तत्वों का वर्गीकरण एवं गुणधर्मों में आवर्तिता

अध्याय 3: तत्वों का वर्गीकरण एवं गुणधर्मों में आवर्तिता (Classification of Elements and Periodicity in Properties)

त्वरित पुनरीक्षण एवं सूत्र शीट (Quick Revision Notes)

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1. आवर्त सारणी का इतिहास एवं महत्वपूर्ण नियम

• डोबेराइनर का त्रिक नियम (Döbereiner's Triads):

समान गुण वाले तीन तत्वों के समूह में बीच वाले तत्व का परमाणु भार, अन्य दो तत्वों के परमाणु भारों के औसत के लगभग बराबर होता है।

• उदाहरण: $\text{Li (7), Na (23), K (39)} \implies \frac{7 + 39}{2} = 23$

• न्यूलैंड्स का अष्टक नियम (Newlands' Law of Octaves):

तत्वों को उनके परमाणु भार के बढ़ते क्रम में रखने पर प्रत्येक आठवें तत्व के गुण पहले तत्व के समान होते हैं (केवल $\text{Ca}$ तक लागू)।

• मेंडेलीव का आवर्त नियम (Mendeleev's Periodic Law):

तत्वों के भौतिक और रासायनिक गुण उनके परमाणु भारों (Atomic Masses) के आवर्ती फलन होते हैं।

• आधुनिक आवर्त नियम (Modern Periodic Law - मोसले का नियम):

तत्वों के भौतिक और रासायनिक गुण उनके परमाणु क्रमांकों (Atomic Numbers, Z) के आवर्ती फलन होते हैं।

$$\sqrt{\nu} = a(Z - b)$$

(जहाँ $\nu$ = उत्सर्जित X-किरण की आवृत्ति, $Z$ = परमाणु क्रमांक)

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2. आधुनिक आवर्त सारणी की संरचना

• आवर्त (Periods): 7 क्षैतिज पंक्तियाँ।
• वर्ग (Groups): 18 ऊर्ध्वाधर स्तंभ।

#### ब्लॉक के आधार पर तत्वों का वर्गीकरण:

| ब्लॉक | बाह्यतम इलेक्ट्रॉनिक विन्यास | मुख्य विशेषताएँ |

| :--- | :--- | :--- |

| s-ब्लॉक | ns^(1-2) | क्षार धातुएँ (वर्ग 1) एवं क्षारीय मृदा धातुएँ (वर्ग 2)। अत्यधिक क्रियाशील धातुएँ। |

| p-ब्लॉक | ns^2 np^(1-6) | वर्ग 13 से 18। इसमें धातु, उपधातु और अधातु तीनों शामिल हैं। |

| d-ब्लॉक | (n-1)d^(1-10) ns^(1-2) | वर्ग 3 से 12 (संक्रमण तत्व)। परिवर्तित संयोजकता, रंगीन आयन और उत्प्रेरकीय गुण। |

| f-ब्लॉक | (n-2)f^(1-14) (n-1)d^(0-1) ns^2 | आंतरिक संक्रमण तत्व (लैंथेनाइड्स $Z=58-71$ एवं एक्टिनाइड्स $Z=90-103$)। |

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3. आवर्ती गुणधर्म (Periodic Properties)

#### (A) परमाणु त्रिज्या (Atomic Radius)

नाभिक के केंद्र से बाह्यतम कोश के इलेक्ट्रॉन के बीच की दूरी।

• संबोधन आकार संबंध:

$$\text{वांडरवाल्स त्रिज्या} > \text{धात्विक त्रिज्या} > \text{सहसंयोजक त्रिज्या}$$

• आवर्त में प्रवृत्ति (बाएँ से दाएँ): घटती है (प्रभावी नाभिकीय आवेश $Z_{eff}$ बढ़ता है)।
• वर्ग में प्रवृत्ति (ऊपर से नीचे): बढ़ती है (नया कोश जोड़ता है, $n$ का मान बढ़ता है)।

#### (B) आयनिक त्रिज्या (Ionic Radius)

• धनायन (Cation): उदासीन परमाणु से छोटा होता है ($M^+ < M$)। (नाभिकीय आकर्षण बढ़ता है)
• ऋणायन (Anion): उदासीन परमाणु से बड़ा होता है ($X^- > X$)। (इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण बढ़ता है)
• समइलेक्ट्रॉनी आयन (Isoelectronic Species): जिनमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान हो।
• नियम: ऋणात्मक आवेश जितना अधिक होगा, आकार उतना बड़ा होगा। धनात्मक आवेश जितना अधिक होगा, आकार उतना छोटा होगा।
• उदाहरण आकार क्रम: $\text{N}^{3-} > \text{O}^{2-} > \text{F}^- > \text{Na}^+ > \text{Mg}^{2+} > \text{Al}^{3+}$

#### (C) आयनन एन्थैल्पी (Ionization Enthalpy - $\Delta_i H$)

गैसीय अवस्था में एक विलगित (isolated) उदासीन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन बाहर निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा।

