அலுமினியம் (Al) - அணு அமைப்பு மற்றும் வேதியியல் பிணைப்பு

அணு அளவுருக்களுக்கான அறிமுகம்

அலுமினியம் (Al) என்பது தனிம அட்டவணையில் 13வது தனிமம் ஆகும், இது தொகுதி 13 மற்றும் ஆவர்த்தனம் 3ஐச் சேர்ந்தது.

• அணு எண் (Z): 13
  • அணுக்கருவில் 13 புரோட்டான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
  • ஒரு நடுநிலை அணுவில், இது 13 எலக்ட்ரான்களையும் குறிக்கிறது.
• நிறை எண் (A): தோராயமாக 27 (மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படும் ஐசோடோப்பான அலுமினியம்-27, ²⁷Al க்காக).
  • மொத்தம் 27 புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
• நியூட்ரான்கள்: நிறை எண் - அணு எண் = 27 - 13 = 14 நியூட்ரான்கள்.
• தனிம அட்டவணையில் இடம்:
  • ஆவர்த்தனம்: 3
  • தொகுதி: 13 (போரான் குடும்பம் அல்லது IIIA)
  • தொகுதி: p-தொகுதி தனிமம்

துணைக்கூடு எலக்ட்ரான் அமைப்பு

அலுமினியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு அதன் 13 எலக்ட்ரான்கள் பல்வேறு ஆற்றல் துணைக்கூடுகளில் எவ்வாறு அமைந்துள்ளன என்பதை விவரிக்கிறது.

• முழுமையான எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
• மந்த வாயு அமைப்பு: [Ne] 3s² 3p¹ ([Ne] என்பது நியானின் அமைப்பைக் குறிக்கிறது: 1s² 2s² 2p⁶)

ஆர்பிட்டால் விளக்கப்படம் (இணைதிறன் கூடு)

இணைதிறன் கூட்டில் (n=3) பிணைப்பில் ஈடுபடும் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.

• 3s துணைக்கூடு: 2 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன. இவை ஜோடியாக உள்ளன. 3s: ↑↓
• 3p துணைக்கூடு: 1 எலக்ட்ரான் உள்ளது. ஹன்ட் விதியின்படி இந்த எலக்ட்ரான் மூன்று சிதைந்த p-ஆர்பிட்டால்களில் (px, py, அல்லது pz) ஒன்றை ஆக்கிரமிக்கிறது. மற்ற இரண்டு p-ஆர்பிட்டால்கள் காலியாக உள்ளன. 3p: ↑ _ _

இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் இணைதிறன்

• இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: வெளிக்கூட்டில் (n=3) உள்ள எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் ஆகும்.
  • இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = 2 (3s இலிருந்து) + 1 (3p இலிருந்து) = 3.
• ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: அலுமினியத்தின் முதன்மைப் போக்கு இந்த 3 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை இழந்து ஒரு நிலையான மந்த வாயு அமைப்பைப் பெறுவதாகும் (நியானுடன் ஐசோஎலக்ட்ரானிக்).
  • பொதுவான மற்றும் மிகவும் நிலையான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: +3.
  • மிகவும் குறிப்பிட்ட மற்றும் தீவிரமான சூழ்நிலைகளில், +1 போன்ற குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் காணப்படலாம், குறிப்பாக உயர் வெப்பநிலை வாயுச் சேர்மங்களில், ஆனால் பொதுவான வேதியியலில் +3 தான் பெருமளவில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது.
• இணைதிறன்: ஒரு தனிமத்தின் பிணைக்கும் திறன். அலுமினியத்திற்கு, இணைதிறன் 3 ஆகும்.

பிணைப்பு நடத்தை

அலுமினியம் உலோகத்திலிருந்து கணிசமான சகப்பிணைப்பு தன்மை வரை பல்வேறு பிணைப்பு நடத்தைகளைக் காட்டுகிறது, மேலும் இது ஒரு லூயிஸ் அமிலமாக செயல்பட முடியும்.

1. உலோகப் பிணைப்பு (தனிம அலுமினியம்)

• அதன் தனிம நிலையில், அலுமினியம் ஒரு உலோகப் படிகத்தை உருவாக்குகிறது.
• ஒவ்வொரு அணுவின் 3 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களும் அமைப்பு முழுவதும் பரவி, ஒரு “எலக்ட்ரான் கடலை” உருவாக்குகின்றன.
• இந்த உலோகப் பிணைப்பு அதன் சிறப்பியல்பு பண்புகளுக்குக் காரணமாகும்: அதிக மின் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன், தகடாக மாறும் தன்மை மற்றும் கம்பியாக நீளும் தன்மை.

2. அயனிப் பிணைப்பு

• அலுமினியம் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்களுடன் வினைபுரியும் போது, அது அதன் மூன்று இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை முழுமையாக இழந்து Al³⁺ அயனியை உருவாக்கும் போக்கு உள்ளது.
• உதாரணம்: அலுமினியம் புளூரைடு (AlF₃). புளூரின் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி காரணமாக, பிணைப்பு பெரும்பாலும் அயனிப் பிணைப்பாகும். AlF₃ அயனிச் சேர்மங்களுக்குரிய அதிக உருகுநிலை (1291 °C) கொண்டது.

