लैंथेनाइड संकुचन

लैंथेनाइड संकुचन परमाणु संख्या 57, लैंथेनम से 71, ल्यूटेशियम तक लैंथेनाइड श्रृंखला में तत्वों की परमाणु त्रिज्या/आयनिक त्रिज्या में अपेक्षा से अधिक कमी है, जिसके परिणामस्वरूप 72, हेफ़नियम से शुरू होने वाले बाद के तत्वों के लिए अन्यथा अपेक्षित परमाणु त्रिज्या/आयनिक त्रिज्या से छोटा होता है। यह शब्द नार्वेजियन भू-रसायनज्ञ विक्टर गोल्डश्मिड्ट द्वारा अपनी श्रृंखला जियोकेमिशे वर्टेइलुंग्सगेसेट डेर एलिमेंट (तत्वों के भू-रासायनिक वितरण कानून) में गढ़ा गया था।

तत्व	परमाणु इलेक्ट्रॉन विन्यास (सभी [Xe] से शुरू होते हैं)	Ln3+ इलेक्ट्रॉन विन्यास	Ln3+ त्रिज्या (pm) (6-समन्वय)
La	5d16s2	4f0	103
Ce	4f15d16s2	4f1	102
Pr	4f36s2	4f2	99
Nd	4f46s2	4f3	98.3
Pm	4f56s2	4f4	97
Sm	4f66s2	4f5	95.8
Eu	4f76s2	4f6	94.7
Gd	4f75d16s2	4f7	93.8
Tb	4f96s2	4f8	92.3
Dy	4f106s2	4f9	91.2
Ho	4f116s2	4f10	90.1
Er	4f126s2	4f11	89
Tm	4f136s2	4f12	88
Yb	4f146s2	4f13	86.8
Lu	4f145d16s2	4f14	86.1

कारण

यह प्रभाव 4f इलेक्ट्रॉनों द्वारा परमाणु आवेश (इलेक्ट्रॉनों पर परमाणु आकर्षक बल) के खराब परिरक्षण प्रभाव से उत्पन्न होता है ; 6s इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं, इस प्रकार एक छोटे परमाणु त्रिज्या का परिणाम होता है।

एकल-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं में, नाभिक से एक इलेक्ट्रॉन का औसत पृथक्करण उस उप-कोश द्वारा निर्धारित किया जाता है, और नाभिक पर बढ़ते हुए आवेश के साथ घटता है; बदले में, यह परमाणु त्रिज्या में कमी की ओर जाता है। बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं में, परमाणु आवेश में वृद्धि के कारण त्रिज्या में कमी इलेक्ट्रॉनों के बीच स्थिर विद्युत प्रतिकर्षण को बढ़ाकर आंशिक रूप से ऑफसेट(पूरी) की जाती है।

विशेष रूप से, एक परिरक्षण प्रभाव संचालित होता है: अर्थात, जैसे ही इलेक्ट्रॉनों को बाहरी गोले में जोड़ा जाता है, पहले से उपस्थित इलेक्ट्रॉन परमाणु आवेश से बाहरी इलेक्ट्रॉनों को ढाल देते हैं, जिससे उन्हें नाभिक पर कम प्रभावी आवेश का अनुभव होता है। आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा लगाया गया परिरक्षण प्रभाव s > p > d > f के क्रम में घटता है।

समान्यता, जैसे ही एक अवधि में एक विशेष उपकोश भरा जाता है, परमाणु त्रिज्या घट जाती है। यह प्रभाव विशेष रूप से लैंथेनाइड्स के कारको में स्पष्ट होता है, क्योंकि 4f सबशेल(उप खोल) जो इन तत्वों में भरा होता है, बाहरी शेल(खोल) (n = 5 और n = 6) इलेक्ट्रॉनों को बचाने में बहुत प्रभावी नहीं होता है। इस प्रकार परिरक्षण प्रभाव बढ़ते परमाणु आवेश के कारण त्रिज्या में कमी का मुकाबला करने में कम सक्षम है। इससे लैंथेनाइड संकुचन होता है। लेण्टेनियुम (III) के लिए आयनिक त्रिज्या 103 pm से ल्यूटेटियम (III) के लिए 86.1 pm तक गिरती है।

लैंथेनाइड संकुचन का लगभग 10% सापेक्षतावादी प्रभावों के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।

प्रभाव

लैंथेनाइड अवधि में बाहरी शेल(खोल) इलेक्ट्रॉनों के बढ़ते आकर्षण के परिणामों को आयनिक त्रिज्या में कमी सहित लैंथेनाइड श्रृंखला पर ही प्रभाव में विभाजित किया जा सकता है, और निम्नलिखित या लैंथेनाइड के बाद के तत्वों पर प्रभाव पड़ता है।

