இரும்பின் அணு அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வோம்
Fe என குறியிடப்படும் இரும்பு, கட்டிடங்களின் கட்டுமானக் கட்டமைப்பு முதல் உயிருள்ள உயிரினங்களில் உள்ள ஹீமோகுளோபினின் அத்தியாவசிய அங்கம் வரை பரவலான பயன்பாடுகளைக் கொண்ட ஒரு முக்கியமான தனிமம் ஆகும். இந்தியாவில், ஒடிசா, கர்நாடகா மற்றும் சத்தீஸ்கர் போன்ற மாநிலங்களில் இரும்புத் தாதுப் படிவுகள் ஏராளமாக உள்ளன, இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க எஃகுத் தொழிலுக்கு ஆதரவாக உள்ளது. வரலாற்று ரீதியாக, கி.பி. 4 ஆம் நூற்றாண்டைச் சேர்ந்த டெல்லியின் இரும்புத் தூண், பண்டைய இந்திய உலோகவியலின் இரும்பு பற்றிய மேம்பட்ட புரிதலுக்கு ஒரு சான்றாக நிற்கிறது. அதன் பண்புகள் மற்றும் வினைகளை முழுமையாகப் புரிந்துகொள்ள, அதன் அணு அமைப்பைப் பற்றிய விரிவான புரிதல் அவசியம்.
இரும்பின் அடிப்படை அணுப் பண்புகள்
இரும்பின் ஒவ்வொரு அணுவும் குறிப்பிட்ட அடிப்படைத் துகள்களைக் கொண்டுள்ளது: புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள். இந்த எண்ணிக்கைகள் அதன் அணு எண் மற்றும் நிறை எண்ணால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன.
- அணு எண் (Z): இரும்பின் அணு எண் 26 ஆகும். இந்த எண் ஒரு இரும்பு அணுவின் அணுக்கருவில் உள்ள மொத்த புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
- நிறை எண் (A): இரும்பின் மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பின் நிறை எண் 56 ஆகும் (⁵⁶Fe எனக் குறிக்கப்படுகிறது). இந்த எண் அணுக்கருவில் உள்ள மொத்த புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
இந்த மதிப்புகளிலிருந்து, ஒவ்வொரு துணை அணுத் துகள்களின் எண்ணிக்கையையும் துல்லியமாகத் தீர்மானிக்க முடியும்:
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: 26 (அணு எண்ணுக்குச் சமம்).
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: இரும்பின் ஒரு நடுநிலை அணுவில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமம். எனவே, ஒரு நடுநிலை இரும்பு அணுவில் 26 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, நிறை எண்ணிலிருந்து அணு எண்ணைக் கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது (A - Z). ⁵⁶Fe க்கு, இது 56 - 26 = 30 நியூட்ரான்கள் ஆகும்.
இரும்பின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது அணுக்கருவைச் சுற்றி உள்ள அணு சுற்றுப்பாதைகளில் எலக்ட்ரான்களின் அமைப்பைக் குறிக்கிறது. இரும்பு (Z=26) அணுவிற்கு, எலக்ட்ரான்கள் ஆஃப்பௌ கொள்கை, ஹூண்டின் விதி மற்றும் பவுலியின் விலக்குக் கொள்கையின்படி பல்வேறு ஆற்றல் நிலைகள் மற்றும் துணைக்கூடுகளில் நிரம்புகின்றன.
ஒரு நடுநிலை இரும்பு அணுவின் முழுமையான எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²
இரும்பிற்கு முந்தைய மந்த வாயுவைப் (ஆர்கான், Ar) பயன்படுத்தி ஒரு சுருக்கப்பட்ட வடிவம்: [Ar] 3d⁶ 4s²
சுற்றுப்பாதை பிரதிநிதித்துவம்
இந்த அமைப்பு குறிக்கிறது:
- 1s²: முதல் ஆற்றல் மட்டத்தில் (n=1) s-துணைக்கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள்.
- 2s² 2p⁶: 2s துணைக்கூட்டில் இரண்டு மற்றும் 2p துணைக்கூட்டில் ஆறு எலக்ட்ரான்கள், இரண்டாவது ஆற்றல் மட்டத்தை (n=2) பூர்த்தி செய்கிறது.
- 3s² 3p⁶: 3s துணைக்கூட்டில் இரண்டு மற்றும் 3p துணைக்கூட்டில் ஆறு எலக்ட்ரான்கள்.
- 3d⁶: 3d துணைக்கூட்டில் ஆறு எலக்ட்ரான்கள். 3d துணைக்கூடு 4s க்குப் பிறகு நிரப்பப்பட்டாலும், அது மூன்றாவது ஆற்றல் மட்டத்தைச் சேர்ந்தது என்பதால் வழக்கமான அமைப்பில் 4s க்கு முன் எழுதப்படுகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.
- 4s²: 4s துணைக்கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள், இது ஒரு நடுநிலை இரும்பு அணுவில் வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் மட்டம் ஆகும்.
இரும்பின் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிப்புற கூட்டில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முதன்மையாக வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபட்டு, ஒரு தனிமத்தின் வினைத்திறன் மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைத் தீர்மானிக்கின்றன.
இரும்பைப் பொறுத்தவரை, ஒரு இடைநிலை உலோகம் என்பதால், இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை அடையாளம் காண்பதற்கு கவனமான பரிசீலனை தேவை.
- வெளிப்புற கூட்டு எலக்ட்ரான்கள்: இரும்பின் வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் மட்டம் நான்காவது கூடு (n=4) ஆகும், இது 4s துணைக்கூட்டில் 2 எலக்ட்ரான்களைக் (4s²) கொண்டுள்ளது.
- d-துணைக்கூடு எலக்ட்ரான்களின் பங்கு: இரும்பு போன்ற இடைநிலை உலோகங்களுக்கு, (n-1)d எலக்ட்ரான்கள் (இந்த விஷயத்தில், 3d எலக்ட்ரான்கள்) ns எலக்ட்ரான்களுக்கு (4s எலக்ட்ரான்கள்) ஆற்றலில் மிக அருகில் உள்ளன மற்றும் வேதியியல் பிணைப்பிலும் பங்கேற்கலாம். இந்த பங்கேற்பு இடைநிலை உலோகங்களின் சிறப்பியல்பு மாறுபடும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
ஆகவே, 4s² எலக்ட்ரான்கள் நிச்சயமாக இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களாக இருந்தாலும், 3d⁶ எலக்ட்ரான்களும் இரும்பின் வேதியியல் நடத்தையில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. இரும்பு அயனிகளை உருவாக்கும்போது, 4s எலக்ட்ரான்கள் பொதுவாக முதலில் அகற்றப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக:
- Fe²⁺ (ஃபெரஸ் அயனி) உருவாக்க, இரண்டு 4s எலக்ட்ரான்கள் இழக்கப்பட்டு, [Ar] 3d⁶ என்ற அமைப்பு உருவாகிறது.
- Fe³⁺ (ஃபெரிக் அயனி) உருவாக்க, ஒரு கூடுதல் 3d எலக்ட்ரான் இழக்கப்பட்டு, மிகவும் நிலையான அரை-நிரப்பப்பட்ட 3d⁵ அமைப்பு ([Ar] 3d⁵) உருவாகிறது.
இதன் விளைவாக, இரும்பு பொதுவாக +2 மற்றும் +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது, இது வேதியியல் வினைகளில் அதன் 4s மற்றும் 3d எலக்ட்ரான்களின் ஈடுபாட்டைப் பிரதிபலிக்கிறது.