கூட்டம் 17 & 18 மூலகங்கள்
முழுமையான பார்வை — அலசன்களும் விழுமிய வாயுக்களும்
தனிமை அட்டவணையின் வலது பக்க ஓரத்தில் அமைந்துள்ள கூட்டம் 17 (Group 17) மூலகங்கள் அலசன்கள் (halogens) எனப்படுகின்றன; இவை அல்லுலோகங்களாகும். இவற்றை அடுத்து இறுதிக் கூட்டமாக கூட்டம் 18 (Group 18) மூலகங்கள் — விழுமிய வாயுக்கள் (noble gases) — அமைந்துள்ளன. இவ்விரு கூட்டங்களும் ஒன்றுக்கொன்று முற்றிலும் மாறுபட்ட தன்மையைக் கொண்டுள்ளன: அலசன்கள் மிகவும் தாக்கத்திறன் கூடியனவாக இருக்கின்றன, விழுமிய வாயுக்களோ ஏறக்குறைய தாக்கத்திறன் அற்றனவாக இருக்கின்றன.
இப்பாடத்தில் கூட்டம் 17 இன் கூட்டப் போக்குகள், அவற்றின் எளிய சேர்வைகள், குளோரினின் தாக்கங்கள், அத்துடன் கூட்டம் 18 இன் போக்குகளும் செனனின் சேர்வைகளும் NIE பாடநூலின் பிரிவுகள் 4.7 மற்றும் 4.8 இன் ஒழுங்கின்படி கற்பிக்கப்படுகின்றன.
1. கூட்டம் 17 — கூட்டப் போக்குகள் (NIE 4.7.1)
Wikipedia → · CC
கூட்டம் 17 இன் ஒவ்வொரு மூலகமும் அதன் வலுவளவு ஓட்டில் ns²np⁵ என்னும் இலத்திரன் அமைப்பைக் (electron configuration) கொண்டுள்ளது; அதாவது விழுமிய வாயு அமைப்பை அடைய ஒரேயொரு இலத்திரன் மட்டுமே குறைவாக உள்ளது. இக்காரணத்தினால் அலசன்கள் ஓர் இலத்திரனை இலகுவாக ஏற்று −1 ஏற்றமுடைய அயன்களை உருவாக்குகின்றன; எனவே இவை வலிமையான ஒட்சியேற்றிகளாக (oxidising agents) செயற்படுகின்றன.
அறை வெப்பநிலையில் அலசன்கள் வேறுபட்ட பெளதிக நிலைகளில் காணப்படுகின்றன. புளோரின் (F₂) வெளிறிய மஞ்சள் நிற வாயுவாகவும், குளோரின் (Cl₂) வெளிறிய பச்சை-மஞ்சள் நிற வாயுவாகவும், புரோமின் (Br₂) ஆவிப்பறப்புடைய செம்பழுப்பு நிறத் திரவமாகவும், அயடின் (I₂) மினுமினுப்பான கருஊதா நிறத் திண்மமாகவும் அமைகின்றன. கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அணுவின் அளவு பெரிதாகி, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான வான்டர்வால் கவர்ச்சி வலுக்கள் (van der Waals forces) கூடுவதனால் நிறம் அடர்த்தியாகவும், உருகுநிலையும் கொதிநிலையும் படிப்படியாக உயரவும் செய்கின்றன.
| இயல்பு | புளோரின் F₂ | குளோரின் Cl₂ | புரோமின் Br₂ | அயடின் I₂ |
|---|---|---|---|---|
| அறை வெப்பநிலையில் நிலை | வாயு | வாயு | திரவம் | திண்மம் |
| நிறம் | வெளிறிய மஞ்சள் | வெளிறிய பச்சை-மஞ்சள் | செம்பழுப்பு | கருஊதா |
| கொதிநிலை / °C | −188 | −34.7 | 58.8 | 184 |
| மின்னெதிர்த்தன்மை (electronegativity) | 4.0 | 3.0 | 2.8 | 2.5 |
| ஒட்சியேற்றும் திறன் | கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி குறைகின்றது → | |||
கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அணுவாரை கூடுவதனால், புதிதாக ஏற்கப்படும் இலத்திரன் அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் அமைகின்றது; எனவே மின்னெதிர்த்தன்மையும் (electronegativity) ஒட்சியேற்றும் திறனும் (oxidising power) கீழ்நோக்கிக் குறைந்து செல்கின்றன. இதன் விளைவாக புளோரின் இக்கூட்டத்தின் மிக வலிமையான ஒட்சியேற்றியாகவும், அயடின் மிக வலுக்குறைந்த ஒட்சியேற்றியாகவும் அமைகின்றன.
