இலத்திரனிலையமைப்பு — அபாவு, பௌலி, ஹுண்ட்

முழுமையான பார்வை — இலத்திரன் நிலையமைப்பு (Electron Configuration) ஏன் முக்கியம்?

க.பொ.த (உ/த) பகுதி I வினாப்பத்திரத்தில் ஏறத்தாழ ஒவ்வொரு வருடமும் தவறாமல் வினவப்படும் ஒரு பிரதான பகுதியாக இலத்திரன் நிலையமைப்பு விளங்குகின்றது. கடந்த 10 வருட வினாத்தாள்களை ஆராய்ந்தால் சுமார் 95 சதவீதமான வருடங்களில் இது நேரடியாகவோ அல்லது மறைமுகமாகவோ சோதிக்கப்பட்டுள்ளது. அணுக்கட்டமைப்பைத் தாண்டி, மூலகங்கள் எவ்வாறு பிணைப்புகளில் (அலகு 2) ஈடுபடுகின்றன, s, p, d தொகுப்பு மூலகங்களின் இரசாயனத் தொழிற்பாடுகள் எவை (அலகு 6), மற்றும் சேதன மூலக்கூறுகளின் (அலகு 8) தாக்கப் பொறிமுறைகள் எவ்வாறு அமைகின்றன போன்ற அனைத்து இரசாயனப் பிரிவுகளையும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்வதற்கு இலத்திரன் நிலையமைப்பே அடித்தளமாக அமைகின்றது.

அடிப்படை — மூன்று பிரதான விதிகள்

1. Aufbau கொள்கை

ஓபிற்றல் சக்தி மட்டங்கள்
*Orbital energy levels*
Wikipedia → · CC

"Aufbau" என்பது 'கட்டியெழுப்புதல்' (building-up) எனப் பொருள்படும் ஒரு ஜெர்மன் சொல்லாகும். இக்கொள்கையின்படி, ஓர் அணுவில் இலத்திரன்கள் நிரப்பப்படும்போது, முதலில் குறைந்த சக்தியுடைய ஓபிற்றல்களிலேயே நிரப்பப்பட வேண்டும்; அதன் பின்னரே படிப்படியாகச் சக்தி கூடிய ஓபிற்றல்களுக்குச் செல்ல வேண்டும். இங்கு மாணவர்கள் விடும் மிகப் பொதுவான தவறு, "3d ஓபிற்றலானது 4s இற்கு முன்னால் வருகின்றது, ஏனெனில் பிரதான சக்தி மட்டம் 3 ஆனது 4 ஐ விடச் சிறியது" என நினைப்பதாகும். இது முற்றிலும் தவறானது. ஓபிற்றல்களின் சக்தியானது n+ℓ விதியினால் (Madelung rule) தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. 4s ஓபிற்றலுக்கு n+ℓ = 4+0 = 4 ஆகும். ஆனால் 3d ஓபிற்றலுக்கு n+ℓ = 3+2 = 5 ஆகும். எனவே, 3d ஐ விட 4s இன் சக்தி குறைவு என்பதனால் 4s முதலிலும், 3d அதன் பின்னரும் இலத்திரன்களால் நிரப்பப்படுகின்றன.

அபாவு தத்துவம்: இலத்திரன்கள் குறைந்த சக்தி உள்ள ஓபிற்றல் தொடங்கி நிரப்பப்படுகின்றன. வரிசை: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p. ஓரே சக்தி உள்ள ஓபிற்றல்கள் (degenerate) எங்கிருந்து தொடங்கினாலும் சரி.

2. பெளலியின் தவிர்க்கைக் கோட்பாடு

இக்கோட்பாட்டின்படி, ஓர் ஓபிற்றலில் அதிகபட்சமாக இரண்டு இலத்திரன்கள் மட்டுமே காணப்பட முடியும், அத்துடன் அவ்விரண்டு இலத்திரன்களும் கட்டாயமாக எதிரெதிர் சுழற்சிகளைக் (ஒன்று ↑ ஆகவும் மற்றொன்று ↓ ஆகவும்) கொண்டிருக்க வேண்டும். இதற்கான ஆழமான காரணம் என்னவெனில், ஒரே அணுவிலுள்ள எந்தவொரு இரண்டு இலத்திரன்களும் முற்றாக ஒத்த நான்கு சக்திச் சொட்டெண்களையும் கொண்டிருக்க முடியாது. ஒரே ஓபிற்றலில் காணப்படும் இரண்டு இலத்திரன்களுக்கு n, ℓ, m_ℓ ஆகிய மூன்றும் சமனாகிவிடுவதனால், அவற்றைப் வேறுபடுத்துவதற்கு சுழற்சிச் சொட்டெண் (m_s) கட்டாயமாக வேறுபட்டிருக்க வேண்டும்.

