परमाणु त्रिज्या

हीलियम परमाणु का आरेख, इलेक्ट्रान प्रायिकता घनत्व को धूसर रंग के रूप में दर्शाता है।

एक रासायनिक तत्व की परमाणु त्रिज्या उसके परमाणु के आकार का एक माप है, सामान्यतः परमाणु नाभिक के केंद्र से सबसे बाहरी पृथक इलेक्ट्रॉन तक औसत या विशिष्ट दूरी है। चूंकि सीमा एक अच्छी तरह से परिभाषित भौतिक इकाई नहीं है, इसलिए परमाणु त्रिज्या की विभिन्न गैर-समतुल्य परिभाषाएँ हैं। परमाणु त्रिज्या की व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली चार परिभाषाएँ हैं: वैन डेर वाल्स त्रिज्या, आयनिक त्रिज्या, धात्विक त्रिज्या और सहसंयोजक त्रिज्या। सामान्यतः, परमाणुओं को अलग-अलग करने में कठिनाई के कारण उनकी त्रिज्या को अलग से मापने के लिए, परमाणु त्रिज्या को रासायनिक रूप से बंधी हुई अवस्था में मापा जाता है; यद्यपि विलगन में परमाणुओं पर विचार करते समय सैद्धांतिक गणना सरल होती है। पर्यावरण, जांच और अवस्था पर निर्भरता परिभाषाओं की बहुलता की ओर ले जाती है।

परिभाषा के आधार पर, यह शब्द संघनित पदार्थ में परमाणुओं, अणुओं में सहसंयोजक बंधन, या आयनीकरण और उत्तेजित अवस्थाओं में लागू हो सकता है; और इसका मान प्रयोगात्मक मापन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, या सैद्धांतिक मॉडल से गणना की जा सकती है। त्रिज्या का मान परमाणु की स्थिति और संदर्भ पर निर्भर हो सकता है।

इलेक्ट्रॉनों की निश्चित कक्षाएँ नहीं होती हैं और न ही स्पष्ट रूप से परिभाषित सीमाएँ होती हैं। बल्कि, उनकी स्थिति को संभाव्यता वितरण के रूप में वर्णित किया जाना चाहिए जो धीरे-धीरे बंद हो जाता है क्योंकि इनमे से एक तेज कटऑफ के बिना नाभिक से दूर चला जाता है; इन्हें परमाणु कक्षीय या इलेक्ट्रॉन अभ्र कहा जाता है। इसके अतिरिक्त, संघनित पदार्थ और अणुओं में, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन बादल सामान्यतः कुछ सीमा तक अतिव्याप्ति होते हैं, और कुछ इलेक्ट्रॉन एक बड़े क्षेत्र में घूम सकते हैं जिसमें दो या दो से अधिक परमाणु सम्मिलित होते हैं।

अधिकांश परिभाषाओं केअंतर्गत पृथक उदासीन परमाणुओं की त्रिज्या 30 और 300 पीकोमीटर (एक मीटर का खरबवां ) , या 0.3 और 3 एंग्स्ट्रॉम्स के बीच होती है। इसलिए, एक परमाणु की त्रिज्या परमाणु त्रिज्या (1-10 फेम्टोमेटेर) से 10,000 गुना अधिक है, और दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के 1/1000 से कम (400-700 नैनोमीटर) है।

इथेनॉल के एक अणु का अनुमानित आकार, CH₃CH₂OH। प्रत्येक परमाणु को तत्व के वैन डेर वाल्स त्रिज्या के साथ एक गोले द्वारा तैयार किया जाता है।

कई उद्देश्यों के लिए, परमाणुओं को गोले के रूप में प्रतिरूपित किया जा सकता है। यह केवल एक अपरिष्कृत सन्निकटन है, लेकिन यह कई घटनाओं के लिए मात्रात्मक स्पष्टीकरण और भविष्यवाणियां प्रदान कर सकता है, जैसे कि तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों का घनत्व, आणविक छलनी के माध्यम से तरल पदार्थ का प्रसार, क्रिस्टल में परमाणुओं और आयनों की व्यवस्था, और आकार और अणुओं की आकृति है।

