आयनीकरण रसायन और भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है जो विद्युत-निष्क्रिय परमाणुओं या अणुओं के विद्युत-आवेशित बनने की प्रक्रिया का वर्णन करती है। आयनीकरण तब होता है जब कोई परमाणु या अणु एक या अधिक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है या खो देता है, जिससे धनात्मक या ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होता है। आवेशित परमाणु या अणु को आयन कहा जाता है।

आयनीकरण विभिन्न तरीकों से हो सकता है, जैसे टकराव, रासायनिक अभिक्रियाएँ, या विद्युत-चुंबकीय विकिरण के प्रति प्रदर्शन। आयनीकरण कई प्राकृतिक और प्रौद्योगिक घटनाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जैसे उत्तरी ध्रुवीय प्रकाश, आयनोस्फेरिक संचार, द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री, विकिरण चिकित्सा, और परमाणु संलयन।

इस लेख में, हम नाट्रियम क्लोराइड (NaCl) के उदाहरण से आयनीकरण प्रक्रिया की विस्तृत व्याख्या करेंगे। हम आयनीकरण प्रक्रिया पर प्रभाव पड़ने वाले कारकों, जैसे आयनीकरण ऊर्जा और माध्यम की सापेक्ष परमेयता, पर भी चर्चा करेंगे। अंत में, हम विभिन्न संदर्भों में आयनीकरण के कुछ उदाहरण प्रदान करेंगे।

आयनीकरण प्रक्रिया क्या है?

आयनीकरण प्रक्रिया परमाणुओं या अणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण से संबंधित है। इस प्रक्रिया को दिखाने के लिए, नाट्रियम क्लोराइड (NaCl) के मामले को लें, जो हमारे दैनिक जीवन में प्रयोग किया जाने वाला एक सामान्य नमक है।

नाट्रियम क्लोराइड नाट्रियम (Na) परमाणुओं और क्लोरीन (Cl) परमाणुओं से बना होता है, जो एक विद्युत-स्थैतिक बल द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। Na और Cl का परमाणु संख्या क्रमशः 11 और 17 है, जिसका अर्थ है कि उनके पास अपने नाभिक के चारों ओर 11 और 17 इलेक्ट्रॉन घूमते हैं।

इन इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। इलेक्ट्रॉन अपनी ऊर्जा स्तरों के अनुसार नाभिक के चारों ओर विभिन्न शेल्स या कक्षों में वितरित होते हैं। बाहरी सबसे बाहरी शेल को वैलेंस शेल कहा जाता है, और यह परमाणु के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

चित्र से स्पष्ट है कि Na परमाणु के वैलेंस शेल में केवल एक इलेक्ट्रॉन है, जबकि Cl परमाणु के वैलेंस शेल में सात इलेक्ट्रॉन हैं। स्थिर संरचना प्राप्त करने के लिए, परमाणु अपने वैलेंस शेल में आठ इलेक्ट्रॉनों को अनुसरण करने की प्रवृत्ति रखते हैं, जिसे अष्टक नियम कहा जाता है।

इसलिए, दोनों Na और Cl परमाणु अस्थिर या रासायनिक रूप से सक्रिय हैं। जब वे एक-दूसरे के पास आते हैं, तो वे एक रासायनिक अभिक्रिया का सामना करते हैं जो इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान से संबंधित है।

Na परमाणु अपने वैलेंस इलेक्ट्रॉन को खो देता है और एक धनात्मक आवेशित आयन (Na+) बन जाता है, जबकि Cl परमाणु एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है और एक ऋणात्मक आवेशित आयन (Cl-) बन जाता है। इस प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है।

Na+ और Cl- आयन एक विद्युत-स्थैतिक बल द्वारा एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, जिससे एक NaCl अणु बनता है। यह बल उनके आवेशों के गुणनफल के अनुपात में और उनकी दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपात में होता है, कूलॉम के नियम के अनुसार।

कूलॉम के नियम का समीकरण है:

जहाँ F बल, Q1 और Q2 आवेश, r दूरी, और εr माध्यम की सापेक्ष परमेयता है।

सापेक्ष परमेयता (जिसे डाइएलेक्ट्रिक नियतांक भी कहा जाता है) एक माप है जो यह बताती है कि कितना एक सामग्री इलेक्ट्रिक फील्ड को अपने अंदर घटा देती है तुलना में रिक्तिका के साथ। रिक्तिका की सापेक्ष परमेयता 1 होती है।

