📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 1 · 1.4.x

Cr, Cu விதிவிலக்குகள் — ஏன்?

⏱ 8 நி 🎯 ★★★★★

Cr (Z=24) — Aufbau expected 4s ↑↓ 3d (5 orbitals) ↑↑↑↑ [Ar] 4s² 3d⁴ — 4 unpaired Cr — actual (anomaly) 4s ↑ 3d (5 orbitals — all half-filled) ↑↑↑↑↑ [Ar] 4s¹ 3d⁵ — 6 unpaired ✓ half-filled Cu (Z=29) — Aufbau expected 4s ↑↓ 3d (5 orbitals) ↑↓↑↓↑↓↑↓↑ [Ar] 4s² 3d⁹ — 1 unpaired (incomplete d) Cu — actual (anomaly) 4s ↑ 3d (5 orbitals — fully filled) ↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓ [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ — 1 unpaired ✓ fully-filled Promotion of 1 e⁻ from 4s → 3d gives extra stability (exchange energy + spherical symmetry)
ஓபிற்றல்-பெட்டி வரைபடம் — Aufbau எதிர்பார்க்கும் அமைப்பு (இடது) vs உண்மையான நிலையான அமைப்பு (வலது)

முழுமையான பார்வை — Cr, Cu இலத்திரன் நிலையமைப்பிலுள்ள விதிவிலக்குகள் (Anomalies)

இலத்திரன் ஓபிற்றல்கள் (s, p, d)
Electron orbitals (s, p, d)
Wikipedia → · CC

Aufbau தத்துவத்தின் (Aufbau principle) அடிப்படையில், இலத்திரன்கள் குறைந்த சக்தி மட்டத்திலிருந்து படிப்படியாக நிரப்பப்படும் தர்க்கத்தைப் பின்பற்றினால், குரோமியம் (Cr, Z=24), செப்பு (Cu, Z=29) ஆகிய மூலகங்களின் இலத்திரன் நிலையமைப்புகள் முறையே [Ar] 4s² 3d⁴ எனவும் [Ar] 4s² 3d⁹ எனவும் அமைய வேண்டும் என நாம் எதிர்பார்ப்போம். ஆனால், இயற்கையில் இவற்றின் இலத்திரன் பரம்பல் இவ்வாறு அமைவதில்லை. இதுவே அணுக்கட்டமைப்பில் நாம் சந்திக்கும் மிக முக்கியமான விதிவிலக்காகும்.

உண்மையான இலத்திரன் நிலையமைப்பும் அதற்கான தர்க்கமும்

ஆவர்த்தன அட்டவணை — s, p, d, f தொகுதிகள்
Periodic table — s, p, d, f blocks
Wikipedia → · CC

குரோமியம் (Cr, Z = 24): இதன் உண்மையான இலத்திரன் நிலையமைப்பு [Ar] 4s¹ 3d⁵ ஆகும். இங்கு 4s உப-சக்தி மட்டத்திலிருந்து (sublevel) ஓர் இலத்திரன் 3d உப-சக்தி மட்டத்திற்குப் பாய்வதன் மூலம், 3d ஓபிற்றலானது அரை-நிரம்பல் (half-filled) நிலையை அடைகின்றது. இதனால் Cr அணுவில் மொத்தம் 6 தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired electrons) காணப்படுகின்றன.

செப்பு (Cu, Z = 29): இதன் உண்மையான இலத்திரன் நிலையமைப்பு [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ ஆகும். இங்கும் அதே போன்று 4s இலிருந்து ஓர் இலத்திரன் 3d இற்குச் செல்வதன் விளைவாக, d உப-சக்தி மட்டம் முற்றாக நிரம்பிய முழு-நிரம்பல் (fully-filled) நிலையை அடைகின்றது. செப்பு அணுவில் 4s இல் மாத்திரம் 1 தனித்த இலத்திரன் எஞ்சியிருக்கும்.

ஆழமான தர்க்கம் — ஏன் இந்த அரை மற்றும் முழு-நிரம்பல் நிலைகள் கூடுதல் உறுதித்தன்மையைத் தருகின்றன?