लैंथेनाइड्स के गुण

लैंथेनाइड्स की आयनिक त्रिज्या 103 pm (La³⁺) से घटकर 86 pm (Lu³⁺) हो जाती है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को 4f शेल(खोल) में जोड़ा जाता है। यह पहला f कोश पूरे 5s और 5p कोशों के अंदर है (साथ ही तटस्थ परमाणु में 6s कोश); 4f खोल परमाणु नाभिक के पास अच्छी तरह से स्थानीयकृत है और इसका रासायनिक बंधन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। यद्यपि, परमाणु और आयनिक त्रिज्या में कमी उनके रसायन विज्ञान को प्रभावित करती है। लैंथेनाइड संकुचन के बिना, लैंथेनाइड्स की एक रासायनिक पृथक्करण प्रक्रिया अत्यंत कठिन होगी। यद्यपि, यह संकुचन समान समूह की अवधि 5 और अवधि 6 संक्रमण धातुओं के रासायनिक पृथक्करण को कठिन बना देता है।

विकर्स दृढ़ता, ब्रिनेल दृढ़ता, घनत्व और गलनांक को लैंथेनम से ल्यूटेटियम तक बढ़ाने की एक सामान्य प्रवृत्ति है (यूरोपियम और येटरबियम सबसे उल्लेखनीय अपवाद हैं; धात्विक अवस्था में, वे त्रिसंयोजक के बजाय द्विसंयोजक हैं)। लुटेटियम सबसे दृढ़ और सघन लैंथेनाइड है और इसका गलनांक सबसे अधिक है।

तत्व	विकर्स दृढ़ता (MPa)	ब्रिनेल दृढ़ता (MPa)	घनत्व (g/cm3)	गलनांक बिंदु (K)	परमाणु त्रिज्या (pm)
लैंथेनियुम	491	363	6.162	1193	187
सैरियम	270	412	6.770	1068	181.8
प्रेसियोडीमियम	400	481	6.77	1208	182
नियोडिमियम	343	265	7.01	1297	181
प्रोमेथियम	?	?	7.26	1315	183
समैरियम	412	441	7.52	1345	180
यूरोपियम	167	?	5.264	1099	180
गैडोलिनियम	570	?	7.90	1585	180
टर्बियम	863	677	8.23	1629	177
डिस्प्रोसियम	540	500	8.540	1680	178
होल्मियम	481	746	8.79	1734	176
एर्बियम	589	814	9.066	1802	176
थ्यूलियम	520	471	9.32	1818	176
टेरबियम	206	343	6.90	1097	176
ल्यूटेशियम	1160	893	9.841	1925	174

लान्थेनाइड्स के बाद का प्रभाव

आवर्त सारणी में लैंथेनाइड्स के बाद के तत्व लैंथेनाइड संकुचन से प्रभावित होते हैं। अवधि -6 संक्रमण धातुओं की त्रिज्या अपेक्षा से छोटी होती है यदि कोई लैंथेनाइड्स नहीं होता, और वास्तव में अवधि -5 संक्रमण धातुओं की त्रिज्या के समान है क्योंकि अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन शेल(खोल) का प्रभाव लैंथेनाइड संकुचन द्वारा लगभग पूरी तरह से ऑफसेट है|

उदाहरण के लिए, धातु ज़िरकोनियम, Zr (एक अवधि-5 संक्रमण तत्व) की परमाणु त्रिज्या 155 pm (अनुभवजन्य मूल्य) है और हेफ़नियम, Hf (संबंधित अवधि -6 तत्व), 159 pm है। Zr⁴⁺ का आयनिक त्रिज्या 84 pm है और Hf⁴⁺ की 83 pm है। त्रिज्याएँ बहुत समान हैं, भले ही इलेक्ट्रॉनों की संख्या 40 से 72 तक बढ़ जाती है और परमाणु द्रव्यमान 91.22 से बढ़कर 178.49 ग्राम/मोल हो जाता है। द्रव्यमान में वृद्धि और अपरिवर्तित त्रिज्या के कारण घनत्व में 6.51 से 13.35 ग्राम/सेमी^{3 की भारी वृद्धि हुई है।}

ज़िरकोनियम और हेफ़नियम, इसलिए, बहुत समान रासायनिक व्यवहार करते हैं, समान त्रिज्या और इलेक्ट्रॉन विन्यास रखते हैं। परिसरों की जाली ऊर्जा, विलायक ऊर्जा और स्थिरता स्थिरांक जैसे त्रिज्या-निर्भर गुण भी समान हैं। इस समानता के कारण, हेफ़नियम केवल जिरकोनियम के साथ पाया जाता है, जो बहुत अधिक प्रचुर मात्रा में है। इसका मतलब यह भी था कि 1789 में जिरकोनियम की खोज के 134 साल बाद 1923 में हेफ़नियम की खोज एक अलग तत्व के रूप में की गई थी। दूसरी ओर, टाइटेनियम एक ही समूह में है, लेकिन उन दो धातुओं से काफी अलग है जो शायद ही उनके साथ कभी पाया जाता है।

यह भी देखें

• D-ब्लॉक(खंड) संकुचन [या स्कैंडाइड संकुचन]

बाहरी संबंध

• Reference Page, See Figure 2 for details
• Complex Definition