Electron shell
रसायन विज्ञान और परमाणु भौतिकी में, एक इलेक्ट्रॉन कोश को एक कक्षा के रूप में सोचा जा सकता है जो एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों का अनुसरण करता है। नाभिक के निकटतम खोल को "1 खोल" कहा जाता है (जिसे "के खोल" भी कहा जाता है), उसके बाद "2 खोल" (या "एल खोल"), फिर "3 खोल" (या "एम खोल"), और इसी तरह नाभिक से दूर और दूर। खोल मुख्य क्वांटम संख्याओं (एन = 1,2,3,4.) के अनुरूप होते हैं या एक्स-रे संकेतन (के, एल, एम,) में उपयोग किए जाने वाले अक्षरों के साथ वर्णानुक्रम में लेबल किए जाते हैं। परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन कोश को समझते समय एक उपयोगी मार्गदर्शिका यह ध्यान रखना है कि तत्वों की पारंपरिक आवर्त सारणी पर प्रत्येक पंक्ति एक इलेक्ट्रॉन कोश का प्रतिनिधित्व करती है। प्रत्येक खोल में केवल एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉन हो सकते हैंः पहला खोल दो इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है, दूसरा खोल आठ (2 + 6) इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है, तीसरा खोल 18 (2 + 6 + 10) तक धारण कर सकता है और इसी तरह। सामान्य सूत्र यह है कि nth खोल सिद्धांत रूप में 2 (n2) इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है। इन कोशों में इलेक्ट्रॉन क्यों मौजूद हैं, इसकी व्याख्या के लिए इलेक्ट्रॉन विन्यास देखें। प्रत्येक कोश में एक या अधिक उपकोश होते हैं, और प्रत्येक उपकोश में एक या अधिक परमाणु कक्षीय होते हैं। 1913 में बोहर ने परमाणु का एक मॉडल प्रस्तावित किया, जिसमें उनकी अनुक्रमिक कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था दी गई। उस समय, बोहर ने परमाणुओं के बड़े होने पर परमाणु की आंतरिक कक्षा की क्षमता को आठ इलेक्ट्रॉनों तक बढ़ाने की अनुमति दी, और "इस [बाहरी] वलय में इलेक्ट्रॉनों की संख्या से नीचे दी गई योजना में मनमाने ढंग से संबंधित तत्व की सामान्य संयोजकता के बराबर रखा जाता है।" इन और अन्य बाधाओं का उपयोग करते हुए, उन्होंने ऐसे विन्यास प्रस्तावित किए जो अब केवल पहले छह तत्वों के लिए ज्ञात हैं। "उपरोक्त से हम प्रकाश परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था के लिए निम्नलिखित संभावित योजना की ओर ले जाते हैंः" शेल शब्दावली अर्नोल्ड सॉमरफेल्ड के 1913 के बोहर मॉडल के संशोधन से आती है। इस अवधि के दौरान बोहर वाल्थेर कोसेल के साथ काम कर रहे थे, जिनके 1914 और 1916 में पत्रों में कक्षाओं को "कवच" कहा गया था। सोमरफेल्ड ने बोहर के ग्रहों के मॉडल को बरकरार रखा, लेकिन कुछ तत्वों की महीन स्पेक्ट्रोस्कोपिक संरचना की व्याख्या करने के लिए हल्के अण्डाकार कक्षाओं (अतिरिक्त क्वांटम संख्या और एम द्वारा विशेषता) को जोड़ा। एक ही प्रमुख क्वांटम संख्या (एन) वाले कई इलेक्ट्रॉनों की निकट कक्षाएँ थीं जो बोहर के मॉडल की गोलाकार कक्षा के बजाय सकारात्मक मोटाई का एक "खोल" बनाती थीं जिसे "रिंग्स" कहा जाता था जिसे एक विमान द्वारा वर्णित किया गया था। इलेक्ट्रॉन कोशों का अस्तित्व पहली बार चार्ल्स बार्कला और हेनरी मोस्ले के एक्स-रे अवशोषण अध्ययनों में प्रयोगात्मक रूप से देखा गया था। मोस्ले का काम सीधे तौर पर इलेक्ट्रॉन कोशों के अध्ययन से संबंधित नहीं था, क्योंकि वह यह साबित करने की कोशिश कर रहे थे कि आवर्त सारणी को वजन से नहीं, बल्कि नाभिक में प्रोटॉनों के आवेश से व्यवस्थित किया गया था। हालाँकि, क्योंकि एक विद्युत तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होती है, यह काम नील्स बोहर के लिए बेहद महत्वपूर्ण था जिन्होंने अपने 1962 के साक्षात्कार में कई बार मोस्ले के काम का उल्लेख किया था। नील्स बोहर की तरह मोस्ले भी रदरफोर्ड के समूह का हिस्सा थे। मोस्ले ने कैल्शियम और जस्ता के बीच प्रत्येक तत्व द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे की आवृत्तियों को मापा और पाया कि जैसे-जैसे तत्व भारी होते गए आवृत्ति अधिक होती गई। इससे यह सिद्धांत सामने आया कि जब इलेक्ट्रॉनों को निचले कोशों में स्थानांतरित किया जाता है तो वे एक्स-रे का उत्सर्जन कर रहे होते हैं। इससे यह निष्कर्ष निकला कि इलेक्ट्रॉन कोश के कोश में एक निश्चित सीमा प्रति कोश के साथ थे, जिसमें कोश को K, L, M, N, O, P और Q अक्षरों से चिह्नित किया गया था। इस शब्दावली की उत्पत्ति वर्णमाला थी। बार्कला, जिन्होंने एक एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगवादी के रूप में मोस्ले से स्वतंत्र रूप से काम किया, ने पहली बार 1909 में तत्वों पर एक्स-रे शूट करने से दो अलग-अलग प्रकार के प्रकीर्णन को देखा और उन्हें "ए" और "बी" नाम दिया। बार्कला ने इन दो प्रकार के एक्स-रे विवर्तन का वर्णन कियाः पहला प्रयोग में उपयोग की जाने वाली सामग्री के प्रकार से असंबद्ध था और ध्रुवीकृत किया जा सकता था। दूसरे विवर्तन किरण को उन्होंने "फ्लोरोसेंट" कहा क्योंकि यह विकिरणित सामग्री पर निर्भर करता था। यह उस समय ज्ञात नहीं था कि इन रेखाओं का क्या अर्थ है, लेकिन 1911 में बार्कला ने फैसला किया कि "ए" से पहले की प्रकीर्णन रेखाएँ हो सकती हैं, इसलिए उन्होंने "के" से शुरुआत की। हालांकि, बाद के प्रयोगों ने संकेत दिया कि के अवशोषण रेखाएं सबसे अंदर के इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित होती हैं। इन अक्षरों को बाद में एन मान 1,2,3 आदि के अनुरूप पाया गया। जिनका उपयोग बोहर मॉडल में किया गया था। इनका उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपिक सिगबाहन संकेतन में किया जाता है। कई रसायनज्ञों और कुछ भौतिकविदों ने 1913 से 1925 तक कोशों को इलेक्ट्रॉन निर्धारित करने का काम जारी रखा। नील्स बोहर उन कुछ भौतिकविदों में से एक थे जिन्होंने आवर्त सारणी को परिभाषित करने के रसायनज्ञ के काम का अनुसरण किया, जबकि अर्नोल्ड सॉमरफेल्ड ने परमाणु का एक सापेक्षवादी कार्य मॉडल बनाने की कोशिश पर अधिक काम किया जो एटॉम्बाउ दृष्टिकोण के माध्यम से एक शास्त्रीय कक्षीय भौतिकी के दृष्टिकोण से स्पेक्ट्रा की महीन संरचना की व्याख्या करेगा। आइंस्टीन और रदरफोर्ड, जिन्होंने रसायन विज्ञान का पालन नहीं किया, वे रसायन विज्ञानियों से अनजान थे जो रसायन विज्ञान के दृष्टिकोण से आवर्त सारणी के इलेक्ट्रॉन कोश सिद्धांतों को विकसित कर रहे थे, जैसे कि इरविंग लैंगमुइर, चार्ल्स बरी, जे. जे. थॉमसन और गिल्बर्ट लुईस, जिन्होंने सभी ने बोहर के मॉडल में सुधार की शुरुआत की जैसे कि पहले कोश में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन, अगले में आठ और इसी तरह, और बाहरी इलेक्ट्रॉन कोश में संयोजकता की व्याख्या करने और बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉन जोड़कर परमाणुओं के निर्माण के लिए जिम्मेदार थे। इसलिए जब बोहर ने 1922 में अपने इलेक्ट्रॉन कोश परमाणु सिद्धांत को रेखांकित किया, तो इस सिद्धांत के लिए कोई गणितीय सूत्र नहीं था। इसलिए रदरफोर्ड ने कहा कि "आप अपने निष्कर्ष पर कैसे पहुँचते हैं, इसका अंदाजा लगाना" उनके लिए कठिन था। आइंस्टीन ने बोहर के 1922 के शोध पत्र के बारे में कहा कि उनके "रसायन विज्ञान के लिए उनके महत्व के साथ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन-कोश मुझे एक चमत्कार के रूप में दिखाई दिए-और मुझे आज भी एक चमत्कार के रूप में दिखाई देता है।" आर्नोल्ड सोमरफेल्ड, जिन्होंने बोहर के बजाय इलेक्ट्रॉनों की एटमबाऊ संरचना का अनुसरण किया था, जो इलेक्ट्रॉन संरचना के बारे में रसायनज्ञों के विचारों से परिचित थे, ने बोहर के 1921 के व्याख्यान और 1922 के लेख को "1913 के बाद से परमाणु संरचना में सबसे बड़ी प्रगति" के रूप में बताया। हालाँकि, नील्स बोहर का इलेक्ट्रॉन कोश विकास मूल रूप से वही सिद्धांत था जो रसायनशास्त्री चार्ल्स रुगली बरी ने अपने 1921 के पेपर में किया था। जैसे-जैसे सोमरफेल्ड-बोहर मॉडल की इलेक्ट्रॉन कोश संरचना पर काम जारी रहा, सोमरफेल्ड ने तीन "क्वांटम संख्याएँ n, k और m" पेश की, जो कक्षा के आकार, कक्षा के आकार और उस दिशा का वर्णन करती हैं जिसमें कक्षा इंगित कर रही थी। क्योंकि हम बोल्ट्जमैन स्थिरांक के लिए k का उपयोग करते हैं, अजीमुथल क्वांटम संख्या को बदलकर l कर दिया गया था। जब आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी सिद्धांत को हाइजेनबर्ग के मैट्रिक्स यांत्रिकी और श्रोडिंगर के तरंग समीकरण के आधार पर आगे रखा गया था, तो इन क्वांटम संख्याओं को वर्तमान क्वांटम सिद्धांत में रखा गया था, लेकिन मुख्य क्वांटम संख्या के रूप में n में बदल दिया गया था, और m चुंबकीय क्वांटम संख्या थी। हालाँकि, कोशों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के लिए आज भी उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉन कोश मॉडल का अंतिम रूप 1923 में एडमंड स्टोनर द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने इस सिद्धांत को पेश किया कि nवें कोश को 2 (n2) द्वारा वर्णित किया गया था। 