खालीलपैकी कोणत्या मूलद्रव्याची विद्युतऋणता (electronegativity) सर्वात जास्त आहे ?
- (1)ऑक्सिजन
- (2)नायट्रोजन
- (3)फ्ल्युओरीन
- (4)क्लोरीन
बरोबर — पर्याय (3), फ्ल्युओरीन. विद्युतऋणता म्हणजे रासायनिक बंधातील अणूची, त्या बंधातील सामाईक इलेक्ट्रॉन-जोडी स्वतःकडे ओढून घेण्याची प्रवृत्ती. आवर्तात डावीकडून उजवीकडे जाताना ती वाढते, कारण केंद्रकावरील भार वाढत जातो पण नवे इलेक्ट्रॉन त्याच कवचात भरले जातात; त्यामुळे अणू लहान होत जातो आणि बंधातील जोडीवरची त्याची पकड घट्ट होते. गटात वरून खाली जाताना ती घटते, कारण प्रत्येक पुढच्या मूलद्रव्याला एक जास्तीचे कवच असते, बंधातील जोडी केंद्रकापासून दूर जाते आणि आतील इलेक्ट्रॉनांमुळे तिच्यावरील केंद्रकाचा प्रभाव अधिक झाकला जातो. म्हणून आवर्तसारणीतील सर्वाधिक मूल्य वरच्या उजव्या कोपऱ्यात, म्हणजे निष्क्रिय वायूंच्या लगेच आधीच्या मूलद्रव्यांमध्ये असते — आणि ते मूलद्रव्य फ्ल्युओरीन आहे. पाठ्यपुस्तकांत वापरल्या जाणाऱ्या पॉलिंग मापनश्रेणीवर फ्ल्युओरीनला 4.0 (अधिक नेमकेपणाने 3.98) हे मूल्य दिले आहे आणि कोणतेही मूलद्रव्य त्याच्या पुढे जात नाही. चारही पर्याय याच मापनश्रेणीवर मांडले तर क्रम असा येतो: फ्ल्युओरीन सुमारे 3.98, ऑक्सिजन सुमारे 3.44, क्लोरीन सुमारे 3.16, नायट्रोजन सुमारे 3.04. इथे लक्षात घेण्यासारखी गोष्ट अशी की हा क्रम या चार नावांच्या आवर्तातील क्रमानुसार लागत नाही: क्लोरीन तिसऱ्या आवर्तात असूनही दुसऱ्या आवर्तातील नायट्रोजनपेक्षा किंचित अधिक विद्युतऋण आहे, कारण क्लोरीन गट 17 मध्ये आहे तर नायट्रोजन गट 15 मध्ये, आणि इथे गटातील स्थान आवर्तातील स्थानापेक्षा अधिक जोर लावते. मापनश्रेणीच्या दुसऱ्या टोकाला जड अल्कधर्मी धातू — सिझिअम व फ्रान्सियम — असतात, जी सर्वात कमी विद्युतऋण मूलद्रव्ये आहेत.
- (1)ऑक्सिजन — पर्याय (1) या संचातील सर्वात तगडा स्पर्धक आहे, कारण ऑक्सिजन हे विद्युतऋणतेत दुसऱ्या क्रमांकाचे मूलद्रव्य असून पॉलिंग मापनश्रेणीवर त्याला सुमारे 3.44 हे मूल्य दिले आहे — पण दुसऱ्या आवर्तात तो फ्ल्युओरीनच्या लगेच डावीकडचा शेजारी आहे, आणि विद्युतऋणता उजवीकडे जाताना वाढते. फ्ल्युओरीननंतरचे सर्वाधिक विद्युतऋण मूलद्रव्य हा मान ऑक्सिजनकडेच राहतो, आणि O–H बंधाच्या ध्रुवीयतेमुळेच पाण्याला हायड्रोजन बंध, उच्च उत्कलनबिंदू व विद्रावक म्हणून त्याची ताकद मिळते. एखाद्या पेपरात पर्यायांतून फ्ल्युओरीन वगळले असेल तर ऑक्सिजन हेच उत्तर होते; पण फ्ल्युओरीन पर्यायांत असताना ते उत्तर होत नाही.
- (2)नायट्रोजन — पर्याय (2) या चारांपैकी पॉलिंग मापनश्रेणीवर सर्वात खालचा आहे — सुमारे 3.04, म्हणजे ऑक्सिजन व फ्ल्युओरीनच्याच नव्हे तर क्लोरीनच्याही खाली. दुसऱ्या आवर्तात तो फ्ल्युओरीनपासून दोन जागा डावीकडे बसतो, आणि डावीकडचे प्रत्येक पाऊल बंधातील जोडीवरची केंद्रकाची ओढ कमी करते. हायड्रोजन बंध तयार करण्याइतका नायट्रोजन विद्युतऋण नक्कीच आहे — म्हणूनच अमोनिया थोड्याशा थंडाव्यानेच द्रवरूप होतो आणि DNA मधील बेस-जोड्या एकत्र धरून राहतात — पण तो मापनश्रेणीच्या शिखराच्या जवळपासही नाही. दुसऱ्या आवर्तातील तीन अधातूंपैकी तिसरा म्हणून तो या पर्यायसंचात आला आहे, आणि डावीकडून उजवीकडचा कल माहीत असणाऱ्याला बक्षीस देण्यासाठी आला आहे.
- (4)क्लोरीन — पर्याय (4) मधील क्लोरीन गट 17 मध्ये फ्ल्युओरीनच्या नेमके खाली, एक कवच बाहेर बसते; त्यामुळे त्याच्या बंधातील इलेक्ट्रॉन केंद्रकापासून दूर असतात व अधिक झाकलेले असतात आणि त्याची विद्युतऋणता कमी असते — फ्ल्युओरीनच्या सुमारे 3.98 च्या तुलनेत सुमारे 3.16. चांगली तयारी असणाऱ्या उमेदवारासाठी हा पर्याय खरा सापळा घेऊन येतो, कारण एका दुसऱ्या गुणधर्मात क्लोरीन खरोखरच फ्ल्युओरीनला मागे टाकते: सर्व मूलद्रव्यांत सर्वाधिक इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी म्हणजेच इलेक्ट्रॉन बंधुता क्लोरीनची आहे, कारण फ्ल्युओरीनचा अणू इतका लहान असतो की त्या चिमुकल्या कवचात आधीच दाटीवाटीने बसलेल्या इलेक्ट्रॉनांकडून येणाऱ्या नव्या इलेक्ट्रॉनला जोरदार प्रतिकर्षण सोसावे लागते. इलेक्ट्रॉन बंधुता आणि विद्युतऋणता या दोन वेगळ्या राशी आहेत, आणि पेपर इथे दुसरी विचारतो आहे.
सतत गोंधळ होणारे तीन संबंधित गुणधर्म आहेत, आणि ते वेगवेगळे ठेवणे म्हणजेच हा संपूर्ण घटक. आयनीकरण एंथाल्पी म्हणजे वायुरूप एकाकी अणूतून एक इलेक्ट्रॉन काढून टाकण्यासाठी लागणारी ऊर्जा. इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी म्हणजेच इलेक्ट्रॉन बंधुता, म्हणजे वायुरूप एकाकी अणूने एक इलेक्ट्रॉन स्वीकारल्यावर होणारा ऊर्जाबदल. या दोन्ही राशी मुक्त अणूंवर मोजल्या जातात आणि दोन्हींना निश्चित प्रायोगिक मूल्ये आहेत. विद्युतऋणता मात्र प्रकारानेच वेगळी आहे: ती एकाकी अणूचा गुणधर्मच नाही, तर रासायनिक बंधात असलेल्या अणूचा गुणधर्म आहे आणि तो अणू सामाईक जोडी स्वतःच्या बाजूला किती जोराने ओढतो हे सांगते. ती थेट मोजता येत नसल्याने तुलनात्मक मापनश्रेणींवर मांडली जाते, ज्यांत पॉलिंगची मापनश्रेणी सर्वाधिक वापरली जाते. विद्युतऋणतेचे प्रत्यक्ष महत्त्व असे की बंधात जोडलेल्या दोन अणूंच्या विद्युतऋणतेतील फरक त्या बंधाचे स्वरूप ठरवतो: फरक अगदी थोडा असल्यास जवळपास अध्रुवीय सहसंयुज बंध, मध्यम असल्यास ध्रुवीय सहसंयुज बंध, आणि खूप मोठा असल्यास मूलतः आयनिक बंध.
या उत्तरामागचे आवर्ती कल वेगवेगळे नियम म्हणून न पाहता एकच चित्र म्हणून लक्षात ठेवणे फायद्याचे आहे. आवर्तात डावीकडून उजवीकडे जाताना केंद्रकावरील भार वाढतो पण इलेक्ट्रॉन त्याच कवचात भरले जातात, त्यामुळे अणुत्रिज्या घटते आणि आयनीकरण एंथाल्पी, इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी व विद्युतऋणता या तिन्ही वाढण्याकडे झुकतात. गटात वरून खाली जाताना प्रत्येक पावलावर नवे कवच जोडले जाते, त्यामुळे अणुत्रिज्या वाढते आणि हे तिन्ही गुणधर्म घटण्याकडे झुकतात. याचा परिणाम म्हणजे आवर्तसारणीवर तिरपा उतार तयार होतो — सर्वाधिक विद्युतऋण मूलद्रव्ये वरच्या उजव्या कोपऱ्यात आणि सर्वाधिक विद्युतधन मूलद्रव्ये खालच्या डाव्या कोपऱ्यात. फ्ल्युओरीनचे हे टोकाचे स्थानच त्याला हॅलोजनांपैकी सर्वात क्रियाशील बनवते, आणि मूलद्रव्यांमध्ये फ्ल्युओरीन वायू सर्वात प्रबळ ऑक्सिडीकारक आहे. या कलांना काही अपवाद आहेत आणि परीक्षकांना तेच विचारायला आवडते — क्लोरीनची इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी फ्ल्युओरीनपेक्षा जास्त असणे हा त्यातला सर्वाधिक उद्धृत होणारा अपवाद — आणि हे अपवाद जवळपास नेहमीच दुसऱ्या आवर्तातील अणूंच्या असामान्यपणे लहान आकाराने स्पष्ट होतात.
