हमारे आसपास की दुनिया में होने वाली और उद्योग में उपयोग की जाने वाली अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं जटिल हैं। तंत्र के आधार पर, उन्हें विभाजित किया गया है प्रतिवर्ती,समानांतर,अनुक्रमिक,संयुग्म,जंजीर.

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं में वे प्रतिक्रियाएँ शामिल होती हैं, जो दी गई परिस्थितियों में, आगे और पीछे दोनों दिशाओं में अनायास घटित हो सकती हैं। सामान्य तौर पर, प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया का रासायनिक समीकरण इस प्रकार लिखा जाता है:

aA + bB+ … ↔cC+dD+ …,

जहाँ एक,बी, साथ,डी,…. - प्रारंभिक (ए, बी, ....) और अंतिम सूत्र (सी,) के सामने स्टोइकोमेट्रिक गुणांकडी, ...) पदार्थ।

जीवित जीवों में होने वाली प्रतिवर्ती प्रक्रिया का एक उदाहरण एस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया है:

आर 1 - सीओओएच + एचओ - आर 2 ↔ आर 1 - सी(ओ)ओ - आर 2 + एच 2 ओ,

और उद्योग में उपयोग किया जाता है - नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से अमोनिया का संश्लेषण:

3 एच 2 +एन 2 ↔ 2एनएच 3

सीएक उत्क्रमणीय प्रतिक्रिया की दर आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर के बीच के अंतर के बराबर होती है।

समानांतर प्रतिक्रियाएँ इस प्रकार की प्रतिक्रियाएँ हैं:

यानी, जिसमें एक ही प्रारंभिक पदार्थ एक साथ एक-दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करके अलग-अलग उत्पाद बनाते हैं।

इस प्रकार की प्रतिक्रिया का एक उदाहरण बर्थोलेट नमक KClO3 की अपघटन प्रतिक्रिया है, जो कुछ शर्तों के तहत दो दिशाओं में आगे बढ़ सकती है

समानांतर में, कुछ रेडियोधर्मी तत्वों के परमाणु नाभिक का क्षय दो या दो से अधिक तंत्रों के माध्यम से हो सकता है। समानांतर प्रतिक्रियाएँ विशेष रूप से कार्बनिक रसायन विज्ञान में अक्सर होती हैं। उदाहरण के लिए, जब टोल्यूनि को सल्फ्यूरिक एसिड के साथ सल्फोनेट किया जाता है, तो ऑर्थो- और पैरासल्फो डेरिवेटिव एक साथ बन सकते हैं:

कुछ मामलों में, जीवित जीवों की कोशिकाओं में होने वाली जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं समानांतर भी हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज का एंजाइमेटिक किण्वन:

1) सी 6 एच 12 ओ 6
2 सी 2 एच 5 ओएच+ 2सीओ 2

अल्कोहलिक किण्वन

2) सी 6 एच 12 ओ 6
सीएच 3 - सीएच(ओएच) - सीओओएच

लैक्टिक एसिड किण्वन

कुछ शर्तों के तहत, कई समानांतर प्रतिक्रियाएं मुख्य रूप से केवल एक ही दिशा में आगे बढ़ सकती हैं।

किसी समानांतर प्रतिक्रिया की गति उसके सबसे तेज़ चरण की गति से निर्धारित होती है।

अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएं वे होती हैं जिनमें प्रारंभिक पदार्थों से अंतिम उत्पाद का निर्माण सीधे नहीं होता है, बल्कि आवश्यक रूप से मध्यवर्ती चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से होता है, जो एक के बाद एक सख्ती से परिभाषित अनुक्रम में होता है।योजनाबद्ध रूप से, इस प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

ए → बी → सी → डी,

जहां प्रत्येक अक्षर प्रक्रिया के एक अलग चरण को दर्शाता है। सामान्य तौर पर, क्रमिक प्रतिक्रियाओं में ऐसे चरणों की संख्या बहुत भिन्न हो सकती है (कई इकाइयों से लेकर कई दसियों तक)। इसके अलावा, प्रत्येक चरण, बदले में, आवश्यक रूप से एक साधारण मोनो- या द्वि-आणविक प्रतिक्रिया नहीं है, बल्कि जटिल भी हो सकता है।

अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएं प्रकृति में आम हैं और विशेष रूप से अक्सर जीवित जीवों और पौधों में होने वाली जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में देखी जाती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं के उदाहरणों में प्रकाश संश्लेषण और ग्लूकोज का जैविक ऑक्सीकरण, ऑलिगो- और पॉलीसेकेराइड का हाइड्रोलिसिस आदि शामिल हैं।

अनुक्रमिक प्रतिक्रियाओं की गतिकी की गणना जटिल है और केवल कम संख्या में चरणों वाली अपेक्षाकृत सरल प्रक्रियाओं के लिए ही काफी सटीकता से की जा सकती है।

हालाँकि, यदि अनुक्रमिक प्रतिक्रिया के चरणों में से एक की गति अन्य सभी की तुलना में काफी कम है, तो समग्र प्रतिक्रिया दर इस विशेष चरण की गति से निर्धारित होगी, जिसे इस मामले में कहा जाता हैसीमित.