3. Hund இன் விதி

ஒரே உப-சக்தி மட்டத்தில் உள்ள, சமசக்தியுடைய ஓபிற்றல்களில் (உ-ம்: மூன்று p-ஓபிற்றல்கள்) இலத்திரன்கள் நிரப்பப்படும்போது, ஒவ்வொரு ஓபிற்றலிலும் முதலில் ஒவ்வொரு இலத்திரன் வீதம் தனித்தனியாக, சமாந்தரமான சுழற்சியுடன் நிரப்பப்பட வேண்டும். இவ்வாறான அரை-நிரம்பல் நிலையை அடைந்த பின்னரே இலத்திரன்கள் சோடியாக்கப்பட வேண்டும். இதற்கான காரணம் மிகவும் தர்க்கரீதியானது: இலத்திரன்கள் ஒத்த மறை ஏற்றங்களைக் கொண்டிருப்பதால் அவற்றுக்கிடையே தள்ளுகை விசை (mutual repulsion) தொழிற்படும். ஓபிற்றல்களில் இலத்திரன்கள் தனித்தனியாகப் பரவியிருக்கும்போது இத்தள்ளுகை விசை இழிவாக்கப்பட்டு, அணுவானது மிகக் குறைந்த சக்தியையும் (உறுதித்தன்மையையும்) பெறுகின்றது.

இலத்திரன் நிலையமைப்பை எழுதும் முறை — படிமுறைகள்

உதாரணம் 1: சோடியம் (Na, Z=11)

Z=11 என்பதால் 11 இலத்திரன்கள் நிரப்பப்பட வேண்டும். Aufbau கொள்கையின்படி வரிசையாக நிரப்பினால்: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. (மொத்த இலத்திரன்கள் = 2 + 2 + 6 + 1 = 11).

உதாரணம் 2: இரும்பு (Fe, Z=26)

முழுமையான நிலையமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶. இதனைச் சுருக்கப்பட்ட வடிவில் எழுதும்போது, விழுமிய வாயுவான ஆர்கானின் (Ar, Z=18) இலத்திரன் அமைப்பை [Ar] எனக் குறியீடு செய்து, [Ar] 4s² 3d⁶ என எழுதலாம்.

உதாரணம் 3: ஆர்செனிக் (As, Z=33)

சுருக்கப்பட்ட வடிவம்: [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p³.

ஓபிற்றல் பெட்டி வரிப்படம்

அணு ஓபிற்றல் வடிவங்கள் (s, p)
*Atomic orbital shapes (s, p)*
Wikipedia → · CC

ஒவ்வொரு ஓபிற்றலையும் ஒரு சதுரப் பெட்டியாகக் கருதி, இலத்திரன்களை அம்புக்குறிகளால் (மேல்/கீழ்) குறித்துக் காட்டுவது ஓபிற்றல் பெட்டி வரிப்படமாகும். இங்கு பெளலியின் கோட்பாடும் Hund இன் விதியும் மிகத் தெளிவாகப் பிரயோகிக்கப்படும்.

நைதரசன் (N, Z=7): 1s [↑↓] 2s [↑↓] 2p [↑ ][↑ ][↑ ]
— Hund இன் விதிப்படி மூன்று p ஓபிற்றல்களிலும் இலத்திரன்கள் தனித்தனியாக (3 தனித்த இலத்திரன்கள்).

ஒட்சிசன் (O, Z=8): 1s [↑↓] 2s [↑↓] 2p [↑↓][↑ ][↑ ]
— ஒரு p ஓபிற்றலில் இலத்திரன்கள் சோடியாக்கப்பட்டுள்ளதுடன், 2 தனித்த இலத்திரன்கள் எஞ்சியுள்ளன.

ஓபிற்றல் பெட்டி வரிப்படம் — நைதரசனில் (N) மூன்று 2p ஓபிற்றல்களும் தனித்தனி இலத்திரன்களைக் கொள்கின்றன (ஹுண்டின் விதி); ஒட்சிசனில் (O) நான்காவது இலத்திரனே முதல் சோடியாக்கத்தைத் தொடங்குகின்றது.

