2. p-தொகுதி தனிமங்கள்-I
கென்னத் வேட் (1932- 2014)
கென்னத் வேட், ஒரு பிரிட்டிஷ் வேதியியலாளர் மற்றும் டர்ஹாம் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் எமெரிட்டஸ் ஆவார். போரேன் கொத்துகளின் வடிவங்களைக் கணிப்பதற்கான ஒரு முறையை அவர் உருவாக்கினார். கொத்து பிணைப்புக்குக் கிடைக்கும் மொத்த எலும்புக்கூட்டு எலக்ட்ரான் ஜோடிகளின் (SEP) எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுவதன் மூலம் போரேன் கொத்துகளின் வடிவத்தைப் பகுத்தறிய வேட்டின் விதிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவரது குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பிற்காக, 1989 இல் லண்டனின் ராயல் சொசைட்டியிடமிருந்து FRS விருது கென்னத் வேட்டிற்கு வழங்கப்பட்டது. வேதியியலில் முன்னேற்றங்களுக்காக 1999 இல் ராயல் சொசைட்டி ஆப் கெமிஸ்ட்ரியிடமிருந்து டில்டன் பரிசு விருதை அவர் பெற்றார்.
கற்றல் நோக்கங்கள்
இந்த அலகைப் படித்த பிறகு, மாணவர்கள் முடியும்
- p-தொகுதி தனிமங்களின் பண்புகளில் பொதுவான போக்குகளை விவரிக்க
- p-தொகுதிக் குழுக்களின் முதல் தனிமத்தின் இயல்பு மாறுபட்ட பண்புகளை விளக்க
- போரானின் தயாரிப்பு, பண்புகள் மற்றும் பயன்களைப் பற்றி விவாதிக்க
- போரான் மற்றும் அலுமினியத்தின் முக்கியமான சேர்மங்களின் தயாரிப்பைப் பற்றி விவாதிக்க
- கார்பன் மற்றும் சிலிக்கானின் முக்கியமான சேர்மங்களின் தயாரிப்பு மற்றும் பண்புகளைப் பற்றி விவாதிக்க
அட்டவணை 2.1 p- தொகுதி தனிமங்களின் பொதுவான மின்னணு கட்டமைப்புகள் மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்
| குழு எண் | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| குழுப் பெயர் | ஐகோசஜென்கள் | டெட்ரஜென்கள் | ப்னிக்டோஜென்கள் | சால்கோஜென்கள் | ஆலசன்கள் | மந்த வாயுக்கள் |
| பொதுவான வெளிப்புற மின்னணு கட்டமைப்பு | \(ns^2 np^1\) | \(ns^2 np^2\) | \(ns^2 np^3\) | \(ns^2 np^4\) | \(ns^2 np^5\) | \(ns^2 np^6\) |
| உயர்ந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலை (குழு ஆக்சிஜனேற்ற நிலை) | \(+3\) | \(+4\) | \(+5\) | \(+6\) | \(+7\) | \(+8\) |
| பிற கவனிக்கப்பட்ட ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் | \(+1\) | \(+2, -4\) | \(+3, -3\) | \(+4, +2, -2\) | \(+5, +3, +1, -1\) | \(+6, +4, +2\) |
2.1.2 உலோகத் தன்மை:
எலக்ட்ரான்களை இழந்து ஒரு நேர்மின் அயனியை உருவாக்கும் ஒரு தனிமத்தின் போக்கு எலக்ட்ரோபோசிட்டிவ் அல்லது உலோகப் பண்பு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்தப் பண்பு அயனியாக்கும் ஆற்றலைச் சார்ந்துள்ளது. பொதுவாக ஒரு குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அயனியாக்கும் ஆற்றல் குறைகிறது, எனவே உலோகத் தன்மை அதிகரிக்கிறது.
படம் 2.1 p-தொகுதி தனிமங்கள் அவற்றின் அயனியாக்கும் என்தால்பி, மின்எதிர்மை மற்றும் உலோகத் தன்மை ஆகியவற்றுடன்.
2.1.3 அயனியாக்கும் என்தால்பி:
p- தொகுதியில், கீழ் இடது பகுதியில் உள்ள தனிமங்கள் உலோகங்களாகும், மேல் வலது பகுதியில் உள்ள தனிமங்கள் அலோகங்களாகும். குழு 13 இன் தனிமங்கள் உலோகப் பண்பைக் கொண்டுள்ளன, முதல் தனிமமான போரான் தவிர, இது ஒரு உலோகப் போலி ஆகும், இது உலோகம் மற்றும் அலோகங்களுக்கு இடைப்பட்ட பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. போரானின் அணு ஆரம் மிகச் சிறியது மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் அதிக அணுக்கரு மின்னூட்டத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இந்தப் பண்புகள் அதன் அலோகத் தன்மைக்குக் காரணமாகின்றன. அடுத்தடுத்த குழுக்களில் அலோகத் தன்மை அதிகரிக்கிறது. குழு 14 தனிமங்களில், கார்பன் ஒரு அலோகம் ஆகும், அதே நேரத்தில் சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியம் உலோகப் போலிகள் ஆகும். குழு 15 இல், நைட்ரஜன் மற்றும் பாஸ்பரஸ் அலோகங்கள் மற்றும் ஆர்சனிக் & ஆன்டிமனி உலோகப் போலிகள் ஆகும். குழு 16 இல், ஆக்ஸிஜன், சல்பர் மற்றும் செலினியம் அலோகங்கள் மற்றும் டெல்லூரியம் ஒரு உலோகப் போலி ஆகும். குழு 17 மற்றும் 18 இன் அனைத்து தனிமங்களும் அலோகங்களாகும்.
ஒரு குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது, பொதுவாக அவற்றின் அணு ஆரம் அதிகரிப்பதால் தனிமங்களின் அயனியாக்கும் என்தால்பியில் நிலையான குறைவு ஏற்படுகிறது என்பதை நாம் ஏற்கனவே அறிந்துள்ளோம். p- தொகுதி தனிமங்களில், இந்த பொதுவான போக்கிற்கு சில சிறிய விலகல்கள் உள்ளன. குழு 13 இல், போரானில் இருந்து அலுமினியம் வரை அயனியாக்கும் என்தால்பி எதிர்பார்த்தபடி குறைகிறது. ஆனால் அலுமினியத்திலிருந்து தாலியம் வரை மிகக் குறைந்த வேறுபாடு மட்டுமே உள்ளது. இது உள் d மற்றும் f- எலக்ட்ரான்களின் இருப்பால் ஏற்படுகிறது, இவை s மற்றும் p- எலக்ட்ரான்களுடன் ஒப்பிடும்போது மோசமான கவச விளைவைக் கொண்டுள்ளன. இதன் விளைவாக, இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் மீதான பயனுள்ள அணுக்கரு மின்னூட்டம் அதிகரிக்கிறது. இதே போன்ற போக்கு குழு 14 இலும் காணப்படுகிறது. மீதமுள்ள குழுக்கள் (15 முதல் 18 வரை) பொதுவான போக்கைப் பின்பற்றுகின்றன. இந்தக் குழுக்களில், குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அயனியாக்கும் என்தால்பி குறைகிறது. இங்கே, d- மற்றும் f- எலக்ட்ரான்களின் மோசமான கவச விளைவு, கூடுதல் p- எலக்ட்ரான்களின் அதிகரித்த கவச விளைவால் முறியடிக்கப்படுகிறது. அடுத்தடுத்த குழுக்களில் உள்ள தனிமங்களின் அயனியாக்கும் என்தால்பி, எதிர்பார்த்தபடி முந்தைய குழுவின் தொடர்புடைய தனிமங்களை விட அதிகமாக உள்ளது.
2.1.4 மின்எதிர்மை
நாம் \(13^{\mathrm{th}}\) குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது, மின்எதிர்மை முதலில் போரானில் இருந்து அலுமினியம் வரை குறைந்து, பின்னர் காலியத்திற்கு மிகக் குறைவாக அதிகரிக்கிறது, அதன் பிறகு குறிப்பிடத்தக்க மாற்றம் இல்லை. இதே போன்ற போக்கு \(14^{\mathrm{th}}\) குழுவிலும் காணப்படுகிறது. மற்ற குழுக்களில், குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது, மின்எதிர்மை குறைகிறது. இந்தக் கவனிக்கப்பட்ட போக்கு அவற்றின் அணு ஆரத்துடன் தொடர்புபடுத்தப்படலாம்.
2.1.5 முதல் தனிமங்களின் இயல்பு மாறுபட்ட பண்புகள்:
p- தொகுதி தனிமங்களில், ஒவ்வொரு குழுவின் முதல் உறுப்பினரும் தொடர்புடைய குழுவின் மற்ற தனிமங்களிலிருந்து வேறுபடுகிறார். பின்வரும் காரணிகள் இந்த இயல்பு மாறுபட்ட நடத்தைக்குக் காரணமாகின்றன.
- முதல் உறுப்பினரின் சிறிய அளவு
- உயர் அயனியாக்கும் என்தால்பி மற்றும் உயர் மின்எதிர்மை
- அவற்றின் இணைதிறன் ஓட்டில் d ஆர்பிட்டால்கள் இல்லாமை
குழு 13 இன் முதல் உறுப்பினரான போரான் ஒரு உலோகப் போலி ஆகும், மற்றவை வினைத்திறன் கொண்ட உலோகங்களாகும். மேலும், போரான் குழு 14 இன் சிலிக்கானுடன் குறுக்கு மூலைவிட்ட தொடர்பைக் காட்டுகிறது. போரான் மற்றும் சிலிக்கானின் ஆக்சைடுகள் அவற்றின் அமிலத் தன்மையில் ஒத்தவை. போரான் மற்றும் சிலிக்கான் இரண்டும் எளிதில் நீராற்பகுக்கப்படும் கோவலன்ட் ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகின்றன. இதேபோல், போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு தவிர, இரு தனிமங்களின் ஆலைடுகளும் எளிதில் நீராற்பகுக்கப்படுகின்றன.
குழு 14 இல், முதல் தனிமமான கார்பன் கண்டிப்பாக ஒரு அலோகம் ஆகும், மற்ற தனிமங்கள் உலோகப் போலிகள் (சிலிக்கான் & ஜெர்மானியம்) அல்லது உலோகங்கள் (டின் & ஈயம்) ஆகும். குழுவின் மற்ற தனிமங்களைப் போலல்லாமல், கார்பன் \(C = C\) \(C = O\) போன்ற பல பிணைப்புகளை உருவாக்க முடியும். கார்பன் தன்னுடனோ அல்லது மற்ற அணுக்களுடனோ பிணைப்புகளின் சங்கிலியை உருவாக்கும் அதிக போக்கைக் கொண்டுள்ளது, இது சங்கிலியாக்கம் என அழைக்கப்படுகிறது. குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது சங்கிலியாக்கும் பண்பு கணிசமாகக் குறைகிறது \((C > > Si > Ge = Sn > Pb)\)
குழு 15 இலும் முதல் தனிமமான நைட்ரஜன் குழுவின் மற்ற தனிமங்களிலிருந்து வேறுபடுகிறது. கார்பனைப் போலவே, நைட்ரஜனும் பல பிணைப்புகளை உருவாக்க முடியும் \((N = N, C = N, N = O\) போன்றவை). நைட்ரஜன் ஒரு இரு அணு வாயு ஆகும், இது குழுவின் மற்ற உறுப்பினர்களைப் போலல்லாமல். இதேபோல் குழு 16 இல், முதல் தனிமமான ஆக்ஸிஜனும் அந்தக் குழுவில் ஒரு இரு அணு வாயுவாக உள்ளது. அதன் உயர் மின்எதிர்மை காரணமாக இது ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது.
குழு 17 இன் முதல் தனிமமான ஃப்ளூரின், மிகவும் மின்எதிர் தனிமம், குழுவின் மற்ற உறுப்பினர்களுடன் ஒப்பிடும்போது முற்றிலும் மாறுபட்ட நடத்தையைக் காட்டுகிறது. ஆக்ஸிஜனைப் போலவே இதுவும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. இது - 1 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை மட்டுமே காட்டுகிறது, மற்ற ஆலசன்கள் - 1 நிலைக்கு கூடுதலாக \(+1\) \(+3\) \(+5\) மற்றும் \(+7\) ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் கொண்டுள்ளன. ஃப்ளூரின் வலிமையான ஆக்சிஜனேற்றி மற்றும் ஆலசன்களில் மிகவும் வினைத்திறன் கொண்ட தனிமம் ஆகும்.