उदाहरण के लिए, नाइट्रिक ऑक्साइड (II) की क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया

2NO+Cl 2 = 2NOCl

इसमें दो चरण शामिल हैं:

1)एनओ + सीएल 2 = एनओसीएल 2;

2) एनओसीएल 2 + एनओ = 2एनओसीएल

पहला चरण अस्थिर उत्पाद एनओसीएल 2 के निर्माण के साथ तेजी से आगे बढ़ता है। दूसरा चरण धीमा और सीमित है। संपूर्ण प्रतिक्रिया की दर गतिज समीकरण द्वारा वर्णित है

= क
·सी नं

और इस प्रतिक्रिया का समग्र क्रम 2 है।

निम्नलिखित योजना के अनुसार आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रियाओं को संयुग्म कहा जाता है:

इनमें से एक प्रतिक्रिया स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकती है, और दूसरी प्रतिक्रिया केवल पहली की उपस्थिति में ही संभव है। इस प्रकार, एक प्रतिक्रिया की घटना दूसरी के कार्यान्वयन की शुरुआत करती है।

जैव रसायन में संयुग्मी प्रतिक्रियाएं संभव हैं। वे कोशिकाओं में होते हैं, और ΔG 2 > 0 के साथ दूसरी प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति पहली प्रतिक्रिया द्वारा की जाती है, जिसके लिए ΔG 1< 0. Причём │ΔG 1 │>│Δजी 2 │, अर्थात्। संपूर्ण प्रक्रिया गिब्स ऊर्जा में कमी के साथ आगे बढ़ती है। ऐसी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अन्यथा कहा जाता है उत्तरोत्तर.

अक्सर संयुग्मी प्रतिक्रियाओं के तंत्र में पहले चरण में सक्रिय मध्यवर्ती कणों (रेडिकल या आयन) का निर्माण होता है, जो अन्य सभी प्रतिक्रियाओं की घटना शुरू करते हैं।

इस प्रकार की संयुग्मी प्रतिक्रियाओं की योजना को आम तौर पर निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

जहाँ C सक्रिय मध्यवर्ती कण है।

उदाहरण के लिए, जलीय घोल में बेंजीन H2O2 द्वारा ऑक्सीकृत नहीं होता है, लेकिन जब डाइवैलेंट लौह नमक मिलाया जाता है, तो यह फिनोल और बाइफिनाइल में परिवर्तित हो जाता है। “इस प्रक्रिया को शुरू करने के लिए, Fe 2+ आयन पहले H 2 O 2 के साथ संपर्क करते हैं, जिससे रेडिकल OH बनता है

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH - + ˙ ओह,

जो फिर बेंजीन के साथ प्रतिक्रिया करता है

सी 6 एच 6 + ˙ ओह → ˙ सी 6 एच 5 + एच 2 ओ

˙ सी 6 एच 5 + ˙ ओह → सी 6 एच 5 ओएच

Fe 2+ के साथ भी ऐसा ही है

Fe 2+ + ˙ ओह→Fe 3+ +OH –

रासायनिक प्रेरण की घटना का अध्ययन सबसे पहले एन.ए. द्वारा किया गया था। 1905 में शिलोव

श्रृंखला प्रतिक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जो बाहरी ऊर्जा स्तर (या, दूसरे शब्दों में, मुक्त कणों) पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणुओं वाले सक्रिय कणों की भागीदारी के साथ नियमित रूप से दोहराए जाने वाले प्राथमिक चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से आगे बढ़ती हैं।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में दहन, पोलीमराइज़ेशन और पॉलीकंडेनसेशन, परमाणु क्षय आदि शामिल हैं।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का तंत्र यह है कि मुक्त कणों (अक्सर एकल परमाणु) में उच्च रासायनिक गतिविधि होती है। वे आसानी से स्थिर अणुओं के साथ संपर्क करते हैं और उन्हें सक्रिय कणों में बदल देते हैं, जो फिर प्रतिक्रिया उत्पाद और नए रेडिकल बनाते हैं, और इस प्रकार आगे के चरणों की एक श्रृंखला उत्पन्न होती है। श्रृंखला प्रतिक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि पूरा पदार्थ प्रतिक्रिया नहीं करता, या जब तक सक्रिय कट्टरपंथी कण गायब नहीं हो जाते।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की विशेषता तीन चरणों से होती है: 1) शृंखला आरंभ; 2)शृंखला का विकास या विकास; 3)खुला सर्किट.