- विद्युतऋणता म्हणजे रासायनिक बंधातील अणूची सामाईक इलेक्ट्रॉन-जोडी स्वतःकडे ओढण्याची प्रवृत्ती. हा बंधात असलेल्या अणूचा गुणधर्म आहे, एकाकी अणूचा नाही, आणि तो तुलनात्मक मापनश्रेणींवर मांडतात; त्यांत पॉलिंगची मापनश्रेणी प्रमाणित मानली जाते.
- सर्व मूलद्रव्यांत फ्ल्युओरीनची विद्युतऋणता सर्वाधिक असून पॉलिंग मापनश्रेणीवर ती सुमारे 3.98 (सामान्यतः 4.0 अशी गोल केलेली) आहे. दुसऱ्या टोकाला सिझिअम व फ्रान्सियम, म्हणजे सर्वात कमी विद्युतऋण मूलद्रव्ये.
- या प्रश्नातील चार मूलद्रव्यांची पॉलिंग मूल्ये: फ्ल्युओरीन सुमारे 3.98, ऑक्सिजन सुमारे 3.44, क्लोरीन सुमारे 3.16, नायट्रोजन सुमारे 3.04. म्हणजे एक आवर्त खाली असूनही क्लोरीन नायट्रोजनला मागे टाकते.
- कल: आवर्तात डावीकडून उजवीकडे केंद्रकीय भार वाढून अणूचा आकार घटत जातो म्हणून विद्युतऋणता वाढते, आणि गटात खाली जाताना नवे कवच जोडले जाऊन झाकण वाढते म्हणून ती घटते. सर्वाधिक मूल्य आवर्तसारणीच्या वरच्या उजव्या कोपऱ्यात असते.
- इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी (इलेक्ट्रॉन बंधुता) हा वेगळाच गुणधर्म आहे, आणि सर्व मूलद्रव्यांत तो क्लोरीनचा सर्वाधिक आहे — फ्ल्युओरीनपेक्षाही जास्त, कारण फ्ल्युओरीनचा अणू इतका लहान असतो की जोडल्या जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनला आधीच उपस्थित असलेल्या इलेक्ट्रॉनांकडून जोरदार प्रतिकर्षण सोसावे लागते.
इथे गटातील स्थान आवर्तातील स्थानापेक्षा जड ठरते, म्हणूनच क्लोरीन नायट्रोजनला मागे टाकते. याची इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पीशी गल्लत करू नका — ती सर्व मूलद्रव्यांत क्लोरीनचीच सर्वाधिक आहे, कारण फ्ल्युओरीनचा अणू इतका लहान असतो की येणाऱ्या इलेक्ट्रॉनला जोरदार प्रतिकर्षण सोसावे लागते.
- विद्युतऋणता आणि इलेक्ट्रॉन बंधुता यांची गल्लत करणे. इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पीत क्लोरीन फ्ल्युओरीनला मागे टाकते, आणि 'इलेक्ट्रॉनांविषयीची ओढ' अशा शब्दांत बांधलेला प्रश्न नेमकी हीच अदलाबदल तपासत असतो.
- क्रम आवर्तानुसारच लागेल असे गृहीत धरणे. क्लोरीन एक आवर्त खाली असूनही नायट्रोजनपेक्षा अधिक विद्युतऋण आहे, कारण गट 15 व गट 17 यांच्यात गटातील स्थान आवर्तातील स्थानावर भारी पडते.
- ऑक्सिजन हे सर्वात परिचित विद्युतऋण मूलद्रव्य आहे म्हणून तेच नोंदवणे. ऑक्सिजन दुसऱ्या क्रमांकावर आहे; पर्यायांत फ्ल्युओरीन नसेल तरच ते उत्तर ठरते.
