उत्तर

(i) $\mathrm{Cr}^{3+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{3}$

या, $[\mathrm{Ar}]^{18} 3 d^{3}$

(ii) $\mathrm{Pm}^{3+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6} 4 f^{4}$

या, $[\mathrm{Xe}]^{54} 3 d^{3}$

(iii) $\mathrm{Cu}^{+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10}$

या, $[\operatorname{Ar}]^{18} 3 d^{10}$

(iv) $\mathrm{Ce}^{4+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6}$

या, $[\mathrm{Xe}]^{54}$

(v) $\mathrm{Co}^{2+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{7}$

या, $[\mathrm{Ar}]^{18} 3 d^{7}$

(vi) $\mathrm{Lu}^{2+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6} 4 f^{14} 5 d^{1}$

या, $[X e]^{54} 2 f^{14} 3 d^{3}$

(vii) $\mathrm{Mn}^{2+}: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{5}$

उत्तर

$\mathrm{Mn}^{2+}$ के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[\mathrm{Ar}]^{18} 3 d^{5}$ है।

$\mathrm{Fe}^{2+}$ के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[\mathrm{Ar}]^{18} 3 d^{6}$ है।

ज्ञात है कि आधा भरे एवं पूर्ण रूप से भरे ऑर्बिटल स्थायी होते हैं। अतः $\mathrm{Mn}$ के (+2) अवस्था में $^{5}$ विन्यास स्थायी होता है। इस कारण $\mathrm{Mn}^{2+}$ के $\mathrm{Mn}^{3+}$ में ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोध होता है। इसके अतिरिक्त, $\mathrm{Fe}^{2+}$ के $3 d^{6}$ विन्यास होता है और एक इलेक्ट्रॉन खो जाने पर इसका विन्यास एक अधिक स्थायी $3 d^{5}$ विन्यास में बदल जाता है। अतः $\mathrm{Fe}^{2+}$ आसानी से $\mathrm{Fe}^{+3}$ ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीकृत हो जाता है।

Answer

तत्व (+2 अवस्था) $ _{21} \mathrm{Sc}^{2+} , _{22} \mathrm{Ti}^{2+} , _{23} \mathrm{~V}^{2+} , _{24} \mathrm{Cr}^{2+} , _{25} \mathrm{Mn}^{2+}$

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $3 d^1 3 d^2 3 d^3 3 d^4 3 d^5$

सभी तत्वों में, दो $4 \mathrm{~s}$ इलेक्ट्रॉनों के हटाने (जैसे $\mathrm{Cr}^{2+}$ में, $4 \mathrm{~s}$ से और $1 e^{-}$ $3 d$ से) के कारण $3 d$-कक्षक धीरे-धीरे भरे जाते हैं। चूंकि परमाणु क्रमांक बढ़ने के साथ-साथ $3 d$-कक्षकों में खाली कक्षक कम हो जाते हैं या अनुनयित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ती जाती है, इसलिए आयनों $(\mathrm{M}^{2+})$ की स्थायिता $\mathrm{Sc}^{2+}$ से $\mathrm{Mn}^{2+}$ तक बढ़ती जाती है।

Answer

पहले आधे भाग के संक्रमण श्रेणी के तत्व अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्थाओं के साथ प्रदर्शित करते हैं, जहां Mn अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्थाओं के साथ प्रदर्शित करता है ( +2 से +7 तक)। +2 ऑक्सीकरण अवस्था की स्थायिता परमाणु क्रमांक बढ़ने के साथ बढ़ती जाती है। यह घटना इसलिए होती है कि $d$-कक्षक में अधिक इलेक्ट्रॉन भरे जाते हैं। हालांकि, $\mathrm{Sc}$ के +2 ऑक्सीकरण अवस्था नहीं होती। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $4 s^{2} 3 d^{1}$ होता है। यह तीन इलेक्ट्रॉन खोकर $\mathrm{Sc}^{3+}$ बनता है। $\mathrm{Sc}$ के +3 ऑक्सीकरण अवस्था बहुत स्थायी होती है क्योंकि तीन इलेक्ट्रॉन खोने के बाद यह एक स्थायी नोबल गैस विन्यास, $[\mathrm{Ar}]$ प्राप्त कर लेता है। $\mathrm{Ti}(+4)$ और $\mathrm{V}(+5)$ इसी कारण बहुत स्थायी होते हैं। Mn के +2 ऑक्सीकरण अवस्था बहुत स्थायी होती है क्योंकि दो इलेक्ट्रॉन खोने के बाद इसका $d$-कक्षक ठीक आधा भरा हो जाता है, $[\mathrm{Ar}] 3 d^{5}$।

Answer

Answer

$\mathrm{MnO}_4^{-}: \mathrm{Mn}$ has +7 oxidation number and group number is 7 .

$\mathrm{CrO}_4^{2-}: \mathrm{Cr}$ has +6 oxidation state and group number is 6 .

$\mathrm{VO}_3^{-}: \mathrm{V}$ has +5 oxidation state and the group number is 5 .

Answer

जैसे हम लैंथेनॉइड श्रेणी के अनुसार आगे बढ़ते हैं, परमाणु क्रमांक धीरे-धीरे एक बढ़ता जाता है। इसका अर्थ यह है कि परमाणु में उपस्थित इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या भी एक बढ़ती जाती है। जब इलेक्ट्रॉन एक ही कोश में जोड़े जाते हैं, तो प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ता है। इसका कारण यह है कि प्रोटॉन के जोड़ने के कारण नाभिकीय आकर्षण के बढ़ने की तुलना में इलेक्ट्रॉन के जोड़ने के कारण बीच के इलेक्ट्रॉनिक बीच के प्रतिकर्षण के बढ़ने की तुलना में यह अधिक प्रमुख होता है। इसके अतिरिक्त, परमाणु क्रमांक के बढ़ने के साथ-साथ 4f कक्षक में इलेक्ट्रॉन की संख्या भी बढ़ती जाती है। 4f इलेक्ट्रॉन खराब शेलिंग तकनीक द्वारा बचाव करते हैं। इसलिए, बाहरी इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किया गया प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ता है। फलस्वरूप, नाभिक के बाहरी इलेक्ट्रॉनों के आकर्षण बढ़ता है। इसके परिणामस्वरूप, परमाणु क्रमांक के बढ़ने के साथ-साथ लैंथेनॉइड के आकार में एक स्थिर कमी होती है। इसे लैंथेनॉइड संकुचन कहते हैं।

लैंथेनॉइड संकुचन के परिणाम

(i) द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणी के गुणों में समानता होती है।

ii. लैंथेनॉइड संकुचन के कारण लैंथेनॉइड के अलग करना संभव है।

(iii) लैंथेनॉइड संकुचन के कारण लैंथेनॉइड हाइड्रॉक्साइड के बेसिक शक्ति में भिन्नता होती है। (बेसिक शक्ति $\mathrm{La}\mathrm{(OH) _3}$ से $\mathrm{Lu}(\mathrm{OH}) _{3}$ तक घटती जाती है।)

Answer

संक्रमण तत्व वे तत्व होते हैं जिनके परमाणु या आयन (स्थायी ऑक्सीकरण अवस्था में) में आंशिक रूप से भरे हुए $d$ ऑर्बिटल होते हैं। ये तत्व $d$-ब्लॉक में स्थित होते हैं और $s$-ब्लॉक और $p$-ब्लॉक के गुणों के बीच गुणों के परिवर्तन दिखाते हैं। इसलिए, इन्हें संक्रमण तत्व कहा जाता है।

