கடோலினியம் (Gd) அறிமுகம்
கடோலினியம் (சின்னம் Gd) என்பது தனிம அட்டவணையின் f-பிளாக்கில், குறிப்பாக லந்தனைடு தொடரில் அமைந்துள்ள ஒரு கவர்ச்சிகரமான தனிமம் ஆகும். இது ஒரு வெள்ளி-வெள்ளை நிறமுடைய, தகடாக அடிக்கக்கூடிய, கம்பியாக நீட்டக்கூடிய அரிய மண் உலோகம், பெரும்பாலும் மற்ற லந்தனைடுகளுடன் காணப்படுகிறது. “அரிய” என்று அழைக்கப்பட்டாலும், கடோலினியம் போன்ற தனிமங்கள் பூமியின் மேலோட்டில் அசாதாரணமாகக் குறைவானவை அல்ல, ஆனால் அவை சிதறிக்கிடக்கின்றன மற்றும் பிரித்தெடுப்பது சவாலானது. இந்தியாவில், மற்ற அரிய மண் தனிமங்களைப் போலவே, கடோலினியமும் மோனாசைட் மணலில், குறிப்பாக கேரளாவின் கடலோரப் பகுதிகளில் காணப்படுகிறது. இது மேம்பட்ட தொழில்நுட்பங்களில், மருத்துவ நோயறிதலில் இந்தியா முழுவதும் மற்றும் உலகளவில் காந்த அதிர்வு இமேஜிங் (MRI) ஸ்கேன்களில் ஒரு மாறுபட்ட காரணியாகப் பயன்படுத்தப்படுவது உட்பட, குறிப்பிடத்தக்க பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.
கடோலினியத்தின் அணு அமைப்பு
கடோலினியத்தின் அணு அமைப்பு, எந்தவொரு தனிமத்தையும் போலவே, அதன் துணை அணுத் துகள்களின்: புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் அமைப்பால் வரையறுக்கப்படுகிறது.
புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை
- அணு எண் (Z): கடோலினியத்தின் அணு எண் 64 ஆகும். இந்த எண் தனிமத்தை தனித்துவமாக அடையாளம் காட்டுகிறது மற்றும் அணுக்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: எனவே, ஒரு கடோலினியம் அணுவில் 64 புரோட்டான்கள் உள்ளன.
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை கடோலினியம் அணுவிற்கு, எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். எனவே, இதில் 64 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: கடோலினியத்தின் மிகவும் செறிவான நிலையான ஐசோடோப்பு கடோலினியம்-158 ($^{158}$Gd) ஆகும். இந்த ஐசோடோப்பிற்கான நிறை எண் (A) 158 ஆகும். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அணு எண் (Z) ஐ நிறை எண் (A) இலிருந்து கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = A - Z = 158 - 64 = 94 நியூட்ரான்கள். கடோலினியத்தின் மற்ற ஐசோடோப்புகள் உள்ளன, இது நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையில் வேறுபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது ஒரு அணுவின் அல்லது மூலக்கூறின் எலக்ட்ரான்கள் அணு ஆர்பிட்டால்களில் எவ்வாறு விநியோகிக்கப்படுகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. கடோலினியத்திற்கு (Z=64), அதன் எலக்ட்ரான் அமைப்பு முழுமையாக நேரடியானதல்ல, ஏனெனில் பகுதி நிரப்பப்பட்ட அல்லது முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட துணைக்கூடுகளுடன் தொடர்புடைய நிலைத்தன்மை (இது லந்தனைடுகளுக்கு பொதுவான ஒரு அம்சம்).
கடோலினியத்தின் நிலத்தடுப்பு நிலையில் உள்ள எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
இங்கு, [Xe] என்பது மந்த வாயுவான செனானின் எலக்ட்ரான் அமைப்பைக் குறிக்கிறது, இது முதல் 54 எலக்ட்ரான்களைக் கணக்கிடுகிறது. மீதமுள்ள எலக்ட்ரான்கள் பின்வருமாறு அடுக்கப்பட்டுள்ளன:
- 4f⁷: ஏழு எலக்ட்ரான்கள் 4f துணைக்கூட்டில் உள்ளன, இது அரை நிரப்பப்பட்ட அமைப்பிற்கு வழிவகுக்கிறது (ஒரு 4f துணைக்கூடு அதிகபட்சம் 14 எலக்ட்ரான்களை வைத்திருக்க முடியும்). இந்த அரை நிரப்பப்பட்ட நிலை மேம்பட்ட நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கிறது.
- 5d¹: ஒரு எலக்ட்ரான் 5d துணைக்கூட்டில் உள்ளது.
- 6s²: இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் 6s துணைக்கூட்டில் உள்ளன, இது வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் மட்டம் ஆகும்.
ஆஃப்பா கொள்கையின் அடிப்படையில் எதிர்பார்க்கப்படும் அமைப்பு [Xe] 4f⁶ 5d² 6s² ஆக இருக்கலாம், ஆனால் ஒரு அரை நிரப்பப்பட்ட 4f துணைக்கூடு (4f⁷) கொண்டிருப்பதால் கிடைக்கும் நிலைத்தன்மை இதை மிஞ்சுகிறது, இது காணப்பட்ட 4f⁷ 5d¹ 6s² அமைப்புக்கு வழிவகுக்கிறது.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபட்டுள்ள வெளிப்புற கூட்டில் அல்லது பகுதி நிரப்பப்பட்ட உள் கூடுகளில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இடைநிலை உலோகங்கள் மற்றும் லந்தனைடுகளுக்கு, இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை அடையாளம் காண்பது முதன்மை தொகுதி தனிமங்களை விட நுணுக்கமானதாக இருக்கும்.
கடோலினியத்திற்கு, இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களாகக் கருதப்படுபவை:
- இரண்டு 6s எலக்ட்ரான்கள்
- ஒரு 5d எலக்ட்ரான்
இந்த மூன்று எலக்ட்ரான்கள் (6s² மற்றும் 5d¹) வேதியியல் வினைகளுக்கு எளிதில் கிடைக்கின்றன. கடோலினியம் பொதுவாக அதன் சேர்மங்களில் +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை வெளிப்படுத்துகிறது, இது இந்த மூன்று எலக்ட்ரான்களை இழப்பதன் மூலம் ஏற்படுகிறது. 4f எலக்ட்ரான்கள் பகுதி நிரப்பப்பட்டவை என்றாலும், அவை பொதுவாக உள்-கூடு எலக்ட்ரான்களாகக் கருதப்படுகின்றன மற்றும் 6s மற்றும் 5d எலக்ட்ரான்களுடன் ஒப்பிடுகையில் வழக்கமான வேதியியல் பிணைப்பில் குறைவாகவே ஈடுபடுகின்றன.