इतिहास

1920 में, एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करके परमाणुओं के आकार को निर्धारित करना संभव होने के कुछ ही समय बाद, यह सुझाव दिया गया कि एक ही तत्व के सभी परमाणुओं की त्रिज्या समान होती है। यद्यपि, 1923 में, जब अधिक क्रिस्टल डेटा उपलब्ध हो गया था, तो यह पाया गया कि विभिन्न क्रिस्टल संरचनाओं में एक ही परमाणु की तुलना करते समय एक गोले के रूप में परमाणु का सन्निकटन जरूरी नहीं है।

परिभाषाएँ

परमाणु त्रिज्या की व्यापक रूप से प्रयुक्त परिभाषाओं में सम्मिलित हैं:

• वैन डेर वाल्स त्रिज्या: सबसे सरल परिभाषा में, तत्व के दो परमाणुओं के नाभिक के बीच की न्यूनतम दूरी जो अन्यथा सहसंयोजक या धात्विक अंतःक्रियाओं से बंधी नहीं है। वैन डेर वाल्स त्रिज्या को तत्वों (जैसे धातु) के लिए भी परिभाषित किया जा सकता है जिसमें वैन डेर वाल्स बल अन्य अंतःक्रियाओं से प्रभावित होते हैं। क्योंकि वैन डेर वाल्स अंतःक्रिया परमाणु ध्रुवीकरण के क्वांटम उतार-चढ़ाव के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, ध्रुवीकरण (जिसे सामान्यतः मापा जा सकता है या अधिक आसानी से गणना की जा सकती है) का उपयोग अप्रत्यक्ष रूप से वैन डेर वाल्स त्रिज्या को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है।
• आयनिक त्रिज्या: एक विशिष्ट आयनीकरण अवस्था में एक तत्व के आयनों का संज्ञात्मक त्रिज्या, क्रिस्टलीय लवणों में परमाणु नाभिक के अंतर से घटाया जाता है जिसमें आयन सम्मिलित होता है। सिद्धांत रूप में, दो आसन्न विपरीत आवेशित आयनों (उनके बीच आयनिक बंधन की बंधन लंबाई) के बीच की दूरी उनके आयनिक त्रिज्या के योग के बराबर होनी चाहिए।*
• सहसंयोजक त्रिज्या: किसी तत्व के परमाणुओं की संज्ञात्मक त्रिज्या जब अन्य परमाणुओं के लिए सहसंयोजक बंधन, जैसा कि अणुओं में परमाणु नाभिक के बीच विलगन से घटाया जाता है। सिद्धांत रूप में, दो परमाणुओं के बीच की दूरी जो एक अणु में एक दूसरे से बंधे होते हैं (उस सहसंयोजक बंधन की लंबाई) उनके सहसंयोजक त्रिज्या के योग के बराबर होनी चाहिए।
• धात्विक त्रिज्या: धात्विक बंधों द्वारा अन्य परमाणुओं से जुड़ने पर किसी तत्व के परमाणुओं की संज्ञात्मक त्रिज्या।
• बोह्र त्रिज्या: परमाणु के बोहर मॉडल (1913) द्वारा अनुमानित निम्नतम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन कक्षा की त्रिज्या है। यह केवल एक इलेक्ट्रॉन वाले परमाणुओं और आयनों पर लागू होता है, जैसे हाइड्रोजन, एकल आयनित हीलियम और पॉजिट्रोनियम। यद्यपि मॉडल अब अप्रचलित है, हाइड्रोजन परमाणु के लिए बोह्र त्रिज्या अभी भी एक महत्वपूर्ण भौतिक स्थिरांक माना जाता है।