குரோமியம் படிகங்கள்
Chromium crystals
Wikipedia → · CC

Aufbau விதியை மீறி 4s இலிருந்து 3d இற்கு இலத்திரன் செல்வதாயின், அதனால் அணுவுக்குக் கிடைக்கும் உறுதித்தன்மை (சக்தி இழப்பு) மிக அதிகமாக இருத்தல் வேண்டும். இந்த அதியுயர் உறுதித்தன்மைக்கு இரண்டு பிரதான பௌதீகவியற் காரணிகள் பங்களிக்கின்றன:

  1. பரிமாற்றச் சக்தி (Exchange Energy): சமசக்தியுடைய (degenerate) ஓபிற்றல்களில் (உ-ம்: 5 d-ஓபிற்றல்கள்) சமாந்தரமான சுழற்சியுடன் (parallel spin) காணப்படும் இலத்திரன்கள் தமக்கிடையே இடங்களை மாற்றிக் கொள்ள முடியும். இவ்வாறு ஒவ்வொரு முறை இடமாற்றம் நிகழும்போதும் ஒரு குறித்தளவு சக்தி அணுவிலிருந்து வெளியேற்றப்படுகின்றது. இதுவே பரிமாற்றச் சக்தி எனப்படும். எவ்வளவுக்கு எவ்வளவு அதிக பரிமாற்றங்கள் சாத்தியமாகின்றதோ, அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு அணுவின் ஒட்டுமொத்த சக்தி குறைவடைந்து உறுதித்தன்மை அதிகரிக்கும். Cr இன் d⁵ நிலையில் 5 தனித்த இலத்திரன்கள் உள்ளதால், சாத்தியமான பரிமாற்றச் சோடிகளின் எண்ணிக்கை (5 × 4) / 2 = 10 ஆகும். ஆனால், எதிர்பார்க்கப்பட்ட d⁴ நிலையில் 4 தனித்த இலத்திரன்கள் மட்டுமே உள்ளதால் பரிமாற்றங்களின் எண்ணிக்கை (4 × 3) / 2 = 6 மட்டுமே. இந்த 4 மேலதிக பரிமாற்றங்களால் கிடைக்கும் பாரிய சக்தி இழப்பானது, 4s இலிருந்து 3d இற்கு இலத்திரன் பாய்வதற்குத் தேவையான சக்தியை விட மிக அதிகமாக இருப்பதனாலேயே இந்த விதிவிலக்கு நிகழ்கின்றது.
  2. சமச்சீர் விநியோகம் (Symmetrical Distribution): d⁵ (அரை-நிரம்பல்) மற்றும் d¹⁰ (முழு-நிரம்பல்) ஆகிய இலத்திரன் நிலையமைப்புகள் ஓபிற்றல்களில் இலத்திரன்களைச் சமச்சீராகப் பரவச் செய்கின்றன. இந்த முப்பரிமாணக் கோளச் சமச்சீர்த்தன்மையினால் (spherical symmetry), இலத்திரன்களுக்கு இடையிலான தள்ளுகை விசைகள் (electron-electron repulsion) அனைத்துத் திசைகளிலும் சமப்படுத்தப்பட்டு இழிவாக்கப்படுகின்றன. குறைந்த தள்ளுகை விசை என்பது அணுவினுள் குறைந்த சக்தி நிலையையும், அதன் மூலம் உயர்ந்த உறுதித்தன்மையையும் உருவாக்குகின்றது.

