Ionisation energy Questions in Hindi

(C) $3^{rd}$ आयनन ऊर्जा में $2+$ धनायन से एक इलेक्ट्रॉन को हटाना शामिल है।
$Li$ $(Z=3)$ के लिए: इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^1$ है। $3$ इलेक्ट्रॉन हटाना असंभव है क्योंकि इसमें कुल $3$ ही इलेक्ट्रॉन हैं।
$Be$ $(Z=4)$ के लिए: $Be^{2+}$ का विन्यास $1s^2$ है। $3^{rd}$ इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए स्थिर $1s^2$ कोश को तोड़ना पड़ता है,जिसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
$B$ $(Z=5)$ के लिए: $B^{2+}$ का विन्यास $1s^2 2s^1$ है। $3^{rd}$ इलेक्ट्रॉन को हटाना अपेक्षाकृत आसान है क्योंकि यह संयोजी इलेक्ट्रॉन है।
$C$ $(Z=6)$ के लिए: $C^{2+}$ का विन्यास $1s^2 2s^2$ है। $3^{rd}$ इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए स्थिर $2s^2$ उपकोश को तोड़ना पड़ता है।
अतः,$B$ की $3^{rd}$ आयनन ऊर्जा सबसे कम है।

(A) दोनों तत्वों के लिए $2^{nd}$ और $3^{rd}$ आयनन एन्थैल्पी के बीच का बड़ा अंतर ($A: 1757$ से $14847$; $B: 1450$ से $7731$) यह दर्शाता है कि दोनों तत्वों में $2$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं,जो उन्हें समूह $2$ (क्षारीय मृदा धातु) में रखता है।
परमाणु आकार बढ़ने के कारण समूह में ऊपर से नीचे जाने पर आयनन एन्थैल्पी कम हो जाती है।
चूंकि तत्व $B$ के लिए आयनन एन्थैल्पी का मान तत्व $A$ से कम है,इसलिए तत्व $B$ समूह $2$ में तत्व $A$ के नीचे स्थित होना चाहिए।

(C) आयनन एन्थैल्पी $(IE)$ परमाणु आकार और इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता पर निर्भर करती है।
छोटा परमाणु आकार उच्च $IE$ की ओर ले जाता है क्योंकि संयोजी इलेक्ट्रॉन नाभिक द्वारा अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं।
इसके अतिरिक्त,अर्ध-भरे और पूर्ण-भरे कक्षक अतिरिक्त स्थिरता रखते हैं,इसलिए इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
दिए गए विन्यासों की तुलना करने पर: $[Ne]\, 3s^2\, 3p^1$,$[Ne]\, 3s^2\, 3p^2$,और $[Ne]\, 3s^2\, 3p^3$ तीसरे आवर्त के तत्व हैं,जबकि $[Ar]\, 3d^{10}\, 4s^2\, 4p^3$ चौथे आवर्त का तत्व है।
तीसरे आवर्त के तत्वों की परमाणु त्रिज्या चौथे आवर्त के तत्वों से छोटी होती है,जिसके परिणामस्वरूप तीसरे आवर्त के तत्वों की $IE$ अधिक होती है।
तीसरे आवर्त के तत्वों में,$[Ne]\, 3s^2\, 3p^3$ में अर्ध-भरा $p$-कक्षक है,जो अतिरिक्त स्थिरता प्रदान करता है,जिससे इसकी आयनन एन्थैल्पी उच्चतम हो जाती है।

(D) $Na$ के एक परमाणु को आयनित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा $E = \frac{IE}{N_A}$ द्वारा दी जाती है।
$E = \frac{495.5 \times 10^3 \ J \ mol^{-1}}{6.022 \times 10^{23} \ mol^{-1}} = 8.228 \times 10^{-19} \ J$.
संबंध $E = h\nu$ का उपयोग करते हुए,आवृत्ति $\nu = \frac{E}{h}$ है।
$\nu = \frac{8.228 \times 10^{-19} \ J}{6.626 \times 10^{-34} \ J \ s} = 1.2417 \times 10^{15} \ s^{-1}$.
अतः,न्यूनतम आवृत्ति लगभग $1.24 \times 10^{15} \ s^{-1}$ है।

(B) द्वितीय आयनन विभव का अर्थ है एकधनात्मक धनायन $(M^+)$ से इलेक्ट्रॉन को हटाना।
धनायनों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार हैं:
$C^+ (Z=6): 1s^2 2s^2 2p^1$
$N^+ (Z=7): 1s^2 2s^2 2p^2$
$O^+ (Z=8): 1s^2 2s^2 2p^3$
$F^+ (Z=9): 1s^2 2s^2 2p^4$
आयनन विभव आवर्त में प्रभावी नाभिकीय आवेश के साथ बढ़ता है।
हालाँकि,$O^+$ में एक स्थिर अर्ध-पूरित $2p^3$ विन्यास होता है,जो इसे $F^+$ की तुलना में इलेक्ट्रॉन निकालना कठिन बनाता है।
अतः,द्वितीय आयनन विभव का सही क्रम $O > F > N > C$ है।

