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लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड (f-ब्लॉक)

f-ब्लॉक की दो पंक्तियाँ आवर्त सारणी के नीचे रखी जाती हैं: लैंथेनॉयड (Ce से Lu, 4f भरता है) और ऐक्टिनॉयड (Th से Lr, 5f भरता है)। लैंथेनॉयड मुख्यतः +3 दिखाते हैं; ऐक्टिनॉयड +7 तक कई अवस्थाएँ दिखाते हैं और सब रेडियोधर्मी हैं। f-इलेक्ट्रॉनों के कमज़ोर परिरक्षण से पंक्ति में आकार लगातार घटता है: लैंथेनॉयड संकुचन। इसी से Zr और Hf लगभग एक आकार के हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. मुख्य सारणी हल्की दिख रही है। उसके नीचे रखी दो लंबी पंक्तियाँ f-ब्लॉक हैं। ऊपर लैंथेनॉयड (4f), नीचे ऐक्टिनॉयड (5f)।
  2. बैंगनी गिनती देखिए। La से Lu तक हर नया इलेक्ट्रॉन गहरे 4f कोश में जाता है, 4f¹ से 4f¹⁴ तक। बाहरी 6s² वही रहता है, इसलिए सब एक जैसे व्यवहार करते हैं।
  3. नारंगी घन +3 अवस्था दिखाते हैं। लगभग हर लैंथेनॉयड में यह है। नीले घन अतिरिक्त अवस्थाएँ हैं: Eu और Yb +2 भी, Ce और Tb +4 भी।
  4. अब गेंदें हर M³⁺ आयन का आकार दिखाती हैं। La (103 pm) से Lu (86 pm) तक धीरे-धीरे छोटी होती हैं। यही लैंथेनॉयड संकुचन है। इसी कारण Zr और Hf लगभग बराबर आकार के हैं।
  5. ऐक्टिनॉयड पंक्ति आ गई। इसकी गेंदें चमक रही हैं क्योंकि हर ऐक्टिनॉयड रेडियोधर्मी है। घनों के ढेर देखिए: U, Np और Pu +7 तक कई अवस्थाएँ दिखाते हैं।
  6. अब आप खेलें: पंक्ति चुनिए और किसी भी तत्व पर स्लाइड कीजिए। नीचे उसका विन्यास, ऑक्सीकरण अवस्थाएँ और आयनिक त्रिज्या पढ़िए।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

f-ब्लॉक की पंक्तियाँ सारणी के नीचे क्यों रखी जाती हैं?

अगर आवर्त 6 और 7 में 14 स्तंभ और जोड़ें, तो सारणी बहुत चौड़ी हो जाएगी। नीचे रखने से साफ़ दिखती है; असल में ये समूह 3 और 4 के बीच आते हैं।

सभी लैंथेनॉयड इतने मिलते-जुलते क्यों हैं?

नए इलेक्ट्रॉन गहरे 4f कोश में जाते हैं। बाहरी 6s² वही रहता है, और रसायन मुख्यतः बाहरी इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर है।

Eu और Yb +2 क्यों दिखाते हैं?

Eu²⁺ में 4f⁷ (आधा भरा) और Yb²⁺ में 4f¹⁴ (पूरा भरा)। ये विशेष स्थायी सेट +2 संभव बनाते हैं।

प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन दोनों बढ़ते हैं, फिर आकार क्यों घटता है?

जुड़ा 4f इलेक्ट्रॉन अंदर है और कमज़ोर परिरक्षण करता है। जुड़ा प्रोटॉन हर इलेक्ट्रॉन को खींचता है। हर कदम खिंचाव थोड़ा जीतता है, तो परमाणु सिकुड़ता है।

ऐक्टिनॉयड इतनी अवस्थाएँ क्यों दिखाते हैं?

5f, 6d और 7s की ऊर्जा लगभग बराबर है, तो अलग-अलग संख्या में इलेक्ट्रॉन आसानी से निकल सकते हैं। Np और Pu में +7 तक।

क्या La लैंथेनॉयड है?

सख्ती से लैंथेनॉयड Ce से Lu हैं। La में 4f इलेक्ट्रॉन नहीं, पर इतना मिलता-जुलता है कि हमेशा इनके साथ पढ़ा जाता है।

लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड क्या हैं?

