विलायकीयित इलेक्ट्रॉन

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सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन (विलायकीयित इलेक्ट्रॉन) (रसायन विज्ञान) में कण इलेक्ट्रॉन है, और सबसे छोटा संभव आयन है। विलायकीयित इलेक्ट्रॉन व्यापक रूप से पाए जाते हैं।[1] अधिकांशतः, विलायकीयित इलेक्ट्रॉनों की चर्चा अमोनिया में उनके समाधानों पर केंद्रित होती है, जो कई दिनों तक स्थिर रहते हैं, किन्तु विलायकीयित इलेक्ट्रॉन पानी और अन्य सॉल्वैंट्स में भी होते हैं। वास्तव में, किसी भी विलायक में जो बाहरी-क्षेत्र इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण में मध्यस्थता करता है। विलायकीयित इलेक्ट्रॉन विकिरण रसायन विज्ञान के बड़े भाग के लिए उत्तरदायी है।

अमोनिया समाधान

तरल अमोनिया सभी क्षार धातुओं और अन्य वैद्युतीयऋणात्मकता धातुओं जैसे कैल्शियम को घोल देता है।[2] इस प्रकार स्ट्रोंटियम, बेरियम, युरोपियम, और यटरबियम (इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया का उपयोग करके मैगनीशियम भी)।[3]), विशिष्ट नीला समाधान दे रहा है। इस प्रकार तरल अमोनिया में क्षार धातुओं के लिए, घोल पतला होने पर नीला और अधिक गाढ़ा होने पर तांबे के रंग का होता है (> 3 मोलर सांद्रता)।[4] ये समाधान चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक) हैं। घोल का नीला रंग अम्मोनीकृत इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है, जो प्रकाश के दृश्य क्षेत्र में ऊर्जा को अवशोषित करते हैं। इस प्रकार तरल अमोनिया में विलायकीयित इलेक्ट्रॉन की विसरणशीलता संभावित-अवस्था क्रोनोएम्पेरोमेट्री का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है।[5]

अमोनिया में घुलनशील इलेक्ट्रॉन लवण के आयन होते हैं जिन्हें इलेक्ट्राइड कहा जाता है।

Na + 6 NH3 → [Na(NH3)6]+ई−

प्रतिक्रिया में अमोनिया घोल का प्रतिवर्ती वाष्पीकरण होता है जिससे धात्विक सोडियम की एक फिल्म बनती है।

केस स्टडी: NH3 में Li3

शुष्क बर्फ से घिरे गोल-तले फ्लास्क में दो समाधानों की तस्वीरें; एक घोल गहरा नीला है, दूसरा सुनहरा।
तरल अमोनिया में लिथियम के विघटन से प्राप्त समाधान। सबसे ऊपर वाले घोल का रंग गहरा नीला है और नीचे वाले घोल का रंग सुनहरा है। रंग क्रमशः इलेक्ट्रॉनिक रूप से इन्सुलेट और धात्विक सांद्रता पर विलायकीयित इलेक्ट्रॉनों की विशेषता रखते हैं।


-60 डिग्री सेल्सियस पर एक लिथियम-अमोनिया समाधान लगभग 15 मोल% धातु (एमपीएम) पर संतृप्त होता है। जब इस सीमा में सांद्रता बढ़ाई जाती है तो विद्युत चालकता 10−2 से बढ़कर 104 ओम−1सेंटीमीटर−1 (तरल पारे से अधिक) हो जाती है। लगभग 8 एमपीएम पर, एक "धात्विक अवस्था में संक्रमण" (टीएमएस) होता है (जिसे "धातु-से-अधातु संक्रमण" (एमएनएमटी) भी कहा जाता है)। 4 एमपीएम पर एक तरल-तरल अवस्था पृथक्करण होता है: इस प्रकार कम सघन सोने के रंग का अवस्था सघन नीले अवस्था से अमिश्रणीय हो जाता है। 8 एमपीएम से ऊपर का घोल कांस्य/सुनहरे रंग का होता है। समान सांद्रता सीमा में समग्र घनत्व 30% कम हो जाता है।