$\mathrm{Zn}, \mathrm{Cd}$ और $\mathrm{Hg}$ जैसे तत्वों को संक्रमण तत्व नहीं माना जा सकता है क्योंकि इनके $d$ सबशेल पूरी तरह से भरे हुए होते हैं।

Answer

संक्रमण धातुएँ $d$-ऑर्बिटल में आंशिक रूप से भरे हुए होती हैं। इसलिए, संक्रमण तत्वों की इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ( $n$ 1) $d^{1-10} \mathrm{~ns}^{0.2}$ होती है।

गैर-संक्रमण तत्व या तो $d$-ऑर्बिटल नहीं रखते हैं या $d$-ऑर्बिटल पूरी तरह से भरे हुए होते हैं। इसलिए, गैर-संक्रमण तत्वों की इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $n s^{1-2}$ या $n s^{2} n p^{1-6}$ होती है।

Answer

लैंथेनॉइड श्रेणी में +3 ऑक्सीकरण अवस्था सबसे आम होती है, अर्थात् Ln(III) यौगिक प्रधान होते हैं। हालांकि, घलन या ठोस यौगिकों में +2 और +4 ऑक्सीकरण अवस्था भी पाए जा सकते हैं।

उत्तर

(i) संक्रमण धातुएँ चुंबकीय व्यवहार दिखाती हैं। चुंबकत्व असंयोजी इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होता है, जहाँ प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के साथ उसके घूर्णन कोणीय गति एवं कक्षीय कोणीय गति से संबंधित चुंबकीय आघूर्ण होता है। हालाँकि, पहली संक्रमण श्रेणी में कक्षीय कोणीय गति अक्षित हो जाती है। अतः, परिणामी चुंबकत्व केवल असंयोजी इलेक्ट्रॉन के कारण होता है।

(ii) संक्रमण तत्वों में उच्च प्रभावी नाभिकीय आवेश एवं बहुत सारे संयोजक इलेक्ट्रॉन होते हैं। अतः, वे बहुत मजबूत धातुई बंधन बनाते हैं। इस कारण, संक्रमण धातुओं के विघटन एन्थैल्पी उच्च होती है।

(iii) संक्रमण धातुओं के अधिकांश यौगिक रंगीन होते हैं। इसका कारण दृश्य प्रकाश के क्षेत्र से विकिरण के अवशोषण के कारण होता है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन को $d$-कक्षक से दूसरे $d$-कक्षक में उत्तेजित किया जाता है। लिगेंड की उपस्थिति में, $d$ कक्षक दो सेट में विभाजित हो जाते हैं, जो अलग-अलग ऊर्जा के विशिष्ट कक्षक होते हैं। अतः, इलेक्ट्रॉन के एक सेट से दूसरे सेट में विस्थापन हो सकता है। इन परिवर्तनों के लिए आवश्यक ऊर्जा बहुत कम होती है और विकिरण के दृश्य क्षेत्र में आती है। संक्रमण धातुओं के आयन विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के विकिरण को अवशोषित करते हैं और शेष विकिरण परावर्तित हो जाता है, जिससे विलयन में रंग उत्पन्न होता है।

(iv) संक्र मण तत्वों के उत्प्रेरक गुण को दो मूल तथ्यों द्वारा समझाया जा सकता है।

(a) संक्रमण तत्वों के कारण अपेक्षाकृत ऑक्सीकरण अवस्थाओं के विविध रूप दिखाने एवं यौगिक बनाने के कारण अस्थायी मध्य यौगिक बनते हैं। अतः, वे अभिक्रिया के लिए नए मार्ग के साथ कम सक्रियण ऊर्जा $E_{\mathrm{a}}$ प्रदान करते हैं।

(b) संक्रमण धातुएँ अभिक्रिया के लिए उपयुक्त सतह भी प्रदान करती हैं।

उत्तर

अंतराली धातुएं बड़ी आकृति की होती हैं और उनमें अंतराली साइट्स की बहुत अधिक मात्रा होती है। अंतराली तत्व अपने क्रिस्टल लैटिस के अंतराली साइट्स में अन्य तत्वों के परमाणुओं (जो छोटे परमाणु आकार के होते हैं), जैसे H, C, N को बंद कर लेते हैं। इस प्रकार प्राप्त यौगिकों को अंतराली यौगिक कहा जाता है।

उत्तर

अंतराली तत्वों में, ऑक्सीकरण अवस्था +1 से उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था तक बदल सकती है जब इनके सभी मूल इलेक्ट्रॉन बर्बाद हो जाते हैं। अंतराली तत्वों में, ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच के अंतर 1 होता है (Fe²⁺ और Fe³⁺; Cu⁺ और Cu²⁺)। गैर-अंतराली तत्वों में, ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच के अंतर 2 होता है, उदाहरण के लिए, +2 और +4 या +3 और +5 आदि।

उत्तर

(i) क्रोमाइट खनिज से K₂Cr₂O₇ की तैयारी

(a) पोटेशियम डाइक्रोमेट क्रोमाइट खनिज (FeCr₂O₄) के संलयन के द्वारा प्राप्त किया जाता है जिसमें सोडियम (या पोटेशियम) कार्बोनेट के साथ अतिरिक्त वायु की उपस्थिति में होता है।

$ 4 \mathrm{FeCr}_2 \mathrm{O}_4+8 \mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3+7 \mathrm{O}_2 \rightarrow \underset{\left(\substack{ \text{Yellow} \\ \text{solution} }\right)}{8 \mathrm{Na}_2 \mathrm{CrO}_4}+2 \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3+8 \mathrm{CO}_2 $

(b) घोल को छान लिया जाता है और अम्लीय अम्ल के साथ उपचार किया जाता है।

$ 2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{CrO}_4+\underset{\left(\mathrm{From} \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4\right)}{2 \mathrm{H}^{+}} \rightarrow \underset{\substack{\text{Sodium}\\ \substack{\text{dichromate}\\ \text{(orange)}}}}{\mathrm{Na}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} `

$

(c) अब सोडियम डाइक्रोमेट को पोटेशियम क्लोराइड के साथ उपचार दिया जाता है।

परिणामस्वरूप, पोटेशियम डाइक्रोमेट उत्पन्न होता है।

$ \mathrm{Na}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7+2 \mathrm{KCl} \rightarrow \underset{\substack{\text { पोटेशियम } \\ \text { डाइक्रोमेट } \\ \text { क्रिस्टल }}{\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7} +2 \mathrm{NaCl} $

(ii) $\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ विलयन में $\mathrm{pH}$ के बढ़ने का प्रभाव

$ \underset{\text { लाल }}{\mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7^{2-}}+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \underset{\text { पीला }}{2 \mathrm{CrO}_4^{2-}}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} $

$\mathrm{pH}$ के बढ़ने पर $\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ $\mathrm{K}_2 \mathrm{CrO}_4}$ में परिवर्तित हो जाता है (लाल से पीला)।

उत्तर

$\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ अम्लीय माध्यम में एक बहुत मजबूत ऑक्सीकारक कार्य करता है।

$\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{SO_4} \longrightarrow \mathrm{K_2} \mathrm{SO_4}+\mathrm{Cr_2}\left(\mathrm{SO_4}\right)_{3}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+3[\mathrm{O}]$