அயன்களின் இலத்திரன் நிலையமைப்பு

நேர்-அயன் (cation) உருவாக்கத்தின் போது, அணுவானது இலத்திரன்களை இழக்கின்றது. இலத்திரன்கள் அகற்றப்படும்போது, எந்த ஓபிற்றல் அதிகபட்ச முதன்மைச் சக்திச் சொட்டெண்ணை (அதிக n பெறுமானத்தை) கொண்டுள்ளதோ, அதாவது கருவுக்கு வெளியே மிகத் தொலைவில் உள்ளதோ, அங்கிருந்தே முதலில் இலத்திரன்கள் அகற்றப்பட வேண்டும். உதாரணமாக, இரும்பைக் (Fe, Z=26) கருதினால் அதன் நிலையமைப்பு [Ar] 4s² 3d⁶ ஆகும். Fe²⁺ உருவாகும்போது, 4s ஓபிற்றலிலிருந்தே இரண்டு இலத்திரன்களும் முதலில் அகற்றப்படுகின்றன, 3d இலிருந்து அல்ல! எனவே Fe²⁺ இன் அமைப்பு [Ar] 3d⁶ ஆகும்.

தர்க்கரீதியான காரணம் (ஆழமான பார்வை): "நிரப்பப்படும்போது 4s முதலில் நிரம்பியது, எனவே 3d தானே கடைசியாக நிரம்பியது, அங்கிருந்து தானே முதலில் இலத்திரன் செல்ல வேண்டும்?" என எண்ணுவது மாணவர்களிடையேயான பிரபல தவறாகும். இலத்திரன்கள் நிரப்பப்படுவதற்கு முன்பாக (வெறுமையாக இருக்கும்போது) 4s இன் சக்தி 3d ஐ விடக் குறைவு (4s < 3d). ஆனால், இலத்திரன்கள் நிரம்பிக் கருவின் நிலைமின் கவர்ச்சி அதிகரிக்கப்படும்போது, திரையிடல் விளைவுகளினால் (shielding effects) சக்தி மட்டங்களில் பாரிய மாற்றம் ஏற்படுகிறது. இலத்திரன்கள் நிரம்பிய பின் 3d ஓபிற்றலானது 4s ஐ விடக் குறைந்த சக்தி நிலைக்கு (கருவை நோக்கி) இறங்கி விடுகின்றது (3d < 4s). இதனால் கருவுடன் குறைந்த கவர்ச்சியைக் கொண்ட, ஒப்பீட்டளவில் அதிக சக்தியுடைய 4s ஓபிற்றலிலிருந்தே இலத்திரன்கள் இலகுவாக வெளியேற்றப்படுகின்றன. d-தொகுப்பு மூலகங்களின் (transition metals) அயனாக்கத்தின் போது இத்தர்க்கம் கட்டாயம் பிரயோகிக்கப்பட வேண்டும்.

தனித்த இலத்திரன்கள் — ஏன் முக்கியம்?

திரவ ஒட்சிசன் — பராகாந்த இயல்பு
*Liquid oxygen — paramagnetic*
Wikipedia → · CC

ஓர் அணுவில் அல்லது அயனில் சோடியாக்கப்படாத தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired electrons) காணப்படுமாயின், அவ்விலத்திரன்களின் தற்சுழற்சியின் காரணமாக ஒரு தேறிய காந்தப்புலம் உருவாகும். இதனால், அந்த அணு அல்லது அயன் புறக் காந்தப்புலத்தால் ஈர்க்கப்படும். இவ்வியல்பு பராகாந்த இயல்பு (paramagnetic) எனப்படுகின்றது. மாறாக, அணுவிலுள்ள அனைத்து இலத்திரன்களும் சோடியாக்கப்பட்டு (paired) காணப்படுமாயின், அவற்றின் எதிரெதிர் சுழற்சிகள் ஒன்றையொன்று சமப்படுத்தி தேறிய காந்தப்புலம் பூச்சியமாகும். இதனால் அவை காந்தப்புலத்தால் ஈர்க்கப்படாது. இவ்வியல்பு தயாகாந்த இயல்பு (diamagnetic) எனப்படுகின்றது.