अन्य विलायक

क्षार धातुएँ कुछ छोटे प्राथमिक एमाइनों, जैसे मेथिलऐमीन और एथिलमाइन में भी घुल जाती हैं [6] और हेक्सामेथिलफॉस्फोरामाइड, नीले घोल बनाते हैं। इस प्रकार टेट्राहाइड्रोफ्यूरान क्षार धातु को घोलता है, किन्तु बर्च कमी (देखें)। § अनुप्रयोग) एनालॉग डायमाइन लिगैंड के बिना आगे नहीं बढ़ता है।[7] एथिलीनडायमाइन में क्षारीय पृथ्वी धातुओं मैग्नीशियम, कैल्शियम, स्ट्रोंटियम और बेरियम के विलायकीयित इलेक्ट्रॉन समाधान का उपयोग इन धातुओं के साथ ग्रेफाइट (रसायन विज्ञान) के अंतर्संबंध (इंटरकलेशन) के लिए किया गया है।[8]

पानी

विलायकीयित इलेक्ट्रॉन पानी के साथ क्षार धातुओं की प्रतिक्रिया में सम्मिलित होते हैं, तथापि विलायकीयित इलेक्ट्रॉन का केवल क्षणभंगुर अस्तित्व होता है।[9] इस प्रकार ph = 9.6 से नीचे हाइड्रेटेड इलेक्ट्रॉन परमाणु हाइड्रोजन देने वाले हाइड्रोनियम आयन के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो उसके स्थान में हाइड्रेटेड इलेक्ट्रॉन के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रॉक्साइड आयन और सामान्य आणविक हाइड्रोजन H2 दे सकता है।.[10]

विलायकीयित इलेक्ट्रॉन गैस अवस्था में भी पाए जा सकते हैं। इसका तात्पर्य पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल में उनके संभावित अस्तित्व और न्यूक्लियेशन और एयरोसोल निर्माण में भागीदारी से है।[11]

इसका मानक इलेक्ट्रोड विभव मान -2.77 V है। [12] 177 Mho सेमी2 की समतुल्य चालकता हाइड्रॉक्साइड आयन के समान है। समतुल्य चालकता का यह मान 4.75 सेमी2 सेकंड−1 की विसरणशीलता से मेल खाता है.[13]

प्रतिक्रियाशीलता

चूँकि अधिक स्थिर, विलायकीयित इलेक्ट्रॉनों वाले नीले अमोनिया समाधान उत्प्रेरक की उपस्थिति में सोडियम एमाइड के रंगहीन समाधान देने के लिए तेजी से घटते हैं:

2 [Na(NH3)6]+e− → H2 + 2 NaNH2 + 10 NH3

विलायकीयित इलेक्ट्रॉनों वाले समाधानों में क्राउन ईथर और क्रिप्टैंड जैसे मैक्रोसाईक्लिक लिगैंड्स को जोड़कर इलेक्ट्राइड लवण को अलग किया जा सकता है। ये लिगैंड धनायनों को दृढ़ता से बांधते हैं और इलेक्ट्रॉन द्वारा उनके पुनः अपचयन को रोकते हैं।

[Na(NH3)6]+e− + cryptand → [Na(cryptand)]+e−+ 6 NH3

विलायकीयित इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके सुपरऑक्साइड रेडिकल (रसायन शास्त्र) (O2.−) बनाता है.[14] नाइट्रस ऑक्साइड के साथ, विलायकीयित इलेक्ट्रॉन हाइड्रॉकसिल रेडिकल्स (HO) बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं [15]

अनुप्रयोग

विलायकीयित इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं में सम्मिलित होते हैं, जो कई तकनीकी अनुप्रयोगों (विद्युतसंश्लेषण , विद्युत लेपन , इलेक्ट्रोविनिंग) वाला व्यापक क्षेत्र है।

सोडियम-अमोनिया समाधानों का विशेष उपयोग बिर्च रिडक्शन है। अन्य प्रतिक्रियाएं जहां सोडियम को कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है, उनमें विलायकीयित इलेक्ट्रॉनों को भी सम्मिलित माना जाता है, उदाहरण के लिए इथेनॉल में सोडियम का उपयोग, जैसा कि बौवेल्ट-ब्लैंक कमी में होता है।

