Screening effect and effective nuclear charge Questions in Hindi

(C) स्क्रीनिंग प्रभाव (जिसे परिरक्षण प्रभाव भी कहा जाता है) कक्षकों के आकार पर निर्भर करता है। स्क्रीनिंग शक्ति का क्रम $s > p > d > f$ होता है।
चूंकि $p$-कक्षकों की तुलना में $d$-कक्षकों का आकार अधिक फैला हुआ होता है,इसलिए वे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को नाभिकीय आवेश से बचाने में कम प्रभावी होते हैं।
अतः,$d$-इलेक्ट्रॉनों का स्क्रीनिंग प्रभाव $p$-इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम होता है।

(A) आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का स्क्रीनिंग प्रभाव (या परिरक्षण प्रभाव) संयोजी इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किए जाने वाले प्रभावी नाभिकीय आवेश को कम कर देता है।
प्रभावी नाभिकीय आवेश में यह कमी नाभिक और सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षण को कम करती है।
परिणामस्वरूप,सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा,जिसे आयनन विभव कहा जाता है,कम हो जाती है।

(A) स्क्रीनिंग प्रभाव (या परिरक्षण प्रभाव) कक्षकों की भेदन क्षमता (penetration power) पर निर्भर करता है।
$s$-कक्षकों के इलेक्ट्रॉन नाभिक के सबसे निकट होते हैं और उनकी भेदन क्षमता सबसे अधिक होती है,उसके बाद $p$,$d$,और $f$ कक्षक आते हैं।
इसलिए,इन कक्षकों की बाहरी इलेक्ट्रॉनों को नाभिकीय आवेश से बचाने की क्षमता का क्रम $s > p > d > f$ होता है।

(D) प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ को बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए जाने वाले शुद्ध धनात्मक आवेश के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसकी गणना $Z_{eff} = Z - \sigma$ सूत्र का उपयोग करके की जाती है,जहाँ $Z$ नाभिकीय आवेश (परमाणु क्रमांक) है और $\sigma$ परिरक्षण स्थिरांक है। इसलिए,यह नाभिकीय आवेश और परिरक्षण स्थिरांक दोनों पर निर्भर करता है।

(D) जैसे-जैसे नाभिकीय आवेश बढ़ता है,इलेक्ट्रॉन पर आकर्षण बल बढ़ता है,जिसके परिणामस्वरूप कक्षीय ऊर्जा में कमी आती है। $Ne$ से $Ca$ की ओर जाने पर,प्रभावी नाभिकीय आवेश में वृद्धि के कारण कक्षकों की ऊर्जा घटती है।

(A) $Sc$ $(Z=21)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[Ar] 3d^1 4s^2$ है। प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ की गणना $Z - \sigma$ के रूप में की जाती है। $3d$ और $4s$ इलेक्ट्रॉनों के अलग-अलग परिरक्षण प्रभाव के कारण,उनके $Z_{eff}$ मान समान नहीं होते हैं। अतः,कथन $A$ गलत है।

(D) कोर चार्ज को परमाणु क्रमांक (नाभिकीय आवेश) में से आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉनों (कोर इलेक्ट्रॉनों) की संख्या को घटाकर परिभाषित किया जाता है।
ऑक्सीजन $(Z = 8)$ के लिए,इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^4$ है।
कोर इलेक्ट्रॉनों की संख्या ($1s$ कक्षक में मौजूद इलेक्ट्रॉन) $2$ है।
नाभिकीय आवेश $+8$ है।
अतः,कोर चार्ज $= +8 - 2 = +6$।

(B) प्रभावी नाभिकीय आवेश का सूत्र $Z_{eff} = Z - \sigma$ है,जहाँ $Z$ परमाणु क्रमांक है और $\sigma$ स्क्रीनिंग स्थिरांक है।
हाइड्रोजन परमाणु $(H)$ के लिए,केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है,इसलिए अन्य कोई इलेक्ट्रॉन परिरक्षण (shielding) प्रदान नहीं करते हैं।
अतः,स्क्रीनिंग स्थिरांक $\sigma = 0$ होता है।
इस प्रकार,$Z_{eff} = Z - 0 = Z$।