2.1.6 மந்த ஜோடி விளைவு:
கார மற்றும் காரமண் உலோகங்கள் முறையே \(+1\) மற்றும் \(+2\) ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைக் கொண்டுள்ளன என்பதை நாம் ஏற்கனவே அறிந்துள்ளோம், அவை அவற்றில் உள்ள மொத்த எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையுடன் தொடர்புடையது. இதேபோல், p- தொகுதியின் தனிமங்களும் அதிகபட்ச இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கைக்கு (குழு ஆக்சிஜனேற்ற நிலை) தொடர்புடைய ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகின்றன. கூடுதலாக அவை மாறும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையையும் காட்டுகின்றன. (13 முதல் 16 வரையிலான) குழுக்களைச் சேர்ந்த கனமான பிந்தைய-நிலைமாற்ற தனிமங்களைப் பொறுத்தவரை, மிகவும் நிலையான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை குழு ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை விட இரண்டு குறைவாக உள்ளது, மேலும் குழு ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை வெளிப்படுத்த தயக்கம் உள்ளது. குழு 13 தனிமங்களைக் கருத்தில் கொள்வோம். போரானில் இருந்து கனமான தனிமங்களுக்குச் செல்லும்போது, குழு ஆக்சிஜனேற்ற நிலையான \(+3\) ஐ விட \(+1\) ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைப் பெறும் போக்கு அதிகரித்து வருகிறது. எடுத்துக்காட்டாக \(Al^{+3}\) என்பது \(Al^{+1}\) ஐ விட நிலையானது, அதே நேரத்தில் \(TI^{+1}\) என்பது \(TI^{+3}\) ஐ விட நிலையானது. அலுமினியம்(III) குளோரைடு நிலையானது, அதே நேரத்தில் தாலியம்(III) குளோரைடு மிகவும் நிலையற்றது மற்றும் தாலியம்(I) குளோரைடு மற்றும் குளோரின் வாயுவாக விகிதச்சமமாகாது. தாலியத்தில் நிலையான குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலை ns எலக்ட்ரான்களுக்கு மட்டுமல்ல, np எலக்ட்ரான்களின் இழப்பிற்கும் ஒத்துள்ளது என்பதை இது காட்டுகிறது. எனவே கனமான பிந்தைய-நிலைமாற்ற உலோகங்களில், வெளிப்புற s எலக்ட்ரான்கள் (ns) மந்தமாக இருக்கும் போக்கையும், பிணைப்பில் பங்கேற்க தயக்கத்தையும் கொண்டுள்ளன, இது மந்த ஜோடி விளைவு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவு குழுக்கள் 14, 15 மற்றும் 16 இலும் காணப்படுகிறது.
2.1.7 p-தொகுதி தனிமங்களில் உருவேற்றம்:
சில தனிமங்கள் ஒரே இயற்பியல் நிலையில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட படிக அல்லது மூலக்கூறு வடிவங்களில் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, கார்பன் வைரம் மற்றும் கிராஃபைட்டாக உள்ளது. இந்த நிகழ்வு உருவேற்றம் (கிரேக்கத்தில் ‘அல்லோஸ்’ என்றால் வேறு மற்றும் ‘ட்ரோப்’ என்றால் மாற்றம்) என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் ஒரு தனிமத்தின் வெவ்வேறு வடிவங்கள் உருவேற்றங்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. பல p- தொகுதி தனிமங்கள் உருவேற்றத்தைக் காட்டுகின்றன மற்றும் சில பொதுவான உருவேற்றங்கள் அட்டவணையில் பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன.
அட்டவணை 2.2: p-தொகுதி தனிமங்களின் சில பொதுவான உருவேற்றங்கள்
| தனிமம் | மிகவும் பொதுவான உருவேற்றங்கள் |
|---|---|
| போரான் | வடிவமற்ற போரான், α-ரோம்போஹெட்ரல் போரான், β-ரோம்போஹெட்ரல் போரான், γ-ஆர்த்தோரோம்பிக் போரான், α-டெட்ராகோனல் போரான், β-டெட்ராகோனல் போரான் |
| கார்பன் | வைரம், கிராஃபைட், கிராபீன், ஃபுல்லரின்கள், கார்பன் நானோகுழாய்கள் |
| சிலிக்கான் | வடிவமற்ற சிலிக்கான், படிக சிலிக்கான் |
| ஜெர்மானியம் | α-ஜெர்மானியம், β-ஜெர்மானியம் |
| டின் | சாம்பல் டின், வெள்ளை டின், ரோம்பிக் டின், சிக்மா டின் |
| பாஸ்பரஸ் | வெள்ளை பாஸ்பரஸ், சிவப்பு பாஸ்பரஸ், கருஞ்சிவப்பு பாஸ்பரஸ், ஊதா பாஸ்பரஸ், கருப்பு பாஸ்பரஸ் |
| ஆர்சனிக் | மஞ்சள் ஆர்சனிக், சாம்பல் ஆர்சனிக் & கருப்பு ஆர்சனிக் |
| ஆன்டிமனி | நீல-வெள்ளை ஆன்டிமனி, மஞ்சள், கருப்பு |
| ஆக்ஸிஜன் | இருவாயு ஆக்ஸிஜன், ஓசோன் |
| சல்பர் | ரோம்பஸ் சல்பர், ஒற்றைச்சரிவு சல்பர் |
| செலினியம் | சிவப்பு செலினியம், சாம்பல் செலினியம், கருப்பு செலினியம், ஒற்றைச்சரிவு செலினியம் |
| டெல்லூரியம் | வடிவமற்ற & படிக |
2.2 குழு 13 (போரான் குழு) தனிமங்கள்:
2.2.1 தோற்றம்:
போரான் பெரும்பாலும் போரேட்டுகளாக நிகழ்கிறது மற்றும் அதன் முக்கியமானவை போராக்ஸ்- \(Na_{2}[B_{4}O_{5}(OH)_{4}] .8H_2O\) மற்றும் கெர்மைட் - \(Na_{2}[B_{4}O_{5}(OH)_{4}] .2H_2O\). அலுமினியம் மிகுதியான உலோகமாகும் மற்றும் ஆக்சைடுகளாக நிகழ்கிறது மேலும் அலுமினோசிலிகேட் பாறைகளிலும் காணப்படுகிறது. வணிக ரீதியாக இது அதன் முதன்மை தாதுவான பாக்சைட்டிலிருந்து \((Al_{2}O_{3},2H_{2}O)\) பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. இந்தக் குழுவின் மற்ற தனிமங்கள் சுவடு அளவுகளில் மட்டுமே நிகழ்கின்றன. Ga, In மற்றும் Tl ஆகிய மற்ற தனிமங்கள் அவற்றின் சல்பைடுகளாக நிகழ்கின்றன.
2.2.2 இயற்பியல் பண்புகள்:
குழு 13 தனிமங்களின் சில இயற்பியல் பண்புகள் கீழே பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன
அட்டவணை 2.3 குழு 13 தனிமங்களின் இயற்பியல் பண்புகள்
| பண்பு | போரான் | அலுமினியம் | காலியம் | இண்டியம் | தாலியம் |
|---|---|---|---|---|---|
| 293 K இல் இயற்பியல் நிலை | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் |
| அணு எண் | 5 | 13 | 31 | 49 | 81 |
| ஓரிடத்தான்கள் | \(^{11}B\) | \(^{27}Al\) | \(^{69}Ga\) | \(^{115}In\) | \(^{205}Tl\) |
| அணு நிறை (g.mol\(^{-1}\) at 293 K) | 10.81 | 26.98 | 69.72 | 114.82 | 204.38 |
| மின்னணு கட்டமைப்பு | \([He]2s^2 2p^1\) | \([Ne]3s^2 3p^1\) | \([Ar]3d^{10} 4s^2 4p^1\) | \([Kr]4d^{10} 5s^2 5p^1\) | \([Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^2 6p^1\) |
| அணு ஆரம் (Å) | 1.92 | 1.84 | 1.87 | 1.93 | 1.96 |
| அடர்த்தி (g.cm\(^{-3}\) at 293 K) | 2.34 | 2.70 | 5.91 | 7.31 | 11.80 |
| உருகுநிலை (K) | 2350 | 933 | 302.76 | 429.5 | 577 |
| கொதிநிலை (K) | 4273 | 2792 | 2750 | 2300 | 1746 |
2.2.3 போரானின் வேதிப் பண்புகள்:
போரான் இந்தக் குழுவில் ஒரே ஒரு அலோகம் மற்றும் குறைந்த வினைத்திறன் கொண்டது. இருப்பினும், அதிக வெப்பநிலையில் இது வினைத்திறனைக் காட்டுகிறது. அதன் பல சேர்மங்கள் எலக்ட்ரான் குறைபாடு கொண்டவை மற்றும் இயல்பற்ற கோவலன்ட் பிணைப்பு வகையைக் கொண்டுள்ளன, இது அதன் சிறிய அளவு, உயர் அயனியாக்கும் ஆற்றல் மற்றும் கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜனுடன் மின்எதிர்மையில் ஒற்றுமை காரணமாகும்.
உலோக போரைடுகள் உருவாதல்:
கார உலோகங்களைத் தவிர பல உலோகங்கள் \(M_{x}B_{y}\) என்ற பொது வாய்பாட்டுடன் போரைடுகளை உருவாக்குகின்றன (x என்பது 11 வரையிலும் y என்பது 66 அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வரையிலும்)
உலோகங்களுடன் போரானின் நேரடிச் சேர்க்கை:
$$ Cr + nB \xrightarrow{1500K} CrB_{n} $$போரான் ட்ரைஆலைடுகளின் ஒடுக்கம்:
உலோகத்தின் உதவியுடன் டைஹைட்ரஜனுடன் போரான் ட்ரைஆலைடுகளை ஒடுக்குவதால் உலோக போரைடுகள் கிடைக்கின்றன.
$$ 2BCl_{3} + 2W \xrightarrow{1500K} H_{2} \xrightarrow{} 2WB + 2Cl_{2} + 2HCl $$ஹைட்ரைடுகள் உருவாதல்:
போரான் நேரடியாக ஹைட்ரஜனுடன் வினைபுரிவதில்லை. இருப்பினும், இது போரேன்கள் எனப்படும் பல்வேறு ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகிறது. எளிமையான போரேன் டைபோரேன் - \(B_{2}H_{6}\) ஆகும். பிற பெரிய போரேன்களை டைபோரேனிலிருந்து தயாரிக்கலாம். வாயு போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடை 450 K வெப்பநிலையில் சோடியம் ஹைட்ரைடுடன் சிகிச்சையளிப்பதால் டைபோரேன் கிடைக்கிறது. அடுத்தடுத்த வெப்பப்பகுப்பைத் தடுக்க, தயாரிப்பு டைபோரேன் உடனடியாகப் பிடிக்கப்படுகிறது.
$$ 2BF_{3} + 6NaH \xrightarrow{450K} B_{2}H_{6} + 6NaF $$போரான் ட்ரைஆலைடுகள் உருவாதல்:
போரான் அதிக வெப்பநிலையில் ஆலசனுடன் சேர்ந்து போரான் ட்ரைஆலைடுகளை உருவாக்குகிறது.
$$ 2B + 3X_{2} \xrightarrow{} 2BX_{3} $$போரான் நைட்ரைடு உருவாதல்:
போரான் அதிக வெப்பநிலையில் டைநைட்ரஜனுடன் எரிந்து போரான் நைட்ரைடை உருவாக்குகிறது.
$$ 2B + N_{2} \xrightarrow{\Delta} 2BN $$ஆக்சைடுகள் உருவாதல்:
போரான் \(900 \mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் ஆக்ஸிஜனுடன் சூடாக்கப்படும்போது, அது அதன் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.
$$ 4B + 3O_{2} \xrightarrow{900K} 2B_{2}O_{3} $$அமிலங்கள் மற்றும் காரத்துடன் வினை:
ஆலோ அமிலங்கள் போரானுடன் வினைபுரிவதில்லை. இருப்பினும், போரான் சல்பூரிக் அமிலம் மற்றும் நைட்ரிக் அமிலம் போன்ற ஆக்சிஜனேற்ற அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து போரிக் அமிலத்தை உருவாக்குகிறது.
$$ 2B + 3H_{2}SO_{4} \longrightarrow 2H_{3}BO_{3} + 3SO_{2} $$$$ B + 3HNO_{3} \longrightarrow H_{3}BO_{3} + 3NO_{2} $$போரான் உருக்கிய சோடியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் வினைபுரிந்து சோடியம் போரேட்டை உருவாக்குகிறது.
$$ 2B + 6NaOH \longrightarrow 2Na_{3}BO_{3} + 3H_{2} $$போரானின் பயன்கள்:
- போரான் நியூட்ரான்களை உறிஞ்சும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, அதன் ஓரிடத்தான் \(^{10}B_{5}\) அணு உலைகளில் மதிப்பீடாக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- வடிவமற்ற போரான் ராக்கெட் எரிபொருள் பற்றவைப்பியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- போரான் தாவரங்களின் செல் சுவர்களுக்கு அவசியமானது.
- போரானின் சேர்மங்கள் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. உதாரணமாக கண் சொட்டுகள், கிருமி நாசினிகள், சலவைப் பொடிகள் போன்றவற்றில் போரிக் அமிலம் மற்றும் போராக்ஸ் உள்ளன. பைரெக்ஸ் கண்ணாடி தயாரிப்பில், போரிக் ஆக்சைடு பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.2.4. போராக்ஸ் \([Na_{2}B_{4}O_{7}.10H_{2}O]\)
தயாரிப்பு:
போராக்ஸ் என்பது டெட்ராபோரிக் அமிலத்தின் சோடியம் உப்பாகும். இது கோல்மனைட் தாதுவிலிருந்து அதன் கரைசலை சோடியம் கார்பனேட்டுடன் கொதிக்க வைப்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது.
$$ 2Ca_{2}B_{6}O_{11} + 3Na_{2}CO_{3} + H_{2}O \xrightarrow{\Delta} 3Na_{2}B_{4}O_{7} + 3CaCO_{3} + Ca(OH)_{2} $$போராக்ஸ் பொதுவாக \(Na_{2}B_{4}O_{7}.10H_{2}O\) என வாய்ப்படுத்தப்படுகிறது. ஆனால் இது, நான்கு அணுக்கரு அலகுகளை \([B_{4}O_{5}(OH)_{4}]^{2-}\) கொண்டுள்ளது. இந்த வடிவம் பட்டக வடிவம் என அழைக்கப்படுகிறது. போராக்ஸ் மற்ற இரண்டு வடிவங்களிலும் உள்ளது, அதாவது நகைக்கடைக்காரர் அல்லது எண்கோண போராக்ஸ் \((Na_{2}B_{4}O_{7},5H_{2}O)\) மற்றும் போராக்ஸ் கண்ணாடி \((Na_{2}B_{4}O_{7})\).