ये f-ब्लॉक बनाते हैं: आखिरी इलेक्ट्रॉन बाहरी कोश से दो अंदर वाले (n−2)f कक्षक में जाता है।

सारणी बहुत चौड़ी न हो, इसलिए इन्हें नीचे दो पंक्तियों में रखते हैं। इन्हें आंतरिक संक्रमण तत्व भी कहते हैं।

लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

सामान्य रूप: (n−2)f¹⁻¹⁴ (n−1)d⁰⁻¹ ns²।

पूरी पंक्ति का बाहरी कोश (6s² या 7s²) एक जैसा है, इसलिए ये बहुत मिलते-जुलते हैं और अलग करना कठिन है।

ऐक्टिनॉयड में 5f और 6d की ऊर्जा बहुत पास है, इसलिए इनके विन्यास कम नियमित हैं।

ऑक्सीकरण अवस्थाएँ

लैंथेनॉयड: सबकी मुख्य अवस्था +3 है (6s² और एक 4f/5d इलेक्ट्रॉन खोकर)।

ऐक्टिनॉयड: बहुत ज़्यादा अवस्थाएँ, क्योंकि 5f, 6d, 7s की ऊर्जा पास-पास है। U +3 से +6; Np और Pu +7 तक। शुरुआती ऐक्टिनॉयड ऊँची अवस्था पसंद करते हैं (Th +4, Pa +5, U +6)।

लैंथेनॉयड संकुचन: कारण

La से Lu तक परमाणु और M³⁺ आयन की त्रिज्या लगातार घटती है। इसे लैंथेनॉयड संकुचन कहते हैं।

क्यों? हर कदम पर नाभिक में एक प्रोटॉन और 4f में एक इलेक्ट्रॉन जुड़ता है। f-कक्षक फैले और अजीब आकार के हैं, इसलिए परिरक्षण बहुत कमज़ोर करते हैं। बाहरी इलेक्ट्रॉनों पर हर बार थोड़ा ज़्यादा खिंचाव पड़ता है। 14 छोटे खिंचाव मिलकर बड़ा संकुचन बनाते हैं।

कहानी का चरण 4 M³⁺ गेंदों को 103 pm से 86 pm तक छोटा होते दिखाता है।

लैंथेनॉयड संकुचन के परिणाम

ऐक्टिनॉयड में ऐसा ही पर ज़्यादा संकुचन होता है, ऐक्टिनॉयड संकुचन, क्योंकि 5f और भी कमज़ोर परिरक्षण करता है।

लैंथेनॉयड के सामान्य गुण

लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड की तुलना

गुणलैंथेनॉयडऐक्टिनॉयड
भरने वाला कक्षक4f5f
ऑक्सीकरण अवस्थाएँमुख्यतः +3 (कुछ +2, +4)कई: +3 से +7
रेडियोधर्मिताकेवल Pmसभी
संकुल बनानाकम प्रवृत्तिअधिक प्रवृत्ति
ऑक्सो आयननहीं बनातेबनाते हैं, जैसे UO₂²⁺, PuO₂²⁺
परिरक्षण व संकुचन4f कमज़ोर: लैंथेनॉयड संकुचन5f और कमज़ोर: बड़ा ऐक्टिनॉयड संकुचन
हाइड्रॉक्साइड की क्षारीयताकमअधिक
प्राप्तिप्रकृति में मिलते हैंU के बाद वाले अधिकतर रिएक्टर में बनाए जाते हैं

समानताएँ: दोनों मुख्यतः +3, दोनों में संकुचन, दोनों क्रियाशील विद्युत-धनी धातुएँ, दोनों रंगीन आयन देते हैं।

d- और f-ब्लॉक तत्वों के उपयोग

करके देखें: संकुचन खुद देखें

1. आखिरी चरण में लैंथेनॉयड पंक्ति पर रहें। स्लाइड करने से पहले अनुमान लगाइए: Er, Nd से बड़ा या छोटा? फिर त्रिज्या पढ़िए।

