தகரத்தைப் புரிந்துகொள்வோம் (Sn)
பண்டைய காலம் தொட்டே அறியப்பட்ட தகரம் (Sn) ஒரு தனிமம், இது பல்வேறு பயன்பாடுகளில் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. வரலாற்று ரீதியாக, செப்புடன் இதன் கலவை, வெண்கலம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது வெண்கலக் காலத்தில் முக்கியப் பங்காற்றியது. சமகால இந்தியாவில், பற்றவைத்தல் (soldering) முதல் உணவுப் பாதுகாப்பிற்காகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் “தகர டப்பாக்களுக்கான” (tin cans) எஃகு பூசுவது வரை பல தொழில்களில் தகரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதன் வெள்ளி போன்ற தோற்றமும் அரிப்பு எதிர்ப்புத் தன்மையும் இதை ஒரு மதிப்புமிக்க உலோகமாக்குகின்றன.
தகரத்தின் அணு அமைப்பு
ஒரு தனிமத்தின் அணு அமைப்பு அதன் வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் நடத்தையைப் பற்றிய புரிதலை வழங்குகிறது. தகரம், அணு எண் 50 ஐக் கொண்டது, குறிப்பிட்ட துணை அணுத் துகள்களின் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது.
புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள்
ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் (Z) ஒரு அணுவின் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை வரையறுக்கிறது. ஒரு நடுநிலை அணுவைப் பொறுத்தவரை, எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை ஒரு தனிமத்தின் ஐசோடோப்களுக்கு இடையில் மாறுபடலாம்.
- தகரத்தின் அணு எண் (Z) = 50
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை தகரம் அணுவில் 50 புரோட்டான்கள் உள்ளன. இந்த நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட துகள்கள் உட்கருவில் உள்ளன.
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை தகரம் அணுவில் 50 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன. இந்த எதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட துகள்கள் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மட்டங்கள் அல்லது கூடுகளில் உட்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை குறிப்பிட்ட ஐசோடோப்பைப் பொறுத்து மாறுபடும். தகரத்தின் மிகவும் அதிகமான ஐசோடோப்பான தகரம்-120 ($^{120}Sn$) க்கு, நிறை எண் (A) 120 ஆகும். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை நிறை எண்ணிலிருந்து அணு எண்ணைக் கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது:
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் (A) - அணு எண் (Z)
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = 120 - 50 = 70 நியூட்ரான்கள். இந்த நடுநிலைத் துகள்களும் புரோட்டான்களுடன் உட்கருவில் உள்ளன.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஒரு அணுவின் ஆர்பிட்டல்களில் எலக்ட்ரான்களின் வரிசையை விவரிக்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஆர்பிட்டல்களை ஆஃப்கா கொள்கையின்படி (குறைந்த ஆற்றலில் இருந்து அதிக ஆற்றல் வரை நிரப்புதல்), ஹன்ட் விதியின்படி (சம ஆற்றல் கொண்ட ஆர்பிட்டல்களில் ஒற்றை எலக்ட்ரான்களை அதிகப்படுத்துதல்), மற்றும் பாலி விலக்குக் கொள்கையின்படி (எந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கும் ஒரே நான்கு குவாண்டம் எண்கள் இருக்க முடியாது) நிரப்புகின்றன.
தகரத்திற்கு (Z=50), எலக்ட்ரான் அமைப்பு பின்வருமாறு:
-
முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^2$
-
சுருக்கப்பட்ட (மந்த வாயு) எலக்ட்ரான் அமைப்பு: எளிதாக்குவதற்கு, முந்தைய மந்த வாயுவான கிரிப்டானின் (Kr, Z=36) அமைப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது: $[Kr] 5s^2 4d^{10} 5p^2$
இந்த அமைப்பு கிரிப்டானின் நிலையான எலக்ட்ரான் கூடு அமைப்புக்குப் பிறகு, தகரத்தில் $5s$, $4d$ மற்றும் $5p$ ஆர்பிட்டல்களில் எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் ஒரு அணுவின் வெளிப்புற எலக்ட்ரான் கூட்டில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முதன்மையாக வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபட்டு ஒரு தனிமத்தின் வேதியியல் பண்புகளை தீர்மானிக்கின்றன.
தகரத்திற்கு, வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் நிலை $n=5$ ஆகும். இந்த கூட்டில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள்:
- $5s^2$
- $5p^2$
ஆகவே, ஒரு தகரம் அணுவில் உள்ள இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை $2 (5s\text{லிருந்து}) + 2 (5p\text{லிருந்து}) = 4$ ஆகும். இந்த நான்கு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் தகரம் பொதுவாக சேர்மங்களில் +2 அல்லது +4 அயனிகளை ஏன் உருவாக்குகிறது என்பதை விளக்குகின்றன.