युरेनियम (U) - अणु संरचना आणि रासायनिक गुणधर्म

युरेनियम (U) चा परिचय

युरेनियम (U) हा ॲक्टिनाइड मालिकेतील (actinide series) एक चंदेरी-पांढरा किरणोत्सर्गी धातूचा घटक आहे. त्याच्या विखंडनक्षम समस्थानकांमुळे (fissile isotopes) तो अणु तंत्रज्ञानातील (nuclear technology) एक महत्त्वाचा घटक आहे.

अणु मॉडेल तपशील

युरेनियमच्या अणु संरचनेची खालील वैशिष्ट्ये आहेत:

• अणुअंक (Z): 92
  • हे केंद्रकात 92 प्रोटॉन असल्याचे दर्शवते.
• इलेक्ट्रॉनची संख्या: 92 (उदासीन अणूमध्ये).
• वस्तुमान संख्या (सर्वात सामान्य समस्थानिक, युरेनियम-238, U-238 साठी): 238
  • न्यूट्रॉनची संख्या: वस्तुमान संख्या - अणुअंक = 238 - 92 = 146 न्यूट्रॉन.
• अणु त्रिज्या:
  • धात्विक त्रिज्या (Metallic Radius): अंदाजे 156 pm (पिकोमीटर्स).
  • सहसंयुजी त्रिज्या (Covalent Radius): अंदाजे 158 pm.

इलेक्ट्रॉनिक संरूपण आणि कवच आकृती

युरेनियमचे इलेक्ट्रॉनिक संरूपण त्याचे रासायनिक वर्तन निश्चित करते.

• इलेक्ट्रॉनिक संरूपण: [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²
  • “[Rn]” हा शब्द युरेनियमच्या आधीच्या निष्क्रिय वायू (noble gas) रेडॉनच्या इलेक्ट्रॉन संरूपणाचे प्रतिनिधित्व करतो, जे 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰ 4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴ 5s²5p⁶5d¹⁰ 6s²6p⁶ आहे.
• कवच आकृतीचे सादरीकरण:
  • इलेक्ट्रॉन खालीलप्रमाणे कवचांमध्ये (ऊर्जा स्तरांमध्ये) वितरित केलेले असतात:
    • K-कवच (n=1): 2 इलेक्ट्रॉन
    • L-कवच (n=2): 8 इलेक्ट्रॉन
    • M-कवच (n=3): 18 इलेक्ट्रॉन
    • N-कवच (n=4): 32 इलेक्ट्रॉन
    • O-कवच (n=5): 21 इलेक्ट्रॉन (5s²5p⁶5d¹⁰5f³)
    • P-कवच (n=6): 9 इलेक्ट्रॉन (6s²6p⁶6d¹)
    • Q-कवच (n=7): 2 इलेक्ट्रॉन (7s²)
  • हे 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 असे सारांशित केले जाऊ शकते.

आवर्ती प्रवृत्ती

ॲक्टिनाइड असल्यामुळे, युरेनियम विशिष्ट आवर्ती प्रवृत्ती दर्शवतो:

• आयनन एन्थाल्पी (Ionization Enthalpy):
  • पहिली आयनन एन्थाल्पी (IE₁): 597.6 kJ/mol
  • दुसरी आयनन एन्थाल्पी (IE₂): 1420 kJ/mol
  • तिसरी आयनन एन्थाल्पी (IE₃): 1900 kJ/mol
  • ही मूल्ये दर्शवतात की युरेनियममध्ये, इतर धातूंप्रमाणेच, तुलनेने कमी आयनन एन्थाल्पी असते, याचा अर्थ ते सहजपणे इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन (positive ions) तयार करते.
• ऋणविद्युतता (Electronegativity):
  • पॉलिंग प्रमाण (Pauling Scale): 1.38
  • युरेनियमची ऋणविद्युतता कमी आहे, जे त्याचा धात्विक गुणधर्म आणि रासायनिक बंधांमध्ये इलेक्ट्रॉन आकर्षित करण्याऐवजी दान करण्याची प्रवृत्ती दर्शवते.
• इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी (Electron Gain Enthalpy):
  • बहुतेक धातूंसाठी, विशेषतः ॲक्टिनाइड्ससाठी, इलेक्ट्रॉन ग्रहण एन्थाल्पी सामान्यतः धनात्मक (positive) किंवा शून्याच्या जवळ असते, कारण त्यांना इलेक्ट्रॉन मिळवण्याऐवजी गमावण्याची प्रवृत्ती असते. त्याची रसायनशास्त्रासाठी अचूक ऋणात्मक मूल्ये (negative values) सहसा नोंदवली जात नाहीत किंवा महत्त्वाची नसतात.
• अणु त्रिज्या (Atomic Radius):
  • धात्विक त्रिज्या: ~156 pm. अनेक इलेक्ट्रॉन कवचांच्या उपस्थितीमुळे अणु त्रिज्या तुलनेने मोठी असते.

मुख्य भौतिक गुणधर्म

युरेनियममध्ये विशिष्ट भौतिक वैशिष्ट्ये आहेत:

• घनता (Density): 19.1 g/cm³ (20 °C तापमानावर)
  • युरेनियम एक अपवादात्मकपणे घन धातू आहे, जो शिसे (Lead) पेक्षा जवळजवळ दुप्पट घन आहे.
• सामान्य तापमानातील अवस्था (State at Room Temperature): स्थायू
• रंग (Color): चंदेरी-पांढरा ते राखाडी. हवेत तो लवकर काळवंडून फिक्कट राखाडी किंवा काळ्या ऑक्साईडचा थर तयार करतो.
• वितळण बिंदू (Melting Point): 1132 °C
• उत्कलन बिंदू (Boiling Point): 4131 °C