📁 सामान्य विज्ञान (General Science) 📖 रसायनशास्त्र: अणू रचना, मूलद्रव्यांचे आवर्ती वर्गीकरण व रासायनिक बंध (Atomic Structure & Periodic Table) ⏱️ 30 मिनिटे वाचन 👁️ 114 views
मूलद्रव्यांचे आवर्ती वर्गीकरण: डोबेरायनर, न्यूलँड्स, मेंडेलीव्ह व आधुनिक आवर्तसारणी (Modern Periodic Table)
मूलद्रव्यांचे आवर्ती वर्गीकरण: डोबेरायनर, न्यूलँड्स, मेंडेलीव्ह व आधुनिक आवर्तसारणी (Modern Periodic Table) या घटकामध्ये डोबेरायनरची त्रिके (Dobereiner's Triads, आधुनिक आवर्तसारणी (Modern Periodic Table, आवर्ती कल (Periodic Trends या मुद्द्यांचा सविस्तर समावेश आहे.
लेखक: Mahasarav Team• २५ ऑगस्ट, २०२६
१. मूलद्रव्यांच्या वर्गीकरणाचे ऐतिहासिक टप्पे (Historical Attempts of Classification)
१. डोबेरायनरची त्रिके (Dobereiner's Triads - १८१७)
- जर्मन शास्त्रज्ञ जोहान डोबेरायनर यांनी समान रासायनिक गुणधर्म असणाऱ्या तीन मूलद्रव्यांचे गट केले, त्यांना त्रिके (Triads) म्हणतात.
- नियम: त्रिकातील तीन मूलद्रव्यांची मांडणी त्यांच्या अणुवस्तुमानाच्या चढत्या क्रमाने केल्यास मधल्या मूलद्रव्याचे अणुवस्तुमान हे साधारणपणे इतर दोन मूलद्रव्यांच्या अणुवस्तुमानाच्या सरासरीइतके (Arithmetic Mean) असते.
- महत्त्वाची त्रिके:
- लिथियम, सोडियम, पोटॅशियम: $Li (6.9) + K (39.1) \implies \text{सरासरी } \frac{6.9 + 39.1}{2} = \mathbf{23 = Na \text{ चे अणुवस्तुमान}}$.
- कॅल्शियम, स्ट्रॉन्शिअम, बेरियम: $Ca (40.1) + Ba (137.3) \implies Sr (87.6)$.
- क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन: $Cl (35.5) + I (126.9) \implies Br (79.9)$.
२. न्यूलँड्सचा अष्टकांचा नियम (Newlands' Law of Octaves - १८६६)
- इंग्लिश शास्त्रज्ञ जॉन न्यूलँड्स यांनी ५६ मूलद्रव्यांची मांडणी त्यांच्या अणुवस्तुमानाच्या चढत्या क्रमाने केली.
- नियम: संगीतातील सुरांप्रमाणे (सा, रे, ग, म, प, ध, नि, सा), प्रत्येक आठव्या मूलद्रव्याचे गुणधर्म हे पहिल्या मूलद्रव्यासारखे असतात.
- मर्यादा: हा नियम केवळ कॅल्शियमपर्यंतच ($Ca$ - अणुक्रमांक २०) लागू पडत होता. नवीन शोध लागलेल्या मूलद्रव्यांना यात जागा नव्हती.
३. मेंडेलीव्हची आवर्तसारणी (Mendeleev's Periodic Table - १८६९)
- रशियन शास्त्रज्ञ दिमित्री मेंडेलीव्ह यांनी ६३ ज्ञात मूलद्रव्यांची मांडणी केली.
- मेंडेलीव्हचा आवर्ती नियम: "मूलद्रव्यांचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म हे त्यांच्या अणुवस्तुमानांचे (Atomic Masses) आवर्ती फल असतात."
- वैशिष्ट्ये:
- त्यांनी आवर्तसारणीत उभ्या स्तंभांना 'गण' (Groups - ८ गण) आणि आडव्या ओळींना 'आवर्त' (Periods - ६ आवर्त) नाव दिले.
