p-தொகுதி தனிமங்கள் – I: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

p-தொகுதி தனிமங்கள் – I பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

p-தொகுதி 13 ஆம் தொகுதி முதல் 18 ஆம் தொகுதி வரை நீள்கிறது. உலோகங்கள், அலோகங்கள், உலோகப்போலிகள் மூன்றும் ஒன்றாக இருக்கும் ஒரே தொகுதி இதுதான். இந்தப் பாடத்தில் அவற்றில் முதல் இரண்டு தொகுதிகளான போரான் குடும்பத்தையும் கார்பன் குடும்பத்தையும் படிக்கிறீர்கள். இவற்றின் வேதியியல் எத்தனை p எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, வெளிக்கூட்டு s எலக்ட்ரான்கள் எவ்வளவு இறுக்கமாகப் பிடிக்கப்பட்டுள்ளன என்பதைப் பொறுத்தது.

இரண்டு கருத்துகள் திரும்பத் திரும்ப வருகின்றன. முதலாவது மந்த இணை விளைவு (Inert pair effect). தொகுதியில் கீழே செல்லச் செல்ல ns² எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பில் பங்கேற்பது குறைகிறது. அதனால் தாலியம் +3 ஐ விட +1 ஐயும், காரீயம் +4 ஐ விட +2 ஐயும் விரும்புகின்றன. இரண்டாவது, போரானும் கார்பனும் காட்டும் மாறுபட்ட பண்பு. இரண்டும் சிறிய அணுக்கள்; இணைதிறன் கூட்டில் d ஆர்பிட்டால்கள் இல்லை. எனவே அவற்றின் அதிகபட்ச சகப்பிணைப்புத் திறன் நான்கு. இதனால் அவை அலுமினியம், சிலிக்கான் ஆகியவற்றிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்டு நடந்துகொள்கின்றன.

டைபோரேனில் உள்ள பிணைப்பு, போரிக் அமிலம் மற்றும் போராக்ஸின் அமைப்புகள், கார்பனின் புறவேற்றுமை வடிவங்கள், ஒவ்வொரு SiO₄ அலகும் எத்தனை ஆக்சிஜன் அணுக்களைப் பகிர்கிறது என்பதைக் கொண்டு சிலிக்கேட்டுகளை வகைப்படுத்துதல் ஆகியவற்றில் வினாக்கள் எதிர்பார்க்கலாம். இவை ஒரு மதிப்பெண் வினாக்களாகவும் சிறு விடை வினாக்களாகவும் வருகின்றன. பெரும்பாலானவை ஒரு அமைப்பை ஒரு பண்புடன் இணைத்துச் சொல்ல முடிகிறதா என்பதைச் சோதிக்கின்றன.

நீங்கள் கற்பவை

• 13, 14 ஆம் தொகுதிகளில் கீழே செல்லும்போது ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் எப்படி மாறுகின்றன என்பதை விளக்குதல்.
• டைபோரேனில் உள்ள பாலப் பிணைப்புகளையும் அவை ஏன் தேவைப்படுகின்றன என்பதையும் விவரித்தல்.
• இனக்கலப்பு, அமைப்பு, மின் கடத்துதிறன் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் வைரத்தையும் கிராஃபைட்டையும் ஒப்பிடுதல்.
• ஒரு நான்முகிக்குப் பகிரப்படும் ஆக்சிஜன் அணுக்களின் எண்ணிக்கையைக் கொண்டு ஒரு சிலிக்கேட்டை வகைப்படுத்துதல்.
• Tl, Sn, Pb ஆகியவற்றின் எந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலை அதிக நிலைப்புத்தன்மை உடையது என்பதை மந்த இணை விளைவைக் கொண்டு கணித்தல்.
• சியோலைட்டுகள், படிகாரங்களின் பயன்களைக் கூறுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• தனிமங்களின் எலக்ட்ரான் அமைப்புகள்.
• அணு ஆரம், அயனியாக்கும் ஆற்றல் போன்ற ஆவர்த்தனப் பண்புகள்.
• சகப்பிணைப்பும் ஈதல் சகப்பிணைப்பும்.

