டைட்டானியத்தின் அணு அமைப்பு
டைட்டானியம் (Ti) என்பது அதிக வலிமை-அடர்த்தி விகிதம், அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் உலோகப் பளபளப்பு ஆகியவற்றிற்காக அறியப்பட்ட ஒரு இரசாயன தனிமம் ஆகும். இது ஒரு இடைநிலை உலோகம், இது இல்மனைட் மற்றும் ரூட்டைல் போன்ற கனிமங்களில் பெரும்பாலும் காணப்படுகிறது, இவை இந்தியாவின் கேரளா, தமிழ்நாடு மற்றும் ஒடிசா கடற்கரை மணல் உட்பட உலகின் பல்வேறு பகுதிகளில் வெட்டி எடுக்கப்படுகின்றன. இதன் தனித்துவமான பண்புகள் விண்வெளி கூறுகள் முதல் மருத்துவ உள்வைப்புகள் மற்றும் நிறமிகள் வரை பல பயன்பாடுகளில் இதை விலைமதிப்பற்றதாக ஆக்குகின்றன. அதன் அணு அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது அதன் இரசாயன நடத்தையை புரிந்துகொள்வதற்கு அடிப்படையாகும்.
அணு கலவை
ஒரு நடுநிலை டைட்டானியம் அணுவின் அணு அமைப்பை அதன் கூறுகளின் எண்ணிக்கை மூலம் விவரிக்கலாம்: புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள்.
- அணு எண் (Z): டைட்டானியம் அணு எண் 22 ஐக் கொண்டுள்ளது. இந்த எண் தனிமத்தை வரையறுக்கிறது மற்றும் ஒவ்வொரு டைட்டானியம் அணுவின் கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: 22
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை அணுவில், கருவைச் சுற்றி வரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம்.
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: 22
- நிறை எண் (A): டைட்டானியத்தின் மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப் டைட்டானியம்-48 ($\text{Ti}^{48}$) ஆகும், இது 48 இன் நிறை எண்ணைக் கொண்டுள்ளது. நிறை எண் என்பது கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் கூட்டுத்தொகை ஆகும்.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: அணு எண்ணை நிறை எண்ணிலிருந்து கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது (A - Z = 48 - 22).
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: 26 (மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப், $ங்\text{Ti}^{48}$ க்கு)
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் அணு ஆர்பிட்டல்களில் எவ்வாறு பரவியுள்ளன என்பதைக் குறிக்கிறது. டைட்டானியத்திற்கு (அணு எண் 22), 22 எலக்ட்ரான்கள் ஆஃபா தத்துவம் (Aufbau principle), பவுலி விலக்கு தத்துவம் (Pauli exclusion principle) மற்றும் ஹண்ட்ஸ் விதி (Hund’s rule) ஆகியவற்றின் படி கிடைக்கக்கூடிய ஆற்றல் நிலைகள் மற்றும் ஆர்பிட்டல்களை ஆக்கிரமிக்கின்றன.
ஒரு நடுநிலை டைட்டானியம் அணுவின் முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு: $\text{1s}^2 \text{2s}^2 \text{2p}^6 \text{3s}^2 \text{3p}^6 \text{3d}^2 \text{4s}^2$
இது preceding உன்னத வாயுவான ஆர்கான் (Ar) ஐப் பயன்படுத்தி சுருக்க குறியீட்டிலும் எழுதப்படலாம், இதில் 18 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன: $[\text{Ar}] \text{3d}^2 \text{4s}^2$
இந்த அமைப்பு முதல் 18 எலக்ட்ரான்கள் ஆர்கான் அணுவைப் போலவே 3p துணைக்கூடு வரை ஆர்பிட்டல்களை நிரப்புகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. மீதமுள்ள நான்கு எலக்ட்ரான்கள் 3d மற்றும் 4s துணைக்கூடுகளை ஆக்கிரமிக்கின்றன. 4s துணைக்கூடு 3d துணைக்கூட்டிற்கு முன் நிரப்பப்பட்டாலும், துணைக்கூடுகளை அதிகரிக்கும் முதன்மை குவாண்டம் எண் வரிசையில் பட்டியலிடுவது பொதுவான நடைமுறையாகும்.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் ஒரு அணுவின் வெளிக்கூட்டில் அல்லது மிக உயர்ந்த முதன்மை ஆற்றல் மட்டத்தில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முதன்மையாக இரசாயன பிணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. டைட்டானியம் போன்ற இடைநிலை உலோகங்களுக்கு, வெளிக்கூட்டில் உள்ள s-ஆர்பிட்டல் மற்றும் பகுதி நிரப்பப்பட்ட (n-1)d ஆர்பிட்டல்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் இரண்டும் அணுவின் இரசாயன வினைத்திறனுக்கு பங்களிக்கின்றன.
டைட்டானியத்திற்கு, எலக்ட்ரான் அமைப்பு $[\text{Ar}] \text{3d}^2 \text{4s}^2$ பின்வருவனவற்றைக் காட்டுகிறது:
- 4s துணைக்கூடு என்பது வெளிக்கூடு ஆற்றல் நிலை (n=4), இதில் 2 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
- 3d துணைக்கூடு (n=3) பகுதி நிரப்பப்பட்டது மற்றும் 2 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது.
ஆகையால், டைட்டானியம் பொதுவாக 4 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது (4s ஆர்பிட்டலில் இருந்து 2 மற்றும் 3d ஆர்பிட்டலில் இருந்து 2), அவை இரசாயனப் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில் பங்கேற்கின்றன, இது அதன் பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளான +2, +3 மற்றும் +4 ஐ விளக்குகிறது.