Revision Guide • Class 10-12 / JEE / NEET
சிர்கோனியம் (Zr): அணு அமைப்பு மற்றும் வேதியியல் பண்புகள்
By Periodic Table India
CBSE / JEE Prep Notes
- Zirconium - Zr - Periodic Table - d-block - Transition Elements - Atomic Structure - Chemical Properties - JEE - NEET - CBSE - ICSE
சிர்கோனியம் (Zr) இன் அணு மாதிரி விவரங்கள்
சிர்கோனியம் (Zr) ஆனது ஆவர்த்தன அட்டவணையின் தொகுதி 4 மற்றும் ஆவர்த்தனப் பிரிவு 5 இல் அமைந்துள்ள ஒரு இடைநிலை உலோகம் ஆகும்.
அடிப்படைத் துகள்கள்
- அணு எண் (Z): 40
- புரோட்டான்கள்: 40
- எலக்ட்ரான்கள்: 40 (நடுநிலை அணுவில்)
- நியூட்ரான்கள்: தோராயமாக 51 (மிகவும் நிறைவான ஐசோடோப்பான ⁹¹Zr க்கு, 91 - 40 = 51 நியூட்ரான்கள் உள்ளன. சராசரி அணு நிறை 91.224 u ஆகும்.)
அணு அளவு
- சகப்பிணைப்பு ஆரம்: ~160 pm (பிகோமீட்டர்கள்)
- வாண்டர் வால்ஸ் ஆரம்: திண்ம நிலையில் உள்ள உலோகங்களுக்கு பொதுவாக வரையறுக்கப்படுவதில்லை, ஆனால் மூலக்கூறு வடிவங்களுக்கு பெரும்பாலும் ஊகிக்கப்படுகிறது அல்லது கணக்கிடப்படுகிறது.
- அயனி ஆரம் (Zr⁴⁺): ~79 pm (அணைவு எண் 6 க்கு)
எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் கூடு வரைபடம்
அடிநிலை எலக்ட்ரான் அமைப்பு
- ஆர்பிட்டால் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
- மந்த வாயு அமைப்பு: [Kr] 4d² 5s²
- இந்த அமைப்பு சிர்கோனியம் ஒரு கிரிப்டான் (Kr) ஐ ஒத்த உள்ளகத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதையும், அதனுடன் 4d துணைக்கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் 5s துணைக்கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன என்பதையும் குறிக்கிறது. ஆஃப்பௌ கொள்கையின்படி 5s ஆர்பிட்டால் 4d ஆர்பிட்டாலுக்கு முன் நிரப்பப்படுகிறது, ஆனால் நிரப்பப்பட்ட பிறகு, ஆற்றல் நிலைகள் அணுவாக்கத்தில் 5s எலக்ட்ரான்கள் முதலில் இழக்கப்படும் வகையில் உள்ளன, மேலும் 4d எலக்ட்ரான்கள் அதன் இடைநிலை உலோக தன்மையை வரையறுக்கின்றன.
கூடு வரைபடப் பிரதிநிதித்துவம் (எலக்ட்ரான் பரவல்)
சிர்கோனியத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஐந்து முக்கிய ஆற்றல் கூடுகளில் (K, L, M, N, O) பின்வருமாறு பரவியுள்ளன:
- K-கூடு (1வது கூடு): 2 எலக்ட்ரான்கள் (1s²)
- L-கூடு (2வது கூடு): 8 எலக்ட்ரான்கள் (2s² 2p⁶)
- M-கூடு (3வது கூடு): 18 எலக்ட்ரான்கள் (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
- N-கூடு (4வது கூடு): 10 எலக்ட்ரான்கள் (4s² 4p⁶ 4d²)
- O-கூடு (5வது கூடு): 2 எலக்ட்ரான்கள் (5s²) இந்த பரவல் மொத்தம் 2 + 8 + 18 + 10 + 2 = 40 எலக்ட்ரான்களை உறுதிப்படுத்துகிறது.