p-தொகுதி தனிமங்கள் – I — விரிவான விளக்கம்

13 மற்றும் 14 ஆம் தொகுதிகள் விரிவாக

பொதுவான பண்புகள்

p-தொகுதியின் பொதுவான இணைதிறன் கூட்டு எலக்ட்ரான் அமைப்பு \(ns^2 np^{1-6}\). ஒரு வரிசையில் இடமிருந்து வலமாகச் செல்லும்போது அணு ஆரம் குறைகிறது; அயனியாக்கும் ஆற்றலும் எலக்ட்ரான் கவர்தன்மையும் அதிகரிக்கின்றன. எனவே தனிமங்கள் அதிக அலோகத் தன்மை பெறுகின்றன. ஒரு தொகுதியில் கீழே செல்லும்போது அளவு அதிகரிக்கிறது, அயனியாக்கும் ஆற்றல் குறைகிறது, உலோகப் பண்பு அதிகரிக்கிறது. 13, 14 ஆம் தொகுதிகளில் கீழே செல்லும்போது மந்த இணை விளைவும் தோன்றுகிறது. அவற்றுக்குக் கீழே உள்ள நிரம்பிய d, f ஆர்பிட்டால்கள் ns² எலக்ட்ரான்களைச் சரியாக மறைப்பதில்லை. அதனால் அவை இறுக்கமாகப் பிடிக்கப்படுகின்றன; குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலை அதிக நிலைப்புத்தன்மை பெறுகிறது: தாலியத்துக்கு \(+1\), காரீயத்துக்கு \(+2\).

13 ஆம் தொகுதி: போரான் குடும்பம்

போரான் ஒரு உலோகப்போலி; அலுமினியம், காலியம், இண்டியம், தாலியம் ஆகியவை உலோகங்கள். போரான் எப்படிப் பெறப்படுகிறது, எப்படி வினைபுரிகிறது, அதன் முக்கியச் சேர்மங்கள் எவை என்பதைப் பாடம் விவரிக்கிறது. போராக்ஸ் கண்ணாடி தயாரிப்பிலும் இளக்கியாகவும் பயன்படுகிறது. போரிக் அமிலம் ஒரு மிதமான நச்சுத்தடை மருந்து. போரான் டிரைஃபுளூரைடில் போரானைச் சுற்றி ஆறு எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே உள்ளன; எனவே அது லூயி அமிலமாகச் செயல்படுகிறது. டைபோரேன், B₂H₆, எலக்ட்ரான் பற்றாக்குறை உள்ள சேர்மம். இரண்டு மூன்று-மைய இரண்டு-எலக்ட்ரான் B–H–B பாலப் பிணைப்புகள் அதை இணைத்து வைத்துள்ளன.

அலுமினியமும் படிகாரங்களும்

புவி மேலோட்டில் மிக அதிகமாகக் காணப்படும் உலோகம் அலுமினியம். இது உலோகக் கலவைகளில் பரவலாகப் பயன்படுகிறது. இதன் ஆக்சைடு ஈரியல்புத் தன்மை (amphoteric) கொண்டது; அமிலங்களிலும் காரங்களிலும் கரைகிறது. படிகாரங்கள் (Alums) இரட்டை உப்புகள். அவற்றின் பொது வாய்பாடு \(M'_2SO_4 \cdot M''_2(SO_4)_3 \cdot 24H_2O\). இதில் M' ஒற்றை இணைதிறன் நேர் அயனி, M'' மூவிணைதிறன் நேர் அயனி. பொட்டாஷ் படிகாரம் பழக்கமான எடுத்துக்காட்டு. இது நீரைத் தூய்மையாக்கவும், சாயமிடுதலில் சாயம் நிலைநிறுத்தியாகவும் (mordant) பயன்படுகிறது.

14 ஆம் தொகுதி: கார்பன் குடும்பம்

வேறு எந்தத் தனிமத்தையும் விடக் கார்பன் அதிக அளவில் சங்கிலித் தொடராக்கம் (Catenation) காட்டுகிறது; நீண்ட சங்கிலிகளையும் வளையங்களையும் உருவாக்குகிறது. கரிம வேதியியல் என்ற ஒரு பிரிவே இருப்பதற்கு இதுதான் காரணம். கார்பனின் புறவேற்றுமை வடிவங்கள் அமைப்பில் வேறுபடுகின்றன. வைரம் நான்முகி அமைப்பில் இணைந்த கார்பன் அணுக்களின் உறுதியான முப்பரிமாண வலையமைப்பு. கிராஃபைட் ஒன்றின் மேல் ஒன்று நழுவக்கூடிய தட்டையான அடுக்குகளால் ஆனது. ஃபுல்லரீன்களும் கிராஃபீனும் புதிய வடிவங்கள். தொகுதியில் கீழே உள்ள சிலிக்கானும் ஜெர்மானியமும் குறைகடத்திகளாகப் பயன்படுகின்றன.