एक श्रृंखला की शुरुआत एक प्राथमिक रासायनिक क्रिया से शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप एक सक्रिय कण बनता है। इस प्रक्रिया के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह पदार्थ को गर्म करने, आयनीकृत विकिरण के संपर्क में आने या उत्प्रेरक की क्रिया से हो सकती है।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन क्लोराइड और हाइड्रोजन और क्लोरीन के संश्लेषण की प्रतिक्रिया में, जो एक श्रृंखला तंत्र (एच 2 + सीएल 2 = 2 एचसीएल) के अनुसार होता है, एक श्रृंखला का गठन प्रक्रिया से मेल खाता है

सीएल2 2 ∙ क्लोरीन

श्रृंखला विकास परिणामी रेडिकल्स को शामिल करते हुए प्रतिक्रिया चरणों की आवधिक पुनरावृत्ति है। इन्हें अन्यथा चेन लिंक भी कहा जाता है:

एच 2+ · सीएल→एचसीएल+ ˙ एच

˙ एच+सीएल 2 →एचसीएल+ ˙ क्लोरीन

H2+ ˙ सीएल→एचसीएल+ ˙ एच

सीएल2+ ˙ एच→एचसीएल+ ˙ क्लि आदि.

श्रृंखला की लंबाई प्रारंभिक पदार्थ के अणुओं की संख्या से निर्धारित होती है जो टूटने से पहले श्रृंखला न्यूक्लिएशन के एक कार्य के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया करती है।

विकास के चरण की विशेषताओं के अनुसार, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को विभाजित किया गया है अशाखितऔर शाखायुक्त. पहले मामले में, इस पूरे चरण में मुक्त सक्रिय मूल कणों की संख्या अपरिवर्तित रहती है।

शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में एक सक्रिय कण की खपत से कई (दो या अधिक) अन्य सक्रिय कणों का निर्माण होता है। योजनाबद्ध रूप से, इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

श्रृंखला समाप्ति एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप सक्रिय कणों के गायब होने से मेल खाती है:

˙ एच+ ˙ एच=एच2

˙ सीएल+ ˙ सीएल=सीएल 2 खुला सर्किट

˙ एच+ ˙ सीएल=एचसीएल

इसके अलावा, यह किसी बर्तन की दीवारों द्वारा कणों के सोखने के दौरान हो सकता है, जब दो सक्रिय कण एक तिहाई (जिसे अवरोधक कहा जाता है) से टकराते हैं, जिससे सक्रिय कण अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ते हैं। इसलिए, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की विशेषता प्रतिक्रिया पोत के आकार, आकार और सामग्री पर उनकी गति की निर्भरता और अवरोधक के रूप में कार्य करने वाले विदेशी निष्क्रिय पदार्थों की उपस्थिति पर होती है।

अशाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की गति सबसे धीमी अवस्था की गति से निर्धारित होती है, अर्थात। श्रृंखला की उत्पत्ति. इस प्रकार की प्रतिक्रियाओं में प्रत्येक चरण के लिए, रासायनिक गतिकी (प्रथम या द्वितीय क्रम) के सामान्य समीकरणों का उपयोग किया जाता है।

शाखित रासायनिक प्रतिक्रियाएँ एक जटिल गतिज नियम के अनुसार आगे बढ़ सकती हैं और उनका कोई विशिष्ट क्रम नहीं होता है। उनमें कट्टरपंथियों का "प्रजनन" अक्सर हिमस्खलन जैसी प्रक्रिया की ओर ले जाता है, जो विस्फोट का कारण बनता है। हालाँकि, इन प्रतिक्रियाओं में श्रृंखला समाप्ति भी संभव है। इसलिए, प्रक्रिया की गति में तेजी से वृद्धि (विस्फोट तक) तब होती है जब श्रृंखला की शाखा की दर उसके टूटने की दर से अधिक हो जाती है। श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का सिद्धांत शिक्षाविद् एन.एन. के कार्यों में विकसित किया गया था। सेम्योनोवा, एस.एन. हिन्सेलवुड (इंग्लैंड) और अन्य वैज्ञानिक।

ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रियाएं होती हैं जिनमें सक्रिय कण कट्टरपंथी नहीं होते हैं, बल्कि रासायनिक बंधन के हेटरोलिटिक दरार के परिणामस्वरूप बनने वाले आयन होते हैं:

ए : बी → ए ˉ : +बी+

व्यवहार में एक समान तंत्र अक्सर असंतृप्त कार्बनिक यौगिकों के पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रियाओं में महसूस किया जाता है।

सभी पदार्थों को सरल और जटिल में विभाजित किया गया है।

सरल पदार्थ- ये ऐसे पदार्थ हैं जिनमें एक ही तत्व के परमाणु होते हैं।

कुछ सरल पदार्थों में एक ही तत्व के परमाणु आपस में मिलकर अणु बनाते हैं। ऐसे सरल पदार्थ हैं आणविक संरचना. इसमे शामिल है: , । ये सभी पदार्थ द्विपरमाणुक अणुओं से बने होते हैं। (ध्यान दें कि साधारण पदार्थों के नाम तत्वों के नाम के समान ही हैं!)

