Ruthenium (Ru) - परमाणु संरचना

रूथेनियम का परिचय

रूथेनियम (Ru) एक दुर्लभ संक्रमण धातु है जो आवर्त सारणी के समूह 8 और आवर्त 5 से संबंधित है। इसका परमाणु क्रमांक 44 है। यह छह प्लैटिनम-समूह धातुओं में से एक है, जो अपनी असाधारण कठोरता, उच्च गलनांक और संक्षारण प्रतिरोध के लिए जाना जाता है। रूथेनियम का उपयोग मुख्य रूप से अन्य प्लैटिनम-समूह धातुओं के साथ मिश्र धातुओं में कठोरता प्रदान करने वाले के रूप में, विद्युत संपर्कों में, और विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं में एक उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। हालाँकि भारत में इसका व्यापक रूप से खनन नहीं किया जाता है, लेकिन उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स, रासायनिक उद्योगों और विशेष आभूषण मिश्र धातुओं में इसके अनुप्रयोग विश्व स्तर पर और भारत के औद्योगिक क्षेत्रों में प्रासंगिक हैं।

रूथेनियम के मौलिक परमाणु कण

किसी तत्व की परमाणु संरचना उसमें मौजूद प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या से परिभाषित होती है।

प्रोटॉन

किसी तत्व का परमाणु क्रमांक (Z) सीधे उसके परमाणु के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या के अनुरूप होता है। रूथेनियम (Ru) के लिए, परमाणु क्रमांक 44 है। इसलिए, एक रूथेनियम परमाणु में 44 प्रोटॉन होते हैं।

इलेक्ट्रॉन

एक उदासीन परमाणु में, नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होती है। यह संतुलन सुनिश्चित करता है कि परमाणु पर कोई शुद्ध विद्युत आवेश न हो। चूंकि एक उदासीन रूथेनियम परमाणु में 44 प्रोटॉन होते हैं, इसलिए इसमें 44 इलेक्ट्रॉन भी होते हैं।

न्यूट्रॉन

एक परमाणु में न्यूट्रॉनों की संख्या भिन्न हो सकती है, जिससे एक तत्व के विभिन्न समस्थानिक बनते हैं। एक समस्थानिक का द्रव्यमान संख्या (A) उसके प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का योग होता है। रूथेनियम का सबसे प्रचुर मात्रा में प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला समस्थानिक रूथेनियम-102 ($^{102}$Ru) है। रूथेनियम-102 में न्यूट्रॉनों की संख्या की गणना करने के लिए: न्यूट्रॉनों की संख्या = द्रव्यमान संख्या (A) - प्रोटॉनों की संख्या (Z) न्यूट्रॉनों की संख्या = 102 - 44 = 58 न्यूट्रॉन। रूथेनियम के अन्य समस्थानिक विभिन्न न्यूट्रॉन संख्याओं के साथ मौजूद हैं, लेकिन सामान्य उद्देश्यों के लिए, सबसे प्रचुर समस्थानिक पर ध्यान केंद्रित करना सामान्य है।

रूथेनियम का इलेक्ट्रॉन विन्यास

इलेक्ट्रॉन विन्यास नाभिक के चारों ओर परमाणु कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था का वर्णन करता है। 44 इलेक्ट्रॉनों वाले रूथेनियम के लिए, मूल अवस्था इलेक्ट्रॉन विन्यास औफबाउ सिद्धांत, हुंड के नियम और पाउली अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार कक्षकों को भरकर निर्धारित किया जाता है।

रूथेनियम के लिए पूर्ण इलेक्ट्रॉन विन्यास है: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^1 4d^7$

इसे क्रिप्टॉन (Kr) के नोबल गैस कोर विन्यास का उपयोग करके एक संघनित रूप में भी लिखा जा सकता है, जिसमें 36 इलेक्ट्रॉन होते हैं: $[Kr] 4d^7 5s^1$

यह देखा गया है कि रूथेनियम सख्त औफबाउ भरने के क्रम में एक अपवाद प्रदर्शित करता है, जहाँ एक इलेक्ट्रॉन $5s$ कक्षक से $4d$ कक्षक में चला जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षित $5s^2 4d^6$ के बजाय $5s^1 4d^7$ विन्यास प्राप्त होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आधे भरे हुए $5s$ कक्षक ($5s^1$) या और भी अधिक स्थिर $4d^8$ विन्यास (जो अक्सर यौगिकों में प्राप्त होता है) के साथ $4d^7$ विन्यास कक्षीय अंतःक्रियाओं और इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण के न्यूनीकरण के कारण परमाणु को अधिक स्थिरता प्रदान करता है।

रूथेनियम के संयोजकता इलेक्ट्रॉन

संयोजकता इलेक्ट्रॉन सबसे बाहरी मुख्य ऊर्जा स्तर में स्थित इलेक्ट्रॉन होते हैं और, संक्रमण धातुओं के लिए, अपूर्ण रूप से भरे d-उपकोश में इलेक्ट्रॉन भी होते हैं जो रासायनिक बंधन में भाग ले सकते हैं। ये इलेक्ट्रॉन किसी तत्व के रासायनिक गुणों और प्रतिक्रियाशीलता को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण होते हैं।

रूथेनियम के लिए, सबसे बाहरी मुख्य ऊर्जा स्तर $n=5$ है, जिसमें $5s^1$ इलेक्ट्रॉन होता है। इसके अतिरिक्त, ($n-1$) कोश (जहाँ $n=5$) में आंशिक रूप से भरा हुआ $4d^7$ उपकोश भी इलेक्ट्रॉन रखता है जो आसानी से रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं।

इसलिए, रूथेनियम के लिए संयोजकता इलेक्ट्रॉन $5s^1$ इलेक्ट्रॉन और $4d^7$ इलेक्ट्रॉन हैं। कुल संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की संख्या = $1 (5s से) + 7 (4d से) = \textbf{8 संयोजकता इलेक्ट्रॉन}$। ये इलेक्ट्रॉन रूथेनियम की विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ बनाने की क्षमता और इसके उत्प्रेरक गुणों को निर्धारित करते हैं।