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ज़िरकोनियम (Zr): परमाणु संरचना और रासायनिक गुणधर्म
By Periodic Table India
CBSE / JEE Prep Notes
- Zirconium - Zr - Periodic Table - d-block - Transition Elements - Atomic Structure - Chemical Properties - JEE - NEET - CBSE - ICSE
ज़िरकोनियम (Zr) के परमाणु मॉडल का विवरण
ज़िरकोनियम (Zr) एक संक्रमण धातु है जो आवर्त सारणी के समूह 4 और आवर्त 5 में स्थित है।
मूल कण
- परमाणु संख्या (Z): 40
- प्रोटॉन: 40
- इलेक्ट्रॉन: 40 (एक उदासीन परमाणु में)
- न्यूट्रॉन: लगभग 51 (सबसे प्रचुर आइसोटोप, ⁹¹Zr, के लिए, 91 - 40 = 51 न्यूट्रॉन होते हैं। औसत परमाणु द्रव्यमान 91.224 u है।)
परमाणु आकार
- सहसंयोजक त्रिज्या: ~160 pm (पिको-मीटर)
- वैन डेर वाल्स त्रिज्या: ठोस अवस्था में धातुओं के लिए आमतौर पर परिभाषित नहीं की जाती है, लेकिन आणविक रूपों के लिए अक्सर अनुमानित या परिकलित की जाती है।
- आयनिक त्रिज्या (Zr⁴⁺): ~79 pm (समन्वय संख्या 6 के लिए)
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और कोश आरेख
मूल अवस्था इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
- कक्षक विन्यास: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
- उत्कृष्ट गैस विन्यास: [Kr] 4d² 5s²
- यह विन्यास इंगित करता है कि ज़िरकोनियम में क्रिप्टन (Kr) के समान एक आंतरिक कोर है, जिसके बाद 4d उपकोश में दो इलेक्ट्रॉन और 5s उपकोश में दो इलेक्ट्रॉन हैं। ऑफबाऊ सिद्धांत के अनुसार 4d कक्षक से पहले 5s कक्षक भरता है, लेकिन भरने के बाद, ऊर्जा स्तर ऐसे होते हैं कि आयनीकरण के दौरान 5s इलेक्ट्रॉन सबसे पहले खो जाते हैं, और 4d इलेक्ट्रॉन इसके संक्रमण धातु के चरित्र को परिभाषित करते हैं।
कोश आरेख निरूपण (इलेक्ट्रॉन वितरण)
ज़िरकोनियम में इलेक्ट्रॉन पांच मुख्य ऊर्जा कोशों (K, L, M, N, O) में इस प्रकार वितरित होते हैं:
- K-कोश (पहला कोश): 2 इलेक्ट्रॉन (1s²)
- L-कोश (दूसरा कोश): 8 इलेक्ट्रॉन (2s² 2p⁶)
- M-कोश (तीसरा कोश): 18 इलेक्ट्रॉन (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
- N-कोश (चौथा कोश): 10 इलेक्ट्रॉन (4s² 4p⁶ 4d²)
- O-कोश (पांचवां कोश): 2 इलेक्ट्रॉन (5s²) यह वितरण कुल 2 + 8 + 18 + 10 + 2 = 40 इलेक्ट्रॉनों की पुष्टि करता है।
ज़िरकोनियम (Zr) के लिए आवधिक प्रवृत्तियाँ
आयनन एन्थैल्पी
- प्रथम आयनन एन्थैल्पी (IE₁): 640.1 kJ/mol
- द्वितीय आयनन एन्थैल्पी (IE₂): 1270 kJ/mol
- प्रवृत्ति: एक संक्रमण धातु होने के कारण, ज़िरकोनियम आंतरिक d-इलेक्ट्रॉनों के परिरक्षण प्रभाव और s और d दोनों कक्षकों में संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण अपेक्षाकृत मध्यम आयनन एन्थैल्पी दर्शाता है। IE₁ से IE₂ में वृद्धि महत्वपूर्ण है लेकिन एक ही संयोजकता कोश से इलेक्ट्रॉन खोने के लिए सामान्य है।
वैद्युतरात्मकता
- पॉलिंग स्केल वैद्युतरात्मकता: 1.33
- प्रवृत्ति: ज़िरकोनियम एक वैद्युत्धनात्मक धातु है, जो इसके कम वैद्युतरात्मकता मान से इंगित होता है। यह रासायनिक अभिक्रियाओं में आसानी से इलेक्ट्रॉन त्याग कर धनात्मक आयन, आमतौर पर Zr⁴⁺, बनाता है।
इलेक्ट्रॉन बंधुता एन्थैल्पी
- इलेक्ट्रॉन बंधुता एन्थैल्पी: -41 kJ/mol (यह मान स्रोत के आधार पर थोड़ा भिन्न हो सकता है, और धातुओं के लिए, यह अक्सर थोड़ा नकारात्मक या शून्य के करीब होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने और आयन बनाने की कम प्रवृत्ति को दर्शाता है।)
- प्रवृत्ति: ज़िरकोनियम, अधिकांश धातुओं की तरह, कम (थोड़ी ऊष्माक्षेपी या ऊष्माशोषी) इलेक्ट्रॉन बंधुता एन्थैल्पी रखता है, जो इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने के बजाय खोने की इसकी धात्विक प्रकृति और प्रवृत्ति को दर्शाता है।
परमाणु त्रिज्या
- परमाणु त्रिज्या (सहसंयोजक): 160 pm
- प्रवृत्ति: ज़िरकोनियम की परमाणु त्रिज्या उसी समूह में आवर्त 4 के तत्वों (जैसे टाइटेनियम) की तुलना में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन कोश के जुड़ने के कारण बड़ी होती है। हालाँकि, यह लैंथेनॉइड संकुचन (Lanthanoid Contraction) प्रभाव के कारण आवर्त 6 में हैफनियम (Hf) (159 pm) के बहुत समान है। यह घटना, जहाँ 4f इलेक्ट्रॉनों का कमजोर परिरक्षण प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि का कारण बनता है, लैंथेनॉइड्स के बाद उसी समूह में तत्वों के लिए लगभग समान आकार की ओर ले जाती है।
ज़िरकोनियम (Zr) के प्रमुख भौतिक गुणधर्म
- मानक तापमान और दबाव (STP) पर अवस्था: ठोस
- दिखावट: चाँदी-सफेद, चमकदार धातु
- घनत्व: 6.51 g/cm³ (20 °C पर)
- गलनांक: 1855 °C (2128 K)
- क्वथनांक: 4377 °C (4650 K)
- कठोरता (मोहस स्केल): 5.0
- क्रिस्टल संरचना: कमरे के तापमान पर षट्कोणीय निविड संकुलित (HCP) (α-Zr), उच्च तापमान पर काय केंद्रित घनीय (BCC) (β-Zr) में रूपांतरित होती है।