$\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ इलेक्ट्रॉन लेकर अपचयित हो जाता है और एक ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है। $\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ के अन्य आयोडाइड, लोहा (II) विलयन और $\mathrm{H_2} \mathrm{~S}$ के साथ अभिक्रिया नीचे दी गई है।

(i) $\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ आयोडाइड को आयोडीन में ऑक्सीकृत करता है।

$ \begin{aligned} \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7^{2-}+14 \mathrm{H}^{+}+6 \mathrm{e}^{-} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+7 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ 2 \mathrm{I}^{-} & \left.\longrightarrow \mathrm{I}_2+2 \mathrm{e}^{-}\right] \times 3 \\ \hline \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7^{2-}+6 \mathrm{I}^{-}+14 \mathrm{H}^{+} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+3 \mathrm{I}_2+7 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\

\hline \end{aligned} $

(ii) $\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ लौह (II) विलयन को लौह (III) विलयन में ऑक्सीकृत करता है, अर्थात, फेरस आयनों को फेरिक आयनों में।

$ \begin{aligned} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}^{2-}+14 \mathrm{H}^{+}+6 \mathrm{e}^{-} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+7 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \mathrm{Fe}^{2+} & \left.\longrightarrow \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{e}^{-}\right] \times 6 \\ \hline \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}^{2-}+14 \mathrm{H}^{+}+6 \mathrm{Fe}^{2+} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+6 \mathrm{Fe}^{3+}+7 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \hline \end{aligned} $

(iii) $\mathrm{K_2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}$ $\mathrm{H_2} \mathrm{~S}$ को सल्फर में ऑक्सीकृत करता है।

$ \begin{aligned} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}^{2-}+14 \mathrm{H}^{+}+6 \mathrm{e}^{-} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+7 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \mathrm{H_2} \mathrm{~S} & \left.\longrightarrow \mathrm{S}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}^{-}\right] \times 3 \\ \hline \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7}^{2-}+3 \mathrm{H_2} \mathrm{~S}+8 \mathrm{H}^{+} & \longrightarrow 2 \mathrm{Cr}^{3+}+3 \mathrm{~S}+7 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \hline \end{aligned} $

Answer

परमैंगनेट कैल्शियम को पाइरोलसाइट $\left(\mathrm{MnO_2}\right)$ से तैयार किया जा सकता है। खनिज को वातावरणीय ऑक्सीजन या एक ऑक्सीकारक एजेंट, जैसे $\mathrm{KNO_3}$ या $\mathrm{KClO_4}$ की उपस्थिति में $\mathrm{KOH}$ के साथ गलन कराया जाता है, जिससे $\mathrm{K_2} \mathrm{MnO_4}$ प्राप्त होता है।

$ 2 \mathrm{MnO_2}+4 \mathrm{KOH}+\mathrm{O_2} \xrightarrow{\text { heat }} {\text{(Green)}}{2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O} $

हरा मास जल से निकाला जा सकता है और फिर इलेक्ट्रोलिटिक रूप से या क्लोरीन/ओजोन के प्रवाह के माध्यम से ऑक्सीकृत किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलिटिक ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} & \mathrm{K_2} \mathrm{MnO_4} \longleftrightarrow 2 \mathrm{~K}^{+}+\mathrm{MnO_4}^{2-} \\ & \mathrm{H_2} \mathrm{O} \longleftrightarrow \mathrm{H}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \end{aligned} $

एनोड पर, मैंगनेट आयन ऑक्सीकृत होकर परमैंगनेट आयन में बदल जाते हैं।

$ \underset{\text{हरा}}{\mathrm{MnO_4}^{2-}} \longleftrightarrow \underset{\text{हरा}}{\mathrm{MnO_4}^{-}}+\mathrm{e}^{-} $

क्लोरीन द्वारा ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}+\mathrm{Cl_2} \longrightarrow 2 \mathrm{KMnO_4}+2 \mathrm{KCl} \\ & 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+\mathrm{Cl_2} \longrightarrow 2 \mathrm{MnO_4}^{-}+2 \mathrm{Cl}^{-} \end{aligned} $

ओजोन द्वारा ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} 2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}+\mathrm{O_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{KMnO_4}+2 \mathrm{KOH}+\mathrm{O_2} \\ 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+\mathrm{O_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+2 \mathrm{OH}^{-}+\mathrm{O_2} \end{aligned} $

(i) अम्लीय $\mathrm{KMnO_4}$ विलयन फेरस आयन (Fe (II)) को फेरिक आयन (Fe (III)) में ऑक्सीकृत करता है, अर्थात फेरस आयन को फेरिक आयन में बदल देता है।

$ \begin{aligned} \mathrm{MnO_4}^{-}+8 \mathrm{H}^{+}+5 \mathrm{e}^{-} & \longrightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \mathrm{Fe}^{2+} & \longrightarrow \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{e}^{-} ] \times 5 \\ \hline \mathrm{MnO_4}^{-}+5 \mathrm{Fe}^{2+}+8 \mathrm{H}^{+} & \longrightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+5 \mathrm{Fe}^{3+}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \\ \hline \end{aligned} $

(ii) अम्लीय पोटैशियम परमैंगनेट $\mathrm{SO_2}$ को सल्फ्यूरिक अम्ल में ऑक्सीकृत करता है।

$ \begin{aligned} & \mathrm{MnO_4}^{-}+6 \mathrm{H}^{+}+5 \mathrm{e}^{-}\left.\longrightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+3 \mathrm{H_2} \mathrm{O}\right] \times 2 \\ & 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+2 \mathrm{SO_2}+\mathrm{O_2}\left.\longrightarrow 4 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{SO_4}^{2-}+2 \mathrm{e}^{-}\right] \times 5 \\ \hline & 2 \mathrm{MnO_4}^{-}+10 \mathrm{SO_2}+5 \mathrm{O_2}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+10 \mathrm{SO_4}^{2-}+8 \mathrm{H}^{+}\\

\hline \end{aligned} $

(iii) अम्लीय कैल्शियम परमैंगनेट ऑक्जैलिक अम्ल को कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत करता है।

$ \begin{aligned} \mathrm{MnO _4}^{-}+8 \mathrm{H}^{+}+5 \mathrm{e}^{-} & \longrightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O}] \times 2 \\ \mathrm{C _2} \mathrm{O_4}^{2-} & \longrightarrow 2 \mathrm{CO _2}+2 \mathrm{e}^{-}] \times 5 \\ \hline 2 \mathrm{MnO _4}^{-}+5 \mathrm{C _2} \mathrm{O_4}^{2-}+16 \mathrm{H}^{+} & \longrightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+10 \mathrm{CO _2}+8 \mathrm{H _2} \mathrm{O} \\ \hline \end{aligned} $

Answer

(i) $\mathrm{Fe}^{3+} / \mathrm{Fe}^{2+}$ के $\mathrm{E}^{\ominus}$ मान $\mathrm{Cr}^{3+} / \mathrm{Cr}^{2+}$ के तुलना में अधिक है और $\mathrm{Mn}^{3+} / \mathrm{Mn}^{2+}$ के तुलना में कम है। इसलिए, $\mathrm{Fe}^{3+}$ के $\mathrm{Fe}^{2+}$ में रूपांतरण करना $\mathrm{Mn}^{3+}$ के $\mathrm{Mn}^{2+}$ में रूपांतरण करने की तुलना में आसान है, लेकिन $\mathrm{Cr}^{3+}$ के $\mathrm{Cr}^{2+}$ में रूपांतरण करने की तुलना में नहीं। इसलिए, $\mathrm{Fe}^{3+i}$ $\mathrm{Mn}^{3+}$ की तुलना में अधिक स्थायी है, लेकिन $\mathrm{Cr}^{3+}$ की तुलना में कम स्थायी है। इन धातु आयनों को उनकी स्थायिता के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित कर सकते हैं: $\mathrm{Mn}^{3+}<\mathrm{Fe}^{3+}<\mathrm{Cr}^{3+}$

