कॅडमियमचा (Cd) परिचय
कॅडमियम, ज्याचे रासायनिक चिन्ह Cd आहे, हा एक मऊ, चांदीसारखा पांढरा, तन्य (ductile) आणि वर्धनीय (malleable) संक्रमण धातू आहे. तो आवर्त सारणीतील गट 12 आणि आवर्त 5 मध्ये स्थित आहे. इतर काही धातूंइतका तो व्यापकपणे ज्ञात नसला तरी, कॅडमियम एक महत्त्वपूर्ण मूलद्रव्य आहे, जरी तो त्याच्या विषारी गुणधर्मांसाठी ओळखला जातो. भारतात, कॅडमियम प्रामुख्याने जस्त धातूंच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेदरम्यान उप-उत्पादन म्हणून प्राप्त होतो, उदाहरणार्थ, हिंदुस्तान झिंक सारख्या ऑपरेशन्सद्वारे, जे जस्त-शिसे (zinc-lead) ठेवींवर प्रक्रिया करते.
कॅडमियमचे मूलभूत अणु कण
कॅडमियमची अणू रचना त्याचे घटक उप-अणु कण: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन यांची तपासणी करून समजून घेता येते.
अणुअंक आणि प्रोटॉन
कॅडमियमचा अणुअंक (Z) 48 आहे. अणुअंक थेट अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनच्या संख्येशी जुळतो. त्यामुळे, एका उदासीन कॅडमियम अणूमध्ये 48 प्रोटॉन असतात. प्रोटॉनवर धन विद्युत प्रभार असतो.
इलेक्ट्रॉन
उदासीन अणूमध्ये, विद्युत तटस्थता राखण्यासाठी इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. कॅडमियममध्ये 48 प्रोटॉन असल्याने, एका उदासीन कॅडमियम अणूमध्ये 48 इलेक्ट्रॉन असतात. इलेक्ट्रॉनवर ऋण विद्युत प्रभार असतो आणि ते केंद्रकाभोवती विशिष्ट ऊर्जा स्तरांमध्ये किंवा कवचांमध्ये (shells) असतात.
न्यूट्रॉन
अणूतील न्यूट्रॉनची संख्या बदलू शकते, ज्यामुळे मूलद्रव्याचे भिन्न समस्थानिक (isotopes) तयार होतात. द्रव्यमान संख्या (A) केंद्रकातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची एकूण संख्या दर्शवते. कॅडमियमचा सर्वात मुबलक समस्थानिक कॅडमियम-114 ($^{114}$Cd) आहे.
न्यूट्रॉनची संख्या काढण्यासाठी: न्यूट्रॉनची संख्या = द्रव्यमान संख्या (A) - अणुअंक (Z) न्यूट्रॉनची संख्या = 114 - 48 = 66 न्यूट्रॉन
त्यामुळे, सर्वात सामान्य कॅडमियम अणूमध्ये 48 प्रोटॉन, 48 इलेक्ट्रॉन आणि 66 न्यूट्रॉन असतात.
कॅडमियमची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना अणूच्या अणु कक्षेतील (atomic orbitals) इलेक्ट्रॉनच्या मांडणीचे वर्णन करते. कॅडमियमसाठी (Z=48), इलेक्ट्रॉन औफबाऊ (Aufbau) तत्त्व, हुंडचा (Hund’s) नियम आणि पॉली अपवर्जन (Pauli exclusion) तत्त्वानुसार कक्षे भरतात.
कॅडमियमची संपूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना आहे: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰
अधिक संक्षिप्त स्वरूप, उत्कृष्ट वायू संरचनेचा वापर करून, पूर्वीच्या उत्कृष्ट वायूच्या चिन्हाने गाभा इलेक्ट्रॉनची जागा घेते. कॅडमियमसाठी, मागील उत्कृष्ट वायू क्रिप्टॉन (Kr) आहे, ज्याचा अणुअंक 36 आहे. त्याची संरचना 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ आहे.
अशा प्रकारे, कॅडमियमची उत्कृष्ट वायू इलेक्ट्रॉन संरचना आहे: [Kr] 4d¹⁰ 5s²
ही संरचना दर्शवते की क्रिप्टॉन गाभ्यानंतर, 4d उपकक्षात 10 इलेक्ट्रॉन आणि 5s उपकक्षात 2 इलेक्ट्रॉन आहेत. 4d उपकक्षे पूर्णपणे भरलेली आहे, जे या आंतरिक d-इलेक्ट्रॉनसाठी स्थिर मांडणी दर्शवते.
कॅडमियमचे संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन म्हणजे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचातील (shell) इलेक्ट्रॉन होय. हे इलेक्ट्रॉन प्रामुख्याने रासायनिक बंधात भाग घेतात आणि मूलद्रव्याचे रासायनिक गुणधर्म निश्चित करतात.
इलेक्ट्रॉन संरचना [Kr] 4d¹⁰ 5s² नुसार, सर्वात बाहेरील मुख्य ऊर्जा स्तर (कवच) n=5 आहे. या कवचातील इलेक्ट्रॉन हे 5s² इलेक्ट्रॉन आहेत.
त्यामुळे, कॅडमियममध्ये 2 संयुजा इलेक्ट्रॉन आहेत. हे दोन 5s इलेक्ट्रॉन तुलनेने सहज काढले जातात, जे स्पष्ट करते की कॅडमियम सामान्यतः अशी संयुगे बनवतो ज्यात तो +2 ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवतो. पूर्णपणे भरलेली 4d उपकक्षा Cd²⁺ आयनच्या स्थिरतेला योगदान देते.