சிர்கோனியம் (Zr) க்கான ஆவர்த்தனப் போக்குகள்
அயனியாக்கும் என்தால்பி
- முதல் அயனியாக்கும் என்தால்பி (IE₁): 640.1 kJ/mol
- இரண்டாம் அயனியாக்கும் என்தால்பி (IE₂): 1270 kJ/mol
- போக்கு: ஒரு இடைநிலை உலோகம் என்பதால், சிர்கோனியம் உள்ளக d-எலக்ட்ரான்களின் மறைக்கும் விளைவு மற்றும் s மற்றும் d ஆர்பிட்டால்கள் இரண்டிலும் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதன் காரணமாக ஒப்பீட்டளவில் மிதமான அயனியாக்கும் என்தால்பிகளைக் காட்டுகிறது. IE₁ இலிருந்து IE₂ க்கு அதிகரிக்கும் மதிப்பு குறிப்பிடத்தக்கது என்றாலும், அதே இணைதிறன் கூட்டில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை இழப்பதற்கு இது பொதுவானது.
எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை
- பௌலிங் அளவுகோல் எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை: 1.33
- போக்கு: சிர்கோனியம் ஒரு எலக்ட்ரான் நேர் அயனி உலோகம் ஆகும், இது அதன் குறைந்த எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை மதிப்பால் குறிப்பிடப்படுகிறது. இது வேதியியல் வினைகளில் எலக்ட்ரான்களை எளிதில் இழந்து நேர் அயனிகளை, பொதுவாக Zr⁴⁺, உருவாக்குகிறது.
எலக்ட்ரான் நாட்டம் என்தால்பி
- எலக்ட்ரான் நாட்டம் என்தால்பி: -41 kJ/mol (இந்த மதிப்பு மூலத்தைப் பொறுத்து சற்று மாறுபடலாம், மேலும் உலோகங்களுக்கு இது பெரும்பாலும் சற்று எதிர்மறையாகவோ அல்லது பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகிலேயோ இருக்கும், இது எலக்ட்ரான்களைப் பெறுவதற்கான குறைந்த போக்கையும் எதிர் அயனிகளை உருவாக்கும் போக்கையும் குறிக்கிறது.)
- போக்கு: சிர்கோனியம், பெரும்பாலான உலோகங்களைப் போலவே, குறைந்த (சற்று வெப்ப உமிழ்வு அல்லது வெப்ப கொள்) எலக்ட்ரான் நாட்டம் என்தால்பியைக் கொண்டுள்ளது, இது அதன் உலோக தன்மையையும் எலக்ட்ரான்களைப் பெறுவதை விட இழக்கும் போக்கையும் குறிக்கிறது.
அணு ஆரம்
- அணு ஆரம் (சகப்பிணைப்பு): 160 pm
- போக்கு: சிர்கோனியத்தின் அணு ஆரம், அதே தொகுதியில் உள்ள ஆவர்த்தனப் பிரிவு 4 இல் உள்ள தனிமங்களை (எ.கா., டைட்டானியம்) விட பெரியது, ஏனெனில் ஒரு கூடுதல் எலக்ட்ரான் கூடு சேர்க்கப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், இது ஆவர்த்தனப் பிரிவு 6 இல் உள்ள ஹாஃப்னியத்தை (Hf) (159 pm) லாந்தனைடு சுருக்கம் விளைவு காரணமாக மிகவும் ஒத்திருக்கிறது. 4f எலக்ட்ரான்களின் மோசமான மறைப்பு விளைவு காரணமாக பயனுள்ள அணுக்கரு மின்னூட்டம் அதிகரிப்பதால் ஏற்படும் இந்த நிகழ்வு, லாந்தனைடுகளுக்குப் பிறகு அதே தொகுதியில் உள்ள தனிமங்களுக்கு ஏறக்குறைய ஒரே மாதிரியான அணு அளவை ஏற்படுத்துகிறது.
சிர்கோனியம் (Zr) இன் முக்கிய இயற்பியல் பண்புகள்
- திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) நிலை: திண்மம்
- தோற்றம்: வெள்ளி-வெள்ளை, பளபளப்பான உலோகம்
- அடர்த்தி: 6.51 g/cm³ (20 °C இல்)
- உருகுநிலை: 1855 °C (2128 K)
- கொதிநிலை: 4377 °C (4650 K)
- கடினத்தன்மை (மோஸ் அளவுகோல்): 5.0
- படிக அமைப்பு: அறை வெப்பநிலையில் அறுகோண நெருக்கமான அடுக்கப்பட்ட (HCP) (α-Zr), உயர் வெப்பநிலைகளில் பொருள் மைய கனசதுர (BCC) (β-Zr) ஆக மாறுகிறது.