1925 में इसे देखते हुए, वोल्फगैंग पाउली ने आधुनिक इलेक्ट्रॉन कोश सिद्धांत को पूरा करने के लिए सोमरफेल्ड-बोहर सौर मंडल परमाणु की पुरानी क्वांटम सिद्धांत अवधि के दौरान एक चौथी क्वांटम संख्या, "स्पिन" को जोड़ा। उपकोश प्रत्येक कोश एक या अधिक उपकोशों से बना होता है, जो स्वयं परमाणु कक्षकों से बने होते हैं। उदाहरण के लिए, पहले (के) खोल में एक उपकोश होता है, जिसे 1s कहा जाता है; दूसरे (एल) खोल में दो उपकोश होते हैं, जिन्हें 2s और 2p कहा जाता है; तीसरे खोल में 3s, 3p और 3d होते हैं; चौथे खोल में 4s, 4p, 4d और 4f होते हैं; पांचवें खोल में 5s, 5p, 5d और 5f होते हैं और सैद्धांतिक रूप से 5g उपकोश में अधिक पकड़ सकते हैं जो किसी भी ज्ञात तत्व के ग्राउंड-स्टेट इलेक्ट्रॉन विन्यास में नहीं है। विभिन्न संभावित सबशेल्स को निम्नलिखित तालिका में दिखाया गया हैः पहला कॉलम "सबशेल लेबल" है, जो सबशेल के प्रकार के लिए एक छोटे अक्षर का लेबल है। उदाहरण के लिए, "4s सबशेल" चौथे (एन) शेल का एक सबशेल है, जिसमें पहली पंक्ति में वर्णित प्रकार (ओं) हैं। दूसरा स्तंभ उपकोश की अजीमुथल क्वांटम संख्या (एल) है। सटीक परिभाषा में क्वांटम यांत्रिकी शामिल है, लेकिन यह एक संख्या है जो उपकोश की विशेषता है। तीसरा स्तंभ इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या है जिसे उस प्रकार के उपकोश में डाला जा सकता है। उदाहरण के लिए, शीर्ष पंक्ति कहती है कि प्रत्येक एस-प्रकार उपकोश (1s, 2s, आदि)। इसमें अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। निम्नलिखित उपकोशों (पी, डी, एफ, जी) में से प्रत्येक में इससे पहले वाले की तुलना में 4 अधिक इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। चौथा स्तंभ बताता है कि किन कोशों में उस प्रकार का उपकोश होता है। उदाहरण के लिए, शीर्ष दो पंक्तियों को देखते हुए, प्रत्येक खोल में एक एस उपकोश होता है, जबकि केवल दूसरे खोल और उच्चतर में एक पी उपकोश होता है (यानी, कोई "1 पी" उपकोश नहीं होता है)। अंतिम स्तंभ एस, पी, डी और एफ लेबलों की ऐतिहासिक उत्पत्ति देता है। वे परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं के प्रारंभिक अध्ययन से आते हैं। अन्य लेबल, अर्थात् g, h, और i, f के अंतिम ऐतिहासिक रूप से उत्पन्न लेबल के बाद एक वर्णानुक्रमिक निरंतरता है। प्रत्येक कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रत्येक उपकोश को अधिक से अधिक 2 इलेक्ट्रॉनों को धारण करने के लिए विवश किया जाता है, अर्थात्ः प्रत्येक s उपकोश अधिकतम 6 इलेक्ट्रॉनों को धारण करता है प्रत्येक p उपकोश अधिकतम 10 इलेक्ट्रॉनों को धारण करता है प्रत्येक f उपकोश अधिकतम 14 इलेक्ट्रॉनों को धारण करता है प्रत्येक g उपकोश अधिकतम 18 इलेक्ट्रॉनों को धारण करता है इसलिए, K कोश, जिसमें केवल एक s उपकोश होता है, 2 इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है; L कोश, जिसमें एक s और एक p होता है, 2 + 6 = 8 इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है, और इसी तरह आगे; सामान्य रूप से, n वां कोश 2 + 6 = 8 इलेक्ट्रॉनों को धारण कर सकता है। यद्यपि वह सूत्र सिद्धांत रूप में अधिकतम देता है, वास्तव में अधिकतम केवल पहले चार कोशों (के, एल, एम, एन) के लिए (ज्ञात तत्वों में) प्राप्त किया जाता है। किसी भी ज्ञात तत्व के किसी भी एक कोश में 32 से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि उपकोश औफबाउ सिद्धांत के अनुसार भरे जाते हैं। एक कोश में 32 से अधिक इलेक्ट्रॉन वाले पहले तत्व