समूह 3 तत्व

From LTRC
आवर्त सारणी में समूह 3
Group number 3
By element स्कैंडियम समूह
Cas IIIB
Old iupac IIIA
Mark Sc,Y,Lu,Lr
Left क्षारीय मृदा धातु
Right समूह 4
↓ आवर्त
4 आदिम
5 आदिम
6 आदिम
7 कृत्रिम

संकेत

आदिम तत्व
कृत्रिम तत्व
परमाणु क्रमांक रंग:

समूह 3 आवर्त सारणी में संक्रमण धातुओं का पहला समूह है। यह समूह दुर्लभ मृदा तत्वों से निकटता से संबंधित है। इसमें चार तत्व स्कैंडियम (Sc), यट्रियम (Y), लुटेटियम (Lu), और लॉरेंशियम (Lr) शामिल हैं। इस समूह को इसके सबसे हल्के सदस्य के नाम पर स्कैंडियम समूह या स्कैंडियम परिवार भी कहा जाता है।

समूह 3 के तत्वों का रसायन विज्ञान प्रारंभिक संक्रमण धातुओं के लिए विशिष्ट है: इन सभी में मुख्य रूप से केवल +3 की समूह ऑक्सीकरण अवस्था होती है, और पिछले मुख्य-समूह धातुओं की तरह ये काफी विद्युत-धनात्मक होते हैं और इनकी समन्वय रसायन विज्ञान (coordination chemistry) कम समृद्ध होती है। लैंथेनाइड संकुचन के प्रभावों के कारण, यट्रियम और लुटेटियम गुणों में बहुत समान हैं। यट्रियम और लुटेटियम का रसायन विज्ञान अनिवार्य रूप से भारी लैंथेनाइडों जैसा है, लेकिन स्कैंडियम अपने छोटे आकार के कारण कई अंतर प्रदर्शित करता है। यह प्रारंभिक संक्रमण धातु समूहों के समान पैटर्न है, जहाँ सबसे हल्का तत्व अगले दो बहुत समान तत्वों से अलग होता है।

समूह 3 के सभी तत्व काफी नरम, चांदी-सफेद धातुएं हैं, हालांकि उनकी कठोरता परमाणु संख्या के साथ बढ़ती है। वे हवा में जल्दी धूमिल हो जाते हैं और पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, हालांकि उनकी प्रतिक्रियाशीलता एक ऑक्साइड परत के निर्माण से ढकी रहती है। उनमें से पहले तीन प्राकृतिक रूप से पाए जाते हैं, और विशेष रूप से यट्रियम और लुटेटियम अपने समान रसायन विज्ञान के कारण लगभग हमेशा लैंथेनाइडों के साथ जुड़े होते हैं। लॉरेंशियम अत्यधिक रेडियोधर्मी है: यह प्राकृतिक रूप से नहीं पाया जाता है और इसे कृत्रिम संश्लेषण द्वारा उत्पादित किया जाना चाहिए, लेकिन इसके देखे गए और सैद्धांतिक रूप से अनुमानित गुण लुटेटियम के भारी समरूप होने के अनुरूप हैं। समूह 3 के किसी भी तत्व की कोई जैविक भूमिका नहीं है।

ऐतिहासिक रूप से, कभी-कभी लैंथेनम (La) और एक्टिनियम (Ac) को लुटेटियम और लॉरेंशियम के बजाय समूह में शामिल किया जाता था, क्योंकि कई दुर्लभ मृदा तत्वों के इलेक्ट्रॉन विन्यास को शुरू में गलत तरीके से मापा गया था। समूह 3 का यह संस्करण अभी भी पाठ्यपुस्तकों में सामान्य रूप से पाया जाता है, लेकिन इस विषय पर ध्यान केंद्रित करने वाले अधिकांश लेखक इसके खिलाफ हैं। कई लेखक यट्रियम के नीचे के स्थानों को खाली छोड़कर दोनों प्रारूपों के बीच समझौता करने का प्रयास करते हैं, लेकिन यह क्वांटम यांत्रिकी का खंडन करता है क्योंकि इसके परिणामस्वरूप f-ब्लॉक 14 के बजाय 15 तत्व चौड़ा हो जाता है (f-उपकोश की अधिकतम अधिभोग)।

संरचना

भौतिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक साक्ष्य भारी रूप से दिखाते हैं कि समूह 3 में सही तत्व स्कैंडियम, यट्रियम, लुटेटियम और लॉरेंशियम हैं:[1][2][3][4][5][6][7][8] यह वह वर्गीकरण है जिसे इस मामले पर विचार करने वाले अधिकांश रसायनज्ञों और भौतिकविदों ने अपनाया है।[2] इसे 1985 में 33वीं IUPAC महासभा में एक प्रस्तुति में नोट किया गया था,[9] जिसे 1988 की एक रिपोर्ट में IUPAC द्वारा समर्थित किया गया था,[3] और हालांकि 2021 में IUPAC ने इसके बजाय इसे विज्ञान के बजाय "परंपरा" का मामला माना, फिर भी यह सुझाव दिया गया था कि समूह 3 में लुटेटियम वाले रूप का उपयोग समझौते के रूप में किया जाए।[10] यह वर्गीकरण 1892 में हेनरी बैसेट और 1905 में अल्फ्रेड वर्नर के समय का है (हालांकि उन्होंने यट्रियम के नीचे एक खाली जगह छोड़ दी थी क्योंकि लुटेटियम की खोज अभी तक नहीं हुई थी)।[11]

