జిర్కోనియం (Zr): పరమాణు నిర్మాణం & రసాయన ధర్మాలు

జిర్కోనియం (Zr) యొక్క పరమాణు నమూనా వివరాలు

జిర్కోనియం (Zr) అనేది ఆవర్తన పట్టికలో గ్రూప్ 4 మరియు పీరియడ్ 5లో ఉన్న ఒక పరివర్తన లోహం.

ప్రాథమిక కణాలు

• పరమాణు సంఖ్య (Z): 40
• ప్రోటాన్లు: 40
• ఎలక్ట్రాన్లు: 40 (ఒక తటస్థ పరమాణువులో)
• న్యూట్రాన్లు: సుమారు 51 (అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే ఐసోటోప్, ⁹¹Zr కోసం, 91 - 40 = 51 న్యూట్రాన్లు ఉన్నాయి. సగటు పరమాణు ద్రవ్యరాశి 91.224 u.)

పరమాణు పరిమాణం

• సమయోజనీయ వ్యాసార్థం: ~160 pm (పికో-మీటర్లు)
• వాన్ డెర్ వాల్స్ వ్యాసార్థం: ఘన స్థితిలో ఉన్న లోహాలకు సాధారణంగా నిర్వచించబడదు, కానీ తరచుగా అణు రూపాలకు ఊహించబడుతుంది లేదా లెక్కించబడుతుంది.
• అయానిక వ్యాసార్థం (Zr⁴⁺): ~79 pm (సమన్వయ సంఖ్య 6 కోసం)

ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం & షెల్ రేఖాచిత్రం

భూస్థాయి ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం

• ఆర్బిటాల్ విన్యాసం: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
• జడ వాయువు విన్యాసం: [Kr] 4d² 5s²
  • ఈ విన్యాసం జిర్కోనియంకు క్రిప్టాన్ (Kr)కు సమానమైన అంతర కోర్ ఉందని, దాని తర్వాత 4d ఉపకక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు 5s ఉపకక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. ఆఫ్‌బౌ సూత్రం ప్రకారం 4d ఆర్బిటాల్ కంటే ముందు 5s ఆర్బిటాల్ నిండుతుంది, కానీ నిండిన తర్వాత, శక్తి స్థాయిలు అలాంటివి, అయనీకరణ సమయంలో 5s ఎలక్ట్రాన్లు మొదట కోల్పోతాయి, మరియు 4d ఎలక్ట్రాన్లు దాని పరివర్తన లోహ స్వభావాన్ని నిర్వచిస్తాయి.

షెల్ రేఖాచిత్ర ప్రాతినిధ్యం (ఎలక్ట్రాన్ పంపిణీ)

జిర్కోనియంలోని ఎలక్ట్రాన్లు ఐదు ప్రధాన శక్తి షెల్స్‌లో (K, L, M, N, O) ఈ క్రింది విధంగా పంపిణీ చేయబడతాయి:

• K-షెల్ (1వ షెల్): 2 ఎలక్ట్రాన్లు (1s²)
• L-షెల్ (2వ షెల్): 8 ఎలక్ట్రాన్లు (2s² 2p⁶)
• M-షెల్ (3వ షెల్): 18 ఎలక్ట్రాన్లు (3s² 3p⁶ 3d¹⁰)
• N-షెల్ (4వ షెల్): 10 ఎలక్ట్రాన్లు (4s² 4p⁶ 4d²)
• O-షెల్ (5వ షెల్): 2 ఎలక్ట్రాన్లు (5s²) ఈ పంపిణీ మొత్తం 2 + 8 + 18 + 10 + 2 = 40 ఎలక్ట్రాన్‌లను నిర్ధారిస్తుంది.