(A) आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर प्रथम आयनन एन्थैल्पी बढ़ती है। हालाँकि,नाइट्रोजन $(N)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास स्थिर अर्ध-पूर्ण $2p^3$ $(1s^2, 2s^2, 2p^3)$ होता है।
इस अतिरिक्त स्थिरता के कारण,कार्बन और ऑक्सीजन जैसे अपने पड़ोसियों की तुलना में नाइट्रोजन से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(D) द्वितीय आयनन एन्थैल्पी का अर्थ है एक यूनिपॉजिटिव आयन से एक इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा $(M^+ \rightarrow M^{2+} + e^-)$.
आयनों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है:
$C^+: 1s^2 2s^2 2p^1$
$N^+: 1s^2 2s^2 2p^2$
$O^+: 1s^2 2s^2 2p^3$
$F^+: 1s^2 2s^2 2p^4$
$O^+$ में अर्ध-पूर्ण $2p$ उपकोश $(2p^3)$ होता है,जो अत्यधिक स्थिर है।
इसलिए,$O^+$ से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा $F^+$ से अधिक होती है।
आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर आयनन एन्थैल्पी बढ़ती है,लेकिन $O^+$ के अर्ध-पूर्ण $p$-ऑर्बिटल की स्थिरता के कारण,सही क्रम $O > F > N > C$ है।

(D) बेरिलियम $(Be)$ का परमाणु क्रमांक $4$ है और बोरोन $(B)$ का $5$ है।
चूंकि $B$ का परमाणु क्रमांक $Be$ से अधिक है,इसलिए इसका परमाणु आवेश अधिक होता है।
$Be$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2$ (पूर्णतः भरी हुई $s$-कक्षक) है,जबकि $B$ का $1s^2 2s^2 2p^1$ है।
$Be$ में स्थिर पूर्णतः भरी हुई $2s$-कक्षक के कारण,$B$ की तुलना में इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$Be$ के पास बोरोन की तुलना में कम परमाणु आवेश और अधिक प्रथम आयनन एन्थैल्पी होती है।

(B) गैसीय परमाणु या आयन से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को आयनन ऊर्जा कहा जाता है।
क्रमिक आयनन ऊर्जा हमेशा बढ़ती है क्योंकि जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन हटाए जाते हैं,प्रभावी परमाणु आवेश बढ़ता जाता है,जिससे अगले इलेक्ट्रॉन को हटाना कठिन हो जाता है।
एल्युमीनियम $(Al)$ के लिए,क्रमिक आयनन ऊर्जा $IE_1 < IE_2 < IE_3$ होती है।
- $IE_1$: $Al_{(g)} \longrightarrow Al^{+}_{(g)} + e^-$
- $IE_2$: $Al^{+}_{(g)} \longrightarrow Al^{2+}_{(g)} + e^-$
- $IE_3$: $Al^{2+}_{(g)} \longrightarrow Al^{3+}_{(g)} + e^-$
चूंकि $IE_3$ में अधिक धनावेशित आयन $(Al^{2+})$ से इलेक्ट्रॉन हटाया जाता है,इसलिए इसमें सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(A) एक प्रक्रिया गैर-स्वतःस्फूर्त होती है यदि ऑक्सीकृत होने वाली प्रजाति की आयनन ऊर्जा,अपचयित होने वाली प्रजाति की इलेक्ट्रॉन बंधुता से अधिक हो।
विकल्प $A$ में,$Cl$ की तुलना में $F$ की आयनन ऊर्जा $(1681 \ kJ/mol)$ बहुत अधिक है,जो $F$ से $Cl^+$ में इलेक्ट्रॉन के स्थानांतरण को प्रतिकूल बनाती है।
फ्लोरीन की विद्युत ऋणात्मकता सबसे अधिक है और इसकी आयनन ऊर्जा भी बहुत उच्च है,इसलिए इसमें इलेक्ट्रॉन दान करके $F^+_{(g)}$ बनाने की स्वाभाविक प्रवृत्ति नहीं होती है।

(B) द्वितीय आयनन ऊर्जा $(IE_{2})$ का अर्थ है एक संयोजी धनायन से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा। $O^{+}$ का विन्यास अर्ध-पूरित $2p^{3}$ होने के कारण यह अधिक स्थिर है,इसलिए इसकी $IE_{2}$,$F^{+}$ से अधिक होती है। सही क्रम $C < N < F < O$ है।

(C) द्वितीय आयनन ऊर्जा $(IE_2)$ वह ऊर्जा है जो गैसीय अवस्था में $1+$ धनायन से एक $e^-$ को हटाने के लिए आवश्यक होती है: $A^{+}_{(g)} \rightarrow A^{2+} + e^-$.
$IE_2$ परमाणु आकार,प्रभावी नाभिकीय आवेश और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास से प्रभावित होता है।
$N, O, F, Ne$ तत्वों के $1+$ आयनों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
$N^{+} (2s^2 2p^2)$,$O^{+} (2s^2 2p^3)$,$F^{+} (2s^2 2p^4)$,$Ne^{+} (2s^2 2p^5)$.
जैसे-जैसे हम $N$ से $Ne$ की ओर बढ़ते हैं,प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ता है और आयन का आकार घटता है,जिससे सामान्यतः $IE_2$ में वृद्धि होती है।
हालाँकि,$O^{+}$ में स्थिर अर्ध-पूर्ण $2p^3$ विन्यास होता है,जिससे $F^{+}$ $(2p^4)$ की तुलना में इलेक्ट्रॉन निकालना अधिक कठिन हो जाता है।
अतः,$IE_2$ का सही क्रम $Ne > O > F > N$ है।

