टंगस्टनची अणुसंरचना समजून घेणे
टंगस्टन (W) हे एक आकर्षक मूलद्रव्य आहे, ज्यामध्ये अद्वितीय गुणधर्म आहेत, विशेषतः त्याचा अत्यंत उच्च वितळण्याचा बिंदू, ज्यामुळे ते अनेक औद्योगिक उपयोगांसाठी महत्त्वाचे ठरते. भारतात, मोठ्या प्रमाणावर खाणकाम सक्रिय नसले तरी, डेगणा, राजस्थानमध्ये ऐतिहासिक साठे अस्तित्वात आहेत. टंगस्टनचा उपयोग रोजच्या वस्तूंमध्ये, जसे की इनकॅन्डेसेंट लाइट बल्बचे फिलामेंट्स, वेल्डिंग इलेक्ट्रोड्स आणि कटिंग टूल्ससाठी विशेष मिश्रधातू (alloys) मध्ये होतो.
टंगस्टन अणूमध्ये मूलभूत कण
प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूची व्याख्या त्याच्या अणुअंकाने (Z) केली जाते, जो त्याच्या केंद्रकातील प्रोटॉनची संख्या दर्शवतो. टंगस्टनचा अणुअंक 74 आहे.
- प्रोटॉन: एका उदासीन टंगस्टन अणूसाठी, प्रोटॉनची संख्या 74 असते. हे धन प्रभारीत कण केंद्रकामध्ये असतात.
- इलेक्ट्रॉन: एका उदासीन अणूमध्ये, प्रभाराचे संतुलन राखण्यासाठी इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. म्हणून, एका उदासीन टंगस्टन अणूमध्ये 74 इलेक्ट्रॉन असतात. हे ऋण प्रभारीत कण विशिष्ट ऊर्जा कवचांमध्ये केंद्रकाभोवती फिरतात.
- न्यूट्रॉन: न्यूट्रॉनची संख्या मूलद्रव्याच्या समस्थानिकांमध्ये (isotopes) बदलू शकते. टंगस्टनचे सर्वात मुबलक समस्थानिक टंगस्टन-184 ($^{184}$W) आहे, ज्याचा अणुवस्तुमान अंक 184 आहे. न्यूट्रॉनची संख्या अणुवस्तुमान अंकामधून अणुअंक (प्रोटॉन) वजा करून काढली जाते: न्यूट्रॉन = अणुवस्तुमान अंक - अणुअंक न्यूट्रॉन = 184 - 74 = 110 टंगस्टनच्या इतर नैसर्गिकरित्या आढळणाऱ्या समस्थानिकांमध्ये न्यूट्रॉनची संख्या वेगळी असेल, उदाहरणार्थ, टंगस्टन-182 मध्ये 108 न्यूट्रॉन आणि टंगस्टन-186 मध्ये 112 न्यूट्रॉन असतात.
टंगस्टनची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना अणूच्या अणू ऑर्बिटल्समध्ये इलेक्ट्रॉनच्या व्यवस्थेचे वर्णन करते. टंगस्टनसाठी (Z=74), भूमितीय स्थितीतील इलेक्ट्रॉन संरचना दोन प्रकारे लिहिली जाऊ शकते: पूर्ण नोटेशन किंवा संक्षिप्त निष्क्रिय वायू (noble gas) नोटेशन.
-
पूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d⁴ 6s²
-
संक्षिप्त निष्क्रिय वायू (Noble Gas) संरचना: हे नोटेशन मागील निष्क्रिय वायूचे (noble gas) चिन्ह वापरून गाभा इलेक्ट्रॉन (core electrons) दर्शवते. झेनॉन (Xe) हा टंगस्टनच्या आधीचा निष्क्रिय वायू आहे, ज्याचा अणुअंक 54 आहे. त्याची संरचना 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ आहे. म्हणून, टंगस्टनसाठी संक्षिप्त संरचना आहे: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²
ही संरचना दर्शवते की झेनॉनच्या स्थिर इलेक्ट्रॉन कवचानंतर, 4f उपकवचामध्ये 14 इलेक्ट्रॉन, 5d उपकवचामध्ये 4 इलेक्ट्रॉन आणि 6s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन आहेत. 4f उपकवच पूर्णपणे भरलेले आहे, तर 5d आणि 6s उपकवचे अंशतः भरलेले आहेत.
टंगस्टनमधील संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन हे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचातील इलेक्ट्रॉन आणि अंशतः भरलेल्या आतील कवचांमधील इलेक्ट्रॉन असतात जे रासायनिक बंधनात भाग घेतात. टंगस्टनसारख्या संक्रमण धातूंसाठी (transition metals), सर्वात बाहेरील ‘s’ इलेक्ट्रॉन आणि अंशतः भरलेल्या (n-1)d उपकवचातील (येथे n हे सर्वात बाहेरील कवचाचे मुख्य क्वांटम संख्या आहे) इलेक्ट्रॉन दोन्ही संयुजा इलेक्ट्रॉन मानले जातात.
टंगस्टनसाठी:
- सर्वात जास्त मुख्य क्वांटम संख्या n=6 आहे, ज्यात 6s² इलेक्ट्रॉन असतात.
- 5d उपकवच, एक आतील कवच (n-1 = 5), 5d⁴ इलेक्ट्रॉनने अंशतः भरलेले आहे.
म्हणून, टंगस्टनमध्ये 6 संयुजा इलेक्ट्रॉन (6s मधून 2 आणि 5d मधून 4) असतात. हे इलेक्ट्रॉन प्रामुख्याने रासायनिक बंध तयार करण्यात आणि टंगस्टनची रासायनिक अभिक्रियाशीलता (reactivity) आणि ऑक्सिडेशन स्थिती (oxidation states), जसे की त्याची सामान्य +6 ऑक्सिडेशन स्थिती, निश्चित करण्यात गुंतलेले असतात.