2. ऐक्टिनॉयड पंक्ति चुनकर U और Pu के घन गिनिए। Nd और Sm से तुलना कीजिए।

3. कागज़ पर ग्राफ़ बनाइए: x = La से Lu तक तत्व, y = M³⁺ त्रिज्या। आपको लगातार नीचे जाती रेखा मिलेगी।

4. घर पर गैस लाइटर का फ़्लिंट चलाइए। वे चिंगारियाँ मिश धातु के जलते कण हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. Gd (Z = 64) और Gd³⁺ का विन्यास लिखिए।

चरण 1: Xe में 54, बचे 10। चरण 2: आधा भरा 4f⁷ स्थायी है, तो Gd = [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²। चरण 3: +3 के लिए 6s² और 5d¹ हटाएँ → Gd³⁺ = [Xe] 4f⁷।

2. Ce +4 और Eu +2 क्यों दिखाते हैं?

Ce (4f¹ 5d¹ 6s²) 4 इलेक्ट्रॉन खोकर Ce⁴⁺ = 4f⁰ (खाली, स्थायी)। Eu (4f⁷ 6s²) केवल 6s² खोकर Eu²⁺ = 4f⁷ (आधा भरा, स्थायी)। स्थायी f⁰, f⁷, f¹⁴ इन अवस्थाओं को तय करते हैं।

3. Ce³⁺ (Z = 58) में कितने अयुग्मित इलेक्ट्रॉन? केवल-चक्रण आघूर्ण निकालिए।

Ce = [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²। Ce³⁺: 6s² और 5d¹ हटाएँ → 4f¹। n = 1। μ = √3 = 1.73 BM।

4. La(OH)₃, Gd(OH)₃, Lu(OH)₃ को घटती क्षारीयता में लगाइए।

M³⁺ का आकार La > Gd > Lu (संकुचन)। छोटा आयन OH⁻ को कसकर पकड़ता है, बंध ज़्यादा सहसंयोजी, क्षारीयता कम। क्रम: La(OH)₃ > Gd(OH)₃ > Lu(OH)₃।

5. Zr और Hf को अलग करना इतना कठिन क्यों है?

Hf 14 लैंथेनॉयड के बाद आता है। संकुचन नए कोश से होने वाली बढ़त को खत्म कर देता है, तो Hf (159 pm) लगभग Zr (160 pm) जितना। समान आकार और समान बाहरी इलेक्ट्रॉन → लगभग समान रसायन।

6. पानी में Ce⁴⁺ और Ce³⁺ में प्रबल ऑक्सीकारक कौन? समझाइए।

Ce⁴⁺। लैंथेनॉयड की सबसे स्थायी अवस्था +3 है। Ce⁴⁺ एक इलेक्ट्रॉन लेकर Ce³⁺ बनना चाहता है, इसलिए दूसरों का ऑक्सीकरण करता है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. लैंथेनॉयड संकुचन मुख्यतः किस कारण है?
2. लैंथेनॉयड की सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था:
3. किस जोड़ी की परमाणु त्रिज्या लगभग बराबर है?
4. कौन-सा कथन ऐक्टिनॉयड के लिए सही है, लैंथेनॉयड के लिए नहीं?
5. मिश धातु का उपयोग:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

लैंथेनॉयड संकुचन आसान शब्दों में क्या है?

लैंथेनम से ल्यूटीशियम तक परमाणुओं और M³⁺ आयनों का धीरे-धीरे लगातार छोटा होना, क्योंकि 4f इलेक्ट्रॉन बढ़ते नाभिकीय आवेश को ठीक से छिपा नहीं पाते।

लैंथेनॉयड और ऐक्टिनॉयड में मुख्य अंतर क्या है?

लैंथेनॉयड 4f भरते हैं, मुख्यतः +3, केवल Pm रेडियोधर्मी। ऐक्टिनॉयड 5f भरते हैं, +7 तक कई अवस्थाएँ, सभी रेडियोधर्मी।

मिश धातु क्या है?

लगभग 95% लैंथेनॉयड धातुओं और 5% लोहे की मिश्रधातु, थोड़े S, C, Ca, Al के साथ। लाइटर फ़्लिंट और मैग्नीशियम मिश्रधातुओं में उपयोग।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

सीबीएसई (भारत)कक्षा 12d- एवं f-ब्लॉक के तत्व

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