மூன்றாம் ஆவர்த்தனப் போக்குகள்
முழுமையான பார்வை — மூன்றாம் ஆவர்த்தனம் ஏன் முக்கியம்?
ஆவர்த்தன அட்டவணையின் (Periodic Table) மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தில் (Period 3) சோடியம் (Na) தொடக்கம் ஆர்கன் (Ar) வரையான எட்டு மூலகங்கள் — Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar — அமைந்துள்ளன. இவை அனைத்தும் தமது வலுவளவு இலத்திரன்களை (valence electrons) மூன்றாம் கூட்டுக்கூட்டில், அதாவது 3s மற்றும் 3p உபசக்திமட்டங்களில் (subshells) கொண்டுள்ளன. ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக இடமிருந்து வலமாகச் செல்லும்பொழுது இம்மூலகங்களின் இயல்புகள் (properties) ஒரு ஒழுங்கான போக்கில் படிப்படியாக மாறுகின்றன.
இப்பாடத்தில், மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக வலுவளவு இலத்திரன் அமைப்பு எவ்வாறு மாறுகின்றது, உலோக இயல்பு (metallic character) எவ்வாறு குறைகின்றது, மேலும் இம்மூலகங்களின் ஒட்சைட்டுகள் (oxides), ஐதரொட்சைட்டுகள் (hydroxides), ஐதரைட்டுகள் (hydrides), குளோரைட்டுகள் (chlorides) ஆகியனவற்றின் தாக்க நடத்தைகள் எவ்வாறு மாறுகின்றன என்பன NIE பாடநூலின் 4.9 பிரிவின்படி கற்பிக்கப்படுகின்றன.
1. வலுவளவு இலத்திரன் அமைப்பு (NIE 4.9.1)
Wikipedia → · CC
ஒரு மூலகத்தின் வலுவளவு இலத்திரன் அமைப்பை, அது ஆவர்த்தன அட்டவணையில் அமைந்துள்ள நிலையைக் கொண்டு எதிர்வுகூற முடியும். மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக இடமிருந்து வலமாகச் செல்லும்பொழுது, ஒவ்வொரு படியிலும் ஒரு இலத்திரன் மேலதிகமாக 3s அல்லது 3p ஓபிற்றலுக்குச் (orbital) சேர்க்கப்படுகின்றது. சோடியத்தின் வலுவளவு அமைப்பு 3s¹ ஆகவும், ஆர்கனின் வலுவளவு அமைப்பு 3s²3p⁶ ஆகவும் அமைகின்றது.
ஒரு மூலகத்தின் வலுவளவு இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை அதன் கூட்ட எண்ணுடன் (group number) நேரடியாகத் தொடர்புபடுகின்றது; மேலும் இவ்வெண்ணிக்கையே அம்மூலகம் காட்டும் வழமையான ஒட்சியேற்ற நிலையை (oxidation state) தீர்மானிக்கின்றது. உதாரணமாக, சோடியம் ஒரு வலுவளவு இலத்திரனை இழந்து +1 ஒட்சியேற்ற நிலையையும், அலுமினியம் மூன்று இலத்திரன்களை இழந்து +3 ஒட்சியேற்ற நிலையையும் காட்டுகின்றன.
| மூலகம் | கூட்ட எண் | வலுவளவு அமைப்பு | வழமையான ஒட்சியேற்ற நிலை |
|---|---|---|---|
| Na சோடியம் | 1 | 3s¹ | +1 |
| Mg மகனீசியம் | 2 | 3s² | +2 |
| Al அலுமினியம் | 13 | 3s²3p¹ | +3 |
| Si சிலிக்கன் | 14 | 3s²3p² | +4, −4 |
| P பொஸ்பரஸ் | 15 | 3s²3p³ | +5, +3, −3 |
| S சல்பர் | 16 | 3s²3p⁴ | +6, +4, −2 |
| Cl குளோரின் | 17 | 3s²3p⁵ | +7, +5, +1, −1 |
| Ar ஆர்கன் | 18 | 3s²3p⁶ | 0 |
ஆர்கன் ஒரு விழுமிய வாயு (noble gas) ஆகும்; அதன் வலுவளவு கூட்டுக்கூடு 3s²3p⁶ எனப் பூரணமாக நிரப்பப்பட்டிருப்பதனால், அது இலத்திரன்களை இழக்கவோ பெறவோ விரும்புவதில்லை. எனவே ஆர்கன் வழமையாக 0 ஒட்சியேற்ற நிலையில் இருக்கின்றது; அதாவது இரசாயனத் தாக்கங்களில் ஈடுபடாது தனிமூலகமாகவே நிலைத்திருக்கின்றது.
