अध्याय 10 एस-खंड तत्व (हटाए गए)
“क्षारीय और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के पहले तत्व इस समूह के अन्य सदस्यों से कई तरह से भिन्न है”
आवयव तालिका के एस-खंड तत्व वे हैं जिनमें अंतिम इलेक्ट्रॉन बाहरी एस-ओर्बिटल में प्रवेश करता है। चूंकि एस-ओर्बिटल में केवल दो इलेक्ट्रॉन रह सकते हैं, इसलिए दो समूह (1 और 2) आवयव तालिका के एस-खंड के समूह के आधार पर मान्य हैं। आवयव तालिका का समूह 1 तत्वों का समूह है: लिथियम, नायी, पोटाशियम, रुबिडियम, सीजियम और फ्रांसियम। इन्हें संयुक्त रूप से क्षारीय धातुओं के नाम से जाना जाता है। इन्हें ऐसा कहा जाता है क्योंकि ये पानी के साथ अभिक्रिया करने पर हाइड्रॉक्साइड बनाते हैं जो गहरे तरीके से क्षारीय प्रकृति के होते हैं। समूह 2 के तत्वों में बेरिलियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम, स्ट्रोन्शियम, बारियम और रेडियम शामिल हैं। इन तत्वों को बेरिलियम के अपवाद के सिवा सामान्य रूप से क्षारीय पृथ्वी धातुओं के नाम से जाना जाता है। इन्हें ऐसा कहा जाता है क्योंकि इनके आक्साइड और हाइड्रॉक्साइड क्षारीय प्रकृति के होते हैं और इन धातु के आक्साइड पृथ्वी की परत में पाए जाते हैं[^0]।
क्षारीय धातुओं के बीच नायी और पोटाशियम अत्यधिक अभिजात हैं और लिथियम, रुबिडियम और सीजियम की अभिजातता अत्यधिक कम है (तालिका 10.1)। फ्रांसियम अत्यधिक बरकरारी है; इसका सबसे बड़ा आयु रहने वाला आयोटोप ${ }^{223} \mathrm{Fr}$ केवल 21 मिनट का अर्ध-जीवन है। क्षारीय पृथ्वी धातुओं के बीच कैल्शियम और मैग्नीशियम क्रमशः पृथ्वी की परत में पाए जाने वाले तत्वों की अभिजातता में पाँचवाँ और छठी स्थान पर हैं। स्ट्रोन्शियम और बारियम की अभिजातता अत्यधिक कम है। बेरिलियम कम अभिजात है और रेडियम सभी में सबसे कम अभिजात है जो केवल $10^{-10}$ प्रतिशत ज्वालामुखी द्रव्य $^{\dagger}$ (तालिका 10.2, पृष्ठ 299) में शामिल है।
एस-खंड तत्वों का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास क्षारीय धातुओं के लिए [नाइबल ग्यास] $n s^{1}$ है और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के लिए [नाइबल ग्यास] $n s^{2}$ है।[^1] यह मग्मा (पिघले हुए पत्थर) से होता है जो ठंडा होने और मजबूत होने पर ठोस बनता है।
लिथियम और बेरिलियम, क्रमशः समूह 1 और समूह 2 के पहले तत्व, अपने समूह के अन्य सदस्यों से कुछ गुणों में भिन्न दिखते हैं। इन असामान्य गुणों में, ये अगले समूह के दूसरे तत्व से समानार्थी दिखते हैं। इस प्रकार, लिथियम कई गुणों में मैग्नीशियम और बेरिलियम एल्यूमिनियम से समानार्थी दिखता है। इस प्रकार की विकर्म समानार्थिता आवयव तालिका में आम तौर पर विकर्म संबंध के नाम से जानी जाती है। विकर्म संबंध तत्वों के आयनिक आकार और / या आवेश/त्रिज्या अनुपात की समानता के कारण होता है। एकल आवेश वाले नायी और पोटाशियम आयन और द्विआवेश वाले मैग्नीशियम और कैल्शियम आयन जैविक तरल पदार्थों में बड़े प्रमाण में पाए जाते हैं। इन आयनों की आवश्यकता आयन संतुलन और तंत्रिका उत्तेजना प्रवाह जैसे महत्वपूर्ण जैविक कार्यों के लिए है।
10.1 समूह 1 तत्व: क्षारीय धातुएं
क्षारीय धातुएं अपने आवयव संख्या के बड़े होने पर अपने भौतिक और रासायनिक गुणों में नियमित प्रवृत्ति दिखाती हैं। क्षारीय धातुओं के आवयविक, भौतिक और रासायनिक गुणों का चर्चा नीचे की गई है।
10.1.1 इलेक्ट्रॉनिक विन्यास
