d-और-f-ब्लॉक-तत्व
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अध्ययन नोट्स: संक्रमण तत्व
विषय सूची
- संक्रमण तत्वों का परिचय
- परमाणु और आयनिक त्रिज्या
- परमाणुकरण एन्थैल्पी और आयनन एन्थैल्पी
- सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
- उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता
- चुंबकीय गुण
- रंगीन आयन
- मिश्र धातुओं का निर्माण
- मुख्य प्रवृत्तियों का सारांश
1. संक्रमण तत्वों का परिचय
परिभाषा: संक्रमण तत्वों को ऐसे तत्वों के रूप में परिभाषित किया जाता है जिनके पास अपने d उपकोश में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाला कम से कम एक यौगिक होता है, और ये आमतौर पर आंशिक रूप से भरे हुए d उपकोश वाले धनायन बनाते हैं।
- स्थान: आवर्त सारणी के d-ब्लॉक में पाए जाते हैं, जो समूह 3 से 12 तक फैले हुए हैं।
- मुख्य विशेषताएँ:
- विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं
- चुंबकीय गुण (पैरामैग्नेटिज्म या फेरोमैग्नेटिज्म) दिखाते हैं
- अक्सर रंगीन आयन बनाते हैं
- उच्च गलनांक और क्वथनांक होते हैं
2. परमाणु और आयनिक त्रिज्या
- प्रवृत्ति: एक अवधि में बाएं से दाएं जाने पर परमाणु और आयनिक त्रिज्या घटती है।
- कारण: प्रभावी नाभिकीय आवेश (Z_eff) में वृद्धि से बाहरी इलेक्ट्रॉनों के प्रति आकर्षण बढ़ता है, जिससे परमाणु या आयन का आकार कम हो जाता है।
3. परमाणुकरण एन्थैल्पी और आयनन एन्थैल्पी
- प्रवृत्ति: एक अवधि में बाएं से दाएं जाने पर परमाणुकरण एन्थैल्पी और आयनन एन्थैल्पी बढ़ती है।
- कारण: प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि और छोटे परमाणु आकार के कारण धात्विक बंधन मजबूत होता है।
4. सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
- सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: +2 और +3
- उदाहरण:
- आयरन (Fe): +2 (Fe²⁺), +3 (Fe³⁺)
- कॉपर (Cu): +1 (Cu⁺), +2 (Cu²⁺)
- परिवर्तनशीलता: कुछ तत्व +4 या +6 जैसी अन्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित कर सकते हैं।
5. उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता
| तत्व | सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ | स्थिरता प्रवृत्ति |
|---|---|---|
| आयरन (Fe) | +2, +3 | उच्च अवधियों में +3 अधिक स्थिर होता है |
| क्रोमियम (Cr) | +2, +3, +6 | उच्च अवधियों में +6 अधिक स्थिर होता है |
| मैंगनीज (Mn) | +2, +3, +4, +6, +7 | उच्च अवधियों में +7 सबसे अधिक स्थिर होता है |
- एक अवधि में: बाएं से दाएं जाने पर उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता बढ़ती है।
- एक समूह में: ऊपर से नीचे जाने पर उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता बढ़ती है।
6. चुंबकीय गुण
परिभाषा: पैरामैग्नेटिज्म किसी पदार्थ का चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आकर्षित होने का गुण है, जो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होता है।
- पैरामैग्नेटिज्म: d उपकोश में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है।
- फेरोमैग्नेटिज्म: कुछ संक्रमण धातुएँ (जैसे आयरन, कोबाल्ट, निकेल) अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के मजबूत चुंबकीय संरेखण के कारण फेरोमैग्नेटिज्म प्रदर्शित करती हैं।
7. रंगीन आयन
- कारण: संक्रमण धातु आयनों में अक्सर अयुग्मित d-इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो दृश्य स्पेक्ट्रम में प्रकाश को अवशोषित करते हैं, जिससे रंग दिखाई देता है।
- प्रवृत्ति: एक अवधि में बाएं से दाएं जाने पर रंग की तीव्रता बढ़ती है।
- उदाहरण:
- Cu²⁺: नीला
- Fe³⁺: भूरा
- Cr³⁺: बैंगनी
- Co²⁺: गुलाबी
8. मिश्र धातुओं का निर्माण
- कारण: संक्रमण तत्व अन्य धातुओं के साथ मजबूत धात्विक बंधन बनाते हैं।
- उदाहरण:
- स्टील: आयरन + कार्बन
- पीतल: कॉपर + ज़िंक
- अल्निको: एल्युमिनियम + निकेल + कोबाल्ट
9. मुख्य प्रवृत्तियों का सारांश
| गुण | अवधि में प्रवृत्ति | समूह में प्रवृत्ति |
|---|---|---|
| परमाणु त्रिज्या | घटती है | बढ़ती है |
| आयनिक त्रिज्या | घटती है | बढ़ती है |
| परमाणुकरण एन्थैल्पी | बढ़ती है | बढ़ती है |
| आयनन एन्थैल्पी | बढ़ती है | बढ़ती है |
| ऑक्सीकरण अवस्थाएँ | +2 और +3 सामान्य हैं | उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ अधिक स्थिर हो जाती हैं |
| चुंबकीय गुण | पैरामैग्नेटिक या फेरोमैग्नेटिक | अधिक स्थिर चुंबकीय गुण |
| रंगीन आयन | तीव्रता बढ़ती है | अधिक जटिल रंगाई |
| मिश्र धातु निर्माण | मजबूत धात्विक बंधन | उन्नत मिश्र धातु निर्माण |
निष्कर्ष
संक्रमण तत्व तत्वों का एक अनूठा वर्ग है जिसमें रासायनिक और भौतिक गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। कई ऑक्सीकरण अवस्थाएँ बनाने, चुंबकीय गुण प्रदर्शित करने और रंगीन आयन बनाने की उनकी क्षमता उन्हें विभिन्न औद्योगिक और तकनीकी अनुप्रयोगों में आवश्यक बनाती है। उनकी प्रवृत्तियों और व्यवहारों को समझना उन्नत रसायन विज्ञान अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है।
अभ्यास प्रश्न
##### एक संक्रमण तत्व $X$ की +3 ऑक्सीकरण अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[Ar] 3 d^{5}$ है। इसका परमाणु क्रमांक क्या है?