अनुभवजन्य रूप से मापी गई परमाणु त्रिज्या

निम्नलिखित तालिका तत्वों के लिए अनुभवजन्य रूप से मापी गई सहसंयोजक त्रिज्या दिखाती है, जैसा कि 1964 में जे.सी. स्लेटर द्वारा प्रकाशित किया गया था। मान पीकोमीटर में हैं (pm या 1×10^-12 m), लगभग 5 pm की सटीकता के साथ। त्रिज्या बढ़ने पर डिब्बे की छाया लाल से पीले रंग की होती है;धूसर रंग डेटा की कमी को दर्शाता है।

Group (column)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Period (row)

1

H 25

He

2

Li 145

Be 105

B 85

C 70

N 65

O 60

F 50

Ne

3

Na 180

Mg 150

Al 125

Si 110

P 100

S 100

Cl 100

Ar

4

K 220

Ca 180

Sc 160

Ti 140

V 135

Cr 140

Mn 140

Fe 140

Co 135

Ni 135

Cu 135

Zn 135

Ga 130

Ge 125

As 115

Se 115

Br 115

Kr

5

Rb 235

Sr 200

Y 180

Zr 155

Nb 145

Mo 145

Tc 135

Ru 130

Rh 135

Pd 140

Ag 160

Cd 155

In 155

Sn 145

Sb 145

Te 140

I 140

Xe

6

Cs 260

Ba 215

*

Lu 175

Hf 155

Ta 145

W 135

Re 135

Os 130

Ir 135

Pt 135

Au 135

Hg 150

Tl 190

Pb 180

Bi 160

Po 190

At

Rn

7

Fr

Ra 215

**

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

La 195

Ce 185

Pr 185

Nd 185

Pm 185

Sm 185

Eu 185

Gd 180

Tb 175

Dy 175

Ho 175

Er 175

Tm 175

Yb 175

**

Ac 195

Th 180

Pa 180

U 175

Np 175

Pu 175

Am 175

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

सामान्य प्रवृत्तियों की व्याख्या

परमाणु संख्या 1–100 वाले तत्वों की परमाणु त्रिज्या की तुलना करने वाला एक ग्राफ। ±5 pm की सटीकता।

जिस तरह से परमाणु त्रिज्या बढ़ती परमाणु संख्या के साथ बदलती है, उसे निश्चित क्षमता के गोले में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था से समझाया जा सकता है। गोले सामान्यतः बढ़ते त्रिज्या के क्रम में भरे जाते हैं, क्योंकि ऋणात्मक विद्युत आवेश वाले इलेक्ट्रॉन नाभिक में सकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन द्वारा आकर्षित होते हैं। जैसे ही आवर्त सारणी की प्रत्येक पंक्ति में परमाणु क्रमांक बढ़ता है, अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन उसी बाहरीतम कक्ष में चले जाते हैं; बढ़ते हुए परमाणु आवेश के कारण जिसकी त्रिज्या धीरे-धीरे सिकुड़ती है। उत्कृष्ट गैस में, सबसे बाहरी आवरण पूरी तरह से भरा होता है; इसलिए, अगली क्षार धातु का अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन परमाणु त्रिज्या में अचानक वृद्धि के लेखांकन के लिए,अगले बाहरी आवरण में जाएगा।

बढ़ता हुआ परमाणु आवेश आंशिक रूप से इलेक्ट्रॉनों की बढ़ती संख्या से प्रतिसंतुलित होता है, एक ऐसी घटना जिसे परिरक्षण प्रभाव के रूप में जाना जाता है; जो बताता है कि परमाणुओं का आकार सामान्यतः प्रत्येक स्तंभ के नीचे क्यों बढ़ता है। सामान्यतः, एक उल्लेखनीय अपवाद है, जिसे लैंथेनाइड संकुचन के रूप में जाना जाता है: 4f इलेक्ट्रॉनों के कमजोर परिरक्षण के कारण तत्वों का 5d ब्लॉक अपेक्षा से बहुत छोटा है।

