హీలియం (He): పరమాణు నిర్మాణం మరియు రసాయన బంధం

పరమాణు పారామితులకు పరిచయం

హీలియం (He) ఆవర్తన పట్టికలో రెండవ మూలకం, ఇది గ్రూప్ 18 (నోబుల్ వాయువులు) లో ఉంటుంది. దీని పరమాణు నిర్మాణం దాని జడ రసాయన ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడానికి చాలా ప్రాథమికమైనది.

పరమాణు సంఖ్య (Z)

• నిర్వచనం: ఒక పరమాణువు యొక్క కేంద్రకంలో ఉండే ప్రోటాన్ల సంఖ్య.
• హీలియం (He): Z = 2. ఇది ఒక తటస్థ హీలియం పరమాణువులో 2 ప్రోటాన్లు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది.

ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A)

• నిర్వచనం: ఒక పరమాణువు యొక్క కేంద్రకంలో ఉండే ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల మొత్తం సంఖ్య.
• హీలియం (He): అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్ హీలియం-4 ($\text\{\}^\{4\}\text\{He\}$), దీని ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 4.
  • ఇతర ఐసోటోప్‌లు కూడా ఉన్నాయి, ఉదాహరణకు హీలియం-3 ($\text\{\}^\{3\}\text\{He\}$), దీని ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 3.

ఉపపరమాణు కణాలు

అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్ అయిన హీలియం-4 ($\text\{\}^\{4\}\text\{He\}$) యొక్క తటస్థ పరమాణువు కోసం:

• ప్రోటాన్లు: 2 (పరమాణు సంఖ్య Z కి సమానం)
• ఎలక్ట్రాన్లు: 2 (ఒక తటస్థ పరమాణువులోని ప్రోటాన్ల సంఖ్యకు సమానం)
• న్యూట్రాన్లు: 2 (ద్రవ్యరాశి సంఖ్య A - పరమాణు సంఖ్య Z = 4 - 2 = 2)

ఉపకక్ష్య ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం

ఒక పరమాణువు యొక్క ఉపకక్ష్యలలో ఎలక్ట్రాన్ల అమరిక దాని రసాయన ధర్మాలను అంచనా వేయడానికి చాలా కీలకమైనది.

s, p, d, f సంకేతం

• ఆఫ్‌బౌ నియమం: ఎలక్ట్రాన్లు మొదట తక్కువ శక్తి గల ఆర్బిటాళ్లను నింపుతాయి.
• పౌలీ వర్జన నియమం: ప్రతి ఆర్బిటాల్ గరిష్టంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్లను వ్యతిరేక స్పిన్‌లతో కలిగి ఉంటుంది.
• హుండ్ నియమం (గరిష్ట బహుళత్వం): డిజెనరేట్ ఆర్బిటాళ్ల కోసం, ఎలక్ట్రాన్లు జతకట్టడానికి ముందు ప్రతి ఆర్బిటాల్‌ను ఒంటరిగా నింపుతాయి.
• హీలియం (He): 2 ఎలక్ట్రాన్‌లతో, దీని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం:

  1s²
  

  దీని అర్థం రెండు ఎలక్ట్రాన్లు 1s పరమాణు ఆర్బిటాల్‌ను ఆక్రమిస్తాయి.

ఆర్బిటాల్ రేఖాచిత్రం

ఆర్బిటాల్ రేఖాచిత్రం ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాన్ని దృశ్యమానంగా సూచిస్తుంది, ప్రతి ఆర్బిటాల్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల స్పిన్‌ను చూపుతుంది.

• 1s orbital:

    ↑↓
   -----
    1s
  

  రెండు ఎలక్ట్రాన్లు 1s ఆర్బిటాల్‌లో జతగా ఉంటాయి, వ్యతిరేక స్పిన్‌లతో.

వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు & వాలెన్సీ

వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు అత్యంత బయటి కక్ష్యలోని ఎలక్ట్రాన్లు, ఇవి ఒక మూలకం యొక్క రసాయన క్రియాశీలతను నిర్ణయిస్తాయి.

వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు

• నిర్వచనం: అత్యంత బయటి ప్రధాన శక్తి స్థాయిలో ఉండే ఎలక్ట్రాన్లు.
• హీలియం (He): అత్యంత బయటి (మరియు ఏకైక) ప్రధాన శక్తి స్థాయి n=1. 1s ఆర్బిటాల్‌లో 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
  • వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య: 2
• ప్రాముఖ్యత: ఈ విన్యాసం (1s²) పూర్తిగా నిండిన మొదటి ఎలక్ట్రాన్ షెల్‌ను సూచిస్తుంది, ఇది స్థిరమైన డ్యూప్లెట్‌కు సమానం. ఈ విన్యాసం అత్యంత స్థిరమైనది, ఉన్నత కాలాలకు అష్టక నియమం వలె.

వాలెన్సీ మరియు ఆక్సీకరణ స్థితులు

• వాలెన్సీ: ఒక మూలకం యొక్క సంయోగ సామర్థ్యం.
• ఆక్సీకరణ స్థితి: ఒక పరమాణువు దాని బంధాలన్నీ అయానికమైతే కలిగి ఉండే ఆవేశం.
• హీలియం (He):
  • దాని అసాధారణంగా స్థిరమైన 1s² ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం (పూర్తి డ్యూప్లెట్) కారణంగా, సాధారణ రసాయన పరిస్థితులలో హీలియం ఎలక్ట్రాన్‌లను పొందడానికి, కోల్పోవడానికి లేదా పంచుకోవడానికి ఎటువంటి ధోరణిని కలిగి ఉండదు.
  • సాధారణ వాలెన్సీ: 0
  • సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితి: 0
  • హీలియం రసాయనికంగా జడమైనది, అంటే అది సులభంగా రసాయన బంధాలను ఏర్పరచదు.

