कार्बन समूह: Difference between revisions

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[[अनाकार सिलिकॉन]] को प्रथम बार 1824 में स्वीडिश रसायनज्ञ जोंस जैकब बर्जेलियस द्वारा शुद्ध रूप से प्राप्त किया गया था I 1811 में अशुद्ध सिलिकॉन पूर्व में ही प्राप्त किया जा चुका था। 1854 तक [[क्रिस्टलीय सिलिकॉन]] प्रस्तुत नहीं किया गया था, जब इसे इलेक्ट्रोलिसिस के उत्पाद के रूप में प्राप्त किया गया था।
[[अनाकार सिलिकॉन]] को प्रथम बार 1824 में स्वीडिश रसायनज्ञ जोंस जैकब बर्जेलियस द्वारा शुद्ध रूप से प्राप्त किया गया था I 1811 में अशुद्ध सिलिकॉन पूर्व में ही प्राप्त किया जा चुका था। 1854 तक [[क्रिस्टलीय सिलिकॉन]] प्रस्तुत नहीं किया गया था, जब इसे इलेक्ट्रोलिसिस के उत्पाद के रूप में प्राप्त किया गया था।


जर्मेनियम तीन तत्वों में से है जिसके अस्तित्व की भविष्यवाणी 1869 में रूसी रसायनज्ञ [[दिमित्री मेंडेलीव]] ने की थी जब उन्होंने प्रथम बार अपनी आवर्त सारणी प्रस्तुत की थी। चूँकि, वास्तव में कुछ समय के लिए तत्व का शोध नहीं किया गया था। सितंबर 1885 में,  खनिक ने चांदी की खान में खनिज के प्रतिरूप की शोध की एवं इसे खदान प्रबंधक को दे दिया, जिसने निर्धारित किया कि यह नया खनिज था एवंक्लेमेंस A विंकलर को खनिज भेजा। विंकलर ने अनुभव किया कि प्रतिरूप 75% चांदी, 18% सल्फर एवं 7% अनदेखा तत्व था। कई महीनों के पश्चात्, विंकलर ने तत्व को भिन्न कर दिया एवं निर्धारित किया कि यह तत्व 32 था।<ref name = "Nature's Building Blocks"/>
जर्मेनियम तीन तत्वों में से है जिसके अस्तित्व की भविष्यवाणी 1869 में रूसी रसायनज्ञ [[दिमित्री मेंडेलीव]] ने की थी जब उन्होंने प्रथम बार अपनी आवर्त सारणी प्रस्तुत की थी। चूँकि, वास्तव में कुछ समय के लिए तत्व का शोध नहीं किया गया था। सितंबर 1885 में,  खनिक ने चांदी की खान में खनिज के प्रतिरूप की शोध की एवं इसे खदान प्रबंधक को दे दिया, जिसने निर्धारित किया कि यह नया खनिज था एवं क्लेमेंस A ने विंकलर को खनिज भेजा। विंकलर ने अनुभव किया कि प्रतिरूप 75% चांदी, 18% सल्फर एवं 7% अनदेखा तत्व था। कई महीनों के पश्चात्, विंकलर ने तत्व को भिन्न कर दिया एवं निर्धारित किया कि यह तत्व 32 था।<ref name = "Nature's Building Blocks"/>


फ्लेरोवियम (तत्कालीन तत्व 114 के रूप में संदर्भित) की शोध का पहला प्रयास 1969 में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान में किया गया था, किन्तु यह असफल रहा। 1977 में, [[परमाणु अनुसंधान के लिए संयुक्त संस्थान]] के शोधकर्ताओं ने [[कैल्शियम-48]] -48 के साथ [[प्लूटोनियम -244]] परमाणुओं पर बमबारी की, किन्तु फिर से असफल रहे। यह परमाणु प्रतिक्रिया 1998 में दोहराई गई, इस बार सफलतापूर्वक।<ref name = "Nature's Building Blocks"/>
फ्लेरोवियम (तत्कालीन तत्व 114 के रूप में संदर्भित) की शोध का प्रथम प्रयास 1969 में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान में किया गया था, किन्तु यह असफल रहा। 1977 में, [[परमाणु अनुसंधान के लिए संयुक्त संस्थान]] के शोधकर्ताओं ने [[कैल्शियम-48]] के साथ [[प्लूटोनियम -244]] परमाणुओं पर बमबारी की, किन्तु असफल रहे। यह परमाणु प्रतिक्रिया 1998 में आवृत्ति की गई, इस बार सफलतापूर्वक सफल हुए थे।<ref name = "Nature's Building Blocks"/>