अन्य साधारण पदार्थ हैं परमाण्विक संरचना, यानी वे परमाणुओं से बने होते हैं जिनके बीच कुछ निश्चित बंधन होते हैं। ऐसे सरल पदार्थों के उदाहरण सभी (, आदि) और कुछ (, आदि) हैं। न केवल नाम, बल्कि इन सरल पदार्थों के सूत्र भी तत्वों के प्रतीकों से मेल खाते हैं।

सरल पदार्थों का एक समूह भी कहा जाता है। इनमें शामिल हैं: हीलियम हे, नियॉन ने, आर्गन एआर, क्रिप्टन क्र, क्सीनन एक्सई, रेडॉन आरएन। ये सरल पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं जो एक-दूसरे से बंधे नहीं होते हैं।

प्रत्येक तत्व कम से कम एक सरल पदार्थ बनाता है। कुछ तत्व एक नहीं, बल्कि दो या दो से अधिक सरल पदार्थ बना सकते हैं। इस घटना को एलोट्रॉपी कहा जाता है।

अपररूपताएक तत्व द्वारा अनेक सरल पदार्थों के बनने की घटना है।

एक ही रासायनिक तत्व से बनने वाले विभिन्न सरल पदार्थों को एलोट्रोपिक संशोधन कहा जाता है।

एलोट्रोपिक संशोधन आणविक संरचना में एक दूसरे से भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन तत्व दो सरल पदार्थ बनाता है। उनमें से एक में द्विपरमाणुक अणु O 2 होते हैं और इसका नाम तत्व के समान ही होता है। एक अन्य सरल पदार्थ में त्रिपरमाणुक अणु O3 होता है और इसका अपना नाम है - ओजोन।

ऑक्सीजन O2 और ओजोन O3 के भौतिक और रासायनिक गुण अलग-अलग हैं।

एलोट्रोपिक संशोधन ऐसे ठोस हो सकते हैं जिनमें विभिन्न क्रिस्टल संरचनाएं हों। एक उदाहरण कार्बन सी - हीरा और ग्रेफाइट का एलोट्रोपिक संशोधन है।

ज्ञात सरल पदार्थों की संख्या (लगभग 400) रासायनिक तत्वों की संख्या से काफी अधिक है, क्योंकि कई तत्व दो या दो से अधिक एलोट्रोपिक संशोधन बना सकते हैं।

जटिल पदार्थ- ये ऐसे पदार्थ हैं जिनमें विभिन्न तत्वों के परमाणु होते हैं।

जटिल पदार्थों के उदाहरण: एचसीएल, एच 2 ओ, एनएसीएल, सीओ 2, एच 2 एसओ 4, आदि।

जटिल पदार्थों को अक्सर रासायनिक यौगिक कहा जाता है। रासायनिक यौगिकों में, उन सरल पदार्थों के गुण संरक्षित नहीं होते जिनसे ये यौगिक बनते हैं। किसी जटिल पदार्थ के गुण उन सरल पदार्थों के गुणों से भिन्न होते हैं जिनसे वह बनता है।

उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड NaCl को सरल पदार्थों - धात्विक सोडियम Na और गैसीय क्लोरीन Cl से बनाया जा सकता है। NaCl के भौतिक और रासायनिक गुण Na और Cl 2 के गुणों से भिन्न होते हैं।

प्रकृति में, एक नियम के रूप में, शुद्ध पदार्थ नहीं होते हैं, बल्कि पदार्थों का मिश्रण होता है। व्यावहारिक गतिविधियों में हम आमतौर पर पदार्थों के मिश्रण का भी उपयोग करते हैं। किसी भी मिश्रण में दो या दो से अधिक पदार्थ होते हैं जिन्हें कहते हैं मिश्रण घटक.

