Cr, Cu விதிவிலக்குகள் — ஏன்?

எதிர்பார்த்தது vs நடப்பது — Expected vs Reality

அபாவு விதிப்படி (by Aufbau) எழுதினால், Cr (Z=24) என்ன இருக்க வேண்டும்?

எதிர்பார்த்தது (Expected): [Ar] 4s² 3d⁴
ஆனால் உண்மையில் (Actually): [Ar] 4s¹ 3d⁵

Cu (Z=29)?

எதிர்பார்த்தது: [Ar] 4s² 3d⁹
ஆனால் உண்மையில்: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰

இரண்டிலும் ஒரு 4s இலத்திரன் (electron) "தாவி" (jumped) 3d-க்கு வந்துவிட்டது. ஏன் (Why)?

பதில்: அரை-நிரப்பு & முழு-நிரப்பு நிலைத்தன்மை (Half-filled & Fully-filled Stability)

ஓர் உப-சக்தி மட்டம் (sublevel) அரை-நிரப்பு (half-filled) அல்லது முழு-நிரப்பு (fully-filled) ஆக இருக்கும்போது, அது கூடுதல் நிலைத்தன்மை (extra stability) பெறுகிறது. சக்தி (energy) குறைகிறது. அதனால் இயற்கை (nature) அதை விரும்புகிறது.

Cr: 3d⁵ = அரை-நிரப்பு d உப-சக்தி மட்டம் (half-filled d-sublevel) ✓ (5 ஓபிற்றல்களில் ஒவ்வொன்றில் 1 இலத்திரன் — 1 electron per orbital)
Cu: 3d¹⁰ = முழு-நிரப்பு d உப-சக்தி மட்டம் (fully-filled d-sublevel) ✓ (5 ஓபிற்றல்களும் ஜோடியாக — all paired)

ஆழமான ஏன் (Deep Why): இரு காரணங்கள் (Two Reasons)

பரிமாற்றச் சக்தி (Exchange energy): தனித்த இலத்திரன்கள் (unpaired electrons) ஒரே சுழற்சியில் (same spin) இருக்கும் போது, அவை இடம் மாற்றிக்கொள்ள (swap positions) முடியும். இந்த "பரிமாற்றம் (exchange)" சக்தியைக் குறைக்கிறது (lowers energy). அதிக தனித்த இலத்திரன்கள் = அதிக பரிமாற்றச் சக்தி = அதிக நிலைத்தன்மை.
சமச்சீர் விநியோகம் (Symmetric distribution): d⁵, d¹⁰ அமைப்புகள் கோளச் சமச்சீர் (spherically symmetric). இது குறைந்த விரட்டலையும் (less repulsion) அதிக நிலைத்தன்மையையும் (more stability) தருகிறது.

Box diagram — பார்வையாக

Cr — எதிர்பார்த்த அமைப்பு (தவறு)
4s [↑↓] 3d [↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][ ]

Cr — உண்மை அமைப்பு
4s [↑ ] 3d [↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][↑ ] ← 6 தனித்த இலத்திரன்கள்!

Cu — எதிர்பார்த்தது
4s [↑↓] 3d [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑ ]

Cu — உண்மை
4s [↑ ] 3d [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑↓] ← d முழு நிரம்பு + 4s தனித்த

நினைவாற்றல் — ஒரே வாக்கியம்

"அரை-நிரப்பு, முழு-நிரப்பு — d-இன் இரண்டு பிடித்த நிலைகள். அதற்காக 4s-இலிருந்து ஒரு இலத்திரனைக் கொடுக்கத் தயார்."

தேர்வாளர் சிந்தை

தேர்வில் இது எப்படி கேட்கப்படுகிறது

நேரடியான MCQ: "Cr-இன் சரியான இலத்திரன் அமைப்பு எது?" — விடை [Ar] 4s¹ 3d⁵
தனித்த e⁻ எண்ணிக்கை: "Cr-இல் எத்தனை தனித்த இலத்திரன்கள்?" — விடை 6
Cu⁺ vs Cu²⁺: இரண்டின் அமைப்பும் கேட்கப்படும். Cu⁺ = [Ar] 3d¹⁰ (diamagnetic!), Cu²⁺ = [Ar] 3d⁹ (paramagnetic)
"ஏன் விதிவிலக்கு?" — விளக்கம் கேட்கப்படும். "d-உப-சக்தி மட்டம் அரை-நிரப்பு / முழு-நிரப்பு நிலைத்தன்மை பெற" என்று எழுதவும்.

இதே போலான மற்ற விதிவிலக்குகள் (AL-இல் கேட்கப்படாது, ஆனால் தெரிந்து கொள்ளுங்கள்)

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

ஆனால் SL AL பாடத்திட்டத்தில் (syllabus) Cr மற்றும் Cu இரண்டும் மட்டுமே (only these two) சோதிக்கப்படுகின்றன (tested). மற்றவற்றை நினைவில் வைக்க அவசியம் இல்லை (not required).

📜 கடந்த 5 ஆண்டுகள் தேர்வுக் கேள்விகள் (last 5 years)

PaperZone.lk + Past Papers Wiki இலிருந்து (from). உறுதிப்படுத்தப்பட்ட = கொடுக்கப்பட்ட Paper PDF-இலிருந்து நேரடியாக. பாங்கு (pattern) = அதே வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு.

2023 · P1 · (reconstructed) பாங்கு (pattern)

Cr (Z=24) மற்றும் Cu (Z=29) அபாவு (Aufbau) எதிர்பார்ப்பிலிருந்து விலகுவதற்கு (deviation) காரணம் என்ன?

அவை d-block உலோகங்கள் (d-block metals)
அவற்றின் 4s ஓபிற்றல் காலியாக உள்ளது
அரை-நிரப்பு (half-filled) / முழு-நிரப்பு (fully-filled) d-உப-சக்தி கூடுதல் நிலைத்தன்மை (extra stability) தருகிறது
அவை மாற்று உலோகங்கள் அல்ல
அபாவு எப்போதும் தோராயம் (always approximate)

விடை: (3). Cr: 3d⁵ அரை-நிரப்பு (half-filled), Cu: 3d¹⁰ முழு-நிரப்பு (fully-filled). 4s-இல் இருந்து ஒரு e⁻-ஐ "தாவ" விடுவதன் மூலம் இந்த நிலைத்தன்மை அடையப்படுகிறது. காரணம்: பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy) + கோளச் சமச்சீர் (symmetry).

📊 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-நிரப்பு / முழு-நிரப்பு நிலைத்தன்மை + பரிமாற்றச் சக்தி (exchange energy)

⚠ பொதுவான வலைகள் (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 நிரப்பு 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) ஆக்ஸிஜனேற்றியின் (oxidant) வலிமை → d⁵ நிலைத்தன்மை அயன் SO₃²⁻-ஐ Cr₂O₇²⁻ (orange→green) ஆக்ஸிஜனேற்றுகிறது — d⁰→d³