सल्फर (S): परमाणु संरचना और रासायनिक आबंधन

सल्फर (S) के परमाणु मापदंडों का परिचय

सल्फर (S) आवर्त सारणी के समूह 16 (चैल्कोजन) और आवर्त 3 से संबंधित एक अधातु तत्व है। इसकी परमाणु संरचना इसके रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है।

• परमाणु क्रमांक (Z): 16
  • नाभिक में 16 प्रोटॉन दर्शाता है।
  • एक उदासीन सल्फर परमाणु में भी 16 इलेक्ट्रॉन होते हैं।
• द्रव्यमान संख्या (A): लगभग 32 परमाणु द्रव्यमान इकाइयाँ (amu)।
  • सल्फर का सबसे सामान्य समस्थानिक $\text\{^\{32\}S\}$ है।
  • न्यूट्रॉन की संख्या = द्रव्यमान संख्या - परमाणु क्रमांक = $32 - 16 = 16$।
• प्रतीक: S
• ब्लॉक: p-ब्लॉक तत्व

उपकोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास विभिन्न ऊर्जा स्तरों और उपकोशों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण का वर्णन करता है।

पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

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

उत्कृष्ट गैस विन्यास

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

कक्षक आरेख स्पष्टीकरण

संयोजकता कोश तीसरा कोश ($n=3$) है, जिसमें 6 इलेक्ट्रॉन होते हैं। $3s$ और $3p$ उपकोशों में इन 6 संयोजकता इलेक्ट्रॉनों का वितरण इस प्रकार है:

• $3s$ कक्षक: $\underline\{\uparrow\downarrow\}$ (युग्मित इलेक्ट्रॉन)
• $3p$ कक्षक: $\underline\{\uparrow\downarrow\}$ $\underline\{\uparrow\quad\}$ $\underline\{\uparrow\quad\}$ (एक युग्मित, दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)

सल्फर में रिक्त $3d$ कक्षक (जैसे $3d^0$) होते हैं। इन रिक्त $d$-कक्षकों की उपस्थिति सल्फर को अपने अष्टक का विस्तार करने और परिवर्ती संयोजकता तथा उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं को प्रदर्शित करने की अनुमति देती है, जो आवर्त 2 के तत्वों (जैसे ऑक्सीजन) के लिए $d$-कक्षकों की अनुपस्थिति के कारण संभव नहीं है।

संयोजकता इलेक्ट्रॉन और संयोजकता

सल्फर में 6 संयोजकता इलेक्ट्रॉन ($3s^2 3p^4$) होते हैं। ये इलेक्ट्रॉन रासायनिक आबंधन में शामिल होते हैं।

सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ और संयोजकता

1. -2 ऑक्सीकरण अवस्था:
   • अपने अष्टक को पूरा करने के लिए दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त करके प्राप्त होती है, जिससे सल्फाइड आयन ($\text\{S\}^\{2-\}$) बनता है।
   • संयोजकता: 2।
   • उदाहरण: $\text\{H\}_2\text\{S\}$, $\text\{Na\}_2\text\{S\}$, $\text\{MgS\}$।
2. 0 ऑक्सीकरण अवस्था:
   • अपने मौलिक रूप में, जैसे रोम्बिक सल्फर ($\text\{S\}_8$) में, जहाँ सल्फर परमाणु एक दूसरे से सहसंयोजक बंध से जुड़े होते हैं।
3. +2 ऑक्सीकरण अवस्था:
   • $3p$ उपकोश में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा सहसंयोजक बंध बनाने में शामिल।
   • संयोजकता: 2।
   • उदाहरण: $\text\{SCl\}_2$।
4. +4 ऑक्सीकरण अवस्था:
   • $3p$ उपकोश से एक इलेक्ट्रॉन को एक रिक्त $3d$ कक्षक में उत्तेजित करके प्राप्त की जाती है। इससे चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं।
   • संयोजकता: 4।
   • उदाहरण: $\text\{SO\}_2$ (सल्फर डाइऑक्साइड), $\text\{SF\}_4$ (सल्फर टेट्राफ्लोराइड), $\text\{SO\}_3^\{2-\}$ (सल्फाइट आयन)।
5. +6 ऑक्सीकरण अवस्था:
   • $3p$ उपकोश से एक इलेक्ट्रॉन और $3s$ उपकोश से एक इलेक्ट्रॉन को रिक्त $3d$ कक्षकों में उत्तेजित करके प्राप्त की जाती है। इससे छह अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं।
   • संयोजकता: 6।
   • उदाहरण: $\text\{SO\}_3$ (सल्फर ट्राईऑक्साइड), $\text\{H\}_2\text\{SO\}_4$ (सल्फ्यूरिक अम्ल), $\text\{SF\}_6$ (सल्फर हेक्साफ्लोराइड), $\text\{SO\}_4^\{2-\}$ (सल्फेट आयन)।