हालाँकि, कई पाठ्यपुस्तकें समूह 3 को स्कैंडियम, यट्रियम, लैंथेनम और एक्टिनियम युक्त दिखाती हैं, जो ऐतिहासिक रूप से गलत तरीके से मापे गए इलेक्ट्रॉन विन्यास पर आधारित एक प्रारूप है:[4] लेव लैंडौ और येवगेनी लिफ्शिट्ज़ ने 1948 में ही इसे "गलत" मान लिया था, इस आधार पर कि 4f कोश पहले ही Lu द्वारा पूरा किया जा चुका है और इसलिए यह एक संक्रमण तत्व होना चाहिए।[5] उन्होंने अभी तक लैंथेनम को d-ब्लॉक से हटाने का कदम नहीं उठाया था, लेकिन जून कोंडो ने 1963 में महसूस किया कि लैंथेनम की कम तापमान वाली अतिचालकता (superconductivity) उसके 4f कोश की सक्रियता का संकेत देती है;[12] और 1965 में, डेविड सी. हैमिल्टन ने इस अवलोकन को आवर्त सारणी में इसकी स्थिति से जोड़ा, और तर्क दिया कि f-ब्लॉक तत्वों La–Yb और Ac–No से बना होना चाहिए।[13] यह मुद्दा 1982 में विलियम बी. जेन्सेन द्वारा व्यापक बहस में लाया गया था। अपने 1982 के लेख में, जेन्सेन ने कई मामले उद्धृत किए जहाँ Sc, Y, और Lu एक ही तरह से व्यवहार करते हैं, लेकिन La अलग तरह से व्यवहार करता है: कमरे के तापमान पर धात्विक क्रिस्टल संरचना; ऑक्साइड की संरचना; क्लोराइड की संरचना; चालन बैंड के लिए d-ब्लॉक जैसी संरचना; और अतिचालकता की उपस्थिति या अनुपस्थिति।[4] (फिर भी यह तर्क दिया गया है कि Sc, Y, La, और Lu परिसरों की संरचनाएं धातु आयनों के आकार पर निर्भर करती हैं और समूह 3 में La या Lu को चुनने के लिए कोई तर्क नहीं है।)[14] यह 20वीं सदी की शुरुआत में दुर्लभ मृदा तत्वों के बार-बार अवक्षेपण (precipitation) या क्रिस्टलीकरण द्वारा अलग करने के क्लासिक तरीके के अनुरूप है, जिसमें प्राप्त पहला पृथक्करण दो समूहों में था: सीरियम समूह और यट्रियम समूह। यह विभाजन सोडियम और पोटेशियम के साथ दुर्लभ मृदा डबल सल्फेट्स की विलेयता (solubility) में अंतर के कारण उत्पन्न हुआ। सीरियम समूह के सोडियम डबल सल्फेट्स कम घुलनशील होते हैं, जबकि यट्रियम समूह के बहुत घुलनशील होते हैं।[15] Sc, Y, और Lu यट्रियम समूह में दिखाई देते हैं, जबकि La और Ac सीरियम समूह में दिखाई देते हैं।[4] यह खनिजों में Sc, Y, Lu (यट्रियम समूह) और La (सीरियम समूह) की उपस्थिति के लिए भी सच है।[11] जेन्सेन ने अपने 1982 के लेख में Ac और Lr पर महत्वपूर्ण रूप से विचार नहीं किया, क्योंकि तब Lr के बारे में बहुत कम जानकारी थी; 2015 में, उन्होंने अपने लेख का एक अपडेट प्रकाशित किया, जिसमें नोट किया गया कि Lr रसायन विज्ञान के बारे में जो कुछ भी सामने आया था, वह पूरी तरह से इसके d-ब्लॉक तत्व होने के अनुरूप था।[2] इस बीच, अपने पूर्ण 4f कोश और कम समन्वय संख्याओं के लिए वरीयता के साथ Lu, बाद के 5d तत्वों से मेल खाता है,[8] और Sc-Y-Lu नीचे जाने वाले रुझान Sc-Y-La नीचे जाने वाले रुझानों की तुलना में d-ब्लॉक में अन्य जगहों पर रुझानों (जैसे Ti-Zr-Hf, V-Nb-Ta) के साथ बेहतर समानांतर हैं।[4]

यट्रियम के नीचे के स्थानों को अक्सर तीसरे विकल्प के रूप में खाली छोड़ दिया जाता है, लेकिन साहित्य में इस बात पर भ्रम है कि क्या यह प्रारूप यह दर्शाता है कि समूह 3 में केवल स्कैंडियम और यट्रियम शामिल हैं, या इसमें सभी लैंथेनाइड और एक्टिनाइड भी शामिल हैं;[10][11][16][17][18] किसी भी तरह, यह प्रारूप f-उपकोश में केवल 14 इलेक्ट्रॉन फिट हो सकने पर 15-तत्व-चौड़ा f-ब्लॉक बनाकर क्वांटम भौतिकी का खंडन करता है।[10] हालांकि 2021 की IUPAC रिपोर्ट ने नोट किया कि 15-तत्व-चौड़े f-ब्लॉक सापेक्षतावादी क्वांटम यांत्रिकी की एक विशेष शाखा के कुछ चिकित्सकों द्वारा समर्थित हैं जो अति-भारी तत्वों के गुणों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, परियोजना की राय यह थी कि ऐसी रुचि-निर्भर चिंताओं का इस बात पर कोई असर नहीं पड़ना चाहिए कि आवर्त सारणी को "सामान्य रासायनिक और वैज्ञानिक समुदाय" के सामने कैसे प्रस्तुत किया जाता है।[10] वास्तव में, Lu और Lr यौगिकों की सापेक्षतावादी क्वांटम-यांत्रिक गणनाओं में किसी भी तत्व में कोई वैलेंस f-ऑर्बिटल नहीं मिला।[19] अति-भारी तत्वों पर ध्यान केंद्रित करने वाले अन्य लेखकों ने बाद में स्पष्ट किया कि "f-ब्लॉक की 15वीं प्रविष्टि d-ब्लॉक के पहले स्लॉट का प्रतिनिधित्व करती है जिसे f-ब्लॉक इंसर्ट के स्थान को इंगित करने के लिए खाली छोड़ दिया गया है", जिसका अर्थ यह होगा कि इस रूप में अभी भी Lu और Lr (प्रश्न में 15वीं प्रविष्टियां) Sc और Y के तहत d-ब्लॉक तत्वों के रूप में हैं।[20] वास्तव में, जब IUPAC प्रकाशन तालिका को 32 कॉलम तक विस्तारित करते हैं, तो वे इसे स्पष्ट करते हैं और Lu और Lr को Y के नीचे रखते हैं।[21][22]