(ii) दिए गए युग्मों के लिए अपचायक विभव क्रम निम्नलिखित क्रम में बढ़ता है।

$\mathrm{Mn}^{2+} / \mathrm{Mn}<\mathrm{Cr}^{2+} / \mathrm{Cr}<\mathrm{Fe}^{2+} / \mathrm{Fe}$

इसलिए, $\mathrm{Fe}$ के $\mathrm{Fe}^{2+}$ में ऑक्सीकरण $\mathrm{Cr}$ के $\mathrm{Cr}^{2+}$ में ऑक्सीकरण और $\mathrm{Mn}$ के $\mathrm{Mn}^{2+}$ में ऑक्सीकरण की तुलना में आसान नहीं है। इसलिए, इन धातुओं को उनके ऑक्सीकरण क्षमता के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित किया जा सकता है: $\mathrm{Fe}<\mathrm{Cr}<\mathrm{Mn}$

उत्तर

केवल उन आयनों में रंग होगा जिनमें $d$-कक्षक में इलेक्ट्रॉन होते हैं और जहां $d$-d संक्रमण संभव हो। जिन आयनों में $d$-कक्षक खाली या पूर्णतः भरे होते हैं, वे रंगहीन होते हैं क्योंकि उन विन्यासों में $d$-d संक्रमण संभव नहीं होता।

उपरोक्त तालिका से आसानी से देखा जा सकता है कि केवल $\mathrm{Sc}^{3+}$ के $d$-कक्षक खाली होते हैं और $\mathrm{Cu}^{+}$ के $d$-कक्षक पूर्णतः भरे होते हैं। अन्य सभी आयनों, $\mathrm{Sc}^{3+}$ और $\mathrm{Cu}^{+}$ के अतिरिक्त, जलीय विलयन में रंगीन होंगे क्योंकि $d$-d संक्रमण के कारण।

उत्तर

$ \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Sc} & & & +3 & & & \\ \hline \mathrm{Ti} & +1 & +2 & +3 & +4 & & \\ \hline \mathrm{V} & +1 & +2 & +3 & +4 & +5 & \\ \hline \mathrm{Cr} & +1 & +2 & +3 & +4 & +5 & +6 \\ \hline \mathrm{Mn} & +1 & +2 & +3 & +4 & +5 & +6 & +7 \\ \hline \mathrm{Fe} & +1 & +2 & +3 & +4 & +5 & +6 & \\ \hline \mathrm{Co} & +1 & +2 & +3 & +4 & +5 & & \\ \hline \mathrm{Ni} & +1 & +2 & +3 & +4 & & & \\ \hline \mathrm{Cu} & +1 & +2 & +3 & & & & \\ \hline \mathrm{Zn} & & +2 & & & & & \\ \hline \end{array} $

उपरोक्त तालिका से स्पष्ट है कि $\mathrm{Mn}$ द्वारा उपस्थित ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या अधिकतम है, जो +2 से +7 तक बदलती है। तालिका में Sc से Mn तक जाने पर ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या बढ़ती जाती है। Mn से Zn तक जाने पर ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या घटती है क्योंकि उपलब्ध अस्थायी इलेक्ट्रॉनों की संख्या घट जाती है। ऑक्सीकरण अवस्था +2 के संबंध में स्थायिता ऊपर से नीचे जाने पर बढ़ती जाती है। इसका कारण यह है कि ऊपर से नीचे जाने पर $d$-कक्षक से तीसरे इलेक्ट्रॉन को हटाना अधिक कठिन हो जाता है।

उत्तर

(i) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

लैंथेनॉइड्स के सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[\mathrm{Xe}]^{54} 4 f^{0-14} 5 d^{0-1} 6 s^{2}$ होता है और एक्टिनॉइड्स के लिए $[\mathrm{Rn}]^{86} 5 f^{-14} 6 d^{0-1} 7 s^{2}$ होता है। 4f कक्षक के विपरीत, 5f कक्षक गहराई में नहीं छिपे होते और बंधन में अधिक भाग लेते हैं।

(ii) ऑक्सीकरण अवस्था

लैंथेनॉइड्स की मुख्य ऑक्सीकरण अवस्था (+3) होती है। हालांकि, कभी-कभी हम ऑक्सीकरण अवस्थाओं +2 और +4 के भी अनुभव करते हैं। इसका कारण अपूर्ण भरे हुए और आधा भरे हुए कक्षकों की अतिरिक्त स्थायिता है। एक्टिनॉइड्स में ऑक्सीकरण अवस्थाओं की एक विस्तारित श्रेणी होती है। इसका कारण 5f, 6d और 7s स्तरों के बराबर ऊर्जा होना है। फिर भी, एक्टिनॉइड्स के लिए (+3) मुख्य ऑक्सीकरण अवस्था होती है। एक्टिनॉइड्स जैसे लैंथेनॉइड्स में +3 अवस्था के अधिक यौगिक होते हैं जबकि +4 अवस्था के यौगिक कम होते हैं।

(iii) परमाणु एवं आयनिक आकार

लैंथेनॉइड के समान, एक्टिनॉइड भी एक्टिनॉइड संकुचन (समग्र परमाणु एवं आयनिक त्रिज्या में कमी) प्रदर्शित करते हैं। संकुचन अधिक होता है क्योंकि 5f ऑर्बिटल के खराब छाया प्रभाव के कारण होता है।

(iv) रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता

लैंथेनॉइड श्रेणी में, श्रेणी के पहले सदस्य अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। वे $\mathrm{Ca}$ के समान प्रतिक्रियाशीलता दिखाते हैं। परमाणु क्रमांक के बढ़ने के साथ-साथ, लैंथेनॉइड ऐलुमिनियम के व्यवहार के समान व्यवहार दिखान शुरू करते हैं। विपरीत रूप से, एक्टिनॉइड बहुत प्रतिक्रियाशील धातुएं होती हैं, विशेष रूप से जब वे छोटे-छोटे कणों में विभाजित होते हैं। जब वे केंद्रीय जल में डाले जाते हैं, तो वे ऑक्साइड एवं हाइड्राइड के मिश्रण देते हैं। एक्टिनॉइड मध्यम तापमान पर अधिकांश अधातुओं के साथ संयोजन करते हैं। क्षारक इन एक्टिनॉइड पर कोई प्रभाव नहीं डालते हैं। अम्लों के संदर्भ में, वे थोड़ा अम्ल के प्रभाव से प्रभावित होते हैं (कारण एक संरक्षक ऑक्साइड परत के निर्माण के कारण)।

