तत्वों के प्रकार: s-, p-, d- और f- ब्लॉक
अंतिम इलेक्ट्रॉन के उपकोश के आधार पर आवर्त सारणी को विभाजित करने पर चार परिवार उभरते हैं — प्रत्येक का अपना विन्यास नियम, अपना रसायन विज्ञान और एक प्रसिद्ध परिभाषा विवाद (क्या Zn, Cd, Hg वास्तव में संक्रमण तत्व हैं?)। प्रत्येक ब्लॉक, प्रत्येक वर्ग का लाइव अभ्यास।
चारों परिवार — संपूर्ण सैद्धांतिक विवरण
ब्लॉक वर्गीकरण वस्तुतः § 3.5 नियम का भौगोलिक रूपांतरण है: जिस उपकोश में अंतिम इलेक्ट्रॉन प्रवेश करता है, उसी के आधार पर ब्लॉक का नामकरण होता है, और ब्लॉक से उनके रासायनिक व्यवहार का पूर्वानुमान लगाया जाता है। चार परिवार, चार विन्यास नियम:
s-ब्लॉक (वर्ग 1–2)। सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ns¹⁻²। वर्ग 1 — क्षार धातुएं (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr): कोमल, निम्न गलनांक वाली, अत्यधिक क्रियाशील, अपने आवर्त में न्यूनतम आयनन एन्थैल्पी युक्त। वर्ग 2 — क्षारीय मृदा धातुएं (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra): अपेक्षाकृत कठोर, सघन और क्रियाशील। ये संयुक्त रूप से आवर्त सारणी की प्रबल धातुएं हैं — ये अपने बाह्यतम इलेक्ट्रॉनों को सरलता से त्यागकर M⁺/M²⁺ आयन बनाती हैं। हाइड्रोजन सैद्धांतिक रूप से (1s¹) वर्ग 1 को पूरा करता है, परंतु यह एक वर्गीकरण संकट (category crisis) है: यह वर्ग 1 की भांति एक इलेक्ट्रॉन त्यागता है, वर्ग 17 की भांति एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने की प्रवृत्ति रखता है, और वर्ग 14 की भांति इलेक्ट्रॉनों का साझा करता है — NCERT इसे चेतावनी टिप्पणी के साथ वर्ग 1 के शीर्ष पर रखता है।
p-ब्लॉक (वर्ग 13–18)। सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास ns² np¹⁻⁶। यह एकमात्र ऐसा ब्लॉक है जिसमें सभी प्रकार के तत्व सम्मिलित हैं: धातुएं (Al, Ga, In, Sn, Pb…), उपधातुएं (B, Si, Ge, As, Sb, Te — सीढ़ीदार पट्टी), अधातुएं (C, N, P, O, S, हैलोजन), और वर्ग 18 की उत्कृष्ट गैसें (ns² np⁶ पूर्ण कोश; हीलियम s-ब्लॉक का अपवाद स्वरूप निवासी)। दाईं ओर बढ़ने पर ऑक्साइड का व्यवहार धात्विक से अधात्विक में बदलता है — § 3.7 की आवर्ती प्रवृत्तियां यहाँ पूरी तीव्रता से कार्य करती हैं।
d-ब्लॉक (वर्ग 3–12)। सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (n−1)d¹⁻¹⁰ ns⁰⁻² — संक्रमण तत्व। ये सभी धातुएं हैं, जो कठोर, उच्च गलनांक वाली, परिवर्ती ऑक्सीकरण अवस्थाएं, रंगीन आयन तथा उत्प्रेरकीय गुण प्रदर्शित करती हैं — क्योंकि आंतरिक d-उपकोश की ऊर्जा ns उपकोश के अत्यंत निकट होती है और वह बंधन में भाग लेता है। परंतु इसकी परिभाषा भौगोलिक स्थिति की तुलना में अधिक कठोर है: संक्रमण तत्व वह तत्व है जिसके परमाणु अथवा कम से कम एक सामान्य आयन में d-उपकोश आंशिक