जैसा कि 2021 की IUPAC रिपोर्ट द्वारा नोट किया गया है, Sc-Y-Lu-Lr एकमात्र ऐसा रूप है जो एक साथ परमाणु संख्या के अनुक्रम के संरक्षण की अनुमति देता है, d-ब्लॉक को "दो अत्यधिक असमान भागों" में विभाजित करने से बचता है, और ब्लॉकों को वह सही चौड़ाई देता है जिसकी क्वांटम यांत्रिकी मांग करती है (2, 6, 10, और 14)।[10] हालांकि Sc-Y-La-Ac के पक्ष में तर्क अभी भी साहित्य में पाए जा सकते हैं, कई लेखक उन्हें तार्किक रूप से असंगत मानते हैं।[4][2] उदाहरण के लिए, यह तर्क दिया गया है कि लैंथेनम और एक्टिनियम f-ब्लॉक तत्व नहीं हो सकते क्योंकि उनके परमाणुओं ने f-उपकोशों को भरना शुरू नहीं किया है।[23] लेकिन थोरियम के साथ भी ऐसा ही है जिसे कभी भी f-ब्लॉक तत्व होने पर विवादित नहीं किया गया है,[10][4] यह साबित करता है कि इस मानदंड का ब्लॉक असाइनमेंट के साथ कोई लेना-देना नहीं है जैसा कि आमतौर पर समझा जाता है,[8] और यह तर्क दूसरे छोर पर समस्या को अनदेखा करता है: कि f-कोश यटरबियम और नोबेलियम (Sc-Y-Lu-Lr रूप से मेल खाते हुए) पर भरना पूरा करते हैं, न कि लुटेटियम और लॉरेंशियम पर (जैसा कि Sc-Y-La-Ac में है)।[24] लैंथेनम, एक्टिनियम और थोरियम केवल माडेलुंग नियम के अपवादों के उदाहरण हैं; न केवल वे अपवाद तत्वों के अल्पसंख्यक (118 में से केवल 20) का प्रतिनिधित्व करते हैं,[24] बल्कि उन्हें आवर्त सारणी पर किसी अन्य तत्व को रखने के लिए कभी भी प्रासंगिक नहीं माना गया है। गैसीय परमाणुओं में, d-कोश तांबे (3d104s1), पैलेडियम (4d105s0), और सोने (5d106s1) पर अपना भरना पूरा करते हैं, लेकिन रसायनज्ञों द्वारा यह सार्वभौमिक रूप से स्वीकार किया जाता है कि ये विन्यास असाधारण हैं और d-ब्लॉक वास्तव में माडेलुंग नियम के अनुसार जस्ता (3d104s2), कैडमियम (4d105s2), और पारा (5d106s2) पर समाप्त होता है।[11] प्लेसमेंट के लिए प्रासंगिक तथ्य यह है कि लैंथेनम और एक्टिनियम (थोरियम की तरह) में वैलेंस f-ऑर्बिटल होते हैं जो रासायनिक वातावरण में कब्जा कर सकते हैं, जबकि लुटेटियम और लॉरेंशियम में नहीं होते हैं:[6][25] उनके f-कोश कोर में होते हैं, और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उपयोग नहीं किए जा सकते हैं।[26][27] इस प्रकार यट्रियम और लैंथेनम के बीच का संबंध केवल समान संख्या में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों वाले लेकिन विभिन्न प्रकार के वैलेंस ऑर्बिटल्स वाले तत्वों के बीच का एक माध्यमिक संबंध है, जैसे कि क्रोमियम और यूरेनियम के बीच; जबकि यट्रियम और लुटेटियम के बीच का संबंध प्राथमिक है, जो वैलेंस इलेक्ट्रॉन गणना और वैलेंस ऑर्बिटल प्रकार दोनों को साझा करता है।[25] इसी तरह यह तर्क देना भी समस्याग्रस्त है कि f-ब्लॉक को त्रिसंयोजक लैंथेनाइड धनायनों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या का पालन करना चाहिए, Ce3+ [Xe]4f1 से Lu3+ [Xe]4f14 तक, क्योंकि इसका मतलब यह होगा कि La3+ [Xe] अपने नोबल गैस विन्यास के साथ f-ब्लॉक या d-ब्लॉक में से किसी को भी नहीं सौंपा जा सकता है।[8]

