ॲल्युमिनियमची ओळख
ॲल्युमिनियम हा चांदीसारखा पांढरा, हलका धातू आहे, ज्याला रासायनिक चिन्ह Al ने दर्शविले जाते. हा पृथ्वीच्या कवचातील सर्वात मुबलक धातू घटक आहे आणि त्याच्या कमी घनता, उच्च ताकद-ते-वजन प्रमाण, उत्कृष्ट विद्युत चालकता आणि गंजरोधक गुणधर्मांमुळे तो मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. त्याची अणू रचना या गुणधर्मांना निर्धारित करते.
अणू अंक आणि वस्तुमान अंक
एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुअंक (Z) त्याची ओळख निश्चित करतो. ॲल्युमिनियमसाठी अणुअंक 13 आहे. हा अंक ॲल्युमिनियमच्या अणूच्या केंद्रकात असलेल्या प्रोटॉनची एकूण संख्या दर्शवतो.
अणूचा वस्तुमान अंक (A) म्हणजे त्याच्या केंद्रकातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची एकूण संख्या. ॲल्युमिनियमचे अनेक समस्थानिक असले तरी, सर्वात सामान्य आणि स्थिर समस्थानिक ॲल्युमिनियम-27 आहे. त्यामुळे, त्याचा वस्तुमान अंक अंदाजे 27 आहे.
ॲल्युमिनियममधील उपअणू कण
ॲल्युमिनियमच्या उदासीन अणूमध्ये प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉनची विशिष्ट संख्या असते.
प्रोटॉन
ॲल्युमिनियम अणूमधील प्रोटॉनची संख्या त्याच्या अणुअंकावरून ठरते. ॲल्युमिनियमचा अणुअंक (Z) 13 असल्याने, ॲल्युमिनियमच्या अणूच्या केंद्रकात 13 प्रोटॉन असतात. प्रोटॉनवर धन विद्युत प्रभार असतो.
न्यूट्रॉन
न्यूट्रॉनची संख्या वस्तुमान अंकातून अणुअंक वजा करून काढता येते. सर्वात सामान्य समस्थानिक, ॲल्युमिनियम-27 साठी:
न्यूट्रॉनची संख्या = वस्तुमान अंक (A) - अणुअंक (Z) न्यूट्रॉनची संख्या = 27 - 13 = 14 न्यूट्रॉन.
न्यूट्रॉन हे केंद्रकात आढळणारे विद्युतदृष्ट्या उदासीन कण आहेत.
इलेक्ट्रॉन
उदासीन अणूमध्ये, इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. ॲल्युमिनियमच्या अणूमध्ये 13 प्रोटॉन असल्याने, त्यात 13 इलेक्ट्रॉन देखील असतात. इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरतात आणि प्रोटॉनच्या धन प्रभाराला संतुलित करणारा ऋण विद्युत प्रभार वाहून नेतात.
ॲल्युमिनियमची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना म्हणजे अणूच्या केंद्रकाभोवतीच्या ऊर्जा स्तरांमध्ये किंवा कवचांमध्ये इलेक्ट्रॉनची मांडणी.
कवच प्रतिकृती
बोहर प्रतिकृती किंवा कवच प्रतिकृतीमध्ये, इलेक्ट्रॉन K, L, M, N इत्यादी नावांच्या विशिष्ट ऊर्जा स्तरांमध्ये राहतात.
- पहिल्या कवचामध्ये (K कवच) जास्तीत जास्त 2 इलेक्ट्रॉन राहू शकतात.
- दुसऱ्या कवचामध्ये (L कवच) जास्तीत जास्त 8 इलेक्ट्रॉन राहू शकतात.
- तिसऱ्या कवचामध्ये (M कवच) जास्तीत जास्त 18 इलेक्ट्रॉन राहू शकतात.
ॲल्युमिनियमसाठी (13 इलेक्ट्रॉन):
- K कवच: 2 इलेक्ट्रॉन
- L कवच: 8 इलेक्ट्रॉन
- M कवच: 3 इलेक्ट्रॉन
कवचांमधील इलेक्ट्रॉनची मांडणी अशा प्रकारे 2, 8, 3 आहे.
कक्षक चिन्हांकन
अधिक तपशीलवार कक्षक चिन्हांकन प्रत्येक मुख्य ऊर्जा स्तरातील उपकवचांमध्ये (s, p, d, f) इलेक्ट्रॉनच्या मांडणीचे वर्णन करते.
- पहिली ऊर्जा पातळी (n=1): केवळ 1s उपकवच समाविष्ट करते.
- दुसरी ऊर्जा पातळी (n=2): 2s आणि 2p उपकवच समाविष्ट करते.
- तिसरी ऊर्जा पातळी (n=3): 3s, 3p आणि 3d उपकवच समाविष्ट करते.
ऑफबाऊ तत्त्व आणि हुंडच्या नियमानुसार, ॲल्युमिनियमचे 13 इलेक्ट्रॉन खालीलप्रमाणे मांडलेले आहेत:
- 1s² (1s कक्षकात 2 इलेक्ट्रॉन)
- 2s² (2s कक्षकात 2 इलेक्ट्रॉन)
- 2p⁶ (2p कक्षकांमध्ये 6 इलेक्ट्रॉन)
- 3s² (3s कक्षकात 2 इलेक्ट्रॉन)
- 3p¹ (3p कक्षकात 1 इलेक्ट्रॉन)
म्हणून, ॲल्युमिनियमसाठी कक्षक चिन्हांकनातील संपूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ आहे.
संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन म्हणजे अणूच्या सर्वात बाहेरील पूर्ण झालेल्या इलेक्ट्रॉन कवचात असलेले इलेक्ट्रॉन. हे इलेक्ट्रॉन प्रामुख्याने रासायनिक बंधात भाग घेतात.
ॲल्युमिनियमसाठी, सर्वात बाहेरील पूर्ण झालेले कवच तिसरी ऊर्जा पातळी (n=3) आहे. या कवचामध्ये, 3s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन आणि 3p उपकवचामध्ये 1 इलेक्ट्रॉन आहे.
एकूण संयुजा इलेक्ट्रॉन = 2 (3s मधून) + 1 (3p मधून) = 3 संयुजा इलेक्ट्रॉन.
हे 3 संयुजा इलेक्ट्रॉन ॲल्युमिनियमला त्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाशीलता देतात, कारण ते स्थिर +3 प्रभारित कॅटायन (Al³⁺) तयार करण्यासाठी हे इलेक्ट्रॉन गमावते.
भारतातील उपलब्धता आणि उपयोग
ॲल्युमिनियम काढले जाते त्या बॉक्साईट या प्राथमिक धातूच्या जगातील प्रमुख उत्पादकांपैकी भारत एक आहे. ओडिशा, आंध्र प्रदेश, गुजरात, झारखंड आणि छत्तीसगड यांसारख्या राज्यांमध्ये बॉक्साईटचे महत्त्वपूर्ण साठे आढळतात. हे मुबलक स्त्रोत देशातील एक भरभराटीला आलेला ॲल्युमिनियम उद्योगाला पाठिंबा देतात. ॲल्युमिनियम धातूचा वापर भारतात स्वयंपाकाची भांडी, विद्युत पारेषण तारा आणि केबल्स, खिडक्यांच्या चौकटी आणि छत यांसारख्या बांधकाम साहित्यांमध्ये आणि त्याच्या हलक्या स्वभावामुळे ऑटोमोटिव्ह आणि एरोस्पेस उद्योगातील घटकांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.