उदाहरण के लिए, वायु कई गैसीय पदार्थों का मिश्रण है: ऑक्सीजन O 2 (आयतन के हिसाब से 21%), (78%), आदि। मिश्रण कई पदार्थों के घोल, कुछ धातुओं के मिश्र धातु आदि हैं।

पदार्थों का मिश्रण सजातीय (सजातीय) और विषमांगी (विषम) होता है।

सजातीय मिश्रण- ये ऐसे मिश्रण हैं जिनमें घटकों के बीच कोई इंटरफ़ेस नहीं होता है।

गैसों का मिश्रण (विशेषकर, वायु) और तरल घोल (उदाहरण के लिए, पानी में चीनी का घोल) सजातीय होते हैं।

विषमांगी मिश्रण- ये ऐसे मिश्रण हैं जिनमें घटकों को एक इंटरफ़ेस द्वारा अलग किया जाता है।

विषमांगी में ठोस पदार्थों का मिश्रण (रेत + चाक पाउडर), एक दूसरे में अघुलनशील तरल पदार्थों का मिश्रण (पानी + तेल), तरल पदार्थों का मिश्रण और उसमें अघुलनशील ठोस पदार्थ (पानी + चाक) शामिल हैं।

मिश्रण और रासायनिक यौगिकों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर:

1. मिश्रण में व्यक्तिगत पदार्थों (घटकों) के गुण संरक्षित रहते हैं।
2. मिश्रण की संरचना स्थिर नहीं है.

वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ परमाणु संख्या 106 वाले अस्थिर तत्व के एक यौगिक, सीबोर्गियम हेक्साकार्बोनिल, एसजी (सीओ) 6 का संश्लेषण और अध्ययन किया, और इसकी तुलना मोलिब्डेनम और टंगस्टन के अस्थिर आइसोटोप, सीबोर्गियम के समरूपों के समान यौगिकों के साथ की। . यह प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त सबसे जटिल रासायनिक यौगिक है, जिसमें एक ट्रांसएक्टिनोइड शामिल है, यानी 103 से ऊपर परमाणु संख्या वाला एक तत्व। ट्रांसएक्टिनोइड्स के रासायनिक गुणों में, आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के लिए सापेक्षता के सिद्धांत के प्रभाव सबसे अधिक स्पष्ट होते हैं, इसलिए ट्रांसएक्टिनोइड्स के रसायन विज्ञान के अध्ययन से भारी परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना के पूरे सिद्धांत को स्पष्ट करना संभव हो जाता है।

रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी संख्या 118 (चित्र 1) तक पहले से ही भरी हुई है। इसकी संपूर्ण संरचना बढ़ती परमाणु संख्या वाले तत्वों के रासायनिक गुणों की आवधिकता को दर्शाती है, जो इलेक्ट्रॉनिक कोशों के क्रमिक भरने से उत्पन्न होती है। यदि दो रासायनिक तत्व पूरी तरह से भरे हुए आंतरिक इलेक्ट्रॉन कोशों की संख्या में भिन्न हैं, लेकिन उनके बाहरी इलेक्ट्रॉन समान हैं - जो रासायनिक बंधन के लिए जिम्मेदार हैं - तो दोनों तत्वों में समान रासायनिक गुण होने चाहिए। तत्वों की इन श्रृंखलाओं को एक दूसरे के समजात कहा जाता है और आवर्त सारणी में वे एक दूसरे के ऊपर एक ही समूह में स्थित होते हैं। उदाहरण के लिए, समूह छह बनाने वाली संक्रमण धातुएँ - क्रोमियम, मोलिब्डेनम, टंगस्टन और अतिभारी तत्व संख्या 106 सीबोर्गियम - एक दूसरे के समजात हैं। जबकि उनमें से पहले तीन के रासायनिक गुण लंबे समय से ज्ञात हैं, सीबोर्गियम के रसायन विज्ञान का अध्ययन अभी शुरू हो रहा है। हालाँकि, आवर्त सारणी के आधार पर, उनके रासायनिक गुणों के समान होने की उम्मीद की जा सकती है।

समजातीय तत्वों के रासायनिक गुणों की तुलना करते समय, एक महत्वपूर्ण ख़तरा सामने आता है। भारी परमाणुओं में, आंतरिक इलेक्ट्रॉन निकट-प्रकाश गति से चलते हैं, और इस वजह से, सापेक्षता के सिद्धांत का प्रभाव अपनी पूरी क्षमता से काम करता है। वे एस- और पी-ऑर्बिटल्स के अतिरिक्त संपीड़न की ओर ले जाते हैं और, परिणामस्वरूप, बाहरी इलेक्ट्रॉन बादलों के कुछ विस्तार के लिए। एक बड़ा परमाणु चार्ज इलेक्ट्रॉनों के एक-दूसरे के साथ बातचीत करने के प्रभाव को भी बढ़ाता है, जैसे स्पिन-ऑर्बिट विभाजन। यह सब कुछ पड़ोसियों के साथ एक भारी परमाणु के रासायनिक बंधन को प्रभावित करता है। और आधुनिक सैद्धांतिक रसायन विज्ञान इन सभी प्रभावों की सही गणना करने में सक्षम होना चाहिए।