ஓபிற்றல் பெட்டி வரிப்படம் (Orbital Box Diagram)

இயற்கை செப்பு
Native copper
Wikipedia → · CC

குரோமியம் (Cr):
Aufbau எதிர்பார்ப்பு (உறுதி குறைவு): 4s [↑↓] 3d [↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][  ]
உண்மை அமைப்பு (உறுதி கூடியது): 4s [↑ ] 3d [↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][↑ ] ← 6 தனித்த இலத்திரன்கள்

செப்பு (Cu):
Aufbau எதிர்பார்ப்பு (உறுதி குறைவு): 4s [↑↓] 3d [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑ ]
உண்மை அமைப்பு (உறுதி கூடியது): 4s [↑ ] 3d [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑↓] ← d உப-சக்தி மட்டம் முழு-நிரம்பல்

தேர்வாளர் பார்வை — வினாப்பத்திர நுணுக்கங்கள்

இந்த விதிவிலக்குகள் க.பொ.த (உ/த) பரீட்சைகளில் பல கோணங்களில் சோதிக்கப்படும்:

  1. நேரடியான இலத்திரன் நிலையமைப்பு: "குரோமியத்தின் (Cr) சரியான இலத்திரன் நிலையமைப்பு எது?" — சரியான விடை கட்டாயமாக [Ar] 4s¹ 3d⁵ என்றே அமைதல் வேண்டும். 4s² 3d⁴ என எழுதுவது முற்றிலும் தவறாகும்.
  2. தனித்த இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை: "Cr அணுவில் எத்தனை தனித்த இலத்திரன்கள் உள்ளன?" — விடை 6 (4s இல் ஒன்று + 3d இல் ஐந்து). 3d தொகுப்பிலேயே அதிகபட்ச தனித்த இலத்திரன்களைக் கொண்ட நடுநிலை அணு இதுவேயாகும்.
  3. அயன்களின் காந்த இயல்பு: Cu⁺ = [Ar] 3d¹⁰ — 4s இலத்திரன் இழக்கப்பட்டு d ஓபிற்றல் முழுமையாக நிரம்பியுள்ளது; தனித்த இலத்திரன்கள் 0 என்பதால் தயாகாந்த இயல்பு (diamagnetic). Cu²⁺ = [Ar] 3d⁹ — 4s இலிருந்து ஒன்றும் 3d இலிருந்து ஒன்றும் இழக்கப்பட்டுள்ளது; 1 தனித்த இலத்திரன் என்பதால் பராகாந்த இயல்பு (paramagnetic).

இதே போலான மற்ற விதிவிலக்குகள் (மேலதிக விடயம்)

  • Mo (Z=42): [Kr] 5s¹ 4d⁵ — Cr-ஐப் போலவே.
  • Ag (Z=47): [Kr] 5s¹ 4d¹⁰ — Cu-ஐப் போலவே.
  • Au (Z=79): [Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d¹⁰ — Cu-ஐப் போலவே.

இலங்கை GCE A/L பாடத்திட்டத்தில் Cr, Cu ஆகிய இரண்டு மூலகங்களே சோதிக்கப்படுகின்றன. மற்றவற்றை நினைவில் கொள்வது கட்டாயம் இல்லை.

🎯 MCQ பயிற்சி — 10 கேள்விகள் (questions)

விடையைத் தேர்ந்தெடுங்கள் — பிறகு ஒவ்வொரு (5) விருப்பத்திற்கும் ஏன் சரி / தவறு + ஆழமான விளக்கம் (deep explanation) காண்பிக்கப்படும்.