Revision as of 13:23, 18 March 2023

Carbon group (group 14)
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
boron group ←    → pnictogens
IUPAC group number 14
Name by element carbon group
Trivial name tetrels
CAS group number
(US, pattern A-B-A)
 IVA
old IUPAC number
(Europe, pattern A-B)
 IVB
↓ Period
2 Carbon (C)
6 Other nonmetal
3 Silicon (Si)
14 Metalloid
4 Germanium (Ge)
32 Metalloid
5 Tin (Sn)
50 Other metal
6 Lead (Pb)
82 Other metal
7 Flerovium (Fl)
114 Other metal

Legend

primordial element
synthetic element
Atomic number color:
black=solid

कार्बन समूह (आवर्त सारणी) है जिसमें कार्बन (C), सिलिकॉन (Si), जर्मेनियम (Ge), विश्वास करना (Sn), लेड (Pb) एवं फ्लोरोवियम (Fl) सम्मिलित हैं। यह पी-ब्लॉक के अंतर्गत आता है।

आधुनिक शुद्ध एवं व्यावहारिक रसायन के अंतर्राष्ट्रीय संघ नोटेशन में, इसे समूह 14 कहा जाता है। सेमीकंडक्टर अर्धचालकों के भौतिकी के क्षेत्र में, इसे अभी भी सार्वभौमिक रूप से समूह IV कहा जाता है। समूह को टेट्रेल्स के रूप में भी जाना जाता था (ग्रीक शब्द टेट्रा से, जिसका अर्थ चार होता है), समूह के नामों में रोमन अंक IV से उत्पन्न होता है, या (संयोग से नहीं) इस तथ्य से कि इन तत्वों में चार वैलेंस रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन, (नीचे देखें) उन्हें क्रिस्टलोजेन या एडामेंटोजेन्स के रूप में भी जाना जाता है।[1] [2]


विशेषताएं

रासायनिक

अन्य समूहों के जैसे, इस परिवार के सदस्य इलेक्ट्रॉन विन्यास में पैटर्न दिखाते हैं, विशेष रूप से बाहरी गोले में, जिसके परिणाम स्वरूप रासायनिक व्यवहार में आकर्षण होता है:

Z तत्व इलेक्ट्रॉनों की संख्या
6 कार्बन 2, 4
14 सिलिकॉन 2, 8, 4
32 जर्मेनियम 2, 8, 18, 4
50 टिन 2, 8, 18, 18, 4
82 नेतृत्व करना 2, 8, 18, 32, 18, 4
114 फ्लेरोवियम 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (अनुमानित)

इस समूह के प्रत्येक रासायनिक तत्व के बाहरी [[इलेक्ट्रॉन कवच]] में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं। पृथक, तटस्थ समूह 14 परमाणु के मूल अवस्था में s2 p2 विन्यास है। इन तत्वों, विशेष रूप से कार्बन एवं सिलिकॉन, में सहसंयोजक बंधन के लिए शक्तिशाली प्रवृत्ति होती है, जो सामान्यतः बाहरी इलेक्ट्रॉन ऑक्टेट नियम लाती है। इन तत्वों में बंध अधिकांशतः कक्षीय संकरण की ओर ले जाते हैं जहां ऑर्बिटल्स की विशिष्ट एस एवं पी वर्ण मिटा दिए जाते हैं। एकल बंधों के लिए, विशिष्ट व्यवस्था में sp3 इलेक्ट्रॉनों के चार जोड़े होते हैं, चूँकि अन्य स्थितियो में भी उपस्थित हैं, जैसे कि तीन sp2 ग्राफीन एवं ग्रेफाइट में जोड़े होते है। दोहरे बंधन कार्बन ( एल्केन , CO2...) की विशेषता हैं सामान्य रूप से π-प्रणाली के लिए समान होते हैं। परमाणु के आकार में वृद्धि के साथ इलेक्ट्रॉनों के लुप्त होने की प्रवृत्ति बढ़ जाती है, जैसा कि परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ होता है। कार्बन एकल करबैड के रूप में नकारात्मक आयन बनाता है (C4−) आयन सिलिकॉन एवं जर्मेनियम, दोनों उपधातु, प्रत्येक +4 आयन बना सकते हैं। टिन एवं लेड दोनों धातु हैं, जबकि फ्लोरोवियम सिंथेटिक, रेडियोधर्मी (इसका अर्द्ध जीवन अत्यधिक अल्प है, केवल 1.9 सेकंड) तत्व है जिसमें कुछ महान गैस जैसे गुण हो सकते हैं, चूँकि यह अभी भी संक्रमण के पश्चात् की धातु है। टिन एवं लेड दोनों +2 आयन बनाने में सक्षम हैं। यद्यपि टिन रासायनिक रूप से धातु है, इसका α आवंटन धातु की तुलना में जर्मेनियम के जैसेह अधिक दिखता है एवं यह हीन विद्युत चालक है।

कार्बन सभी हैलोजन के साथ टेट्राहैलाइड बनाता है। कार्बन मोनोआक्साइड, कार्बन सबऑक्साइड एवंकार्बन डाईऑक्साइड जैसे कार्बन ऑक्साइड भी बनाता है। कार्बन डाइसल्फ़ाइड्स एवं डिसेलेनाइड्स बनाता है।[3] सिलिकॉन कई हाइड्राइड बनाता है; उनमें से दो SiH4एवं Si2H6 हैं। सिलिकॉन फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन एवं आयोडीन के साथ टेट्राहैलाइड बनाता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड एवं सिलिकॉन डाइसल्फ़ाइड भी बनाता है।[4] सिलिकॉन नाइट्राइड का सूत्र Si 3N4.हैI[5]

जर्मेनियम पाँच हाइड्राइड बनाता है। प्रथम दो जर्मेनियम हाइड्राइड जर्मेन|GeH4 एवं Ge2H6 हैं। जर्मेनियम, एस्टैटिन को त्यागकर सभी हैलोजन के साथ टेट्राहैलाइड बनाता है एवं ब्रोमीन एवं एस्टैटिन को त्यागकर सभी हैलोजन के साथ डाइहैलाइड बनाता है। जर्मेनियम पोलोनियम को त्यागकर सभी प्राकृतिक एकल चाकोजेन से बंधता है, एवं डाइऑक्साइड, डाइसल्फ़ाइड एवं डिसेलेनाइड बनाता है। जर्मेनियम नाइट्राइड का सूत्र Ge3N4. होता हैI[6] टिन दो हाइड्राइड SnH4एवं Sn2H6 बनाता हैI टिन एस्टैटिन को त्यागकर सभी हैलोजन के साथ डाइहैलाइड्स एवं टेट्राहैलाइड्स बनाता है। टिन पोलोनियम को त्यागकर प्रत्येक प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले चाकोजेन में से साथ में चाकोजेनाइड्स बनाता है, एवं पोलोनियम एवं टेल्यूरियम को त्यागकर प्रत्येक प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले चाकोजेन में से दो के साथ चाकोजेनाइड्स बनाता है।[7] सीसा हाइड्राइड बनाता है, जिसका सूत्र PbH4 हैI सीसा फ्लोरीन एवं क्लोरीन के साथ डाइहैलाइड्स एवं टेट्राहैलाइड्स बनाता है, एवं डाइब्रोमाइड एवं डायोडाइड बनाता है, चूँकि टेट्राब्रोमाइड एवं लेड के टेट्राआयोडाइड अस्थिर होते हैं। सीसा चार ऑक्साइड, सल्फाइड, सेलेनाइड एवं टेल्यूराइड बनाता है।[8] फ्लोरोवियम के कोई ज्ञात यौगिक नहीं हैं।[9]


भौतिक

कार्बन समूह के क्वथनांक भारयुक्त तत्वों के साथ अल्प हो जाते हैं। कार्बन, सबसे हल्का कार्बन समूह तत्व, उच्च बनाने की क्रिया (चरण संक्रमण) 3825 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन का क्वथनांक 3265 °C, जर्मेनियम का 2833 °C, टिन का 2602 °C एवं लेड का 1749 °C है। फ्लेरोवियम -60 डिग्री सेल्सियस में उबलने की संभावना है।[10][11] कार्बन समूह के तत्वों के गलनांक की प्रवृत्ति साधारणतः उनके क्वथनांकों के समान ही होती है। सिलिकॉन 1414 डिग्री सेल्सियस पर पिघलता है, जर्मेनियम 939 डिग्री सेल्सियस पर पिघलता है, टिन 232 डिग्री सेल्सियस पर पिघलता है, एवं सीसा 328 डिग्री सेल्सियस पर पिघलता है।[12] कार्बन की क्रिस्टल संरचना हेक्सागोनल क्रिस्टल प्रणाली है; उच्च दबाव एवं तापमान पर यह हीरा बनाता है (नीचे देखें)। सिलिकॉन एवं जर्मेनियम में हीरा घन क्रिस्टल संरचनाएं होती हैं, जैसा कि अल्प तापमान (13.2 डिग्री सेल्सियस से नीचे) पर टिन में होता है। कक्ष के तापमान पर टिन मेंचतुर्भुज क्रिस्टल प्रणाली क्रिस्टल संरचना होती है। लीड में मुख-केंद्रित क्यूबिक क्रिस्टल संरचना होती है।[12]

परमाणु संख्या बढ़ने के साथ कार्बन समूह के तत्वों का घनत्व बढ़ता जाता है। कार्बन का घनत्व 2.26 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर, सिलिकॉन का घनत्व 2.33 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर, जर्मेनियम का घनत्व 5.32 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर है। टिन का घनत्व 7.26 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर एवं सीसा का घनत्व 11.3 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर होता है।[12]

कार्बन समूह के तत्वों की परमाणु त्रिज्या बढ़ती परमाणु संख्या के साथ बढ़ती है। कार्बन का परमाणु त्रिज्या 77 पीकोमीटर है, सिलिकॉन का 118 पिकोमीटर है, जर्मेनियम का 123 पिकोमीटर है, टिन का 141 पिकोमीटर है, एवंलेड का 175 पिकोमीटर है।[12]


एलोट्रोप्स

Main article: कार्बन के आवंटन

कार्बन के कई एलोट्रोपे हैं। सबसे सरल ग्रेफाइट है, जो स्टैक्ड शीट्स के रूप में कार्बन है। कार्बन का दूसरा रूप हीरा है, किन्तु यह अपेक्षाकृत दुर्लभ है। अक्रिस्टलीय कार्बन, कार्बन का तीसरा आवंटन है; यह कालिख का घटक है। कार्बन का अन्य अपरूप फुलरीन है, जो वृत्त में मुड़े हुए कार्बन परमाणुओं की चादरों के रूप में होता है। 2003 में शोध किये गए कार्बन के पांचवें आवंटन को ग्राफीन कहा जाता है, एवं यह मधुकोश के आकार के गठन में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की परत के रूप में होता है।[5][13][14] सिलिकॉन के दो ज्ञात अलॉट्रोप हैं जो कक्ष के तापमान पर उपस्थित हैं। इन आवंटनों को अनाकार एवं क्रिस्टलीय आवंटन के रूप में जाना जाता है। अनाकार अलॉट्रोप भूरे रंग का पाउडर है। क्रिस्टलीय आवंटन ग्रे है एवं इसमें धातु की चमक (खनिज विज्ञान) है।[15] टिन के दो अलॉट्रोप होते हैं: α-टिन, जिसे ग्रे टिन एवं β-टिन के नाम से भी जाना जाता है। टिन सामान्यतः β-टिन के रूप में पाया जाता है, जो चांदी की धातु है। चूँकि, मानक दबाव में, β-टिन 13.2 डिग्री सेल्सियस/56 डिग्री फ़ारेनहाइट से अल्प तापमान पर α-टिन, ग्रे पाउडर में परिवर्तित हो जाता है। यह टिन वस्तुओं को ठंडे तापमान में टिन कीट या टिन रोट के रूप में जाने वाली प्रक्रिया में ग्रे पाउडर में गिरने का कारण बन सकता है।[5][16]


परमाणु

कार्बन समूह के अल्प से अल्प दो तत्वों (टिन एवं लेड) में सम्मोहन होता है, जिसका अर्थ है कि ये तत्व उन तत्वों की तुलना में अधिक सामान्य एवं अधिक स्थिर होते हैं जिनमें चमत्कार न्यूक्लियस नहीं होता है।[16]


आइसोटोप

[[कार्बन-12 के समस्थानिक]] ज्ञात समस्थानिक हैं। इनमें से तीन स्वाभाविक रूप से होते हैं। सबसे सरल स्थिर आइसोटोप कार्बन -12 है, इसके पश्चात् स्थिर कार्बन -13 है।[12] कार्बन-14 -14 5,730 वर्षों के अर्ध जीवन के साथ प्राकृतिक रेडियोधर्मी समस्थानिक है।

सिलिकॉन के 23 समस्थानिक शोध े गए हैं। इनमें से पांच स्वाभाविक रूप से होते हैं। सबसे सरल स्थिर सिलिकॉन -28 है, इसके पश्चात् स्थिर सिलिकॉन -29 एवं स्थिर सिलिकॉन -30 है। सिलिकॉन -32 रेडियोधर्मी आइसोटोप है जो प्राकृतिक रूप से एक्टिनाइड्स के रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप एवं ऊपरी वायुमंडल में विशेषज्ञ के मा