आयनन रसायन और भौतिकी का एक मूलभूत अवधारणा है जो विद्युत-निष्क्रिय परमाणु या अणुओं को विद्युत-संचालित में परिवर्तित होने का वर्णन करता है। आयनन तब होता है जब एक परमाणु या अणु एक या अधिक इलेक्ट्रॉन ग्रहण या खो देता है, जिससे धनात्मक या ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होता है। आवेशित परमाणु या अणु को आयन कहा जाता है।

आयनन विभिन्न तरीकों से हो सकता है, जैसे कि टकराव, रासायनिक अभिक्रियाएँ, या विद्युत-चुंबकीय विकिरण के संपर्क में आना। आयनन बहुत सी प्राकृतिक और प्रौद्योगिक घटनाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जैसे कि उत्तरी दीप्ति, आयनोस्फेरिक संचार, द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री, विकिरण चिकित्सा, और परमाणु संलयन।

इस लेख में, हम नाइट्रोजन क्लोराइड (NaCl) के उदाहरण से आयनन प्रक्रिया का विस्तार से विवरण देंगे। हम आयनन प्रक्रिया पर प्रभाव डालने वाले कारकों, जैसे आयनन ऊर्जा और माध्यम की सापेक्ष परमिटिविटी के बारे में भी चर्चा करेंगे। अंत में, हम विभिन्न संदर्भों में आयनन के कुछ उदाहरण प्रदान करेंगे।

आयनन प्रक्रिया क्या है?

आयनन प्रक्रिया परमाणुओं या अणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण से संबंधित है। इस प्रक्रिया को समझाने के लिए, नाइट्रोजन क्लोराइड (NaCl) के मामले को ध्यान में रखें, जो हमारे दैनिक जीवन में उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य नमक है।

नाइट्रोजन क्लोराइड नाइट्रोजन (Na) और क्लोरीन (Cl) परमाणुओं से बना होता है, जो 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 नाभिकों 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 शेल को वैलेंस शेल कहा जाता है, और यह परमाणु की रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

जैसा कि आप चित्र से देख सकते हैं, Na परमाणु के वैलेंस शेल में केवल एक इलेक्ट्रॉन है, जबकि Cl परमाणु के वैलेंस शेल में सात इलेक्ट्रॉन हैं। स्थायी विन्यास प्राप्त करने के लिए, परमाणु अपने वैलेंस शेल में आठ इलेक्ट्रॉनों को रखने की प्रवृत्ति रखते हैं, जो ऑक्टेट नियम का अनुसरण करता है।

इसलिए, Na और Cl दोनों परमाणु अस्थिर या रासायनिक रूप से सक्रिय हैं। जब वे एक दूसरे के निकट आते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉनों के विनिमय से एक रासायनिक अभिक्रिया करते हैं।

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 आयनन 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 व्युत्क्रम अनुपात में होता है, जैसा कि कूलॉम के नियम द्वारा दिया गया है।

कूलॉम के नियम का समीकरण है:

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

सापेक्ष परमिटिविटी (जिसे डाइएलेक्ट्रिक नियतांक भी कहा जाता है) एक माप है जो यह दर्शाता है कि कितना एक सामग्री विद्युत क्षेत्र को एक वैक्यूम की तुलना में घटा देती है। वैक्यूम की सापेक्ष परमिटिविटी 1 होती है।

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

यह अर्थ है कि जब NaCl पानी में घुलता है, तो Na+ और Cl- आयनों के बीच का 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 विलयन में स्वतंत्र रूप से चलने के लिए स्वतंत्र हो जाते हैं।

आयनन ऊर्जा और इसके कारक

आयनन प्रक्रिया पर प्रभाव डालने वाले कारकों में एक आयनन ऊर्जा है। आयनन ऊर्जा एक विलग, गैसीय परमाणु या अणु से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। आयनन 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।

आयनन ऊर्जा कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे परमाणु संख्या, परमाणु त्रिज्या, इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, 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 हटा सकता है।

आयनन ऊर्जा आमतौर पर एक अवधि में बाएं से दाएं बढ़ती है और एक समूह में ऊपर से नीचे घटती है। इसका कारण यह है:

• परमाणु संख्या एक अवधि में बाएं से दाएं बढ़ती है, जिसका अर्थ है कि नाभिकीय आवेश बढ़ता है, और वैलेंस इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर अधिक आकर्षित होते हैं।

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

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास एक अवधि में बाएं से दाएं बदलता है, जिसका अर्थ है कि कुछ तत्वों में अधिक स्थिर या आधा भरे ऑर्बिटल होते हैं जो बाहर निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

• आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का छायांकन प्रभाव एक समूह में ऊपर से नीचे बढ़ता है, जिसका अर्थ है कि वैलेंस इलेक्ट्रॉन नाभिकीय आवेश से कम प्रभावित होते हैं और उन्हें आसानी से हटा सकते हैं।

इस सामान्य रुझान में कुछ अपवाद हैं, जैसे कि अक्षारीय पृथ्वी धातुएं (समूह 2) और नाइट्रोजन समूह तत्व (समूह 15)। ये तत्व अपने पड़ोसी तत्वों की तुलना में अधिक आयनन ऊर्जा रखते हैं क्योंकि उनके पास या तो पूरी तरह से भरे या आधा भरे ऑर्बिटल होते हैं, जो अधिक स्थिर और आयनन के विरोधी होते हैं।

आयनन ऊर्जा तत्वों की रासायनिक व्यवहार और अन्य तत्वों के साथ आयनिक या सहसंयोजी बंध बनाने की प्रवृत्ति को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। निम्न आयनन ऊर्जा वाले तत्व इलेक्ट्रॉन खो देते हैं और धनात्मक आयन (क