आवर्त सारणी के अवधि 8 के जी-ब्लॉक से संबंधित होंगे। इन तत्वों के 5 जी उपकोश में कुछ इलेक्ट्रॉन होंगे और इस प्रकार ओ कोश (पाँचवाँ प्रमुख कोश) में 32 से अधिक इलेक्ट्रॉन होंगे। हालांकि कभी-कभी यह कहा जाता है कि एक खोल में सभी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा समान होती है, यह एक अनुमान है। हालांकि, एक उपकोश में इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा का स्तर बिल्कुल समान होता है, बाद के उपकोशों में पहले की तुलना में प्रति इलेक्ट्रॉन अधिक ऊर्जा होती है। यह प्रभाव इतना बड़ा है कि गोले से जुड़ी ऊर्जा सीमाएं ओवरलैप हो सकती हैं। खोलों और उपकोशों को इलेक्ट्रॉनों से भरना कम ऊर्जा वाले उपकोशों से उच्च ऊर्जा वाले उपकोशों की ओर बढ़ता है। यह एन + एल नियम का पालन करता है जिसे आमतौर पर मैडेलुंग नियम के रूप में भी जाना जाता है। कम n + l मान वाले उपकोश उच्च n + l मान वाले उपकोशों से पहले भरे जाते हैं। समान n + l मानों के मामले में, कम n मान वाले उपकोश को पहले भरा जाता है। इस वजह से, बाद के गोले आवर्त सारणी के विशाल खंडों में भरे जाते हैं। के खोल पहली अवधि (हाइड्रोजन और हीलियम) में भरता है, जबकि एल खोल दूसरी अवधि (लिथियम से नियॉन) में भरता है। हालांकि, एम खोल सोडियम (तत्व 11) पर भरना शुरू कर देता है लेकिन तांबे (तत्व 29) तक भरना समाप्त नहीं करता है, और एन खोल और भी धीमा होता हैः यह पोटेशियम (तत्व 19) पर भरना शुरू कर देता है लेकिन यटर्बियम (तत्व 70) तक भरना समाप्त नहीं करता है। ओ, पी और क्यू कोश ज्ञात तत्वों को भरना शुरू कर देते हैं, लेकिन वे सबसे भारी ज्ञात तत्व, ओगेनेसन (तत्व 118) पर भी पूर्ण नहीं होते हैं। प्रति कोश इलेक्ट्रॉनों वाले तत्वों की सूची नीचे दी गई सूची परमाणु संख्या को बढ़ाकर व्यवस्थित किए गए तत्वों को देती है और प्रति कोश इलेक्ट्रॉनों की संख्या को दर्शाती है। एक नज़र में, सूची के उपसमुच्चय स्पष्ट पैटर्न दिखाते हैं। विशेष रूप से, हीलियम से भारी प्रत्येक उत्कृष्ट गैस (समूह 18,) से पहले पांच तत्वों () के प्रत्येक समूह में सबसे बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की क्रमिक संख्या होती है, अर्थात् तीन से सात। रासायनिक समूह द्वारा तालिका को क्रमबद्ध करने से अतिरिक्त पैटर्न दिखाई देते हैं, विशेष रूप से अंतिम दो सबसे बाहरी कोशों के संबंध में। (तत्व 57 से 71 लैंथेनाइड्स से संबंधित हैं, जबकि 89 से 103 एक्टिनाइड्स हैं।) नीचे दी गई सूची मुख्य रूप से औफबाऊ सिद्धांत के अनुरूप है। हालांकि, इस नियम के कई अपवाद हैं; उदाहरण के लिए पैलेडियम (परमाणु संख्या 46) के पांचवें कोश में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, जो कि कम परमाणु संख्या वाले अन्य परमाणुओं के विपरीत है। 108 के बाद के तत्वों का आधा जीवन इतना छोटा होता है कि उनके इलेक्ट्रॉन विन्यास को अभी तक मापा नहीं गया है, और इसलिए इसके बजाय भविष्यवाणियों को डाला गया है। आवधिक सारणी (इलेक्ट्रॉन विन्यास) इलेक्ट्रॉन गणना 18-इलेक्ट्रॉन नियम कोर चार्ज संदर्भ इलेक्ट्रॉन परमाणु भौतिकी क्वांटम यांत्रिकी रासायनिक बंधन