रूप से भरा (अपूर्ण) हो। यह शर्त जिंक, कैडमियम और मर्करी को संक्रमण तत्वों की श्रेणी से बाहर कर देती है — d-ब्लॉक के सदस्य होने के बावजूद, उनके परमाणु तथा सामान्य M²⁺ आयन दोनों में d¹⁰ विन्यास होता है, अतः वे इस परिभाषा को कभी संतुष्ट नहीं करते। d-ब्लॉक f-श्रेणी के प्रारंभिक तत्वों (La, Ac) को भी समाहित करता है और आवर्त 6–7 में f-ब्लॉक के स्थानों को धारण करता है।
f-ब्लॉक। सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (n−2)f¹⁻¹⁴ (n−1)d⁰⁻¹ ns² — आंतरिक संक्रमण तत्व, क्योंकि विभेदी इलेक्ट्रॉन बाह्यतम कोश से दो कोश भीतर प्रवेश करता है। लैन्थेनॉइड (4f, Ce–Lu, आवर्त 6) और ऐक्टिनॉइड (5f, Th–Lr, आवर्त 7) सभी वर्ग 3 से संबंधित हैं, परंतु इन्हें मुख्य आवर्त सारणी के नीचे दो अलग पंक्तियों में दर्शाया जाता है — अन्यथा सारणी में 32 स्तंभों की आवश्यकता होती। ये सभी धातुएं हैं; ऐक्टिनॉइड सभी रेडियोऐक्टिव होते हैं, और लैन्थेनॉइड श्रेणी में परमाणु आकार का क्रमिक संकुचन (लैन्थेनॉइड आकुंचन) इस बात का कारण है कि 4d और 5d पंक्तियों की त्रिज्याएं लगभग समान होती हैं — यह विवरण उपसहसंयोजन रसायन में अत्यंत उपयोगी सिद्ध होता है।
| ब्लॉक | सामान्य विन्यास | वर्ग | अभिलक्षण | प्रमुख सदस्य |
|---|---|---|---|---|
| s | ns¹⁻² | 1, 2 | सभी धातुएं (H: अपवाद) | Na, K, Mg, Ca |
| p | ns² np¹⁻⁶ | 13–18 | धातुएं + उपधातुएं + अधातुएं | B, C, N, O, Al, Cl, Ne |
| d | (n−1)d¹⁻¹⁰ ns⁰⁻² | 3–12 | सभी धातुएं — संक्रमण तत्व (Zn/Cd/Hg को छोड़कर) | Sc, Fe, Cu, Ag, Hg* |
| f | (n−2)f¹⁻¹⁴ ns² | 3 (नीचे की पंक्तियां) | सभी धातुएं — आंतरिक संक्रमण; ऐक्टिनॉइड रेडियोऐक्टिव | Ce–Lu, Th–Lr |
धातुएं, अधातुएं, उपधातुएं — समग्र गणना। 118 तत्वों में से लगभग 78% धातुएं हैं (s, d, f ब्लॉक तथा p-ब्लॉक का बायाँ भाग), लगभग 20 अधातुएं हैं (H, C, N, O, P, S, Se, हैलोजन, उत्कृष्ट गैसें), और छह उपधातुएं — B, Si, Ge, As, Sb, Te — सीढ़ीदार रेखा बनाती हैं। अधातुओं की संख्या कम है परंतु वे जीवन के रसायन में प्रभावी हैं; धातुएं उद्योग जगत के रसायन में अग्रणी हैं। इस सीढ़ीदार रेखा की स्थिति यह भी दर्शाती है कि प्रत्येक आवर्त में धात्विक लक्षण (§ 3.7) का परिवर्तन कहाँ होता है।
ब्लॉक का मानचित्रीकरण एवं स्थिति का अभ्यास
एक मानचित्र, एक अभ्यास — पहले ब्लॉक मानचित्र को समझें, फिर समय के विरुद्ध दस विन्यासों को ब्लॉक-आवर्त-वर्ग त्रिक में रूपांतरित करें।
ब्लॉक अभ्यास
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास दिया जाएगा — आप ब्लॉक, आवर्त और वर्ग का अनुमान लगाएं। तीनों सही होने पर विकल्प हरा हो जाएगा; अनुमान लगाने से पहले ब्लॉक नियम दोहरा लें।
[Ne] 3s² 3p⁴
यह किस तत्व का विन्यास है — और यह सारणी में कहाँ स्थित है?
अभ्यास प्रश्नों में परीक्षा के पसंदीदा प्रश्न शामिल हैं: Cr और Cu (अपवाद विन्यास), Ag, Lu (f-ब्लॉक वर्ग 3), और At (आवर्त 7 p-ब्लॉक)।
हल किए गए उदाहरण (चरण-दर-चरण)
विन्यास → परिवार → निष्कर्ष। जो तर्क यहाँ दिया गया है, वही अभ्यास में भी प्रयुक्त होता है।
जिंक: निवासी है, सदस्य नहीं
जिंक (Z = 30) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3d¹⁰ 4s² है। क्या जिंक एक संक्रमण तत्व है? परिभाषा के आधार पर पुष्टि कीजिए।
- ब्लॉकअंतिम इलेक्ट्रॉन 3d में प्रवेश करता है → d-ब्लॉक, वर्ग = 10 + 2 = 12.
- परिभाषा परीक्षणसंक्रमण तत्व के लिए परमाणु या सामान्य आयन में आंशिक रूप से भरा (अपूर्ण) d-उपकोश आवश्यक है।
- परमाणु3d¹⁰ — पूर्णतः भरा। आयन: Zn²⁺ = [Ar] 3d¹⁰ — अभी भी पूर्णतः भरा।
- निष्कर्षZn d-ब्लॉक का तत्व है परंतु संक्रमण तत्व नहीं है — Cd और Hg में भी यही स्वरूप (4d¹⁰, 5d¹⁰) दोहराया जाता है।
d-ब्लॉक: हाँ · संक्रमण तत्व: नहीं — परिभाषा से निर्णय होता है
चौथे आवर्त में ठीक 18 तत्व क्यों होते हैं
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के आधार पर दर्शाइए कि चौथे आवर्त में 18 तत्व होते हैं, तथा इसके प्रथम एवं अंतिम सदस्य का नाम लिखिए।
- भराव क्रमआवर्त 4 में
4s, 3d, 4pका भराव होता है — क्षमताएं क्रमशः 2 + 10 + 6 हैं। - कुल योग
2 + 10 + 6 = 18 तत्व— K (4s¹) से Kr (4s² 3d¹⁰ 4p⁶) तक। - विस्तारK, Ca (4s) → Sc…Zn (3d, दस तत्व) → Ga…Kr (4p, छह तत्व)।
- तुलनाआवर्त 3 में d-उपकोश नहीं था → केवल 8 तत्व थे। d-उपकोश के प्रवेश के कारण ही आवर्त की लंबाई दोगुनी हो जाती है।
2 + 10 + 6 = 18 · K → Kr
यूरेनियम की स्थिति व पहचान
यूरेनियम (Z = 92) का विन्यास [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² है। इसके ब्लॉक, श्रेणी, वर्ग तथा इसके परिवार के एक विशिष्ट गुण की पहचान कीजिए।
- श्रेणीZ = 92 परमाणु क्रमांक 90–103 के मध्य स्थित है → ऐक्टिनॉइड (5f) श्रेणी, आवर्त 7।
- ब्लॉकविभेदी इलेक्ट्रॉन क्षेत्र 5f (n−2) है → f-ब्लॉक, एक आंतरिक संक्रमण तत्व।
- वर्गसभी f-ब्लॉक तत्व → वर्ग 3, मुख्य सारणी के नीचे दूसरी पंक्ति में प्रदर्शित।
- पारिवारिक गुणऐक्टिनॉइड सभी रेडियोऐक्टिव होते हैं — U की रेडियोऐक्टिवता इसका पारिवारिक गुण है, कोई संयोग नहीं।
f-ब्लॉक · ऐक्टिनॉइड · वर्ग 3 · रेडियोऐक्टिव परिवार
अभ्यास प्रश्न (हल सहित)
पहले स्वयं प्रयास करें — वास्तविक परीक्षा की तरह एक बार चयन करने पर विकल्प लॉक हो जाएंगे। फिर विस्तृत हल पढ़ें, चाहे उत्तर सही हो या गलत।
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निम्नलिखित d-ब्लॉक तत्वों में से किसे संक्रमण तत्व नहीं माना जाता है?
