துத்தநாகம் (Zn) அறிமுகம்
துத்தநாகம் (Zn) என்பது வெள்ளி போன்ற வெள்ளை நிற உலோகத் தனிமம் ஆகும். இது 30 என்ற அணு எண்ணைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் தனிம வரிசை அட்டவணையின் தொகுதி 12 (d-தொகுதி தனிமங்கள் அல்லது இடைநிலை உலோகங்கள்) மற்றும் காலவரிசை 4 ஐச் சேர்ந்தது. துத்தநாகம் ஒரு முக்கியமான தொழில்துறை உலோகம் ஆகும், இது பல்வேறு துறைகளில் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. இந்தியாவில், இரும்பு மற்றும் எஃகு துருப்பிடிப்பதைத் தடுக்க கால்வனைசேஷன் செய்ய துத்தநாகம் கணிசமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது கூரைத் தகடுகள் மற்றும் வேலிகளுக்குப் பொதுவான ஒரு செயல்முறை ஆகும். பித்தளை போன்ற உலோகக் கலவைகளிலும் இது ஒரு முக்கிய அங்கமாகும், இது பாரம்பரியமாக பாத்திரங்கள் மற்றும் அலங்காரப் பொருட்களைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மேலும், துத்தநாகம் உயிரியல் செயல்பாடுகளுக்கு அவசியமான ஒரு நுண்ணூட்டச் சத்து ஆகும், இது பருப்பு வகைகள், கொட்டைகள் மற்றும் முழு தானியங்கள் போன்ற பல பொதுவான இந்திய உணவுகளில் காணப்படுகிறது.
துத்தநாகத்தின் அணு எண் மற்றும் நிறை எண்
ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் (Z) ஒரு அணுவின் உட்கருவில் உள்ள மொத்த புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. துத்தநாகத்திற்கு, அணு எண் (Z) 30 ஆகும். இதன் பொருள் ஒவ்வொரு நடுநிலை துத்தநாக அணுவிலும் 30 புரோட்டான்கள் உள்ளன.
நிறை எண் (A) ஒரு அணுவின் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. துத்தநாகத்தின் மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பு துத்தநாகம்-65 ஆகும். எனவே, அதன் நிறை எண் (A) 65 ஆகும்.
துத்தநாகம்-65 இல் உள்ள அணுத்துகள் எண்ணிக்கை
துத்தநாகம்-65 இன் நடுநிலை அணுவிற்கு:
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை அணு எண்ணுக்குச் சமம்.
- புரோட்டான்கள் = 30
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை அணுவில், மின் நடுநிலையைப் பராமரிக்க எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருக்கும்.
- எலக்ட்ரான்கள் = 30
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை நிறை எண்ணிலிருந்து அணு எண்ணைக் கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடலாம்.
- நியூட்ரான்கள் = நிறை எண் (A) - அணு எண் (Z)
- நியூட்ரான்கள் = 65 - 30 = 35
இவ்வாறு, துத்தநாகம்-65 இன் ஒரு நடுநிலை அணு 30 புரோட்டான்கள், 30 எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் 35 நியூட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது.
துத்தநாகத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது ஒரு அணுவின் அணு ஆர்பிட்டால்களில் எலக்ட்ரான்கள் எவ்வாறு அமைந்துள்ளன என்பதைக் குறிக்கிறது. 30 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட துத்தநாகத்திற்கு, எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஆஃப்பா கொள்கை (Aufbau principle), ஹண்ட் விதி (Hund’s rule) மற்றும் பாலியின் தவிர்ப்பு கொள்கை (Pauli’s exclusion principle) ஆகியவற்றைப் பின்பற்றுகிறது.
ஒரு நடுநிலை துத்தநாக அணுவின் (Z=30) முழுமையான எலக்ட்ரான் அமைப்பு: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}$
மாற்றாக, அரிய வாயு குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி, சுருக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் அமைப்பு: $[Ar] 4s^2 3d^{10}$
இந்த அமைப்பு, முதல் 18 எலக்ட்ரான்கள் ஆர்கான் (Argon) அணுவின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு வரை ஆர்பிட்டால்களை நிரப்புகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. மீதமுள்ள 12 எலக்ட்ரான்கள் பின்னர் 4s ஆர்பிட்டாலை முழுமையாக (2 எலக்ட்ரான்கள்) நிரப்புகின்றன, அதன்பின் 3d ஆர்பிட்டாலை முழுமையாக (10 எலக்ட்ரான்கள்) நிரப்புகின்றன. $3d^{10}$ அமைப்பு ஒரு முழுமையாக நிரம்பிய மற்றும் நிலையான d-துணை கூட்டை (sub-shell) குறிக்கிறது.
துத்தநாகத்தின் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிக்கூட்டில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும், இவை முதன்மையாக வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. துத்தநாகத்தைப் பொறுத்தவரை, 4s துணைக்கூட்டிற்குப் பிறகு 3d துணைக்கூடு நிரப்பப்பட்ட போதிலும், 4s எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களாகக் கருதப்படுகின்றன. ஏனெனில் 4s ஆர்பிட்டால் மிக உயர்ந்த முதன்மை ஆற்றல் மட்டத்தில் (n=4) உள்ளது, எனவே இது வெளிக்கூடு ஆகும்.
துத்தநாகம் 2 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது, அவை 4s ஆர்பிட்டாலில் அமைந்துள்ளன. இந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் வேதியியல் வினைகளின் போது எளிதில் இழக்கப்பட்டு, ஒரு நிலையான $Zn^{2+}$ அயனியை உருவாக்குகின்றன, இது ஒரு போலி-அரிய வாயு அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது ($[Ar] 3d^{10}$). முழுமையாக நிரம்பிய 3d துணைக்கூடு $Zn^{2+}$ அயனியின் ஒப்பீட்டு நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கிறது.