सभी क्षारीय धातुओं के पास नाइबल ग्यास कोर के बाहर एक स्थानिक इलेक्ट्रॉन $n s^{1}$ (तालिका 10.1) है। इन तत्वों के बाहरी स्थानिक झिल्ली के एक अल्प संग्रहित एस-इलेक्ट्रॉन इन्हें सबसे अधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव धातुओं में से एक बनाता है। ये आसानी से इलेक्ट्रॉन छोड़कर एकल आवेश वाले $\mathrm{M}^{+}$ आयन बनाते हैं। इसलिए ये प्राकृतिक रूप से कभी भी स्वतंत्र रूप में पाए जाते हैं नहीं।
| तत्व | प्रतीक | इलेक्ट्रॉनिक विन्यास |
|---|---|---|
| लिथियम | $\mathrm{Li}$ | $1 s^{2} 2 s^{1}$ |
| नायी | $\mathrm{Na}$ | $1 \mathrm{~s}^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1}$ |
| पोटाशियम | $\mathrm{K}$ | $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1}$ |
| रुबिडियम | $\mathrm{Rb}$ | $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} 5 s^{1}$ |
| सीजियम | $\mathrm{Cs}$ | $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2}$ $4 p^{6} 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6} 6 s^{1}$ या $[\mathrm{Xe}] 6 s^{1}$ |
| फ्रांसियम | $\mathrm{Fr}$ | $[\mathrm{Rn}] 7 s^{1}$ |
10.1.2 आवयविक और आयनिक त्रिज्या
क्षारीय धातुओं के आवयविक परमाणु आवयव तालिका के एक विशेष चरण में सबसे बड़े आकार के होते हैं। आवयव संख्या के बड़े होने पर, परमाणु बड़ा हो जाता है। एकल आवेश वाले आयन $\left(\mathrm{M}^{+}\right)$ मूल परमाणु से छोटे होते हैं। क्षारीय धातुओं की आवयविक और आयनिक त्रिज्या समूह के नीचे जाने पर बढ़ती हैं, अर्थात् $\mathrm{Li}$ से Cs तक जाने पर ये आकार में बढ़ती हैं।
10.1.3 आयनीकरण ऊर्जा
क्षारीय धातुओं की आयनीकरण ऊर्जा काफी कम है और $\mathrm{Li}$ से Cs तक समूह के नीचे जाने पर घटती है। यह इसलिए है क्योंकि आकार के बड़े होने का प्रभाव न्यूक्लियर आवेश के बड़े होने को दूर कर देता है, और बाहरी इलेक्ट्रॉन न्यूक्लियर आवेश से बहुत अच्छे से स्क्रीन किया गया होता है।
10.1.4 हाइड्रेशन ऊर्जा
आयनिक आकार में बढ़ने के साथ क्षारीय धातु आयनों की हाइड्रेशन ऊर्जा घटती है।
$\mathrm{Li}^{+}>\mathrm{Na}^{+}>\mathrm{K}^{+}>\mathrm{Rb}^{+}>\mathrm{Cs}^{+}$
$\mathrm{Li}^{+}$ का अधिकतम हाइड्रेशन अवधि है और इसी कारण लिथियम सल्फेट के अधिकांश हाइड्रेट रूप में पाए जाते हैं, जैसे $\mathrm{LiCl} \cdot 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$
10.1.5 भौतिक गुण
सभी क्षारीय धातुएं चमकीली सफेद, नरम और हल्की धातुएं हैं। बड़े आकार के कारण, इन तत्वों की घनत्व कम है जो लिथियम से Cs तक समूह के नीचे जाने पर बढ़ता है। हालांकि, पोटाशियम नायी से हल्का है। क्षारीय धातुओं के पिघलने और उबालने की तापमान कम हैं जो इनमें केवल एक स्थानिक इलेक्ट्रॉन के कारण कम मैग्नेटिक बंधन के कारण दिखाती हैं। क्षारीय धातुएं और उनके सल्फेट एक प्रज्ज्वल प्रकाश को अपने आप में एक विशिष्ट रंग देते हैं। यह इसलिए है क्योंकि आग की गर्मी बाहरी ओर्बिटल इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा के उच्च स्तर पर उत्तेजित करती है। जब उत्तेजित इलेक्ट्रॉन आधारिक स्थिति वापस आता है, तो नीचे दिए गए अंतराल में विकिरण का उत्सर्जन होता है:
| धातु | Li | $\mathbf{N a}$ | $\mathbf{K}$ | $\mathbf{R b}$ | $\mathbf{C s}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| रंग | कैम्ब्रियन लाल | पीला | बैंगनी | लाल बैंगनी | नीला |
| $\lambda / \mathrm{nm}$ | 670.8 | 589.2 | 766.5 | 780.0 | 455.5 |
इस प्रकार, क्षारीय धातुएं अपने प्रज्ज्वल परीक्षण द्वारा अनुशंसित रूप से पता चल सकते हैं और प्रज्ज्वल मापन या परमाणु अवशोषण विश्लेषण द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। इन तत्वों को प्रकाश से चालित करने पर, अवशोषित प्रकाश ऊर्जा एक परमाणु को इलेक्ट्रॉन छोड़ने के लिए पर्याप्त हो सकती है।