उत्तर

(i) $\mathrm{Cr}^{2+}$ प्रतिक्रियाशील प्रकृति का होता है। इसका $d^{4}$ विन्यास होता है। जब यह एक प्रतिक्रियाशीलक के रूप में कार्य करता है, तो यह $\mathrm{Cr}^{3+}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है ($\mathrm{d}^{3}$ विन्यास, $\mathrm{d}^{\beta}$)। यह $d^{3}$ विन्यास $t_{2 \mathrm{~g}}^{3}$ विन्यास के रूप में लिखा जा सकता है, जो एक अधिक स्थायी विन्यास है। $\mathrm{Mn}^{3+}$ ($d^{4}$) के मामले में, यह एक ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है और $\mathrm{Mn}^{2+}$ ($d^{5}$) में अपचयित हो जाता है। यह एक ठीक आधा भरा $d$-ऑर्बिटल होता है और बहुत स्थायी होता है।

(ii) $\mathrm{Co}(\mathrm{II})$ जलीय विलयन में स्थायी होता है। हालांकि, शक्तिशाली क्षेत्र जटिल बनाने वाले अभिकर्मकों की उपस्थिति में, यह $\mathrm{Co}$ (III) में ऑक्सीकृत हो जाता है। भलांकि $\mathrm{Co}$ के तीसरे आयनन ऊर्जा उच्च होती है, लेकिन शक्तिशाली क्षेत्र लिगेंड की उपस्थिति में उत्पन्न होने वाली उच्च रूप से जाल बनाने वाली ऊर्जा (CFSE) इस आयनन ऊर्जा को पराक्रम कर देती है।

(iii) $d^{11}$ कонфिगरेशन वाली आयन एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन खो देने के लिए प्रवृत्ति रखती हैं ताकि वे स्थायी $d^{0}$ कन्फिगरेशन में पहुंच जाएं। इसके अलावा, इन आयनों के $d$-ओर्बिटल में उपस्थित एकमात्र इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए हाइड्रेटेशन या लेटिस ऊर्जा बहुत पर्याप्त होती है। इसलिए, वे अपचायक एजेंट के रूप में कार्य करते हैं।

Answer

यह पाया गया है कि कभी-कभी एक अपेक्षाकृत कम स्थायी ऑक्सीकरण अवस्था एक ऑक्सीकरण-अपचायन अभिक्रिया में भाग लेती है जहां यह एक साथ ऑक्सीकृत और अपचित हो जाती है। इसे disproportionation कहते हैं।

उदाहरण के लिए,

(i) $\underset{\mathrm{Cr(V)}}{\mathrm{3CrO_{4}^{3-}}} + \mathrm{8H^+} \longrightarrow \underset{\mathrm{Cr(VI)}}{\mathrm{3CrO_{4}^{2-}}} + \underset{\mathrm{Cr(III)}}{\mathrm{CrO^{3+}}} + \mathrm{4H_2O} $

$\mathrm{Cr}(\mathrm{V})$ को $\mathrm{Cr}(\mathrm{VI})$ में ऑक्सीकृत किया जाता है और $\mathrm{Cr}(\mathrm{III})$ में अपचित किया जाता है।

(ii) $\underset{\mathrm{Mn(VI)}}{3 \mathrm{MnO_{4}^{2-}}}+4 \mathrm{H}^{+} \longrightarrow \underset{\mathrm{Mn(VII)}}{2 \mathrm{MnO_{4}^{-}}}+\underset{\mathrm{Mn(IV)}}{\mathrm{MnO_2}}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$

$\mathrm{Mn}(\mathrm{VI})$ को $\mathrm{Mn}(\mathrm{VII})$ में ऑक्सीकृत किया जाता है और Mn (IV) में अपचित किया जाता है।

Answer

पहली संक्रमण श्रेणी में, Cu के +1 ऑक्सीकरण अवस्था के अधिक आवर्त रूप से दिखाई देती है। इसके कारण $\mathrm{Cu}(+1)$ की इलेक्ट्रॉनिक कन्फिगरेशन $[\mathrm{Ar}] 3 d^{10}$ होती है। पूर्ण रूप से भरे हुए $d$-ओर्बिटल इसे बहुत स्थायी बनाते हैं।

Answer

$\mathrm{Cr}^{3+}$ जलीय विलयन में सबसे स्थायी होता है क्योंकि इसकी $t_{2 \mathrm{~g}}^{3}$ विन्यास होता है।

Answer

(i) परिवर्ती धातु के कम ऑक्साइड के मामले में, धातु परमाणु के निम्न ऑक्सीकरण अवस्था होती है। इसका अर्थ है कि धातु परमाणु के कुछ मूल्य इलेक्ट्रॉन बंधन में शामिल नहीं होते। इस कारण, यह इलेक्ट्रॉन दान कर सकता है और क्षारक के रूप में व्यवहार कर सकता है।

दूसरी ओर, परिवर्ती धातु के उच्च ऑक्साइड के मामले में, धातु परमाणु के उच्च ऑक्सीकरण अवस्था होती है। इसका अर्थ है कि मूल्य इलेक्ट्रॉन बंधन में शामिल होते हैं और इसलिए उपलब्ध नहीं होते। इसके अतिरिक्त, उच्च प्रभावी नाभिकीय आवेश भी होता है।

इस कारण, यह इलेक्ट्रॉन ग्रहण कर सकता है और अम्ल के रूप में व्यवहार कर सकता है।

उदाहरण के लिए, $\mathrm{Mn}^{\mathrm{II}} \mathrm{O_\text {क्षारकीय होता है और }} \mathrm{Mn_2} \mathrm{O_7}$ अम्लीय होता है।

(ii) ऑक्सीजन और फ्लुओरीन के उच्च विद्युत ऋणात्मकता और छोटे आकार के कारण शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट होते हैं। इसलिए, वे परिवर्ती धातुओं से अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था निकालते हैं। इस बात का अर्थ है कि एक परिवर्ती धातु ऑक्साइड और फ्लुओराइड में उच्च ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करती है। उदाहरण के लिए, $\mathrm{OsF_6}$ और $\mathrm{V_2} \mathrm{O_5}$ में $\mathrm{Os}$ और V के ऑक्सीकरण अवस्था क्रमशः +6 और +5 होती है।

(iii) ऑक्सीजन के उच्च विद्युत ऋणात्मकता और छोटे आकार के कारण यह एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट होता है। इसलिए, धातु के ऑक्सोएनियन में अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था होती है। उदाहरण के लिए, $\mathrm{MnO_4}^{-}$ में $\mathrm{Mn}$ की ऑक्सीकरण अवस्था +7 होती है।

उत्तर

(i)

पोटेशियम डाइक्रोमेट $\left(\mathrm{K_2Cr_2O_7}\right)$ को च्रोमाइट खनिज $\left(\mathrm{FeCr_2O_4}\right)$ से निम्नलिखित चरणों में तैयार किया जाता है।

चरण (1): सोडियम क्रोमेट की तैयारी

$ 4 \mathrm{FeCr_2O_4} + 16 \mathrm{NaOH} + 7 \mathrm{O_2} \longrightarrow 8 \mathrm{Na_2CrO_4} + 2 \mathrm{Fe_2O_3} + 8 \mathrm{H_2O} $

चरण (2): सोडियम क्रोमेट को सोडियम डाइक्रोमेट में परिवर्तित करना

$ 2 \mathrm{Na_2CrO_4} + \text{गैल्न} \mathrm{H_2SO_4} \longrightarrow \mathrm{Na_2Cr_2O_7} + \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O} $

चरण (3): सोडियम डाइक्रोमेट को पोटेशियम डाइक्रोमेट में परिवर्तित करना

$ \mathrm{Na_2Cr_2O_7} + 2 \mathrm{KCl} \longrightarrow \mathrm{K_2Cr_2O_7} + 2 \mathrm{NaCl} $