सापेक्ष परमेयता आयनों के बीच विद्युत-स्थैतिक बल की ताकत पर प्रभाव डालती है। उदाहरण के लिए, हवा की सापेक्ष परमेयता लगभग 1.0006 है, जबकि 20°C पर पानी की सापेक्ष परमेयता लगभग 80 है।

यह अर्थ है कि जब NaCl पानी में घुलता है, तो Na+ और Cl- आयनों के बीच विद्युत-स्थैतिक बल हवा की तुलना में 80 गुना कम हो जाता है। इस परिणामस्वरूप, Na+ और Cl- आयन एक-दूसरे से अलग हो जाते हैं और घोल में स्वतंत्र रूप से गतिशील हो जाते हैं।

आयनीकरण ऊर्जा और इसके कारक

आयनीकरण प्रक्रिया पर प्रभाव पड़ने वाले एक कारक आयनीकरण ऊर्जा है। आयनीकरण ऊर्जा एक अलग-थलग, गैसीय परमाणु या अणु से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। आयनीकरण ऊर्जा आमतौर पर kJ/mol में व्यक्त की जाती है, या एक मोल के सभी परमाणुओं को एक-एक इलेक्ट्रॉन खोने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा।

आयनीकरण ऊर्जा कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे परमाणु संख्या, परमाणु त्रिज्या, इलेक्ट्रॉनिक संरचना, और आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का छायांकन प्रभाव। ये कारक यह प्रभावित करते हैं कि नाभिक वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को कितनी मजबूती से धारण करता है और उन्हें कितनी आसानी से हटाया जा सकता है।

आयनीकरण ऊर्जा आमतौर पर एक आवर्त में बाएँ से दाएँ बढ़ती है और एक वर्ग में ऊपर से नीचे घटती है। इसका कारण है:

• एक आवर्त में बाएँ से दाएँ परमाणु संख्या बढ़ती है, जिसका अर्थ है कि नाभिकीय आवेश बढ़ता है, और वैलेंस इलेक्ट्रॉन नाभिक के प्रति अधिक आकर्षित होते हैं।

• एक आवर्त में बाएँ से दाएँ परमाणु त्रिज्या घटती है, जिसका अर्थ है कि वैलेंस इलेक्ट्रॉन नाभिक के निकट होते हैं और उन्हें हटाना अधिक कठिन होता है।

• एक आवर्त में बाएँ से दाएँ इलेक्ट्रॉनिक संरचना बदलती है, जिसका अर्थ है कि कुछ तत्वों में अधिक स्थिर या आधा-भरे ऑर्बिटल होते हैं जिन्हें बाहर निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

• एक वर्ग में ऊपर से नीचे आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का छायांकन प्रभाव बढ़ता है, जिसका अर्थ है कि वैलेंस इलेक्ट्रॉन नाभिकीय आवेश के प्रति कम प्रभावित होते हैं और उन्हें आसानी से हटाया जा सकता है।

इस सामान्य प्रवृत्ति में कुछ अपवाद हैं, जैसे की अक्षीय पृथ्वी धातु (वर्ग 2) और नाइट्रोजन वर्ग तत्व (वर्ग 15)। ये तत्व अपने पड़ोसी तत्वों की तुलना में अधिक आयनीकरण ऊर्जा रखते हैं क्योंकि उनके पास या तो पूरी तरह से भरे हुए या आधा-भरे हुए ऑर्बिटल होते हैं, जो अधिक स्थिर और आयनीकरण के लिए अधिक प्रतिरोधी होते हैं।

आयनीकरण ऊर्जा तत्वों के रासायनिक व्यवहार और अन्य तत्वों के साथ आयनिक या सहसंयोजी बंध बनाने की प्रवृत्ति को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। कम आयनीकरण ऊर्जा वाले तत्व इलेक्ट्रॉन खोने और धनात्मक आयन (कैटायन) बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं, जबकि उच्च आयनीकरण ऊर्जा वाले तत्व इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने और ऋणात्मक आयन (ऐनायन) ब