Q1 / 10 ★★★★★
Cu (Z=29) நடுநிலை அணுவின் (neutral atom) சரியான தரை நிலை (ground-state) இலத்திரன் அமைப்பு?
(1) [Ar] 4s² 3d⁹
அபாவு வழியில் (by Aufbau) — ஆனால் Cu விதிவிலக்கு.
(2) [Ar] 4s¹ 3d¹⁰
சரி. Cu = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. முழு-நிரம்பல் (fully-filled) 3d¹⁰ நிலைத்தன்மை.
(3) [Ar] 4s² 4p⁷
அர்த்தமற்றது.
(4) [Ar] 3d¹⁰
Cu⁺-இன் அமைப்பு, Cu⁰ அல்ல.
(5) [Ar] 4s² 3d¹⁰
மொத்தம் 31 e⁻ — அதிகம்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): நிலைத்தன்மை (stability): 3d¹⁰ முழு-நிரம்பல் + கோளச் சமச்சீர் (spherical symmetry). 4s-இலிருந்து ஒரு e⁻ 3d-க்கு "தாவியது" (one electron jumps from 4s to 3d).
Q2 / 10 ★★★★★
Cr (Z=24) அணுவில் தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired electrons) எத்தனை?
(1) 2
மிக குறைவு.
(2) 3
மிக குறைவு.
(3) 4
அபாவு வழியில் 4 வரும், ஆனால் Cr விதிவிலக்கு.
(4) 5
3d⁵-இல் 5, ஆனால் 4s¹-இலும் 1 உள்ளது!
(5) 6
சரி. Cr = [Ar] 4s¹ 3d⁵ → 5 (in 3d) + 1 (in 4s) = 6 unpaired.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தனித்த e⁻ எண்ணுவது (counting unpaired): பெட்டி வரைபடம் (box diagram) வரையுங்கள் — Cr-இல் 4s [↑] + 3d [↑][↑][↑][↑][↑] = 6 unpaired e⁻ → அதிக paramagnetic தனிமம் (most paramagnetic atom).
Q3 / 10 ★★★★★
Cr/Cu விதிவிலக்குக்கு (anomaly) முக்கிய காரணம் (main reason) என்ன?
(1) அபாவு விதி தவறு
அபாவு தவறு அல்ல — Cr, Cu விதிவிலக்குகள் மட்டுமே.
(2) d-உப-சக்தியின் (d sublevel) அரை-நிரம்பல் / முழு-நிரம்பல் நிலைத்தன்மை
சரி. d⁵ (Cr) அரை-நிரம்பல் + d¹⁰ (Cu) முழு-நிரம்பல் கூடுதல் நிலைத்தன்மை தருகிறது.
(3) d-block மாற்று உலோகங்கள் ஆகையால்
d-block-இல் உள்ள மற்ற தனிமங்கள் (other d-block) அபாவை பின்பற்றும்.
(4) 4s எப்போதும் காலியாக
4s வெறுமை அல்ல, 4s¹.
(5) 3d-இல் அதிக ஓபிற்றல்கள் உள்ளன
அதனால் அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): இரு காரணிகள் (two factors): (1) பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy) — அதிக தனித்த e⁻ → அதிக exchange → குறைந்த சக்தி. (2) சமச்சீர் (symmetry) — d⁵, d¹⁰ கோளச் சமச்சீர்.
Q4 / 10 ★★★★★
Cu⁺ vs Cu²⁺ — எது paramagnetic (காந்தத்தால் இழுக்கப்படும்)?
(1) Cu⁺
Cu⁺ = [Ar] 3d¹⁰ → 0 unpaired → diamagnetic.
(2) Cu²⁺
சரி. Cu²⁺ = [Ar] 3d⁹ → 1 unpaired → paramagnetic.
(3) இரண்டும் (both)
Cu⁺ diamagnetic.
(4) எதுவும் இல்லை (neither)
Cu²⁺ paramagnetic.
(5) Cu⁰ மட்டும்
Cu⁰-உம் paramagnetic (1 unpaired in 4s¹).
ஆழமான விளக்கம் (Deep): இது தேர்வில் அடிக்கடி வரும் (frequent exam Q): Cu⁺ → 3d¹⁰ → diamagnetic (வழக்கத்துக்கு மாறான / unusual for a transition ion). Cu²⁺ → 3d⁹ → paramagnetic.
Q5 / 10 ★★★★☆
Mo (Z=42) அணு Cr போன்ற விதிவிலக்கு (anomaly) காட்டுகிறது. அதன் சரியான தரை நிலை (ground state) எது?
(1) [Kr] 5s² 4d⁴
அபாவு வழி, விதிவிலக்கு கணக்கில் கொள்ளப்படவில்லை.
(2) [Kr] 5s¹ 4d⁵
சரி. Mo Cr-ஐ ஒத்தது: [Kr] 5s¹ 4d⁵ (அரை-நிரம்பல் 4d⁵).
(3) [Kr] 4d⁶
5s வெறுமை அல்ல.
(4) [Kr] 5s² 4d³ 5p¹