(D) प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ सामान्यतः आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर बढ़ता है।
विकल्प $A$ के लिए: $Be$ $(1.95)$ < $B$ $(2.60)$।
विकल्प $B$ के लिए: $C$ $(3.25)$ < $N$ $(3.90)$।
विकल्प $C$ के लिए: समूह में ऊपर से नीचे जाने पर $Z_{eff}$ घटता है।
विकल्प $D$ के लिए: $F$ $(5.20)$ > $O$ $(4.55)$।
अतः,$(F, O)$ युग्म में पहले तत्व $(F)$ का $Z_{eff}$ दूसरे तत्व $(O)$ से अधिक है।

(C) प्रभावी नाभिकीय आवेश $Z_{eff}$ की गणना स्लेटर के नियमों का उपयोग करके की जाती है: $Z_{eff} = Z - S$,जहाँ $Z$ परमाणु क्रमांक है और $S$ परिरक्षण स्थिरांक है।
ऑक्सीजन $(Z=8)$ के लिए: इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^4$ है। परिरक्षण स्थिरांक $S = (2 \times 0.85) + (5 \times 0.35) = 1.7 + 1.75 = 3.45$ है।
अतः,$Z_{eff} = 8 - 3.45 = 4.55$ है।
फ्लोरीन $(Z=9)$ के लिए: इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^5$ है। परिरक्षण स्थिरांक $S = (2 \times 0.85) + (6 \times 0.35) = 1.7 + 2.1 = 3.80$ है।
अतः,$Z_{eff} = 9 - 3.80 = 5.20$ है।

(A) बहु-इलेक्ट्रॉन प्रणाली में कक्षक की ऊर्जा प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे नाभिकीय आवेश $(Z)$ बढ़ता है,नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच आकर्षण बढ़ता है,जो कक्षक को स्थिर करता है और उसकी ऊर्जा को कम करता है।
दिए गए तत्वों के परमाणु क्रमांक इस प्रकार हैं: $H$ $(Z=1)$,$Li$ $(Z=3)$,$Na$ $(Z=11)$,और $K$ $(Z=19)$।
चूंकि $K$ का नाभिकीय आवेश सबसे अधिक $(Z=19)$ है,इसलिए $K$ में $2s$ कक्षक सबसे अधिक आकर्षण का अनुभव करता है,जिसके परिणामस्वरूप इसकी ऊर्जा सबसे कम होती है।

(C) $Lithium$ $(Z=3)$ में,$1s^2$ इलेक्ट्रॉन $2s$ इलेक्ट्रॉन को नाभिक के पूर्ण आवेश से परिरक्षित (shield) करते हैं।
इस परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) के कारण,$2s$ इलेक्ट्रॉन एक प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ का अनुभव करता है जो $+3$ के वास्तविक नाभिकीय आवेश से कम होता है।
सूत्र $Z_{eff} = Z - \sigma$ है,जहाँ $\sigma$ परिरक्षण स्थिरांक है।

(D) बोरॉन का परमाणु क्रमांक $5$ है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^1$ है।
स्लेटर के नियमों का उपयोग करते हुए,$2p$ इलेक्ट्रॉन के लिए परिरक्षण स्थिरांक $\sigma = (2 \times 0.85) + (2 \times 0.35) = 2.4$ है।
अतः,$Z_{eff} = 5 - 2.4 = 2.6$। मान लीजिए यह $x$ है।
ऑक्सीजन का परमाणु क्रमांक $8$ है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^4$ है।
स्लेटर के नियमों का उपयोग करते हुए,$2p$ इलेक्ट्रॉन के लिए परिरक्षण स्थिरांक $\sigma = (2 \times 0.85) + (5 \times 0.35) = 3.45$ है।
अतः,$Z_{eff} = 8 - 3.45 = 4.55$ है।
दोनों मानों की तुलना करने पर: $4.55 - 2.6 = 1.95$।
इसलिए,ऑक्सीजन का $Z_{eff} = x + 1.95$ होगा।