परमाणु जितना भारी होगा, सापेक्ष प्रभाव उतना ही मजबूत होगा। सैद्धांतिक गणनाओं का परीक्षण करने के लिए सबसे भारी ज्ञात तत्वों, ट्रांसएक्टिनोइड्स, 103 से ऊपर परमाणु संख्या वाले तत्वों का उपयोग करना स्वाभाविक लगता है (चित्रा 1)। हालाँकि, उनके प्रायोगिक अध्ययन के रास्ते में कई महत्वपूर्ण कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं।

सबसे पहले, ट्रांसएक्टिनॉइड तत्वों के परमाणु नाभिक बहुत अस्थिर होते हैं; उनका सामान्य जीवनकाल मिनट, सेकंड या एक सेकंड का अंश भी होता है। इसलिए, पदार्थ की स्थूल मात्रा के संचय की कोई बात नहीं है; हमें उनके जन्म के तुरंत बाद व्यक्तिगत परमाणुओं के साथ काम करना होगा।

यदि दूसरी कठिनाई नहीं होती तो यह कोई बड़ी समस्या नहीं होती: इन परमाणुओं को केवल अंदर ही प्राप्त किया जा सकता है टुकड़ा मात्रा. न्यूट्रॉन की एक बड़ी सामग्री के साथ दो अन्य काफी भारी परमाणुओं के विलय की प्रक्रिया में, परमाणु प्रतिक्रियाओं में अतिभारी परमाणुओं को संश्लेषित किया जाता है। ऐसा करने के लिए, एक प्रकार के भारी आयनों की किरण को दूसरे प्रकार के भारी परमाणुओं वाले लक्ष्य पर निर्देशित किया जाता है, और जब वे टकराते हैं, तो परमाणु प्रतिक्रियाएं होती हैं। अधिकांश मामलों में, वे केवल छोटे टुकड़े उत्पन्न करते हैं, और कभी-कभी ही ऐसा होता है कि दो नाभिकों के विलय से वांछित अतिभारी नाभिक का जन्म होता है। परिणामस्वरूप, किसी लक्ष्य के निरंतर विकिरण के दौरान अतिभारी नाभिक के उत्पादन की दर हास्यास्पद रूप से कम हो जाती है: प्रति मिनट, प्रति घंटा, प्रति दिन या यहां तक ​​कि प्रति सप्ताह एक के क्रम पर।

यह जन्म तकनीक तीसरी समस्या की ओर ले जाती है। अतिभारी परमाणुओं का संश्लेषण लक्ष्य से टकराने वाली किरण से निरंतर कठोर विकिरण की स्थितियों में होता है, और, परिणामस्वरूप, बाहरी परमाणु मलबे के विशाल प्रवाह की उपस्थिति में होता है। भले ही वांछित नाभिक का जन्म होता है, पर्यावरण से इलेक्ट्रॉन लेता है, एक वास्तविक परमाणु बन जाता है और अंत में, लक्ष्य के ठीक पीछे एक नए यौगिक के निर्माण के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है - यह यौगिक कठोर विकिरण स्थितियों में होगा, कठोर आयनीकरण के कारण प्लाज्मा के साथ निरंतर संपर्क तथ्य यह है कि इन परिस्थितियों में फ़्लेरोवियम (तत्व 114) तक ट्रांसएक्टिनोइड्स के कुछ प्रकार के रसायन विज्ञान का अध्ययन करना आम तौर पर संभव है, यह अपने आप में एक बड़ी उपलब्धि है। हालाँकि, अब तक ट्रांसएक्टिनोइड्स से जुड़े सभी रासायनिक यौगिक रासायनिक दृष्टिकोण से बहुत सरल रहे हैं - हैलाइड, ऑक्साइड और अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था में भारी परमाणु वाले अन्य समान यौगिक। गैर-तुच्छ रासायनिक बंधन वाले अधिक नाजुक रासायनिक यौगिक कठोर विकिरण की उपस्थिति में जल्दी से नष्ट हो जाते हैं। और यह सब, अफसोस, ट्रांसएक्टिनोइड्स के रासायनिक गुणों का परीक्षण करना मुश्किल बना देता है।

दूसरे दिन एक पत्रिका में विज्ञानप्रकाशित किया गया था, जो "गैर-तुच्छ" ट्रांसएक्टिनोइड रसायन विज्ञान की शुरुआत को दर्शाता है। यह यौगिक Sg(CO) 6, सीबोर्गियम हेक्साकार्बोनिल (चित्र 2) के संश्लेषण और प्रयोगात्मक अध्ययन की रिपोर्ट करता है। इसके अलावा, एक ही सेटअप में और समान विधियों के साथ, सजातीय तत्व सीबोर्गियम, Mo(CO) 6 और W(CO) 6 के हेक्साकार्बोनिल कॉम्प्लेक्स का भी अध्ययन किया गया, और आधे जीवन के साथ मोलिब्डेनम और टंगस्टन के अल्पकालिक आइसोटोप का भी अध्ययन किया गया। कई सेकंड या मिनट.