கார்பன், சிலிக்கானின் ஆக்சைடுகளும் ஹாலைடுகளும்

கார்பன் இரண்டு வாயு ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது. கார்பன் மோனாக்சைடு ஆக்சிஜனை விடப் பல மடங்கு வலிமையாக ஹீமோகுளோபினுடன் இணைவதால் நச்சுத்தன்மை உடையது. கார்பன் டைஆக்சைடு ஒரு பசுமை இல்ல வாயு. ஆனால் சிலிக்கன் டைஆக்சைடு ஒரு திண்ம வலையமைப்பு. சிலிக்கன் டெட்ராகுளோரைடு சிலிக்கானும் குளோரினும் வினைபுரிந்து தயாரிக்கப்படுகிறது; இது நீரால் நீராற்பகுக்கப்படுகிறது. கார்பன் டெட்ராகுளோரைடு நீராற்பகுக்கப்படுவதில்லை. காரணம்: சிலிக்கான் தன் காலியான d ஆர்பிட்டால்களைப் பயன்படுத்தி நீரிலிருந்து ஒரு தனி இரட்டை எலக்ட்ரானை ஏற்க முடியும்.

சிலிக்கேட்டுகளும் சியோலைட்டுகளும்

பெரும்பாலான பாறைகளும் கனிமங்களும் சிலிக்கேட்டுகளால் ஆனவை. அவற்றின் அடிப்படை அலகு \(SiO_4^{4-}\) நான்முகி. ஒவ்வொரு நான்முகியும் எத்தனை ஆக்சிஜன் அணுக்களைப் பகிர்கிறது என்பதைக் கொண்டு அவை வகைப்படுத்தப்படுகின்றன: ஆர்த்தோசிலிக்கேட்டுகளில் தனித்த அலகுகள், பைரோசிலிக்கேட்டுகளில் இணைகள், வளைய சிலிக்கேட்டுகளில் வளையங்கள், பிறகு சங்கிலி, தாள், முப்பரிமாண சிலிக்கேட்டுகள். சியோலைட்டுகள் (Zeolites) சிறு துளைகள் கொண்ட முப்பரிமாண அலுமினோசிலிக்கேட்டுகள். இவை மூலக்கூறு சல்லடைகளாகவும், கடின நீரை மென்மையாக்கும் அயனிப் பரிமாற்றிகளாகவும், பெட்ரோலிய வேதித் தொழிலில் வினைவேக மாற்றிகளாகவும் (catalysts) பயன்படுகின்றன.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• மந்த இணை விளைவைத் தனியான ஒரு விசையாகக் கருதுவது. நிரம்பிய d, f ஆர்பிட்டால்கள் வெளிக்கூட்டு s எலக்ட்ரான்களைச் சரியாக மறைக்காததால், அந்த எலக்ட்ரான்கள் இறுக்கமாகப் பிடிக்கப்படுகின்றன; அதனால்தான் இந்த விளைவு ஏற்படுகிறது.
• கார்பனும் சிலிக்கானும் ஒரே மாதிரியான ஆக்சைடுகளைத் தருகின்றன என்று நினைப்பது. CO2 தனித்த வாயு மூலக்கூறு; SiO2 ஒரு திண்ம வலையமைப்பு.
• டைபோரேனைச் சாதாரண B–B பிணைப்பு அல்லது இரண்டு-எலக்ட்ரான் B–H பிணைப்புகளுடன் மட்டும் வரைந்து, இரண்டு மூன்று-மைய பாலப் பிணைப்புகளை விட்டுவிடுவது.
• சங்கிலி, தாள் சிலிக்கேட்டுகளை வகைப்படுத்தும்போது பகிரப்படும் ஆக்சிஜன் அணுக்களைத் தவறாக எண்ணுவது.
• போரானையும் கார்பனையும் அவற்றின் தொகுதியில் உள்ள மற்ற தனிமங்களுடன் ஒப்பிடும்போது அவற்றின் மாறுபட்ட பண்பைக் கவனிக்காமல் விடுவது.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

மந்த இணை விளைவு என்றால் என்ன?

வெளிக்கூட்டில் உள்ள இரண்டு s எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பில் பங்கேற்கத் தயங்குவதே மந்த இணை விளைவு. கனமான p-தொகுதித் தனிமங்களில் தொகுதியில் கீழே செல்லச் செல்ல இது வலுவடைகிறது. அதனால் அவை தொகுதி இணைதிறனை விட இரண்டு அலகு குறைவான நிலையான ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைக் காட்டுகின்றன. எ.கா. தாலியத்துக்கு +1, காரீயத்துக்கு +2.

டைபோரேன் ஏன் எலக்ட்ரான் பற்றாக்குறைச் சேர்மம் எனப்படுகிறது?