अनिवार्य रूप से, प्रोटॉन की बढ़ती संख्या के कारण अवधि के दौरान परमाणु त्रिज्या घट जाती है। इसलिए, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के बीच अधिक आकर्षण होता है क्योंकि विपरीत आवेश आकर्षित होते हैं, और अधिक प्रोटॉन एक मजबूत आवेश पैदा करते हैं। अधिक आकर्षण इलेक्ट्रॉनों को प्रोटॉन के करीब खींचता है, जो कण के आकार को कम करता है। इसलिए, परमाणु त्रिज्या घट जाती है। समूहों के नीचे, परमाणु त्रिज्या बढ़ जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वहाँ अधिक ऊर्जा स्तर हैं और इसलिए प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के बीच अधिक दूरी है। इसके अतिरिक्त, परिरक्षण प्रभाव के कारण आकर्षण कम हो जाता है, इसलिए शेष इलेक्ट्रॉन सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिक से दूर जा सकते हैं। इसलिए, आकार, या परमाणु त्रिज्या बढ़ जाती है।

निम्न तालिका उन मुख्य परिघटनाओं को सारांशित करती है जो किसी तत्व के परमाणु त्रिज्या को प्रभावित करती हैं:

कारण	सिद्धांत	के साथ वृद्धि..	प्रवृत्त	त्रिज्या पर प्रभाव
इलेक्ट्रॉन कोश	क्वांटम यांत्रिकी	मुख्य और अज़ीमुथल क्वांटम संख्या	प्रत्येक कॉलम को नीचे बढ़ाएं	परमाणु त्रिज्या बढ़ाता है
नाभिकीय आवेश	नाभिक में प्रोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करने वाला आकर्षक बल	परमाणु संख्या	प्रत्येक अवधि के साथ वृद्धि (बाएं से दाएं)	परमाणु त्रिज्या घटाता है
परिरक्षण	प्रतिकर्षण बल आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा बाहरीतम कोश इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करता है	भीतरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या	दूसरे कारक के प्रभाव को कम करें	परमाणु त्रिज्या बढ़ाता है

लैंथेनाइड संकुचन

Main article: लैंथेनाइड संकुचन

4f-इलेक्ट्रॉन आवरण में इलेक्ट्रॉन, जो क्रमिक रूप से लेण्टेनियुम (परमाणु संख्या = 57) से इटर्बियम (Z = 70) तक भरे जाते हैं, विशेष रूप से उप-कोशों से बढ़ते परमाणु प्रभार को बाहर निकालने में प्रभावी नहीं होते हैं। लैंथेनाइड के तुरंत बाद के तत्वों में परमाणु त्रिज्या होती हैं जो अपेक्षा से छोटे होते हैं और जो उनके ठीक ऊपर के तत्वों की परमाणु त्रिज्या के लगभग समान होते हैं। इसलिए ल्यूटेशियम वास्तव में इटर्बियम से थोड़ा छोटा है, हेफ़नियम में लगभग एक ही परमाणु त्रिज्या (और रसायन विज्ञान) जर्कोनियम के रूप में है, और टैंटलम में नाइओबियम के समान एक परमाणु त्रिज्या है, और आगे भी। लैन्थेनाइड संकुचन का प्रभाव प्लैटिनम (Z = 78) तक ध्यान देने योग्य है, जिसके बाद यह एक आपेक्षिकीय प्रभाव से ढका हुआ है जिसे निष्क्रिय-जोड़ी प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

लैंथेनाइड संकुचन के कारण निम्नलिखित 5 प्रेक्षण निकाले जा सकते हैं:

1. Ln³⁺का आकार आयन नियमित रूप से परमाणु क्रमांक के साथ घटता जाता हैं। फजन्स के नियमों के अनुसार Ln³⁺ के आकार में कमी आयन के सहसंयोजक लक्षण को बढ़ाते हैं और Ln(OH)₃ में आयन Ln³⁺ के बीच मूल चरित्र को घटाते हैं, इस सीमा तक कि Yb(OH)₃ और Lu(OH)₃ गर्म सांद्रित NaOH में कठिनाई से घुल सकता है। इसलिए Ln³⁺ के आकार का क्रम दिया गया है:
   La³⁺ > Ce³⁺ > ..., ... > Lu³⁺
2. इनकी आयनिक त्रिज्या में नियमित कमी होती है।
3. परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ, अपचायक के रूप में कार्य करने की उनकी प्रवृत्ति में नियमित कमी आई है।
4. डी-ब्लॉक संक्रमण तत्वों की दूसरी और तीसरी पंक्तियाँ गुणों में काफी करीब हैं।
5. नतीजतन, ये तत्व प्राकृतिक खनिजों में एक साथ होते हैं और इन्हें अलग करना मुश्किल होता है।.

