कक्षा 11 रसायन विज्ञान: अध्याय 3 - तत्वों का वर्गीकरण तथा गुणधर्मों में आवर्तिता NCERT समाधान

आवर्त सारणी में तत्वों को उनके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के आधार पर व्यवस्थित किया गया है। तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास उनके रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं, और समान इलेक्ट्रॉनिक विन्यास वाले तत्वों को एक साथ समूहीकृत किया जाता है।

मेंडलीव ने तत्वों के वर्गीकरण का मुख्य आधार उनके परमाणु भार को बनाया था। उन्होंने तत्वों को उनके बढ़ते हुए परमाणु भार के क्रम में व्यवस्थित किया और समान गुणधर्म वाले तत्वों को एक ही ऊर्ध्वाधर स्तंभ (समूह) में रखा।

हालांकि, मेंडलीव अपने इस सिद्धांत पर पूरी तरह से दढ नहीं रह पाए। कुछ स्थानों पर, उन्होंने अधिक क्रियाशील तत्व को कम क्रियाशील तत्व से पहले रखा ताकि समान गुणधर्म वाले तत्व एक ही समूह में आ सकें (जैसे, टेल्यूरियम का परमाणु भार आयोडीन से अधिक है, फिर भी उसे पहले रखा गया)। इसके अतिरिक्त, समस्थानिकों (isotopes) के लिए आवर्त सारणी में कोई स्थान नहीं था, क्योंकि उनके परमाणु भार भिन्न होते हैं।

मेंडलीव के आवर्त नियम और आधुनिक आवर्त नियम के बीच मौलिक अंतर उनके द्वारा तत्वों के गुणधर्मों को संबंधित करने वाले आधार में है:

• मेंडलीव का आवर्त नियम: इस नियम के अनुसार, तत्वों के भौतिक तथा रासायनिक गुणधर्म उनके परमाणु भारों के आवर्ती फलन होते हैं।
• आधुनिक आवर्त नियम: इस नियम के अनुसार, तत्वों के भौतिक तथा रासायनिक गुणधर्म उनके परमाणु क्रमांकों (अर्थात् प्रोटॉनों की संख्या) के आवर्ती फलन होते हैं।

यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि परमाणु संख्या एक अधिक मौलिक गुण है और यह तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को सीधे तौर पर निर्धारित करती है, जो उनके रासायनिक व्यवहार की कुंजी है।

किसी आवर्त में तत्वों की संख्या उस आवर्त में भरे जाने वाले विभिन्न उपकोशों (subshells) में अधिकतम इलेक्ट्रॉनों की संख्या द्वारा निर्धारित होती है। छठवें आवर्त के लिए मुख्य क्वांटम संख्या $n=6$ है।

जब $n=6$, तो दिगंशी क्वांटम संख्या $l$ के संभावित मान 0, 1, 2, 3, 4, 5 हो सकते हैं। ये मान क्रमशः 6s, 6p, 6d, 6f, 6g, और 6h उपकोशों को दर्शाते हैं।

विभिन्न उपकोशों में कक्षकों की संख्या $(2l+1)$ होती है, और प्रत्येक कक्षक में अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन आ सकते हैं। इसलिए, उपकोश में अधिकतम इलेक्ट्रॉनों की संख्या $2(2l+1)$ होती है।

• l=0 (6s उपकोश): 1 कक्षक, अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन।
• l=1 (6p उपकोश): 3 कक्षक, अधिकतम 6 इलेक्ट्रॉन।
• l=2 (6d उपकोश): 5 कक्षक, अधिकतम 10 इलेक्ट्रॉन।
• l=3 (6f उपकोश): 7 कक्षक, अधिकतम 14 इलेक्ट्रॉन।
• l=4 (6g उपकोश): 9 कक्षक, अधिकतम 18 इलेक्ट्रॉन।
• l=5 (6h उपकोश): 11 कक्षक, अधिकतम 22 इलेक्ट्रॉन।