- अज्ञात मूलद्रव्यांची अचूक भविष्यवाणी: मेंडेलीव्ह यांनी भविष्यात शोध लागणाऱ्या मूलद्रव्यांसाठी जागा रिकामी सोडली व त्यांचे भाकीत केले:
मेंडेलीव्हने दिलेले तात्पुरते नाव नंतर प्रत्यक्ष शोध लागलेले मूलद्रव्य शोधकर्ता / टीप एका-बोरोन (Eka-Boron) स्कँडियम (Scandium - Sc) निलसन (१८७९) एका-अ‍ॅल्युमिनियम (Eka-Aluminium) गॅलियम (Gallium - Ga) डी बॉइसबॉद्रन (१८७५) एका-सिलिकॉन (Eka-Silicon) जर्मेनियम (Germanium - Ge) विंकलर (१८८६)
- मेंडेलीव्हच्या सारणीतील त्रुटी: समस्थानिकांना जागा देता आली नाही; कोबाल्ट ($Co - 58.9$) ला निकेल ($Ni - 58.7$) च्या आधी ठेवले; हायड्रोजनचे स्थान अनिश्चित होते.
२. आधुनिक आवर्तसारणी (Modern Periodic Table - हेन्री मोस्ले, १९१३)
आधुनिक आवर्ती नियम (Modern Periodic Law):
"मूलद्रव्यांचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म हे त्यांच्या अणुक्रमांकांचे (Atomic Numbers - $Z$) आवर्ती फल असतात."
आधुनिक आवर्तसारणीची रचना (Structure of Modern Periodic Table):
- एकूण मूलद्रव्ये: ११८.
- उभे स्तंभ (गणे / Groups): १८ गण.
- आडव्या ओळी (आवर्त / Periods): ७ आवर्त.
- तळाशी ठेवलेल्या २ स्वतंत्र श्रेणी:
- लॅन्थेनाईड्स श्रेणी (Lanthanides): अणूअंक ५७ ते ७१ (दुर्मीळ मृदा मूलद्रव्ये).
- अ‍ॅक्टिनाईड्स श्रेणी (Actinides): अणूअंक ८९ ते १०३ (किरणोत्सारी मूलद्रव्ये, युरेनियमनंतरची सर्व मूलद्रव्ये मानवनिर्मित आहेत).
३. आवर्तसारणीचे ४ खंड (4 Blocks of Periodic Table)
| खंड (Block) | समाविष्ट गणे (Groups) | मूलद्रव्यांचे स्वरूप व वैशिष्ट्ये |
|---|---|---|
| s-ब्लॉक | गण १ व गण २ |
• गण १ (अल्क धातू - Alkali Metals): $Li, Na, K, Rb, Cs, Fr$ (अतिशय क्रियाशील, मऊ धातू, पाण्यात हायड्रोजन वायू मुक्त करतात, रॉकेलमध्ये ठेवतात). • गण २ (अल्कधर्मी मृदा धातू - Alkaline Earth Metals): $Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra$. |
| p-ब्लॉक | गण १३ ते गण १८ | या खंडात धातू, अधातू आणि धातूसदृश्य मूलद्रव्ये (Metalloids - सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक) तिन्ही समाविष्ट आहेत. |
| d-ब्लॉक | गण ३ ते गण १२ | संक्रामक मूलद्रव्ये (Transition Elements): सर्व धातू असून ते रंगीत संयुगे तयार करतात आणि उत्प्रेरक (Catalyst) म्हणून वापरले जातात (उदा. $Fe, Cu, Zn, Pt, Au$). |
| f-ब्लॉक | तळाशी असलेल्या २ ओळी | आंतर-संक्रामक मूलद्रव्ये (Inner Transition Elements): लॅन्थेनाईड्स व अ‍ॅक्टिनाईड्स. |
४. महत्त्वाचे विशिष्ट गण (Special Groups in Periodic Table)
- गण १७: हॅलोजेन्स (Halogens - क्षार उत्पादक):
- मूलद्रव्ये: फ्लोरीन (F), क्लोरीन (Cl), ब्रोमीन (Br), आयोडीन (I), अ‍ॅस्टाटिन (At).
- फ्लोरीन: विश्वातील सर्वाधिक विद्युतऋण (Most Electronegative) मूलद्रव्य.
- ब्रोमीन: सामान्य तापमानाला द्रवरूपात आढळणारा एकमेव अधातू (Liquid Non-metal).
- आयोडीन: चकचकीत चकाकी असणारा एकमेव अधातू.
- गण १८: राजवायू / नोबल गॅसेस / शून्य गण (Noble Gases / Inert Gases):
- मूलद्रव्ये: हेलियम (He), निऑन (Ne), अरगॉन (Ar), क्रिप्टॉन (Kr), झेनॉन (Xe), रेडॉन (Rn).
- यांच्या बाह्यतम कक्षेत अष्टक (किंवा He मध्ये द्विक) पूर्ण असल्याने त्यांची संयुजा शून्य (०) असते. ते रासायनिकदृष्ट्या अतिशय निष्क्रिय असतात.
- उपयोग: हेलियम (हवाई फुगे व विमानाचे टायर - ज्वलनशील नाही), निऑन (जाहिरातींचे लाल-नारंगी चमकणारे फलक), अरगॉन (विद्युत दिव्यांमध्ये), रेडॉन (किरणोत्सारी वायू).
५. आवर्ती कल (Periodic Trends - MPSC वारंवार विचारते)
| गुणधर्म (Property) | आवतात डावीकडून उजवीकडे जाताना ($\rightarrow$) | गणात वरून खाली येताना ($\downarrow$) |
|---|---|---|
| अणुत्रिज्या / अणूचा आकार (Atomic Radius) | कमी होते (केंद्रकाचा धनप्रभार वाढून इलेक्ट्रॉन आत खेचले जातात). | वाढते (नवीन कवच/कक्षा जोडली जाते). |
| धातू गुणधर्म (Metallic Character) | कमी होतो (अधातूकडे वाटचाल). | वाढतो (इलेक्ट्रॉन गमावणे सोपे होते). |
| अधातू गुणधर्म (Non-metallic Character) | वाढतो. | कमी होतो. |
| विद्युतऋणता (Electronegativity) | वाढते (फ्लोरीन सर्वाधिक). | कमी होते (सिझियम/फ्रॅन्शिअम सर्वात कमी). |
| आयनन ऊर्जा (Ionization Energy) | वाढते. | कमी होते. |
📊 आधुनिक आवर्तसारणीतील आवर्ती कल (Periodic Trends in Modern Periodic Table)
हेन्री मोस्ले यांनी १९१३ मध्ये मांडलेली आधुनिक आवर्तसारणी अणूक्रमांकावर (Atomic Number - Z) आधारित आहे. यात १८ उभे स्तंभ (गण - Groups) आणि ७ आडव्या ओळी (आवर्त - Periods) आहेत:
| गुणधर्म (Periodic Property) | आवतात डावीकडून उजवीकडे जाताना | गणात वरून खाली येताना | शास्त्रीय कारण |
|---|---|---|---|
| अणूची त्रिज्या (Atomic Radius) | कमी होते (Decreases) | वाढते (Increases) | आवतात केंद्रकावरील धन प्रभार वाढल्याने इलेक्ट्रॉन ओढले जातात; गणात नवीन कवचे (Shells) जोडली जातात. |
| धातू गुणधर्म (Metallic Character) | कमी होतो | वाढतो | इलेक्ट्रॉन गमावण्याची प्रवृत्ती गणात खाली येताना वाढते. सर्वात क्रियाशील धातू 'फ्रॅन्शियम' व 'सिझियम' आहेत. |
| अधातू गुणधर्म (Non-metallic) | वाढतो | कमी होतो | इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्याची प्रवृत्ती आवतात उजवीकडे वाढते. सर्वात क्रियाशील अधातू 'फ्ल्युओरिन' आहे. |
| विद्युतऋणता (Electronegativity) | वाढते | कमी होते | आवर्तसारणीत फ्ल्युओरिनची (F) विद्युतऋणता सर्वाधिक (४.०) आहे. |
| आयनीकरण ऊर्जा (Ionization Energy) | वाढते | कमी होते | कवचातून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढण्यासाठी लागणारी ऊर्जा आवतात उजवीकडे वाढते. |
गण १ — अल्क धातू (Alkali Metals):
हायड्रोजन, लिथियम, सोडियम, पोटॅशियम. अतिशय मऊ व क्रियाशील (पाण्यासोबत हायड्रोजन वायू देतात).
गण २ — अल्कधर्मी मृदा धातू (Alkaline Earth):
बेरिलियम, मॅग्नेशियम, कॅल्शियम, स्ट्रॉन्शियम, बेरियम. कवचात २ व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन्स.
