தங்கம் (Au) - அணு அமைப்பு மற்றும் வேதியியல் பிணைப்பு

அணு அளவுருக்களுக்கு ஒரு அறிமுகம்

தங்கம் (Au) ஒரு உன்னத உலோகம் ஆகும், இதன் தனித்துவமான வேதியியல் மற்றும் இயற்பியல் பண்புகள் முதன்மையாக அதன் எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் சார்பியல் விளைவுகளிலிருந்து (relativistic effects) உருவாகின்றன.

• அணு குறியீடு: Au
• அணு எண் (Z): 79 (நடுநிலை அணுவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை)
• நிறை எண் (A): தோராயமாக 197 (மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பான தங்கம்-197-க்கு, இதில் 118 நியூட்ரான்கள் உள்ளன)
• ஆவர்த்தனம்: 6
• தொகுதி: 11 (IB)
• தொகுதி: d-தொகுதி தனிமம் (இடைநிலை உலோகம்)

துணைக்கூடு எலக்ட்ரான் அமைப்பு

சார்பியல் விளைவுகள் காரணமாக தங்கத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஒரு ஒழுங்கின்மையை (anomaly) காட்டுகிறது, இது 5d ஆர்பிட்டாலுடன் ஒப்பிடும்போது 6s ஆர்பிட்டாலை நிலைப்படுத்துகிறது.

• முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹
  • குறிப்பு: எதிர்பார்க்கப்படும் அமைப்பு [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s² ஆக இருக்கும். இருப்பினும், தங்கம் [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ அமைப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறது. ஏனெனில், முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட 5d துணைக்கூடு கொண்ட ஒரு நிலையான அமைப்பை அடைவதற்கே ஆகும். இது அரைகுறையாக நிரப்பப்பட்ட அல்லது முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட துணைக்கூடுகளால் பெறும் நிலைத்தன்மைக்கு ஒத்ததாகும். இந்த நிகழ்வு பெரும்பாலும் சார்பியல் விளைவுகள் மற்றும் கனமான தனிமங்களில் அணுக்கரு மின்னூட்டம் அதிகரிப்புடன் தொடர்புடையது.
• உன்னத வாயு அமைப்பு: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

ஆர்பிட்டால் வரைபட விளக்கம்

இணைதிறன் கூட்டு ஆர்பிட்டால்கள் 5d மற்றும் 6s ஆகும்.

• 4f துணைக்கூடு 14 எலக்ட்ரான்களுடன் முழுமையாக நிரப்பப்பட்டுள்ளது.
• 5d துணைக்கூடு 10 எலக்ட்ரான்களுடன் முழுமையாக நிரப்பப்பட்டுள்ளது.
• 6s துணைக்கூடு 1 எலக்ட்ரானைக் கொண்டுள்ளது.

       4f               5d               6s
  ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓   ↑

5d மற்றும் 6s ஆர்பிட்டால்களின் ஆற்றல் அருகாமையும், சார்பியல் விளைவுகளும் இணைந்து, 5d எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பில் ஈடுபட அனுமதிக்கின்றன, இது பல்வேறு ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் இணைதிறன்

தங்கத்தின் வேதியியல் நடத்தை அதன் 6s¹ எலக்ட்ரான் மற்றும் கிடைக்கும் 5d எலக்ட்ரான்களால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

• இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 6s ஆர்பிட்டாலில் உள்ள வெளிப்புற எலக்ட்ரான் (1 எலக்ட்ரான்) மற்றும், சில நிபந்தனைகளின் கீழ், 5d துணைக்கூட்டிலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான்கள்.
• பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்:
  • +1 (ஆரஸ் நிலை): மிகவும் நிலையான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை. இது ஒற்றை 6s எலக்ட்ரானை இழப்பதால் ஏற்படுகிறது. அமைப்பு [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ ஆக மாறுகிறது.
  • +3 (ஆரிக் நிலை): பல சேர்மங்கள் மற்றும் அணைவுச் சேர்மங்களில் (complexes) ஒரு பொதுவான மற்றும் நிலையான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை. இது 6s¹ எலக்ட்ரானையும் இரண்டு 5d எலக்ட்ரான்களையும் இழப்பதால் ஏற்படுகிறது, இதன் விளைவாக 5d⁸ அமைப்பு உருவாகிறது. Au(III) இன் நிலைத்தன்மை சார்பியல் விளைவுகள் மற்றும் அணைவுச் சேர்மங்களில் படிகப் புலம் நிலைப்படுத்தலால் (crystal field stabilization) மேம்படுத்தப்படுகிறது.
  • +2: அரிதானது, சில கலப்பு-இணைதிறன் சேர்மங்கள் அல்லது இடைக்கால இனங்களில் காணப்படுகிறது.

பிணைப்பு நடத்தை

தங்கம் அதன் தனிம வடிவத்தில் உலோகப் பிணைப்பை (metallic bonding) வெளிப்படுத்துகிறது மற்றும் சகப்பிணைப்பு (covalent) மற்றும் அணைவுப் பிணைப்பு (coordinate bonding) மூலம் பல்வேறு சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. அயனித் தன்மை பொதுவாகக் குறைவாகவே இருக்கும், மிகவும் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்களுடன் கூட.