हालांकि, छठवें आवर्त में, ऊर्जा के बढ़ते क्रम के अनुसार, इलेक्ट्रॉन पहले 6s, फिर 4f, 5d और अंत में 6p उपकोशों में भरे जाते हैं। 6g और 6h उपकोशों में इलेक्ट्रॉन भरने से पहले ही छठवां आवर्त पूरा हो जाता है।

अतः, छठवें आवर्त में भरे जाने वाले उपकोश और उनमें अधिकतम इलेक्ट्रॉनों की संख्या इस प्रकार है:

• 6s: 2 इलेक्ट्रॉन
• 4f: 14 इलेक्ट्रॉन
• 5d: 10 इलेक्ट्रॉन
• 6p: 6 इलेक्ट्रॉन

छठवें आवर्त में कुल इलेक्ट्रॉनों की संख्या = 2 + 14 + 10 + 6 = 32 इलेक्ट्रॉन।

चूंकि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एक तत्व का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए छठवें आवर्त में 32 तत्व होते हैं।

परमाणु क्रमांक (Z) = 14 वाला तत्व सिलिकॉन (Si) है।

इस तत्व की आवर्त सारणी में स्थिति ज्ञात करने के लिए, हम इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखते हैं:

Z = 14 का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है: $1s^2\; 2s^2\; 2p^6\; 3s^2\; 3p^2$

आवर्त (Period): आवर्त की संख्या तत्व के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास में मुख्य क्वांटम संख्या (n) के उच्चतम मान द्वारा निर्धारित होती है। यहाँ, उच्चतम n का मान 3 है (3s और 3p उपकोशों में)। इसलिए, यह तत्व तीसरे आवर्त में स्थित है।

वर्ग (Group): वर्ग की संख्या बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करती है। यदि बाहरी कोश में p उपकोश में इलेक्ट्रॉन भरे जा रहे हैं, तो वर्ग संख्या = (s उपकोश के इलेक्ट्रॉन + p उपकोश के इलेक्ट्रॉन) + 10 (d ब्लॉक के लिए)।

यहाँ, बाहरी कोश (n=3) में इलेक्ट्रॉनों की संख्या = 3s² (2 इलेक्ट्रॉन) + 3p² (2 इलेक्ट्रॉन) = 4 इलेक्ट्रॉन।

चूंकि यह p-ब्लॉक तत्व है, वर्ग संख्या = (s इलेक्ट्रॉनों की संख्या + p इलेक्ट्रॉनों की संख्या) + 10 = (2 + 2) + 10 = 14।

अतः, परमाणु क्रमांक 14 वाला तत्व (Si) आवर्त सारणी के तीसरे आवर्त और वर्ग संख्या 14 में स्थित है।

तीसरे आवर्त में मुख्य क्वांटम संख्या $n=3$ होती है। 17वें वर्ग में स्थित तत्व हैलोजन समूह से संबंधित होते हैं और उनके बाह्यतम कोश में 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

तीसरे आवर्त में पहले दो आवर्तों के सभी तत्व (2 + 8 = 10 तत्व) और तीसरे आवर्त के पहले दो तत्व (3s² विन्यास वाले) भरे जा चुके होते हैं। इसके बाद p-ब्लॉक के तत्व आते हैं।

17वें वर्ग के तत्व का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार होता है कि उसके बाह्यतम कोश में 7 इलेक्ट्रॉन हों। तीसरे आवर्त के लिए, यह विन्यास $3s^2\; 3p^5$ होगा।

इस तत्व का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होगा: $1s^2\; 2s^2\; 2p^6\; 3s^2\; 3p^5$

कुल इलेक्ट्रॉनों की संख्या (परमाणु क्रमांक) = 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17।

अतः, तीसरे आवर्त और 17वें वर्ग में स्थित तत्व का परमाणु क्रमांक 17 है, जो क्लोरीन (Cl) है।