(B) प्रथम आयनन विभव $(IP)$ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और प्रभावी नाभिकीय आवेश पर निर्भर करता है।
$1$. $Mn$ $(3d^5 4s^2)$,$Zn$ $(3d^{10} 4s^2)$ और $Ga$ $(3d^{10} 4s^2 4p^1)$ की तुलना करने पर:
- $Mn$ का $d^5$ विन्यास अर्ध-पूर्ण होने के कारण स्थिर है।
- $Zn$ का $d^{10}$ विन्यास पूर्ण होने के कारण बहुत स्थिर है।
- $Ga$ से $p^1$ इलेक्ट्रॉन को निकालना आसान है।
- अतः,$Mn > Zn > Ga$ सही क्रम है।

(C) प्रत्येक विकल्प का विश्लेषण करते हैं:
$A$: $He$ $(1s^2)$ का $I$ $IP$ $2372 \ kJ/mol$ है। $Li$ $(1s^2 2s^1 \rightarrow 1s^2)$ का $II$ $IP$ $7298 \ kJ/mol$ है। अतः,$Li$ का $II$ $IP > He$ का $I$ $IP$ है। विकल्प $A$ गलत है।
$B$: $Mg$ $([Ne] 3s^2 \rightarrow [Ne] 3s^1)$ के $II$ $IP$ में एक स्थिर $3s^1$ विन्यास से इलेक्ट्रॉन निकालना शामिल है। $Na$ $([Ne] 3s^1 \rightarrow [Ne])$ के $II$ $IP$ में एक स्थिर अक्रिय गैस विन्यास $([Ne])$ से इलेक्ट्रॉन निकालना शामिल है। इसलिए,$Na$ का $II$ $IP > Mg$ का $II$ $IP$ है। विकल्प $B$ गलत है।
$C$: $Al$ $([Ne] 3s^2 3p^1 \rightarrow [Ne] 3s^2)$ के $III$ $IP$ में एक स्थिर $3s^2$ विन्यास से इलेक्ट्रॉन निकालना शामिल है। $Mg$ $([Ne] 3s^2 \rightarrow [Ne] 3s^1)$ के $III$ $IP$ में भी एक स्थिर $3s^2$ विन्यास से इलेक्ट्रॉन निकालना शामिल है,लेकिन $Mg$ का परमाणु क्रमांक $Al$ से कम है। $Al$ का प्रभावी परमाणु आवेश अधिक होने के कारण,$Al$ का $III$ $IP$,$Mg$ के $III$ $IP$ से अधिक होता है। विकल्प $C$ सही है।

(A) विन्यास $Y = [Ne] \, 3s^2 \, 3p^6$ एक स्थिर अक्रिय गैस (आर्गन) विन्यास को दर्शाता है। एक स्थिर विन्यास से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा (आयनन ऊर्जा) की आवश्यकता होती है।
$X = [Ne] \, 3s^2 \, 3p^5$ एक हैलोजन जैसा विन्यास है और $Z = [Ne] \, 3s^2 \, 3p^4$ एक चैल्कोजन जैसा विन्यास है।
$1$. $Y \to X$ रूपांतरण में एक स्थिर अष्टक से इलेक्ट्रॉन को हटाना शामिल है,जो अत्यधिक ऊष्माशोषी है।
$2$. $X \to Z$ रूपांतरण में $Y$ की तुलना में कम स्थिर विन्यास से इलेक्ट्रॉन को हटाना शामिल है,जिसके लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$Y \to X$ के लिए आवश्यक ऊर्जा $X \to Z$ की तुलना में काफी अधिक है।
विकल्प $A$ सही है।

(D) समूह $11$ के तत्वों के लिए प्रथम आयनन ऊर्जा के मान इस प्रकार हैं: $Cu$ $(745 \ kJ \ mol^{-1})$,$Ag$ $(731 \ kJ \ mol^{-1})$,और $Au$ $(890 \ kJ \ mol^{-1})$।
इन मानों की तुलना करने पर:
$1$. $Cu$ से $Ag$ तक,आयनन ऊर्जा घटती है $(745 \rightarrow 731)$।
$2$. $Ag$ से $Au$ तक,$4f$ इलेक्ट्रॉनों के दुर्बल परिरक्षण प्रभाव (लैंथेनॉइड संकुचन) के कारण आयनन ऊर्जा काफी बढ़ जाती है $(731 \rightarrow 890)$।
$3$. $Au$ से $Cu$ तक,आयनन ऊर्जा घटती है $(890 \rightarrow 745)$।
अतः,सही आरेख $Cu$ से $Ag$ में कमी,$Ag$ से $Au$ में वृद्धि और $Au$ से $Cu$ में कमी को दर्शाता है।

(D) किसी तत्व के धात्विक या अधात्विक गुण की भविष्यवाणी उसकी क्रमिक आयनन ऊर्जा के बीच के अंतर से की जा सकती है।
तत्व $A$ के लिए: $IE_2$ और $IE_1$ के बीच का अंतर $2650 - 400 = 2250 \ kJ/mol$ है। यह बड़ा अंतर दर्शाता है कि $A$ एक क्षार धातु (समूह $1$) है।
तत्व $B$ के लिए: $IE_2$ और $IE_1$ के बीच का अंतर $1070 - 550 = 520 \ kJ/mol$ है। यह अपेक्षाकृत छोटा अंतर बताता है कि $B$ एक क्षारीय मृदा धातु (समूह $2$) है।
तत्व $C$ के लिए: $IE_1$ का मान $1150 \ kJ/mol$ है,जो $A$ और $B$ की तुलना में काफी अधिक है। उच्च आयनन ऊर्जा अधातुओं का एक विशिष्ट गुण है।
अतः,तत्व $C$ एक अधातु है।