2. உலோக இயல்பு (NIE 4.9.2)
Wikipedia → · CC
மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக இடமிருந்து வலமாகச் செல்லும்பொழுது மூலகங்களின் உலோக இயல்பு படிப்படியாகக் குறைகின்றது. சோடியம், மகனீசியம், அலுமினியம் ஆகியன உலோகங்களாகவும், சிலிக்கன் ஒரு குறையுலோகமாகவும் (metalloid), பொஸ்பரஸ், சல்பர், குளோரின், ஆர்கன் ஆகியன அல்லுலோகங்களாகவும் (non-metals) அமைகின்றன.
இம்மாற்றத்திற்கான காரணம் அயனாக்கச் சக்தி (ionisation energy) மற்றும் மின்னெதிர்த்தன்மை (electronegativity) ஆகியனவற்றின் போக்குகளில் உள்ளது. ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காகச் செல்லும்பொழுது அணுவாரை (atomic radius) குறைகின்றது; இதனால் அணுக்கருவின் ஈர்ப்பு வலுவளவு இலத்திரன்களில் வலுவடைகின்றது. ஆகவே அயனாக்கச் சக்தியும் மின்னெதிர்த்தன்மையும் அதிகரிக்கின்றன. சோடியம் தாழ்ந்த அயனாக்கச் சக்தியைக் கொண்டிருப்பதால் இலகுவாக இலத்திரனை இழந்து நேர் அயனை உருவாக்குகின்றது — இது தனிச்சிறந்த உலோக நடத்தையாகும். மாறாக, குளோரின் உயர் அயனாக்கச் சக்தியையும் உயர் மின்னெதிர்த்தன்மையையும் கொண்டிருப்பதால் இலத்திரன்களை ஈர்த்து எதிர் அயனை உருவாக்குகின்றது — இது அல்லுலோக நடத்தையாகும்.
இம்மூலகங்களின் தனிமூலக வடிவத்தில் காணப்படும் பிணைப்பு வகையும் (bonding type) இப்போக்கைப் பிரதிபலிக்கின்றது. சோடியம், மகனீசியம், அலுமினியம் ஆகியன உலோகப் பிணைப்பை (metallic bonding) கொண்டுள்ளன. சிலிக்கன் பாரிய பங்கீட்டுக் கட்டமைப்பை (giant covalent / lattice structure) வைரத்தை ஒத்த வடிவில் கொண்டிருப்பதால் மிக உயர் உருகுநிலையைக் காட்டுகின்றது. பொஸ்பரஸ் (P₄), சல்பர் (S₈), குளோரின் (Cl₂), ஆர்கன் (Ar) ஆகியன எளிய மூலக்கூற்றுக் கட்டமைப்பை (simple molecular structure) கொண்டுள்ளன; இவற்றுக்கு இடையே பலவீனமான வான்டர்வாலின் விசைகள் (van der Waals forces) மட்டுமே செயற்படுவதால் அவற்றின் உருகுநிலைகள் தாழ்வாக அமைகின்றன.
| இயல்பு | Na | Mg | Al | Si | P₄ | S₈ | Cl₂ | Ar |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| பிணைப்பு வகை | உலோகப் பிணைப்பு | பாரிய பங்கீட்டு | எளிய மூலக்கூற்று | |||||
| உருகுநிலை / °C | 98 | 649 | 660 | 1410 | 44 | 119 | −101 | −189 |
| இயல்பு | உலோகம் | குறையுலோகம் | அல்லுலோகம் | |||||
Si இல் உருகுநிலை உச்சத்தை அடைகின்றது; பின்னர் P இல் கட்டமைப்பு மாறுவதால் கூர்மையாக வீழ்கின்றது.
3. ஒட்சைட்டுகள் நீர், அமிலங்கள், காரங்களுடன் தாக்கம் (NIE 4.9.3)
மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக மூலகங்களின் ஒட்சைட்டுகள், இடப்பக்கத்தில் மூலத்தன்மை (basic) கொண்டனவாகவும், நடுவில் ஈரியல்பு (amphoteric) கொண்டனவாகவும், வலப்பக்கத்தில் அமிலத்தன்மை (acidic) கொண்டனவாகவும் மாறுகின்றன. இரசாயன நடத்தையை ஒப்பிடுவதற்கு, ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் அதியுயர் ஒட்சியேற்ற நிலைக்குரிய ஒட்சைட்டுகள் கருதப்படுகின்றன.