आबंधन व्यवहार

सल्फर एक अधातु है और मुख्य रूप से सहसंयोजक बंध बनाता है। हालाँकि, यह अत्यधिक विद्युतधनात्मक धातुओं के साथ आयनिक बंध भी बना सकता है। अपने अष्टक का विस्तार करने की इसकी क्षमता विविध आबंध पैटर्न और ज्यामिति की ओर ले जाती है।

1. सहसंयोजक आबंधन

सल्फर अपने संयोजकता इलेक्ट्रॉनों को साझा करके सहसंयोजक बंध बनाता है।

• हाइड्रोजन सल्फाइड ($\text\{H\}_2\text\{S\}$):

  • सल्फर दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ दो एकल सहसंयोजक बंध बनाता है।
  • सल्फर $sp^3$ संकरित होता है, लेकिन दो एकाकी युग्मों के कारण, आणविक ज्यामिति लगभग $92^\circ$ के बंध कोण के साथ झुकी हुई (V-आकार) होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: -2।

• सल्फर डाईक्लोराइड ($\text\{SCl\}_2$):

  • $\text\{H\}_2\text\{S\}$ के समान, सल्फर दो क्लोरीन परमाणुओं के साथ दो एकल सहसंयोजक बंध बनाता है।
  • सल्फर $sp^3$ संकरित होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक झुकी हुई ज्यामिति होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: +2।

• सल्फर डाइऑक्साइड ($\text\{SO\}_2$):

  • सल्फर दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ दो $\sigma$ बंध और एक $\pi$ बंध बनाता है। सल्फर पर एक एकाकी युग्म शेष रहता है।
  • सल्फर $sp^2$ संकरित होता है।
  • आणविक ज्यामिति लगभग $119^\circ$ के बंध कोण के साथ झुकी हुई (V-आकार) होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: +4।

• सल्फर ट्राईऑक्साइड ($\text\{SO\}_3$):

  • सल्फर तीन ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ तीन $\sigma$ बंध और तीन $\pi$ बंध (अक्सर विस्थानीकृत या d-कक्षकों से जुड़े एकाधिक बंधों के रूप में वर्णित) बनाता है। सल्फर पर कोई एकाकी युग्म नहीं होता है।
  • सल्फर $sp^2$ संकरित होता है।
  • आणविक ज्यामिति त्रिकोणीय समतलीय होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: +6।

• सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text\{H\}_2\text\{SO\}_4$):

  • सल्फर दो S-OH एकल बंध और दो S=O द्विबंध बनाता है।
  • सल्फर $sp^3$ संकरित होता है।
  • सल्फर परमाणु के चारों ओर की ज्यामिति चतुष्फलकीय होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: +6।

• सल्फर हेक्साफ्लोराइड ($\text\{SF\}_6$):

  • सल्फर छह फ्लोरीन परमाणुओं के साथ छह एकल सहसंयोजक बंध बनाता है। इसके लिए अष्टक के विस्तार की आवश्यकता होती है।
  • सल्फर $sp^3d^2$ संकरित होता है।
  • आणविक ज्यामिति अष्टफलकीय होती है।
  • S की ऑक्सीकरण अवस्था: +6।

2. आयनिक आबंधन

सल्फर अत्यधिक विद्युतधनात्मक धातुओं के साथ आयनिक बंध बनाता है, जहाँ यह अपने अष्टक को पूरा करने के लिए दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है, जिससे सल्फाइड आयन ($\text\{S\}^\{2-\}$) बनता है।

• सोडियम सल्फाइड ($\text\{Na\}_2\text\{S\}$): $\text\{Na\}^+$ और $\text\{S\}^\{2-\}$ आयनों से मिलकर बना होता है जो प्रबल स्थिरवैद्युत बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।
• मैग्नीशियम सल्फाइड ($\text\{MgS\}$): $\text\{Mg\}^\{2+\}$ और $\text\{S\}^\{2-\}$ आयनों से मिलकर बना होता है।

3. अपररूपता और आबंधन

सल्फर व्यापक अपररूपता प्रदर्शित करता है। कमरे के तापमान पर सबसे सामान्य और स्थिर अपररूप विषमलम्बाक्ष सल्फर ($\alpha$-सल्फर) है, जो वक्रित $\text\{S\}_8$ वलयों से बना होता है। इन वलयों में, प्रत्येक सल्फर परमाणु आसन्न सल्फर परमाणुओं के साथ दो एकल सहसंयोजक बंध बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप लगभग $102^\circ$ का बंध कोण होता है। ये $\text\{S\}_8$ अणु तब दुर्बल वान डेर वाल्स बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। एकनताक्ष सल्फर ($\beta$-सल्फर) भी $\text\{S\}_8$ वलयों से मिलकर बना होता है।