இந்தப் போக்கு இடப்பெயர்ச்சித் தாக்கங்களால் (displacement reactions) தெளிவாக நிறுவப்படுகின்றது. தாக்கத்திறன் கூடிய ஓர் அலசன், தாக்கத்திறன் குறைந்த அலசனின் ஏலைட்டு அயனைக் கரைசலிலிருந்து இடப்பெயர்க்க முடியும். உதாரணமாக, பொற்றாசியம் புரோமைட்டுக் கரைசலுக்குக் (KBr) குளோரின் நீர் சேர்க்கப்பட்டபோது, குளோரின் புரோமைட்டை ஒட்சியேற்றிச் சுதந்திர புரோமினை விடுவித்தது:
Cl₂(aq) + 2I⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + I₂(aq)
ஆனால் I₂(aq) + Cl⁻(aq) → தாக்கம் நிகழாது (அயடின் குளோரைட்டை இடப்பெயர்க்க முடியாது)
Colour and boiling point both rise down the group as van der Waals forces strengthen.
2. கூட்டம் 17 இன் எளிய சேர்வைகள் — ஐதரசன் ஏலைட்டுகள் (NIE 4.7.2)
ஒவ்வொரு அலசனும் ஐதரசனுடன் இணைந்து ஓர் ஐதரசன் ஏலைட்டை (hydrogen halide) — HF, HCl, HBr, HI — உருவாக்குகின்றது. கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது H–X பிணைப்பின் நீளம் கூடி, அதன் பிணைப்பு வலிமை குறைகின்றது. எனவே ஐதரசன் ஏலைட்டுகளின் வெப்ப உறுதிப்பாடு (thermal stability) கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றது: HF மிகவும் உறுதியானது, HI இலகுவாகச் சிதைவடைகின்றது.
நீரில் கரைக்கப்பட்டபோது இவ்வாறு பெறப்படும் அமிலங்களின் அமில வலிமை (acid strength) கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது. HCl, HBr, HI ஆகியன நீரில் வன்மையான அமிலங்களாகச் செயற்படுகின்றன; ஆனால் HF ஒரு மென்னமிலமாக மட்டுமே செயற்படுகின்றது. இதற்குக் காரணம், H–F பிணைப்பு மிக வலிமையானதாக இருப்பதனால் நீரில் அது இலகுவாகப் பிரிகையுற்று H⁺ அயன்களை விடுவிக்க முடிவதில்லை.
| இயல்பு | HF | HCl | HBr | HI |
|---|---|---|---|---|
| H–X பிணைப்பின் பிரிகைச் சக்தி / kJ mol⁻¹ | 570 | 432 | 366 | 298 |
| வெப்ப உறுதிப்பாடு | கீழ்நோக்கி குறைகின்றது → | |||
| நீரில் அமில வலிமை | மென்னமிலம் | வன்னமிலம் | வன்னமிலம் | வன்னமிலம் (மிக வலிது) |
| நீரில் அமில வலிமைப் போக்கு | கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது → | |||
HF இன் விதிவிலக்கு: ஐதரசன் ஏலைட்டுகளுள் HF விதிவிலக்காக நடந்துகொள்கின்றது. F இன் உயர் மின்னெதிர்த்தன்மை காரணமாக HF மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே வலிமையான ஐதரசன் பிணைப்பு (hydrogen bonding) உருவாகின்றது. இக்காரணத்தினால் HF எதிர்பார்க்கப்படுவதிலும் மிக உயர்ந்த கொதிநிலையைக் கொண்டுள்ளது, நீரில் மென்னமிலமாகச் செயற்படுகின்றது, அத்துடன் SiO₂ உடன் தாக்கமடைந்து கண்ணாடியைச் செதுக்கவும் (etches glass) கூடியது.
F இன் உயர் மின்னெதிர்த்தன்மை HF மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே வலிமையான ஐதரசன் பிணைப்பை உருவாக்குகின்றது.
