आर्गॉन अणू: एक विहंगावलोकन
आर्गॉन (Ar), अणुक्रमांक 18 असलेले मूलद्रव्य, आवर्त सारणीच्या गट 18 मध्ये येते, ज्याला राजवायू (noble gases) म्हणून ओळखले जाते. त्याची निष्क्रियता हे त्याचे वैशिष्ट्य आहे, म्हणजे सामान्य परिस्थितीत ते मोठ्या प्रमाणात क्रियाशील नसते. पृथ्वीच्या वातावरणातील तिसरा सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणारा वायू म्हणजे आर्गॉन, जो सुमारे 0.934% इतका असतो. औद्योगिकदृष्ट्या, भारतात द्रव वायूच्या आंशिक ऊर्ध्वपातनाने (fractional distillation of liquid air) आर्गॉनचे उत्पादन केले जाते, ही प्रक्रिया देशातील विविध औद्योगिक वायू प्रकल्पांमध्ये केली जाते. वेल्डिंगमध्ये, उद्दीप्त दिव्यांमध्ये (भारतीय घरांमध्ये सामान्य), आणि सेमीकंडक्टर क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी संरक्षक वातावरण म्हणून याचा उपयोग होतो.
आर्गॉन अणूचे घटक
प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन
आर्गॉन अणू बनवणारे मूलभूत कण त्याची ओळख आणि गुणधर्म निश्चित करतात.
- अणुक्रमांक (Z): आर्गॉनचा अणुक्रमांक 18 आहे. हे मूल्य प्रत्येक आर्गॉन अणूच्या केंद्रकात असलेल्या प्रोटॉनची संख्या दर्शवते. त्यामुळे, आर्गॉन अणूमध्ये 18 प्रोटॉन असतात.
- इलेक्ट्रॉन: तटस्थ अणूमध्ये, इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. त्यामुळे, तटस्थ आर्गॉन अणूमध्ये 18 इलेक्ट्रॉन असतात. हे इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती विशिष्ट ऊर्जा पातळी किंवा कवचांमध्ये असतात.
- न्यूट्रॉन: आर्गॉनचा सर्वात सामान्य समस्थानिक (isotope) आर्गॉन-40 (⁴⁰Ar) आहे, ज्याचा वस्तुमान क्रमांक (A) 40 आहे. अणूतील न्यूट्रॉनची संख्या वस्तुमान क्रमांकातून अणुक्रमांक वजा करून (A - Z) काढली जाते. आर्गॉन-40 साठी, न्यूट्रॉनची संख्या 40 - 18 = 22 न्यूट्रॉन आहे. आर्गॉनचे इतर समस्थानिक देखील अस्तित्वात आहेत, जसे की आर्गॉन-36 (18 न्यूट्रॉन) आणि आर्गॉन-38 (20 न्यूट्रॉन), परंतु आर्गॉन-40 हे प्रमुख स्वरूप आहे.
आर्गॉनमधील इलेक्ट्रॉनची मांडणी
इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना अणु-ऑर्बिटल्समधील इलेक्ट्रॉनचे वितरण वर्णन करते. 18 इलेक्ट्रॉन असलेल्या आर्गॉन अणूसाठी, इलेक्ट्रॉन संरचना ऑफबॉ सिद्धांत (Aufbau principle), हंडचा नियम (Hund’s rule) आणि पाउली अपवर्जन सिद्धांत (Pauli exclusion principle) यांचे पालन करते:
- पहिले दोन इलेक्ट्रॉन 1s ऑर्बिटल भरतात: $1s^2$
- पुढील दोन इलेक्ट्रॉन 2s ऑर्बिटल भरतात: $2s^2$
- पुढील सहा इलेक्ट्रॉन 2p ऑर्बिटल भरतात: $2p^6$
- पुढील दोन इलेक्ट्रॉन 3s ऑर्बिटल भरतात: $3s^2$
- शेवटचे सहा इलेक्ट्रॉन 3p ऑर्बिटल भरतात: $3p^6$
म्हणून, तटस्थ आर्गॉन अणूची संपूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$
ही संरचना मागील राजवायू, नियॉन (Ne) वापरून राजवायू नोटेशनमध्ये देखील दर्शविली जाऊ शकते, ज्याची इलेक्ट्रॉन संरचना $1s^2 2s^2 2p^6$ आहे: $[Ne] 3s^2 3p^6$
संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन हे अणूच्या सर्वात बाहेरील मुख्य ऊर्जा कवचात (outermost principal energy shell) असलेले इलेक्ट्रॉन असतात. हे इलेक्ट्रॉन प्रामुख्याने रासायनिक बंधात (chemical bonding) सामील असतात.
आर्गॉनसाठी, सर्वात बाहेरील मुख्य ऊर्जा कवच तिसरे कवच (n=3) आहे. या कवचात उपस्थित असलेले इलेक्ट्रॉन $3s$ आणि $3p$ ऑर्बिटल्समधील आहेत.
- $3s$ ऑर्बिटलमधील इलेक्ट्रॉन: 2
- $3p$ ऑर्बिटलमधील इलेक्ट्रॉन: 6
आर्गॉन अणूतील एकूण संयुजा इलेक्ट्रॉनची संख्या $2 + 6 = 8$ आहे. त्याच्या सर्वात बाहेरील कवचातील हे पूर्ण अष्टक (complete octet) आर्गॉनच्या रासायनिक स्थिरतेसाठी आणि राजवायू म्हणून त्याच्या वर्गीकरणासाठी जबाबदार आहे, जे बहुतेक परिस्थितीत रासायनिक बंध तयार करण्याच्या त्याच्या प्रतिकाराचे सूचक आहे.