पोटेशियम क्लोराइड नमक के तुलना में कम विलेय होता है, जो लाल रंग के क्रिस्टल के रूप में प्राप्त होता है और छानकर हटा सकते हैं।

$ \underset{\substack{\text{क्रोमेट}\\ \text{(पीला)}}}{2 \mathrm{CrO_4^{2-}}} \stackrel{\text{अम्ल}}{\underset{\text{क्षार}}{\leftarrow\rightarrow}} \underset{\substack{\text{हाइड्रोजन} \\ \text{(क्रोमेट)}}}{2 \mathrm{HCrO_4^{-}}} \stackrel{\text{अम्ल}}{\underset{\text{क्षार}}{\leftarrow\rightarrow}} \underset{\substack{\text{डाइक्रोमेट}\\ \text{(लाल)}}}{\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}} $

डाइक्रोमेट आयन $\left(\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}\right)$ क्रोमेट आयन $\left(\mathrm{CrO_4^{2-}}\right)$ के साथ $\mathrm{pH} 4$ पर संतुलन में होता है। हालांकि, $\mathrm{pH}$ को बदलकर इनके बीच परिवर्तन किया जा सकता है। (ii)

पोटेशियम परमैंगनेट $\left(\mathrm{KMnO_4}\right)$ को पाइरोलसाइट $\left(\mathrm{MnO_2}\right)$ से तैयार किया जा सकता है। खनिज को $\mathrm{KOH}$ के साथ वातावरणीय ऑक्सीजन या एक ऑक्सीकारक एजेंट, जैसे $\mathrm{KNO_3}$ या $\mathrm{KClO_4}$ की उपस्थिति में गलाने से $\mathrm{K_2MnO_4}$ प्राप्त होता है।

$ 2 \mathrm{MnO_2}+4 \mathrm{KOH}+\mathrm{O_2} \xrightarrow{\text { heat }} \underset{\text{(Green)}}{2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O} $

ग्रीन मास को पानी के साथ निकाला जा सकता है और फिर इसे विद्युत रासायनिक या क्लोरीन/ओजोन के माध्यम से ऑक्सीकृत किया जा सकता है।

विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} & \mathrm{K_2} \mathrm{MnO_4} \longleftrightarrow 2 \mathrm{~K}^{+}+\mathrm{MnO_4}^{2-} \\ & \mathrm{H_2} \mathrm{O} \longleftrightarrow \mathrm{H}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \end{aligned} $

एनोड पर, मैंगनेट आयन ऑक्सीकृत होकर परमैंगनेट आयन बन जाते हैं।

$ \underset{\text{Green}}{\mathrm{MnO_4}^{2-}} \longleftrightarrow \underset{\text{Purple}}{\mathrm{MnO_4}^{-}}+\mathrm{e}^{-} $

ग्रीन पुर्पल

क्लोरीन द्वारा ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}+\mathrm{Cl_2} \longrightarrow 2 \mathrm{KMnO_4}+2 \mathrm{KCl} \\ & 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+\mathrm{Cl_2} \longrightarrow 2 \mathrm{MnO_4}^{-}+2 \mathrm{Cl}^{-} \end{aligned} $

ओजोन द्वारा ऑक्सीकरण

$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{~K_2} \mathrm{MnO_4}+\mathrm{O_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{KMnO_4}+2 \mathrm{KOH}+\mathrm{O_2} \\ & 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+\mathrm{O_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{MnO_4}^{2-}+2 \mathrm{OH}^{-}+\mathrm{O_2} \end{aligned} $

Answer

एलॉय एक ठोस विलयन होता है जिसमें दो या अधिक तत्व धातुभारी मैट्रिक्स में होते हैं। यह एक आंशिक ठोस विलयन या एक पूर्ण ठोस विलयन हो सकता है। एलॉय आमतौर पर उन घटक तत्वों के भौतिक गुणों से भिन्न होते हैं।

लैंथेनॉइड के एक महत्वपूर्ण एलॉय के रूप में मिशमेटल है। यह लैंथेनॉइड (94-95 $\%$), लोहा (5 $\%$), और S, C, Si, $\mathrm{Ca}$, और $\mathrm{Al}$ के ट्रेस शामिल होते हैं।

उपयोग

(1) मिशमेटल सिगरेट और गैस लाइटर में उपयोग किया जाता है।

(2) इसका उपयोग फ्लेम थ्रोइंग टैंक में किया जाता है।

(3) इसका उपयोग ट्रेसर बॉल्ट और शेल में किया जाता है।

Answer

आंतरिक संक्रमण धातुएं वे तत्व हैं जिनमें अंतिम इलेक्ट्रॉन $f$-कक्षक में प्रवेश करता है। वे तत्व जिनमें $4f$ और $5f$ कक्षक धीरे-धीरे भरे जाते हैं, $f$-ब्लॉक तत्व कहलाते हैं। दिए गए परमाणु संख्याओं में से आंतरिक संक्रमण तत्वों की परमाणु संख्याएं 59, 95 और 102 हैं।

Answer

लैंथेनॉइड मुख्य रूप से तीन ऑक्सीकरण अवस्थाओं (+2, +3, +4) में दिखाई देते हैं। इन ऑक्सीकरण अवस्थाओं में, +3 अवस्था सबसे आम है। लैंथेनॉइड ऑक्सीकरण अवस्थाओं की सीमित संख्या दिखाते हैं क्योंकि $4f, 5d$ और $6s$ कक्षकों के बीच ऊर्जा अंतर बहुत अधिक होता है। दूसरी ओर, $5f, 6d$ और $7s$ कक्षकों के बीच ऊर्जा अंतर बहुत कम होता है। इसलिए, एक्टिनॉइड बहुत सारी ऑक्सीकरण अवस्थाओं को दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, यूरेनियम और प्लूटोनियम +3, +4, +5 और +6 ऑक्सीकरण अवस्थाओं में दिखाई देते हैं जबकि नेप्चूनियम +3, +4, +5 और +7 ऑक्सीकरण अवस्थाओं में दिखाई देता है। एक्टिनॉइड के मामले में सबसे आम ऑक्सीकरण अवस्था भी +3 है।

Answer

एक्टिनॉइड श्रेणी का अंतिम तत्व लॉरेंसियम, Lr है। इसकी परमाणु संख्या 103 है और इसकी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[\operatorname{Rn}] 5 f^{14} 6 d^{1} 7 s^{2}$ है। इसके द्वारा दिखाई गई सबसे आम ऑक्सीकरण अवस्था +3 है; क्योंकि तीन इलेक्ट्रॉन खो देने के बाद यह स्थायी $f^{14}$ विन्यास प्राप्त करता है।

उत्तर

Ce : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6} 4 f^{1} 5 d^{1} 6 s^{2}$

चुंबकीय आघूर्ण की गणना निम्नलिखित सूत्र द्वारा की जा सकती है:

$\mu=\sqrt{n(n+2)}$

जहाँ,

$n=$ असुमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या

$\mathrm{Ce}^{3+}$ की इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6} 4 f^{1}$

$\mathrm{Ce}^{3+}$ में, $n=1$

$\therefore$ चुंबकीय आघूर्ण, $\mu=\sqrt{\mathrm{n}(\mathrm{n}+2)}$ B.M

$ \begin{aligned} & \Longrightarrow \mu=\sqrt{1(1+2)} \text { B.M } \\ & \Longrightarrow \mu=\sqrt{3} \text { B.M } \\ & \Longrightarrow \mu=1.73 \text { B.M } \end{aligned} $