1. [ ] 25
2. [x] 26
3. [ ] 27
4. [ ] 24
##### कुछ संक्रमण तत्वों की धात्विक त्रिज्याएँ नीचे दी गई हैं। इनमें से किस तत्व का घनत्व सबसे अधिक होगा? | तत्व | $Fe$ | $Co$ | $Ni$ | $Cu$ | | :--- | :---: | :---: | :---: | :---: | | धात्विक त्रिज्या/pm | 126 | 125 | 125 | 128 |
1. [ ] $Fe$
2. [ ] $Ni$
3. [ ] $Co$
4. [x] $Cu$
##### $V, Cr, Mn$ और $Fe$ के परमाणु क्रमांक क्रमशः $23,24,25$ और 26 हैं। इनमें से किसके दूसरे आयनन एन्थैल्पी का मान सबसे अधिक होने की अपेक्षा की जाती है?
1. [x] $Cr$
2. [ ] $Mn$
3. [ ] $Fe$
4. [ ] $V$
##### मैंगनीज की उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था फ्लोराइड में $+4(MnF_4)$ होती है लेकिन ऑक्साइड में उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था $+7(Mn_2 O_7)$ होती है क्योंकि
1. [ ] फ्लोरीन ऑक्सीजन की तुलना में अधिक विद्युत-ऋणात्मक है
2. [ ] फ्लोरीन में $d$-ऑर्बिटल्स नहीं होते हैं
3. [ ] फ्लोरीन निम्न ऑक्सीकरण अवस्था को स्थायित्व प्रदान करती है
4. [x] सहसंयोजक यौगिकों में फ्लोरीन केवल एकल बंध बनाती है जबकि ऑक्सीजन द्विबंध बनाती है
##### निम्नलिखित में से किस बाह्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास वाला तत्व अपने यौगिकों में ऑक्सीकरण अवस्थाओं की सबसे अधिक संख्या प्रदर्शित कर सकता है। **JEE Main (Online) 2013**
1. [x] $3 d^{5} \\ 4 s^{2}$
2. [ ] $3 d^{8} \\ 4 s^{2}$
3. [ ] $3 d^{7} \\ 4 s^{2}$
4. [ ] $3 d^{6} \\ 4 s^{2}$
##### आयरन +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करता है। आयरन के संबंध में निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है? **AIEEE 2012**
1. [ ] फेरस ऑक्साइड फेरिक ऑक्साइड की तुलना में अधिक क्षारीय प्रकृति का होता है
2. [ ] फेरस यौगिक संबंधित फेरिक यौगिकों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक आयनिक होते हैं
3. [ ] फेरस यौगिक संबंधित फेरिक यौगिकों की तुलना में कम वाष्पशील होते हैं
4. [x] फेरस यौगिक संबंधित फेरिक यौगिकों की तुलना में अधिक आसानी से जल-अपघटित होते हैं
##### संक्रमण तत्व के संदर्भ में निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है? **JEE Main 2009**
1. [ ] सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था के अतिरिक्त ये तत्व संकुलों में शून्य ऑक्सीकरण अवस्था भी प्रदर्शित करते हैं
2. [x] उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्थाओं में, संक्रमण धातु क्षारकीय गुण दिखाती है और धनायनिक संकुल बनाती है
3. [ ] प्रथम पाँच संक्रमण तत्वों ($Sc$ से $Mn$) की उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्थाओं में सभी $4 s$ और $3 d$-इलेक्ट्रॉन्स बंधन के लिए उपयोग होते हैं
4. [ ] एक बार $d^{5}$ विन्यास से अधिक होने पर सभी $3 d$-इलेक्ट्रॉन्स को बंधन में शामिल करने की प्रवृत्ति कम हो जाती है
##### प्रथम पंक्ति के चार क्रमिक संक्रमण तत्वों के परमाणु क्रमांक नीचे सूचीबद्ध हैं। इनमें से किसका $E_{M^{3+} / M^{2+}}^{\circ}$ मान सबसे अधिक होने की अपेक्षा है? **JEE Main (Online) 2013**
1. [ ] $Mn(Z=25)$
2. [ ] $Fe(Z=26)$
3. [x] $Co(Z=27)$
4. [ ] $Cr(Z=24)$
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