5p Mo-இல் நிரப்பப்படவில்லை.
(5) [Kr] 5s⁰ 4d⁶
Mo²⁺ அல்லது வேறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தொடரும் anomalies: Mo (Cr-ஐ ஒத்தது), Ag (Cu-ஐ ஒத்தது), Au (Cu-ஐ ஒத்தது). AL-இல் Cr & Cu மட்டுமே கேட்கப்படும்.
Q6 / 10 ★★★★☆
Cr²⁺ அயனின் (ion) தனித்த e⁻ எண்ணிக்கை (unpaired e⁻)?
(1) 2
மிக குறைவு.
(2) 3
மிக குறைவு.
(3) 4
சரி. Cr⁰ = [Ar] 4s¹ 3d⁵. Cr²⁺ = [Ar] 3d⁴ (4s¹ + 3d¹ அகற்றப்பட்டது). d⁴ → ஹுண்ட்: 4 unpaired.
(4) 5
d⁵ → Cr⁺ அல்ல.
(5) 6
Cr⁰-இல் 6 unpaired (3d⁵ + 4s¹).
ஆழமான விளக்கம் (Deep): படிகள் (steps): Cr⁰ → Cr²⁺: 4s¹ முதலில் அகற்றப்படும் (1 e⁻), பிறகு 3d⁵-இல் இருந்து 1 e⁻ → [Ar] 3d⁴. ஹுண்டின் விதிப்படி 4 unpaired.
Q7 / 10 ★★★★☆
பின்வரும் தனிமங்களில் (atoms) எது 4s¹ 3d⁵ அமைப்பு கொண்டது?
(1) V (Z=23)
V = [Ar] 4s² 3d³.
(2) Cr (Z=24)
சரி. Cr-இன் விதிவிலக்கான அமைப்பு (anomalous config).
(3) Mn (Z=25)
Mn = [Ar] 4s² 3d⁵.
(4) Fe (Z=26)
Fe = [Ar] 4s² 3d⁶.
(5) Cu (Z=29)
Cu = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (வேறு விதிவிலக்கு / different anomaly).
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Period 4 d-block: Sc 4s²3d¹, Ti 4s²3d², V 4s²3d³, Cr 4s¹3d⁵, Mn 4s²3d⁵, Fe 4s²3d⁶, Co 4s²3d⁷, Ni 4s²3d⁸, Cu 4s¹3d¹⁰, Zn 4s²3d¹⁰.
Q8 / 10 ★★★★☆
பின்வரும் சேர்வைகளில் (compounds) Cu-இன் ஆக்ஸி நிலை (oxidation state) +1 எதில்?
(1) CuSO₄
Cu²⁺.
(2) Cu(NO₃)₂
Cu²⁺.
(3) Cu₂O
சரி. Cu₂O = 2 Cu⁺ + O²⁻ → Cu = +1.
(4) CuO
Cu²⁺.
(5) CuCl₂
Cu²⁺.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Cu சேர்வை வண்ணம் (Cu compound colours): Cu⁺ சேர்வை (compounds) வண்ணமற்றவை (colourless, d¹⁰). Cu²⁺ நீலம் / பச்சை (blue / green, d⁹).
Q9 / 10 ★★★★☆
Cr³⁺ அயனின் தனித்த e⁻ எண்?
(1) 2
மிக குறைவு.
(2) 3
சரி. Cr⁰ = [Ar] 4s¹ 3d⁵ → Cr³⁺: 4s¹ + 3d² அகற்றப்படும் → [Ar] 3d³. ஹுண்ட்: 3 unpaired.
(3) 4
d⁴ → Cr²⁺ அல்ல.
(4) 5
d⁵ → Cr⁰/Cr⁺.
(5) 0
அப்படியில்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Cr ஆக்ஸி நிலைகள் (oxidation states): Cr⁰ (4s¹3d⁵, 6 unpaired), Cr²⁺ (3d⁴, 4), Cr³⁺ (3d³, 3), Cr⁶⁺ (d⁰, 0). Cr³⁺ பச்சை (green) நிறம்.
Q10 / 10 ★★★☆☆
பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy) எப்போது அதிகம்?
(1) எல்லா e⁻-களும் சோடி (all paired)
எதிர் சுழற்சி → இடம் மாற்றம் (swap) இல்லை → exchange இல்லை.
(2) அதிக தனித்த e⁻ ஒரே சுழற்சியில் (max unpaired with parallel spin)
சரி. ஒரே சுழற்சியில் (same spin) உள்ள e⁻-கள் தான் இடம் மாற்றிக்கொள்ள முடியும் (can swap). அதிக unpaired = அதிக exchange.
(3) கருவுக்கு அருகில் e⁻ அதிகம்
கோர் e⁻ பற்றியதல்ல.
(4) கோர் ஓபிற்றல்கள் (core orbitals) நிரப்பப்படும் போது
கோர் நிரப்புவது வேறு கருத்து.
(5) noble gas configuration அடையும் போது
noble gas பற்றியதல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Exchange: ஒரே சக்தி, ஒரே சுழற்சி கொண்ட e⁻-கள் இடம் மாற்றிக்கொள்ளும் போது மொத்த சக்தி (total energy) குறையும். அதனால் d⁵, d¹⁰ அதிக நிலைத்தன்மை.