சோடியம் ஒட்சைட்டும் (Na₂O) மகனீசியம் ஒட்சைட்டும் (MgO) மூல ஒட்சைட்டுகள் (basic oxides) ஆகும். சோடியம் ஒட்சைட்டு நீருடன் தாக்கமுற்று சோடியம் ஐதரொட்சைட்டை உருவாக்குகின்றது:
MgO(s) + H₂O(l) → Mg(OH)₂(s)
இவ்விரு ஒட்சைட்டுகளும் மூலத்தன்மை கொண்டனவாதலால், அமிலங்களுடன் தாக்கமுற்று உப்பையும் நீரையும் தருகின்றன:
MgO(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)
அலுமினியம் ஒட்சைட்டு (Al₂O₃) ஈரியல்புடையதாகும்; அதாவது அது அமிலங்களுடனும் காரங்களுடனும் தாக்கமுற்று உப்புகளை உருவாக்குகின்றது. அமிலத்துடன் தாக்கும்பொழுது அது ஒரு மூலமாகவும், காரத்துடன் தாக்கும்பொழுது ஒரு அமிலமாகவும் நடந்துகொள்கின்றது:
Al₂O₃(s) + 2NaOH(aq) + 3H₂O(l) → 2NaAl(OH)₄(aq) (அமிலமாக)
சிலிக்கன்(IV) ஒட்சைட்டு (SiO₂), பொஸ்பரஸ்(V) ஒட்சைட்டு (P₄O₁₀), சல்பர் ஒட்சைட்டுகள் (SO₂, SO₃), குளோரின்(VII) ஒட்சைட்டு (Cl₂O₇) ஆகியன அமில ஒட்சைட்டுகள் (acidic oxides) ஆகும். SiO₂ ஒரு மென் அமிலமாதலால் நீருடன் தாக்கமுறுவதில்லை; ஆயினும் வன்காரங்களுடன் தாக்கமுற்று உப்பை உருவாக்குகின்றது. ஏனைய அமில ஒட்சைட்டுகள் நீரில் கரைக்கப்படும்பொழுது அமிலங்களை உருவாக்குகின்றன:
P₄O₁₀(s) + 6H₂O(l) → 4H₃PO₄(aq)
SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq)
Cl₂O₇(l) + H₂O(l) → 2HClO₄(aq)
இவ்வமில ஒட்சைட்டுகள் காரங்களுடன் தாக்கி உப்பையும் நீரையும் தருகின்றன — உதாரணமாக, SO₃(g) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + H₂O(l). இவ்வாறு, ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காகச் செல்லும்பொழுது ஒட்சைட்டுகளின் தன்மை மூலம் → ஈரியல்பு → அமிலம் எனப் படிப்படியாக மாறுகின்றது.
4. ஐதரொட்சைட்டுகளினதும் ஐதரைட்டுகளினதும் தன்மை (NIE 4.9.4)
மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தில் ஐதரொட்சைட்டுகளின் (hydroxides) போக்குகள், அதே ஆவர்த்தனத்தின் ஒட்சைட்டுகளின் போக்குகளை ஒத்தனவாகவே அமைகின்றன. சோடியம் ஐதரொட்சைட்டு (NaOH) மற்றும் மகனீசியம் ஐதரொட்சைட்டு (Mg(OH)₂) ஆகியன மூலத்தன்மை கொண்டனவாகும்; NaOH ஒரு வன்காரமாக நீரில் நன்கு கரைகின்றது. அலுமினியம் ஐதரொட்சைட்டு (Al(OH)₃) ஈரியல்புடையதாகும் — அது அமிலத்துடனும் காரத்துடனும் தாக்கமுறுகின்றது:
Al(OH)₃(s) + NaOH(aq) → NaAl(OH)₄(aq) (அமிலமாக)
ஐதரைட்டுகளும் (hydrides) இதே போக்கைக் காட்டுகின்றன. சோடியம் ஐதரைட்டு (NaH) மற்றும் மகனீசியம் ஐதரைட்டு (MgH₂) ஆகியன அயனிக்த் தன்மை (ionic) கொண்ட திண்மங்களாகும்; இவை நீருடன் தீவிரமாகத் தாக்கமுற்று ஐதரசன் வாயுவையும் வன்காரக் கரைசலையும் தருகின்றன:
MgH₂(s) + 2H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + 2H₂(g)
சிலிக்கனின், பொஸ்பரஸின், சல்பரின், குளோரினின் ஐதரைட்டுகள் — SiH₄, PH₃, H₂S, HCl — மூலக்கூற்றுத் தன்மை (molecular) கொண்டனவாகும். இவற்றுள் SiH₄ நடுநிலையானதாகவும், H₂S மென் அமிலமாகவும், HCl வன் அமிலமாகவும் நடந்துகொள்கின்றன. நீரில் கரைக்கப்படும்பொழுது HCl பூரணமாக அயனாகி வன் அமிலக் கரைசலைத் தருகின்றது:
HCl(g) + H₂O(l) → Cl⁻(aq) + H₃O⁺(aq)
இவ்வாறு, ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காகச் செல்லும்பொழுது ஐதரொட்சைட்டுகளினதும் ஐதரைட்டுகளினதும் தன்மை வன்மூலம் → ஈரியல்பு → வன்னமிலம் என மாற்றமடைகின்றது. தொடரின் நடுவில் அமைவது ஈரியல்பைக் காட்டுகின்றது.
