निकेलची अणू रचना समजून घेणे
निकेल, एक चांदीसारखा पांढरा, चमकदार धातू, एक संक्रमण मूलद्रव्य आहे जो त्याच्या कडकपणा, तन्यता (ductility) आणि गंजरोधक क्षमतेसाठी (resistance to corrosion) ओळखला जातो. भारतात, विशेषतः स्वयंपाकघरातील भांडी आणि औद्योगिक उपकरणांसाठी स्टेनलेस स्टील मिश्रधातूंच्या निर्मितीमध्ये, तसेच संरक्षणात्मक आणि सजावटीचे आवरण (coatings) देण्यासाठी इलेक्ट्रोप्लेटिंगमध्ये (electroplating) त्याचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग होतो. त्याचे अद्वितीय गुणधर्म त्याच्या अणू रचनेत दडलेले आहेत.
निकेलची अणू रचना
एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुअंक (atomic number) त्याची ओळख निश्चित करतो आणि तो त्याच्या केंद्रकातील प्रोटॉनच्या संख्येएवढा असतो. निकेलसाठी, अणुअंक (Z) 28 आहे.
- प्रोटॉनची संख्या: तटस्थ निकेल अणूमध्ये प्रोटॉनची संख्या 28 असते.
- इलेक्ट्रॉनची संख्या: विद्युतदृष्ट्या तटस्थ अणूमध्ये, इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. म्हणून, तटस्थ निकेल अणूमध्ये 28 इलेक्ट्रॉन असतात.
- न्यूट्रॉनची संख्या: मूलद्रव्याच्या समस्थानिकांमध्ये (isotopes) न्यूट्रॉनची संख्या भिन्न असते. निकेलच्या सर्वात सामान्य समस्थानिकासाठी, ज्याचा वस्तुमान अंक (A) 58 ($^{58}$Ni) आहे, न्यूट्रॉनची संख्या अशी काढली जाते: वस्तुमान अंक (A) - अणुअंक (Z) = 58 - 28 = 30 न्यूट्रॉन. निकेलचे इतर समस्थानिक देखील अस्तित्वात आहेत, जसे की $^{60}$Ni, ज्यामध्ये 32 न्यूट्रॉन असतील.
निकेलची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना अणुमधील इलेक्ट्रॉनचे त्याच्या अणु कक्षेत (atomic orbitals) वितरण दर्शवते. ऑफबाऊ तत्त्व (Aufbau principle), पॉली अपवर्जन तत्त्व (Pauli exclusion principle) आणि हंडचा नियम (Hund’s rule) यानुसार, तटस्थ निकेल अणूची (Z=28) इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे:
$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^8 4s^2$
हे निकेलच्या आधीच्या निष्क्रिय वायूचा (noble gas), जो आर्गॉन (Ar, Z=18) आहे, वापर करून संक्षिप्त स्वरूपात देखील लिहिता येते:
$[Ar] 3d^8 4s^2$
ही संरचना दर्शवते की पहिले 18 इलेक्ट्रॉन $3p^6$ पर्यंतची ऑर्बिटल्स भरतात (आर्गॉनप्रमाणे), आणि उर्वरित 10 इलेक्ट्रॉन $3d$ सबशेलमध्ये 8 इलेक्ट्रॉन आणि $4s$ सबशेलमध्ये 2 इलेक्ट्रॉन असे वितरित होतात.
संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन हे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचातील इलेक्ट्रॉन असतात जे रासायनिक बंधात भाग घेतात. निकेलसारख्या संक्रमण मूलद्रव्यांसाठी (transition elements), संयुजा इलेक्ट्रॉन निश्चित करण्यासाठी काळजीपूर्वक विचार करणे आवश्यक आहे.
निकेलच्या इलेक्ट्रॉन संरचनेत ($[Ar] 3d^8 4s^2$):
- 4थे कवच (shell) हे सर्वात बाहेरील मुख्य ऊर्जा स्तर (principal energy level) आहे, ज्यामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन $4s$ सबशेलमध्ये असतात. हे $4s$ इलेक्ट्रॉन रासायनिक बंधात (chemical bonding) भाग घेतात.
- तथापि, संक्रमण धातूंसाठी (transition metals), अपूर्ण भरलेल्या पूर्ववर्ती (penultimate) (n-1)d सबशेलमधील इलेक्ट्रॉन देखील रासायनिक बंधात भाग घेऊ शकतात. अशा प्रकारे, $3d^8$ इलेक्ट्रॉन देखील निकेलचे रासायनिक गुणधर्म आणि परिवर्तनशील ऑक्सिडेशन स्थिती (variable oxidation states) निश्चित करण्यात महत्त्वाचे आहेत. निकेल सामान्यतः +2 आणि +3 सारख्या ऑक्सिडेशन स्थिती दर्शवतो. +2 स्थितीत, दोन $4s$ इलेक्ट्रॉन सामान्यतः गमावले जातात, तर उच्च ऑक्सिडेशन स्थितींमध्ये, काही $3d$ इलेक्ट्रॉन देखील भाग घेतात. म्हणून, जरी सर्वात बाहेरील मुख्य कवचात 2 इलेक्ट्रॉन असले तरी, बंधात अनेकदा $4s$ इलेक्ट्रॉन आणि काही $3d$ इलेक्ट्रॉन दोन्ही समाविष्ट असतात.