(B) धात्विक गुण आयनन विभव $(IP)$ के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
कम $IP$ मान वाले तत्व आसानी से इलेक्ट्रॉन खो देते हैं,जिससे उनमें धात्विक गुण अधिक होता है।
दिए गए मानों की तुलना करने पर:
$P = 17 \ eV$
$Q = 2 \ eV$
$R = 10 \ eV$
$S = 13 \ eV$
चूंकि $Q$ का $IP$ मान सबसे कम $(2 \ eV)$ है,इसलिए इसमें सबसे अधिक धात्विक गुण है।

(B) $Na$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[Ne] 3s^1$ है।
एक इलेक्ट्रॉन निकालने के बाद,यह $Ne$ $(1s^2 2s^2 2p^6)$ का स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास प्राप्त कर लेता है।
दूसरा इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है क्योंकि इसमें $Ne$ कोर के स्थिर अष्टक विन्यास को तोड़ना पड़ता है।
इसलिए,$Na$ का द्वितीय आयनन विभव अत्यधिक उच्च होता है,जो $+2$ ऑक्सीकरण अवस्था को ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल बनाता है।
अतः,विकल्प $B$ सही है।

(C) $He^{+}$ और $H$ दोनों हाइड्रोजन-समान प्रजातियां हैं जिनमें केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है।
आयनन विभव $(I.P.)$ हाइड्रोजन-समान प्रजातियों के लिए परमाणु क्रमांक के वर्ग $(Z^2)$ के सीधे आनुपातिक होता है।
$H$ परमाणु के लिए,$Z = 1$ है।
$He^{+}$ आयन के लिए,$Z = 2$ है।
चूंकि $Z_{He^{+}} > Z_{H}$ है,इसलिए $He^{+}$ में इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला प्रभावी नाभिकीय आवेश $H$ की तुलना में अधिक होता है।
अतः,$I.P. (He^{+}) > I.P. (H)$।

(C) दी गई धातुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
$Cr: [Ar] \, 3d^5 \, 4s^1$
$V: [Ar] \, 3d^3 \, 4s^2$
$Mn: [Ar] \, 3d^5 \, 4s^2$
$Fe: [Ar] \, 3d^6 \, 4s^2$
तीसरी आयनन एन्थैल्पी ज्ञात करने के लिए,हम पहले दो इलेक्ट्रॉन निकालते हैं:
$Mn$ के लिए,दो इलेक्ट्रॉन निकालने के बाद $(Mn^{2+})$ का विन्यास $[Ar] \, 3d^5$ होता है। यह एक अर्ध-पूरित स्थिर $d$-कक्षक विन्यास है।
इस स्थिर $3d^5$ विन्यास से तीसरा इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $Mn$ की तीसरी आयनन एन्थैल्पी सबसे अधिक है।

(B) द्वितीय आयनन विभव में संबंधित एक-धनावेशित आयनों: $Li^{+}$,$Be^{+}$,और $B^{+}$ से इलेक्ट्रॉन को हटाना शामिल है।
इनकी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार हैं:
$Li^{+} (Z=3): 1s^{2}$
$Be^{+} (Z=4): 1s^{2} 2s^{1}$
$B^{+} (Z=5): 1s^{2} 2s^{2}$
$Li^{+}$ के लिए,इलेक्ट्रॉन $1s$ कक्षक से हटाया जाता है,जो नाभिक के बहुत करीब और अत्यधिक स्थिर है,इसलिए इसे हटाने के लिए सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
$B^{+}$ के लिए,इलेक्ट्रॉन $2s^{2}$ उपकोष से हटाया जाता है,जो एक पूर्णतः भरा हुआ स्थिर विन्यास है,इसलिए इसे $Be^{+}$ की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
$Be^{+}$ के लिए,इलेक्ट्रॉन $2s^{1}$ कक्षक से हटाया जाता है,जो अपेक्षाकृत आसान है क्योंकि यह $1s^{2} 2s^{0}$ जैसा स्थिर विन्यास प्राप्त करता है।
अतः,द्वितीय आयनन विभव का सही क्रम $Li > B > Be$ है।

(C) $Be$ $(Z=4)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2$ है,जो पूर्णतः भरे हुए $2s$ उपकोष को दर्शाता है,जिससे इसे अतिरिक्त स्थिरता मिलती है।
$B$ $(Z=5)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^1$ है।
$B$ में,सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन $2p$ कक्षक में होता है,जो $2s^2$ इलेक्ट्रॉनों द्वारा परिरक्षित (shielded) होता है और $Be$ के $2s$ इलेक्ट्रॉनों की तुलना में नाभिक से अधिक दूर होता है।
इसलिए,$Be$ के $2s$ इलेक्ट्रॉन की तुलना में $B$ से $2p$ इलेक्ट्रॉन को निकालना आसान है,जिसके परिणामस्वरूप $Be$ की तुलना में $B$ की आयनन ऊर्जा कम होती है।

(C) दिए गए आयनन ऊर्जा $(I.E.)$ मान $I.E._1 = 284 \ kJ \ mol^{-1}$,$I.E._2 = 412 \ kJ \ mol^{-1}$,$I.E._3 = 656 \ kJ \ mol^{-1}$ और $I.E._4 = 3210 \ kJ \ mol^{-1}$ हैं।
क्रमिक अंतर की गणना करने पर:
$I.E._2 - I.E._1 = 412 - 284 = 128 \ kJ \ mol^{-1}$
$I.E._3 - I.E._2 = 656 - 412 = 244 \ kJ \ mol^{-1}$
$I.E._4 - I.E._3 = 3210 - 656 = 2554 \ kJ \ mol^{-1}$
तीसरी और चौथी आयनन ऊर्जा के बीच ऊर्जा में बहुत बड़ा उछाल $(2554 \ kJ \ mol^{-1})$ है,जो यह दर्शाता है कि चौथा इलेक्ट्रॉन एक स्थिर,अक्रिय गैस जैसी कोर संरचना से निकाला जा रहा है।
इसलिए,तत्व में $3$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं।