| மூலகம் | ஐதரொட்சைட்டு | தன்மை | ஐதரைட்டு | பிணைப்பு வகை |
|---|---|---|---|---|
| Na | NaOH | வன்மூலம் | NaH | அயனிக் |
| Mg | Mg(OH)₂ | மென்மூலம் | MgH₂ | அயனிக் |
| Al | Al(OH)₃ | ஈரியல்பு | AlH₃ | பங்கீட்டு |
| Si | — | — | SiH₄ | பங்கீட்டு (மூலக்கூற்று) |
| P | — | — | PH₃ | பங்கீட்டு (மூலக்கூற்று) |
| S | — | — | H₂S | பங்கீட்டு — மென்னமிலம் |
| Cl | — | — | HCl | பங்கீட்டு — வன்னமிலம் |
5. குளோரைட்டுகளின் இயல்பு (NIE 4.9.5)
மூன்றாம் ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக இடமிருந்து வலமாக மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகரிக்கின்றது; இதனால் குளோரைட்டுகளின் (chlorides) நீர்ப்பகுப்புத் திறன் (hydrolysis) அதிகரிக்கின்றது. s-தொகுப்புக் குளோரைட்டுகள் அயனிக் தன்மையையும், p-தொகுப்புக் குளோரைட்டுகள் பங்கீட்டுத் தன்மையையும் கொண்டுள்ளன.
சோடியம் குளோரைட்டு (NaCl) மற்றும் மகனீசியம் குளோரைட்டு (MgCl₂) ஆகியன அயனிக்த் திண்மங்களாகும். NaCl நீரில் கரைந்து கிட்டத்தட்ட நடுநிலைக் கரைசலைத் தருகின்றது; MgCl₂ நீரில் கரையும்பொழுது சிறிதளவு நீர்ப்பகுப்புக்கு உட்படுவதால் சற்று அமிலத்தன்மை கொண்ட கரைசலைத் தருகின்றது.
அலுமினியம் குளோரைட்டு (AlCl₃) மற்றும் சிலிக்கன் டெட்ராகுளோரைட்டு (SiCl₄) ஆகியன பங்கீட்டுப் பிணைப்பைக் (covalent) கொண்டுள்ளன. இவை நீருடன் தீவிரமாக நீர்ப்பகுப்புக்கு உட்பட்டு, அமிலத்தன்மை கொண்ட கரைசலையும் HCl புகையையும் தருகின்றன. சிலிக்கனிலும் அலுமினியத்திலும் காலியான ஓபிற்றல்கள் இருப்பதால், நீர் மூலக்கூற்று அவற்றை இலகுவாகத் தாக்க முடிகின்றது:
AlCl₃(s) + 3H₂O(l) → Al(OH)₃(s) + 3HCl(g)
PCl₅(s) + 4H₂O(l) → H₃PO₄(aq) + 5HCl(g)
இவ்வாறு, ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காகச் செல்லும்பொழுது குளோரைட்டுகளின் பிணைப்பு அயனிக் → பங்கீட்டு என மாற்றமடைகின்றது; அயனிக் குளோரைட்டுகள் கரைந்து நடுநிலைக் கரைசலைத் தர, பங்கீட்டுக் குளோரைட்டுகள் நீர்ப்பகுப்புக்கு உட்பட்டு அமிலக் கரைசலைத் தருகின்றன.
