காலியத்தின் அணு அமைப்பு
காலியம் (Ga) 31 அணு எண்ணைக் கொண்ட ஒரு தனிமம் ஆகும். ‘Z’ என்று குறிக்கப்படும் அணு எண், ஒரு தனிமத்தின் ஒவ்வொரு அணுவிலும் உள்ள கருவில் காணப்படும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. எனவே, ஒரு நடுநிலை காலியம் அணுவில் 31 புரோட்டான்கள் உள்ளன. ஒரு நடுநிலை அணுவில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமமாக இருக்கும். இதனால், ஒரு நடுநிலை காலியம் அணுவும் 31 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது.
காலியத்தின் மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பு காலியம்-69 ஆகும். 69 என்ற எண் அதன் நிறை எண்ணைக் குறிக்கிறது, இது கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கை ஆகும்.
காலியம்-69 இல் உள்ள நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைக் கண்டறிய: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் - அணு எண் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = 69 - 31 = 38 நியூட்ரான்கள்.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
கருவைச் சுற்றியுள்ள பல்வேறு ஆற்றல் கூடுகள் மற்றும் துணைக்கூடுகளில் எலக்ட்ரான்கள் ஒழுங்கமைக்கப்படும் முறை எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது. 31 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட காலியத்திற்கு, இந்த அமைப்பு ஆஃப்பாவ் கொள்கை (Aufbau principle), பவுலி விலக்குக் கொள்கை (Pauli exclusion principle) மற்றும் ஹன்டின் விதி (Hund’s rule) ஆகியவற்றைப் பின்பற்றுகிறது:
- கூடு 1 (K கூடு): 1s துணைக் கூட்டில் 2 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது (1s²)
- கூடு 2 (L கூடு): 8 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது – 2s இல் 2 (2s²) மற்றும் 2p இல் 6 (2p⁶)
- கூடு 3 (M கூடு): 18 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது – 3s இல் 2 (3s²), 3p இல் 6 (3p⁶), மற்றும் 3d இல் 10 (3d¹⁰)
- கூடு 4 (N கூடு): 3 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது – 4s இல் 2 (4s²) மற்றும் 4p இல் 1 (4p¹)
காலியத்தின் முழுமையான எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p¹
மாற்றாக, இதற்கு முந்தைய உன்னத வாயுவின் (ஆர்கான், [Ar]) அமைப்பைப் பயன்படுத்தி எளிதாக்கப்பட்ட உன்னத வாயு குறியீடு (noble gas notation): [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிப்புற ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட ஆற்றல் கூட்டில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முதன்மையாக வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபட்டு ஒரு தனிமத்தின் வேதியியல் பண்புகளைத் தீர்மானிக்கின்றன.
காலியத்தைப் பொறுத்தவரை, வெளிப்புற ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட முதன்மை ஆற்றல் மட்டம் 4வது கூடு (n=4) ஆகும். இந்தக் கூட்டில் உள்ளன:
- 4s துணைக் கூட்டில் 2 எலக்ட்ரான்கள் (4s²)
- 4p துணைக் கூட்டில் 1 எலக்ட்ரான் (4p¹)
எனவே, காலியம் மொத்தம் 2 + 1 = 3 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. இது காலியம் பொதுவாக வேதியியல் வினைகளில் +3 அயனிகளை உருவாக்குவதைப் பற்றிய விளக்கமாகும்.
பண்புகள் மற்றும் பயன்பாடுகள்
காலியம் ஒரு மென்மையான, வெள்ளி போன்ற உலோகம் ஆகும், இது வழக்கத்திற்கு மாறாக குறைந்த உருகுநிலை, தோராயமாக 29.76 °C கொண்டது. அதாவது, மனித கையின் வெப்பத்தாலும் கூட இது உருக முடியும். இது இயற்கையில் ஒரு தனிமமாக காணப்படுவதில்லை, ஆனால் துத்தநாகத் தாதுக்கள் மற்றும் பாக்சைட் (அலுமினியத்தின் முக்கிய தாது) ஆகியவற்றில் குறைந்த அளவிலான சேர்மமாக உள்ளது, இது இந்தியாவில் ஒடிசா மற்றும் ஆந்திரப் பிரதேசம் போன்ற மாநிலங்களில் வெட்டி எடுக்கப்படுகிறது.
காலியத்தின் மிக முக்கியமான பயன்பாடுகளில் ஒன்று குறைக்கடத்தித் துறையில், குறிப்பாக காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) வடிவில் உள்ளது. இந்த சேர்மம் உயர்-அதிர்வெண் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள், காட்சித் திரைகள் மற்றும் விளக்குகளில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளி உமிழும் டையோட்கள் (LEDs), மற்றும் சூரிய மின்கலங்கள் ஆகியவற்றைத் தயாரிப்பதற்கு மிகவும் முக்கியமானது. இந்த கூறுகள் நவீன மின்னணுவியலின் ஒருங்கிணைந்த பகுதியாகும், இதில் இந்திய குடும்பங்கள் மற்றும் தொழில்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் கணினிகள் அடங்கும்.