(B) $Na, Mg, Al$ और $Si$ की प्रथम आयनन ऊर्जा $(I.E.)$ का क्रम $Na < Al < Mg < Si$ है।
सामान्यतः,आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर,प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि के कारण आयनन ऊर्जा बढ़ती है।
हालाँकि,$Mg$ की $I.E.$,$Al$ से अधिक होती है क्योंकि $Mg$ में पूर्णतः भरे हुए $3s^{2}$ संयोजी कोश का विन्यास होता है।
$Al$ का संयोजी कोश विन्यास $3s^{2} 3p^{1}$ है।
$Mg$ के स्थिर $3s^{2}$ उपकोश से इलेक्ट्रॉन निकालने की तुलना में $Al$ के $p$ इलेक्ट्रॉन को निकालना आसान होता है,इसलिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(A) $s-$कक्षक के इलेक्ट्रॉन नाभिक के अधिक निकट होते हैं और $p, d,$ तथा $f$ कक्षकों की तुलना में अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।
पेनेट्रेशन प्रभाव के कारण,$s-$कक्षक नाभिक द्वारा अधिक मजबूती से बंधे होते हैं,जिससे उनसे इलेक्ट्रॉन निकालना कठिन होता है।
इसलिए,$s-$कक्षक के लिए आयनन ऊर्जा सबसे अधिक होती है।

(D) दिए गए सभी आयन ($K^{+}$,$Cl^{-}$,$Ca^{2+}$,$S^{2-}$) $18$ इलेक्ट्रॉनों के साथ आइसोइलेक्ट्रॉनिक हैं।
आयनन ऊर्जा प्रभावी परमाणु आवेश और आयन पर शुद्ध आवेश पर निर्भर करती है।
ऋणात्मक रूप से आवेशित प्रजातियों से इलेक्ट्रॉन निकालना उदासीन या धनात्मक रूप से आवेशित प्रजातियों की तुलना में आसान होता है,क्योंकि इसमें इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण अधिक होता है और प्रभावी परमाणु आकर्षण कम होता है।
दिए गए विकल्पों में,$S^{2-}$ पर सबसे अधिक ऋणात्मक आवेश है,जो इसे इलेक्ट्रॉन खोने के लिए सबसे आसान बनाता है।
इसलिए,$S^{2-}$ की आयनन ऊर्जा सबसे कम है।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(B) आयनन ऊर्जा $(IE)$ सामान्यतः आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर बढ़ती है।
अर्ध-भरे या पूर्ण-भरे उपकोश वाले तत्वों में अतिरिक्त स्थिरता होती है,जिसके परिणामस्वरूप उच्च $IE$ मान प्राप्त होते हैं।
दिए गए विन्यासों की तुलना करने पर:
विकल्प $B$ $([Ne] \, 3s^{2} \, 3p^{3})$ $P$ (समूह $15$,अर्ध-भरा $p$-उपकोश) है।
समूह में नीचे जाने पर $IE$ घटती है,इसलिए $P$ ($3^{rd}$ आवर्त) की $IE$,$As$ ($4^{th}$ आवर्त) से अधिक है।
अतः,उच्चतम $IE$ वाला तत्व $[Ne] \, 3s^{2} \, 3p^{3}$ है।

(C) $Li$,$Na$,और $K$ एक ही समूह के तत्व हैं,अर्थात समूह-$1$ (क्षार धातुएं)।
एक समूह में ऊपर से नीचे जाने पर आयनन विभव $(I.P.)$ का मान घटता है।
इसलिए,$Na$ का $I.P.$ मान $Li$ $(5.4 \ eV)$ से कम और $K$ $(4.3 \ eV)$ से अधिक होगा।
$I.P.$ का क्रम: $Li > Na > K$ है।
अतः,$Na$ के लिए मान $5.4 \ eV$ और $4.3 \ eV$ के बीच होगा,जो लगभग $4.9 \ eV$ है।

(C) दूसरी और तीसरी आयनन ऊर्जा के बीच का अंतर तब सबसे अधिक होता है जब तीसरा इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए एक स्थिर,पूर्णतः भरी हुई कोश या उपकोश विन्यास को तोड़ना पड़ता है।
$2$ इलेक्ट्रॉन निकालने के बाद इलेक्ट्रॉनिक विन्यास का विश्लेषण करने पर:
विकल्प $C$ में,तत्व $Mg$ ($12$ इलेक्ट्रॉन) है। $2$ इलेक्ट्रॉन निकालने के बाद यह उत्कृष्ट गैस जैसा स्थिर विन्यास $(1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6)$ प्राप्त कर लेता है। इस स्थिर अष्टक से $3^{rd}$ इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(A) उन परमाणुओं या आयनों के लिए आयनन ऊर्जा बढ़ जाती है जिनकी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास स्थिर होती है।
यूनिपॉजिटिव आयनों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
$B^{+} \rightarrow 1s^2 2s^2$
$Be^{+} \rightarrow 1s^2 2s^1$
$Mg^{+} \rightarrow [Ne] 3s^1$
$Al^{+} \rightarrow [Ne] 3s^2$
$B^{+}$ में,इलेक्ट्रॉन को पूरी तरह से भरी हुई $2s$-उपकोश से निकाला जाना है,जो अत्यधिक स्थिर है और इसके लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
अतः,बोरोन की द्वितीय आयनन ऊर्जा अधिकतम है।

