హీలియం అణు నిర్మాణం
హీలియం (He) ఆవర్తన పట్టికలో రెండవ మూలకం, ఇది ఒక ఉత్కృష్ట వాయువు (noble gas) మరియు హైడ్రోజన్ తర్వాత రెండవ తేలికైన మూలకం. బెలూన్లను నింపడం నుండి భారతదేశంలోని ఆసుపత్రులలో MRI స్కానర్ల వంటి అధునాతన శాస్త్రీయ మరియు వైద్య పరికరాలలో క్రయోజెనిక్ కూలెంట్గా ఉపయోగించడం వరకు వివిధ అనువర్తనాలలో ఇది విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
తటస్థ హీలియం అణువులో ఉప-అణు కణాలు
హీలియం యొక్క అణు నిర్మాణం దాని రసాయన ధర్మాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రాథమికమైనది. అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్, హీలియం-4 (⁴He) కొరకు:
- అణు సంఖ్య (Z): హీలియం యొక్క అణు సంఖ్య 2. ఈ విలువ ప్రతి హీలియం అణువు యొక్క కేంద్రకంలో ప్రోటాన్ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది.
- ప్రోటాన్లు: ఒక తటస్థ హీలియం అణువులో 2 ప్రోటాన్లు ఉంటాయి.
- ఎలక్ట్రాన్లు: ఒక తటస్థ అణువులో, చార్జ్ను సమతుల్యం చేయడానికి ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ప్రోటాన్ల సంఖ్యకు సమానంగా ఉంటుంది.
- ఎలక్ట్రాన్లు: ఒక తటస్థ హీలియం అణువులో 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
- న్యూట్రాన్లు: హీలియం యొక్క అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్ కోసం ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) 4. న్యూట్రాన్ల సంఖ్యను అణు సంఖ్యను ద్రవ్యరాశి సంఖ్య నుండి తీసివేయడం ద్వారా లెక్కించవచ్చు (న్యూట్రాన్లు = A - Z).
- న్యూట్రాన్లు: ఒక సాధారణ హీలియం అణువు (హీలియం-4)లో 2 న్యూట్రాన్లు (4 - 2 = 2) ఉంటాయి.
అందువల్ల, ఒక తటస్థ హీలియం-4 అణువులో 2 ప్రోటాన్లు, 2 న్యూట్రాన్లు మరియు 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం
ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం అనేది కేంద్రకం చుట్టూ ఉన్న అణు ఆర్బిటాల్లలో ఎలక్ట్రాన్ల అమరికను వివరిస్తుంది. హీలియం కొరకు, దాని 2 ఎలక్ట్రాన్లతో, విన్యాసం సూటిగా ఉంటుంది:
- మొదటి శక్తి స్థాయి (n=1)కి ఒకే ఒక ఉపకవచం (subshell), s-ఉపకవచం (1s) ఉంటుంది.
- ఆఫ్బౌ సూత్రం (Aufbau principle) ప్రకారం, ఎలక్ట్రాన్లు మొదట అతి తక్కువ శక్తి గల ఆర్బిటాల్లను నింపుతాయి.
- ప్రతి ఆర్బిటాల్ వ్యతిరేక స్పిన్లతో గరిష్టంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది (పౌలీ వర్జన సూత్రం - Pauli Exclusion Principle).
అందువల్ల, హీలియం యొక్క రెండు ఎలక్ట్రాన్లు 1s ఆర్బిటాల్లో ఉంటాయి.
హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s².
హీలియంలో వేలన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు
వేలన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు అంటే ఒక అణువు యొక్క బయటి ఎలక్ట్రాన్ కవచంలో ఉండే ఎలక్ట్రాన్లు. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు ప్రధానంగా రసాయన బంధంలో (chemical bonding) పాల్గొంటాయి.
- హీలియం కొరకు, బయటి మరియు ఏకైక ఎలక్ట్రాన్ కవచం మొదటి కవచం (n=1).
- ఈ మొదటి కవచంలో 1s ఆర్బిటాల్లో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
అందువల్ల, హీలియంకు 2 వేలన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి.
2 వేలన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నప్పటికీ, హీలియం అసాధారణంగా స్థిరంగా మరియు ప్రతిచర్యారహితంగా ఉంటుంది. దాని మొదటి (మరియు ఏకైక) ఎలక్ట్రాన్ కవచం పూర్తిగా నిండి ఉండటం, స్థిరమైన డూప్లెట్ విన్యాసాన్ని (duplet configuration) సాధించడం వల్ల ఈ స్థిరత్వం ఏర్పడుతుంది. ఈ పూర్తి బయటి కవచం హీలియంను రసాయనికంగా జడంగా (chemically inert) చేస్తుంది, ఇది ఒక ఉత్కృష్ట వాయువుగా (noble gas) దాని వర్గీకరణకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.