इतिहास

समूह 3 के तत्वों की खोज अटूट रूप से दुर्लभ मृदा तत्वों की खोज से जुड़ी हुई है, जिनके साथ वे प्रकृति में सार्वभौमिक रूप से जुड़े हुए हैं। 1787 में, स्वीडिश अंशकालिक रसायनज्ञ कार्ल एक्सल अरहेनियस ने स्वीडन के यटरबी गांव के पास एक भारी काली चट्टान पाई।[28] यह सोचते हुए कि यह एक अज्ञात खनिज है जिसमें नया खोजा गया तत्व टंगस्टन है,[29] उन्होंने इसे यटरबाइट नाम दिया।[note 1] फिनिश वैज्ञानिक जोहान गैडोलिन ने 1789 में अरहेनियस के नमूने में एक नया ऑक्साइड या "पृथ्वी" की पहचान की, और 1794 में अपना पूर्ण विश्लेषण प्रकाशित किया;[30] 1797 में, नए ऑक्साइड का नाम यट्रिया रखा गया।[31] फ्रांसीसी वैज्ञानिक एंटोनी लेवोइसियर द्वारा रासायनिक तत्वों की पहली आधुनिक परिभाषा विकसित करने के बाद के दशकों में, यह माना जाता था कि पृथ्वी को उनके तत्वों में कम किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि एक नई पृथ्वी की खोज उस तत्व की खोज के बराबर थी, जो इस मामले में यट्रियम होता।[note 2] 1920 के दशक की शुरुआत तक, तत्व के लिए रासायनिक प्रतीक "Yt" का उपयोग किया जाता था, जिसके बाद "Y" सामान्य उपयोग में आया।[32] यट्रियम धातु, हालांकि अशुद्ध, पहली बार 1828 में तैयार की गई थी जब फ्रेडरिक वोहलर ने धात्विक यट्रियम और पोटेशियम क्लोराइड बनाने के लिए निर्जल यट्रियम(III) क्लोराइड को पोटेशियम के साथ गर्म किया था।[33][34] वास्तव में, गैडोलिन की यट्रिया कई धातु ऑक्साइडों का मिश्रण साबित हुई, जिसने दुर्लभ मृदा तत्वों की खोज का इतिहास शुरू किया।[31]

1869 में, रूसी रसायनज्ञ दिमित्री मेंडेलीव ने अपनी आवर्त सारणी प्रकाशित की, जिसमें यट्रियम के ऊपर एक तत्व के लिए खाली जगह थी।[35] मेंडेलीव ने इस काल्पनिक तत्व पर कई भविष्यवाणियां कीं, जिसे उन्होंने एका-बोरॉन कहा। तब तक, गैडोलिन की यट्रिया को कई बार विभाजित किया जा चुका था; पहले स्वीडिश रसायनज्ञ कार्ल गुस्ताफ मोसांडर द्वारा, जिन्होंने 1843 में दो और पृथ्वी को विभाजित किया जिन्हें उन्होंने टर्बिया और एर्बिया कहा (यटरबी के नाम को विभाजित करते हुए जैसे यट्रिया को विभाजित किया गया था); और फिर 1878 में जब स्वीडिश रसायनज्ञ जीन चार्ल्स गैलिसर्ड डी मारिग्नैक ने टर्बिया और एर्बिया को खुद और अधिक पृथ्वी में विभाजित किया। इनमें से यटरबिया (पुरानी एर्बिया का एक घटक) था,[28] जिसे स्वीडिश रसायनज्ञ लार्स फ्रेडरिक निल्सन ने 1879 में एक और नए तत्व को प्रकट करने के लिए सफलतापूर्वक विभाजित किया।[36][37] उन्होंने इसका नाम स्कैंडियम रखा, लैटिन स्कैंडिया से जिसका अर्थ है "स्कैंडिनेविया"। निल्सन स्पष्ट रूप से मेंडेलीव की भविष्यवाणी से अनजान थे, लेकिन पर थियोडोर क्लेव ने पत्राचार को पहचाना और मेंडेलीव को सूचित किया। स्कैंडियम पर रासायनिक प्रयोगों ने साबित कर दिया कि मेंडेलीव के सुझाव सही थे; गैलियम और जर्मेनियम की खोज और लक्षण वर्णन के साथ इसने पूरी आवर्त सारणी और आवर्त नियम की शुद्धता को साबित कर दिया।[38] धात्विक स्कैंडियम का उत्पादन पहली बार 1937 में पोटेशियम, लिथियम, और स्कैंडियम क्लोराइड के यूटेक्टिक मिश्रण के 700–800 °C पर इलेक्ट्रोलेसिस द्वारा किया गया था।[39] स्कैंडियम उन्हीं अयस्कों में मौजूद है जिनसे यट्रियम की खोज की गई थी, लेकिन यह बहुत दुर्लभ है और शायद इसी कारण से इसकी खोज से बचा रहा।[31]