डी-ब्लॉक संकुचन

Main article: डी-ब्लॉक संकुचन

डी-ब्लॉक संकुचन लैंथेनाइड संकुचन की तुलना में कम स्पष्ट है लेकिन एक समान कारण से उत्पन्न होता है। इस कारक में, यह 3डी-इलेक्ट्रॉनों की खराब परिरक्षण क्षमता है जो संक्रमण धातुओं की पहली पंक्ति, गैलियम (Z = 31) से ब्रोमिन (Z = 35) के तुरंत बाद तत्वों की परमाणु त्रिज्या और रसायन शास्त्र को प्रभावित करती है।

परिकलित परमाणु त्रिज्या

1967 में एनरिको क्लेमेंटी और अन्य द्वारा प्रकाशित सैद्धांतिक मॉडल से गणना की गई परमाणु त्रिज्या निम्न तालिका दिखाती है। मान पीकोमीटर (pm) में हैं।

Group (column)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Period (row)

1

H 53

He 31

2

Li 167

Be 112

B 87

C 67

N 56

O 48

F 42

Ne 38

3

Na 190

Mg 145

Al 118

Si 111

P 98

S 88

Cl 79

Ar 71

4

K 243

Ca 194

Sc 184

Ti 176

V 171

Cr 166

Mn 161

Fe 156

Co 152

Ni 149

Cu 145

Zn 142

Ga 136

Ge 125

As 114

Se 103

Br 94

Kr 88

5

Rb 265

Sr 219

Y 212

Zr 206

Nb 198

Mo 190

Tc 183

Ru 178

Rh 173

Pd 169

Ag 165

Cd 161

In 156

Sn 145

Sb 133

Te 123

I 115

Xe 108

6

Cs 298

Ba 253

*

Lu 217

Hf 208

Ta 200

W 193

Re 188

Os 185

Ir 180

Pt 177

Au 174

Hg 171

Tl 156

Pb 154

Bi 143

Po 135

At 127

Rn 120

7

Fr

Ra

**

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

La 226

Ce 210

Pr 247

Nd 206

Pm 205

Sm 238

Eu 231

Gd 233

Tb 225

Dy 228

Ho 226

Er 226

Tm 222

Yb 222

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

यह भी देखें

• तत्वों की परमाणु त्रिज्या (डेटा पृष्ठ)
• रासायनिक बंध
• सहसंयोजक त्रिज्या
• बॉन्ड लंबाई
• स्टेरिक अवरोध
• काइनेटिक व्यास

टिप्पणियाँ

• अनुभवजन्य और परिकलित डेटा के बीच अंतर: अनुभवजन्य डेटा का अर्थ है "अवलोकन या अनुभव पर आधारित या उत्पन्न होना" या ", प्रायः सिस्टम और सिद्धांत डेटा के संबंध में बिना अनुभव या अवलोकन पर निर्भर रहना"। Iदूसरे शब्दों में, डेटा को भौतिक अवलोकन के माध्यम से मापा जाता है, और समान परिणाम उत्पन्न करने वाले अन्य प्रयोगों द्वारा पुनरीक्षित किया जाता है। दूसरी ओर परिकलित डेटा, सैद्धांतिक मॉडल से प्राप्त होते हैं।ऐसी भविष्यवाणियां विशेष रूप से उन तत्वों के लिए उपयोगी होती हैं जिनकी त्रिज्या को प्रयोगात्मक रूप से नहीं मापा जा सकता है (उदाहरण के लिए जिनकी खोज नहीं की गई है, या जिनकी आधी आयु बहुत कम है)।