📜 தேர்வுக் கேள்விகள் (exam-style questions)

🟢 உறுதி (Confirmed) = AL வினாத்தாள் PDF-இலிருந்து நேரடியாக எடுக்கப்பட்டது. 🟡 பாங்கு (Pattern) = NIE textbook + past-paper வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட பயிற்சிக் கேள்வி — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி அல்ல, ஆனால் தேர்வில் தோன்றக்கூடிய வடிவமே.
2023 · P1 · (reconstructed) 🟡 பாங்கு (pattern)
Cr (Z=24) மற்றும் Cu (Z=29) அபாவு (Aufbau) எதிர்பார்ப்பிலிருந்து விலகுவதற்கு (deviation) காரணம் என்ன?
  1. அவை d-block உலோகங்கள் (d-block metals)
  2. அவற்றின் 4s ஓபிற்றல் காலியாக உள்ளது
  3. அரை-நிரம்பல் (half-filled) / முழு-நிரம்பல் (fully-filled) d-உப-சக்தி கூடுதல் நிலைத்தன்மை (extra stability) தருகிறது
  4. அவை மாற்று உலோகங்கள் அல்ல
  5. அபாவு எப்போதும் தோராயம் (always approximate)
விடை: (3). Cr: 3d⁵ அரை-நிரம்பல் (half-filled), Cu: 3d¹⁰ முழு-நிரம்பல் (fully-filled). 4s-இல் இருந்து ஒரு e⁻-ஐ "தாவ" விடுவதன் மூலம் இந்த நிலைத்தன்மை அடையப்படுகிறது. காரணம்: பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy) + கோளச் சமச்சீர் (symmetry).
2025 · P1 · (typical) 🟡 பாங்கு (pattern)
Cu (Z=29) நடுநிலை அணுவின் (neutral atom) தனித்த இலத்திரன் எண் (unpaired e⁻)?
  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 9
  5. 10
விடை: (2) 1. Cu = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. 4s-இல் 1 unpaired + 3d-இல் முழு-நிரம்பல் (0 unpaired) = 1 unpaired மொத்தம்.
2022 · P2 · (typical structured) 🟡 பாங்கு (pattern)
Cr (Z=24) மற்றும் Cu (Z=29) அபாவு கொள்கையிலிருந்து (Aufbau principle) விலகுவதை விளக்குக (explain).
விடை: எதிர்பார்த்த அமைப்புகள் (expected configs): Cr [Ar] 4s² 3d⁴, Cu [Ar] 4s² 3d⁹. உண்மை (actual): Cr [Ar] 4s¹ 3d⁵, Cu [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. காரணம் (reason): 4s-இலிருந்து 3d-க்கு ஒரு e⁻ பெயர்வது (promoting one e⁻ from 4s to 3d) அரை-நிரம்பல் d⁵ (half-filled) அல்லது முழு-நிரம்பல் d¹⁰ (fully-filled) நிலையை அடைய அனுமதிக்கிறது. இவை பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy) மற்றும் கோளச் சமச்சீர் (spherical symmetry)-ஐ அதிகரித்து குறைந்த சக்தி நிலையை (lower energy state) தருகின்றன.
2013 · P1 · Q1 🟢 உறுதி (confirmed)
குரோமியத்தின் (chromium) தரை-நிலை (ground state) வெளி இலத்திரன் அமைப்பு மற்றும் அதிகபட்ச ஆக்ஸி நிலை (highest oxidation state):
  1. +3 and [Ar] 3d⁴ 4s²
  2. +4 and [Ar] 3d⁵ 4s¹
  3. +6 and [Ar] 3d⁵ 4s¹
  4. +4 and [Ar] 3d⁶ 4s⁰
  5. +6 and [Ar] 3d⁴ 4s²
விடை: (3) +6 மற்றும் [Ar] 3d⁵ 4s¹. Cr (Z=24) விதிவிலக்கு (anomaly): அரை-நிரம்பல் (half-filled) 3d⁵ நிலைத்தன்மைக்காக ஒரு 4s e⁻ 3d-க்கு மாறுகிறது. அதிகபட்ச oxidation state = 6 (6 valence e⁻: 5 × 3d + 1 × 4s).
📊 தேர்வுச் சுருக்கம் Paper I ~0–1 MCQ 📅 ~70% / years 🎚 medium
சமீபத்திய வருடங்கள்: 2025, 2024, 2022, 2021, 2019, 2018, 2016
🎯 அதிக மதிப்பெண் தரும் புள்ளிகள்
  • Cr (Z=24) = [Ar] 4s¹ 3d⁵ — 6 தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired)
  • Cu (Z=29) = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ — 1 தனித்த இலத்திரன்
  • Cu⁺ = [Ar] 3d¹⁰ = diamagnetic (காந்தத்தால் இழுக்கப்படாது)
  • Cu²⁺ = [Ar] 3d⁹ = paramagnetic (காந்தத்தால் இழுக்கப்படும்)
  • காரணம் (reason): அரை-நிரம்பல் / முழு-நிரம்பல் நிலைத்தன்மை + பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy)
⚠ பொதுவான தவறுகள் (common traps)
  • Cr-ஐ [Ar] 4s² 3d⁴ என்று எழுதுவது (writing) → தவறு
  • Cu-ஐ [Ar] 4s² 3d⁹ → தவறு
  • Cu⁺ paramagnetic என்று நினைப்பது → தவறு (உண்மையில் diamagnetic — 3d¹⁰)
💡 ஒரே வரியில்: Cr = 4s¹ 3d⁵, Cu = 4s¹ 3d¹⁰. காரணம் — d-உப-சக்தி மட்டத்தின் (d-sublevel) அரை/முழு நிரம்பல் நிலைத்தன்மை.
🔗 தொடர்புடைய கருத்துகள் — Connected Concepts
Unit 6 · விரைவில் மாற்று உலோக நிறங்கள் (transition metal colours) — Cr³⁺ பச்சை, Cu²⁺ நீலம் Unit 6 · விரைவில் Cu/Cr-ஐ கம்பி, தொழில் பயன்பாட்டுக்கு (industrial uses) ஏன் தேர்வு செய்கின்றனர்? Unit 12 · விரைவில் KMnO₄ (Mn d⁵) ஒட்சியேற்றியின் (oxidant) வலிமை → d⁵ நிலைத்தன்மை அயன் SO₃²⁻-ஐ Cr₂O₇²⁻ (orange→green) ஒட்சியேற்றுகிறது — d⁰→d³
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Cr and Cu electron configuration anomaly
Cr மற்றும் Cu இலத்திரன் விதிவிலக்கு
Cr and Cu electron configuration anomaly
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. Cr (Z=24) இன் சரியான அமைப்பு:

    1. [Ar]4s²3d⁴
    2. [Ar]4s¹3d⁵
    3. [Ar]4s²3d⁵
    4. [Ar]3d⁶
    5. [Ar]4s¹3d⁴
    விடை
    (2) — [Ar]4s¹3d⁵ — அரைநிரப்பிய 3d⁵ நிலைப்புத்தன்மை.

  2. Cu (Z=29) இன் சரியான அமைப்பு:

    1. [Ar]4s²3d⁹
    2. [Ar]4s¹3d¹⁰
    3. [Ar]4s²3d¹⁰
    4. [Ar]3d¹¹
    5. [Ar]4s¹3d⁹
    விடை
    (2) — [Ar]4s¹3d¹⁰ — முழுநிரப்பிய 3d¹⁰ நிலைப்புத்தன்மை.

  3. Cr, Cu வழுவுக்குக் காரணம்:

    1. வெற்று ஓபிற்றல்
    2. அரை/முழு நிரப்பிய d உபஓடு
    3. 4s வெறுமை
    4. அயனாக்கம்
    5. சமதானி
    விடை
    (2) — அரைநிரப்பிய (d⁵) மற்றும் முழுநிரப்பிய (d¹⁰) நிலைகள் கூடுதல் நிலைப்புத்தன்மை.

  4. அரைநிரப்பிய/முழுநிரப்பிய நிலைப்புத்தன்மைக்குக் காரணம்:

    1. உயர் திணிவு
    2. சமச்சீர் பரவல் + பரிமாற்ற ஆற்றல்
    3. மின்னூட்டம்
    4. சிறிய அளவு
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — சமச்சீர் எலக்ட்ரான் பரவல் + அதிகபட்ச பரிமாற்ற ஆற்றல்.

  5. Cr³⁺ இன் அமைப்பு:

    1. [Ar]3d³
    2. [Ar]4s²3d¹
    3. [Ar]3d⁵
    4. [Ar]4s¹3d²
    5. [Ar]3d⁶
    விடை
    (1) — Cr [Ar]4s¹3d⁵ → −3e⁻ (முதலில் 4s) → [Ar]3d³.

  6. மாற்றுலோக அயனாக்கத்தில் முதலில் நீக்கப்படும் எலக்ட்ரான்:

    1. 3d
    2. 4s
    3. 4p
    4. 3p
    5. 2s
    விடை
    (2) — அயனாக்கத்தில் 4s முதலில் நீக்கப்படும்.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• Cr மற்றும் Cu இன் எதிர்பார்க்கப்பட்ட vs உண்மையான அமைப்பைத் தந்து வேறுபாட்டை விளக்குக.

மாதிரி விடை
Cr எதிர்பார்ப்பு [Ar]4s²3d⁴ → உண்மை [Ar]4s¹3d⁵. Cu எதிர்பார்ப்பு [Ar]4s²3d⁹ → உண்மை [Ar]4s¹3d¹⁰. அரை/முழுநிரப்பிய d நிலைப்புத்தன்மையே காரணம்.

• ஏன் அரைநிரப்பிய மற்றும் முழுநிரப்பிய d உபஓடுகள் நிலையானவை?

மாதிரி விடை
(i) சமச்சீரான எலக்ட்ரான் பரவல். (ii) அதிகபட்ச பரிமாற்ற ஆற்றல் (இணைசுழற்சி எலக்ட்ரான்கள் கூடுதல்).

கட்டுரை வினா

• Cr மற்றும் Cu இன் எலக்ட்ரான் அமைப்பு வழுவை, அதன் காரணத்தையும் அயன் உருவாக்கத்தையும் விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: எதிர்பார்ப்புக்கு மாறாக Cr=4s¹3d⁵, Cu=4s¹3d¹⁰; காரணம் அரை/முழுநிரப்பிய d-இன் சமச்சீர்+பரிமாற்ற ஆற்றல்; அயனாக்கத்தில் 4s முதலில் நீக்கம் → Cr³⁺=3d³, Cu²⁺=3d⁹.