टाइटेनियम (Ti): परमाणु संरचना और रासायनिक गुणधर्म

परमाणु मॉडल विवरण

टाइटेनियम (Ti) एक संक्रमण धातु है जिसके निम्नलिखित मौलिक परमाणु गुणधर्म हैं:

• परमाणु संख्या (Z): 22
• प्रोटॉन: 22 (प्रोटॉन की संख्या तत्व को परिभाषित करती है)
• इलेक्ट्रॉन: 22 (एक उदासीन टाइटेनियम परमाणु में)
• न्यूट्रॉन: 26 (सबसे प्रचुर समस्थानिक, $^\{48\}$Ti के लिए, द्रव्यमान संख्या A = 48)
• परमाणु द्रव्यमान: लगभग 47.867 u
• परमाणु आकार (धात्विक त्रिज्या): 147 pm

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और कोश आरेख

टाइटेनियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इसके रासायनिक व्यवहार को निर्धारित करता है।

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²
• उत्कृष्ट गैस विन्यास: [Ar] 3d² 4s²
  • यह विन्यास दर्शाता है कि टाइटेनियम के सबसे बाहरी 4s कक्षक में 2 इलेक्ट्रॉन और अंतिम से पहले (पेनुल्टिमेट) 3d कक्षक में 2 इलेक्ट्रॉन हैं। आंशिक रूप से भरे हुए d-कक्षकों की उपस्थिति संक्रमण धातुओं की विशेषता है।

कोश आरेख निरूपण (पाठ्य)

Ti (Z=22) के कोशों में इलेक्ट्रॉन वितरण का पाठ्य निरूपण इस प्रकार है:

• K-कोश (n=1): 2 इलेक्ट्रॉन
• L-कोश (n=2): 8 इलेक्ट्रॉन
• M-कोश (n=3): 10 इलेक्ट्रॉन (3s से 2, 3p से 6, 3d से 2)
• N-कोश (n=4): 2 इलेक्ट्रॉन (4s से)

आवधिक प्रवृत्तियाँ

आयनन एन्थैल्पी (IE)

आयनन एन्थैल्पी वह ऊर्जा है जो एक गैसीय परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक होती है।

• प्रथम आयनन एन्थैल्पी (IE₁): 658 kJ/mol (पहले 4s इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए ऊर्जा)
• द्वितीय आयनन एन्थैल्पी (IE₂): 1310 kJ/mol (दूसरे 4s इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए ऊर्जा)
• तृतीय आयनन एन्थैल्पी (IE₃): 2652 kJ/mol (पहले 3d इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए ऊर्जा)
• चतुर्थ आयनन एन्थैल्पी (IE₄): 4175 kJ/mol (दूसरे 3d इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए ऊर्जा)
• प्रवृत्ति: आयनन एन्थैल्पी आमतौर पर प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि के कारण एक आवर्त में बढ़ती है और एक समूह में नीचे जाने पर घटती है। संक्रमण धातुओं के लिए, उत्तरोत्तर आयनन एन्थैल्पी में धीरे-धीरे वृद्धि होती है क्योंकि इलेक्ट्रॉन 4s से, फिर 3d कक्षकों से निकाले जाते हैं।

विद्युत ऋणात्मकता

• पॉलिंग स्केल: 1.54
• प्रवृत्ति: विद्युत ऋणात्मकता आमतौर पर एक आवर्त में बढ़ती है और एक समूह में नीचे जाने पर घटती है। टाइटेनियम की विद्युत ऋणात्मकता मध्यम होती है, जो एक धातु के लिए सामान्य है, यह इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करने के बजाय खोने की प्रवृत्ति को दर्शाता है।

इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी (ΔegH)

• मान: छोटा धनात्मक या शून्य के करीब (~+7.6 kJ/mol)
• प्रवृत्ति: धातुओं के लिए, विशेष रूप से संक्रमण धातुओं के लिए, इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी आमतौर पर धनात्मक या थोड़ी ऋणात्मक होती है, क्योंकि वे स्थिर आयन बनाने के लिए आसानी से इलेक्ट्रॉन स्वीकार नहीं करते हैं। टाइटेनियम इलेक्ट्रॉनों को खोकर धनायन बनाना पसंद करता है।

परमाणु त्रिज्या

• धात्विक त्रिज्या: 147 pm
• प्रवृत्ति: प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि के कारण परमाणु त्रिज्याएँ आमतौर पर एक आवर्त में घटती हैं। संक्रमण धातुओं के लिए, प्रारंभिक कमी होती है, उसके बाद अपेक्षाकृत स्थिर सीमा होती है, और फिर श्रृंखला के अंत में थोड़ी वृद्धि होती है। टाइटेनियम, 3d श्रृंखला की शुरुआत में होने के कारण, बाद के 3d तत्वों की तुलना में अपेक्षाकृत बड़ी परमाणु त्रिज्या रखता है।

प्रमुख भौतिक गुणधर्म

टाइटेनियम अपने उत्कृष्ट शक्ति-से-भार अनुपात और संक्षारण प्रतिरोध के लिए जाना जाता है।

• घनत्व: 4.506 g/cm³ (20 °C पर)
• कमरे के तापमान (25 °C) पर अवस्था: ठोस
• रंग: चाँदी जैसा-सफेद धात्विक चमक
• गलनांक: 1668 °C (1941 K)
• क्वथनांक: 3287 °C (3560 K)
• कठोरता: अपेक्षाकृत कठोर, स्टील से खरोंचा जा सकता है।
• आघातवर्धनीयता/तन्यता: शुद्ध होने पर अच्छी आघातवर्धनीयता और तन्यता होती है, लेकिन ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसी अशुद्धियों के साथ भंगुर हो जाता है।