బంధ ప్రవర్తన

హీలియం ఒక నోబుల్ వాయువు, మరియు దాని బంధ ప్రవర్తన తీవ్రమైన జడత్వంతో వర్గీకరించబడుతుంది.

రసాయన జడత్వం

• స్థిరమైన విన్యాసం: హీలియం పూర్తిగా నిండిన వాలెన్స్ షెల్‌ను (1s²) కలిగి ఉంటుంది, ఇది దాని మొదటి ఎలక్ట్రాన్ షెల్‌కు సాధ్యమయ్యే అత్యంత స్థిరమైన ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం. ఈ పూర్తి డ్యూప్లెట్ శక్తివంతంగా చాలా అనుకూలమైనది.
• అధిక అయనీకరణ శక్తి: హీలియం నుండి ఎలక్ట్రాన్‌ను తొలగించడానికి చాలా పెద్ద మొత్తంలో శక్తి అవసరం, ఇది కాటయాన్ ఏర్పడటాన్ని అత్యంత ప్రతికూలంగా చేస్తుంది.
• తక్కువ ఎలక్ట్రాన్ ఎఫినిటీ: హీలియం అదనపు ఎలక్ట్రాన్‌ను అంగీకరించడానికి దాదాపు ఎటువంటి ధోరణిని కలిగి ఉండదు, ఇది ఆనయాన్ ఏర్పడటాన్ని అత్యంత ప్రతికూలంగా చేస్తుంది.
• జతకాని ఎలక్ట్రాన్లు లేవు: జతకాని ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పూర్తి వాలెన్స్ షెల్ లేనందున, ఎలక్ట్రాన్ల పంచుకోవడం ద్వారా సంయోజక బంధాలను ఏర్పరచడానికి దీనికి ఎటువంటి ధోరణి ఉండదు.

బంధాల రకాలు

సాధారణ పరిస్థితులలో హీలియం సాధారణంగా ఈ క్రింది రకాల రసాయన బంధాలను ఏర్పరచదు:

• అయానిక బంధం: గణనీయమైన ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ అవసరం, ఇది హీలియానికి శక్తివంతంగా ప్రతికూలమైనది.
• సంయోజక బంధం: స్థిరమైన విన్యాసాన్ని సాధించడానికి ఎలక్ట్రాన్లను పంచుకోవడం అవసరం, ఇది హీలియం ఇప్పటికే కలిగి ఉంది. సంయోజక బంధం ఏర్పడటానికి హైబ్రిడైజేషన్‌ను సులభతరం చేయడానికి ఖాళీ ఆర్బిటాళ్లు అందుబాటులో లేవు.
• సమన్వయ బంధం: ఒక ఒంటరి జత దాత లేదా ఎలక్ట్రాన్ స్వీకర్త అవసరం, హీలియం ఈ రెండింటిలోనూ సమర్థవంతంగా పనిచేయదు.
• లోహ బంధం: ఇది వర్తించదు ఎందుకంటే హీలియం అత్యంత బలహీనమైన అంతరపరమాణు శక్తులతో కూడిన అలోహం.

అంతరఅణు శక్తులు

• హీలియం రసాయన బంధాలను ఏర్పరచకపోయినా, దాని పరమాణువులు చాలా బలహీనమైన అంతరఅణు శక్తులను ప్రదర్శిస్తాయి, ప్రత్యేకంగా లండన్ డిస్పర్షన్ ఫోర్సులు (LDFలు) లేదా తక్షణ ద్విధ్రువ-ప్రేరిత ద్విధ్రువ శక్తులు.
• ఈ బలహీనమైన శక్తులు హీలియంను అత్యంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (4.2 K లేదా -268.9 °C) ద్రవీకరించడానికి మరియు ద్రవం లేదా ఘనంగా ఉండటానికి కారణం.
• స్థిరమైన సమ్మేళనాలు లేవు: ఉన్నత పాఠశాల మరియు పోటీ పరీక్షలలో అన్ని ఆచరణాత్మక ప్రయోజనాల కోసం, హీలియం రసాయనికంగా నిష్క్రియంగా పరిగణించబడుతుంది మరియు స్థిరమైన సమ్మేళనాలను ఏర్పరచదు. $\text\{HeH\}^+$ (హీలియం హైడ్రైడ్ అయాన్) వంటి తాత్కాలిక జాతులు తీవ్రమైన ప్రయోగశాల పరిస్థితులలో (ఉదాహరణకు, డిశ్చార్జ్ ట్యూబ్‌లలో) ఏర్పడవచ్చు, కానీ ఇవి సంప్రదాయ అర్థంలో స్థిరమైన రసాయన సమ్మేళనాలుగా పరిగణించబడవు మరియు సాధారణ రసాయన బంధం యొక్క పరిధికి వెలుపల ఉంటాయి.
• హైబ్రిడైజేషన్ లేదా జ్యామితి లేదు: హీలియం సంయోజక బంధాలను ఏర్పరచదు కాబట్టి, హైబ్రిడైజేషన్ (sp, sp², sp³ వంటివి) లేదా అణు జ్యామితి (సరళ, త్రికోణీయ సమతలం, చతుర్ముఖి వంటివి) భావనలు హీలియం పరమాణువులకు లేదా కల్పిత హీలియం సమ్మేళనాలకు వర్తించవు.