तालिका 10.1 क्षारीय धातुओं के आवयविक और भौतिक गुण
| गुण | लिथियम Li | नायी $\mathbf{N a}$ | पोटाशियम $\mathbf{K}$ | रुबिडियम Rb | सीजियम Cs | फ्रांसियम Fr |
|---|---|---|---|---|---|---|
| आवयव संख्या | 3 | 11 | 19 | 37 | 55 | 87 |
| आवयविक द्रव्यमान $\left(\mathrm{g} \mathrm{mol}^{-1}\right)$ | 6.94 | 22.99 | 39.10 | 85.47 | 132.91 | $(223)$ |
| इलेक्ट्रॉनिक विन्यास | $[\mathrm{He}] 2 s^{1}$ | $[\mathrm{Ne}] 3 \mathrm{~s}^{1}$ | $[\mathrm{Ar}] 4 \mathrm{~s}^{1}$ | $[\mathrm{Kr}] 5 \mathrm{~s}^{1}$ | $[\mathrm{Xe}] 6 s^{1}$ | $[\mathrm{Rn}] 7 \mathrm{~s}^{1}$ |
| आयनीकरण ऊर्जा $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | 520 | 496 | 419 | 403 | 376 | $\sim 375$ |
| हाइड्रेशन ऊर्जा $/ \mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ | -506 | -406 | -330 | -310 | -276 | - |
| मैग्नेटिक त्रिज्या / pm | 152 | 186 | 227 | 248 | 265 | - |
| आयनिक त्रिज्या $\mathrm{M}^{+} / \mathrm{pm}$ | 76 | 102 | 138 | 152 | 167 | $(180)$ |
| पिघलने का तापमान / K | 454 | 371 | 336 | 312 | 302 | - |
| उबालने का तापमान / K | 1615 | 1156 | 1032 | 961 | 944 | - |
| घनत्व $/ \mathrm{g} \mathrm{cm}^{-3}$ | 0.53 | 0.97 | 0.86 | 1.53 | 1.90 | - |
| मानक पोटेन्शियल $\mathrm{E}^{\ominus} / \mathrm{V}$ $\left(\mathrm{M}^{+} / \mathrm{M}\right)$ | -3.04 | -2.714 | -2.925 | -2.930 | -2.927 | - |
| लिथोस्फियर में अवस्थिति $^{\dagger}$ | $18^{*}$ | $2.27^{* *}$ | $1.84^{* *}$ | $78-12^{*}$ | $2-6^{*}$ | $\sim 10^{-18 *}$ |
*ppm (प्रति दशलक्ष), ** भार के प्रतिशत; $\dagger$ लिथोस्फियर: पृथ्वी की बाहरी परत: इसकी क्षैतिज और ऊपरी मानसून का एक अंश
यह गुण सीजियम और पोटाशियम को प्रज्वल इलेक्ट्रोडों में उपयोगी बनाता है।
10.1.6 रासायनिक गुण
क्षारीय धातुएं बड़े आकार और कम आयनीकरण ऊर्जा के कारण अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हैं। इन धातुओं की प्रतिक्रियाशीलता समूह के नीचे जाने पर बढ़ती है।
(ए) हवा के प्रति प्रतिक्रियाशीलता: क्षारीय धातुएं सूखी हवा में धूल के रूप में धूल फैलाती हैं जिसके कारण उनके आक्साइड बनते हैं जो फिर नमी के साथ हाइड्रॉक्साइड बनाते हैं। ये ऑक्सीजन में जल्दी जलते हैं और आक्साइड बनाते हैं। लिथियम मोनोऑक्साइड बनाता है, नायी पेरोक्साइड बनाता है, अन्य धातुएं सुपरऑक्साइड बनाती हैं। सुपरऑक्साइड $\mathrm{O_2}^{-}$ आयन केवल बड़े धनात्मक आयनों जैसे $\mathrm{K}, \mathrm{Rb}$, $\mathrm{Cs}$ के उपस्थिति में स्थिर है।
$$ 4 \mathrm{Li}+\mathrm{O_2} \rightarrow 2 \mathrm{Li_2} \mathrm{O} \text { (oxide) } $$
$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{Na}+\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{Na_2} \mathrm{O_2} \text { (peroxide) } \\ & \mathrm{M}+\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{MO_2} \text { (superoxide) } \\ & (\mathrm{M}=\mathrm{K}, \mathrm{Rb}, \mathrm{Cs}) \end{aligned} $$
इन सभी आक्साइडों में क्षारीय धातु का ऑक्सीडेशन स्थिति +1 है। लिथियम ऑक्सीजन के साथ सीधे अभिक्रिया करने में विशेष व्यवहार दिखाता है और नाइट्रोजन के साथ नाइट्राइड, ⟦85�
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