मैरिग्नैक (Marignac) के यटरबिया (ytterbia) का शेष घटक भी एक मिश्रित पदार्थ सिद्ध हुआ। 1907 में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक जॉर्जेस अर्बेन,[40] ऑस्ट्रियाई खनिज विज्ञानी बैरन कार्ल ऑयर वॉन वेल्सबैक, और अमेरिकी रसायनज्ञ चार्ल्स जेम्स[41] ने स्वतंत्र रूप से यटरबिया के भीतर एक नए तत्व की खोज की। वेल्सबैक ने अपने नए तत्व के लिए कैसियोपियम (कैसियोपिया तारामंडल के नाम पर) नाम प्रस्तावित किया, जबकि अर्बेन ने लुटेशियम (पेरिस के लैटिन नाम लुटेशिया से) नाम चुना। खोज की प्राथमिकता पर विवाद दो लेखों में प्रलेखित है, जिसमें अर्बेन और वॉन वेल्सबैक एक-दूसरे पर दूसरे के प्रकाशित शोध से प्रभावित परिणाम प्रकाशित करने का आरोप लगाते हैं।[42][43] 1909 में, परमाणु द्रव्यमान आयोग, जो नए तत्वों के नामकरण के लिए जिम्मेदार था, ने अर्बेन को प्राथमिकता दी और उनके नामों को आधिकारिक रूप से अपनाया। इस निर्णय के साथ एक स्पष्ट समस्या यह थी कि अर्बेन आयोग के चार सदस्यों में से एक थे।[44] 1949 में, तत्व 71 की वर्तनी बदलकर लुटेशियम (lutetium) कर दी गई।[45][46] बाद के शोध, जो अर्बेन के लुटेशियम को और विभाजित करने के प्रयासों से जुड़े थे, ने खुलासा किया कि इसमें नए तत्व 71 के केवल अंश थे, और केवल वॉन वेल्सबैक का कैसियोपियम ही शुद्ध तत्व 71 था। इस कारण कई जर्मन वैज्ञानिक 1950 के दशक तक तत्व के लिए कैसियोपियम नाम का उपयोग करते रहे। विडंबना यह है कि चार्ल्स जेम्स, जो प्राथमिकता के तर्क से विनम्रतापूर्वक दूर रहे थे, ने दूसरों की तुलना में बहुत बड़े पैमाने पर काम किया था, और निस्संदेह उस समय उनके पास लुटेशियम की सबसे बड़ी आपूर्ति थी।[47] लुटेशियम स्थिर दुर्लभ मृदा तत्वों (rare earths) में खोजा जाने वाला अंतिम तत्व था। एक सदी से अधिक के शोध ने गैडोलिन के मूल इट्रियम को इट्रियम, स्कैंडियम, लुटेशियम और सात अन्य नए तत्वों में विभाजित कर दिया था।[28]

लॉरेंसियम इस समूह का एकमात्र तत्व है जो प्राकृतिक रूप से नहीं पाया जाता है। इसे संभवतः पहली बार 14 फरवरी, 1961 को अल्बर्ट घियोर्सो और उनकी टीम द्वारा कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले की लॉरेंस रेडिएशन लैबोरेटरी (जिसे अब लॉरेंस बर्कले नेशनल लैबोरेटरी कहा जाता है) में संश्लेषित किया गया था। लॉरेंसियम के पहले परमाणु हैवी आयन लीनियर एक्सीलरेटर (HILAC) से बोरोन-10 और बोरोन-11 नाभिकों के साथ कैलिफोर्नियम तत्व के तीन समस्थानिकों से बने तीन-मिलीग्राम लक्ष्य पर बमबारी करके उत्पादित किए गए थे।[48] मूल रूप से 257 न्यूक्लाइड की सूचना दी गई थी। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय की टीम ने नए तत्व के लिए लॉरेंसियम (साइक्लोट्रॉन कण त्वरक के आविष्कारक अर्नेस्ट ओ. लॉरेंस के नाम पर) नाम और "Lw" प्रतीक का सुझाव दिया;[48] IUPAC ने उनकी खोज को स्वीकार कर लिया, लेकिन प्रतीक को बदलकर "Lr" कर दिया।[49] 1965 में, सोवियत संघ (अब रूस) के दुबना में परमाणु-भौतिकी शोधकर्ताओं ने 256 की सूचना दी,[50] 1967 में, उन्होंने बताया कि वे 257 पर अमेरिकी वैज्ञानिकों के डेटा की पुष्टि करने में सक्षम नहीं थे,[51] और नए तत्व के लिए "रदरफोर्डियम" नाम प्रस्तावित किया।[52] दुबना समूह ने बर्कले समूह की खोज को IUPAC द्वारा दी गई मंजूरी की आलोचना करते हुए इसे जल्दबाजी में लिया गया निर्णय बताया।[53] 1971 में, बर्कले समूह ने लॉरेंसियम समस्थानिकों के परमाणु क्षय गुणों को मापने के उद्देश्य से प्रयोगों की एक पूरी श्रृंखला की,[54] जिसमें बर्कले और दुबना के सभी पिछले परिणामों की पुष्टि हुई, सिवाय इसके कि 1961 में बर्कले में रिपोर्ट किया गया प्रारंभिक 257 समस्थानिक वास्तव में 258 निकला।[53] 1992 में, IUPAC ट्रांस-फर्मियम वर्किंग ग्रुप ने दुबना और बर्कले की परमाणु भौतिकी टीमों को तत्व 103 के सह-खोजकर्ता के रूप में नामित किया। जब IUPAC ने 1997 में 100 से अधिक तत्वों के नामकरण का अंतिम निर्णय लिया, तो उसने तत्व 103 के लिए "लॉरेंसियम" नाम और "Lr" प्रतीक को बनाए रखने का निर्णय लिया क्योंकि उस समय तक यह लंबे समय से उपयोग में था। "रदरफोर्डियम" नाम अगले तत्व 104 को दिया गया, जिसके लिए बर्कले टीम ने इसे प्रस्तावित किया था।[49]