| குளோரைட்டு | பிணைப்பு வகை | நீர்க்கரைசலின் நடத்தை |
|---|---|---|
| NaCl | அயனிக் | நடுநிலை |
| MgCl₂ | அயனிக் | மிக மென் அமிலம் |
| AlCl₃ | பங்கீட்டு | அமிலம் (நீர்ப்பகுப்பு) |
| SiCl₄ | பங்கீட்டு | வன்னமிலம் (நீர்ப்பகுப்பு) |
| PCl₅ | பங்கீட்டு | வன்னமிலம் (நீர்ப்பகுப்பு) |
பொதுவான தவறுகள்: அலுமினியம் ஒட்சைட்டையும் அலுமினியம் ஐதரொட்சைட்டையும் "அமில ஒட்சைட்டு" என எழுதிவிட வேண்டாம் — அவை ஈரியல்புடையன (amphoteric); அமிலத்துடனும் காரத்துடனும் தாக்கமுறுகின்றன. மேலும், SiO₂ நீருடன் தாக்கமுறுவதில்லை என்பதை மறந்துவிட வேண்டாம்; அது ஒரு அமில ஒட்சைட்டாக இருந்தாலும் நீரில் கரைவதில்லை, வன்காரத்துடன் மட்டுமே தாக்கமுறுகின்றது. NaCl நீரில் கரைந்து நடுநிலைக் கரைசலைத் தருகின்றது — அதை அமிலக் கரைசல் எனத் தவறாக எழுதாதீர்கள்.
- ஆவர்த்தனத்தின் குறுக்காக ஒட்சைட்டுகளின் தன்மை மூலம் → ஈரியல்பு → அமிலம் என மாறுகின்றது. இந்த ஒழுங்கான போக்கை எப்போதும் உலோக → குறையுலோக → அல்லுலோக நடத்தையுடன் இணைத்து விளக்குங்கள்.
- உலோக இயல்பு குறைவதற்கான காரணமாக அயனாக்கச் சக்தி மற்றும் மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகரிப்பை எப்போதும் குறிப்பிடுங்கள் — வெறுமனே "உலோகம் அல்ல" என எழுதினால் புள்ளி கிடைக்காது.
- குளோரைட்டு நீர்ப்பகுப்புச் சமன்பாடுகளில் HCl(g) புகை வெளிவருவதைக் காட்டுங்கள்: SiCl₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HCl. அவத்தைக் குறியீடுகளை — (s), (l), (g), (aq) — விட்டுவிடாதீர்கள்.
- Al₂O₃ மற்றும் Al(OH)₃ இன் ஈரியல்பைக் காட்ட இரண்டு சமன்பாடுகள் — அமிலத்துடன் ஒன்று, காரத்துடன் ஒன்று — தேவை.
Periodic trends
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →
📝 பயிற்சி வினாக்கள்
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
கிடைவரிசையில் (இட→வல) அணு ஆரை:
- கூடும்
- குறையும்
- மாறாது
- இரட்டிக்கும்
- பூச்சியம்
விடை
(2) — கருஈர்ப்பு ↑, ஓடு மாறாது → ஆரை ↓.நெடுங்குழுவில் கீழ்நோக்கி உலோகத் தன்மை:
- குறையும்
- கூடும்
- மாறாது
- பூச்சியம்
- இரட்டிக்கும்
விடை
(2) — ஆரை ↑, IE ↓ → உலோகத் தன்மை ↑.மிக உயர் அயனாக்க ஆற்றல் கொண்ட மூலகம் (கிடைவரிசையில்):
- காரஉலோகம்
- விழுமிய வாயு
- ஆலசன்
- மாற்றுலோகம்
- காரமண்
விடை
(2) — விழுமிய வாயு — நிறைந்த ஓடு, மிக உயர் IE.கிடைவரிசையில் ஆக்சைடுகளின் தன்மை மாறுவது:
- அமிலம் → காரம்
- காரம் → அமிலம்
- நடுநிலை
- மாறாது
- எதுவுமில்லை
விடை
(2) — உலோக (கார) → அலோக (அமில) ஆக்சைடு.மிக உயர் மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட மூலகம்:
- O
- Cl
- F
- N
- Br
விடை
(3) — F மிக உயர் மின்னெதிர்த்தன்மை.இவற்றுள் மிகக் குறைந்த அயனாக்க ஆற்றல் கொண்ட மூலகம்:
- He
- Ne
- Na
- Cl
- F
விடை
(3) — காரஉலோகம் Na பெரிய ஆரை → மிகக் குறைந்த IE; விழுமிய வாயு அதிக IE.
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா
• கிடைவரிசை மற்றும் நெடுங்குழுவில் அணு ஆரையின் போக்கைக் காரணத்துடன் தருக.
மாதிரி விடை
• கிடைவரிசையில் உலோக→அலோக மாற்றத்தை ஆக்சைடுகளின் தன்மையால் விளக்குக.
மாதிரி விடை
கட்டுரை வினா
• ஆவர்த்தன போக்குகள் — அணு ஆரை, அயனாக்க ஆற்றல், மின்னெதிர்த்தன்மை, உலோகத் தன்மை, ஆக்சைடு தன்மையை விளக்குக.