कुलेन एट अल द्वारा कार्य दिखाया गया है कि धातु-अमोनिया समाधानों का उपयोग स्तरित सामग्रियों की श्रृंखला को आपस में जोड़ने के लिए किया जा सकता है, जिन्हें ध्रुवीय, एप्रोटिक सॉल्वैंट्स में एक्सफोलिएट किया जा सकता है, जिससे द्वि-आयामी सामग्रियों के आयनिक समाधान तैयार किए जा सकते है।[16] इसका उदाहरण पोटेशियम और अमोनिया के साथ ग्रेफाइट का अंतर्संबंध है, जिसे ग्राफेनाइड समाधान का उत्पादन करने के लिए टीएचएफ में सहज विघटन द्वारा एक्सफोलिएट किया जाता है। [17]

इतिहास

धातु-इलेक्ट्राइड विलयनों के रंग के अवलोकन का श्रेय सामान्यतः हम्फ्री डेवी को दिया जाता है। 1807-1809 में, उन्होंने गैसीय अमोनिया में पोटेशियम के कणों को जोड़ने की जांच की (अमोनिया के द्रवीकरण का आविष्कार 1823 में किया गया था)।[18] जेम्स बैलेंटाइन हन्नाय और जे. हॉगर्थ ने 1879-1880 में सोडियम के साथ प्रयोग दोहराए जाते है।[19] इस प्रकार 1864 में डब्ल्यू. वेइल और 1871 में सी. ए. सीली ने तरल अमोनिया का उपयोग किया था, जबकि हैमिल्टन कैडी ने 1897 में अमोनिया के आयनीकरण गुणों को पानी से जोड़ा था।[20][21][22] चार्ल्स ए. क्रॉस ने धातु के अमोनिया विलयनों के विद्युत संचालन को मापा और 1907 में इसका श्रेय धातु से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को दिया था।[23][24] 1918 में, जी. ई. गिब्सन और डब्ल्यू. एल. अर्गो ने विलायकीयित इलेक्ट्रॉन अवधारणा प्रस्तुत की थी।[25] उन्होंने अवशोषण स्पेक्ट्रम के आधार पर नोट किया कि विभिन्न धातुएं और विभिन्न सॉल्वैंट्स (मिथाइलमाइन, एथिलमाइन) ही नीला रंग उत्पन्न करते हैं, जिसका श्रेय सामान्य प्रजाति, विलायकीयित इलेक्ट्रॉन को दिया जाता है। इस प्रकार 1970 के दशक में, इलेक्ट्राइड युक्त ठोस लवणों की पहचान की गई।[26]

संदर्भ

  1. ↑ Schindewolf, U. (1968). "सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉनों का गठन और गुण". Angewandte Chemie International Edition in English. 7 (3): 190–203. doi:10.1002/anie.196801901.
  2. ↑ Edwin M. Kaiser (2001). "Calcium–Ammonia". Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rc003. ISBN 978-0471936237.
  3. ↑ Combellas, C; Kanoufi, F; Thiébault, A (2001). "तरल अमोनिया में घुलनशील इलेक्ट्रॉनों का समाधान". Journal of Electroanalytical Chemistry. 499: 144–151. doi:10.1016/S0022-0728(00)00504-0.
  4. ↑ Cotton, F. A.; Wilkinson, G. (1972). उन्नत अकार्बनिक रसायन विज्ञान. John Wiley and Sons Inc. ISBN 978-0-471-17560-5.
  5. ↑ Harima, Yutaka; Aoyagui, Shigeru (1980). "तरल अमोनिया में घुलनशील इलेक्ट्रॉनों का प्रसार गुणांक". Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 109 (1–3): 167–177. doi:10.1016/S0022-0728(80)80115-X.
  6. ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ↑ Burrows, James; Kamo, Shogo; Koide, Kazunori (2021-11-05). "टेट्राहाइड्रोफ्यूरान में लिथियम और एथिलीनडायमाइन के साथ स्केलेबल बर्च कमी". Science. 374 (6568): 741–746. doi:10.1126/science.abk3099. ISSN 0036-8075. PMID 34735232. S2CID 243761715.
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