உலோகப் பிணைப்பு

• தனிம தங்கம் (Au(s)): தங்க உலோகம் வழக்கமான உலோகப் பிணைப்பை வெளிப்படுத்துகிறது. உள்ளூராக்கப்படாத 6s¹ எலக்ட்ரான்கள் (மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு, 5d எலக்ட்ரான்கள்) நேர்மின் தங்க அணுக்கருக்களை ஒன்றாக வைத்திருக்கும் ஒரு “எலக்ட்ரான் கடலை” உருவாக்குகின்றன.
• பண்புகள்: இது அதன் அதிக மின் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன், தகடாக மாறும் தன்மை (ductility), கம்பியாக நீளும் தன்மை (malleability) மற்றும் தனித்துவமான பளபளப்பான மஞ்சள் நிறம் (சார்பியல் விளைவுகளால் பாதிக்கப்படும் பட்டை இடைநிலை எலக்ட்ரான் மாற்றங்கள் காரணமாக) ஆகியவற்றிற்கு காரணமாகும்.

சகப்பிணைப்பு மற்றும் அணைவுப் பிணைப்பு

தங்கம் நிலையான சேர்மங்களை முதன்மையாக சகப்பிணைப்பு இடைவினைகள் மூலம் உருவாக்குகிறது, இது பெரும்பாலும் அணைவுச் சேர்ம உருவாக்கத்தில் குறிப்பிடத்தக்க அணைவுத் தன்மையைக் கொண்டிருக்கும். தங்கம் ஒரு மென்மையான அமிலமாகக் கருதப்படுகிறது மற்றும் மென்மையான காரங்களுடன் (எ.கா., சல்ஃபர், பாஸ்பரஸ், கார்பன் அல்லது ஹாலைடுகளைக் கொண்ட ஈனிகள் (ligands)) வலுவான பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது.

தங்கம்(I) சேர்மங்கள் (ஆரஸ்)

• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 5d¹⁰ (முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட d-துணைக்கூடு).
• கலப்பினமாக்கல் மற்றும் வடிவம்: பொதுவாக sp கலப்பினமாக்கலுடன் நேரியல் அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
• எடுத்துக்காட்டுகள்:
  • தங்கம்(I) குளோரைடு (AuCl): Au⁺ மற்றும் Cl⁻ அயனிகளைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் குறிப்பிடத்தக்க சகப்பிணைப்புத் தன்மையுடன். அதன் அணைவுச் சூழலில் நேரியல் வடிவம்.
  • டைசயனோஆரேட்(I) அயனி, [Au(CN)₂]⁻: நன்கு அறியப்பட்ட ஒரு நிலையான அணைவுச் சேர்மம். Au(I) மையம் இரண்டு சயனைடு ஈனிகளுடன் நேரியல் முறையில் அணைவு செய்யப்பட்டுள்ளது. மைய Au அணு sp கலப்பினமாக்கலுக்கு உட்படுகிறது.

தங்கம்(III) சேர்மங்கள் (ஆரிக்)

• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 5d⁸.
• கலப்பினமாக்கல் மற்றும் வடிவம்: பெரும்பாலும் சதுரத் தள அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, இதில் dsp² கலப்பினமாக்கல் (ஒரு 5d, ஒரு 6s, இரண்டு 6p ஆர்பிட்டால்கள்) அடங்கும்.
• எடுத்துக்காட்டுகள்:
  • தங்கம்(III) குளோரைடு (AuCl₃): Au₂Cl₆ என்ற ஈர்மமாக (dimer) உள்ளது, இதில் குளோரின் அணுக்கள் பாலமாக செயல்படுகின்றன. நீர்க்கரைசலில், இது டெட்ராகுளோரோஆரேட்(III) அயனியை உருவாக்குகிறது.
  • டெட்ராகுளோரோஆரேட்(III) அயனி, [AuCl₄]⁻: மிகவும் நிலையான மற்றும் பொதுவான அணைவுச் சேர்மம். Au(III) மையம் சதுரத் தள வடிவில் உள்ளது, நான்கு குளோரைடு ஈனிகளுடன் அணைவு செய்யப்பட்டுள்ளது, மேலும் dsp² கலப்பினமாக்கலை உள்ளடக்கியது.

சார்பியல் விளைவுகள்

தங்கத்தின் வேதியியலில் சார்பியல் விளைவுகள் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கின்றன என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டியது அவசியம்:

• அவை 6s ஆர்பிட்டாலை சுருங்கச் செய்து ஆற்றலைக் குறைக்கின்றன, இதனால் அது அதிக நிலைத்தன்மை பெறுகிறது மற்றும் தங்கத்தின் மந்தத்தன்மைக்கும் (inertness) அதிக அயனியாக்க ஆற்றலுக்கும் (ionization energy) பங்களிக்கிறது.
• அவை மறைமுகமாக 5d ஆர்பிட்டால் ஆற்றல்களைப் பாதிக்கின்றன, Au(I) மற்றும் Au(III) நிலைகளின் நிலைத்தன்மைக்கும், அத்துடன் தங்கத்தின் தனித்துவமான நிறத்திற்கும் பங்களிக்கின்றன.