டைபோரேனில் 12 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே உள்ளன. பிணைந்துள்ள ஒவ்வொரு அணு இணைக்கும் இடையே சாதாரண இரண்டு-எலக்ட்ரான் பிணைப்பை உருவாக்க இவை போதாது. எனவே இது நான்கு சாதாரண B–H பிணைப்புகளையும் இரண்டு மூன்று-மைய இரண்டு-எலக்ட்ரான் பாலப் பிணைப்புகளையும் பயன்படுத்துகிறது. பாலப் பிணைப்பில் ஒரு எலக்ட்ரான் இணை இரண்டு போரான் அணுக்களையும் ஒரு ஹைட்ரஜனையும் சேர்த்துப் பிடித்து வைக்கிறது.

வைரமும் கிராஃபைட்டும் எப்படி வேறுபடுகின்றன?

வைரத்தில் ஒவ்வொரு கார்பனும் \(sp^3\) இனக்கலப்பு அடைந்து, உறுதியான முப்பரிமாண வலையமைப்பில் வேறு நான்கு கார்பன்களுடன் பிணைந்துள்ளது. எனவே அது மிகக் கடினமானது; மின்சாரத்தைக் கடத்தாது. கிராஃபைட்டில் ஒவ்வொரு கார்பனும் \(sp^2\) இனக்கலப்பு அடைந்து, தட்டையான அடுக்குகளில் வேறு மூன்று கார்பன்களுடன் பிணைந்துள்ளது. நான்காவது எலக்ட்ரான் உள்ளடங்கா நிலையில் (delocalised) உள்ளதால் கிராஃபைட் மின்சாரத்தைக் கடத்துகிறது. அடுக்குகள் ஒன்றின் மேல் ஒன்று நழுவுவதால் அது மென்மையாக உள்ளது.

சிலிக்கேட்டுகளின் முக்கிய வகைகள் யாவை?

\(SiO_4^{4-}\) அலகுகள் எப்படி இணைந்துள்ளன என்பதைக் கொண்டு சிலிக்கேட்டுகள் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. ஆர்த்தோசிலிக்கேட்டுகளில் தனித்த நான்முகிகள், பைரோசிலிக்கேட்டுகளில் இணைகள், வளைய சிலிக்கேட்டுகளில் வளையங்கள் உள்ளன. அதன் பிறகு சங்கிலி சிலிக்கேட்டுகள், தாள் சிலிக்கேட்டுகள், முப்பரிமாண சிலிக்கேட்டுகள் வருகின்றன. முப்பரிமாண சிலிக்கேட்டுகளில் ஒவ்வொரு நான்முகியின் நான்கு ஆக்சிஜன் அணுக்களும் பகிரப்படுகின்றன.

சியோலைட்டுகள் எதற்குப் பயன்படுகின்றன?

சியோலைட்டுகள் துளையுள்ள அலுமினோசிலிக்கேட்டுகள். அவற்றின் துளைகள் குறிப்பிட்ட அளவுள்ள மூலக்கூறுகளை மட்டுமே உள்ளே விடுகின்றன; எனவே அவை மூலக்கூறு சல்லடைகளாகச் செயல்படுகின்றன. பெட்ரோலிய வேதித் தொழிலில் வினைவேக மாற்றிகளாகப் பயன்படுகின்றன; எ.கா. ஆல்கஹால்களைப் பெட்ரோலாக மாற்றும் ZSM-5. கடின நீரை மென்மையாக்கும் அயனிப் பரிமாற்றிகளாகவும் பயன்படுகின்றன.

போரான் ஏன் அலுமினியத்திலிருந்து வேறுபட்டு நடந்துகொள்கிறது?

போரான் மிகச் சிறிய அணு; அதன் அயனியாக்கும் ஆற்றல் அதிகம். எனவே அது B3+ அயனிகளை உருவாக்காமல் சகப்பிணைப்புச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. அதன் இணைதிறன் கூட்டில் d ஆர்பிட்டால்கள் இல்லை. அதனால் அதன் அதிகபட்ச சகப்பிணைப்புத் திறன் நான்கு. அலுமினியம் [AlF6]3- இல் உள்ளது போல ஆறு வரை செல்ல முடியும்.

படிகாரம் என்றால் என்ன?

ஒற்றை இணைதிறன் உலோக சல்பேட்டும் மூவிணைதிறன் உலோக சல்பேட்டும் சேர்ந்து, 24 நீர் மூலக்கூறுகளுடன் படிகமாகும் இரட்டை உப்பு படிகாரம். எ.கா. பொட்டாஷ் படிகாரம், K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O. படிகாரங்கள் நீரில் கரைகின்றன. நீரைத் தூய்மையாக்கவும், தோல் பதனிடவும், சிறு வெட்டுக் காயங்களில் இரத்தம் வழிவதை நிறுத்தவும் பயன்படுகின்றன.