हल
- Cd के परमाणु तथा Cd²⁺ आयन दोनों में 4d¹⁰ विन्यास होता है — कहीं भी आंशिक रूप से भरा d-उपकोश नहीं होता → यह संक्रमण तत्व की परिभाषा को संतुष्ट नहीं करता।
- Sc (परमाणु में d¹ तथा Sc³⁺ में d⁰, परंतु परमाणु में d¹ पर्याप्त है), Fe और Cr सभी संक्रमण तत्व हैं। Zn, Cd, Hg इसके सर्वविदित अपवाद हैं।
(C) Cd
लैन्थेनॉइड और ऐक्टिनॉइड किस वर्ग में स्थित हैं?
हल
- संपूर्ण f-ब्लॉक — 4f और 5f दोनों श्रेणियां — वर्ग 3 में निर्दिष्ट हैं, जिन्हें सारणी के नीचे दो पंक्तियों के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।
- नीचे अलग स्थान देने से मुख्य सारणी 18 स्तंभों तक सीमित रहती है; 32 स्तंभों वाली सारणी अत्यधिक विस्तृत और असुविधाजनक हो जाती।
(B) वर्ग 3
निम्नलिखित में से किस समुच्चय में केवल उपधातुएं हैं?
हल
- छह उपधातुएं हैं: B, Si, Ge, As, Sb, Te — जो वर्ग 13–16 से होकर गुजरने वाली सीढ़ीदार पट्टी बनाती हैं।
- विकल्प A आंशिक सूची है (Sb और Te अनुपस्थित हैं); विकल्प D में वास्तविक धातु (Al) को अधातुओं के साथ मिलाया गया है।
(C) सभी छह
वर्ग 1 में हाइड्रोजन की स्थिति आंशिक रूप से इसलिए न्यायसंगत है क्योंकि यह किन वर्गों से समानता दर्शाता है?
हल
- वर्ग 1 की भांति: 1s¹ त्यागकर H⁺ बनाना। वर्ग 17 की भांति: कोश पूर्ण करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण कर H⁻ बनाना। वर्ग 14 की भांति: सहसंयोजी H–H इलेक्ट्रॉन साझाकरण।
- यह त्रिविध समानता ही हाइड्रोजन के वर्गीकरण का मुख्य कारण है — इसे सीधे “क्षार धातु” कहना गलत होगा।
(C) 1, 17 और 14
मुख्य निष्कर्ष एवं ब्लॉक कार्ड
इस विषय को हल करने वाले आठ मुख्य बिंदु
विन्यास नियम: s ns¹⁻² · p ns²np¹⁻⁶ · d (n−1)d¹⁻¹⁰ns⁰⁻² · f (n−2)f¹⁻¹⁴(n−1)d⁰⁻¹ns² · श्रेणी: Ce–Lu (4f), Th–Lr (5f)
- ब्लॉक = विन्यास नियम, परिवार = रासायनिक व्यवहार — प्रत्येक ब्लॉक का विन्यास प्रतिरूप किसी भी प्रायोगिक डेटा को देखे बिना उसके वर्ग परास और प्रमुख लक्षणों का पूर्वानुमान कराता है।
- परिभाषा की शर्त तीन सदस्यों को बाहर करती है — Zn, Cd, Hg d-ब्लॉक में स्थित हैं परंतु संक्रमण तत्व नहीं हैं; हमेशा “परमाणु अथवा सामान्य आयन में अपूर्ण d-उपकोश” का उल्लेख करें।
- f-ब्लॉक वर्ग 3 का अंतर्निहित भाग है — दो 14-तत्वों वाली पंक्तियां (La/Ac श्रेणी का आरंभ करते हैं); सभी धातुएं हैं, ऐक्टिनॉइड रेडियोऐक्टिव हैं।
- H तीन परिवारों से समानता रखता है और किसी का नहीं — वर्ग 1 की भांति H⁺, वर्ग 17 की भांति H⁻, वर्ग 14 की भांति साझाकरण; इसे किसी एक परिवार में रखना अनुचित है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)
आवर्त सारणी के s, p, d और f ब्लॉक क्या हैं?
चारों ब्लॉकों का नामकरण उस उपकोश (subshell) के आधार पर किया गया है जिसमें अंतिम इलेक्ट्रॉन प्रवेश करता है। s-ब्लॉक: वर्ग 1 और 2, विन्यास ns¹⁻² — क्षार और क्षारीय मृदा धातुएं। p-ब्लॉक: वर्ग 13 से 18, ns² np¹⁻⁶ — धातुएं, अधातुएं और उपधातुएं। d-ब्लॉक: वर्ग 3 से 12, (n−1)d¹⁻¹⁰ ns⁰⁻² — संक्रमण तत्व। f-ब्लॉक: (n−2)f¹⁻¹⁴ — लैन्थेनॉइड और ऐक्टिनॉइड, जिन्हें मुख्य आवर्त सारणी के नीचे दो क्षैतिज पंक्तियों में वर्ग 3 के भाग के रूप में रखा गया है।
जिंक, कैडमियम और मर्करी को संक्रमण तत्व क्यों नहीं माना जाता है?
संक्रमण तत्व की परिभाषा के अनुसार, यह वह तत्व है जिसके परमाणु अथवा सामान्य रूप से बनने वाले आयनों में d-उपकोश आंशिक रूप से भरा (अपूर्ण) होता है। जिंक, कैडमियम और मर्करी के परमाणुओं तथा उनके सामान्य +2 आयनों दोनों में d¹⁰ विन्यास पूर्णतः भरा होता है, अतः वे कभी भी आंशिक रूप से भरे d-उपकोश को प्रदर्शित नहीं करते — d-ब्लॉक में स्थित होने के बावजूद, वे संक्रमण तत्वों की परिभाषा को संतुष्ट नहीं करते हैं।
आवर्त सारणी में लैन्थेनॉइड और ऐक्टिनॉइड को कहाँ रखा गया है?
इन्हें वर्ग 3 में रखा गया है, लेकिन मुख्य सारणी के नीचे दो क्षैतिज पंक्तियों के रूप में प्रदर्शित किया जाता है: आवर्त 6 में लैन्थेनॉइड (4f उपकोश का भराव, सीरियम से ल्यूटेशियम) और आवर्त 7 में ऐक्टिनॉइड (5f उपकोश का भराव, थोरियम से लॉरेन्शियम)। इन्हें आंतरिक संक्रमण तत्व कहा जाता है क्योंकि विभेदी इलेक्ट्रॉन बाह्यतम कोश से दो कोश अंदर, अर्थात् (n−2)f उपकोश में प्रवेश करता है।
उपधातु क्या हैं और वे आवर्त सारणी में कहाँ स्थित हैं?
उपधातु — बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, ऐंटिमनी और टेल्यूरियम — वे तत्व हैं जिनके गुण धातुओं और अधातुओं के मध्यवर्ती होते हैं। वे p-ब्लॉक से होकर गुजरने वाली एक सीढ़ीदार (staircase) विकर्ण पट्टी का निर्माण करते हैं, जो नीचे बाईं ओर की धातुओं (सभी तत्वों का लगभग 78%) को ऊपर दाईं ओर की अधातुओं से अलग करती है।
केवल इसी डिवाइस पर सेव — कोई अकाउंट या साइन-इन नहीं।