அயன் / அணு	இலத்திரன் நிலையமைப்பு	தனித்த இலத்திரன்கள்	காந்த இயல்பு
Fe³⁺	[Ar] 3d⁵	5	பராகாந்த இயல்பு
Fe²⁺	[Ar] 3d⁶	4	பராகாந்த இயல்பு
Zn²⁺	[Ar] 3d¹⁰	0	தயாகாந்த இயல்பு
Cu²⁺	[Ar] 3d⁹	1	பராகாந்த இயல்பு

🎯 MCQ பயிற்சி — 10 கேள்விகள் (questions)

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

Q1 / 10 ★★★★★

Cr (Z=24) அணுவின் சரியான இலத்திரன் அமைப்பு எது?

(1) [Ar] 4s¹ 3d⁵

சரி. 4s¹ 3d⁵ = அரை-நிரம்பல் (half-filled) நிலைத்தன்மை.

(2) [Ar] 4s² 3d⁵

மொத்தம் 7 e⁻ — Cr-இல் 6 e⁻ மட்டுமே 4s+3d-இல்.

(3) [Ar] 3d⁶

4s வெறுமை — Cr⁺ அமைப்பு, Cr⁰ அல்ல.

(4) [Ar] 4s² 4p⁴

4p Cr-இல் நிரப்பப்படவே இல்லை.

(5) [Ar] 4s² 3d⁴

அபாவு வழியில் (by Aufbau) எழுதியது — ஆனால் Cr விதிவிலக்கு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): 3d⁵ அமைப்பு (configuration) பரிமாற்றச் சக்தியை (exchange energy) அதிகரிக்கிறது + கோளச் சமச்சீர் (spherical symmetry). [Ar] 4s¹ 3d⁵ உண்மையில் [Ar] 4s² 3d⁴-ஐ விட குறைந்த சக்தி கொண்டது.

Q2 / 10 ★★★★★

Fe²⁺ அயனில் எத்தனை தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired electrons) உள்ளன?

(1) 3

Mn²⁺ (3d⁵) எண்ணிக்கையின் dropped (decreased) — பொருந்தாது.

(2) 4

சரி. Fe(Z=26): [Ar]4s²3d⁶ → Fe²⁺: [Ar]3d⁶ → 5 ஓபிற்றலில் 5 e⁻ singly + 1 இரண்டாம் e⁻ paired ⇒ 4 unpaired.

(3) 5

Fe³⁺-இல் 5 (3d⁵).

(4) 6

Fe⁰-இல் 4 unpaired, 4s²-ஐ சேர்க்காமல்.

(5) 2

Fe⁴⁺-இல் 4. Fe²⁺ அல்ல.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): கவனம்: 4s² முதலில் அகற்றப்படும், 3d-இல் இருந்து அல்ல (4s leaves first, NOT 3d). பெட்டி வரைபடம் (box diagram) வரைந்து சோதிக்கவும்.

Q3 / 10 ★★★★☆

பின்வருவனவற்றில் எது தரை நிலையில் (ground state) சரியான இலத்திரன் அமைப்பல்ல?

(1) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Ar (Z=18) — சரி.

(2) 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Na (Z=11) — சரி.

(3) 1s² 2s² 2p⁵ 3s¹

தவறு. 10 e⁻ — Ne-இன் தரை நிலை 1s²2s²2p⁶. இது தூண்டப்பட்ட (excited) நிலை.

(4) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶

Kr (Z=36) — சரி.

(5) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

Cr (Z=24) — விதிவிலக்கு, ஆனால் சரியான தரை நிலை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): தரை நிலை (ground state) = குறைந்த மொத்த சக்தி. ஒரு e⁻ காரணமின்றி உயர் சக்தி ஓபிற்றலில் இருந்தால் — தூண்டப்பட்ட நிலை.

Q4 / 10 ★★★★★

Cu⁺ அயனின் காந்த இயல்பு (magnetic property) என்ன?

(1) Ferromagnetic

Ferromagnetism திட நிலையில் மட்டும், அயனுக்கு அல்ல.

(2) Paramagnetic, 1 unpaired e⁻

Cu²⁺ (3d⁹, 1 unpaired). Cu⁺ அல்ல.

(3) Paramagnetic, 2 unpaired e⁻

Cu எந்த அயனிலும் 2 unpaired இல்லை.

(4) Diamagnetic

சரி. Cu (Z=29): [Ar]4s¹3d¹⁰ (விதிவிலக்கு). Cu⁺: [Ar]3d¹⁰. அனைத்தும் சோடி → diamagnetic.