(C) स्लेटर के नियमों के अनुसार,$ns$ या $np$ कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन के लिए स्क्रीनिंग स्थिरांक $(\sigma)$ की गणना उसी कोश और आंतरिक कोशों में उपस्थित इलेक्ट्रॉनों के आधार पर की जाती है।
$3s$ कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन के लिए,उसी $n=3$ कोश में अन्य इलेक्ट्रॉनों से स्क्रीनिंग योगदान $0.35$ प्रति इलेक्ट्रॉन होता है।
इसी प्रकार,$3p$ कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन के लिए,उसी $n=3$ कोश में अन्य इलेक्ट्रॉनों से स्क्रीनिंग योगदान भी $0.35$ प्रति इलेक्ट्रॉन होता है।
चूंकि $3s$ और $3p$ दोनों कक्षक समान मुख्य क्वांटम संख्या $(n=3)$ के अंतर्गत आते हैं और एक ही कोश में इलेक्ट्रॉनों के लिए स्क्रीनिंग स्थिरांक की गणना के समान नियमों का पालन करते हैं,इसलिए उनके स्क्रीनिंग स्थिरांक के मान समान होते हैं।

(D) $Na$ $(Z=11)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ है।
इस परमाणु में,संयोजी कोश $n=3$ है।
स्क्रीनिंग प्रभाव (या परिरक्षण प्रभाव) $n=1$ और $n=2$ कोशों में मौजूद सभी आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है।
इसलिए,$1s$,$2s$ और $2p$ कक्षकों में मौजूद सभी इलेक्ट्रॉन संयोजी इलेक्ट्रॉन की स्क्रीनिंग में योगदान करते हैं।

(N/A) प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला शुद्ध धनात्मक आवेश है। कक्षक नाभिक के जितना करीब होता है,उसमें मौजूद इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला $Z_{eff}$ उतना ही अधिक होता है।
$(i)$ $2s$ कक्षक $3s$ कक्षक की तुलना में नाभिक के अधिक करीब है,इसलिए $2s$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।
$(ii)$ $4d$ कक्षक $4f$ कक्षक की तुलना में नाभिक के अधिक करीब है,इसलिए $4d$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।
$(iii)$ $3p$ कक्षक $3d$ कक्षक की तुलना में नाभिक के अधिक करीब है,इसलिए $3p$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।

(B) नाभिकीय आवेश को बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए जाने वाले शुद्ध धनात्मक आवेश के रूप में परिभाषित किया जाता है।
परमाणु क्रमांक जितना अधिक होगा,नाभिकीय आवेश उतना ही अधिक होगा। सिलिकॉन $(Si)$ में $14$ प्रोटॉन होते हैं जबकि एल्युमिनियम $(Al)$ में $13$ प्रोटॉन होते हैं।
चूंकि $Si$ का परमाणु क्रमांक $(Z=14)$ $Al$ $(Z=13)$ से अधिक है,इसलिए $Si$ के संयोजी इलेक्ट्रॉन $Al$ की तुलना में नाभिक से अधिक आकर्षण का अनुभव करते हैं।
अतः,$Si$ के $3p$ कक्षक के इलेक्ट्रॉन $Al$ की तुलना में अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।

