டெர்பியம் அறிமுகம்
டெர்பியம் (Tb) என்பது அணு எண் 65 கொண்ட ஒரு ரசாயன தனிமம் ஆகும், மேலும் இது லந்தனைடு தொடரைச் சேர்ந்தது, இது அரிய பூமி தனிமங்கள் என அறியப்படும் ஒரு குழுவாகும். அவற்றின் பெயருக்கு மாறாக, அரிய பூமி தனிமங்கள் பூமியின் மேலோட்டத்தில் குறிப்பாக அரிதானவை அல்ல; இருப்பினும், அவை பெரும்பாலும் சிதறடிக்கப்பட்டு பிரித்தெடுக்க கடினமாக உள்ளன. டெர்பியம் ஒரு மென்மையான, வெள்ளி-வெள்ளை உலோகம் ஆகும், இது அடித்து நீட்டக்கூடியது மற்றும் கம்பியாக நீட்டக்கூடியது.
இருப்பு மற்றும் பயன்பாடுகள்
டெர்பியம் இயற்கையில் ஒரு தனித்த தனிமமாக காணப்படவில்லை, ஆனால் மற்ற அரிய பூமி தனிமங்களுடன் சேர்ந்து பல்வேறு தாதுக்களில் காணப்படுகிறது. முக்கிய ஆதாரங்களில் இந்தியாவிலுள்ள கேரளா மற்றும் ஒடிசா போன்ற பகுதிகளில் உள்ள கடற்கரை மணல்களில் காணப்படும் மோனாசைட் மற்றும் பாஸ்னாசைட் ஆகியவை அடங்கும்.
அதன் தனித்துவமான ஒளியியல் மற்றும் காந்த பண்புகள் காரணமாக, டெர்பியம் பல தொழில்நுட்பத் துறைகளில் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. இது பின்வருவனவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது:
- ஒளிர்வு விளக்குகள் மற்றும் தொலைக்காட்சித் திரைகளில் பச்சை பாஸ்போர்கள், பிரகாசமான பச்சை நிறத்திற்கு பங்களிக்கின்றன.
- காந்தப்புலத்தில் வடிவம் மாறும் காந்த-சுருக்க கலவைகள் (Magnetostrictive alloys), டெர்ஃபெனோல்-டி போன்ற, சென்சார்கள் மற்றும் ஆக்சுவேட்டர்களில் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன.
- எரிபொருள் கலங்களில் ஒரு படிக நிலைப்படுத்தி.
- ஒளியிழை மற்றும் கூறுகள்.
டெர்பியத்தின் அணு அமைப்பு
அணு அமைப்பு ஒரு தனிமத்தின் அடிப்படை பண்புகளை வரையறுக்கிறது. டெர்பியத்தைப் பொறுத்தவரை, அதன் பகுதிப் பொருட்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான் அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது அதன் ரசாயன நடத்தை பற்றிய நுண்ணறிவை வழங்குகிறது.
புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள்
டெர்பியத்தின் அணு எண் (Z) 65 ஆகும். இது ஒவ்வொரு டெர்பியம் அணுவின் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை நேரடியாகக் குறிக்கிறது.
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: 65
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை டெர்பியம் அணுவில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். எனவே, ஒரு நடுநிலை டெர்பியம் அணு 65 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: டெர்பியத்தின் மிகவும் பொதுவான மற்றும் நிலையான ஐசோடோப்பின் (டெர்பியம்-159) நிறை எண் (A) 159 ஆகும். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அணு எண்ணை நிறை எண்ணிலிருந்து கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் (A) - அணு எண் (Z) = 159 - 65 = 94. இதனால், ஒரு வழக்கமான டெர்பியம்-159 அணு 94 நியூட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள அணு ஆர்பிட்டால்களில் எலக்ட்ரான்களின் அமைப்பைக் குறிக்கிறது. டெர்பியத்திற்கு (Z=65), எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஆஃப்பாவ் கொள்கை (Aufbau principle) மற்றும் ஹண்ட்ஸ் விதி (Hund’s rule) ஆகியவற்றைப் பின்பற்றுகிறது. ஒரு லந்தனைடாக, அதன் 4f துணைக்கூடு நிரப்பப்படுகிறது.
டெர்பியத்திற்கான உன்னத வாயு கோர் (noble gas core) ஜெனான் (Xe) ஆகும், இது 54 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. ஜெனானின் அமைப்பு $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6$ ஆகும்.
ஜெனான் கோர் பிறகு, மீதமுள்ள 11 எலக்ட்ரான்கள் (65 - 54 = 11) அடுத்த ஆர்பிட்டால்களை நிரப்புகின்றன. முதலில் 6s ஆர்பிட்டால் நிரம்புகிறது, அதைத் தொடர்ந்து 4f ஆர்பிட்டால் நிரம்புகிறது.
- 6s ஆர்பிட்டால் 2 எலக்ட்ரான்களைக் கொள்ளும்: $6s^2$.
- மீதமுள்ள 9 எலக்ட்ரான்கள் (11 - 2 = 9) 4f ஆர்பிட்டாலுக்குள் நுழைகின்றன: $4f^9$.
ஆகவே, ஒரு நடுநிலை டெர்பியம் அணுவின் முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு இதுவாகும்: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 4f^9 6s^2$
சுருக்கப்பட்ட அல்லது உன்னத வாயு அமைப்பு: $[Xe] 4f^9 6s^2$
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிக்கூட்டில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும், அவை ரசாயன பிணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. இடைநிலை உலோகங்கள் மற்றும் லந்தனைடுகளுக்கு, d மற்றும் f ஆர்பிட்டால்களின் ஈடுபாட்டின் காரணமாக முக்கிய-குழு தனிமங்களை விட இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை அடையாளம் காண்பது சற்று சிக்கலானதாக இருக்கும்.
டெர்பியத்தைப் பொறுத்தவரை, வெளிக்கூட்டில் உள்ள 6s ஆர்பிட்டாலில் ($6s^2$) உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ரசாயன வினைகளுக்கு எளிதில் கிடைக்கக்கூடியவை. இந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் எனக் கருதப்படுகின்றன.
லந்தனைடுகள் பொதுவாக +3 என்ற பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைக் கொண்டுள்ளன. இதில் இரண்டு 6s எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் உள் 4f துணைக்கூட்டிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் இழப்பு அடங்கும். எனவே, 6s² எலக்ட்ரான்கள் மிகவும் அணுகக்கூடியவை என்றாலும், டெர்பியத்தின் ரசாயன வினைத்திறன் மற்றும் பொதுவான இணைதிறன் மூன்று எலக்ட்ரான்களை உள்ளடக்கியது.