(5) Paramagnetic, 4 unpaired e⁻

Cu-இல் இவ்வளவு unpaired இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): நினைவில் வையுங்கள்: Cu⁺ = diamagnetic, Cu²⁺ = paramagnetic. இரண்டும் தேர்வில் கேட்கப்படும்.

Q5 / 10 ★★★★☆

தனித்த இலத்திரன்களின் (unpaired e⁻) எண்ணிக்கை அதிகம் எந்த species-இல்?

(1) Cr³⁺

Cr³⁺: [Ar]3d³ → 3 unpaired.

(2) Ni²⁺

Ni²⁺: [Ar]3d⁸ → 2 unpaired.

(3) Zn²⁺

Zn²⁺: [Ar]3d¹⁰ → 0 unpaired.

(4) V³⁺

V³⁺: [Ar]3d² → 2 unpaired.

(5) Fe³⁺

சரி. Fe³⁺: [Ar]3d⁵ → 5 unpaired (அரை-நிரம்பல் / half-filled).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): d⁵ அமைப்பு (Mn²⁺, Fe³⁺) → அதிகபட்ச 5 unpaired. d¹⁰ (Cu⁺, Zn²⁺) → 0.

Q6 / 10 ★★★★☆

O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺ — இவையனைத்தும் isoelectronic (சம இலத்திரன் கொண்ட). எது மிக சிறிய பருமன் (smallest) கொண்டது?

(1) Al³⁺

சரி. Al³⁺ (Z=13) — அதிக நியூக்ளியஸ் கட்டுப்பாடு (highest nuclear charge), அதே 10 e⁻-க்கு → சிறிய பருமன்.

(2) O²⁻

O²⁻ (Z=8) — அதிக e⁻ விரட்டல், பெரிய பருமன்.

(3) F⁻

F⁻ (Z=9) — பெரியது.

(4) Na⁺

Na⁺ (Z=11).

(5) Mg²⁺

Mg²⁺ (Z=12).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Isoelectronic series: Z அதிகரிக்கும் போது பருமன் குறையும் (size decreases as Z increases). N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

Q7 / 10 ★★★★☆

Cr²⁺ அயனின் (Z of Cr = 24) சரியான இலத்திரன் அமைப்பு எது?

(1) [Ar] 4s¹ 3d³

3+1=4 e⁻ மட்டுமே 3d-இல் என்பது சரி அல்ல. Cr²⁺-இல் 4s வெறுமை + 3d⁴ வேண்டும்.

(2) [Ar] 3d⁴

சரி. Cr⁰ = [Ar] 4s¹ 3d⁵ (22 e⁻). Cr²⁺ = 20 e⁻ → முதலில் 4s¹ அகற்றப்படும், பின் 3d⁵-இல் இருந்து 1 e⁻. மொத்தம் = [Ar] 3d⁴.

(3) [Ar] 3d⁵

d⁵ அப்படியே நிற்கும் என்றால் Cr⁺ ஆகும், Cr²⁺ அல்ல.

(4) [Ar] 4s⁰ 3d⁵

d⁵ அப்படியே நிற்கும் என்றால் Cr⁺ ([Ar] 3d⁵) ஆகும். Cr²⁺-க்கு ஒரு கூடுதல் e⁻ அகற்ற வேண்டும்.

(5) [Ar] 4s² 3d²

Cr⁰-இன் தரை நிலையே [Ar] 4s¹ 3d⁵, [Ar] 4s² 3d⁴ அல்ல. தவறான தொடக்க புள்ளி.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): படிகள் (steps): 1) Cr⁰ = [Ar] 4s¹ 3d⁵ எழுதவும். 2) 4s² muthal akarrappadum, ஆனால் இங்கு 4s-இல் 1 e⁻ மட்டுமே → அதை அகற்று. 3) மீதி 1 e⁻ 3d⁵-இல் இருந்து அகற்று → 3d⁴.

Q8 / 10 ★★★☆☆

பின்வரும் 4 அமைப்புகளில் (configurations) எது நைதரசன் அணுவின் (N, Z=7) தரை நிலை?

(1) 1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z¹

2p_z¹ + 2p_x² 2p_y² = ஹுண்ட் மீறல், 9 e⁻ எண்ணிக்கை.

(2) 1s² 2s² 2p_x² 2p_y¹

2p_x² 2p_y¹ — ஹுண்ட் (Hund) மீறப்பட்டுள்ளது (violated): 2p_x² ஆவதற்கு முன் 2p_z நிரப்பப்பட வேண்டும்.