(C) आयनन ऊर्जा वह ऊर्जा है जो गैसीय परमाणु या आयन से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक होती है।
जब चौथा इलेक्ट्रॉन निकाला जाता है,तो परमाणु एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (जैसे उत्कृष्ट गैस विन्यास) प्राप्त कर लेता है।
पांचवें इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए इस स्थिर विन्यास को तोड़ना पड़ता है,जिसके लिए काफी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$4^{th}$ और $5^{th}$ आयनन ऊर्जा के बीच बड़ा अंतर यह दर्शाता है कि परमाणु में $4$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं।

(B) प्रथम आयनन ऊर्जा को उस ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है जो अपनी मूल अवस्था में एक पृथक गैसीय परमाणु से सबसे शिथिल रूप से बंधे इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक होती है।
कैल्शियम $(Ca)$ के लिए,प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया गया है:
$Ca_{(g)} \to Ca^{+}_{(g)} + e^-$
अतः,इस अभिक्रिया के लिए $\Delta H^o$ का मान $Ca$ की प्रथम आयनन ऊर्जा के अनुरूप है।

(A) एक परमाणु $(M)$ की आयनन एन्थैल्पी वह ऊर्जा है जो उसकी गैसीय अवस्था से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक होती है: $M(g) \rightarrow M^+(g) + e^-$.
इसके विपरीत,संबंधित धनायन $(M^+)$ की इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी वह ऊर्जा परिवर्तन है जब धनायन में एक इलेक्ट्रॉन जोड़ा जाता है: $M^+(g) + e^- \rightarrow M(g)$.
ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार,एक उदासीन परमाणु से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा,परिणामी धनायन में इलेक्ट्रॉन जोड़ने पर मुक्त होने वाली ऊर्जा के परिमाण के बराबर होती है।
इसलिए,एक परमाणु की आयनन एन्थैल्पी उसके धनायन की इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी (परिमाण के संदर्भ में) के बराबर होती है।

(B) द्वितीय आयनन ऊर्जा वह ऊर्जा है जो एक एक-धनावेशित आयन $(M^+)$ से एक इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक होती है।
$1$. विकल्प $A$ $(Mg)$ के लिए: $Mg^+ (1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^1) \rightarrow Mg^{2+} + e^-$. इलेक्ट्रॉन $3s$ कक्षक से निकाला जाता है।
$2$. विकल्प $B$ $(Na)$ के लिए: $Na^+ (1s^2, 2s^2, 2p^6) \rightarrow Na^{2+} + e^-$. इलेक्ट्रॉन स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास $(2p^6)$ से निकाला जाता है,जिसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
$3$. विकल्प $C$ $(Ne)$ के लिए: $Ne^+ (1s^2, 2s^2, 2p^5) \rightarrow Ne^{2+} + e^-$. इलेक्ट्रॉन $2p$ कक्षक से निकाला जाता है।
$4$. विकल्प $D$ $(F)$ के लिए: $F^+ (1s^2, 2s^2, 2p^4) \rightarrow F^{2+} + e^-$. इलेक्ट्रॉन $2p$ कक्षक से निकाला जाता है।
इस प्रकार,$Na^+$ के स्थिर अष्टक विन्यास से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(C) क्रमिक आयनन एन्थैल्पी इस प्रकार हैं: $IE_1 = 940$,$IE_2 = 2080$,$IE_3 = 3090$,$IE_4 = 4140$,$IE_5 = 7030$,$IE_6 = 7870$,$IE_7 = 16000$,$IE_8 = 19500 \, kJ \, mol^{-1}$.
आयनन ऊर्जा में अंतर की गणना करने पर:
$IE_7 - IE_6 = 8130 \, kJ \, mol^{-1}$ का बड़ा उछाल देखा जाता है।
यह इंगित करता है कि $6^{th}$ और $7^{th}$ आयनन एन्थैल्पी के बीच बड़ा अंतर है,जिसका अर्थ है कि बाह्यतम कोश में $6$ इलेक्ट्रॉन हैं।
अतः,यह तत्व आवर्त सारणी के समूह $16$ से संबंधित है।

(A) दूसरी आयनन विभव $(IE_2)$ वह ऊर्जा है जो एक यूनीपॉजिटिव आयन $(M^+)$ से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक होती है।
चूंकि धनायन $(M^+)$ में उदासीन परमाणु $(M)$ की तुलना में कम इलेक्ट्रॉन होते हैं लेकिन नाभिकीय आवेश समान होता है,इसलिए शेष इलेक्ट्रॉन नाभिक द्वारा अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं।
इसके अतिरिक्त,धनायन का आकार उसके संबंधित उदासीन परमाणु से छोटा होता है।
इसलिए,पहले इलेक्ट्रॉन की तुलना में दूसरे इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