• प्रवृत्ति:
• आवर्त में (बाएँ से दाएँ): बढ़ती है।
• वर्ग में (ऊपर से नीचे): घटती है।
• क्रम: $\Deltai H1 < \Deltai H2 < \Deltai H3$
• महत्वपूर्ण अपवाद:

1. $\text{Be} > \text{B}$ (क्योंकि $\text{Be}$ में पूर्ण भरित $2s^2$ कक्षक है जो अधिक स्थायी है)।

2. $\text{N} > \text{O}$ (क्योंकि $\text{N}$ में अर्ध भरित $2p^3$ कक्षक है जो अधिक स्थायी है)।

#### (D) इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी (Electron Gain Enthalpy - $\Delta_{eg} H$)

गैसीय अवस्था में एक विलगित उदासीन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जोड़ने पर होने वाला एन्थैल्पी परिवर्तन।

• प्रवृत्ति:
• आवर्त में (बाएँ से दाएँ): अधिक ऋणात्मक होती है।
• वर्ग में (ऊपर से नीचे): कम ऋणात्मक होती है।
• महत्वपूर्ण अपवाद:
• $\text{Cl}$ की इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी $\text{F}$ से अधिक ऋणात्मक होती है ($\text{Cl} > \text{F}$), क्योंकि $\text{F}$ का आकार छोटा होने के कारण उसमें इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण अधिक होता है।
• उत्कृष्ट गैसों (Noble Gases) के लिए $\Delta_{eg} H$ का मान धनात्मक होता है।

#### (E) विद्युत ऋणात्मकता (Electronegativity - EN)

सहसंयोजक बंध में साझे के इलेक्ट्रॉन युग्म को अपनी ओर आकर्षित करने की आपेक्षिक क्षमता।

• प्रवृत्ति:
• आवर्त में (बाएँ से दाएँ): बढ़ती है।
• वर्ग में (ऊपर से नीचे): घटती है।
• सर्वाधिक विद्युत ऋणात्मक तत्व: $\text{F} (4.0) > \text{O} (3.5) > \text{N} (3.0) \approx \text{Cl} (3.0)$
• पॉलिंग पैमाना सूत्र (Pauling Scale):

$$XA - XB = 0.208 \sqrt{E{A-B} - \sqrt{E{A-A} \cdot E_{B-B}}}$$

(जहाँ $E$ किलोकैलोरी/मोल में बंध ऊर्जा है)

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4. आवर्ती गुणों में परिवर्तन का संक्षिप्त सारांश

| गुणधर्म | आवर्त में (बाएँ से दाएँ) | वर्ग में (ऊपर से नीचे) |

| :--- | :--- | :--- |

| परमाणु त्रिज्या | घटती है | बढ़ती है |

| प्रभावी नाभिकीय आवेश ($Z_{eff}$) | बढ़ता है | लगभग स्थिर रहता है |

| आयनन एन्थैल्पी ($\Delta_i H$) | बढ़ती है | घटती है |

| इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी ($\Delta_{eg} H$) | अधिक ऋणात्मक होती है | कम ऋणात्मक होती है |

| विद्युत ऋणात्मकता (EN) | बढ़ती है | घटती है |

| धात्विक गुण (Metallic character) | घटता है | बढ़ता है |

| अधात्विक गुण (Non-metallic character)| बढ़ता है | घटता है |

| ऑक्साइडों की अम्लीय प्रकृति | बढ़ती है | घटती है |

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5. महत्वपूर्ण विशेष बिंदु एवं अपवाद (MP Board हेतु अति-महत्वपूर्ण)

1. विकर्ण संबंध (Diagonal Relationship):

द्वितीय आवर्त के कुछ तत्व (जैसे $\text{Li, Be, B}$) तृतीय आवर्त के अपने विकर्णतः स्थित तत्वों (क्रमशः $\text{Mg, Al, Si}$) से गुणों में समानता दर्शाते हैं।

• कारण: समान आवेश/त्रिज्या अनुपात (ध्रुवण क्षमता)।
• $\text{Li} \leftrightarrow \text{Mg}$, $\text{Be} \leftrightarrow \text{Al}$, $\text{B} \leftrightarrow \text{Si}$

2. द्वितीय आवर्त के तत्वों का असंगत व्यवहार (Anomalous Behavior):

द्वितीय आवर्त के तत्व (उदा. $\text{F, O, N, B}$) अपने वर्ग के अन्य तत्वों से भिन्न व्यवहार दर्शाते हैं।

• कारण: छोटा आकार, उच्च विद्युत ऋणात्मकता, उच्च आयनन एन्थैल्पी और d-कक्षकों की अनुपस्थिति।

3. ऑक्साइडों की प्रकृति:

• धातुओं के ऑक्साइड सामान्यतः क्षारीय होते हैं (उदा. $\text{Na}_2\text{O}, \text{MgO}$)।
• अधातुओं के ऑक्साइड अम्लीय होते हैं (उदा. $\text{SO}2, \text{CO}2$)।
• उभयधर्मी ऑक्साइड (Amphoteric): $\text{Al}2\text{O}3, \text{ZnO}, \text{BeO}$
• उदासीन ऑक्साइड (Neutral): $\text{CO}, \text{NO}, \text{N}_2\text{O}$