(3) 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹

சரி. மூன்று 2p ஓபிற்றலிலும் ஒவ்வொரு e⁻ — ஹுண்டுக்கு சரி.

(4) 1s² 2s¹ 2p⁴

9 e⁻ — N (7 e⁻) அல்ல.

(5) 1s² 2s² 2p² 2p²

2p² 2p² எழுதுவது தவறான குறியீடு (notation).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): N-இல் 3 unpaired e⁻ (ஹுண்டின் விதி / Hund's rule). N = paramagnetic.

Q9 / 10 ★★★★☆

பின்வருவனவற்றில் எது பௌலி தவிர்க்கைக் கோட்பாட்டை (Pauli exclusion principle) மீறுகிறது?

(1) 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Na — சரி.

(2) 1s² 2s¹

Li — சரி.

(3) 1s² 2s² 2p⁶

Ne — சரி.

(4) 1s³ 2s¹

மீறல். 1s ஓபிற்றலில் அதிகபட்சம் 2 e⁻ (max 2). 1s³ சாத்தியமில்லை.

(5) 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹

C-இன் தரை நிலை — சரி.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): பௌலி: ஓர் ஓபிற்றலில் அதிகபட்சம் 2 e⁻ (max 2), எதிர் spin. 1s³, 2s³ போன்றவை சாத்தியமில்லை.

Q10 / 10 ★★★★☆

Mn²⁺ (Mn, Z=25), Fe²⁺, Cu²⁺ — இவற்றில் பெரிய பருமன் (largest radius) எது?

(1) Fe²⁺

Z=26 → Mn²⁺ விட சிறியது.

(2) Cu²⁺

Z=29 → மிக சிறியது.

(3) அனைத்தும் சமம் (all equal)

d-block-இல் சிறிய மாற்றம் இருந்தாலும், சமம் அல்ல.

(4) தீர்மானிக்க முடியாது (cannot decide)

கொடுக்கப்பட்ட தரவு போதுமானது.

(5) Mn²⁺

சரி. Period 4 d-block-இல் Z அதிகரிக்க பருமன் சிறிது குறையும். Mn²⁺ (Z=25) < Fe²⁺ (Z=26) < Cu²⁺ (Z=29) ⇒ Mn²⁺ மிகப் பெரியது.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): d-block contraction: d-தொகுப்பில் (d-block) நேர-அயன் பருமன் நெடுக சிறிது குறையும் (d-block cation radius decreases slowly across the period).

📜 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.

2025 · P1 · Q5 (style) 🟡 பாங்கு (pattern)

³⁷Cl⁻ அயனை உருவாக்கிய நடுநிலை அணுவின் (atom that formed) சரியான இலத்திரன் அமைப்பு என்ன?

[Ar]
1s² 2s² 2p⁶
[Ne] 3s² 3p⁴
[Ne] 3s² 3p⁵
[Ne] 3s² 3p⁶

விடை: (2) [Ne] 3s² 3p⁵. நடுநிலை Cl (Z=17) → [Ne] 3s² 3p⁵. Cl⁻ ஆக மாற e⁻ ஒன்று சேர்த்தால் [Ne] 3s² 3p⁶ = [Ar] அமைப்பு.

2022 · P1 · Q (typical pattern) 🟡 பாங்கு (pattern)

நிலத்தடி நிலையில் (ground state) தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired e⁻) மிக அதிகம் கொண்ட நடுநிலை அணு (neutral atom) எது?

விடை: (4) Cr. Cr = [Ar] 4s¹ 3d⁵ → 1 + 5 = 6 unpaired e⁻. மற்றவை: N=3, O=2, P=3, Mn=5.

2024 · P1 · Q2 🟢 உறுதி (confirmed)

அவுப்பாவு (Aufbau) கோட்பாடும், ஹூன்டின் (Hund) விதியும் ஆகிய இரண்டும் மீறப்படும் ஓபிற்றல் வரிப்படம் (orbital diagram) எது?