జిర్కోనియం (Zr) కోసం ఆవర్తన ధోరణులు

అయనీకరణ ఎంథాల్పీ

• మొదటి అయనీకరణ ఎంథాల్పీ (IE₁): 640.1 kJ/mol
• రెండవ అయనీకరణ ఎంథాల్పీ (IE₂): 1270 kJ/mol
• ధోరణి: పరివర్తన లోహం కావడంతో, అంతర్గత d-ఎలక్ట్రాన్ల షీల్డింగ్ ప్రభావం మరియు s మరియు d ఆర్బిటాల్స్ రెండింటిలోనూ వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు ఉండటం వల్ల జిర్కోనియం సాపేక్షంగా మధ్యస్థ అయనీకరణ ఎంథాల్పీలను ప్రదర్శిస్తుంది. IE₁ నుండి IE₂ కి పెరుగుదల గణనీయమైనది, కానీ అదే వాలెన్స్ షెల్ నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడానికి ఇది సాధారణం.

ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ

• పౌలింగ్ స్కేల్ ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ: 1.33
• ధోరణి: జిర్కోనియం ఒక ధన విద్యుత్ లోహం, దాని తక్కువ ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ విలువ ద్వారా ఇది సూచించబడుతుంది. రసాయన ప్రతిచర్యలలో ఇది సులభంగా ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి ధన అయాన్‌లను, సాధారణంగా Zr⁴⁺, ఏర్పరుస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్ గ్రహణ ఎంథాల్పీ

• ఎలక్ట్రాన్ గ్రహణ ఎంథాల్పీ: -41 kJ/mol (ఈ విలువ మూలాన్ని బట్టి కొద్దిగా మారవచ్చు, మరియు లోహాలకు, ఇది తరచుగా కొద్దిగా ప్రతికూలంగా లేదా సున్నాకి దగ్గరగా ఉంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్‌లను గ్రహించి అనయాన్‌లను ఏర్పరచడానికి తక్కువ ధోరణిని సూచిస్తుంది.)
• ధోరణి: జిర్కోనియం, చాలా లోహాల వలె, తక్కువ (కొద్దిగా ఉష్ణమోచక లేదా ఉష్ణగ్రాహక) ఎలక్ట్రాన్ గ్రహణ ఎంథాల్పీని కలిగి ఉంటుంది, ఇది దాని లోహ స్వభావాన్ని మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లను గ్రహించడం కంటే కోల్పోవడానికి ఉన్న ధోరణిని సూచిస్తుంది.

పరమాణు వ్యాసార్థం

• పరమాణు వ్యాసార్థం (సమయోజనీయ): 160 pm
• ధోరణి: అదనపు ఎలక్ట్రాన్ షెల్ చేరిక కారణంగా జిర్కోనియం పరమాణు వ్యాసార్థం అదే గ్రూపులోని పీరియడ్ 4 మూలకాల (ఉదాహరణకు, టైటానియం) కంటే పెద్దది. అయితే, లాంథనాయిడ్ సంకోచం ప్రభావం కారణంగా ఇది పీరియడ్ 6లోని హాఫ్నియం (Hf) (159 pm)తో చాలా సారూప్యంగా ఉంటుంది. 4f ఎలక్ట్రాన్ల పేద షీల్డింగ్ ప్రభావవంతమైన కేంద్రక ఆవేశాన్ని పెంచే ఈ దృగ్విషయం, లాంథనాయిడ్‌ల తర్వాత అదే గ్రూపులోని మూలకాలకు దాదాపు ఒకే పరిమాణానికి దారితీస్తుంది.

జిర్కోనియం (Zr) యొక్క కీలక భౌతిక ధర్మాలు

• ప్రామాణిక ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద స్థితి (STP): ఘన
• స్వరూపం: వెండి-తెలుపు, మెరిసే లోహం
• సాంద్రత: 6.51 g/cm³ (20 °C వద్ద)
• ద్రవీభవన స్థానం: 1855 °C (2128 K)
• భాష్పీభవన స్థానం: 4377 °C (4650 K)
• కాఠిన్యం (మోహ్స్ స్కేల్): 5.0
• స్ఫటిక నిర్మాణం: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద షడ్భుజి క్లోజ్-ప్యాక్డ్ (HCP) (α-Zr), అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బాడీ-సెంటెర్డ్ క్యూబిక్ (BCC) (β-Zr) గా మారుతుంది.