इस कार्य का मुख्य आकर्षण एक संयुक्त प्रायोगिक सेटअप है जो पिछले दशक की कई तकनीकी प्रगति को एक साथ लाता है। यह स्थापना ऊपर उल्लिखित समस्याओं में से तीसरी पर काबू पाती है - यह स्थानिक रूप से अतिभारी नाभिक के संश्लेषण के क्षेत्र और परिणामी यौगिक के भौतिक रासायनिक अनुसंधान के क्षेत्र को अलग करती है। इसका सामान्य स्वरूप चित्र में दिखाया गया है। 3. संस्थापन के प्रवेश द्वार पर (चित्र की पृष्ठभूमि में दाएं से बाएं), नाभिक की एक किरण लक्ष्य के साथ संपर्क करती है और द्वितीयक नाभिक का एक "कॉकटेल" उत्पन्न करती है। प्रतिक्रिया उत्पादों को एक द्विध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र (आकृति में तत्व डी) द्वारा विक्षेपित किया जाता है, और नाभिक के आवेश और द्रव्यमान के विभिन्न अनुपातों के लिए अलग-अलग तरीकों से। चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण की गणना इस तरह की जाती है कि अध्ययन के तहत केवल नाभिक चुंबकीय लेंस (क्यू) की प्रणाली से गुजरते हैं, जबकि पृष्ठभूमि नाभिक और मूल किरण दूर विक्षेपित हो जाते हैं। संक्षेप में, यह तकनीक नाभिक पर लागू प्रसिद्ध मास स्पेक्ट्रोमेट्री की नकल करती है।

अगले चरण में, अलग किए गए नाभिक (एसजी, एमओ या डब्ल्यू) आरटीसी कक्ष में प्रवेश करते हैं, जिसके माध्यम से हीलियम और कार्बन मोनोऑक्साइड का गैस मिश्रण उड़ाया जाता है। एक महत्वपूर्ण बिंदु: कक्ष के रास्ते में, नाभिक मायलर से बनी कड़ाई से परिभाषित मोटाई की एक खिड़की से होकर गुजरता है। यह गर्म नाभिकों की गतिज ऊर्जा को कम कर देता है और उन्हें गैस कक्ष के अंदर थर्मलाइज़ (अणुओं की थर्मल गति की ऊर्जा को धीमा) करने की अनुमति देता है। वहां, नाभिक "इलेक्ट्रॉनों से सुसज्जित" होते हैं और, कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हुए, एक यौगिक बनाते हैं - एक कार्बोनिल कॉम्प्लेक्स। चूंकि यौगिक अस्थिर है, इसे पूरे गैस प्रवाह के साथ 10-मीटर टेफ्लॉन केशिका के माध्यम से स्थापना के दूसरे भाग - एक विशेष कॉम्पैक्ट विश्लेषक में स्थानांतरित किया जाता है।

कॉम्पैक्ट नाम का अर्थ है ट्रांसएक्टिनोइड्स के भौतिकी और रसायन विज्ञान के लिए क्रायो-ऑनलाइन मल्टीडिटेक्टर. यह स्थापना अस्थिर तत्वों के यौगिकों की गैस थर्मोक्रोमैटोग्राफी के लिए अर्धचालक डिटेक्टरों की 32 जोड़ी की एक पूरी श्रृंखला है। लाइन के साथ एक मजबूत तापमान प्रवणता बनाई जाती है: डिटेक्टरों की प्रत्येक जोड़ी अपने स्वयं के तापमान पर होती है, लाइन की शुरुआत में +30°C से अंत में -120°C तक। प्रत्येक डिटेक्टर अपने क्षय के दौरान नाभिक से उत्सर्जित α और β कणों को रिकॉर्ड करने और उच्च सटीकता के साथ उनकी ऊर्जा और प्रस्थान के समय को मापने में सक्षम है। सीबोर्गियम नाभिक को उनके क्षय की विशिष्ट श्रृंखला द्वारा पहचानने के लिए यह आवश्यक है, जिसमें कुछ ऊर्जाओं के अल्फा कण एक के बाद एक उत्सर्जित होते हैं, और इन दुर्लभ घटनाओं को पृष्ठभूमि प्रक्रियाओं के साथ भ्रमित नहीं करना है।

