Revision Guide • Class 10-12 / JEE / NEET
हॅफ्नियम (Hf) - अणुसंरचना आणि रासायनिक गुणधर्म
By Periodic Table India
CBSE / JEE Prep Notes
- Hafnium - Hf - Atomic Structure - Chemical Properties - JEE - NEET - Chemistry - Periodic Table
हॅफ्नियमची (Hf) अणू नमुना माहिती
हॅफ्नियम (Hf) हा आवर्त सारणीतील गट 4, आवर्त 6 मधील एक संक्रमण धातू आहे.
- अणुअंक (Z): 72
- केंद्रकामध्ये 72 प्रोटॉन दर्शवतो.
- उदासीन हॅफ्नियम अणूमध्ये 72 इलेक्ट्रॉन दर्शवतो.
- अणुवस्तुमान: 178.49 u (एकत्रित अणुवस्तुमान एकक)
- सर्वात सामान्य समस्थानिक हॅफ्नियम-180 (¹⁸⁰Hf) आहे.
- न्यूट्रॉनची संख्या: समस्थानिकानुसार बदलते. सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणाऱ्या समस्थानिकासाठी (¹⁸⁰Hf) ती 180 - 72 = 108 न्यूट्रॉन असते. न्यूट्रॉनची सरासरी संख्या अंदाजे 106.49 आहे.
- अणु त्रिज्या:
- धातू त्रिज्या: 156 pm
- सहसंयुज त्रिज्या: 159 pm
इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि कवच आकृती
इलेक्ट्रॉन संरूपण
हॅफ्नियमचे भू-स्थितीमधील इलेक्ट्रॉन संरूपण असे आहे:
[Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
हे संरूपण दर्शवते की, झेनॉन (Xe) सारख्या गाभ्याच्या इलेक्ट्रॉनांनंतर, 4f उपकवचामध्ये पूर्णपणे भरलेले 14 इलेक्ट्रॉन, 5d उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन आणि 6s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन आहेत. 4f ऑर्बिटल्सच्या भरण्यामुळे लँथनाइड संकोचन (lanthanide contraction) होते, ज्यामुळे Hf च्या गुणधर्मांवर लक्षणीय परिणाम होतो.
कवचानुसार इलेक्ट्रॉन वितरण
वेगवेगळ्या कवचांमधील (मुख्य ऊर्जा स्तर) इलेक्ट्रॉनांचे वितरण खालीलप्रमाणे आहे:
- पहिले कवच (K): 2 इलेक्ट्रॉन (1s²)
- दुसरे कवच (L): 8 इलेक्ट्रॉन (2s² 2p⁶)
- तिसरे कवच (M): 18 इलेक्ट्रॉन (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
- चौथे कवच (N): 32 इलेक्ट्रॉन (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴)
- पाचवे कवच (O): 10 इलेक्ट्रॉन (5s² 5p⁶ 5d²)
- सहावे कवच (P): 2 इलेक्ट्रॉन (6s²)
आवर्ती प्रवृत्ती
आवर्त सारणीतील हॅफ्नियमचे स्थान आणि भरलेल्या 4f उपकवचाची उपस्थिती (लँथनाइड संकोचन) त्याच्या आवर्ती गुणधर्मांवर लक्षणीय परिणाम करतात.
आयनीकरण एन्थाल्पी
- पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (IE₁): 658.5 kJ/mol
- दुसरी आयनीकरण एन्थाल्पी (IE₂): 1440 kJ/mol
- प्रवृत्ती: हॅफ्नियमची पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी झिरकोनियम (Zr) (IE₁ ≈ 660 kJ/mol) च्या खूपच समान आहे. ही समानता लँथनाइड संकोचनाचा थेट परिणाम आहे, ज्यामुळे 5d श्रेणीमध्ये अपेक्षितपेक्षा प्रभावी केंद्रकीय प्रभार (effective nuclear charge) वाढतो, ज्यामुळे अणु त्रिज्या लहान होते आणि संयुजा इलेक्ट्रॉनचे केंद्रकाकडे अधिक मजबूत आकर्षण होते.
विद्युतऋणता
- पॉलिंग स्केल विद्युतऋणता: 1.3
- प्रवृत्ती: हॅफ्नियमची विद्युतऋणता तुलनेने कमी आहे, जी धातू मूलद्रव्यासाठी सामान्य आहे. हे रासायनिक बंधनात इलेक्ट्रॉन मिळण्याऐवजी गमावण्याची त्याची प्रवृत्ती दर्शवते. हे झिरकोनियम (1.33) सारखेच आहे.
इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी
- इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी: धातूंसाठी सामान्यतः धन किंवा शून्याच्या जवळ असते.
- प्रवृत्ती: हॅफ्नियम हा धातू असल्याने, तो सहजपणे इलेक्ट्रॉन स्वीकारत नाही. त्याची इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी लक्षणीयरीत्या ऋण नसते, जी त्याचे धातूचे वैशिष्ट्य आणि अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनांसाठी कमी आकर्षण दर्शवते.
अणु त्रिज्या
- धातू त्रिज्या: 156 pm
- प्रवृत्ती: लँथनाइड संकोचनामुळे, हॅफ्नियमची अणु त्रिज्या (156 pm) झिरकोनियम (160 pm), त्याच गटातील त्याच्या हलक्या समूहाच्या मूलद्रव्याच्या जवळजवळ समान आहे. अणु आकारातील ही असामान्य समानता Hf आणि Zr च्या अत्यंत समान रासायनिक गुणधर्मांना कारणीभूत ठरते, ज्यामुळे त्यांचे विलगीकरण (separation) आव्हानात्मक होते.
प्रमुख भौतिक गुणधर्म
हॅफ्नियम एक चमकदार, चंदेरी, तन्य धातू आहे.
- घनता: 13.31 g/cm³ (20 °C तापमानावर)
- STP (प्रमाण तापमान आणि दाब) येथे अवस्था: स्थायू
- रंग: चंदेरी-राखाडी, चमकदार
- द्रवणांक: 2233 °C (2506 K)
- उत्कलनांक: 4603 °C (4876 K)
- स्फटिक संरचना: षटकोनी दाट पॅक (hcp) सामान्य तापमानावर.