பண்புகள்
போராக்ஸ் இயற்கையில் காரத்தன்மை கொண்டது மற்றும் சூடான நீரில் அதன் கரைசல் காரத்தன்மை கொண்டது, ஏனெனில் அது போரிக் அமிலம் மற்றும் சோடியம் ஹைட்ராக்சைடாகப் பிரிகிறது.
$$ Na_{2}B_{4}O_{7} + 7H_{2}O \longrightarrow 4H_{3}BO_{3} + 2NaOH $$சூடாக்கும்போது இது வெளிப்படையான போராக்ஸ் மணிகளை உருவாக்குகிறது.
$$ Na_{2}B_{4}O_{7}.10H_{2}O \xrightarrow{\Delta} Na_{2}B_{4}O_{7} \xrightarrow{\Delta} 2NaBO_{2} + B_{2}O_{3} $$போராக்ஸ் அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து சிறிதளவில் கரையக்கூடிய போரிக் அமிலத்தை உருவாக்குகிறது.
$$ Na_{2}B_{4}O_{7} + 2HCl + 5H_{2}O \longrightarrow 4H_{3}BO_{3} + 2NaCl $$$$ Na_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}SO_{4} + 5H_{2}O \longrightarrow 4H_{3}BO_{3} + Na_{2}SO_{4} $$அம்மோனியம் குளோரைடுடன் சிகிச்சையளிக்கும்போது இது போரான் நைட்ரைடை உருவாக்குகிறது.
$$ Na_{2}B_{4}O_{7} + 2NH_{4}Cl \longrightarrow 2NaCl + 2BN + B_{2}O_{3} + 4H_{2}O $$போராக்ஸின் பயன்கள்:
- வண்ணமயமான உலோக அயனிகளை அடையாளம் காண்பதற்கு போராக்ஸ் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- ஒளியியல் மற்றும் போரோசிலிகேட் கண்ணாடி, பீங்கான்களுக்கான எனாமல்கள் மற்றும் மெருகூட்டல்கள் தயாரிப்பில்
- இது உலோகவியலில் ஒரு ஃப்ளக்ஸாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் ஒரு பாதுகாப்புப் பொருளாகவும் செயல்படுகிறது
2.2.5. போரிக் அமிலம் \([H_3BO_3\) or \(B(OH)_3]\)
தயாரிப்பு:
போரிக் அமிலத்தை போராக்ஸ் மற்றும் கோல்மனைட்டிலிருந்து பிரித்தெடுக்கலாம்.
$$ Na_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}SO_{4} + 5H_{2}O \longrightarrow 4H_{3}BO_{3} + Na_{2}SO_{4} $$$$ Ca_{2}B_{4}O_{11} + 11H_{2}O + 4SO_{2} \longrightarrow 2Ca(HSO_{3})_{2} + 6H_{3}BO_{3} $$பண்புகள்:
போரிக் அமிலம் ஒரு நிறமற்ற வெளிப்படையான படிகமாகும். இது மிகவும் பலவீனமான ஒற்றை அமிலமாகும், மேலும் இது புரோட்டானைக் கொடுப்பதை விட ஹைட்ராக்சில் அயனியை ஏற்கிறது.
$$ B(OH)_3 + 2H_2O \Longrightarrow H_3O^+ + [B(OH)_4]^- $$இது சோடியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் வினைபுரிந்து சோடியம் மெட்டாபோரேட் மற்றும் சோடியம் டெட்ராபோரேட்டை உருவாக்குகிறது.
$$ H_{3}BO_{3} + NaOH \longrightarrow NaBO_{2} + 2H_{2}O $$$$ 4H_{3}BO_{3} + 2NaOH \longrightarrow Na_{2}B_{4}O_{7} + 7H_{2}O $$வெப்பத்தின் விளைவு:
போரிக் அமிலம் \(373\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் சூடாக்கப்படும்போது மெட்டாபோரிக் அமிலத்தையும், \(413\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் டெட்ராபோரிக் அமிலத்தையும் கொடுக்கிறது. செம்பஞ்சு சூட்டில் சூடாக்கும்போது, அது போரிக் நீரிலியைக் கொடுக்கிறது, இது ஒரு கண்ணாடி போன்ற பொருளாகும்.
$$ 4H_3BO_3 \xrightarrow{373 K} 4HBO_2 + 4H_2O $$$$ 4HBO_2 \xrightarrow{413 K} H_2B_4O_7 + H_2O $$$$ H_2B_4O_7 \xrightarrow{\text{Red hot}} 2B_2O_3 + H_2O $$அம்மோனியாவின் விளைவு
\(B(OH)_3\) உடன் யூரியாவை இணைத்து, \(800 - 1200\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் அம்மோனியா வளிமண்டலத்தில் உருக்குவதால் போரான் நைட்ரைடு கிடைக்கிறது.
$$ B(OH)_3 + NH_3 \xrightarrow{\Delta} BN + 3H_2O $$எத்தில் போரேட் சோதனை
போரிக் அமிலம் அல்லது போரேட் உப்பை செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலம் முன்னிலையில் எத்தில் ஆல்கஹாலுடன் சூடாக்கும்போது, ஒரு எஸ்டர், ட்ரைஎத்தில்போரேட் உருவாகிறது. இந்த எஸ்டரின் ஆவி பச்சை விளிம்புடன் கூடிய சுடருடன் எரிகிறது, மேலும் இந்த வினை போரேட்டின் இருப்பை அடையாளம் காணப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
$$ H_3BO_3 + 3C_2H_5OH \xrightarrow{\text{Conc.} H_2SO_4} B(OC_2H_5)_3 + 3H_2O $$குறிப்பு: ட்ரைஆல்கைல் போரேட் டெட்ராஹைட்ரோயூரானில் சோடியம் ஹைட்ரைடுடன் வினைபுரிந்து \(Na[B(H(OR)_3]\) என்ற ஒருங்கிணைப்புச் சேர்மத்தை உருவாக்குகிறது, இது ஒரு சக்திவாய்ந்த ஒடுக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது.
போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு உருவாதல்:
போரிக் அமிலம் செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலம் முன்னிலையில் கால்சியம் ஃப்ளூரைடுடன் வினைபுரிந்து போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடைக் கொடுக்கிறது.
$$ 3CaF_2 + 3H_2SO_4 + 2B(OH)_3 \xrightarrow{} 3CaSO_4 + 2BF_3 + 6H_2O $$போரிக் அமிலம் சோடா சாம்பலுடன் சூடாக்கப்படும்போது அது போராக்ஸைக் கொடுக்கிறது
$$ Na_2CO_3 + 4B(OH)_3 \xrightarrow{} Na_2B_4O_7 + CO_2 + 6H_2O $$போரிக் அமிலத்தின் அமைப்பு:
போரிக் அமிலம் ஒரு இரு பரிமாண அடுக்கு அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. இது \([BO_3]^{3-}\) அலகுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இவை படம் 2.2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளால் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
போரிக் அமிலத்தின் பயன்கள்:
- போரிக் அமிலம் பீங்கான் கண்ணாடிகள், எனாமல்கள் மற்றும் நிறமிகள் தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- இது ஒரு கிருமி நாசினியாகவும் கண் கழுவும் மருந்தாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- இது ஒரு உணவுப் பாதுகாப்புப் பொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
படம் 2.2 போரிக் அமிலத்தின் அமைப்பு
2.2.6 டைபோரேன்
தயாரிப்பு:
முன்பு விவாதித்தபடி, உலோக ஹைட்ரைடுடன் போரானின் வினையால் டைபோரேனைத் தயாரிக்கலாம். இந்த முறை தொழில்துறை உற்பத்திக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
சோடியம் போரோஹைட்ரைடுடன் அயோடினின் வினையால் டிக்லைமில் சிறிய அளவுகளில் டைபோரேனைப் பெறலாம்.
$$ 2NaBH_4 + I_2 \longrightarrow B_2H_6 + 2NaI + H_2 $$மெக்னீசியம் போரைடை HCl உடன் சூடாக்கும்போது நிலையற்ற போரேன்களின் கலவை கிடைக்கிறது.
$$ 2Mg_3B_2 + 12HCl \longrightarrow 6MgCl_2 + B_4H_{10} + H_2 $$$$ B_4H_{10} + H_2 \longrightarrow 2B_2H_6 $$பண்புகள்:
போரேன்கள் நிறமற்ற ஈர்மக் காந்தச் சேர்மங்களாகும், குறைந்த வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை கொண்டவை. டைபோரேன் அறை வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவாகும், இனிப்பு மணம் கொண்டது மற்றும் இது மிகவும் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தது. இது மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டதும் ஆகும்.
அதிக வெப்பநிலையில் இது ஹைட்ரஜனை விடுவித்து உயர் போரேன்களை உருவாக்குகிறது.
டைபோரேன்கள் நீர் மற்றும் காரத்துடன் வினைபுரிந்து முறையே போரிக் அமிலம் மற்றும் மெட்டாபோரேட்டுகளைக் கொடுக்கின்றன.
$$ B_2H_6 + 6H_2O \longrightarrow 2H_3BO_3 + 6H_2 $$$$ B_2H_6 + 2NaOH + 2H_2O \longrightarrow 2NaBO_2 + 6H_2 $$காற்றின் விளைவு:
அறை வெப்பநிலையில் தூய டைபோரேன் காற்று அல்லது ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரிவதில்லை, ஆனால் தூய்மையற்ற வடிவத்தில் இது அதிக அளவு வெப்பத்துடன் \(B_2O_3\) ஐக் கொடுக்கிறது.
$$ B_2H_6 + 3O_2 \longrightarrow B_2O_3 + 3H_2O \quad \Delta H = -2165 \mathrm{KJ \ mol}^{-1} $$டைபோரேன் மெத்தில் ஆல்கஹாலுடன் வினைபுரிந்து ட்ரைமெத்தில் போரேட்டைக் கொடுக்கிறது.
$$ B_2H_6 + 6CH_3OH \longrightarrow 2B(OCH_3)_3 + 6H_2 $$ஹைட்ரோபோரேஷன்:
டைபோரேன் அறை வெப்பநிலையில் ஈதர் கரைப்பானில் ஆல்க்கீன்கள் மற்றும் ஆல்க்கைன்களுடன் சேர்க்கிறது. இந்த வினை ஹைட்ரோபோரேஷன் என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது செயற்கை கரிம வேதியியலில், குறிப்பாக ஆன்டி-மார்கோவ்னிகோவ் சேர்த்தலுக்காக அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
$$ B_2H_6 + 6RCH = CHR \longrightarrow 2(RCH_2-CHR)_3B $$அயனி ஹைட்ரைடுகளுடன் வினை
உலோக ஹைட்ரைடுகளுடன் சிகிச்சையளிக்கும்போது இது உலோக போரோஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகிறது
$$ B_2H_6 + 2LiH \xrightarrow{\text{Ether}} 2LiBH_4 $$$$ B_2H_6 + 2NaH \xrightarrow{\text{Diglyme}} 2NaBH_4 $$அம்மோனியாவுடன் வினை:
குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிகப்படியான அம்மோனியாவுடன் சிகிச்சையளிக்கும்போது டைபோரேன் டைபோரேன்டையம்மோனேட்டைக் கொடுக்கிறது. அதிக வெப்பநிலையில் சூடாக்கும்போது இது போராசோலைக் கொடுக்கிறது.
$$ B_2H_6 + 2NH_3 \xrightarrow{\text{Low temp}} B_2H_6.2NH_3 \xrightarrow{473K} B_3N_3H_6 + 6H_2 $$டைபோரேனின் அமைப்பு:
டைபோரேனில் இரண்டு \(BH_2\) அலகுகள் இரண்டு பாலம் ஹைட்ரஜன்களால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. எனவே, இது எட்டு B-H பிணைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், டைபோரேன் 12 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை மட்டுமே கொண்டுள்ளது மற்றும் அவை இயற்கையான கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்க போதுமானதாக இல்லை. நான்கு முனைய B-H பிணைப்புகள் இயற்கையான கோவலன்ட் பிணைப்புகள் (இரு மைய - இரு எலக்ட்ரான் பிணைப்பு அல்லது 2c-2e பிணைப்பு). மீதமுள்ள நான்கு எலக்ட்ரான்கள் பாலம் பிணைப்புகளுக்குப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். அதாவது இரண்டு மூன்று மைய B-H-B பிணைப்புகள் ஒவ்வொன்றும் இரண்டு எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. எனவே, இந்த பிணைப்புகள் மூன்று மைய - இரண்டு எலக்ட்ரான் பிணைப்புகள் (3c-2e) ஆகும். பாலம் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் படம் 2.3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு தளத்தில் உள்ளன. டைபோரேனில், போரான் \(sp^3\) கலப்பினமாக்கப்பட்டுள்ளது.