उत्तर

+2 और +4 अवस्था दर्शाने वाले लैंथेनाइड तत्व नीचे दिए गए तालिका में दिखाए गए हैं। तत्वों की परमाणु संख्या को बराबर के चिह्न में दिया गया है।

Ce बाद में $\mathrm{Ce}^{4+}$ बनाकर $[\mathrm{Xe}]$ के स्थायी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के प्राप्त करता है।

$\mathrm{Tb}$ बाद में $\mathrm{Tb}^{4+}$ बनाकर $[\mathrm{Xe}] 4 f$ के स्थायी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के प्राप्त करता है।

Eu बाद में $\mathrm{Eu}^{2+}$ बनाकर $[\mathrm{Xe}] 4 f^{\prime}$ के स्थायी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के प्राप्त करता है।

$\mathrm{Yb}$ बाद में $\mathrm{Yb}^{2+}$ बनाकर $[\mathrm{Xe}] 4 f^{44}$ के स्थायी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के प्राप्त करता है।

उत्तर

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

लैंथेनॉइड्स के सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[\mathrm{Xe}]^{54} 4 f^{0-14} 5 d^{0-1} 6 s^{2}$ होता है और एक्टिनॉइड्स के लिए $[\mathrm{Rn}]^{86} 5 f^{-14} 6 d^{0-1} 7 s^{2}$ होता है। 4f ऑर्बिटल के विपरीत, 5f ऑर्बिटल गहराई में नहीं छिपे होते और बंधन में अधिक मात्रा में भाग लेते हैं।

ऑक्सीकरण अवस्था

लैंथेनॉइड्स की मुख्य ऑक्सीकरण अवस्था (+3) होती है। हालांकि, कभी-कभी हम ऑक्सीकरण अवस्थाओं +2 और +4 के भी अनुभव करते हैं। इसका कारण भरे हुए और आधा भरे हुए ऑर्बिटल की अतिरिक्त स्थायिता है। एक्टिनॉइड्स में ऑक्सीकरण अवस्थाओं की एक विस्तारित श्रेणी होती है। इसका कारण 5f, 6d और 7s स्तरों की तुलना में लगभग समान ऊर्जा होना है। फिर भी, एक्टिनॉइड्स के लिए (+3) मुख्य ऑक्सीकरण अवस्था होती है। एक्टिनॉइड्स के जैसे लैंथेनॉइड्स में +3 अवस्था में अधिक यौगिक होते हैं जबकि +4 अवस्था में कम होते हैं।

रासायनिक अभिक्रियाशीलता

लैंथेनॉइड श्रेणी में श्रेणी के पहले सदस्य अधिक अभिक्रियाशील होते हैं। उनकी अभिक्रियाशीलता कैल्शियम के समान होती है। परमाणु क्रमांक के बढ़ने के साथ, लैंथेनॉइड ऐलुमिनियम के व्यवहार के समान शुरू करते हैं। विपरीत, एक्टिनॉइड अत्यधिक अभिक्रियाशील धातुएं होती हैं, विशेष रूप से जब वे छोटे कणों में विभाजित होते हैं। जब वे केंद्रीय गरम पानी में डाले जाते हैं, तो वे ऑक्साइड और हाइड्राइड के मिश्रण का निर्माण करते हैं। एक्टिनॉइड अधिकांश अधातुओं के साथ मध्यम तापमान पर संयोजन करते हैं। क्षारक इन एक्टिनॉइड्स पर कोई प्रभाव नहीं डालते। अम्लों के संबंध में, वे नाइट्रिक अम्ल द्वारा थोड़ा प्रभावित होते हैं (कारण एक संरक्षक ऑक्साइड परत के निर्माण के कारण)।

उत्तर

| 101 | $[\mathrm{Rn}]^{86} 5 f^{13} 5 d^{0} 7 s^{2}$ | | 109 | $[\mathrm{Rn}]^{86} 5 f^{14} 6 d^{7} 7 s^{2}$ |

उत्तर

(i) पहली, दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रेणी में, क्रमशः 3d, 4d और 5d कक्षक भरे जाते हैं।

हम जानते हैं कि एक ही ऊर्ध्वाधर स्तंभ में उपस्थित तत्व सामान्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के समान होते हैं।

पहली संक्रमण श्रेणी में, दो तत्व असामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास दिखाते हैं:

$ \begin{aligned} & \operatorname{Cr}(24)=3 d^{5} 4 s^{1} \\ & \mathrm{Cu}(29)=3 d^{10} 4 s^{1} \end{aligned} $

इसी तरह, दूसरी संक्रमण श्रेणी में अपवाद भी हैं। ये निम्नलिखित हैं:

$ \begin{aligned} & \mathrm{Mo}(42)=4 d^{5} 5 s^{1} \\ & \mathrm{Tc}(43)=4 d^{6} 5 s^{1} \\ & \mathrm{Ru}(44)=4 d^{7} 5 s^{1} \\ & \mathrm{Rh}(45)=4 d^{8} 5 s^{1} \\ & \mathrm{Pd}(46)=4 d^{10} 5 s^{0} \\ & \mathrm{Ag}(47)=4 d^{10} 5 s^{1} \end{aligned} $

तीसरी संक्रमण श्रेणी में भी कुछ अपवाद हैं। ये निम्नलिखित हैं:

$ \begin{aligned} & \mathrm{W}(74)=5 d^{4} 6 s^{2} \\ & \mathrm{Pt}(78)=5 d^{9} 6 s^{1} \\ & \mathrm{Au}(79)=5 d^{10} 6 s^{1} \end{aligned} $

इन अपवाद के कारण, एक ही समूह में उपस्थित तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास असमान हो सकते हैं।

(ii) प्रत्येक तीन संक्रमण श्रेणी में, तत्वों द्वारा दिखाए गए ऑक्सीकरण अवस्थाओं की संख्या मध्य में अधिकतम होती है और अत्यधिक सिरे पर न्यूनतम होती है।

हालांकि, पहली संक्रमण श्रेणी में उपस्थित सभी तत्वों के लिए +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाएं बहुत स्थायी होती हैं। पहली संक्रमण श्रेणी में सभी धातुएं +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाओं में स्थायी यौगिक बनाते हैं। +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थायित्व दूसरी और तीसरी संक्रमण श्रेणी में कम हो जाती है, जहां उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं अधिक महत्वपूर्ण होती हैं।

उदाहरण के रूप में $\left[\stackrel{\text{II}}{\mathrm{Fe}}(\mathrm{Cn}) _{6}\right]^{4-},\left[\stackrel{\text{III}}{\mathrm{Co}}\left(\mathrm{NH _3}\right) _{6}\right]^{3+},\left[\mathrm{Ti} \left(\mathrm{H _2} \mathrm{O}\right) _{6}\right]^{3+}$ स्थायी यौगिक हैं, लेकिन द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणियों के लिए ऐसे यौगिकों के बारे में कोई ज्ञात जानकारी नहीं है, जैसे Mo, W, Rh, In। वे ऐसे यौगिक बनाते हैं जिनमें उनके ऑक्सीकरण अवस्था उच्च होती है। उदाहरण के रूप में: $\mathrm{WCl _6}, \mathrm{ReF _7}, \mathrm{RuO _4}$, आदि।