(D) ऑक्सीकरण अवस्था की स्थिरता आयनन ऊर्जा में होने वाले उछाल (jump) से निर्धारित होती है।
दिया गया है: $E_1 = 7 \ eV$,$E_2 = 12.5 \ eV$,और $E_3 = 42.5 \ eV$।
$E_2$ से $E_3$ के बीच का अंतर $42.5 - 12.5 = 30 \ eV$ है,जो $E_1$ से $E_2$ के अंतर $(5.5 \ eV)$ की तुलना में काफी अधिक है।
आयनन ऊर्जा में बड़ा उछाल यह दर्शाता है कि दो इलेक्ट्रॉन निकालने के बाद तत्व एक स्थिर,उत्कृष्ट गैस जैसी इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त कर लेता है।
इसलिए,तत्व दो इलेक्ट्रॉन आसानी से खोकर स्थिर विन्यास प्राप्त करता है,जिससे $+2$ ऑक्सीकरण अवस्था सबसे अधिक स्थिर हो जाती है।
अतः,$D$ सही उत्तर है।

(D) किसी तत्व की दूसरी और तीसरी आयनन ऊर्जा के मानों के बीच अचानक बड़ा उछाल यह दर्शाता है कि तत्व के सबसे बाहरी कोश में $2$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं।
$1s^2, 2s^2 2p^6, 3s^2$ विन्यास के लिए,तत्व के $3s$ कक्षक में $2$ इलेक्ट्रॉन हैं।
पहले दो इलेक्ट्रॉनों को हटाने के बाद,विन्यास $1s^2, 2s^2 2p^6$ हो जाता है,जो $Ne$ (नियोन) का स्थिर अक्रिय गैस विन्यास है।
चूंकि यह विन्यास अत्यधिक स्थिर है,इसलिए तीसरे इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है,जिसके परिणामस्वरूप दूसरी और तीसरी आयनन ऊर्जा के बीच एक बड़ा अंतर होता है।

(B) दिए गए तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
$Ne: [He] 2s^2 2p^6$
$He: 1s^2$
$Be: 1s^2 2s^2$
$N: [He] 2s^2 2p^3$
आयनन विभव $(I.P.)$ एक आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर बढ़ता है और समूह में ऊपर से नीचे जाने पर घटता है।
दिए गए तत्वों में,$He$ सबसे छोटा परमाणु है और इसका इलेक्ट्रॉन $1s$ कक्षक से निकाला जाता है,जो नाभिक के सबसे करीब होता है।
उच्च प्रभावी नाभिकीय आवेश और $1s$ इलेक्ट्रॉनों की नाभिक से निकटता के कारण,$He$ का $I.P.$ मान आवर्त सारणी के सभी तत्वों में सबसे अधिक होता है।

(B) ऋणायन की आयनन ऊर्जा प्रभावी नाभिकीय आवेश और अंतर-इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षण पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे हम समूह में $O^{-}$ से $Te^{-}$ की ओर नीचे जाते हैं,परमाणु का आकार बढ़ता है,जिससे आयनन ऊर्जा कम हो जाती है।
हालाँकि,$O^{-}$ के लिए,इलेक्ट्रॉन घनत्व एक छोटे $2p$ कक्षक में केंद्रित होता है,जिससे महत्वपूर्ण अंतर-इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षण होता है।
यह $S^{-}$ की तुलना में $O^{-}$ से इलेक्ट्रॉन निकालना आसान बनाता है।
इस प्रकार,$S^{-}$ की आयनन ऊर्जा $O^{-}$ से अधिक होती है।
इसलिए,इन प्रजातियों के बीच आयनन ऊर्जा का क्रम $S^{-} > Se^{-} > Te^{-} > O^{-}$ है।

(C) द्वितीय आयनन एन्थैल्पी $(IE_2)$ उस ऊर्जा को दर्शाती है जो एक यूनिपॉजिटिव आयन से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक होती है $(M^+ \rightarrow M^{2+} + e^-)$.
संबंधित यूनिपॉजिटिव आयनों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार हैं:
$N^+: 1s^2 2s^2 2p^2$
$O^+: 1s^2 2s^2 2p^3$
$F^+: 1s^2 2s^2 2p^4$
$Ne^+: 1s^2 2s^2 2p^5$
जैसे-जैसे हम $N^+$ से $Ne^+$ की ओर बढ़ते हैं,प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ता है,जिससे सामान्यतः $IE_2$ में वृद्धि होती है.
अतः,सही क्रम $Ne > O > F > N$ है.

(C) बहुत उच्च आयनन एन्थैल्पी और शून्य इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी वाला तत्व एक उत्कृष्ट गैस है।
उत्कृष्ट गैसों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास स्थिर ($ns^2 np^6$,$He$ को छोड़कर जो $1s^2$ है) होता है,जिससे इलेक्ट्रॉन निकालना अत्यंत कठिन होता है (उच्च आयनन एन्थैल्पी)।
इसके अतिरिक्त,क्योंकि उनकी संयोजकता कोश पूरी तरह से भरी होती है,उनमें अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने की कोई प्रवृत्ति नहीं होती है,जिसके परिणामस्वरूप उनकी इलेक्ट्रॉन लब्धि एन्थैल्पी शून्य होती है।
दिए गए विकल्पों में से,$He$ एक उत्कृष्ट गैस है।

(C) $X$ के $1 \ mol$ के लिए आयनन ऊर्जा $720 \ kJ \ mol^{-1}$ है।
$X$ का दिया गया द्रव्यमान = $110 \ mg = 0.110 \ g$.
$X$ का परमाणु भार = $7 \ g \ mol^{-1}$.
$X$ के मोल = $\frac{\text{द्रव्यमान}}{\text{परमाणु भार}} = \frac{0.110 \ g}{7 \ g \ mol^{-1}} \approx 0.01571 \ mol$.
आवश्यक ऊर्जा = $\text{मोल} \times \Delta H = 0.01571 \ mol \times 720 \ kJ \ mol^{-1} \approx 11.31 \ kJ$.