विशेषताएँ

रासायनिक

समूह 3 तत्वों के इलेक्ट्रॉन विन्यास
2=परमाणु संख्या तत्व प्रति कोश इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन विन्यास
21 Sc, स्कैंडियम 2, 8,  9,  2 1=[Ar]      3d1 4s2
39 Y, इट्रियम 2, 8, 18,  9,  2 1=[Kr]      4d1 5s2
71 Lu, लुटेशियम 2, 8, 18, 32,  9, 2 1=[Xe] 4f14 5d1 6s2
103 Lr, लॉरेंसियम 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 1=[Rn] 5f14 6d0 7s2 7p1

अन्य समूहों की तरह, इस परिवार के सदस्य अपने इलेक्ट्रॉन विन्यास में पैटर्न दिखाते हैं, विशेष रूप से सबसे बाहरी कोशों में, जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक व्यवहार में रुझान दिखाई देते हैं। सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण जो उच्च परमाणु संख्याओं के लिए महत्वपूर्ण हो जाते हैं, लॉरेंसियम के विन्यास में अपेक्षित 6d के बजाय एक अनियमित 7p अधिभोग (occupancy) होता है,[55][56] लेकिन सामान्य [Rn]5f146d17s2 विन्यास ऊर्जा में इतना कम है कि समूह के बाकी हिस्सों से कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं देखा गया है या अपेक्षित नहीं है।[57][58]

अधिकांश रसायन विज्ञान केवल समूह के पहले तीन सदस्यों के लिए देखा गया है; लॉरेंसियम के रासायनिक गुण अच्छी तरह से वर्णित नहीं हैं, लेकिन जो ज्ञात और अनुमानित है, वह लुटेशियम के भारी समरूप (homolog) के रूप में इसकी स्थिति से मेल खाता है। समूह के शेष तत्व (स्कैंडियम, इट्रियम, लुटेशियम) काफी इलेक्ट्रोपॉजिटिव हैं। वे प्रतिक्रियाशील धातुएं हैं, हालांकि यह एक स्थिर ऑक्साइड परत के गठन के कारण स्पष्ट नहीं है जो आगे की प्रतिक्रियाओं को रोकता है। धातुएं ऑक्साइड देने के लिए आसानी से जलती हैं,[59] जो सफेद उच्च-गलनांक वाले ठोस होते हैं। वे आमतौर पर +3 ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीकृत होते हैं, जिसमें वे ज्यादातर आयनिक यौगिक बनाते हैं और उनकी जलीय रसायन विज्ञान मुख्य रूप से धनायनित (cationic) होती है। इस तरह वे लैंथेनाइड्स के समान हैं,[59] हालांकि उनमें f-ऑर्बिटल्स की भागीदारी की कमी है जो लैंथेनम से लुटेशियम तक के 4f तत्वों के रसायन विज्ञान की विशेषता है।[60][61] स्थिर समूह 3 तत्वों को अक्सर 4f तत्वों के साथ तथाकथित दुर्लभ मृदा के रूप में समूहीकृत किया जाता है।[59]

विशिष्ट संक्रमण-धातु गुण इस समूह से काफी हद तक अनुपस्थित हैं, जैसा कि समूह 4 और 5 के भारी तत्वों के लिए है: केवल एक विशिष्ट ऑक्सीकरण अवस्था है और समन्वय रसायन विज्ञान बहुत समृद्ध नहीं है (हालांकि M3+ आयनों के बड़े आकार के कारण उच्च समन्वय संख्या सामान्य है)। यह कहा जा रहा है कि, कम-ऑक्सीकरण अवस्था वाले यौगिक तैयार किए जा सकते हैं और कुछ साइक्लोपेंटाडाइनिल कॉम्प्लेक्स रसायन विज्ञान ज्ञात है। समूह 3 तत्वों के रसायन विज्ञान को इस प्रकार मुख्य रूप से उनकी परमाणु त्रिज्या द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है:[59] इट्रियम और लुटेशियम बहुत समान हैं,[62] लेकिन स्कैंडियम सबसे कम क्षारीय और सबसे अच्छा जटिल एजेंट (complexing agent) होने के कारण अलग दिखता है, जो कुछ गुणों में एल्युमीनियम के करीब पहुंचता है।[59] वे स्वाभाविक रूप से त्रिसंयोजक तत्वों की एक श्रृंखला में दुर्लभ मृदा तत्वों के साथ अपना स्थान लेते हैं: इट्रियम क्षारीयता में डिस्प्रोसियम और होल्मियम के बीच एक दुर्लभ मृदा मध्यवर्ती के रूप में कार्य करता है; लुटेशियम 4f तत्वों की तुलना में कम क्षारीय और लैंथेनाइड्स में सबसे कम क्षारीय के रूप में; और स्कैंडियम लुटेशियम से भी कम क्षारीय दुर्लभ मृदा तत्व के रूप में।[63] स्कैंडियम ऑक्साइड उभयधर्मी (amphoteric) है; लुटेशियम ऑक्साइड अधिक क्षारीय है (हालांकि इसे कठिनाई के साथ कुछ अम्लीय गुण प्रदर्शित करने के लिए बनाया जा सकता है), और इट्रियम ऑक्साइड और भी अधिक क्षारीय है।[64] इन धातुओं के मजबूत एसिड के साथ लवण घुलनशील होते हैं, जबकि कमजोर एसिड (जैसे फ्लोराइड, फॉस्फेट, ऑक्सालेट) के साथ लवण कम घुलनशील या अघुलनशील होते हैं।[59]