3. குளோரினின் தாக்கங்கள் (NIE 4.7.3)
புளோரினை விடக் குளோரின் தாக்கத்திறன் குறைந்ததாயினும், குளோரின் வாயு இன்னும் ஒரு வலிமையான ஒட்சியேற்றியாகச் செயற்படுகின்றது. குளோரின் உலோகங்களுடனும் அல்லுலோகங்களுடனும் நேரடியாகத் தாக்கமடைந்து குளோரைட்டுகளை உருவாக்குகின்றது; உதாரணமாகச் சூடான இரும்பு குளோரின் வாயுவில் எரிக்கப்பட்டபோது இரும்பு(III) குளோரைட்டு உருவாக்கப்பட்டது.
குளோரின் நீருடன் தாக்கமடையும்போது ஒரு மீளும் தாக்கம் நிகழ்கின்றது; இவ்வாறு உருவாகும் HOCl (ஐபோகுளோரசு அமிலம்) ஒளியின் முன்னிலையில் சிதைவடைந்து ஒட்சிசனை விடுவிப்பதனால் குளோரின் நீர் நிறம் நீக்கும் (bleaching) தன்மையைக் கொண்டுள்ளது:
இருவழிவிகாரம் (disproportionation) என்பது, ஒரே மூலகம் ஒரே தாக்கத்தில் ஒரேசமயத்தில் ஒட்சியேற்றத்திற்கும் (oxidation) ஒட்சிஇறக்கத்திற்கும் (reduction) உட்படும் ஒரு நிகழ்வாகும். நீருடனான மேற்படி தாக்கத்தில் பூச்சிய ஒட்சியேற்ற நிலையில் உள்ள குளோரின் ஒரு பகுதி +1 நிலைக்கு (HOCl இல்) ஒட்சியேற்றமும், மறுபகுதி −1 நிலைக்கு (HCl இல்) ஒட்சிஇறக்கமும் அடைகின்றது.
குளோரின் சோடியம் ஐதரொட்சைட்டுடன் தாக்கமடையும்போதும் இருவழிவிகாரமே நிகழ்கின்றது; இங்கு வெப்பநிலைச் சூழ்நிலையே விளைவுப் பொருளைத் தீர்மானிக்கின்றது. குளிர், ஐதான NaOH உடன் சோடியம் குளோரைட்டும் சோடியம் ஐபோகுளோரைட்டும் உருவாகின்றன; சூடான, செறிந்த NaOH உடன் சோடியம் குளோரைட்டும் சோடியம் குளோரேற்றும் (NaClO₃) உருவாகின்றன:
(Cl : 0 → +1 மற்றும் 0 → −1)
சூடான, செறிந்த : 3Cl₂ + 6NaOH → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O
(Cl : 0 → +5 மற்றும் 0 → −1)
Chlorine starts at oxidation number 0 and ends at both −1 and +1 in the same reaction.
பொதுவான தவறு: இடப்பெயர்ச்சித் தாக்கத்தில் "தாக்கத்திறன் கூடிய அலசன் இடப்பெயர்க்கும்" என்பதைத் தலைகீழாகக் குழப்பிக் கொள்வது. குளோரின் புரோமைட்டை இடப்பெயர்க்கும்; ஆனால் அயடின் ஒருபோதும் குளோரைட்டை இடப்பெயர்க்காது — ஏனெனில் அயடின் குளோரினிலும் வலுக்குறைந்த ஒட்சியேற்றியாகும்.
4. கூட்டம் 18 — விழுமிய வாயுக்கள்: கூட்டப் போக்குகள் (NIE 4.8.1)
கூட்டம் 18 மூலகங்கள் — ஹீலியம் (He), நியோன் (Ne), ஆர்கன் (Ar), கிரிப்டான் (Kr), செனன் (Xe), ரேடான் (Rn) — அனைத்தும் ஓரணு வாயுக்களாகும். ஹீலியம் தவிர்ந்த ஏனைய மூலகங்கள் ns²np⁶ என்னும் முற்றாக நிரப்பப்பட்ட வலுவளவு ஓட்டுடைய (closed-shell configuration) இலத்திரன் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன. இவ்வமைப்பு மிகவும் உறுதியானதாக இருப்பதனால், விழுமிய வாயுக்கள் இலத்திரன்களைப் பெறவோ இழக்கவோ பகிரவோ விரும்புவதில்லை; எனவே இவை மிகக் குறைந்த தாக்கத்திறனைக் கொண்டுள்ளன.
கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அணுவாரை படிப்படியாகக் கூடுகின்றது; மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான வான்டர்வால் வலுக்கள் கூடுவதனால் கொதிநிலை உயர்கின்றது. மாறாக, அணுவாரை கூடி வெளி ஓட்டு இலத்திரன்கள் அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் அமைவதனால் அயனாக்கற் சக்தி (ionisation energy) கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றது. He மிக உயர்ந்த அயனாக்கற் சக்தியைக் கொண்டுள்ளது (2373 kJ mol⁻¹); Xe அதனிலும் மிகக் குறைந்த அயனாக்கற் சக்தியைக் (1170 kJ mol⁻¹) கொண்டுள்ளது.
இவற்றின் தாக்கத்திறன் அற்ற தன்மையே இவற்றின் பயன்பாட்டுக்கு அடிப்படையாகும். ஹீலியம் காற்றிலும் இலேசானதும் எரியாததும் ஆதலால் வளி நிறை பலூன்களிலும் காற்றுக் கப்பல்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. ஆர்கன் சடத்துவ வளிமண்டலமாக மின் விளக்குகளிலும் வெல்டிங் தொழிலிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. நியோன் மின்னூட்டப்பட்டபோது பிரகாசமான செம்மஞ்சள் ஒளியை வழங்குவதனால் விளம்பர நியோன் விளக்குகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
5. கூட்டம் 18 இன் எளிய சேர்வைகள் (NIE 4.8.2)
பல காலமாக விழுமிய வாயுக்கள் எந்தச் சேர்வையையும் உருவாக்க மாட்டா எனக் கருதப்பட்டிருந்தது. ஆனால் செனன் (Xenon) மிகுந்த மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட மூலகங்களுடன் — குறிப்பாகப் புளோரினுடனும் ஒட்சிசனுடனும் — சேர்வைகளை உருவாக்க முடியும் என்பது பின்னர் நிறுவப்பட்டது. செனன் புளோரினுடன் நேரடியாகத் தாக்கமடைந்து XeF₂, XeF₄, XeF₆ ஆகியவற்றை உருவாக்குகின்றது; ஒட்சிசன் சேர்வையாக XeO₃ பெறப்படுகின்றது.
| செனன் சேர்வை | செனனின் ஒட்சியேற்ற நிலை | வடிவம் |
|---|---|---|
| XeF₂ | +2 | நேரியல் (linear) |
| XeF₄ | +4 | சதுரத் தளம் (square planar) |
| XeF₆ | +6 | சிதைந்த எண்முகி (distorted octahedral) |
| XeO₃ | +6 | முக்கோணப் பிரமிட்டு (trigonal pyramidal) |
செனன் தாக்கமடைகின்றது, ஆனால் ஹீலியமும் நியோனும் தாக்கமடைவதில்லை — இதற்குக் காரணம் அணுவின் அளவு வேறுபாடேயாகும். செனன் ஒரு பெரிய அணுவாதலால் அதன் வெளி ஓட்டு இலத்திரன்கள் அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் அமைகின்றன; எனவே செனனின் அயனாக்கற் சக்தி ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருக்கின்றது, அதன் இலத்திரன்கள் இலகுவாகப் பகிரப்படக் கூடியன. மாறாக ஹீலியமும் நியோனும் மிகச் சிறிய அணுக்களாகவும் மிக உயர்ந்த அயனாக்கற் சக்தியைக் கொண்டவையாகவும் இருப்பதனால் அவற்றின் இலத்திரன்களை இணைதிறனுக்காக விடுவிப்பது சாத்தியமற்றது.
Two lone pairs occupy opposite vertices, leaving the four F atoms in a square plane.
பொதுவான தவறு: "விழுமிய வாயுக்கள் ஒருபோதும் தாக்கமடையா" என எழுதுவது தவறானது. செனனும் கிரிப்டானும் — அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட புளோரின், ஒட்சிசன் ஆகியவற்றுடன் — சேர்வைகளை உருவாக்குகின்றன. He மற்றும் Ne மட்டுமே சேர்வைகளை உருவாக்காது; அதற்குக் காரணம் அவற்றின் மிகச் சிறிய அணுவளவும் மிக உயர்ந்த அயனாக்கற் சக்தியுமாகும்.