1. लॉरेन्स बर्कले प्रयोगशाला द्वारा: इस प्रयोगशाला के नाम पर बर्कलियम (Bk) तत्व का नाम रखा गया है, जिसका परमाणु क्रमांक 97 है।
2. सी बोर्ग समूह द्वारा: प्रसिद्ध वैज्ञानिक ग्लेन टी. सीबोर्ग के नेतृत्व वाले समूह के सम्मान में सीबोर्गियम (Sg) तत्व का नाम रखा गया है, जिसका परमाणु क्रमांक 106 है।

एक ही वर्ग में उपस्थित तत्वों के भौतिक और रासायनिक गुणधर्म समान होने का मुख्य कारण उनके बाह्यतम कोश के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास का समान होना है।

आवर्त सारणी में, एक वर्ग के सभी तत्वों के बाह्यतम कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है। उदाहरण के लिए, वर्ग 1 के सभी तत्वों (क्षार धातुएँ) के बाह्यतम कोश में एक इलेक्ट्रॉन ($ns^1$) होता है, वर्ग 2 के तत्वों (क्षारीय मृदा धातुएँ) के बाह्यतम कोश में दो इलेक्ट्रॉन ($ns^2$) होते हैं, और इसी प्रकार अन्य वर्गों के लिए भी।

चूंकि रासायनिक अभिक्रियाएँ मुख्य रूप से बाह्यतम कोश के इलेक्ट्रॉनों द्वारा ही नियंत्रित होती हैं, इसलिए समान बाह्यतम कोश विन्यास वाले तत्वों के रासायनिक गुणधर्म भी समान होते हैं। भौतिक गुणधर्मों में भी समानता देखी जाती है, हालांकि यह समानता रासायनिक गुणधर्मों जितनी पूर्ण नहीं होती।

परमाणु त्रिज्या (Atomic Radius):

परमाणु त्रिज्या को किसी तत्व के परमाणु के नाभिक और उसके सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन के बीच की दूरी के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसे मापने की विधि तत्व के प्रकार पर निर्भर करती है:

• सहसंयोजक त्रिज्या (Covalent Radius): अधातुओं के लिए, यह दो समान परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंध की लंबाई की आधी होती है। उदाहरण के लिए, क्लोरीन अणु ($Cl\_2$) में दो क्लोरीन परमाणुओं के बीच की दूरी 198 pm है। अतः, क्लोरीन की सहसंयोजक त्रिज्या $\backslash frac\{198\}\{2\}\; =\; 99$ pm होगी।
• धात्विक त्रिज्या (Metallic Radius): धातुओं के लिए, यह धातु क्रिस्टल में दो निकटतम परमाणुओं के नाभिकों के बीच की दूरी की आधी होती है। उदाहरण के लिए, तांबे (Cu) के परमाणुओं के बीच की दूरी 256 pm होती है। अतः, तांबे की धात्विक त्रिज्या $\backslash frac\{256\}\{2\}\; =\; 128$ pm होगी।

आयनिक त्रिज्या (Ionic Radius):

आयनिक त्रिज्या किसी आयन (धनायन या ऋणायन) के नाभिक और उसके सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन के बीच की दूरी की आधी होती है। यह आयन के आकार को दर्शाती है।

• धनायन की त्रिज्या: धनायन (cation) बनने पर, परमाणु इलेक्ट्रॉन खो देता है, जिससे नाभिकीय आवेश प्रति इलेक्ट्रॉन बढ़ जाता है और त्रिज्या मूल परमाणु से कम हो जाती है।
• ऋणायन की त्रिज्या: ऋणायन (anion) बनने पर, परमाणु इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के बीच प्रतिकर्षण बढ़ता है और प्रभावी नाभिकीय आवेश कम हो जाता है, जिससे त्रिज्या मूल परमाणु से अधिक हो जाती है।

उदाहरण के लिए, सोडियम परमाणु (Na) की त्रिज्या लगभग 186 pm होती है, जबकि सोडियम आयन ($Na^+$) की त्रिज्या केवल 95 pm होती है। इसके विपरीत, क्लोरीन परमाणु (Cl) की त्रिज्या लगभग 99 pm होती है, जबकि क्लोराइड आयन ($Cl^-$) की त्रिज्या लगभग 181 pm होती है।