फॉस्फोरस (P) - परमाणु संरचना और रासायनिक आबंध

परमाणु पैरामीटर का परिचय

फॉस्फोरस (P) आवर्त सारणी के समूह 15 (नाइट्रोजन परिवार) से संबंधित एक अधातु तत्व है। इसकी परमाणु संरचना इसके विविध रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है।

• परमाणु क्रमांक (Z): 15
  • नाभिक में प्रोटॉन की संख्या को दर्शाता है।
• द्रव्यमान संख्या (A): लगभग 31 (सबसे आम समस्थानिक, $^\{31\}$P के लिए)
  • नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या को दर्शाता है।
• प्रोटॉन की संख्या: 15
• इलेक्ट्रॉन की संख्या: 15 (एक उदासीन फॉस्फोरस परमाणु में)
• न्यूट्रॉन की संख्या: 16 (द्रव्यमान संख्या - परमाणु क्रमांक = 31 - 15 = 16, $^\{31\}$P के लिए)

उपकोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

विभिन्न उपकोशों में इलेक्ट्रॉनों का वितरण फॉस्फोरस की रासायनिक अभिक्रियाशीलता को निर्धारित करता है।

पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

संक्षिप्त इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

[Ne] 3s² 3p³

ऑर्बिटल आरेख

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

• स्पष्टीकरण:
  • पहले दो कोश (1s, 2s, 2p) पूरी तरह से भरे होते हैं, जो नियॉन ([Ne]) के समान एक स्थिर कोर इलेक्ट्रॉन विन्यास बनाते हैं।
  • तीसरे कोश में 5 इलेक्ट्रॉन होते हैं: दो 3s कक्षक में और तीन 3p कक्षक में, जो हुंड के अधिकतम बहुलता नियम के अनुसार अर्ध-भरे होते हैं।
  • रिक्त 3d कक्षकों की उपस्थिति (हालांकि उच्च ऊर्जा स्तर पर) अष्टक के विस्तार की अनुमति देती है।

संयोजी इलेक्ट्रॉन और संयोजकता

संयोजी इलेक्ट्रॉन वे होते हैं जो सबसे बाहरी कोश (फॉस्फोरस के लिए n=3) में होते हैं और मुख्य रूप से रासायनिक आबंध में शामिल होते हैं।

• संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या: 5 (3s² 3p³)
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
  • -3: तीन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करके अपना अष्टक पूरा करने पर प्राप्त होती है (जैसे, फॉस्फाइड में जैसे Na₃P, Mg₃P₂ और फॉस्फीन, PH₃)।
  • +3: अपने तीन 3p इलेक्ट्रॉनों को साझा करके प्राप्त होती है (जैसे, PCl₃, PBr₃ में)। इस अवस्था में, फॉस्फोरस 3s कक्षक पर इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला युग्म बनाए रखता है।
  • +5: सभी पाँच संयोजी इलेक्ट्रॉनों (एक 3s और तीन 3p इलेक्ट्रॉन) को आबंध में शामिल करके प्राप्त होती है। इसमें आमतौर पर एक 3s इलेक्ट्रॉन को एक खाली 3d कक्षक में पदोन्नत करना शामिल होता है, जिससे अष्टक का विस्तार संभव होता है (जैसे, PCl₅, POCl₃, H₃PO₄, PO₄³⁻ में)।
• संयोजकता:
  • 3 की संयोजकता प्रदर्शित कर सकता है (जैसे, PH₃, PCl₃)।
  • 5 की संयोजकता प्रदर्शित कर सकता है (जैसे, PCl₅, H₃PO₄)।

आबंध व्यवहार

फॉस्फोरस मुख्य रूप से सहसंयोजक आबंध बनाता है क्योंकि इसकी अपेक्षाकृत उच्च वैद्युतीयऋणात्मकता (पॉलिंग पैमाने पर 2.19) होती है और इलेक्ट्रॉनों को साझा करके एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने की प्रवृत्ति होती है। यह अत्यधिक विद्युत्धनात्मक धातुओं के साथ आयनिक आबंध भी बना सकता है। इसके संयोजी कोश में रिक्त 3d कक्षकों की उपस्थिति अष्टक विस्तार और विविध संकरण अवस्थाओं की अनुमति देती है।

