बेरियम (Ba) - अणू संरचना आणि गुणधर्म

अणू संरचनेचे तपशील

बेरियम (Ba) हा एक अल्कधर्मी मृदा धातू (alkaline earth metal) आहे जो आवर्त सारणीतील गट 2 (Group 2) आणि आवर्तन 6 (Period 6) मध्ये आढळतो.

उपअणू कण (Subatomic Particles)

अणुअंक (Atomic Number, Z): 56
- प्रोटॉनची संख्या (Number of Protons): 56
- इलेक्ट्रॉनची संख्या (Number of Electrons): 56 (उदासीन अणूमध्ये)
वस्तुमान संख्या (Mass Number, A): बेरियमचा सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणारा समस्थानिक (isotope) $^\{138\}$ $^{{} 138}$ Ba आहे.
- न्यूट्रॉनची संख्या (Number of Neutrons): A - Z = 138 - 56 = 82

अणूचा आकार

अणू त्रिज्या (Atomic Radius) (धातू): 215 pm (पिकोमीटर)
आयनिक त्रिज्या (Ionic Radius) (Ba²⁺): 135 pm

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि कवच आकृती प्रतिनिधित्व

इलेक्ट्रॉन संरूपण

पूर्ण इलेक्ट्रॉन संरूपण (Full Electronic Configuration): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^\{10\} 4s^2 4p^6 4d^\{10\} 5s^2 5p^6 6s^2$
राजवायू संरूपण (Noble Gas Configuration): $[Xe] 6s^2$

कवच आकृती प्रतिनिधित्व

बेरियमसाठीची कवच आकृती (shell diagram) अणूभोवतीच्या वेगवेगळ्या ऊर्जा स्तरांमधील (कवच/shells) इलेक्ट्रॉनचे वितरण दर्शवते.

केंद्रक (Nucleus): 56 प्रोटॉन आणि 82 न्यूट्रॉन असतात.
कवच 1 (K-shell): 2 इलेक्ट्रॉन
कवच 2 (L-shell): 8 इलेक्ट्रॉन
कवच 3 (M-shell): 18 इलेक्ट्रॉन
कवच 4 (N-shell): 18 इलेक्ट्रॉन
कवच 5 (O-shell): 8 इलेक्ट्रॉन
कवच 6 (P-shell): 2 इलेक्ट्रॉन (संयुजा इलेक्ट्रॉन / valence electrons)

हे संरूपण दर्शवते की बेरियमच्या बाहेरील कवचात ( $6s^2$ ) 2 संयुजा इलेक्ट्रॉन (valence electrons) आहेत, जे ते सहजपणे गमावून Ba²⁺ आयन तयार करते, ज्यामुळे त्याला स्थिर राजवायू संरूपण (झेनॉनचे, [Xe]) प्राप्त होते.

आवर्त सारणीतील प्रवृत्ती

आयनीकरण एन्थाल्पी (Ionization Enthalpy)

आयनीकरण एन्थाल्पी म्हणजे अणूच्या त्याच्या निम्नतम ऊर्जा अवस्थेतील (ground state) वायूरूप अणूमधून इलेक्ट्रॉन काढण्यासाठी लागणारी ऊर्जा.

पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (First Ionization Enthalpy, $IE_1$ ): 502.9 kJ/mol
दुसरी आयनीकरण एन्थाल्पी (Second Ionization Enthalpy, $IE_2$ ): 965.2 kJ/mol बेरियमची पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (first ionization enthalpy) तुलनेने कमी असते कारण त्याचा अणू आकार मोठा असतो आणि आतील इलेक्ट्रॉनच्या परिरक्षण प्रभावामुळे (shielding effect) बाहेरील इलेक्ट्रॉन काढणे सोपे होते. दुसरी आयनीकरण एन्थाल्पी जास्त असली तरी, ती अजूनही तुलनेने कमी आहे, कारण दुसऱ्या इलेक्ट्रॉनच्या काढण्यामुळे स्थिर राजवायू संरूपण प्राप्त होते.

विद्युतऋणता (Electronegativity)

विद्युतऋणता (Electronegativity) हे रासायनिक बंधातील सामायिक इलेक्ट्रॉनना आकर्षित करण्याच्या अणूच्या क्षमतेचे मोजमाप आहे.

पॉलिंग स्केल विद्युतऋणता (Pauling Scale Electronegativity): 0.89 बेरियम हा अत्यंत विद्युतधनात्म (electropositive) घटक आहे, जो इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन (positive ions) बनवण्याची त्याची तीव्र प्रवृत्ती दर्शवतो, इलेक्ट्रॉन आकर्षित करण्याऐवजी. हे अल्कधर्मी मृदा धातूंचे वैशिष्ट्य आहे.

इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी (Electron Gain Enthalpy)

इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी (Electron Gain Enthalpy) म्हणजे उदासीन वायूरूप अणूमध्ये इलेक्ट्रॉन जोडल्यास ऋण आयन (negative ion) तयार होताना होणारा ऊर्जा बदल.

इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी (Electron Gain Enthalpy): ~+14 kJ/mol (अंदाजित, धातूंसाठी सामान्यतः धन असते) बेरियमसाठी, इतर अल्कधर्मी मृदा धातूं प्रमाणेच, इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी धन असते. याचा अर्थ बेरियमला अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्यास भाग पाडण्यासाठी ऊर्जा पुरवावी लागते, ज्यामुळे अत्यंत अस्थिर Ba⁻ आयन तयार होतो. बेरियम इलेक्ट्रॉन गमावणे पसंत करतो, ते मिळवण्याऐवजी.

अणू त्रिज्या (Atomic Radius)

अणू त्रिज्या (Atomic Radius) (धातू): 215 pm बेरियमची अणू त्रिज्या मागील आवर्तने आणि गटांतील मूलद्रव्यांपेक्षा मोठी असते, कारण त्यात अनेक इलेक्ट्रॉन कवच (electron shells) असतात आणि आतील इलेक्ट्रॉनमुळे केंद्रकाचे प्रभावी परिरक्षण (effective shielding) होते. गटामध्ये खाली जाताना अणू त्रिज्या वाढते.

मुख्य भौतिक गुणधर्म

घनता (Density): 3.62 g/cm³
खोलीच्या तापमानातील अवस्था (State at room temperature) (25°C): स्थायू (Solid)
रंग (Color): चांदी-पांढरा (Silvery-white), हवेच्या संपर्कात आल्यास फिकट राखाडी होतो (tarnishes to dull grey upon exposure to air)
द्रवणांक (Melting Point): 727 °C (999 K)
उत्कलनांक (Boiling Point): 1897 °C (2170 K)