भौतिक

समूह 3 में रुझान अन्य शुरुआती d-ब्लॉक समूहों का अनुसरण करते हैं और पांचवें से छठे आवर्त में जाने पर कोर में एक भरे हुए f-कोश के जुड़ने को दर्शाते हैं। उदाहरण के लिए, स्कैंडियम और इट्रियम दोनों नरम धातुएं हैं। लेकिन लैंथेनाइड संकुचन के कारण, इट्रियम से लुटेशियम तक परमाणु त्रिज्या में अपेक्षित वृद्धि उलट जाती है; लुटेशियम परमाणु इट्रियम परमाणुओं की तुलना में थोड़े छोटे होते हैं, लेकिन भारी होते हैं और उनका परमाणु आवेश अधिक होता है।[65][66] यह धातु को अधिक सघन बनाता है, और कठिन भी क्योंकि धात्विक बंधन बनाने के लिए परमाणु से इलेक्ट्रॉनों का निष्कर्षण अधिक कठिन हो जाता है। तीनों धातुओं के गलनांक और क्वथनांक समान हैं।[67] लॉरेंसियम के बारे में बहुत कम जानकारी है, लेकिन गणना बताती है कि यह अपने हल्के सजातीय तत्वों की तरह घनत्व बढ़ने के रुझान को जारी रखता है।[68][69]

स्कैंडियम, इट्रियम और लुटेशियम सभी कमरे के तापमान पर हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड संरचना में क्रिस्टलीकृत होते हैं,[70] और लॉरेंसियम से भी ऐसा ही करने की उम्मीद है।[71] समूह के स्थिर सदस्य उच्च तापमान पर संरचना बदलने के लिए जाने जाते हैं। अधिकांश धातुओं की तुलना में, वे गर्मी और बिजली के बहुत अच्छे संवाहक नहीं हैं क्योंकि धात्विक बंधन के लिए उपलब्ध इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम है।[70]

समूह 3 तत्वों के गुण[72]
नाम Sc, स्कैंडियम Y, इट्रियम Lu, लुटेशियम Lr, लॉरेंसियम
गलनांक[73] 1814 K, 1541 °C 1799 K, 1526 °C 1925 K, 1652 °C 1900 K, 1627 °C
क्वथनांक[67] 3109 K, 2836 °C 3609 K, 3336 °C 3675 K, 3402 °C ?
घनत्व 2.99 g cm−3 4.47 g cm−3 9.84 g cm−3 ? 14.4 g cm−3
दिखावट चांदी जैसी धात्विक चांदी जैसी सफेद चांदी जैसी ग्रे ?
परमाणु त्रिज्या[66] 162 pm 180 pm 174 pm ?

प्राप्ति

स्कैंडियम, इट्रियम और लुटेशियम पृथ्वी की पपड़ी में अन्य लैंथेनाइड्स (अल्पकालिक प्रोमेथियम को छोड़कर) के साथ पाए जाते हैं, और अक्सर उनके अयस्कों से निकालना कठिन होता है। समूह 3 के लिए पृथ्वी की पपड़ी में तत्वों की प्रचुरता काफी कम है—समूह के सभी तत्व असामान्य हैं, सबसे प्रचुर मात्रा में इट्रियम है जिसकी प्रचुरता लगभग 30 प्रति मिलियन भाग (ppm) है; स्कैंडियम की प्रचुरता 16 ppm है, जबकि लुटेशियम की लगभग 0.5 ppm है। तुलना के लिए, तांबे की प्रचुरता 50 ppm है, क्रोमियम की 160 ppm है, और मोलिब्डेनम की 1.5 ppm है।[74]

स्कैंडियम विरल रूप से वितरित है और कई खनिजों में अल्प मात्रा में पाया जाता है।[75] स्कैंडिनेविया[76] और मेडागास्कर[77] के दुर्लभ खनिज जैसे गैडोलाइट, यूक्सेनाइट और थोर्टवेइटाइट इस तत्व के एकमात्र ज्ञात केंद्रित स्रोत हैं, जिनमें से बाद वाले में स्कैंडियम(III) ऑक्साइड के रूप में 45% तक स्कैंडियम होता है।[76] इट्रियम के प्राप्ति स्थानों में भी यही प्रवृत्ति है; यह अमेरिकी अपोलो प्रोजेक्ट के दौरान एकत्र किए गए चंद्र चट्टान के नमूनों में भी अपेक्षाकृत उच्च मात्रा में पाया जाता है।[78]

Piece of a yellow-gray rock
मोनाज़ाइट, सबसे महत्वपूर्ण लुटेशियम अयस्क

लुटेशियम का मुख्य व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य अयस्क दुर्लभ-मृदा फॉस्फेट खनिज मोनाज़ाइट, (Ce,La,etc.)PO4 है, जिसमें 0.003% तत्व होता है। मुख्य खनन क्षेत्र चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्राजील, भारत, श्रीलंका और ऑस्ट्रेलिया हैं। शुद्ध लुटेशियम धातु दुर्लभ-मृदा धातुओं में सबसे दुर्लभ और महंगी धातुओं में से एक है, जिसकी कीमत लगभग US$10,000/kg है, या स्वर्ण की कीमत का लगभग एक-चौथाई है।[79][80]

उत्पादन

समूह 3 में सबसे अधिक उपलब्ध तत्व इट्रियम है, जिसका 2010 में वार्षिक उत्पादन 8,900 टन था। इट्रियम का उत्पादन ज्यादातर ऑक्साइड के रूप में, एक ही देश, चीन (99%) द्वारा किया जाता है।[81] लुटेशियम और स्कैंडियम भी ज्यादातर ऑक्साइड के रूप में प्राप्त किए जाते हैं, और 2001 तक उनका वार्षिक उत्पादन क्रमशः लगभग 10 और 2 टन था।[82]

