इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक परमाणु के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन कोश में स्थित होते हैं। ये इलेक्ट्रॉन मुख्य रूप से रासायनिक बंधन में शामिल होते हैं।
- हीलियम के लिए, सबसे बाहरी और एकमात्र इलेक्ट्रॉन कोश पहला कोश (n=1) है।
- इस पहले कोश में 1s कक्षक में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं।
इसलिए, हीलियम में 2 संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।
2 संयोजी इलेक्ट्रॉन होने के बावजूद, हीलियम असाधारण रूप से स्थिर और अक्रियाशील है। यह स्थिरता इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि इसका पहला (और एकमात्र) इलेक्ट्रॉन कोश पूरी तरह से भरा हुआ है, जिससे एक स्थिर द्विक विन्यास प्राप्त होता है। यह पूर्ण बाहरी कोश हीलियम को रासायनिक रूप से निष्क्रिय बनाता है, जो एक उत्कृष्ट गैस के रूप में इसके वर्गीकरण के अनुरूप है।