படம் 2.3 டைபோரேனின் அமைப்பு.
நான்கு \(sp^3\) கலப்பினமாக்கப்பட்ட ஆர்பிட்டால்களில் மூன்று ஒற்றை எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் நான்காவது ஆர்பிட்டால் காலியாக உள்ளது. ஒவ்வொரு போரானின் அரை நிரப்பப்பட்ட கலப்பினமாக்கப்பட்ட ஆர்பிட்டால்களில் இரண்டு, இரண்டு ஹைட்ரஜன்களின் 1s ஆர்பிட்டால்களுடன் ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்ந்து நான்கு முனைய 2c-2e பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன, ஒவ்வொரு போரானிலும் ஒரு காலி மற்றும் ஒரு அரை நிரப்பப்பட்ட கலப்பினமாக்கப்பட்ட ஆர்பிட்டால் விடப்படுகிறது. மூன்று மைய - இரண்டு எலக்ட்ரான் பிணைப்புகள்), B-H-B பிணைப்பு உருவாக்கம் என்பது ஒரு போரானின் அரை நிரப்பப்பட்ட கலப்பினமாக்கப்பட்ட ஆர்பிட்டால், மற்ற போரானின் காலி கலப்பினமாக்கப்பட்ட ஆர்பிட்டால் மற்றும் ஹைட்ரஜனின் அரை நிரப்பப்பட்ட 1s ஆர்பிட்டால் ஆகியவற்றின் ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்வதை உள்ளடக்கியது.
டைபோரேனின் பயன்கள்:
- டைபோரேன் உந்துபொருளுக்கான உயர் ஆற்றல் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- இது கரிம வேதியியலில் ஒரு ஒடுக்கும் முகவராகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- இது பற்றவைப்பு ஊதுகுழல்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது
2.2.7 போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு:
தயாரிப்பு:
செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலம் முன்னிலையில் கால்சியம் ஃப்ளூரைடுடன் போரான் ட்ரைஆக்சைடைச் சேர்த்து சிகிச்சையளிப்பதன் மூலம் போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு பெறப்படுகிறது.
$$ B_2O_3 + 3CaF_2 + 3H_2SO_4 \xrightarrow{\Delta} 2BF_3 + 3CaSO_4 + 3H_2O $$போரான் ட்ரைஆக்சைடை கார்பன் மற்றும் ஃப்ளூரினுடன் சேர்த்து சிகிச்சையளிப்பதன் மூலமும் இதைப் பெறலாம்.
$$ B_2O_3 + 3C + 3F_2 \xrightarrow{\Delta} 2BF_3 + 3CO $$ஆய்வகத்தில் தூய \(BF_3\) பென்சீன் டைஅசோனியம் டெட்ராஃப்ளூரோ போரேட்டின் வெப்பச் சிதைவால் தயாரிக்கப்படுகிறது.
$$ C_6H_5N_2BF_4 \xrightarrow{\Delta} BF_3 + C_6H_5F + N_2 $$பண்புகள்:
போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு ஒரு தள வடிவவியலைக் கொண்டுள்ளது. இது ஒரு எலக்ட்ரான் குறைபாடுள்ள சேர்மமாகும், மேலும் எலக்ட்ரான் ஜோடிகளை ஏற்று ஒருங்கிணைப்புக் கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. அவை \([BX_4]^-\) வகையின் அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகின்றன.
$$ BF_3 + 3NH_3 \longrightarrow [BF_3NH_3] + 2NH_3 \xrightarrow{} [BF(NH_3)_2] + NH_4F $$நீராற்பகுப்பில், போரிக் அமிலம் கிடைக்கிறது. இது பின்னர் ஹைட்ரோ ஃப்ளூரோபோரிக் அமிலமாக மாற்றப்படுகிறது.
$$ 4BF_3 + 6H_2O \longrightarrow 3H_3O^+ + 3[BF_3OH]^- \xrightarrow{} H_3BO_3 $$$$ 3[BF_3OH]^- + 3H_3O^+ \longrightarrow 3BF_3 + 3H_2O $$போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடின் பயன்கள்:
- போரான் ட்ரைஃப்ளூரைடு \(HBF_4\) தயாரிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது கரிம வேதியியலில் ஒரு வினையூக்கியாகும்
- இது ஒரு ஃப்ளூரினேற்ற மறுப்பொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.2.8 அலுமினியம் குளோரைடு:
தயாரிப்பு:
அலுமினிய உலோகம் அல்லது அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது, அலுமினியம் ட்ரைகுளோரைடு உருவாகிறது. வினைக் கலவை ஆவியாக்கப்பட்டு நீரேறிய அலுமினியம் குளோரைடு பெறப்படுகிறது.
$$ 2Al + 6HCl \longrightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 $$$$ Al(OH)_3 + 3HCl \longrightarrow AlCl_3 + 3H_2O $$மெக்காஃப் செயல்முறை:
அலுமினா மற்றும் கோக்கின் கலவையை குளோரின் நீரோட்டத்தில் சூடாக்குவதன் மூலம் அலுமினியம் குளோரைடு பெறப்படுகிறது.
$$ 2Al_2O_3 + 3C + 6Cl_2 \longrightarrow 4AlCl_3 + 3CO_2 $$தொழில்துறை அளவில் இது \(1000\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் அலுமினியத்தை குளோரினேற்றுவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது
$$ 2Al + 3Cl_2 \xrightarrow{1000K} 2AlCl_3 $$பண்புகள்:
நீரற்ற அலுமினியம் குளோரைடு ஒரு நிறமற்ற, நீரை உறிஞ்சும் பொருளாகும்.
அலுமினியம் குளோரைட்டின் நீர்க்கரைசல் இயற்கையில் அமிலத்தன்மை கொண்டது. இது ஈரமான காற்றில் ஹைட்ரஜன் குளோரைடு புகையையும் உருவாக்குகிறது.
$$ AlCl_3 + 3H_2O \longrightarrow Al(OH)_3 + 3HCl $$அம்மோனியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் இது அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடை உருவாக்குகிறது.
$$ AlCl_3 + 3NH_4OH \longrightarrow Al(OH)_3 + 3NH_4Cl $$அதிகப்படியான சோடியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் இது உலோக அலுமினேட்டை உருவாக்குகிறது
$$ AlCl_3 + 4NaOH \longrightarrow NaAlO_2 + 2H_2O + 3NaCl $$இது ஒரு லூயிஸ் அமிலமாக நடந்து கொள்கிறது மற்றும் அம்மோனியா, பாஸ்பைன் மற்றும் கார்போனைல்குளோரைடு போன்றவற்றுடன் சேர்க்கைச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. எ.கா. \(AlCl_3,6NH_3\)
அலுமினியம் குளோரைட்டின் பயன்கள்:
- நீரற்ற அலுமினியம் குளோரைடு ஃப்ரீடெல் கிராஃப்ட்ஸ் வினையில் ஒரு வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- கனிம எண்ணெய்களை வெடிப்புச் சிதைவு செய்வதன் மூலம் பெட்ரோல் தயாரிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- சாயங்கள், மருந்துகள் மற்றும் வாசனை திரவியங்கள் தயாரிப்பில் ஒரு வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.2.9 படிகாரங்கள்:
பொட்டாசியம் அலுமினியம் சல்பேட்டின் \([K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3,24H_2O]\) இரட்டை உப்புக்கு படிகாரம் என்ற பெயர் வழங்கப்படுகிறது. இப்போதெல்லாம் இது \(M_2^ISO_4 \cdot M_2^{III}(SO_4)_3,24H_2O\) கொண்ட அனைத்து இரட்டை உப்புகளுக்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இங்கு \(M^I\) என்பது ஒருமதிப்பு உலோக அயனி அல்லது \([NH_4]^+\) மற்றும் \(M^{III}\) என்பது மும்மதிப்பு உலோக அயனியாகும்.
எடுத்துக்காட்டுகள்:
பொட்டாஷ் படிகாரம் \([K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O]\); சோடியம் படிகாரம் \([Na_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O]\); அம்மோனியம் படிகாரம் \([(NH_4)_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O]\), குரோம் படிகாரம் \([K_2SO_4.Cr_2(SO_4)_3.24H_2O]\).
பொதுவாக படிகாரங்கள் குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீரில் அதிகம் கரையக்கூடியவை மற்றும் கரைசல்களில் அவை தொகுதி அயனிகளின் பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன.
தயாரிப்பு:
அலுமைன், படிகாரக் கல் இயற்கையாக நிகழும் வடிவமாகும், மேலும் இது \(K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.4Al(OH)_3\) ஆகும். படிகாரக் கல் அதிகப்படியான சல்பூரிக் அமிலத்துடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது, அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு அலுமினியம் சல்பேட்டாக மாற்றப்படுகிறது. கணக்கிடப்பட்ட அளவு பொட்டாசியம் சல்பேட் சேர்க்கப்பட்டு, கரைசல் படிகமாக்கப்பட்டு பொட்டாஷ் படிகாரத்தை உருவாக்குகிறது. இது மறுபடிகமாக்கல் மூலம் தூய்மைப்படுத்தப்படுகிறது.
$$ K_2SO_4Al_2(SO_4)_3.4Al(OH)_3 + 6H_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + 3Al_2(SO_4)_3 + 12H_2O $$$$ K_2SO_4 + Al_2(SO_4)_3 + 24H_2O \longrightarrow K_2SO_4Al_2(SO_4)_3.24H_2O $$பண்புகள்
பொட்டாஷ் படிகாரம் ஒரு வெள்ளை படிகத் திடப்பொருளாகும், இது நீரில் கரையக்கூடியது மற்றும் ஆல்கஹாலில் கரையாது. அலுமினியம் சல்பேட்டின் நீராற்பகுப்பு காரணமாக நீர்க்கரைசல் அமிலத்தன்மை கொண்டது, இது \(365 \mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் உருகும். \(475 \mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் நீரேற்றத்தை இழந்து வீங்குகிறது. வீங்கிய நிறை எரிந்த படிகாரம் என அழைக்கப்படுகிறது. செம்பஞ்சு சூடு வரை சூடாக்கும்போது அது பொட்டாசியம் சல்பேட், அலுமினா மற்றும் சல்பர் ட்ரைஆக்சைடாகச் சிதைகிறது.
$$ K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O \xrightarrow{475K} K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3 + 24H_2O $$$$ K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3 \xrightarrow{\text{Red hot}} K_2SO_4 + Al_2O_3 + 3SO_3 $$பொட்டாஷ் படிகாரம் அம்மோனியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடை உருவாக்குகிறது.
$$ K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O + 6NH_4OH \longrightarrow K_2SO_4 + 3(NH_4)_2SO_4 + 24H_2O + 2Al(OH)_3 $$படிகாரத்தின் பயன்கள்:
- இது நீரைச் சுத்திகரிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- இது நீர்ப்புகாப்பு மற்றும் ஜவுளிகளுக்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- இது சாயமிடுதல், காகிதம் மற்றும் தோல் பதனிடும் தொழில்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது
- இரத்தப்போக்கை நிறுத்த ஒரு இரத்த உறைவூக்கி முகவராகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.3 குழு 14 (கார்பன் குழு) தனிமங்கள்:
2.3.1 தோற்றம்:
கார்பன் கிராஃபைட் என பூர்வீக வடிவத்தில் காணப்படுகிறது. நிலக்கரி, பச்சை எண்ணெய் மற்றும் கால்சைட், மாக்னசைட் போன்ற கார்பனேட் பாறைகள் மற்ற தனிமங்களுடன் இணைந்த வடிவத்தில் அதிக அளவு கார்பனைக் கொண்டுள்ளன. சிலிக்கான் சிலிக்காவாக (மணல் மற்றும் குவார்ட்ஸ் படிகம்) நிகழ்கிறது. சிலிக்கேட் கனிமங்கள் மற்றும் களிமண் ஆகியவை சிலிக்கானுக்கான பிற முக்கிய ஆதாரங்களாகும்.
2.3.2 இயற்பியல் பண்புகள்:
குழு 14 தனிமங்களின் சில இயற்பியல் பண்புகள் கீழே பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன
அட்டவணை 2.4 குழு 14 தனிமங்களின் இயற்பியல் பண்புகள்
| பண்பு | கார்பன் | சிலிக்கான் | ஜெர்மானியம் | டின் | ஈயம் |
|---|---|---|---|---|---|
| 293 K இல் இயற்பியல் நிலை | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் | திண்மம் |
| அணு எண் | 6 | 14 | 32 | 50 | 82 |
| ஓரிடத்தான்கள் | \(^{12}C, ^{13}C, ^{14}C\) | \(^{28}Si, ^{30}Si\) | \(^{73}Ge, ^{74}Ge\) | \(^{120}Sn\) | \(^{208}Pb\) |
| அணு நிறை (g.mol\(^{-1}\) at 293 K) | 12.01 | 28.09 | 72.63 | 118.71 | 207.2 |
| மின்னணு கட்டமைப்பு | \([He]2s^2 2p^2\) | \([Ne]3s^2 3p^2\) | \([Ar]3d^{10} 4s^2 4p^2\) | \([Kr]4d^{10} 5s^2 5p^2\) | \([Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^2 6p^2\) |
| அணு ஆரம் (Å) | 1.70 | 2.10 | 2.11 | 2.17 | 2.02 |
| அடர்த்தி (g.cm\(^{-3}\) at 293 K) | 3.51 | 2.33 | 5.32 | 7.29 | 11.30 |
| உருகுநிலை (K) | 4100K இல் பதங்கமாகும் | 1687 | 1211 | 505 | 601 |
| கொதிநிலை (K) | 4098 | 3538 | 3106 | 2859 | 2022 |
2.3.3 சங்கிலியாக்கத்திற்கான போக்கு
சங்கிலியாக்கம் என்பது ஒரு தனிமம் அணுக்களின் சங்கிலியை உருவாக்கும் திறன் ஆகும். சங்கிலியாக்கத்திற்கு பின்வரும் நிபந்தனைகள் அவசியம். (i) தனிமத்தின் இணைதிறன் இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்டதாக இருக்க வேண்டும், (ii) தனிமம் தன்னுடன் பிணைக்கும் திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும் (iii) சுய பிணைப்பு மற்ற தனிமங்களுடனான அதன் பிணைப்பைப் போலவே வலுவாக இருக்க வேண்டும் (iv) மற்ற மூலக்கூறுகளுக்கு எதிரான சங்கிலியாக்கப்பட்ட சேர்மத்தின் இயக்க மந்தத்தன்மை. கார்பன் மேற்கண்ட அனைத்து பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது மற்றும் தன்னுடனும் H, O, N, S மற்றும் ஆலசன்கள் போன்ற மற்ற தனிமங்களுடனும் பரந்த அளவிலான சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
2.3.4 கார்பனின் உருவேற்றங்கள்
கார்பன் பல உருவேற்ற வடிவங்களில் உள்ளது. கிராஃபைட் மற்றும் வைரம் மிகவும் பொதுவான உருவேற்றங்களாகும். பிற முக்கிய உருவேற்றங்கள் கிராபீன், ஃபுல்லரின்கள் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் ஆகும்.
கிராஃபைட் என்பது சாதாரண வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் கார்பனின் மிகவும் நிலையான உருவேற்ற வடிவமாகும். இது மென்மையானது மற்றும் மின்சாரத்தை கடத்துகிறது. இது கார்பன் அணுக்களின் தட்டையான இரு பரிமாண தாள்களால் ஆனது. ஒவ்வொரு தாளும் \(1.41\mathrm{\AA}\) C-C பிணைப்பு நீளத்துடன் கூடிய \(sp^2\) கலப்பினமாக்கப்பட்ட கார்பன் அணுக்களின் அறுகோண வலைப்பின்னலாகும், இது பென்சீனில் உள்ள C-C பிணைப்பு தூரத்திற்கு \((1.40\mathrm{\AA})\) அருகில் உள்ளது. ஒவ்வொரு கார்பன் அணுவும் அதன் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களில் மூன்றைப் பயன்படுத்தி மூன்று அண்டை கார்பன் அணுக்களுடன் மூன்று \(\sigma\) பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது, மேலும் கலப்பினமாக்கப்படாத p ஆர்பிட்டாலில் உள்ள நான்காவது எலக்ட்ரான் ஒரு \(\pi\)- பிணைப்பை உருவாக்குகிறது. இந்த \(\pi\) எலக்ட்ரான்கள் முழு தாளிலும் பரவியிருக்கின்றன, இது அதன் மின் கடத்துத்திறனுக்குக் காரணமாகும். அடுத்தடுத்த கார்பன் தாள்கள் பலவீனமான வான் டெர் வால்ஸ் விசைகளால் ஒன்றாகப் பிடிக்கப்பட்டுள்ளன. அடுத்தடுத்த தாள்களுக்கு இடையிலான தூரம் \(3.40\mathrm{\AA}\) ஆகும். இது தானாகவோ அல்லது கிராஃபைட் எண்ணெயாகவோ ஒரு உயவுப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
படம் 2.4 கிராஃபைட்டின் அமைப்பு
கிராஃபைட் போலல்லாமல் மற்ற உருவேற்றமான வைரம் மிகவும் கடினமானது. வைரத்தில் உள்ள கார்பன் அணுக்கள் \(sp^{3}\) கலப்பினமாக்கப்பட்டு, \(1.54\mathrm{\AA}\) C-C பிணைப்பு நீளத்துடன் \(\sigma\) பிணைப்புகளால் நான்கு அண்டை கார்பன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. இது ஒவ்வொரு கார்பன் அணுவையும் சுற்றி ஒரு நான்முகி அமைப்பை ஏற்படுத்துகிறது, இது படம் 2.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி முழு படிகக் கூட்டிற்கும் நீண்டுள்ளது. கார்பனின் நான்கு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களும் பிணைப்பில் ஈடுபட்டுள்ளதால், கடத்துத்திறனுக்கான கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் இல்லை. மிகவும் கடினமான தனிமமாக இருப்பதால், கடினமான கருவிகளைக் கூர்மைப்படுத்த, கண்ணாடிகளை வெட்ட, துளைகளை உருவாக்க மற்றும் பாறைகளைத் துளைக்கப் பயன்படுகிறது.
படம் 2.5 வைரத்தின் அமைப்பு
ஃபுல்லரின்கள் புதிதாகத் தொகுக்கப்பட்ட கார்பனின் உருவேற்றங்களாகும். கிராஃபைட் மற்றும் வைரம் போலல்லாமல், இந்த உருவேற்றங்கள் \(C_{32}\), \(C_{50}\), \(C_{60}\), \(C_{70}\), \(C_{76}\) போன்ற தனித்த மூலக்கூறுகளாகும். இந்த மூலக்கூறுகள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி கூண்டு போன்ற அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. \(C_{60}\) மூலக்கூறுகள் கால்பந்து பந்து போன்ற அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் இவை பக்மின்ஸ்டர் ஃபுல்லரின் அல்லது பக்கிபால்ஸ் என அழைக்கப்படுகின்றன. இது 20 ஆறு உறுப்பினர் வளையங்கள் மற்றும் 12 ஐந்து உறுப்பினர் வளையங்களைக் கொண்ட ஒரு இணைந்த வளைய அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. ஒவ்வொரு கார்பன் அணுவும் \(sp^{2}\) கலப்பினமாக்கப்பட்டு மூன்று \(\sigma\) பிணைப்புகள் மற்றும் ஒரு பரவிய \(\pi\) பிணைப்பை உருவாக்குகிறது, இது இந்த மூலக்கூறுகளுக்கு நறுமணப் பண்பைக் கொடுக்கிறது. C-C பிணைப்பு தூரம் \(1.44\mathrm{\AA}\) மற்றும் \(C = C\) தூரம் \(1.38\mathrm{\AA}\) ஆகும்.
படம் 2.6 ஃபுல்லரின்களின் அமைப்பு
கார்பன் நானோகுழாய்கள், மற்றொரு சமீபத்தில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட உருவேற்றம், ஃபுல்லரின் முனைகளுடன் கிராஃபைட் போன்ற குழாய்களைக் கொண்டுள்ளன. அச்சில், இந்த நானோகுழாய்கள் எஃகை விட வலிமையானவை மற்றும் மின்சாரத்தை கடத்துகின்றன. இவை நானோ அளவிலான மின்னணுவியல், வினையூக்கம், பாலிமர்கள் மற்றும் மருத்துவத்தில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன.
படம் 2.7 கார்பன் நானோகுழாய்களின் அமைப்பு
2.3.5 கார்பன் மோனாக்சைடு [CO]:
தயாரிப்பு:
கார்பன் மோனாக்சைடை குறைந்த அளவு ஆக்ஸிஜனுடன் கார்பனின் வினையால் தயாரிக்கலாம்.
படம் 2.8 கிராபீனின் அமைப்பு
$$ 2C + O_{2} \longrightarrow 2CO $$தொழில்துறை அளவில் கார்பன் மோனாக்சைடு காற்றுடன் கார்பனின் வினையால் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. உருவாகும் கார்பன் மோனாக்சைடு நைட்ரஜன் வாயுவையும் கொண்டிருக்கும், மேலும் நைட்ரஜன் மற்றும் கார்பன் மோனாக்சைட்டின் கலவை நிறைவாயு என அழைக்கப்படுகிறது.
$$ 2C + O_{2} / N_{2}(air) \longrightarrow 2CO + N_{2} $$நிறைவாயு பின்னர் அழுத்தத்தின் கீழ் செம்பு(I)குளோரைட்டின் கரைசல் வழியாக அனுப்பப்படுகிறது, இதன் விளைவாக \(CuCl(CO).2H_2O\) உருவாகிறது. குறைக்கப்பட்ட அழுத்தங்களில் இந்தக் கரைசல் தூய கார்பன் மோனாக்சைடை விடுவிக்கிறது.
தூய கார்பன் மோனாக்சைடு மெத்தனோயிக் அமிலத்தை செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலத்துடன் சூடாக்குவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது, இது ஒரு நீர்நீக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது.
$$ HCOOH + H_{2}SO_{4} \longrightarrow CO + H_{2}SO_{4}\cdot H_{2}O $$பண்புகள்
இது ஒரு நிறமற்ற, மணமற்ற, மற்றும் நச்சு வாயு ஆகும். இது நீரில் சிறிது கரையக்கூடியது.
இது நீல சுடருடன் காற்றில் எரிந்து கார்பன் டைஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.
$$ 2CO + O_{2} \longrightarrow 2CO_{2} $$கார்பன் மோனாக்சைடு ஒளி அல்லது கரி முன்னிலையில் குளோரினுடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது, இது ஒரு நச்சு வாயுவான கார்போனைல் குளோரைடை உருவாக்குகிறது, இது போஸ்ஜீன் எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. இது ஐசோசயனேட்டுகளின் தொகுப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
$$ CO + Cl_{2} \longrightarrow COCl_{2} $$கார்பன் மோனாக்சைடு ஒரு வலுவான ஒடுக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது.
$$ 3CO + Fe_{2}O_{3} \longrightarrow 2Fe + 3CO_{2} $$அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் கீழ் கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜனின் கலவை (செயற்கை வாயு அல்லது சின் வாயு) மெத்தனாலைக் கொடுக்கிறது.
$$ CO + 2H_{2} \longrightarrow CH_{3}OH $$ஆக்சோ செயல்முறையில், எத்தீன் கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவுடன் கலந்து புரோப்பனாலை உருவாக்குகிறது.
$$ CO + C_{2}H_{4} + H_{2} \longrightarrow CH_{3}CH_{2}CHO $$ஃபிஷர் டிராப்ஷ் தொகுப்பு:
\(500 - 700\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் 50 atm க்கும் குறைவான அழுத்தத்தில் உலோக வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்தி கார்பன் மோனாக்சைட்டின் ஹைட்ரஜனுடனான வினை நிறைவுற்ற மற்றும் நிறைவுறா ஹைட்ரோகார்பன்களைக் கொடுக்கிறது.
$$ nCO + (2n + 1)H_{2} \longrightarrow C_{n}H_{(2n + 2)} + nH_{2}O $$$$ nCO + 2nH_{2} \longrightarrow C_{n}H_{2n} + nH_{2}O $$கார்பன் மோனாக்சைடு நிலைமாற்ற உலோகங்களுடன் ஏராளமான அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, இதில் நிலைமாற்ற உலோகம் பூஜ்ஜிய ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் உள்ளது. இந்த சேர்மங்கள் உலோகத்தை கார்பன் மோனாக்சைடுடன் சூடாக்குவதன் மூலம் பெறப்படுகின்றன.
எ.கா. நிக்கல் டெட்ராகார்போனைல் \([Ni(CO)_4]\), இரும்பு பென்டாகார்போனைல் \([Fe(CO)_5]\), குரோமியம் ஹெக்சாகார்போனைல் \([Cr(CO)_6]\).
அமைப்பு:
இது ஒரு நேரியல் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. கார்பன் மோனாக்சைடில், கார்பன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனுக்கு இடையில் மூன்று எலக்ட்ரான் ஜோடிகள் பகிரப்படுகின்றன. பிணைப்பை XI வகுப்பில் விவாதிக்கப்பட்டபடி மூலக்கூறு ஆர்பிட்டால் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி விளக்கலாம். C-O பிணைப்பு தூரம் \(1.128\mathrm{\AA}\) ஆகும். அமைப்பு பின்வரும் இரண்டு நியதி வடிவங்களின் ஒத்ததிர்வு கலவையாகக் கருதப்படலாம்.
படம் 2.9 கார்பன் மோனாக்சைட்டின் அமைப்பு
கார்பன் மோனாக்சைட்டின் பயன்கள்:
- ஹைட்ரஜன் மற்றும் கார்பன் மோனாக்சைட்டின் சமமோலார் கலவை - நீர் வாயு மற்றும் கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் நைட்ரஜனின் கலவை - நிறைவாயு ஆகியவை முக்கியமான தொழில்துறை எரிபொருள்களாகும்
- கார்பன் மோனாக்சைடு ஒரு நல்ல ஒடுக்கும் முகவர் மற்றும் பல உலோக ஆக்சைடுகளை உலோகங்களாக ஒடுக்க முடியும்.
- கார்பன் மோனாக்சைடு ஒரு முக்கியமான ஈந்தணைவி மற்றும் நிலைமாற்ற உலோகங்களுடன் கார்போனைல் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது
2.3.6 கார்பன் டைஆக்சைடு:
கார்பன் டைஆக்சைடு இயற்கையில் கட்டற்ற நிலையிலும், இணைந்த நிலையிலும் நிகழ்கிறது. இது காற்றின் ஒரு அங்கமாகும் \((0.03\%)\). இது கால்சியம் கார்பனேட் மற்றும் மெக்னீசியம் கார்பனேட்டாகப் பாறையில் நிகழ்கிறது.
உற்பத்தி
தொழில்துறை அளவில் இது அதிகப்படியான காற்றில் கோக் எரிப்பதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.
$$ C + O_{2} \longrightarrow CO_{2} \quad \Delta H = -394 \mathrm{kJ \ mol}^{-1} $$சுண்ணாம்பைச் சூடாக்குவதால் துணைப் பொருளாக கார்பன் டைஆக்சைடு உற்பத்தியாகிறது.
$$ CaCO_{3} \longrightarrow CaO + CO_{2} $$கார்பன் டைஆக்சைடு ஆய்வகத்தில் நீர்த்த ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்தின் வினையால் உலோக கார்பனேட்டுகளில் இருந்து தயாரிக்கப்படுகிறது.
$$ CaCO_3 + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 $$பண்புகள்
இது ஒரு நிறமற்ற, தீப்பிடிக்காத வாயு மற்றும் காற்றை விட கனமானது. இதன் மாறுநிலை வெப்பநிலை \(31^{\circ}\) C மற்றும் இதை எளிதில் திரவமாக்கலாம்.
கார்பன் டைஆக்சைடு மிகவும் நிலையான சேர்மமாகும். \(3100\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் கூட \(76\%\) மட்டுமே கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஆக்ஸிஜனாகச் சிதைகிறது. இன்னும் அதிக வெப்பநிலையில் அது கார்பன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனாகச் சிதைகிறது.
$$ CO_2 \xrightarrow{3100K} CO + \frac{1}{2}O_2 $$$$ CO_2 \xrightarrow{\text{high temperature}} CO + O_2 $$ஆக்சிஜனேற்ற நடத்தை:
உயர்ந்த வெப்பநிலையில், இது ஒரு வலுவான ஆக்சிஜனேற்ற முகவராகச் செயல்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக,
$$ CO_2 + 2Mg \longrightarrow 2MgO + C $$நீர் வாயு சமநிலை:
கார்பன் டைஆக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜனுக்கு இடையிலான வினையில் உள்ள சமநிலை, பல தொழில்துறை பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இது நீர் வாயு சமநிலை என அழைக்கப்படுகிறது.
$$ CO_2 + H_2 \xrightarrow{} CO + H_2O $$அமில நடத்தை:
கார்பன் டைஆக்சைட்டின் நீர்க்கரைசல் சற்று அமிலத்தன்மை கொண்டது, ஏனெனில் இது கார்போனிக் அமிலத்தை உருவாக்குகிறது.
$$ CO_2 + H_2O \xrightarrow{} H_2CO_3 \xrightarrow{} H^+ + HCO_3^- $$கார்பன் டைஆக்சைட்டின் அமைப்பு
கார்பன் டைஆக்சைடு இரண்டு C-O பிணைப்புகளுக்கும் சமமான பிணைப்பு தூரத்துடன் கூடிய நேரியல் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. இந்த மூலக்கூறில் இரண்டு C-O சிக்மா பிணைப்புகள் உள்ளன. கூடுதலாக மூன்று அணுக்களையும் உள்ளடக்கிய 3c-4e பிணைப்பு உள்ளது.
படம் 2.10 கார்பன் டைஆக்சைட்டின் அமைப்பு
கார்பன் டைஆக்சைட்டின் பயன்கள்
- கார்பன் டைஆக்சைடு வேதிச் செயலாக்கத்திற்கான ஒரு மந்த வளிமண்டலத்தை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது.
- உயிரியல் ரீதியாக, இது ஒளிச்சேர்க்கைக்கு முக்கியமானது.
- இது தீ அணைப்பானாகவும் உந்து வாயுவாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- இது கார்பனேற்றப்பட்ட பானங்கள் உற்பத்தியிலும் நுரை உற்பத்தியிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.3.7 சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு:
தயாரிப்பு:
சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு \(1675\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் ஒரு பீங்கான் குழாயில் சிலிக்கா மற்றும் கார்பனின் நெருங்கிய கலவையின் மீது உலர் குளோரினைச் செலுத்துவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படலாம்.
$$ SiO_2 + 2C + 2Cl_2 \longrightarrow SiCl_4 + 2CO $$வணிக அளவில், சிலிக்கானின் வினை \(60\mathrm{K}\) க்கு மேல் ஹைட்ரஜன் குளோரைடு வாயுவுடன் நிகழ்கிறது
$$ Si + 4HCl \longrightarrow SiCl_4 + 2H_2 $$பண்புகள்:
சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு ஒரு நிறமற்ற புகைக்கும் திரவமாகும், மேலும் இது \(-70^{\circ}\mathrm{C}\) வெப்பநிலையில் உறைகிறது. ஈரமான காற்றில், சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு தண்ணீருடன் நீராற்பகுக்கப்பட்டு சிலிக்கா மற்றும் ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்தைக் கொடுக்கிறது.
$$ SiCl_4 + 2H_2O \longrightarrow 4HCl + SiO_2 $$சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு ஈரமான ஈதருடன் நீராற்பகுக்கப்படும்போது, நேரியல் பெர்குளோரோ சிலாக்ஸேன்கள் உருவாகின்றன \([Cl - (SiCl_2O)_nSiCl_3\) இங்கு \(n = 1 - 6\)
ஆல்கஹோலிசிஸ்
சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடில் உள்ள குளோரைடு அயனியை பொருத்தமான மறுப்பொருட்களைப் பயன்படுத்தி OH, OR போன்ற நியூக்ளியோஃபைல்களால் பதிலீடு செய்யலாம். எடுத்துக்காட்டாக, இது ஆல்கஹால்களுடன் சிலிசிக் எஸ்டர்களை உருவாக்குகிறது.
$$ SiCl_4 + 4C_2H_5OH \longrightarrow Si(OC_2H_5)_4 + 4HCl $$அம்மோனோலிசிஸ்.
இதேபோல், சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு அம்மோனோலிசிஸ் அடைந்து குளோரோசிலேன்களை உருவாக்குகிறது.
$$ 2SiCl_4 + NH_3 \xrightarrow{330K} Cl_3Si - NH - SiCl_3 + 2HCl $$பயன்கள்:
- சிலிக்கான் டெட்ராகுளோரைடு குறைகடத்தி சிலிக்கான் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- இது சிலிக்கா ஜெல், சிலிசிக் எஸ்டர்கள், பீங்கான் பொருட்களுக்கான பிணைப்புப் பொருளின் தொகுப்பில் ஒரு தொடக்கப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2.3.8 சிலிகோன்கள்:
சிலிகோன்கள் அல்லது பாலி சிலாக்ஸேன்கள் \((R_2SiO)\) என்ற பொது அனுபவ வாய்பாட்டுடன் கூடிய உயிரின சிலிக்கான் பாலிமர்களாகும். அவற்றின் அனுபவ வாய்பாடு கீட்டோனின் \((R_2CO)\) வாய்பாட்டைப் போலவே இருப்பதால், அவை “சிலிகோன்கள்” எனப் பெயரிடப்பட்டன. இந்த சிலிகோன்கள் நேரியல் அல்லது குறுக்கு இணைக்கப்பட்டவையாக இருக்கலாம். அவற்றின் மிக உயர்ந்த வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை காரணமாக அவை உயர் - வெப்பநிலை பாலிமர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன.
தயாரிப்பு:
பொதுவாக சிலிகோன்கள் டயால்கைல்டைகுளோரோசிலேன்கள் \((R_{2}SiCl_{2})\) அல்லது டயரைல்டைகுளோரோசிலேன்கள் \(Ar_{2}SiCl_{2}\) ஆகியவற்றின் நீராற்பகுப்பால் தயாரிக்கப்படுகின்றன, அவை RCl அல்லது ArCl ஆவிகளை \(570 \mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் செம்பை ஒரு வினையூக்கியாகக் கொண்டு சிலிக்கானின் மீது செலுத்துவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன.
$$ 2RCl + Si \xrightarrow{Cu / 570K} R_{2}SiCl_{2} $$டயால்கைல்குளோரோ சிலேன்கள் \(R_{2}SiCl_{2}\) இன் நீராற்பகுப்பு இருபுறமும் வளரும் ஒரு நேரியல் சங்கிலி பாலிமரைக் கொடுக்கிறது
$$ nR_{2}SiCl_{2} + 2nH_{2}O \longrightarrow [R_{2}SiO]_n + 2nHCl $$மோனோஆல்கைல்குளோரோ சிலேன்கள் \(RSiCl_{3}\) இன் நீராற்பகுப்பு மிகவும் சிக்கலான குறுக்கு இணைக்கப்பட்ட பாலிமரைக் கொடுக்கிறது. முனைய - OH குழுக்களிலிருந்து நீர் மூலக்கூறு அகற்றப்படும்போது நேரியல் சிலிகோன்களை வட்ட அல்லது வளைய சிலிகோன்களாக மாற்றலாம்.
$$ 2R_{2}Si(OH)_{2} \longrightarrow R_{2}Si(OH) - O - Si(OH)R_{2} + H_{2}O $$சிலிகோன்களின் வகைகள்:
(i) நேரியல் சிலிகோன்கள்:
டயால்கைல் அல்லது டயரைல் சிலிக்கான் குளோரைடுகளின் நீராற்பகுப்பு மற்றும் அடுத்தடுத்த ஒடுக்கத்தால் அவை பெறப்படுகின்றன.
a) சிலிகோன் ரப்பர்கள்: இந்த சிலிகோன்கள் மெத்திலீன் அல்லது ஒத்த குழுக்களால் ஒன்றாக பாலம் அமைக்கப்படுகின்றன b) சிலிகோன் பிசின்கள்: அக்ரிலிக் எஸ்டர்கள் போன்ற கரிம பிசின்களுடன் சிலிகோன்களைக் கலப்பதன் மூலம் அவை பெறப்படுகின்றன.
(ii) வட்ட சிலிகோன்கள்
\(R_{2}SiCl_{2}\) இன் நீராற்பகுப்பால் இவை பெறப்படுகின்றன
(iii) குறுக்கு இணைக்கப்பட்ட சிலிகோன்கள்
\(RSiCl_{3}\) இன் நீராற்பகுப்பால் அவை பெறப்படுகின்றன
பண்புகள்
குறுக்கு இணைப்பின் அளவு மற்றும் ஆல்கைல் குழுவின் தன்மை ஆகியவை பாலிமரின் தன்மையைத் தீர்மானிக்கின்றன. அவை எண்ணெய் திரவங்கள் முதல் ரப்பர் போன்ற திடப்பொருள்கள் வரை இருக்கும். அனைத்து சிலிகோன்களும் நீர் விரட்டும் தன்மை கொண்டவை. இந்தப் பண்பு சிலிக்கானைச் சுற்றியுள்ள கரிமப் பக்கக் குழுக்களின் இருப்பால் எழுகிறது, இது மூலக்கூறை ஒரு ஆல்க்கேன் போல தோற்றமளிக்கிறது. அவை வெப்ப மற்றும் மின் காப்புப் பொருள்களும் ஆகும். வேதி ரீதியாக அவை மந்தமானவை. குறைந்த சிலிகோன்கள் எண்ணெய் திரவங்களாகும், அதே நேரத்தில் நீண்ட சங்கிலி அமைப்புடன் கூடிய உயர் சிலிகோன்கள் மெழுகு போன்ற திடப்பொருள்களாகும். சிலிகான் எண்ணெயின் பாகுத்தன்மை மாறாமல் இருக்கும் மற்றும் வெப்பநிலையுடன் மாறாது, மேலும் அவை குளிர்காலத்தில் தடிப்பதில்லை
பயன்கள்:
- சிலிகோன்கள் குறைந்த வெப்பநிலை உயவு மற்றும் வெற்றிட பம்புகள், உயர் வெப்பநிலை எண்ணெய் குளியல் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
- அவை நீர் புகாத ஆடைகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகின்றன
- அவை மின்சார மோட்டார் மற்றும் பிற உபகரணங்களில் காப்புப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன
- அவை வண்ணப்பூச்சுகள் மற்றும் எனாமல்களுடன் கலக்கப்பட்டு அவற்றை அதிக வெப்பநிலை, சூரிய ஒளி, ஈரப்பதம் மற்றும் இரசாயனங்களுக்கு எதிர்ப்புத் தன்மையுடையதாக்குகின்றன.
2.3.9 சிலிகேட்டுகள்
சிலிக்கான் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை நான்முகி \([SiO_4]^{4-}\) அலகுகளில் வெவ்வேறு வடிவங்களில் இணைத்துக் கொண்டிருக்கும் கனிமம் சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகிறது. பூமியின் மேலோட்டில் கிட்டத்தட்ட \(95\%\) சிலிகேட் கனிமங்கள் மற்றும் சிலிக்காவால் ஆனது. கண்ணாடி மற்றும் பீங்கான் தொழில்கள் சிலிகேட்டுகளின் வேதியியலை அடிப்படையாகக் கொண்டவை.
சிலிகேட்டுகளின் வகைகள்:
நான்முகி அலகுகள், \([SiO_4]^{4-}\) ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ள விதத்தின் அடிப்படையில் சிலிகேட்டுகள் பல்வேறு வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.
ஆர்த்தோ சிலிகேட்டுகள் (நீசோ சிலிகேட்டுகள்): தனித்த \([SiO_4]^{4-}\) நான்முகி அலகுகளைக் கொண்ட எளிய சிலிகேட்டுகள் ஆர்த்தோ சிலிகேட்டுகள் அல்லது நீசோ சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன.
படம் 2.11 ஆர்த்தோ சிலிகேட்டுகளின் அமைப்பு
எடுத்துக்காட்டுகள் : ஃபீனாசைட் - \(Be_2SiO_4\) (\(Be^{2+}\) அயனிகள் \(O^{2-}\) அயனிகளால் நான்முகியாகச் சூழப்பட்டுள்ளன), ஆலிவின் - \((Fe / Mg)_2SiO_4\) (\(Fe^{2+}\) மற்றும் \(Mg^{2+}\) நேர்மின் அயனிகள் \(O^{2-}\) அயனிகளால் எண்கோணமாகச் சூழப்பட்டுள்ளன),
பைரோ சிலிகேட் (அல்லது சோரோ சிலிகேட்டுகள்):
\([Si_2O_7]^{6-}\) அயனிகளைக் கொண்ட சிலிகேட்டுகள் பைரோ சிலிகேட்டுகள் (அல்லது) சோரோ சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. இரண்டு \([SiO_4]^{4-}\) நான்முகி அலகுகளை ஒரு மூலையில் ஒரு ஆக்ஸிஜன் அணுவைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் இணைப்பதால் அவை உருவாகின்றன (இணைக்கும்போது ஒரு ஆக்ஸிஜன் அகற்றப்படுகிறது). எடுத்துக்காட்டு : தோர்ட்வைடைட் - \(Sc_2Si_2O_7\)
படம் 2.12 பைரோ சிலிகேட்டின் அமைப்பு
வட்ட சிலிகேட்டுகள் (அல்லது வளைய சிலிகேட்டுகள்)
\((SiO_3)_n^{2n-}\) அயனிகளைக் கொண்ட சிலிகேட்டுகள் வட்ட சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. ஒவ்வொரு சிலிகேட் அலகும் மற்ற அலகுகளுடன் அதன் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களில் இரண்டைப் பகிர்ந்து கொள்கிறது.
எடுத்துக்காட்டு: பெரில் \([Be_3Al_2(SiO_3)_6]\) (ஒவ்வொரு அலுமினியமும் 6 ஆக்ஸிஜன் அணுக்களால் எண்கோணமாக சூழப்பட்டுள்ள ஒரு அலுமினோசிலிகேட்)
படம் 2.13 வட்ட சிலிகேட்டுகளின் அமைப்பு
இனோசிலிகேட்டுகள்:
’n’ எண்ணிக்கையிலான சிலிகேட் அலகுகளை இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் இணைக்கும் சிலிகேட்டுகள் இனோசிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. அவை சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் மற்றும் இரட்டை சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் என மேலும் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.
சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் (அல்லது பைராக்ஸீன்கள்): இந்த சிலிகேட்டுகள் ’n’ எண்ணிக்கையிலான நான்முகி \([SiO_4]^{4-}\) அலகுகளை நேரியல் முறையில் இணைப்பதன் மூலம் உருவாகும் \([SiO_3]_n^{2n-}\) அயனிகளைக் கொண்டுள்ளன. ஒவ்வொரு சிலிகேட் அலகும் மற்ற அலகுகளுடன் அதன் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களில் இரண்டைப் பகிர்ந்து கொள்கிறது.
படம் 2.14 சங்கிலி சிலிகேட்டுகளின் அமைப்பு
எடுத்துக்காட்டு: ஸ்போடுமீன் - \(LiAl(SiO_3)_2\)
இரட்டை சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் (அல்லது ஆம்பிபோல்கள்): இந்த சிலிகேட்டுகள் \([Si_4O_{11}]_n^{6n-}\) அயனிகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்த சிலிகேட்டுகளில் இரண்டு வெவ்வேறு வகையான நான்முகிகள் உள்ளன: (i) 3 முனைகளைப் பகிர்ந்து கொள்பவை (ii) 2 முனைகளை மட்டுமே பகிர்ந்து கொள்பவை.
படம் 2.15 இரட்டை சங்கிலி சிலிகேட்டுகளின் அமைப்பு
ஆஸ்பெஸ்டாஸ்: இவை நார்த்தன்மை கொண்டவை மற்றும் தீப்பிடிக்காத சிலிகேட்டுகள். எனவே அவை வெப்ப காப்புப் பொருள், பிரேக் லைனிங்குகள், கட்டுமானப் பொருள் மற்றும் வடிப்பான்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஆஸ்பெஸ்டாஸ் புற்றுநோயை உண்டாக்கும் சிலிகேட்டுகள் என்பதால், அவற்றின் பயன்பாடுகள் கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளன.
தாள் அல்லது ஃபைல்லோ சிலிகேட்டுகள்
\((Si_{2}O_{5})_n^{2n-}\) கொண்ட சிலிகேட்டுகள் தாள் அல்லது ஃபைல்லோ சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. இவற்றில், ஒவ்வொரு \([SiO_4]^{4-}\) நான்முகியும் மற்றவற்றுடன் மூன்று ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்கிறது, இதன் மூலம் இரு பரிமாண தாள்களை உருவாக்குகிறது. இந்த தாள் சிலிகேட்டுகள் அடுக்கு அமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன, அதில் சிலிகேட் தாள்கள் ஒன்றன் மேல் ஒன்றாக அடுக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த அடுக்குகளுக்கு இடையிலான கவர்ச்சி விசைகள் மிகவும் பலவீனமானவை, எனவே அவை கிராஃபைட் போலவே எளிதில் பிளக்கப்படலாம்.
படம் 2.16 தாள் அல்லது ஃபைல்லோ சிலிகேட்டுகளின் அமைப்பு
எடுத்துக்காட்டு: டால்க், மைக்கா போன்றவை…
முப்பரிமாண சிலிகேட்டுகள் (அல்லது டெக்டோ சிலிகேட்டுகள்):
\([SiO_4]^{4-}\) நான்முகிகளின் அனைத்து ஆக்ஸிஜன் அணுக்களும் மற்ற நான்முகிகளுடன் பகிர்ந்து கொள்ளப்பட்டு முப்பரிமாண வலையமைப்பை உருவாக்கும் சிலிகேட்டுகள் முப்பரிமாண அல்லது டெக்டோ சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. அவை \((SiO_2)_n\) என்ற பொது வாய்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன.
எடுத்துக்காட்டுகள்: குவார்ட்ஸ்
இந்த டெக்டோ சிலிகேட்டுகள் \([SiO_4]^{4-}\) அலகுகளை \([AlO_4]^{5-}\) அலகுகளால் பதிலீடு செய்வதன் மூலம் முப்பரிமாண அலுமினோசிலிகேட்டுகளாக மாற்றப்படலாம். எ.கா. ஃபெல்ட்ஸ்பார், ஜியோலைட்டுகள் போன்றவை.
2.3.10 ஜியோலைட்டுகள்:
ஜியோலைட்டுகள் அவற்றின் வழக்கமான முப்பரிமாண கட்டமைப்பில் அலுமினியம், சிலிக்கான் மற்றும் ஆக்ஸிஜனைக் கொண்ட முப்பரிமாண படிகத் திடப்பொருள்களாகும். அவை \(Na_2O_4(Al_2O_3)_x(SiO_2)_yH_2O\) (x=2 முதல் 10; y=2 முதல் 6) என்ற பொது வாய்பாட்டுடன் கூடிய நீரேறிய சோடியம் அலுமினோ சிலிகேட்டுகள் ஆகும்.
ஜியோலைட்டுகள் நுண்ணிய அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, அதில் ஒருமதிப்பு சோடியம் அயனிகள் மற்றும் நீர் மூலக்கூறுகள் தளர்வாகப் பிடிக்கப்பட்டுள்ளன. Si மற்றும் Al அணுக்கள் பகிரப்பட்ட ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் மூலம் ஒன்றோடொன்று நான்முகியாக ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஜியோலைட்டுகள் களிமண் கனிமங்களைப் போலவே இருக்கும், ஆனால் அவை அவற்றின் படிக அமைப்பில் வேறுபடுகின்றன.
ஜியோலைட்டுகள் ஒரு தேன்கூடு போன்ற முப்பரிமாண படிக அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, இது ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட சுரங்கங்கள் மற்றும் கூண்டுகளின் வலையமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. நீர் மூலக்கூறுகள் இந்த நுண்துளைகளுக்குள் சுதந்திரமாக நகரும், ஆனால் ஜியோலைட் சட்டகம் விறைப்பாக இருக்கும். இந்த அமைப்பின் மற்றொரு சிறப்பு அம்சம் என்னவென்றால், நுண்துளை/சேனல் அளவுகள் கிட்டத்தட்ட சீரானவை, இது படிகத்தை ஒரு மூலக்கூறு சல்லடையாகச் செயல்பட அனுமதிக்கிறது. ஜியோலைட்டுகளைப் பயன்படுத்தி நீரின் நிலையான கடினத்தன்மையை நீக்குவதை நாம் XI வகுப்பில் ஏற்கனவே விவாதித்துள்ளோம்.
போரான் நியூட்ரான் பிடிப்பு சிகிச்சை:
நியூட்ரான்களுக்கான போரான்-10 இன் தொடர்பு மூளைக் கட்டிகளால் பாதிக்கப்பட்ட நோயாளிகளுக்கு சிகிச்சையளிப்பதற்கான போரான் நியூட்ரான் பிடிப்பு சிகிச்சை (BNCT) என அழைக்கப்படும் ஒரு நுட்பத்தின் அடிப்படையாகும்.
இது போரான்-10 குறைந்த ஆற்றல் வெப்ப நியூட்ரான்களால் கதிர்வீச்சு செய்யப்படும்போது ஏற்படும் அணுக்கரு வினையை அடிப்படையாகக் கொண்டது, இது உயர் நேரியல் ஆற்றல் \(\alpha\) துகள்கள் மற்றும் ஒரு Li துகளைக் கொடுக்கிறது.
$$ ^{10}B + ^{1}n \rightarrow ^{7}Li + ^{4}\alpha $$போரான் சேர்மங்கள் மூளைக் கட்டியுடன் கூடிய நோயாளிக்குள் செலுத்தப்படுகின்றன, மேலும் சேர்மங்கள் கட்டியில் முன்னுரிமையாகச் சேகரிக்கப்படுகின்றன. கட்டி பகுதி பின்னர் வெப்ப நியூட்ரான்களால் கதிர்வீச்சு செய்யப்படுகிறது, மேலும் ஒவ்வொரு முறையும் ஒரு போரான்-10 கரு ஒரு நியூட்ரானைப் பிடிக்கும்போது கட்டியில் உள்ள திசுக்களை சேதப்படுத்தும் ஒரு ஆல்பா துகள் வெளியிடப்படுகிறது. இந்த வழியில் சேதம் கட்டிக்கு முன்னுரிமையாகக் கட்டுப்படுத்தப்படலாம், சாதாரண மூளை திசு குறைவாகப் பாதிக்கப்படுகிறது. BNCT தலை மற்றும் கழுத்து, மார்பகம், புரோஸ்டேட், சிறுநீர்ப்பை மற்றும் கல்லீரல் ஆகியவற்றின் பல கட்டிகளுக்கான சிகிச்சையாகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது.
சுருக்கம்
எந்தத் தனிமங்களின் கடைசி எலக்ட்ரான் \(p\) ஆர்பிட்டாலில் நுழைகிறதோ அவை p- தொகுதி தனிமங்களை உருவாக்குகின்றன. p- தொகுதி தனிமங்கள் \(ns^2\) \(np^{1-6}\) என்ற பொதுவான மின்னணு கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளன. ஒவ்வொரு குழுவின் தனிமங்களும் ஒரே மாதிரியான வெளிப்புற ஓடு மின்னணு கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் \(n\) (முதன்மை குவாண்டம் எண்) மதிப்பில் மட்டுமே வேறுபடுகின்றன. பொதுவாக ஒரு குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அயனியாக்கும் ஆற்றல் குறைகிறது, எனவே உலோகத் தன்மை அதிகரிக்கிறது. அடுத்தடுத்த குழுக்களில் உள்ள தனிமங்களின் அயனியாக்கும் என்தால்பி, எதிர்பார்த்தபடி முந்தைய குழுவின் தொடர்புடைய தனிமங்களை விட அதிகமாக உள்ளது. நாம் \(13^{\mathrm{th}}\) குழுவில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது, மின்எதிர்மை முதலில் போரானில் இருந்து அலுமினியம் வரை குறைந்து, பின்னர் மிகக் குறைவாக அதிகரிக்கிறது.
p- தொகுதி தனிமங்களில், ஒவ்வொரு குழுவின் முதல் உறுப்பினரும் தொடர்புடைய குழுவின் மற்ற தனிமங்களிலிருந்து வேறுபடுகிறார். கனமான பிந்தைய-நிலைமாற்ற உலோகங்களில், வெளிப்புற s எலக்ட்ரான்கள் (ns) மந்தமாக இருக்கும் போக்கையும், பிணைப்பில் பங்கேற்க தயக்கத்தையும் கொண்டுள்ளன, இது மந்த ஜோடி விளைவு என அழைக்கப்படுகிறது. சில தனிமங்கள் ஒரே இயற்பியல் நிலையில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட படிக அல்லது மூலக்கூறு வடிவங்களில் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, கார்பன் வைரம் மற்றும் கிராஃபைட்டாக உள்ளது. இந்த நிகழ்வு உருவேற்றம் என அழைக்கப்படுகிறது. போராக்ஸ் என்பது டெட்ராபோரிக் அமிலத்தின் சோடியம் உப்பாகும். இது கோல்மனைட் தாதுவிலிருந்து அதன் கரைசலை சோடியம் கார்பனேட்டுடன் கொதிக்க வைப்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது. போரிக் அமிலத்தை போராக்ஸ் மற்றும் கோல்மனைட்டிலிருந்து பிரித்தெடுக்கலாம். போரிக் அமிலம் ஒரு இரு பரிமாண அடுக்கு அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. பொட்டாசியம் அலுமினியம் சல்பேட்டின் \([K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O]\) இரட்டை உப்புக்கு படிகாரம் என்ற பெயர் வழங்கப்படுகிறது. கார்பன் கிராஃபைட் என பூர்வீக வடிவத்தில் காணப்படுகிறது. சிலிக்கான் சிலிக்காவாக (மணல் மற்றும் குவார்ட்ஸ் படிகம்) நிகழ்கிறது. சிலிக்கேட் கனிமங்கள் மற்றும் களிமண் ஆகியவை சிலிக்கானுக்கான பிற முக்கிய ஆதாரங்களாகும். சங்கிலியாக்கம் என்பது ஒரு தனிமம் அணுக்களின் சங்கிலியை உருவாக்கும் திறன் ஆகும். கார்பன் நானோகுழாய்கள், மற்றொரு சமீபத்தில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட உருவேற்றம், ஃபுல்லரின் முனைகளுடன் கிராஃபைட் போன்ற குழாய்களைக் கொண்டுள்ளன. சிலிகோன்கள் அல்லது பாலி சிலாக்ஸேன்கள் \((R_2SiO)\) என்ற பொது அனுபவ வாய்பாட்டுடன் கூடிய உயிரின சிலிக்கான் பாலிமர்களாகும். அவற்றின் மிக உயர்ந்த வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை காரணமாக அவை உயர் - வெப்பநிலை பாலிமர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. சிலிக்கான் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை நான்முகி \([SiO_4]^{4-}\) அலகுகளில் வெவ்வேறு வடிவங்களில் இணைத்துக் கொண்டிருக்கும் கனிமம் சிலிகேட்டுகள் என அழைக்கப்படுகிறது. சிலிகேட்டுகளின் வகைகள்: ஆர்த்தோ சிலிகேட்டுகள் (நீசோ சிலிகேட்டுகள்), பைரோ சிலிகேட் (அல்லது) சோரோ சிலிகேட்டுகள்), வட்ட சிலிகேட்டுகள் (அல்லது வளைய சிலிகேட்டுகள்) இனோசிலிகேட்டுகள் : சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் (அல்லது பைராக்ஸீன்கள்), இரட்டை சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் (அல்லது ஆம்பிபோல்கள்): தாள் அல்லது ஃபைல்லோ சிலிகேட்டுகள் முப்பரிமாண சிலிகேட்டுகள் (அல்லது டெக்டோ சிலிகேட்டுகள்). ஜியோலைட்டுகள் அவற்றின் வழக்கமான முப்பரிமாண கட்டமைப்பில் அலுமினியம், சிலிக்கான் மற்றும் ஆக்ஸிஜனைக் கொண்ட முப்பரிமாண படிகத் திடப்பொருள்களாகும். நீரின் நிலையான கடினத்தன்மையை நீக்குவதற்கான மூலக்கூறு சல்லடையாக ஜியோலைட்டுகள் செயல்படுகின்றன.
உங்களை மதிப்பீடு செய்துகொள்ளுங்கள்
போராக்ஸின் நீர்க்கரைசல் a) நடுநிலை b) அமிலத்தன்மை c) காரத்தன்மை d) ஈரியல்பு
போரிக் அமிலம் ஒரு அமிலம், ஏனெனில் அதன் மூலக்கூறு (NEET) a) மாற்றத்தக்க \(H^{+}\) அயனியைக் கொண்டுள்ளது b) ஒரு புரோட்டானை விட்டுக்கொடுக்கிறது c) நீர் மூலக்கூறை உருவாக்க புரோட்டானுடன் சேர்கிறது d) தண்ணீரிலிருந்து \(OH^{-}\) ஐ ஏற்று, புரோட்டானை வெளியிடுகிறது.
பின்வருவனவற்றில் எது போரேன் அல்ல? a) \(B_{2}H_{6}\) b) \(B_{3}H_{6}\) c) \(B_{4}H_{10}\) d) இவை எதுவுமில்லை
பூமியின் மேலோட்டத்தில் அதிக மிகுதியைக் கொண்ட உலோகம் எது? a) அலுமினியம் b) கால்சியம் c) மெக்னீசியம் d) சோடியம்
டைபோரேனில், வாழைப்பிணைப்புகளுக்குக் காரணமான எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை a) ஆறு b) இரண்டு c) நான்கு d) மூன்று
பின்வரும் p-தொகுதி தனிமங்களில் சங்கிலியாக்கத்தைக் காட்டாத தனிமம் a) கார்பன் b) சிலிக்கான் c) ஈயம் d) ஜெர்மானியம்
\(C_{60}\) வாய்பாடுடன் கூடிய ஃபுல்லரினில் உள்ள கார்பன் அணுக்கள் a) \(sp^{3}\) கலப்பினமாக்கப்பட்டவை b) sp கலப்பினமாக்கப்பட்டவை c) \(sp^{2}\) கலப்பினமாக்கப்பட்டவை d) பகுதியாக \(sp^{2}\) மற்றும் பகுதியாக \(sp^{3}\) கலப்பினமாக்கப்பட்டவை
அதன் ஹைட்ரைடுகளில் கார்பனின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை a) \(+4\) b) \(-4\) c) \(+3\) d) \(+2\)
சிலிகேட்டுகளின் அடிப்படை கட்டமைப்பு அலகு (NEET) a) \((SiO_3)^{2-}\) b) \((SiO_4)^{2-}\) c) \((SiO)^{-}\) d) \((SiO_4)^{4-}\)
சிலிகோனில் உள்ள திரும்பும் அலகு a) \(SiO_2\) b) \(R_2SiO\) c) \(R_2Si\) d) \(R_2Si_2O\)
அதிக மூலக்கூறு நிறை சிலிகோன் பாலிமருக்கான மோனோமர் எது அல்ல? a) \(Me_2SiCl_2\) b) \(PhSiCl_3\) c) \(MeSiCl_3\) d) \(Me_3SiCl\)
பின்வருவனவற்றில் எது \(sp^2\) கலப்பினமாக்கப்பட்டது அல்ல? a) கிராஃபைட் b) கிராபீன் c) ஃபுல்லரின் d) உலர் பனிக்கட்டி
வைரத்தில் கார்பன் அணுக்கள் ஒன்றோடொன்று பிணைக்கப்பட்டுள்ள வடிவவியல் a) நான்முகி b) அறுகோண c) எண்கோண d) இவை எதுவுமில்லை
பின்வரும் கூற்றுகளில் எது சரியானது அல்ல? a) பெரில் ஒரு வட்ட சிலிகேட் b) \(Mg_2SiO_4\) ஒரு ஆர்த்தோசிலிகேட் c) \(SiO_4^{4-}\) என்பது சிலிகேட்டுகளின் அடிப்படை கட்டமைப்பு அலகு d) ஃபெல்ட்ஸ்பார் அலுமினோசிலிகேட் அல்ல
நெடுவரிசை - I இல் உள்ள உருப்படிகளை நெடுவரிசை - II இன் உருப்படிகளுடன் பொருத்தி சரியான குறியீட்டை ஒதுக்கவும்.
| நெடுவரிசை-I | நெடுவரிசை-II | ||
|---|---|---|---|
| A | போராசோல் | 1 | \(B(OH)_3\) |
| B | போரிக் அமிலம் | 2 | \(B_3N_3H_6\) |
| C | குவார்ட்ஸ் | 3 | \(Na_2[B_4O_5(OH)_4] \cdot 8H_2O\) |
| D | போராக்ஸ் | 4 | \(SiO_2\) |
குறியீடுகள்: a) A-2, B-1, C-4, D-3 b) A-1, B-2, C-3, D-4 c) A-2, B-3, C-1, D-4 d) இவை எதுவுமில்லை
ட்யூராலுமின் ஒரு கலவை a) Cu, Mn b) Cu, Al, Mg c) Al, Mn d) Al, Cu, Mn, Mg
அணு உலைகளில் பாதுகாப்பு கவசங்கள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு தண்டுகளாகப் பயன்படுத்தப்படும் சேர்மம் a) உலோக போரைடுகள் b) உலோக ஆக்சைடுகள் c) உலோக கார்பனேட்டுகள் d) உலோக கார்பைடு
\(+1\) ஆக்சிஜனேற்ற நிலையின் நிலைத்தன்மை வரிசையில் அதிகரிக்கிறது a) \(Al < Ga < In < Tl\) b) \(Tl < In < Ga < Al\) c) \(In < Tl < Ga < Al\) d) \(Ga < In < Al < Tl\)
பின்வரும் கேள்விகளுக்கு பதிலளிக்கவும்:
- p-தொகுதியின் முதல் தனிமத்தின் இயல்பு மாறுபட்ட பண்புகள் பற்றி ஒரு சிறுகுறிப்பு எழுதவும்.
- கார்பனைக் குறிப்பிட்டு p- தொகுதி தனிமங்களில் உருவேற்றத்தை சுருக்கமாக விவரிக்கவும்.
- போராக்ஸின் பயன்களைக் கொடுக்கவும்.
- சங்கிலியாக்கம் என்றால் என்ன? கார்பனின் சங்கிலியாக்கும் பண்பை சுருக்கமாக விவரிக்கவும்.
- ஃபிஷர் டிராப்ஷ் தொகுப்பு பற்றி ஒரு குறிப்பு எழுதவும்.
- CO மற்றும் \(CO_{2}\) இன் அமைப்பைக் கொடுக்கவும்.
- சிலிகோன்களின் பயன்களைக் கொடுக்கவும்.
- டைபோரேனின் அமைப்பை விவரிக்கவும்.
- ஹைட்ரோபோரேஷன் பற்றி ஒரு சிறுகுறிப்பு எழுதவும்.
- பின்வரும் ஒவ்வொன்றிற்கும் ஒரு உதாரணம் கொடுக்கவும் (i) ஐகோசஜென்கள் (ii) டெட்ரஜென்கள் (iii) ப்னிக்டோஜென்கள் (iv) சால்கோஜென்கள்
- p- தொகுதி தனிமங்களின் உலோகத் தன்மை பற்றி ஒரு குறிப்பு எழுதவும்.
- பின்வரும் வினைகளை நிறைவு செய்யவும் a. \(B(OH)_{3} + NH_{3} \longrightarrow\) b. \(Na_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}SO_{4} + H_{2}O \longrightarrow\) c. \(B_{2}H_{6} + 2NaOH + 2H_{2}O \longrightarrow\) d. \(B_{2}H_{6} + CH_{3}OH \longrightarrow\) e. \(BF_{3} + 9H_{2}O \longrightarrow\) f. \(HCOOH + H_{2}SO_{4} \longrightarrow\) g. \(SiCl_{4} + NH_{3} \longrightarrow\) h. \(SiCl_{4} + C_{2}H_{5}OH \longrightarrow\) i. \(B + NaOH \longrightarrow\) j. \(H_{2}B_{4}O_{7} \xrightarrow{\text{Red hot}} \longrightarrow\)
- போரேட் தீவிரத்தை எவ்வாறு அடையாளம் காண்பீர்கள்?
- ஜியோலைட்டுகள் பற்றி ஒரு குறிப்பு எழுதவும்.
- போரிக் அமிலத்தை போரான் நைட்ரைடாக எவ்வாறு மாற்றுவீர்கள்?
- இரண்டாவது காலகட்ட கார உலோகத்தின் (A) ஒரு ஹைட்ரைடு போரானின் (B) சேர்மத்துடன் வினைபுரிந்து ஒரு ஒடுக்கும் முகவரை (C) கொடுக்கிறது. A, B மற்றும் C ஐ அடையாளம் காணவும்.
- ஒரு இரட்டை உப்பு, இது நான்காவது காலகட்ட கார உலோகத்தை (A) கொண்டுள்ளது, இது \(500\mathrm{K}\) வெப்பநிலையில் சூடாக்கும்போது (B) கொடுக்கிறது. (B) இன் நீர்க்கரைசல் \(BaCl_{2}\) உடன் வெள்ளை வீழ்படிவைக் கொடுக்கிறது மற்றும் அலிசரினுடன் ஒரு சிவப்பு நிறச் சேர்மத்தைக் கொடுக்கிறது. A மற்றும் B ஐ அடையாளம் காணவும்.
- CO ஒரு ஒடுக்கும் முகவர். ஒரு எடுத்துக்காட்டுடன் நியாயப்படுத்தவும்.