(N/A) बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं में,सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा नाभिक से सुरक्षित या स्क्रीन किए जाते हैं। इसे शील्डिंग या स्क्रीनिंग प्रभाव के रूप में जाना जाता है।
शील्डिंग प्रभाव के कारण,संयोजी इलेक्ट्रॉन आंतरिक कोर इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण नाभिक द्वारा कम मजबूती से बंधे होते हैं।
उदाहरण के लिए: लिथियम $(Li)$ में $2s$ इलेक्ट्रॉन $1s$ इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक कोर द्वारा नाभिक से सुरक्षित होता है। परिणामस्वरूप,संयोजी इलेक्ट्रॉन एक शुद्ध धनात्मक आवेश (प्रभावी नाभिकीय आवेश) का अनुभव करता है जो $+3$ के वास्तविक नाभिकीय आवेश से कम होता है।
समूह: समूह में नीचे जाने पर शील्डिंग प्रभाव बढ़ता है क्योंकि आंतरिक कोशों की संख्या बढ़ती है।
आवर्त: एक आवर्त में,आंतरिक कोशों की संख्या नहीं बढ़ती है,इसलिए नाभिकीय आवेश की तुलना में शील्डिंग प्रभाव कम प्रभावी होता है। $2s$ इलेक्ट्रॉन $2p$ इलेक्ट्रॉनों की तुलना में नाभिक के अधिक करीब होते हैं,जिसका अर्थ है कि $2p$ इलेक्ट्रॉन $2s$ इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक शील्डिंग प्रभाव का अनुभव करते हैं।

(C) एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ नाभिक से उसकी दूरी और आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) पर निर्भर करता है।
$2p$ $(n=2)$ और $3p$ $(n=3)$ की तुलना में $4p$ कक्षक का मुख्य क्वांटम संख्या $(n=4)$ सबसे अधिक है।
$4p$ कक्षक के इलेक्ट्रॉन नाभिक से सबसे दूर होते हैं और सभी आंतरिक इलेक्ट्रॉनों $(1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s)$ द्वारा परिरक्षित होते हैं।
अधिक दूरी और बढ़े हुए परिरक्षण प्रभाव के कारण,$4p$ इलेक्ट्रॉन दिए गए विकल्पों में सबसे कम प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।

(A) एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ नाभिक से उसकी दूरी और परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) पर निर्भर करता है। नाभिक के करीब के कक्षक अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।
$(i)$ $2s$ और $3s$ के लिए,$2s$,$3s$ की तुलना में नाभिक के अधिक निकट है,इसलिए $2s$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।
$(ii)$ $4d$ और $4f$ के लिए,$f$-कक्षकों के कमजोर परिरक्षण प्रभाव के कारण $4d$,$4f$ की तुलना में नाभिक के अधिक निकट है,इसलिए $4d$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।
$(iii)$ $3d$ और $3p$ के लिए,$3p$,$3d$ की तुलना में नाभिक के अधिक निकट है,इसलिए $3p$ अधिक $Z_{eff}$ का अनुभव करता है।
अतः,अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करने वाले कक्षक $2s$,$4d$,और $3p$ हैं।

(B) $Si$ के इलेक्ट्रॉन अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।
$Al$ $(Z=13)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: $[Ne] 3s^{2} 3p^{1}$
$Si$ $(Z=14)$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: $[Ne] 3s^{2} 3p^{2}$
दोनों तत्वों के संयोजी इलेक्ट्रॉन समान कोश $(n=3)$ और समान उपकोश $(3p)$ में हैं।
हालाँकि,$Si$ $(14)$ की परमाणु संख्या $Al$ $(13)$ से अधिक है।
जैसे-जैसे प्रोटॉन की संख्या बढ़ती है,नाभिकीय आवेश बढ़ता है,जिसके परिणामस्वरूप $Al$ की तुलना में $Si$ के संयोजी इलेक्ट्रॉन अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ का अनुभव करते हैं।

(A) कक्षकों का परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) इस क्रम में होता है: $s > p > d > f$।
चूंकि प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ परिरक्षण प्रभाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है,इसलिए जिन कक्षकों का परिरक्षण प्रभाव कम होता है,उनमें उपस्थित इलेक्ट्रॉन अधिक प्रभावी नाभिकीय आवेश का अनुभव करते हैं।
अतः,इन उपकोशों में इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किए गए $Z_{eff}$ का बढ़ता क्रम $f < d < p < s$ है।