(iii) प्रत्येक तीन संक्रमण श्रेणी में, पहला आयनन एंथैल्पी बाएं से दाएं तक बढ़ती जाती है। हालांकि, कुछ अपवाद भी हो सकते हैं। तीसरी संक्रमण श्रेणी के तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी पहली और दूसरी संक्रमण श्रेणी के तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी से अधिक होती है। यह तीसरी संक्रमण श्रेणी में 4f इलेक्ट्रॉन के कम बचाव प्रभाव के कारण होता है।

द्वितीय संक्रमण श्रेणी के कुछ तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी पहली संक्रमण श्रेणी के उसी ऊर्ध्वाधर स्तंभ के तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी से अधिक होती है। द्वितीय संक्रमण श्रेणी में कुछ तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी पहली संक्रमण श्रेणी के उसी ऊर्ध्वाधर स्तंभ के तत्वों के पहले आयनन एंथैल्पी से कम होती है।

(iv) परमाणु आकार आमतौर पर एक आवर्त में बाएं से दाएं तक घटता जाता है। अब, तीन संक्रमण श्रेणियों में, द्वितीय संक्रमण श्रेणी के तत्वों के परमाणु आकार पहली संक्रमण श्रेणी के उसी ऊर्ध्वाधर स्तंभ के तत्वों के परमाणु आकार से अधिक होते हैं। हालांकि, तीसरी संक्रमण श्रेणी के तत्वों के परमाणु आकार द्वितीय संक्रमण श्रेणी के संगत तत्वों के परमाणु आकार के लगभग समान होते हैं। यह लैंथेनॉइड संकुचन के कारण होता है।

उत्तर

$ \begin{array}{|c|c|c|} \hline \text{मैटल आयन} & \text{ } \mathbf{d}\text{-इलेक्ट्रॉन की संख्या} & \mathbf{d}\text{-ऑर्बिटल के भरे जाने} \\ \hline \mathrm{Ti}^{2+} & 2 & t_{2 g}^{2} \\ \hline \mathrm{V}^{2+} & 3 & t_{2 g}^{3} \\ \hline \mathrm{Cr}^{3+} & 3 & t_{2 g}^{3} \\ \hline \mathrm{Mn}^{2+} & 5 & t_{2 g}^{3} e_{g}^{2} \\ \hline \mathrm{Fe}^{2+} & 6 & t_{2 g}^{4} e_{g}^{2} \\ \hline \mathrm{Fe}^{3+} & 5 & t_{2 g}^{3} e_{g}^{2} \\ \hline \mathrm{CO}^{2+} & 7 & t_{2 g}^{5} e_{g}^{2} \\ \hline \mathrm{Ni}^{2+} & 8 & t_{2 g}^{6} e_{g}^{2} \\ \hline \mathrm{Cu}^{2+} & 9 & t_{2 g}^{6} e_{g}^{3} \\ \hline \end{array} $

उत्तर

पहली संक्रमण श्रेणी के तत्वों के गुण भारी संक्रमण तत्वों के गुणों से कई तरह से अलग हैं।

(i) पहली संक्रमण श्रेणी के तत्वों के परमाणु आकार द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणी के तत्वों ( $2^{\text {nd }}$ और $3^{\text {rd }}$ संक्रमण श्रेणी के तत्वों) के परमाणु आकार से छोटे होते हैं।

हालांकि, तृतीय संक्रमण श्रेणी के तत्वों के परमाणु आकार द्वितीय संक्रमण श्रेणी के संगत सदस्यों के परमाणु आकार के लगभग समान होते हैं। इसका कारण लैंथेनॉइड संकुचन है।

(ii) पहली संक्रमण श्रेणी के तत्वों में +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाएं अधिक आम होती हैं, जबकि भारी तत्वों में उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं अधिक आम होती हैं।

(iii) पहली संक्रमण श्रेणी के तत्वों के परमाणु विघटन एन्थैल्पी द्वितीय और तृतीय संक्रमण श्रेणी के संगत तत्वों के एन्थैल्पी से कम होती है।

(iv) पहली संक्रमण श्रेणी के गलनांक और क्वथनांक भारी संक्रमण तत्वों के गलनांक और क्वथनांक से कम होते हैं। इसका कारण तांबा-तांबा ( $M-M$ ) बंधन के उपस्थिति के कारण अधिक मजबूत धातुई बंधन होते हैं।

(v) पहली संक्रमण श्रेणी के तत्वों के निम्न-स्पिन या उच्च-स्पिन यौगिक बनते हैं, जो लिगेंड क्षेत्र के बल पर निर्भर करते हैं। हालांकि, भारी संक्रमण तत्व केवल निम्न-स्पिन यौगिक बनाते हैं, चाहे लिगेंड क्षेत्र के बल कितना भी हो।

उत्तर

चुंबकीय आघूर्ण $\left(\mu\right)$ निम्नलिखित द्वारा दिया जाता है $\mu=\sqrt{n(n+2)}$।

मान $n=1, \mu=\sqrt{1(1+2)}=\sqrt{3}=1.732$।

मान $n=2, \quad \mu=\sqrt{2(2+2)}=\sqrt{8}=2.83$।

मान $n=3, \mu=\sqrt{3(3+2)}=\sqrt{15}=3.87$।

मान $n=4, \mu=\sqrt{4(4+2)}=\sqrt{24}=4.899$।

मान $n=5, \mu=\sqrt{5(5+2)}=\sqrt{35}=5.92$।

(i) $\mathrm{K_4}\left[\mathrm{Mn}(\mathrm{CN})_{6}\right]$

संक्रमण धातुओं में, चुंबकीय आघूर्ण केवल स्पिन के फार्मूला से गणना की जाती है। इसलिए,

$ \sqrt{n(n+2)}=2.2 $

उपरोक्त गणना से हम देख सकते हैं कि दिए गए मान के सबसे करीब $n=1$ है। इस यौगिक में, $\mathrm{Mn}$ +2 ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि Mn के $d$-कक्षक में 5 इलेक्ट्रॉन हैं।

इसलिए, हम कह सकते हैं कि $\mathrm{CN}$ - एक मजबूत क्षेत्र लिगेंड है जो इलेक्ट्रॉन के युग्मन को कारण बनता है।

(ii) $\left[\mathrm{Fe}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_{6}\right]^{2+}$

$ \sqrt{n(n+2)}=5.3 $

उपरोक्त गणना से हम देख सकते हैं कि दिए गए मान के सबसे करीब $n=4$ है। इस यौगिक में, $\mathrm{Fe}$ +2 ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि $\mathrm{Fe}$ के $d$-कक्षक में 6 इलेक्ट्रॉन हैं।

इसलिए, हम कह सकते हैं कि $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ एक कमजोर क्षेत्र लिगेंड है और इलेक्ट्रॉन के युग्मन को कारण बनता है।

(iii) $\mathrm{K_2}\left[\mathrm{MnCl_4}\right]$

$ \sqrt{n(n+2)}=5.9

$

ऊपर के गणना से हम देख सकते हैं कि दिए गए मान के सबसे करीब $n=5$ है। इसके अतिरिक्त, इस जटिल में $\mathrm{Mn}$ +2 ऑक्सीकरण अवस्था में है। इसका अर्थ है कि Mn के $d$-कक्षक में 5 इलेक्ट्रॉन हैं।

इसलिए, हम कह सकते हैं कि $\mathrm{Cl}$ एक कम बल वाला लिगेंड है और इलेक्ट्रॉन के युग्मन को कारण नहीं बनता है।