3. சகப்பிணைப்பு

• அதன் ஒப்பீட்டளவில் சிறிய அளவு மற்றும் Al³⁺ அயனியின் அதிக மின்னூட்ட அடர்த்தி காரணமாக, அலுமினியச் சேர்மங்கள் பெரும்பாலும் கணிசமான சகப்பிணைப்பு தன்மையைக் காட்டுகின்றன, குறிப்பாக புளூரின் தவிர்த்த குறைவான எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட அலோகங்கள் அல்லது ஹாலைடுகளுடன் பிணைக்கப்படும் போது. இது ஃபஜான் விதிகளால் விளக்கப்படுகிறது: சிறிய நேர்மின் அயனி, அதிக மின்னூட்டம், எதிர்மின் அயனியின் அதிக முனைவாக்கம், இவை சகப்பிணைப்பு தன்மையை அதிகரிக்க வழிவகுக்கிறது.
• உதாரணம்: அலுமினியம் குளோரைடு (AlCl₃).
  • ஒற்றைப்படி AlCl₃: உயர் வெப்பநிலையில் வாயு நிலையில், AlCl₃ ஒரு ஒற்றைப்படியாக (monomer) காணப்படுகிறது.
    • கலப்பினமாதல்: அலுமினியம் அணுவின் sp² கலப்பினமாதல்.
    • வடிவம்: முக்கோண தள வடிவம். அலுமினியம் அணு மூன்று குளோரின் அணுக்களால் சூழப்பட்டுள்ளது.
    • லூயிஸ் அமிலம்: அலுமினியம் அணுவில் முழுமையற்ற ஆக்டெட் (இணைதிறன் கூட்டில் 6 எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே) இருப்பதால், இது ஒரு வலுவான லூயிஸ் அமிலமாக (எலக்ட்ரான் ஜோடி ஏற்பி) செயல்படுகிறது.
  • இருபடி Al₂Cl₆: திண்ம நிலையிலும், முனைவற்ற கரைப்பான்களிலும், AlCl₃ ஒரு இருபடியாக (dimer), Al₂Cl₆ ஆகக் காணப்படுகிறது, இங்கு இரண்டு குளோரின் அணுக்கள் பாலமிடும் ஈந்தணைவிகளாகச் செயல்படுகின்றன.
    • கலப்பினமாதல்: ஒவ்வொரு அலுமினியம் அணுவின் sp³ கலப்பினமாதல்.
    • வடிவம்: ஒவ்வொரு அலுமினியம் அணுவைச் சுற்றிலும் நான்முகி வடிவம். இந்த அமைப்பு இரண்டு AlCl₄ நான்முகிகள் ஒரு விளிம்பைப் பகிர்ந்து கொள்வதைக் கொண்டுள்ளது.
• உதாரணம்: அலுமினியம் ஹைட்ரைடு (AlH₃) அல்லது அலுமினோஹைட்ரைடு அயனிகள் (AlH₄⁻).
  • லித்தியம் அலுமினியம் ஹைட்ரைடு (LiAlH₄) போன்ற சேர்மங்களில், AlH₄⁻ அயனி உருவாகிறது.
  • கலப்பினமாதல்: அலுமினியம் அணுவின் sp³ கலப்பினமாதல்.
  • வடிவம்: நான்முகி வடிவம்.

4. ஈதல் சகப்பிணைப்பு (லூயிஸ் அமிலத்தன்மை)

• ஒரு வெற்று p-ஆர்பிட்டால் கொண்ட sp² கலப்பின இனமாக (ஒற்றைப்படி AlCl₃ போன்றது), அலுமினியச் சேர்மங்கள் சிறந்த லூயிஸ் அமிலங்கள். அவை லூயிஸ் காரங்களிலிருந்து தனித்த எலக்ட்ரான் ஜோடிகளை ஏற்க முடியும்.
• உதாரணம்: AlCl₄⁻ அயனி உருவாக்கம்: AlCl₃ + Cl⁻ → AlCl₄⁻ இங்கு, ஒரு குளோரைடு அயனி AlCl₃ இன் வெற்று p-ஆர்பிட்டாலுக்கு ஒரு தனித்த எலக்ட்ரான் ஜோடியை வழங்குகிறது.
• உதாரணம்: ஈதர்களுடன் சேர்க்கைச் சேர்மங்கள் உருவாக்கம்: AlCl₃ + (CH₃CH₂)₂O → Cl₃Al·O(CH₂CH₃)₂

பிணைப்பு பண்புகளின் சுருக்கம்

• பொதுவானது: முதன்மையாக +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை உருவாக்குகிறது.
• அயனி: அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்களுடன் (எ.கா., F).
• சகப்பிணைப்பு: குறைவான எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்களுடன் மற்றும் இருப்படிகள் அல்லது அணைவு அயனிகளை உருவாக்கும் போது, கணிசமான முனைவாக்கம் காரணமாக (ஃபஜான் விதிகள்).
• லூயிஸ் அமிலம்: வெற்று இணைதிறன் ஆர்பிட்டால்கள் காரணமாக.
• ஈரியல்புத் தன்மை: அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு (Al(OH)₃) மற்றும் அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) ஆகியவை ஈரியல்புத் தன்மை கொண்டவை, அதாவது அவை அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் இரண்டிலும் வினைபுரிகின்றன. இது உலோகங்கள் மற்றும் அலோகங்களின் எல்லையில் உள்ள தனிமங்களின் பிணைப்பு நடத்தையின் சிறப்பியல்பு ஆகும்.