समूह 3 के तत्वों का खनन केवल अन्य तत्वों के निष्कर्षण से उप-उत्पाद के रूप में किया जाता है।[83] वे अक्सर शुद्ध धातुओं के रूप में उत्पादित नहीं होते हैं; धात्विक इट्रियम का उत्पादन लगभग कुछ टन है, और स्कैंडियम का उत्पादन प्रति वर्ष 10 किलोग्राम के क्रम में है;[83][84] लुटेशियम का उत्पादन गणना नहीं किया गया है, लेकिन यह निश्चित रूप से छोटा है। अन्य दुर्लभ-मृदा धातुओं से शुद्धिकरण के बाद, तत्वों को ऑक्साइड के रूप में अलग किया जाता है; हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रियाओं के दौरान ऑक्साइड को फ्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है।[85] परिणामी फ्लोराइड्स को क्षारीय मृदा धातुओं या धातुओं के मिश्र धातुओं के साथ अपचयित (reduced) किया जाता है; धात्विक कैल्शियम का उपयोग सबसे अधिक बार किया जाता है।[85] उदाहरण के लिए:

Sc2O3 + 3 HF → 2 ScF3 + 3 H2O
2 ScF3 + 3 Ca → 3 CaF2 + 2 Sc

जैविक रसायन विज्ञान

समूह 3 धातुओं की जैवमंडल में उपलब्धता कम है। स्कैंडियम, इट्रियम और लुटेशियम की जीवित जीवों में कोई प्रलेखित जैविक भूमिका नहीं है। लॉरेंसियम की उच्च रेडियोधर्मिता इसे जीवित कोशिकाओं के लिए अत्यधिक विषाक्त बना देगी, जिससे विकिरण विषाक्तता (radiation poisoning) हो सकती है।

स्कैंडियम यकृत में केंद्रित होता है और इसके लिए खतरा है; इसके कुछ यौगिक संभवतः कार्सिनोजेनिक (कैंसरकारी) हैं, भले ही सामान्य तौर पर स्कैंडियम विषाक्त नहीं है।[86] स्कैंडियम के खाद्य श्रृंखला तक पहुंचने की जानकारी है, लेकिन केवल अल्प मात्रा में; एक सामान्य मानव प्रति दिन 0.1 माइक्रोग्राम से कम का सेवन करता है।[86] एक बार पर्यावरण में छोड़े जाने के बाद, स्कैंडियम धीरे-धीरे मिट्टी में जमा हो जाता है, जिससे मिट्टी के कणों, जानवरों और मनुष्यों में सांद्रता बढ़ जाती है। स्कैंडियम मुख्य रूप से कार्य वातावरण में खतरनाक है, क्योंकि वाष्प और गैसों को हवा के साथ अंदर लिया जा सकता है। यह फेफड़ों में एम्बोलिज्म का कारण बन सकता है, विशेष रूप से दीर्घकालिक जोखिम के दौरान। यह तत्व जलीय जानवरों की कोशिका झिल्लियों को नुकसान पहुंचाने के लिए जाना जाता है, जिससे प्रजनन और तंत्रिका तंत्र के कार्यों पर कई नकारात्मक प्रभाव पड़ते हैं।[86]

इट्रियम मनुष्यों के यकृत, गुर्दे, प्लीहा, फेफड़ों और हड्डियों में केंद्रित होता है।[87] पूरे मानव शरीर में सामान्यतः 0.5 मिलीग्राम से कम पाया जाता है; मानव स्तन दूध में 4 ppm होता है।[88] इट्रियम खाद्य पौधों में 20 ppm और 100 ppm (ताजा वजन) के बीच सांद्रता में पाया जा सकता है, जिसमें गोभी में सबसे अधिक मात्रा होती है।[88] 700 ppm तक के साथ, लकड़ी के पौधों के बीजों में सबसे अधिक ज्ञात सांद्रता होती है।[88]

लुटेशियम हड्डियों में, और कुछ हद तक यकृत और गुर्दे में केंद्रित होता है।[89] लुटेशियम लवण चयापचय का कारण बनने के लिए जाने जाते हैं और वे प्रकृति में अन्य लैंथेनाइड लवणों के साथ पाए जाते हैं; यह तत्व सभी लैंथेनाइड्स में मानव शरीर में सबसे कम प्रचुर मात्रा में है।[89] मानव आहार की लुटेशियम सामग्री के लिए निगरानी नहीं की गई है, इसलिए यह ज्ञात नहीं है कि औसत मानव कितना सेवन करता है, लेकिन अनुमान बताते हैं कि यह मात्रा प्रति वर्ष केवल कुछ माइक्रोग्राम है, जो सभी पौधों द्वारा ली गई सूक्ष्म मात्रा से आती है। घुलनशील लुटेशियम लवण हल्के विषाक्त होते हैं, लेकिन अघुलनशील लवण नहीं होते हैं।[89]

नोट्स

  1. ↑ यटरबाइट का नाम उस गांव के नाम पर रखा गया था जिसके पास इसे खोजा गया था, साथ ही यह इंगित करने के लिए कि यह एक खनिज है, -ite अंत जोड़ा गया था।
  2. ↑ पृथ्वी को -a अंत दिया गया था और नए तत्वों को सामान्यतः -ium अंत दिया जाता है।

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ग्रंथसूची

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Group 3 element" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Group_3_element यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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