காலியம் (Ga): அணு அமைப்பு மற்றும் பண்புகள்

காலியம் (Ga): அணு அமைப்பு மற்றும் வேதியியல் பண்புகள்

காலியம் (Ga) அணு எண் 31 கொண்ட ஒரு தனிமம் ஆகும். இது கால அட்டவணையின் தொகுதி 13 (போரான் குடும்பம்) மற்றும் தொடர் 4 ஐச் சேர்ந்தது.

அணு மாதிரி விவரங்கள்

• அணு சின்னம்: Ga
• அணு எண் (Z): 31
  • கருவில் 31 புரோட்டான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
  • ஒரு நடுநிலை அணுவில் 31 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
• அணு நிறை: 69.723 u (அல்லது g/mol)
• நியூரான்கள்: மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பான காலியம்-69 ($^\{69\}\text\{Ga\}$), 38 நியூட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது (69 - 31). காலியம்-71 ($^\{71\}\text\{Ga\}$) 40 நியூட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. அணு நிறை இந்த ஐசோடோப்புகளின் சராசரி ஆகும்.
• அணு அளவு/ஆரம்:
  • சகப்பிணைப்பு ஆரம் (Covalent Radius): 122 pm
  • வான் டெர் வால்ஸ் ஆரம் (Van der Waals Radius): 187 pm
  • அயனி ஆரம் (Ga³⁺): 62 pm

எலக்ட்ரான் அமைப்பு & ஓட்டு வரைபடம்

• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹
  • முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட 3d ஆர்பிட்டால்கள் (3d¹⁰) இருப்பு அலுமினியத்துடன் ஒப்பிடும்போது அதன் பண்புகளை கணிசமாக பாதிக்கிறது.
• ஓட்டு வரைபடம் (Shell Diagram) பிரதிநிதித்துவம்:
  • K-ஓடு (n=1): 2 எலக்ட்ரான்கள் (1s²)
  • L-ஓடு (n=2): 8 எலக்ட்ரான்கள் (2s² 2p⁶)
  • M-ஓடு (n=3): 18 எலக்ட்ரான்கள் (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
  • N-ஓடு (n=4): 3 எலக்ட்ரான்கள் (4s² 4p¹) - இவை இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்.

கால அட்டவணை போக்குகள்

காலியம், d-பிளாக் சுருக்கம் (3d எலக்ட்ரான்களின் மோசமான காப்பு) மற்றும் அதிகரித்த பயனுள்ள அணுக்கரு மின்னூட்டம் (Zeff) காரணமாக எதிர்பார்க்கப்படும் கால அட்டவணைப் போக்குகளில் சில விலகல்களைக் காட்டுகிறது.

• அயனியாக்கும் ஆற்றல் (Ionization Enthalpy - IE):
  • முதல் அயனியாக்கும் ஆற்றல் (IE₁): 578.8 kJ/mol
  • இரண்டாம் அயனியாக்கும் ஆற்றல் (IE₂): 1979.3 kJ/mol
  • மூன்றாம் அயனியாக்கும் ஆற்றல் (IE₃): 2963 kJ/mol
  • போக்கு: காலியத்தின் முதல் அயனியாக்கும் ஆற்றல் அலுமினியத்தை (577.5 kJ/mol) விட சற்று அதிகமாக உள்ளது. இது எதிர்பார்க்கப்படாதது, ஏனெனில் IE பொதுவாக ஒரு தொகுதியில் கீழ்நோக்கி குறையும். இந்த ஒழுங்கின்மை காலியத்தில் உள்ள 3d¹⁰ எலக்ட்ரான்களின் இருப்பிற்கு காரணம், இது மோசமான காப்பை அளிக்கிறது, இதனால் வலுவான பயனுள்ள அணுக்கரு மின்னூட்டம் மற்றும் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் மீது ஒரு இறுக்கமான பிடியை ஏற்படுத்துகிறது.
• எதிர்மின் சுமை (Electronegativity - பாலிங் அளவு): 1.81
  • போக்கு: காலியம் அலுமினியத்தை (1.61) விட அதிக எதிர்மின் சுமையைக் கொண்டுள்ளது. அயனியாக்கும் ஆற்றலைப் போலவே, 3d எலக்ட்ரான்களின் மோசமான காப்பு காரணமாக அதிகரித்த பயனுள்ள அணுக்கரு மின்னூட்டம் எலக்ட்ரான்களுக்கு ஒரு பெரிய ஈர்ப்பை விளைவிக்கிறது.
• எலக்ட்ரான் ஏற்பு ஆற்றல் (Electron Gain Enthalpy - EGE): -29 kJ/mol
  • போக்கு: இது ஒரு சிறிய எதிர்மறை எலக்ட்ரான் ஏற்பு ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, இது ஒரு எலக்ட்ரானை ஏற்றுக்கொள்ள ஒரு சிறிய போக்கைக் குறிக்கிறது, ஆனால் இது பொதுவாக நேர்மறை அயனிகளை உருவாக்குகிறது.
• அணு ஆரம்: 122 pm (சகப்பிணைப்பு ஆரம்)
  • போக்கு: காலியத்தின் அணு ஆரம் (122 pm) அலுமினியத்தை (143 pm) விட சிறியது. இது d-பிளாக் சுருக்கத்தின் நேரடி விளைவாகும், அங்கு 3d எலக்ட்ரான்களின் மோசமான காப்பு வெளி ஓடு எலக்ட்ரான்களை கருவுக்கு நெருக்கமாக இழுக்கிறது.

முக்கிய இயற்பியல் பண்புகள்

• அடர்த்தி:
  • திண்மம் (20°C இல்): 5.91 g/cm³
  • திரவம் (29.76°C இல்): 6.095 g/cm³ (அசாதாரண பண்பு: நீர் போலவே, திரவ காலியம் திண்ம காலியத்தை விட அடர்த்தியானது)
• அறை வெப்பநிலையில் நிலை (25°C): திண்மம்
• நிறம்: வெள்ளி-வெள்ளை (திண்மம்); வெள்ளி (திரவம்)
• உருகுநிலை: 29.76 °C (ஒரு உலோகத்திற்கு வியக்கத்தக்க குறைந்த உருகுநிலை, இது உள்ளங்கையில் உருக அனுமதிக்கிறது.)
• கொதிநிலை: 2204 °C (இது ஒரு மிக பரந்த திரவ வரம்பைக் காட்டுகிறது, இது உயர்-வெப்பநிலை வெப்பமானிகளில் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.)
• படிக அமைப்பு: ஆர்த்தோரோம்பிக்
• மின் கடத்துத்திறன்: மின்சாரத்தின் நல்ல கடத்தி.