झिरकोनियम (Zr): अणु रचना आणि रासायनिक गुणधर्म

झिरकोनियम (Zr) च्या अणु मॉडेलचे तपशील

झिरकोनियम (Zr) हे आवर्त सारणीतील गट 4 आणि आवर्त 5 मध्ये असलेले एक संक्रमण धातू आहे.

मूलभूत कण

• अणुअंक (Z): 40
• प्रोटॉन: 40
• इलेक्ट्रॉन: 40 (उदासीन अणूमध्ये)
• न्यूट्रॉन: अंदाजे 51 (सर्वाधिक प्रमाणात असलेल्या ⁹¹Zr समस्थानिकासाठी, 91 - 40 = 51 न्यूट्रॉन आहेत. सरासरी अणु वस्तुमान 91.224 u आहे.)

अणु आकारमान

• सहसंयोजक त्रिज्या: ~160 pm (पिको-मीटर)
• व्हॅन डर वाल्स त्रिज्या: घन अवस्थेतील धातूंसाठी सामान्यतः परिभाषित केली जात नाही, परंतु रेणू स्वरूपासाठी अनेकदा अनुमानित किंवा गणना केली जाते.
• आयनिक त्रिज्या (Zr⁴⁺): ~79 pm (समन्वय संख्या 6 साठी)

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि कवच आकृती

भू-स्थिती इलेक्ट्रॉन संरूपण

• कक्षक संरूपण: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
• राजवायू संरूपण: [Kr] 4d² 5s²
  • हे संरूपण दर्शवते की झिरकोनियममध्ये क्रिप्टॉन (Kr) सारखे आंतरिक केंद्र आहे, त्यानंतर 4d उपकवचामध्ये दोन इलेक्ट्रॉन आणि 5s उपकवचामध्ये दोन इलेक्ट्रॉन आहेत. ऑफबाऊ तत्त्वानुसार 4d कक्षक भरण्यापूर्वी 5s कक्षक भरते, परंतु भरल्यानंतर, ऊर्जा पातळी अशी असते की आयनीकरण करताना 5s इलेक्ट्रॉन सर्वात आधी गमावले जातात आणि 4d इलेक्ट्रॉन त्याचे संक्रमण धातूचे वैशिष्ट्य परिभाषित करतात.

कवच आकृती प्रतिनिधित्व (इलेक्ट्रॉन वितरण)

झिरकोनियममधील इलेक्ट्रॉनची पाच मुख्य ऊर्जा कवचांमध्ये (K, L, M, N, O) खालीलप्रमाणे विभागणी केली जाते:

• K-कवच (1 ले कवच): 2 इलेक्ट्रॉन (1s²)
• L-कवच (2 रे कवच): 8 इलेक्ट्रॉन (2s² 2p⁶)
• M-कवच (3 रे कवच): 18 इलेक्ट्रॉन (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
• N-कवच (4 थे कवच): 10 इलेक्ट्रॉन (4s² 4p⁶ 4d²)
• O-कवच (5 वे कवच): 2 इलेक्ट्रॉन (5s²) हे वितरण एकूण 2 + 8 + 18 + 10 + 2 = 40 इलेक्ट्रॉनची पुष्टी करते.

झिरकोनियम (Zr) साठी आवर्ती प्रवृत्ती

आयनीकरण एन्थाल्पी

• पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (IE₁): 640.1 kJ/mol
• दुसरी आयनीकरण एन्थाल्पी (IE₂): 1270 kJ/mol
• प्रवृत्ती: संक्रमण धातू असल्याने, झिरकोनियममध्ये आतील d-इलेक्ट्रॉनच्या आवरण परिणामामुळे आणि s आणि d दोन्ही कक्षांमध्ये संयुजा इलेक्ट्रॉनच्या उपस्थितीमुळे तुलनेने मध्यम आयनीकरण एन्थाल्पी दिसून येते. IE₁ ते IE₂ मधील वाढ लक्षणीय आहे परंतु त्याच संयुजा कवचातून इलेक्ट्रॉन गमावण्यासाठी सामान्य आहे.

ऋणविद्युतता

• पॉलिंग स्केल ऋणविद्युतता: 1.33
• प्रवृत्ती: झिरकोनियम हा एक धनविद्युत धातू आहे, हे त्याच्या कमी ऋणविद्युतता मूल्यावरून सूचित होते. रासायनिक अभिक्रियांमध्ये ते सहजपणे इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन, विशेषतः Zr⁴⁺, तयार करते.

इलेक्ट्रॉन प्राप्ती एन्थाल्पी

• इलेक्ट्रॉन प्राप्ती एन्थाल्पी: -41 kJ/mol (हे मूल्य स्रोतानुसार थोडे बदलू शकते आणि धातूंसाठी ते सहसा थोडे नकारात्मक किंवा शून्याच्या जवळ असते, जे इलेक्ट्रॉन मिळवण्याची आणि ॲनायन तयार करण्याची कमी प्रवृत्ती दर्शवते.)
• प्रवृत्ती: झिरकोनियमला, बहुतेक धातूंप्रमाणे, कमी (किंचित उष्णतादायी किंवा उष्णताशोषक) इलेक्ट्रॉन प्राप्ती एन्थाल्पी असते, जे त्याचे धातूचे वैशिष्ट्य आणि इलेक्ट्रॉन गमावण्याची प्रवृत्ती दर्शवते.

अणु त्रिज्या

• अणु त्रिज्या (सहसंयोजक): 160 pm
• प्रवृत्ती: अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन कवचाच्या वाढीमुळे झिरकोनियमची अणु त्रिज्या त्याच गटातील आवर्त 4 मधील मूलद्रव्यांपेक्षा (उदा. टायटॅनियम) मोठी असते. तथापि, लँथानॉइड संकोचन (Lanthanoid Contraction) परिणामामुळे ते आवर्त 6 मधील हॅफ्नियम (Hf) (159 pm) शी खूप समान आहे. ही घटना, जिथे 4f इलेक्ट्रॉनचे कमकुवत आवरण प्रभावी केंद्रकीय प्रभारात वाढ करते, त्यामुळे लँथानॉइड्सनंतर त्याच गटातील मूलद्रव्यांसाठी जवळजवळ समान आकारमान दिसून येते.

झिरकोनियम (Zr) चे प्रमुख भौतिक गुणधर्म

• प्रमाण तापमान आणि दाब (STP) वरील अवस्था: घन
• स्वरूप: चांदी-पांढरा, चमकदार धातू
• घनता: 6.51 g/cm³ (20 °C वर)
• द्रवणांक: 1855 °C (2128 K)
• उत्कलनांक: 4377 °C (4650 K)
• कठोरता (मोह्स स्केल): 5.0
• स्फटिक रचना: खोलीच्या तापमानावर षटकोनी दाटीवाटीची (HCP) (α-Zr), उच्च तापमानावर काय-केंद्रित घनीय (BCC) मध्ये (β-Zr) रूपांतरित होते.