(N/A) किसी भी दिए गए उपकोश में,प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{\text{eff}})$ बढ़ने के साथ कक्षकों की ऊर्जा घटती है।
उदाहरण के लिए,$He$,$Be$ और $Mg$ के $2s$ कक्षकों की ऊर्जा का क्रम इस प्रकार है: $E_{2s}(He) > E_{2s}(Be) > E_{2s}(Mg)$।

(B) परिरक्षण प्रभाव कक्षकों की भेदन क्षमता (penetration power) पर निर्भर करता है। भेदन क्षमता का क्रम $s > p > d > f$ है।
चूंकि $2s$ कक्षक $2p$ कक्षक की तुलना में अधिक भेदन क्षमता वाला होता है,इसलिए $2s$ इलेक्ट्रॉन नाभिक के करीब होते हैं और आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा कम परिरक्षण प्रभाव अनुभव करते हैं।
इसके विपरीत,$2p$ इलेक्ट्रॉन कम भेदन क्षमता वाले होते हैं,नाभिक से दूर होते हैं और आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉनों से अधिक परिरक्षण प्रभाव अनुभव करते हैं।

(D) प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ एक आवर्त में बाएं से दाएं जाने पर बढ़ता है क्योंकि परमाणु क्रमांक बढ़ता है जबकि परिरक्षण प्रभाव अपेक्षाकृत स्थिर रहता है।
दिए गए तत्वों ($Li$,$Be$,$O$,$F$) में से,सभी दूसरे आवर्त के हैं।
फ्लोरीन $(F)$ का परमाणु क्रमांक $(Z = 9)$ सबसे अधिक है,जिसके परिणामस्वरूप नाभिक और संयोजी इलेक्ट्रॉनों के बीच सबसे मजबूत आकर्षण होता है,जिससे इसका प्रभावी नाभिकीय आवेश अधिकतम हो जाता है।

(A) $1$. शील्डिंग प्रभाव तब सबसे प्रभावी होता है जब आंतरिक कोशों के कक्षक पूरी तरह से भरे होते हैं,क्योंकि वे संयोजी इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से बचाने के लिए एक सघन इलेक्ट्रॉन बादल प्रदान करते हैं। अतः,कथन $(1)$ सही है।
$2$. आंतरिक कोश महत्वपूर्ण शील्डिंग प्रभाव प्रदर्शित करते हैं। अतः,कथन $(2)$ गलत है।
$3$. जैसे-जैसे हम समूह में नीचे जाते हैं,नए कोशों के जुड़ने के कारण शील्डिंग प्रभाव बढ़ता है,जिससे आयनन ऊर्जा कम हो जाती है। अतः,कथन $(3)$ गलत है।
$4$. शील्डिंग प्रभाव आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करता है,न कि सीधे परमाणु आवेश पर। परमाणु आवेश में वृद्धि प्रभावी नाभिकीय आवेश $(Z_{eff})$ को बढ़ाती है,जो शील्डिंग प्रभाव के विपरीत है। अतः,कथन $(4)$ गलत है।

(A) स्क्रीनिंग प्रभाव (या परिरक्षण प्रभाव) आंतरिक कोशों या उसी कोश में अन्य इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण इलेक्ट्रॉन पर प्रभावी नाभिकीय आवेश में कमी है।
किसी दिए गए कोश के लिए,$s$-कक्षक नाभिक के सबसे निकट होता है और नाभिक के पास सबसे अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व रखता है,जो इसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को परिरक्षित करने में सबसे प्रभावी बनाता है।
भेदन क्षमता और स्क्रीनिंग क्षमता का क्रम $s > p > d > f$ है।
इसका कारण यह है कि $s$-कक्षक अधिक गोलाकार और नाभिक के करीब होते हैं,जबकि $f$-कक्षक अधिक विस्तृत और दूर होते हैं,जो सबसे कम परिरक्षण प्रदान करते हैं।
इसलिए,स्क्रीनिंग प्रभाव का सही क्रम $s > p > d > f$ है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।