- கூட்டம் 17 இல் கீழ்நோக்கி: நிறம் அடர்த்தியாகும், கொதிநிலை உயரும், ஆனால் மின்னெதிர்த்தன்மையும் ஒட்சியேற்றும் திறனும் குறையும் — இந்தத் திசையைக் குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம்.
- ஐதரசன் ஏலைட்டுகளில் இரு போக்குகள் எதிர்த் திசையில் அமைகின்றன: வெப்ப உறுதிப்பாடு கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றது; நீரில் அமில வலிமை கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது.
- இருவழிவிகாரத்தை விளக்கும்போது ஒட்சியேற்ற எண்களைக் கட்டாயம் காட்டுங்கள் — ஒரே மூலகம் ஒன்று உயரவும் மற்றொன்று தாழவும் வேண்டும். குளிர் NaOH → 0,+1,−1; சூடான செறிந்த NaOH → 0,+5,−1.
- XeF₄ : ஆறு இலத்திரன் சோடிகள், எண்முகி ஒழுங்கமைப்பு, இரு தனிச்சோடிகள் எதிர் முனைகளில் அமைவதால் வடிவம் சதுரத் தளம் ஆகும் — "எண்முகி" என எழுதுவது தவறு.
- HF ஏன் மென்னமிலம், ஏன் கண்ணாடியைச் செதுக்குகின்றது என்பதற்கு ஐதரசன் பிணைப்பையும் வலிமையான H–F பிணைப்பையுமே காரணமாகக் குறிப்பிடுங்கள்.
Groups 17 and 18 — halogens and noble gases
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →
📝 பயிற்சி வினாக்கள்
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
ஆலசன்களின் (குழு 17) வலுவளவு எலக்ட்ரான்:
- 5
- 6
- 7
- 8
- 1
விடை
(3) — ns²np⁵ → 7 வலுவளவு எலக்ட்ரான்.நெடுங்குழு 17-இல் கீழ்நோக்கி வினைத்திறன்/ஆக்சியேற்றும் திறன்:
- கூடும்
- குறையும்
- மாறாது
- பூச்சியம்
- இரட்டிக்கும்
விடை
(2) — F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂ — கீழ்நோக்கி ↓.ஆலசன் இடப்பெயர்ச்சி வினையில் Cl₂ + 2KBr →
- வினையில்லை
- 2KCl + Br₂
- KClBr
- 2KClO
- KBrCl₂
விடை
(2) — வலிமையான Cl₂ பலவீன Br⁻-ஐ இடப்பெயர்க்கும்.விழுமிய வாயுக்களின் (குழு 18) மந்தத்தன்மைக்குக் காரணம்:
- ஒற்றை எலக்ட்ரான்
- நிறைந்த வலுவளவு ஓடு
- தனிச்சோடி
- அயன்
- எதுவுமில்லை
விடை
(2) — நிறைந்த ns²np⁶ → நிலையானது, மந்தம்.ஆலசன்களின் இயல்பு நிலை: F₂, Cl₂ (வாயு), Br₂ (?), I₂ (?):
- வாயு; வாயு
- திரவம்; திண்மம்
- திண்மம்; திரவம்
- வாயு; திரவம்
- திரவம்; திரவம்
விடை
(2) — Br₂ திரவம், I₂ திண்மம் (லண்டன் விசை கீழ்நோக்கி ↑).HF, HCl, HBr, HI இல் மிக வலிமையான அமிலம்:
- HF
- HCl
- HBr
- HI
- சமம்
விடை
(4) — HI மிக வலிமை — பலவீன H–I பிணைப்பு.
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா
• நெடுங்குழு 17-இல் கீழ்நோக்கி ஆக்சியேற்றும் திறன் குறைவதை இடப்பெயர்ச்சி வினையால் காட்டுக.
மாதிரி விடை
• விழுமிய வாயுக்கள் ஏன் மந்தமானவை? ஆலசன்கள் ஏன் வினைத்திறன் மிக்கவை?
மாதிரி விடை
கட்டுரை வினா
• குழு 17 (ஆலசன்) மற்றும் 18 (விழுமிய வாயு) — பண்புகள், நிலை, ஆக்சியேற்றும் திறன், இடப்பெயர்ச்சி, மந்தத்தன்மையை விளக்குக.