आबंध के प्रकार

1. सहसंयोजक आबंध: सबसे आम। फॉस्फोरस अन्य अधातुओं के साथ इलेक्ट्रॉन साझा करता है।
2. आयनिक आबंध: अत्यधिक विद्युत्धनात्मक धातुओं के साथ बनता है, जहाँ फॉस्फोरस इलेक्ट्रॉन स्वीकार करके P³⁻ आयन बनाता है (जैसे, धातु फॉस्फाइड में जैसे Na₃P)।
3. उपसहसंयोजक आबंध: फॉस्फोरस अपने अकेले युग्म के माध्यम से एक लुईस क्षारक (इलेक्ट्रॉन युग्म दाता) के रूप में कार्य कर सकता है (जैसे, फॉस्फीन R₃P में धातु आयनों के साथ संकुल बनाना)। P=O आबंध जैसे यौगिकों में, प्रारंभिक गठन को एक उपसहसंयोजक आबंध के रूप में तर्कसंगत बनाया जा सकता है, जिसे अक्सर अनुनाद के कारण एक दोहरा आबंध के रूप में दर्शाया जाता है।

प्रमुख यौगिकों का संकरण और ज्यामिति

यौगिक	P का संकरण	P के चारों ओर की ज्यामिति	आबंध प्रकार/प्रकृति
P₄ (श्वेत P)	sp³	चतुष्फलकीय	अत्यधिक तनावपूर्ण P-P सहसंयोजक आबंध (60° आबंध कोण)। अपररूपीय रूप।
PH₃ (फॉस्फीन)	sp³	पिरामिडीय	3 P-H सहसंयोजक आबंध, 1 अकेला युग्म।
PCl₃	sp³	पिरामिडीय	3 P-Cl सहसंयोजक आबंध, 1 अकेला युग्म।
PCl₅ (गैसीय)	sp³d	त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय	5 P-Cl सहसंयोजक आबंध। अक्षीय आबंध भूमध्यरेखीय आबंधों से लंबे होते हैं।
PCl₅ (ठोस)	लागू नहीं	[PCl₄]⁺ (चतुष्फलकीय), [PCl₆]⁻ (अष्टफलकीय)	आयनिक ठोस के रूप में मौजूद: [PCl₄]⁺[PCl₆]⁻।
POCl₃	sp³	चतुष्फलकीय	3 P-Cl, 1 P=O सहसंयोजक आबंध।
H₃PO₄	sp³	चतुष्फलकीय	3 P-OH, 1 P=O सहसंयोजक आबंध।
PO₄³⁻ (फॉस्फेट आयन)	sp³	चतुष्फलकीय	अनुनादी P-O आबंध (एक P=O, तीन P-O⁻)।
P₄O₆ (फॉस्फोरस ट्राईऑक्साइड)	sp³	चतुष्फलकीय (प्रत्येक P)	P-O-P सेतुओं के साथ पिंजरे जैसी संरचना।
P₄O₁₀ (फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड)	sp³	चतुष्फलकीय (प्रत्येक P)	P-O-P सेतुओं और टर्मिनल P=O आबंधों के साथ पिंजरे जैसी संरचना।

मुख्य बिंदु:

• फॉस्फोरस की अपने रिक्त 3d कक्षकों का उपयोग आबंध के लिए करने की क्षमता विस्तारित अष्टक वाले यौगिकों (जैसे, PCl₅, H₃PO₄) के निर्माण और उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है।
• फॉस्फोरस अपने मौलिक रूपों (जैसे, श्वेत, लाल और काला फॉस्फोरस) और कुछ यौगिकों में श्रृंखलन (P-P आबंध) प्रदर्शित करता है।