गण १७ — हॅलोजन्स (Halogens):
फ्ल्युओरिन, क्लोरीन, ब्रोमीन (द्रव अधातू), आयोडीन. क्षार निर्माण करणारे रंगीत अधातू.
गण १८ — राजवायू (Noble Gases):
हेलियम, निऑन, अरगॉन, क्रिप्टॉन, झेनॉन, रेडॉन. शून्य संयुजा असणारे पूर्णपणे निष्क्रिय वायू.
👮♂️ पोलीस भरती व सरळसेवा 'गोल्डन' वन-लाइनर तथ्ये (Periodic Table Facts)
📌 आधुनिक आवर्तसारणीचा जनक: हेन्री मोस्ले (१९१३).
📌 मूलद्रव्यांची पहिली आवर्तसारणी: दिमित्री मेंडेलीव्ह (१८६९ - अणुवस्तुमानांकावर आधारित).
📌 आधुनिक आवर्तसारणीत एकूण किती मूलद्रव्ये आहेत: ११८ मूलद्रव्ये (९४ नैसर्गिक + २४ मानवनिर्मित).
📌 आवर्तसारणीतील सर्वात हलके मूलद्रव्य: हायड्रोजन (H). सर्वात हलका धातू: लिथियम (Li).
📌 सर्वात जड नैसर्गिक मूलद्रव्य: युरेनियम (अणूक्रमांक ९२).
📌 सर्वाधिक घनता असलेला धातू: ऑस्मियम (Os - घनता २२.६ ग्रॅम/सेंमी³).
📌 धातू सदृश मूलद्रव्ये (Metalloids): सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, बोरॉन, टेल्युरियम, अँटिमनी.
📌 विद्युत बल्बमध्ये भरला जाणारा निष्क्रिय वायू: अरगॉन (Ar) व नायट्रोजन.
📌 जाहिरातींच्या रंगीत दिव्यांमध्ये वापरला जाणारा वायू: निऑन (Neon - लालसर शेंदरी प्रकाश).
📌 हवेपेक्षा हलका आणि न जळणारा राजवायू: हेलियम (विमानाच्या चाकांमध्ये व हवामान फुग्यांमध्ये वापरतात).
📝 MPSC Combine व राज्यसेवा सराव प्रश्न
प्र. १. मेंडेलीव्हने आपल्या आवर्तसारणीत भाकीत केलेल्या 'एका-सिलिकॉन' या मूलद्रव्याला पुढे जाऊन कोणते नाव देण्यात आले? [MPSC Combine B]
(A) स्कॅन्डियम
(B) गॅलियम
(C) जर्मेनियम
(D) पोलोनियम
उत्तर: (C) जर्मेनियम. स्पष्टीकरण: मेंडेलीव्हने भाकीत केलेली ३ मूलद्रव्ये: एका-बोरॉन → स्कॅन्डियम, एका-अ‍ॅल्युमिनियम → गॅलियम, एका-सिलिकॉन → जर्मेनियम.
प्र. २. आवर्तसारणीतील सर्व मूलद्रव्यांमध्ये सर्वाधिक विद्युतऋणता (Highest Electronegativity) कोणत्या मूलद्रव्याची असते? [MPSC Group C]
(A) क्लोरीन
(B) फ्ल्युओरिन
(C) ऑक्सिजन
(D) नायट्रोजन
उत्तर: (B) फ्ल्युओरिन. स्पष्टीकरण: पॉलिंग स्केलवर फ्ल्युओरिनची विद्युतऋणता सर्वाधिक ४.० इतकी असते.
🎯 सराव परीक्षा (Practice Quiz)
रसायनशास्त्र: अणू रचना, आवर्तसारणी व रासायनिक बंध सराव चाचणी ०३
या घटकाचा अभ्यास पूर्ण झाला असल्यास लगेच चाचणी सोडून सराव करा.
📝
4 टेस्ट्स या घटकावर आधारित मोफत सराव टेस्ट्स (Free Practice Tests)
1
रसायनशास्त्र: अणू रचना, आवर्तसारणी व रासायनिक बंध सराव चाचणी ०३
⏱️ 15 मि.•🏆 20 गुण मोफत
3
रसायनशास्त्र - द्रव्याची रचना, मूलद्रव्ये, संयुगे व मिश्रणे - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत
4
रसायनशास्त्र - अणूची रचना, समस्थानिके व आवर्तसारणी - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत