ઉમદા વાયુઓનાં સંયોજનો

ઉમદા વાયુઓનાં સંયોજનો : હીલિયમ (He), નીઑન (Ne), આર્ગોન (Ar), ક્રિપ્ટોન (Kr), ઝીનૉન (Xe) અને રેડોન (Rn) વાયુઓનાં રાસાયણિક સંયોજનો. રાસાયણિક ર્દષ્ટિએ આ છ વાયુઓ તદ્દન નિષ્ક્રિય છે તેમ માનવામાં આવતું, તેથી તેમને નિષ્ક્રિય વાયુઓ તરીકે ઓળખવામાં આવતા હતા અને તેમને આવર્ત કોષ્ટકમાં શૂન્ય સમૂહમાં મૂકવામાં આવ્યા છે. આ વાયુઓના અંત્ય કક્ષક-કોષમાં યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન અષ્ટક (ns²np⁶) હોય છે. હીલિયમમાં બે યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન (ls²) હોય છે. તેમના આ પ્રકારના વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રૉન-વિન્યાસને નિષ્ક્રિયતાનું કારણ ગણીને રાસાયણિક સંયોજકતાના સિદ્ધાંતો રચવામાં તેમને ચાવીરૂપ લેખવામાં આવેલા. કેટલાંક અસ્થિર, માત્ર વર્ણપટમાં જ ઓળખાયેલાં હીલાઇડ જેવાં કે Pt₃He, PdHe, HgHe વગેરે, કેટલાંક હાઇડ્રેટ (Xe·XH₂O) તથા કેટલાંક પિંજર-સંકીર્ણો (cage complexes) જેવાં કે 3-ક્વિનૉલ – 1-આર્ગોન જાણીતાં છે, જે સાચા અર્થમાં રાસાયણિક સંયોજનો નથી, પણ વાન ડર વાલ આકર્ષણ વડે સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરેલા પદાર્થો છે. આ વાયુઓના રાસાયણિક બંધ દ્વારા સંયોજનો બનવાં જોઈએ તેવો મત અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક પોલિંગ, ઇટાલિયન વૈજ્ઞાનિક ડોડો વગેરે સતત પ્રદર્શિત કરતા રહેતા હતા. યોસ્ટ અને કેય નામના રસાયણજ્ઞોએ 1930ની આસપાસ Xe અને F₂ને સાથે ગરમ કરી XeF₂ બનાવ્યો હતો. પરંતુ તેને તેઓ શુદ્ધ રૂપે અલગ કરી શક્યા ન હતા. યુનિવર્સિટી ઑવ્ બ્રિટિશ કોલંબિયાના નીલ બાર્ટલેટે 1962માં Xe અને PtF₆ વાયુઓના મિશ્રણને ગરમ કરીને XeF⁺[Pt₂F₁₁]^– સૂત્ર ધરાવતા લાલ સ્ફટિકો મેળવ્યા.

તેથી ઉમદા વાયુશ્રેણીનું પ્રથમ સાચું રાસાયણિક સંયોજન બનાવવાનો યશ બાર્ટલેટને ફાળે જાય છે. આ શોધની જાહેરાતથી રસાયણ-જગતમાં જાણે વીજકંપ થયો અને આ વાયુઓનાં અન્ય સંયોજનોનું ઝડપથી સંશ્લેષણ થવા માંડ્યું. ‘નિષ્ક્રિય’ વાયુઓને હવે ‘ઉમદા’ વાયુઓ તરીકે ઓળખવામાં આવ્યા. આ તત્વોની રાસાયણિક સંયોજનો બનાવવાની શક્તિ અતિ સીમિત છે. તેમાં પણ ભારે વાયુઓ Kr, Xe અને સંભવત: Rn આવાં સંયોજનો આપે છે. વળી જે સ્થિર સંયોજનો બન્યાં છે તે પણ, મુખ્યત્વે, અતિ વિદ્યુત-ઋણ (electronegative) એવા ફ્લોરીન અને થોડેક અંશે ઑક્સિજન સાથે જ બનાવાયાં છે. ઉમદા વાયુઓનાં સંયોજનો બનાવવા માટે અંત્ય કક્ષકમાંના ઇલેક્ટ્રૉનને અયુગ્મિત કરી તેને ઉત્તેજિત ઊર્જાસ્તરમાં ચઢાવવાં જરૂરી બને છે. તેથી સંયોજનો બનાવવાનું વલણ તે માટે આપવી પડતી જરૂરી ઊર્જા ઉપર આધારિત હોય તે સ્વાભાવિક છે. આવી ઊર્જાનું મૂલ્ય પરમાણુક્રમાંક વધવા સાથે ઘટે છે. ક્રિપ્ટૉન માટેનું આ મૂલ્ય 9.7 eV છે, અને તે KrF₂ સંયોજન આપે છે. ઝીનૉનમાં આ મૂલ્ય આથી પણ ઉંચું (8.3 eV) છે, જેથી તે વધુ સ્થિર અને વધુ મોટી સંખ્યામાં સાચાં સંયોજનો આપી શકે છે. રેડૉન તેથી પણ વધુ સ્થિર સંયોજન બનાવતું હશે, પરંતુ તેના બધા જ સમસ્થાનિકો કિરણોત્સર્ગી છે. આથી તેનાં સંયોજનોનો માત્ર પ્રદર્શક (tracer) અભ્યાસ જ સંભવી શકે છે. આ કારણે તેનાં સંયોજનો વિશે ઝાઝી માહિતી ઉપલબ્ધ નથી.

ઝીનૉનનાં સંયોજનો : ઉમદા વાયુઓમાં ઝીનૉનનાં, ખાસ કરીને ફ્લોરીન અને ઑક્સિજન સાથેનાં સંયોજનોનો સારા પ્રમાણમાં અભ્યાસ થયો છે. નિકલના બાબ જેવા બંધ ઉપકરણમાં Xe તથા F₂ના મિશ્રણને ગરમ કરતાં XeF₂, XeF₄ અને XeF₆ મળે છે, જેનું પ્રમાણ પ્રક્રિયકોના પ્રમાણ, પ્રક્રિયાનું તાપમાન અને દબાણ પર આધારિત છે.

Xe + F₂ → XeF₂

Xe + 2F₂ → XeF₄

Xe + 3F₂ → XeF₆

આ ત્રણે પ્રક્રિયાઓના સંતુલન અચળાંકો શોધવામાં આવ્યા છે. F₂ : Xeના 20 : 1ના પ્રમાણમાં 300^o સે. તાપમાને અને 50થી વધુ વાતાવરણના દબાણે, લગભગ સંપૂર્ણપણે XeF₆ મળે છે. F₂ : Xeના 2 : 1ના પ્રમાણમાં 400^o સે.થી વધુ તાપમાને અને ઓછા દબાણે મુખ્યત્વે XeF₂ મળે છે. F₂ : Xeના 5 : 1ના પ્રમાણમાં 400^o સે. તાપમાને અને 5-7 વાતાવરણના દબાણે XeF₄ મળે છે, જેમાં F₂, XeF₆ અને XeF₂ની અશુદ્ધિઓ હોય છે તે દૂર કરી અને શુદ્ધ XeF₄ મેળવી શકાય છે. આ ત્રણે ફ્લોરાઇડ સ્થિર સ્ફટિકરૂપ હોય છે અને સામાન્ય તાપમાને પણ ઊર્ધ્વીકરણ પામે તેટલાં બાષ્પશીલ હોય છે. નિકલ કે મોનેલ ધાતુના વાસણમાં તેમને દીર્ઘકાળ સુધી સંગ્રહી શકાય છે. XeF₄ અને XeF₆ અલ્પ પ્રમાણમાં પાણીની હાજરીમાં પણ વિસ્ફોટ સાથે જલવિભાજન પામી XeO₃ આપે છે, જ્યારે XeF₂ પાણીમાં ખૂબ જ ધીમેથી વિભાજન પામે છે.

XeF₂નાં જલીય દ્રાવણો ઑક્સિડેશન માટે ઉપયોગી છે. તે HClમાંથી Cl₂, Ag(I)માંથી Ag(II), Ce(III)માંથી Ce(IV) આપે છે. બેઝની હાજરીમાં તેનું ઝડપથી વિઘટન થાય છે.

XeF₂ રેખીય, XeF₄ સમચોરસ અને XeF₆ વિકૃત અષ્ટફલક સંરચના ધરાવે છે. આ ત્રણે ફ્લોરાઇડ સંયોજનો પ્રબળ ફ્લોરાઇડ-ગ્રાહક પદાર્થોની ઉપસ્થિતિમાં ફ્લોરીનકારકો (ફ્લોરો-લ્યુઇસ ઍસિડ) તરીકે કાર્ય કરે છે, જેમાં ફ્લોરાઇડ આયન આંશિક પ્રમાણમાં તબદીલ થાય છે અને Xe-યુક્ત ધનઆયનો આપે છે.

બાર્ટલેટે બનાવેલું ઝીનૉનનું પ્રથમ સંયોજન [XeF]⁺ [Pt₂F₁₁]^– સૂત્ર પ્રમાણે દર્શાવી શકાય. XeF₆, PtF₅ અને SbF₅ સાથે અનુક્રમે XeF₅⁺·PtF₆^– અને 2XeF₆·SbF₅ બનાવે છે. બેન્ઝિન સાથે XeF₂ ફ્લોરોબેન્ઝિન આપે છે. XeF₄ ટોલ્યુઇન જેવા વિસ્થાપિત એરોમેટિક હાઇડ્રૉકાર્બનના વલયમાં ફ્લોરીન દાખલ કરવા માટે ઉપયોગી છે. XeF₆ ફ્લોરાઇડ સ્વીકારી ફ્લોરો-લ્યુઇસ બેઝ તરીકે પણ વર્તે છે. આમ કરીને તે પોતાનો ઉપસહસંયોજન આંક (co-ordination number) છથી સાત કે આઠ સુધી વધારી શકે છે. આલ્કલી ધાતુ ફ્લોરાઇડ MF (LiF સિવાય) સાથે M⁺[XeF₇]^– અને M₂⁺[XeF₈]^2– આપે છે. દા.ત.,

Xeનું સૌથી સ્થિર સંયોજન Cs₂XeF₈ 400^o સે.થી વધુ તાપમાને જ વિઘટન પામે છે. NaF સાથે NaXeF₇ બનાવી શકાય છે, જેને ગરમ કરતાં XeF₆ પુન: મેળવી શકાય છે. આમ શુદ્ધ XeF₆ મેળવવા તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઝીનોનનાં ઑક્સિફ્લોરાઇડ સંયોજનો જેવાં કે XeOF₄, XeOF₂, XeO₂F₂ વગેરે જાણીતાં છે. વળી XeO₂F₄ તથા XeO₃F₂ પણ કદાચ અસ્તિત્વ ધરાવતાં હશે. XeF₆નું સાવચેતીપૂર્વક જલવિભાજન કરતાં XeOF₄ બને છે. XeF₆ અને ક્વાર્ટ્ઝ (SiO₂) વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી પણ તે બને છે.

2XeF₆ + SiO₂ → 2XeOF₄ + SiF₄

XeOF₄ અને XeO₃ વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી XeO₂F₂ મળે છે. XeOF₄ ક્વાર્ટ્ઝ કે પાયરેક્ષ કાચના પાત્રમાં વિઘટન પામે છે.

XeO₄ + SiO₂ → XeO₃ + SiF₄

XeOF₄ ચોરસ શંકુ આકાર ધરાવે છે, જેમાં ઑક્સિજન પરમાણુ XeF₄ સમચોરસને કાટખૂણે (C_4v) આવેલ છે. કેટલાંક સંકીર્ણ ઑક્સોફ્લોરો ઋણાયન જાણીતાં છે, જેમ કે XeO₃ની KF કે CsF સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી MXeO₃F ક્ષારો મળે છે, જેમાં [XeO₃F]^– ઋણઆયનો બહુલકરૂપે હોય છે.

ઝીનૉનના ટ્રાયૉક્સાઇડ XeO₃, ટેટ્રૉક્સાઇડ XeO₄ તથા આયનો જેવાં કે ઝેનેટ HXeO₄^– અને પરઝેનેટ XeO₆^4– જાણીતાં છે. XeF₄ કે XeF₆નું સાવચેતીપૂર્વક સંપૂર્ણ જલવિભાજન કરતાં XeO₃ (જલદ વિસ્ફોટક) મળે છે. XeO₃ પાણીમાં દ્રાવ્ય છે અને દ્રાવણમાં મુક્ત અણુરૂપે હોય છે, જેથી દ્રાવણો વિદ્યુતનાં અવાહક છે. બાષ્પીભવન કરવાથી XeO₃ પુન: મેળવી શકાય છે. XeO₃ શંકુ આકારનો (C_3V) છે. બેઝની ઉપસ્થિતિમાં XeO₃માંથી ઝેનેટ આયનો HXeO₄^– મળે છે અને વધુ પ્રક્રિયા થતાં પરઝેનેટ આયન XeO₆^4– મળે છે, જેમાંથી સ્થિર પરઝેનેટ Na₄XeO₄×8H₂O, Ba₂XeO₆×1.5 H₂O વગેરે અવક્ષિપ્ત કરી મેળવાયા છે.

XeO₃ + OH^– HXeO₄^–

2HXeO₄^– + 2OH^– XeO₆^4– + Xe + O₂ + 2H₂O

ઍસિડની હાજરીમાં પરઝેનેટ પુન: ઝેનેટ બને છે. XeO₆^4– આયન ઉપરાંત HXeO₆^3–, H₂XeO₆^2– અને H₃XeO₆^– ઋણઆયનો પણ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. બેરિયમ પરઝેનેટ ઉપર સાંદ્ર H₂SO₄ની પ્રક્રિયા વડે XeO₄ મેળવી શકાય છે. તે ખૂબ અસ્થિર, વિસ્ફોટક વાયુ છે. તે ચતુષ્ફલક સંરચના (Td) ધરાવે છે.

ઉમદા વાયુઓનાં અન્ય સંયોજનો : Xe, F₂ અને CCl₄ના મિશ્રણમાં વિદ્યુતચાપ (electric discharge) પસાર કરવાથી XeCl₂ બન્યાનો પુરાવો સાંપડ્યો છે. XeCl₂, XeBr₂ અને XeCl₄ મોસબાઉર સ્પેક્ટ્રમિકીમાં તેમના 53¹²⁹I અનુરૂપોના B-ક્ષયની નીપજરૂપે પારખવામાં આવ્યા છે. દા.ત.,  CH₃Xe⁺ આયન સ્થિર પદાર્થ છે એવો પણ અહેવાલ છે. 1974માં Xe-N બંધ ધરાવતો FXeN(SO₂F)₂ પદાર્થ બનાવાયાની જાહેરાત થયેલી છે. Xe-Cl, Xe-C અને Xe-N બંધયુક્ત આ ત્રણ સંયોજનો ઝીનોનના રસાયણને વિસ્તૃત કરે છે. Kr અને F₂ના મિશ્રણમાં પ્રવાહી ઑક્સિજનના તાપમાને (-183⁰ સે.) અને ઓછા દબાણે વિદ્યુતચાપ પસાર કરવાથી અથવા તેમના પર ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉન કે પ્રોટૉનનો મારો ચલાવવાથી KrF₂ મળે છે. ક્રિપ્ટૉનનું આ એક જ સંયોજન ચોક્કસપણે સાબિત થયું છે. તે સફેદ, અસ્થિર, બાષ્પશીલ ઘન પદાર્થ છે. તેને -40⁰ સે.થી નીચેના તાપમાને દીર્ઘકાળ પર્યંત સંગ્રહી શકાય છે. તે પ્રબળ ફ્લોરીકારક છે. SbF₅ સાથે તે KrF₂·2SbF₅ બનાવે છે કે જે કદાચ KrF⁺ [Sb₂F₁₁]^– છે. પાણી સાથે તે ત્વરિત જલવિભાજન પામે છે.

2KrF₂ + 2H₂O → 2Kr + O₂ + 4HF

તે રેખીય સંરચના ધરાવે છે.

KrF₂નાં સંકીર્ણો XeF₂^–સંકીર્ણોને અનુરૂપ છે અને તેઓ F^– સ્વીકારકો સાથેની પ્રક્રિયાથી કેટાયનિક જાતિ તરીકે ઉદભવે છે. દા.ત. [KrF]⁺[MF₆]^–, [Kr₂F₃]⁺[MF₆]^– (M = As, Sb) જાણીતાં છે જ્યારે ¹⁹F-nmr અને રામન સ્પેક્ટ્રમિકી દ્ધારા [KrF]⁺[MoOF₅]^– અને [KrF]⁺[WOF₅]^– પારખી શકાયાં છે. KrF⁺નાં નાઇટ્રાઇલ દાતાઓ સાથેનાં સંયોજનો પણ સંશ્લેષિત કરવામાં આવ્યાં છે. દા.ત., [RC º ≡ NKrF]⁺ (R = Me, CF₃, C₂H₅, n-C₃F₅)

Kr−O બંધ ધરાવતું સંયોજન પણ બનતું હોવાનું નોંધાયું છે :

3KrF₂ + 2B(OTeF₅)₃ → 3Kr(OTeF₅)₂ + 2BF₃

Kr(OTeF₅)₂ → Kr + F₅TeOOTeF₅

બંધ પ્રકાર : ઉમદા વાયુઓનાં સંયોજનો બન્યાં તેથી સંયોજકતાના સિદ્ધાંતોમાં નવા ખ્યાલો દાખલ કરવા પડ્યા. આ સંયોજનો સહસંયોજક બંધ વડે રચાય છે તે તેમના ગુણધર્મો પરથી સ્પષ્ટ થાય છે. આવા બંધને સમજવા માટે ઝીનૉનના અંત્ય કક્ષકના આઠેય ઇલેક્ટ્રૉન અવકાશ-રાસાયણિક (stereochemical) ર્દષ્ટિએ સક્રિય છે તેમ ગણીને VSEPR સિદ્ધાંત (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory) અનુસાર ઝીનોનમાં જરૂરી ઇલેક્ટ્રૉનને અયુગ્મિત કરીને XeF₂, XeF₄, XeF₆, XeOF₄, XeO₄, XeO₃ વગેરે અણુઓની સંરચના સમજાવી શકાય છે. તે જ પ્રમાણે અણુકક્ષક સિદ્ધાંત અનુસાર તેમને ઇલેક્ટ્રૉન-ત્રુટીવાળા (electron-deficient) સંયોજનો ગણીને બહુકેન્દ્રીય બંધ રચીને તેમનો ઇલેક્ટ્રૉનવિન્યાસ સમજાવી શકાય છે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી