டார்ம்ஸ்டாட்டியம் (Ds) அறிமுகம்
டார்ம்ஸ்டாட்டியம் (Ds) என்பது அணு எண் 110 கொண்ட ஒரு செயற்கை வேதியியல் தனிமம் ஆகும். இது மீக்கனமான தனிமங்களின் குடும்பத்தைச் சேர்ந்தது மற்றும் ஒரு டிரான்சாக்டினைடு தனிமமாக வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளது, அதாவது இது தனிம வரிசை அட்டவணையில் ஆக்டினைடு வரிசைக்குப் பிறகு வருகிறது. டார்ம்ஸ்டாட்டியம் பூமியில் இயற்கையாகக் காணப்படுவதில்லை; இது ஆய்வகங்களில் கனமான அணுக்கருக்களை இலகுவான அணுக்கருக்களுடன் மோதவிடுவதன் மூலம் உருவாக்கப்படுகிறது. இது ஜெர்மனியின் டார்ம்ஸ்டாட் நகரின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது, அங்கு இது முதன்முதலில் 1994 இல் கெசெல்சாஃப்ட் ஃபூர் ஸ்வேரியோனென்ஃபார்ஷுங் (GSI) இல் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது. டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் அறியப்பட்ட அனைத்து ஐசோடோப்புகளும் மிகவும் நிலையற்றவை, வினாடிகளுக்குள்ளோ அல்லது மில்லி வினாடிகளுக்குள்ளோ வேகமாக சிதைந்துவிடுகின்றன. இந்த அதிகப்படியான நிலையற்ற தன்மை அதன் ஆய்வை மிகவும் சவாலானதாக ஆக்குகிறது.
டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் அணு அமைப்பு அடிப்படைகள்
டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் அணு அமைப்பு, எந்தவொரு தனிமத்தையும் போலவே, துணை அணுத்துகள்களின் எண்ணிக்கையால் வரையறுக்கப்படுகிறது: புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலெக்ட்ரான்கள்.
புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலெக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை
- புரோட்டான்கள்: டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் அணு எண் (Z) 110 ஆகும். இது டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் ஒவ்வொரு அணுவும் அதன் அணுக்கருவில் 110 புரோட்டான்களைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் நேரடியாகக் குறிக்கிறது. புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை தனிமத்தின் அடையாளத்தை தீர்மானிக்கிறது.
- எலெக்ட்ரான்கள்: ஒரு நடுநிலை அணுவில், எலெக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். எனவே, ஒரு நடுநிலை டார்ம்ஸ்டாட்டியம் அணு 110 எலெக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது, அவை அணுக்கருவை சுற்றி வருகின்றன.
- நியூட்ரான்கள்: ஒரு தனிமத்தின் வெவ்வேறு ஐசோடோப்புகளுக்கு நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை மாறுபடலாம். டார்ம்ஸ்டாட்டியம் செயற்கையானது மற்றும் பல அறியப்பட்ட ஐசோடோப்களைக் கொண்டிருப்பதால், நியூட்ரான் எண்ணிக்கை குறிப்பிட்ட ஐசோடோபைப் பொறுத்தது. எடுத்துக்காட்டாக, மிகவும் நிலையான ஐசோடோப்புகளில் ஒன்று டார்ம்ஸ்டாட்டியம்-281 ($^{281}$Ds) ஆகும், இதன் நிறை எண் (A) 281 ஆகும். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை A - Z என கணக்கிடப்படுகிறது.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் - அணு எண்
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = 281 - 110 = 171 நியூட்ரான்கள் ($^{281}$Ds க்கு). பிற ஐசோடோப்புகள் வெவ்வேறு எண்ணிக்கையிலான நியூட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கும்.
டார்ம்ஸ்டாட்டியத்தின் எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பு
எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பு என்பது அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள அணு ஆர்பிட்டல்களில் எலெக்ட்ரான்களின் அமைப்பைக் குறிக்கிறது. டார்ம்ஸ்டாட்டியத்திற்கு (110 எலெக்ட்ரான்கள்), கட்டமைப்பு ஆஃபபவ் கொள்கை, ஹண்ட் விதி மற்றும் பாலி தவிர்ப்பு கொள்கையைப் பின்பற்றுகிறது.
எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பைப் பெறுதல்
அதன் அணு எண் 110 ஐக் கருத்தில் கொண்டு, டார்ம்ஸ்டாட்டியம் தனிம வரிசை அட்டவணையின் 7 வது வரிசையிலும் 10 வது குழுவிலும் அமைந்துள்ளது. அதன் எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பானது முந்தைய காலத்தின் மந்த வாயு மையத்திலிருந்து (ரேடான், [Rn], இது 86 எலெக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது) தொடங்கி, பின்னர் அடுத்தடுத்த ஆர்பிட்டல்களை அதிகரித்து வரும் ஆற்றல் வரிசையில் நிரப்புவதன் மூலம் எழுதப்படலாம்:
டார்ம்ஸ்டாட்டியத்திற்கான முழுமையான எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பு: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^6 6s^2 4f^{14} 5d^{10} 6p^6 7s^2 5f^{14} 6d^8$
ரேடான் (Rn) இன் மந்த வாயு மையத்தைப் பயன்படுத்தி (அணு எண் 86) இதை சுருக்கமான வடிவில் எழுதலாம்: $[Rn] 5f^{14} 6d^8 7s^2$
டார்ம்ஸ்டாட்டியம் போன்ற மிகக் கனமான, மீக்கனமான தனிமங்களுக்கு, சார்பியல் விளைவுகள் (relativistic effects) குறிப்பிடத்தக்கதாகி, கணிக்கப்பட்ட ஆஃபபவ் கொள்கை நிரப்புதல் வரிசையிலிருந்து விலகல்களை ஏற்படுத்தலாம் என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். இருப்பினும், உயர்நிலைப் பள்ளி நிலை புரிதலுக்காக, மேலே காட்டப்பட்டுள்ள பொதுவான விதிகளிலிருந்து பெறப்பட்ட கட்டமைப்பு நிலையானது.
இணைதிறன் எலெக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலெக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிப்புற கூட்டில் அமைந்துள்ள எலெக்ட்ரான்கள் ஆகும், அவை வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. டார்ம்ஸ்டாட்டியம் உட்பட இடைநிலை உலோகங்களுக்கு (transition metals), இணைதிறன் எலெக்ட்ரான்கள் பொதுவாக வெளிப்புற s-துணைக்கூட்டில் உள்ளவை மற்றும் வெளிப்புற s-கூட்டிற்கு உடனடியாக கீழே உள்ள முதன்மை குவாண்டம் எண்ணின் பகுதி நிரப்பப்பட்ட அல்லது முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட d-துணைக்கூட்டில் உள்ளவைகளை உள்ளடக்கும்.
எலெக்ட்ரான் கட்டமைப்பு $[Rn] 5f^{14} 6d^8 7s^2$ இன் அடிப்படையில்:
- வெளிப்புற s-ஆர்பிட்டல் $7s^2$ ஆகும்.
- $6d^8$ எலெக்ட்ரான்களும் அவற்றின் ஆற்றல் நெருக்கம் மற்றும் பிணைப்பில் ஈடுபாடு காரணமாக இணைதிறன் கூட்டில் பங்களிக்கின்றன.
எனவே, டார்ம்ஸ்டாட்டியம் 10 இணைதிறன் எலெக்ட்ரான்களைக் ($6d^8 + 7s^2$) கொண்டுள்ளது.