2s: ↑ 2p: ↑↓ ↑ ○
2s: ↑↓ 2p: ↑ ↑ ↑
2s: ↑↓ 2p: ↑↓ ↑ ↑
2s: ↑ 2p: ↑↓ ↑ ↑
2s: ↑↓ 2p: ↑↓ ↑ ○

விடை: (2). இங்கு 2s இல் ஒரே ஒரு இலத்திரன் (↑) மட்டுமே உள்ளது (இரண்டாவது இடம் காலியாக), ஆனால் அதற்கு அதிக ஆற்றல் நிலையிலுள்ள 2p இல் ஏற்கனவே 3 இலத்திரன்கள் (↑↓ ↑ ○) நிரப்பப்பட்டுள்ளன — இது அவுப்பாவு கோட்பாட்டை மீறுகிறது (தாழ் ஆற்றல் ஓபிற்றல் முழுமையாக நிரப்பப்படாமல் உயர் ஆற்றல் ஓபிற்றலில் இலத்திரன்கள் செல்லக்கூடாது). மேலும், 2p இல் உள்ள 3 இலத்திரன்களும் ஒரு ஓபிற்றலில் சோடியாக்கப்பட்டு (↑↓), இரண்டாவதில் தனித்தும் (↑), மூன்றாவது காலியாகவும் (○) உள்ளன — 3 இலத்திரன்களுக்கு மூன்று சம ஆற்றல் ஓபிற்றல்களும் முதலில் தனித்தனியாக நிரப்பப்பட வேண்டும் (↑ ↑ ↑) என்ற ஹூன்டின் விதியையும் இது மீறுகிறது. எனவே (2) இரு விதிகளையுமே ஒரே நேரத்தில் மீறுகிறது.

ஏனையவை: (1) 2s முழுமையாக நிரப்பப்பட்டுள்ளது (அவுப்பாவு சரி), ஆனால் 2p இல் 3 இலத்திரன்கள் ↑↓ ↑ ○ என நிரப்பப்பட்டுள்ளன — ஹூன்டின் விதி மாத்திரம் மீறப்படுகிறது. (3) 2s நிரம்பியுள்ளது, 2p இல் 3 இலத்திரன்களும் தனித்தனியாக (↑ ↑ ↑) — இரு விதிகளும் சரியாகப் பின்பற்றப்படுகின்றன. (4) 2s நிரம்பியுள்ளது, 2p இல் 4 இலத்திரன்கள் ↑↓ ↑ ↑ எனச் சரியாக நிரப்பப்பட்டுள்ளன (Hund-படி முதலில் 3 தனித்தனி, பின் 4வது சோடியாகிறது) — இரு விதிகளும் சரி. (5) 2s இல் ஒரே ஒரு இலத்திரன் மட்டுமே (அவுப்பாவு மீறல்), ஆனால் 2p இல் உள்ள 4 இலத்திரன்களும் (↑↓ ↑ ↑) ஹூன்டின் விதிப்படி சரியாக நிரப்பப்பட்டுள்ளன — அவுப்பாவு மாத்திரம் மீறப்படுகிறது, ஹூன்டின் விதி அல்ல.

2016 · P1 · Q5 🟢 உறுதி (confirmed)

ஒரு மூலகத்தின் (element) கடைசி இரு இலத்திரன்களின் சக்திச் சொட்டெண்கள் (3, 0, 0, +½) மற்றும் (3, 0, 0, −½) எனின், அந்த மூலகம்:

விடை: (3) Mg. n=3, ℓ=0 = 3s ஓபிற்றல். கடைசி 2 e⁻ 3s²-ஐ முழுமைப்படுத்துகின்றன → [Ne] 3s² = Mg (Z=12). Na = 3s¹ (ஒரே ஒரு கடைசி e⁻); Al = 3s² 3p¹ (கடைசி 3p¹).

2018 · P1 · Q1 🟢 உறுதி (confirmed)

வாயு நிலை (gaseous) Co³⁺ அயனின் தரை நிலையில் (ground state) உள்ள தனித்த இலத்திரன்களின் (unpaired electrons) எண்ணிக்கை:

விடை: (4) 4. Co (Z=27) = [Ar] 4s² 3d⁷. அயன் உருவாக்கத்தில் 4s முதலில் வெளியேறும் → Co³⁺ = [Ar] 3d⁶. 3d⁶-இல் Hund: ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ → 4 தனித்த e⁻.

2020 · P1 · Q2 🟢 உறுதி (confirmed)

மாங்கனீஸ் (Mn, Z=25) அணுவில் ℓ = 0 எனும் சக்திச் சொட்டெண் கொண்ட e⁻ எண்ணிக்கையும், m_ℓ = −1 கொண்ட e⁻ எண்ணிக்கையும் முறையே:

8 and 5
8 and 6
10 and 5
6 and 4
8 and 12

விடை: (3) 8 மற்றும் 5. Mn = [Ar] 4s² 3d⁵ = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵. ℓ=0 (s): 1s² + 2s² + 3s² + 4s² = 8 e⁻. m_ℓ=−1: 2p (2 e⁻ in m_ℓ=−1) + 3p (2) + 3d (1, half-filled-Hund) = 5 e⁻.

