स्तंभ A तथा स्तंभ B का सही मिलान है:

स्तंभ A स्तंभ B

a f f संक्रमण i Tb3+

b 5D0 → 7F_n उत्‍सर्जन ii Lu3+

c 5D4 →7F_n उत्‍सर्जन iii Sm3+

d J स्तरों का अतिव्यापन iv Eu3+

Question

Question

This question was previously asked in

CSIR-UGC (NET) Chemical Science: Held on (26 Nov 2020)

Answer 1

अवधारणा:

लैंथेनाइड या लैंथेनॉइड श्रेणी में 15 धात्विक रासायनिक तत्व होते हैं जिनकी परमाणु संख्याएँ 57 से 71 तक होती हैं, लैंथेनम (La) से लेकर ल्यूटेटियम (Lu) तक। इन तत्वों को दुर्लभ-पृथ्वी तत्व या दुर्लभ-पृथ्वी धातुएँ कहा जाता है।

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कुछ लैंथेनाइड्स का +3 ऑक्सीकरण अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:

Tb⁺³: [Xe]4f⁸

Lu⁺³: [Xe]4f¹⁴

Sm⁺³: [Xe]4f⁵

Eu⁺³: [Xe]4f⁶

इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण दो नियमों पर निर्भर करता है। (a) स्पिन चयन नियम और (b) लापोर्ट चयन नियम।
स्पिन चयन नियम विभिन्न कुल स्पिन वाले राज्यों के बीच संक्रमणों को वर्जित करता है, और इस प्रकार विभिन्न स्पिन बहुलता। यह नियम केवल समान कुल आंतरिक स्पिन वाले राज्यों के बीच संक्रमणों की अनुमति देता है (ΔS=0), और इस प्रकार पद प्रतीक में समान स्पिन बहुलता मान।
किसी विशेष इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के लिए परमाणु पद प्रतीक 2S+1LJ है।

जहाँ 2S+1 स्पिन बहुलता है, L कुल कक्षक कोणीय संवेग है और J कुल कोणीय संवेग है।

व्याख्या:

Lu³⁺ आयन [Xe]4f¹⁴ में पूर्ण रूप से भरे हुए कक्षक होते हैं और f→f संक्रमण स्पिन निषिद्ध \(\left( {{\rm{\Delta S}} \ne {\rm{0}}} \right)\) है। इसलिए, कोई संक्रमण नहीं है।
Eu3+ आयन में 4f6 इलेक्ट्रॉन विन्यास है और
S = 3, सबसे कम ऊर्जा वाला पद 7F है जहाँ L = 3, प्रबल स्पिन-कक्षक युग्मन के परिणामस्वरूप J = 0 आधार अवस्था होती है। चूँकि Eu3+ आयन में आधा से कम भरा हुआ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है, J का मान |L-S| = |3-3| = 0 हो सकता है।

इस प्रकार, पद प्रतीक वाला एक ऊर्जा अवस्था 5D0 Eu3+ आयन के लिए संभव है।

इस प्रकार, 5D0 →7Fn उत्सर्जन Tb+3 आयन में देखा जाता है।
Tb3+ आयन में 4f8 इलेक्ट्रॉन विन्यास और S = 3 है। सबसे कम ऊर्जा वाला पद 7F है जहाँ L = 3, प्रबल स्पिन-कक्षक युग्मन के परिणामस्वरूप J = 6 आधार अवस्था होती है। चूँकि Tb3+ आयन में आधा से अधिक भरा हुआ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है, J का एक संभव मान हो सकता है

=|L+S-2|

=|3+3-2|

= 4

इस प्रकार, पद प्रतीक वाला एक ऊर्जा अवस्था 5D4 Tb⁺³ आयन के लिए संभव है। इसलिए, 5D4 →7Fn उत्सर्जन Tb+3 आयन में देखा जाता है।
Sm3+ आयन में 4f5 इलेक्ट्रॉन विन्यास है। कमरे के तापमान पर, पहली उत्तेजित अवस्था, दूसरी और यहाँ तक कि तीसरी उत्तेजित अवस्था भी आबाद पाई जाती है। उच्च j मानों वाली इन अवस्थाओं का मिश्रण Sm⁺³ में अतिव्यापी J स्तरों के कारण देखे गए बड़े विचलन चुंबकीय आघूर्ण का कारण बनता है।

निष्कर्ष:

स्तंभ A का स्तंभ B के साथ सही मिलान: (a) - (ii), (b) - (iv), (c) - (i), (d) - (iii) है।