யுரேனியத்தின் அணு அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது
யுரேனியம், ‘U’ என்ற குறியீட்டால் குறிப்பிடப்படுகிறது மற்றும் அணு எண் 92 ஐக் கொண்டுள்ளது, இது ஒரு கனமான, இயற்கையாக நிகழும் கதிரியக்க தனிமம் ஆகும். அதன் அணு அமைப்பு அதன் வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் அணுக்கரு நடத்தையை தீர்மானிக்கிறது. இந்த அமைப்பை புரிந்துகொள்வது வேதியியல் படிக்கும் மாணவர்களுக்கு, குறிப்பாக அணுக்கரு அறிவியல் மற்றும் ஆற்றல் சூழலில் அடிப்படையாகும்.
அடிப்படை அணுக்கரு அமைப்பு
ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் (Z) அதன் அணுக்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை வரையறுக்கிறது. யுரேனியத்திற்கு:
- புரோட்டான்கள்: ஒரு யுரேனியம் அணு எப்போதும் அதன் அணுக்கருவில் 92 புரோட்டான்களைக் கொண்டுள்ளது. இந்த எண்ணிக்கை யுரேனியத்திற்கு தனித்துவமானது மற்றும் மற்ற அனைத்து தனிமங்களிலிருந்தும் அதை வேறுபடுத்துகிறது.
- எலக்ட்ரான்கள்: ஒரு நடுநிலை யுரேனியம் அணுவில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். எனவே, ஒரு நடுநிலை யுரேனியம் அணுவில் அணுக்கருவைச் சுற்றி 92 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை மாறுபடலாம், இது யுரேனியத்தின் வெவ்வேறு ஐசோடோப்களுக்கு வழிவகுக்கிறது. நிறை எண் (A) அணுக்கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையை குறிக்கிறது.
- யுரேனியம்-238 (U-238): இது மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படும் ஐசோடோப் ஆகும், இது இயற்கை யுரேனியத்தில் 99% க்கும் அதிகமாக உள்ளது.
- நிறை எண் (A) = 238
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = A - Z = 238 - 92 = 146 நியூட்ரான்கள்.
- யுரேனியம்-235 (U-235): இந்த ஐசோடோப் அணு மின் உற்பத்தி மற்றும் ஆயுதங்களுக்கு அதன் பிளவுபடுத்தக்கூடிய தன்மை காரணமாக மிகவும் முக்கியமானது.
- நிறை எண் (A) = 235
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = A - Z = 235 - 92 = 143 நியூட்ரான்கள்.
எலக்ட்ரான் கூடுகளின் அமைப்பு
அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகள் அல்லது கூடுகளில் எலக்ட்ரான்களின் அமைப்பு ஒரு தனிமத்தின் வேதியியல் வினைத்திறனை தீர்மானிக்கிறது. யுரேனியத்திற்கு (Z=92), அதன் ஆக்டினைடு வரிசையில் (f-தொகுதி தனிமங்கள்) உள்ள நிலை காரணமாக எலக்ட்ரான் உள்ளமைவு சிக்கலானது.
யுரேனியத்தின் அடிப்படை நிலை எலக்ட்ரான் உள்ளமைவை ரேடான் (Rn) இன் மந்த வாயுக்கரு குறிப்பீட்டைப் பயன்படுத்தி குறிப்பிடலாம், இதில் 86 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன:
[Rn] 5f³ 6d¹ 7s²
இந்த குறிப்பீடு குறிக்கிறது:
- ரேடான் வரை உள்ள எலக்ட்ரான் கூடுகள் (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶) முழுமையாக நிரப்பப்பட்டுள்ளன, இது 86 எலக்ட்ரான்களைக் கணக்கிடுகிறது.
- ரேடான் கருவுக்கு அப்பால், மீதமுள்ள 6 எலக்ட்ரான்கள் (92 - 86 = 6) 5f, 6d மற்றும் 7s ஆர்பிட்டல்களில் உள்ளன. குறிப்பாக, 5f துணைக்கூட்டில் 3 எலக்ட்ரான்கள், 6d துணைக்கூட்டில் 1 எலக்ட்ரான் மற்றும் 7s துணைக்கூட்டில் 2 எலக்ட்ரான்கள்.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பது வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபடும் வெளிப்புற எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். யுரேனியம் போன்ற f-தொகுதி தனிமங்களுக்கு, வெளிப்புற s, p, d மற்றும் f ஆர்பிட்டல்களின் ஆற்றல்கள் மிக நெருக்கமாக இருப்பதால், இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை அடையாளம் காண்பது முக்கிய தொகுதி தனிமங்களை விட குறைவாக எளிமையாக இருக்கும்.
யுரேனியத்திற்கு, 5f, 6d, மற்றும் 7s எலக்ட்ரான்கள் அதன் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களாகக் கருதப்படுகின்றன. இது மொத்தம்:
- 5f துணைக்கூட்டிலிருந்து 3 எலக்ட்ரான்கள்
- 6d துணைக்கூட்டிலிருந்து 1 எலக்ட்ரான்
- 7s துணைக்கூட்டிலிருந்து 2 எலக்ட்ரான்கள்
எனவே, யுரேனியம் பொதுவாக 6 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் காட்டுகிறது, இது பல்வேறு வேதியியல் சேர்மங்களை உருவாக்கவும், +3, +4, +5 மற்றும் +6 போன்ற பல ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளை வெளிப்படுத்தவும் அனுமதிக்கிறது.
இந்தியாவில் இருப்பு மற்றும் முக்கியத்துவம்
யுரேனியம் இந்தியாவின் எரிசக்தி துறையில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. யுரேனியம் தாதுவின் குறிப்பிடத்தக்க வைப்புகள் நாட்டின் பல்வேறு பகுதிகளில் காணப்படுகின்றன, குறிப்பாக ஜார்க்கண்டின் ஜாதுகுடா சுரங்கங்கள் மற்றும் ஆந்திரப் பிரதேசத்தின் தும்மலப்பள்ளி சுரங்கம் ஆகியவற்றில் உள்ளன. இந்த வைப்புகள், தாரப்பூர் (மகாராஷ்டிரா), ராவத்பட்டா (ராஜஸ்தான்), கைகா (கர்நாடகா) மற்றும் கூடங்குளம் (தமிழ்நாடு) போன்ற இந்தியாவின் அணு மின் நிலையங்களின் எரிபொருள் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முக்கியமானவை, அவை நாட்டிற்கு மின்சாரம் உற்பத்தி செய்கின்றன.