2025 · P2 · Q1(a)(iv) (restructured) 🟢 உறுதி (confirmed)

Li (Z=3) இன் இரண்டாம் அயனாக்கச் சக்தியும் Be (Z=4) இன் இரண்டாம் அயனாக்கச் சக்தியும் பற்றிய சரியான கூற்று எது?

Li இன் IE₂ = Be இன் IE₂
Be இன் IE₂ ஐ அளக்க முடியாது
Li இற்கு IE₂ கிடையாது
Li இன் IE₂ < Be இன் IE₂
Li இன் IE₂ > Be இன் IE₂

விடை: (2) Li இன் IE₂ > Be இன் IE₂. Li இன் அமைப்பு 1s²2s¹ — IE₁ 2s இலத்திரனை நீக்கும் (எளிதானது); IE₂ [He] எனும் நிலைத்த உட்கருக் கூட்டிலிருந்து ஒரு 1s இலத்திரனை நீக்க வேண்டும் (மிகக் கடினமானது, ≈7298 kJ mol⁻¹). Be இன் அமைப்பு 1s²2s² — IE₁, IE₂ இரண்டுமே 2s வேலன்சு இலத்திரன்களையே நீக்குகின்றன (இரண்டாவதும் இன்னமும் வேலன்சு மட்டத்திலேயே, ≈1757 kJ mol⁻¹). எனவே Li இன் IE₂ (உட்கருக் கூட்டு நீக்கல்) Be இன் IE₂ (இன்னமும் வேலன்சு நீக்கல்) ஐ விடப் பன்மடங்கு அதிகமானது.

📊 தேர்வுச் சுருக்கம் Paper I + II ~1–2 MCQ 📅 ~95% / years 🎚 easy → medium

சமீபத்திய வருடங்கள்: 2025, 2024, 2023, 2022, 2021, 2019, 2018, 2017, 2016, 2015

🎯 அதிக மதிப்பெண் தரும் புள்ளிகள்

அபாவு வரிசை (Aufbau order): 4s 3d-க்கு முன் நிரப்பப்படும்
Cr = [Ar] 4s¹ 3d⁵, Cu = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ — இரண்டும் தெரிய வேண்டும்
அயன் உருவாக்கம் (cation): 4s முதலில் அகற்றப்படும். Fe²⁺ = [Ar] 3d⁶
பெட்டி வரைபடம் (box diagram) வரைய தெரிய வேண்டும்
தனித்த இலத்திரன் (unpaired e⁻) எண்ணுவது → paramagnetic கேள்விகள்
Cu⁺ = diamagnetic, Cu²⁺ = paramagnetic

⚠ பொதுவான தவறுகள் (common traps)

"3 < 4 எனவே 3d முதலில் நிரப்பப்படும்" → தவறு
Fe²⁺-இல் 3d-இலிருந்து இலத்திரன் அகற்றுவது → தவறு
Cr-இல் [Ar] 4s² 3d⁴ என்று எழுதுவது → தவறு (real: [Ar] 4s¹ 3d⁵)

💡 ஒரே வரியில்: அமைப்பை எழுதி, பெட்டி வரைபடம் (box diagram) வரையுங்கள். அயன்களுக்கு (cations) முதலில் 4s அகற்றுங்கள்.

🔗 தொடர்புடைய கருத்துகள் — Connected Concepts

Unit 2 · விரைவில் பிணைப்பு (Bonding) — மதிப்பு e⁻ (valence) இங்கிருந்தே Unit 6 · விரைவில் d-தொகுப்பு வண்ணம் (d-block colour) — Cr/Cu இலிருந்து Unit 11 · விரைவில் சமநிலை (equilibrium) — Le Chatelier electron சார்ந்தது Unit 12 · விரைவில் மின்னிரசாயனம் (electrochem) — redox = e⁻ பரிமாற்றம் (transfer) அயன் அயன் நுண்ணறிவு: SO₃²⁻ — S-இன் 3p⁴ → sp³

இலத்திரன் அமைவு
*Electron configuration*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 மேலும் பயிற்சி செய்ய

📝 வினாத்தொகுப்பு 📄 கடந்தகால வினாத்தாள்கள் 🧠 மைண்ட்மாப்கள்