कॉम्पैक्ट विश्लेषक इस तरह काम करता है. जब गैस मिश्रण को रूलर के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है, तो भारी धातु के कार्बोनिल कॉम्प्लेक्स के अणु एक विशेष डिटेक्टर की सतह पर जमा हो जाते हैं, जहां उन्हें रेडियोधर्मी क्षय के बाद रिकॉर्ड किया जाता है। डिटेक्टर की संख्या जिसमें क्षय दर्ज किया गया है, उस तापमान को इंगित करता है जिस पर अणु का अवशोषण ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाता है। यह तापमान अध्ययन किए जा रहे कार्बोनिल कॉम्प्लेक्स की भौतिक-रासायनिक विशेषताओं - सोखना की एन्थैल्पी - द्वारा निर्धारित होता है। खैर, पदार्थ की यह विशेषता, बदले में, रासायनिक गणनाओं द्वारा भविष्यवाणी की जाती है, जिसमें सापेक्ष प्रभाव एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इस प्रकार, कॉम्पैक्ट विश्लेषक में Sg(CO) 6, W(CO) 6 और Mo(CO) 6 को कैसे जमा किया जाता है, इसे मापकर, रासायनिक सैद्धांतिक गणनाओं को सत्यापित किया जा सकता है और इन प्रजातियों के सोखने की एन्थैल्पी को मापा जा सकता है।

इस अध्ययन के परिणाम चित्र में दिखाए गए हैं। 4. यहां डिटेक्टरों के 32 जोड़े में से प्रत्येक में कई विशेषताएं हैं। शीर्ष ग्राफ केवल एक रूलर के साथ तापमान वितरण है। मध्य और निचले ग्राफ़, वास्तव में, प्रयोगात्मक डेटा स्वयं दिखाते हैं - डिटेक्टरों में टंगस्टन -164 (केंद्र में) और सीबोर्गियम -265 (निचले) नाभिक के रिकॉर्ड किए गए क्षय का वितरण। बेशक, यहां सीबोर्गियम के साथ पर्याप्त घटनाएं नहीं हैं - एक तीव्र किरण के साथ लक्ष्य के निरंतर विकिरण के दो सप्ताह में, उनमें से कुल 18 दर्ज किए गए थे। लेकिन फिर भी, यह स्पष्ट रूप से दिखाई देता है कि उन्हें रेखा के साथ समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है, लेकिन इसके अंत के करीब, 20 से ऊपर की संख्या वाले डिटेक्टरों में। सोखना की एन्थैल्पी के साथ इस प्रक्रिया को मॉडलिंग करते समय लगभग वही तस्वीर प्राप्त की गई थी, जिसकी गणना हाल ही में की गई थी। इन पदार्थों के लिए एक सैद्धांतिक कार्य। एक समान तस्वीर अस्थिर टंगस्टन आइसोटोप और मोलिब्डेनम आइसोटोप वाले यौगिकों के लिए देखी जाती है (उन्हें चित्र में नहीं दिखाया गया है): अधिकतम वितरण ठीक उसी स्थान पर होता है जहां सैद्धांतिक गणना भविष्यवाणी करती है। यह संयोग अतिरिक्त विश्वास दिलाता है कि भारी परमाणुओं की संरचना की पूरी तरह से सापेक्ष गणना के आधुनिक तरीके प्रयोगात्मक डेटा का पर्याप्त रूप से वर्णन करते हैं।

अंत में, इस शोध पर विहंगम दृष्टि डालना उपयोगी होगा। आमतौर पर, परमाणु भौतिकी में नए ज्ञान के लिए अस्थिर अतिभारी तत्व भौतिकविदों के लिए रुचिकर होते हैं। हालाँकि, चूँकि प्रकृति हमें अनुमति देती है, इन तत्वों का उपयोग दूसरे उद्देश्य के लिए किया जा सकता है - यह परीक्षण करने के लिए कि हम कितनी अच्छी तरह भविष्यवाणी कर सकते हैं रासायनिकऐसे परमाणुओं के गुण. यह ज्ञान, बदले में, हमें अपने आप में नहीं, बल्कि सापेक्ष प्रभावों को ध्यान में रखते हुए, भारी परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं की गणना के संपूर्ण आधुनिक सिद्धांत के एक अतिरिक्त परीक्षण के रूप में चाहिए। और यहां से अनेक अनुप्रयोग आते हैं, विशुद्ध रूप से व्यावहारिक अनुसंधान से लेकर वास्तविक मौलिक विज्ञान तक। ट्रांसएक्टिनोइड्स का रसायन विज्ञान एक बार फिर इस बात पर जोर देता है कि भौतिकी और संबंधित विषयों के सबसे विविध क्षेत्र कितनी मजबूती से जुड़े हुए हैं।