(D) द्वितीय आयनन ऊर्जा $(IE_2)$ वह ऊर्जा है जो गैसीय एक-धनावेशित आयन से एक इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक होती है ताकि गैसीय द्वि-धनावेशित आयन बन सके।
यह प्रक्रिया समीकरण $(4)$ द्वारा दर्शाई गई है: $M^{+}_{(g)} \to M^{2+}_{(g)} + e^-$.
दिए गए समीकरणों से,हम समीकरण $(4)$ को इस प्रकार लिख सकते हैं:
$(4) = (5) - (3)$
जहाँ $(5)$ है $M_{(g)} \to M^{2+}_{(g)} + 2e^-$ और $(3)$ है $M_{(g)} \to M^{+}_{(g)} + e^-$.
अतः,द्वितीय आयनन ऊर्जा की गणना $(5) - (3)$ द्वारा की जा सकती है।

(D) तटस्थ परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास इस प्रकार है:
${}_{6}C: 1s^2 2s^2 2p^2$
${}_{7}N: 1s^2 2s^2 2p^3$
${}_{8}O: 1s^2 2s^2 2p^4$
${}_{9}F: 1s^2 2s^2 2p^5$
द्वितीय आयनन ऊर्जा $(IE_2)$ ज्ञात करने के लिए,हम एकधनात्मक आयनों $(M^+)$ के विन्यास को देखते हैं:
$C^+: 1s^2 2s^2 2p^1$
$N^+: 1s^2 2s^2 2p^2$
$O^+: 1s^2 2s^2 2p^3$
$F^+: 1s^2 2s^2 2p^4$
$O^+$ में अर्ध-पूर्ण $2p$ उपकोश $(2p^3)$ होता है,जो अतिरिक्त स्थिरता प्रदान करता है,जिससे इसकी $IE_2$ सबसे अधिक हो जाती है।
शेष आयनों की तुलना करने पर,$F^+$ का प्रभावी नाभिकीय आवेश $N^+$ से अधिक है,और $N^+$ का $C^+$ से अधिक है।
अतः,द्वितीय आयनन एन्थैल्पी का सही क्रम $O > F > N > C$ है।

(B) आयनन ऊर्जा वह ऊर्जा है जो एक उदासीन परमाणु या आयन से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक होती है।
$1$. उदासीन परमाणुओं की आयनन ऊर्जा उनके संबंधित ऋणायनों (anions) से अधिक होती है क्योंकि ऋणात्मक रूप से आवेशित प्रजातियों से इलेक्ट्रॉन निकालना आसान होता है। अतः,$F > F^{-}$ और $Cl > Cl^{-}$।
$2$. उदासीन परमाणुओं की तुलना करने पर,$F$ का आकार $Cl$ से छोटा होता है,इसलिए $F$ में संयोजी इलेक्ट्रॉन नाभिक से अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं,जिससे $F > Cl$ होता है।
$3$. ऋणायनों की तुलना करने पर,$F^{-}$ का आकार $Cl^{-}$ से छोटा होता है,इसलिए $F^{-} > Cl^{-}$।
अतः,आयनन ऊर्जा का सही क्रम $F > Cl > Cl^{-} > F^{-}$ है।

(B) आइए कथनों का विश्लेषण करें:
$A$. $S$ $(3s^2 3p^4)$ की दूसरी आयनन ऊर्जा $Cl$ $(3s^2 3p^5)$ से अधिक है क्योंकि एक इलेक्ट्रॉन हटाने के बाद,$S^+$ एक स्थिर अर्ध-पूर्ण $p^3$ विन्यास प्राप्त करता है।
$B$. $P$ $(3s^2 3p^3)$ की तीसरी आयनन ऊर्जा वास्तव में $Al$ $(3s^2 3p^1)$ से कम है क्योंकि $Al^{2+}$ में एक स्थिर अक्रिय गैस जैसा विन्यास $([Ne] 3s^1)$ होता है,जिससे तीसरा इलेक्ट्रॉन निकालना बहुत कठिन हो जाता है। अतः,यह कथन गलत है।
$C$. $Al$ और $Ga$ की प्रथम आयनन ऊर्जा समान है क्योंकि $Ga$ में $d$-इलेक्ट्रॉनों के खराब परिरक्षण प्रभाव (लैंथेनाइड संकुचन प्रभाव) के कारण ऐसा होता है।
$D$. $B$ $(2s^2 2p^1)$ की दूसरी आयनन ऊर्जा $C$ $(2s^2 2p^2)$ से अधिक है क्योंकि $B$ में दूसरा इलेक्ट्रॉन स्थिर $2s^2$ कक्षक से निकाला जाता है।

(D) आवर्त सारणी में समूह में ऊपर से नीचे जाने पर परमाणु आकार में वृद्धि और परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) के कारण प्रथम आयनन ऊर्जा घटती है।
कार्बन $(C)$,सिलिकॉन $(Si)$,टिन $(Sn)$ और लेड $(Pb)$ समूह $14$ के तत्व हैं।
इनमें,$Sn$ और $Pb$,$C$ और $Si$ की तुलना में समूह में नीचे स्थित हैं।
हालाँकि,$Pb$ में $d$ और $f$ कक्षकों के खराब परिरक्षण प्रभाव के कारण,प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ जाता है,जिससे $Pb$ की आयनन ऊर्जा $Sn$ से अधिक हो जाती है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में $Sn$ $(Tin)$ की प्रथम आयनन ऊर्जा सबसे कम है।