आवर्ती गुणधर्म तीन प्रकारे विचारले जातात. पहिला टोकाच्या मूल्याचा प्रश्न — जसा इथे आहे: कोणत्या मूलद्रव्याचे अमुक गुणधर्माचे मूल्य सर्वाधिक किंवा सर्वात कमी आहे, ज्यात फ्ल्युओरीन, ऑक्सिजन, सिझिअम व हेलियम ही उत्तरे वारंवार येतात. दुसरा कलाचा प्रश्न, जो बहुधा विधान-कारण जोडीच्या रूपात येतो: आवर्तात किंवा गटात एखादा गुणधर्म वाढतो की घटतो हे विधान आणि त्याचे अणुत्रिज्या किंवा केंद्रकीय भारावर आधारित कारण एकत्र तपासावे लागते. तिसरा तुलनेचा प्रश्न, जो तीन-चार नावे देऊन त्यांचा क्रम लावायला सांगतो. उतार काढून ठेवलेले आवर्तसारणीचे एक मानसिक चित्र आणि प्रमाणित अपवादांची छोटी यादी — ज्यात फ्ल्युओरीनपेक्षा जास्त असलेली क्लोरीनची इलेक्ट्रॉन बंधुता सर्वाधिक वेळा येते — या दोहोंतून तिन्ही प्रकार सुटतात.
The most reactive among the halogens is
- (a) fluorine
- (b) chlorine
- (c) bromine
- (d) iodine
उत्तर(a) fluorine
तेच मूलद्रव्य, पण वेगळ्या गुणधर्मामार्गे. गट 17 च्या माथ्यावरचे फ्ल्युओरीनचे स्थानच त्याला सर्वाधिक विद्युतऋण मूलद्रव्य आणि सर्वात क्रियाशील हॅलोजन असे दोन्ही बनवते; आवर्तसारणीचा उतार डोक्यात असणारा उमेदवार दोन्ही प्रश्न एकाच चित्रातून सोडवतो.
Assertion (A): In the periodic table of chemical elements, electron affinity is always found to increase from top to bottom in a group. Reason (R): In a group, the atomic radius generally increases from top to bottom.
- (a) Both A and R are individually true and R is the correct explanation of A
- (b) Both A and R are individually true but R is NOT the correct explanation of A
- (c) A is true but R is false
- (d) A is false but R is true
उत्तर(d) A is false but R is true
शेजारचा गुणधर्म, आणि MPSC च्या प्रश्नात पर्याय (4) मोहक वाटण्यामागचा नेमका गोंधळ. गटात खाली जाताना इलेक्ट्रॉन बंधुता वाढत नाही तर घटते — आणि क्लोरीनची फ्ल्युओरीनपेक्षा जास्त असते; म्हणूनच विद्युतऋणता व इलेक्ट्रॉन बंधुता वेगवेगळ्या ठेवाव्या लागतात.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष PYQ नाही
खालीलपैकी कोणत्या मूलद्रव्याची इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी (इलेक्ट्रॉन बंधुता) सर्वाधिक, म्हणजे फ्ल्युओरीनपेक्षाही जास्त आहे ?
- (a)ऑक्सिजन
- (b)क्लोरीन
- (c)ब्रोमीन
- (d)सल्फर
उत्तर(b) क्लोरीन — आवर्ती कलाचा हा प्रमाणित अपवाद आहे. फ्ल्युओरीनचा अणू इतका लहान असतो की त्या कवचात आधीच दाटीवाटीने बसलेल्या इलेक्ट्रॉनांकडून येणाऱ्या इलेक्ट्रॉनला जोरदार प्रतिकर्षण सोसावे लागते, त्यामुळे फ्ल्युओरीनची इलेक्ट्रॉन-ग्रहण एंथाल्पी क्लोरीनच्या खाली जाते — तरीही सर्वाधिक विद्युतऋण मूलद्रव्य फ्ल्युओरीनच राहते.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष PYQ नाही
आवर्तसारणीत गटात वरून खाली जाताना विद्युतऋणता साधारणपणे :
- (a)वाढते, कारण अणुत्रिज्या वाढते
- (b)घटते, कारण अणुत्रिज्या वाढते व केंद्रकाचे झाकण वाढते
- (c)तेवढीच राहते, कारण संयुजा इलेक्ट्रॉनांची संख्या तीच असते
- (d)प्रथम वाढते व नंतर घटते
उत्तर(b) घटते, कारण अणुत्रिज्या वाढते व केंद्रकाचे झाकण वाढते — गटात खालचे प्रत्येक पाऊल एक नवे कवच जोडते, त्यामुळे बंधातील जोडी केंद्रकापासून दूर जाते आणि आतील अधिक इलेक्ट्रॉनांमुळे झाकली जाते, म्हणून तिच्यावरची अणूची ओढ कमजोर होते. आवर्तात याच्या उलट घडते आणि विद्युतऋणता वाढते.