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यूनिट सेल की घनत्व
रासायनिक विज्ञान में, विशेष रूप से ठोस अवस्था की खोज करते समय, यूनिट सेल घनत्व की अवधारणा को समझना बहुत महत्वपूर्ण होता है। यूनिट सेल घनत्व यह जानकारी देता है कि एक क्रिस्टल संरचना के भीतर परमाणु या अणु कितने सघन होते हैं। इस विस्तृत व्याख्यान में, हम इस अवधारणा को उजागर करेंगे, जो ठोस अवस्था रसायन विज्ञान की गहरी समझ के लिए एक सरल और स्पष्ट समझ प्रदान करता है।
यूनिट सेल का परिचय
ठोस संरचनाओं की समझ के मूल में यूनिट सेल की अवधारणा होती है। एक यूनिट सेल एक क्रिस्टल लैटिस में सबसे छोटी दोहराने वाली इकाई होती है जो पूरी संरचना की समरूपता और गुण दिखाती है। इसे एक क्रिस्टल की मूल निर्माण खंड के रूप में कल्पित करें। इन यूनिट सेल्स को तीन आयामों में ढेर करके, आपको एक क्रिस्टल संरचना मिलती है।
यूनिट सेल और सामग्री की ज्यामिति बदल सकती है, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार की क्रिस्टल प्रणालियाँ उत्पन्न होती हैं जैसे कि घन, चतुर्भुज, षट्कोणीय और अधिक। ये भिन्नताएँ सामग्री के भौतिक गुणों को प्रभावित करती हैं।
यूनिट सेल की घनत्व
यूनिट सेल की घनत्व को उसी तरह परिभाषित किया जा सकता है जैसा कि आपने पहले की पढ़ाई में घनत्व अवधारणा के साथ सामना किया था। यह प्रति इकाई आयतन का द्रव्यमान होता है। यूनिट सेल की घनत्व को गणना करने के लिए प्रयुक्त सूत्र है:
घनत्व (ρ) = (Z × M) / (a 3 × N A )
जहाँ,
Zप्रति यूनिट सेल परमाणुओं की संख्या है।Mपदार्थ का मोलर मास है।aयूनिट सेल की किनारे की लंबाई है।N Aऍवोगाड्रो संख्या है, लगभग6.022 × 10 23 mol -1।
उदाहरण: चलिए एक साधारण घन संरचना पर विचार करते हैं, जहाँ प्रति यूनिट सेल एक परमाणु होता है, जैसे पॉलोनियम (Po)।
209 g/mol है, और चलिए मान लें कि किनारे की लंबाई (a) 335 pm (1 pm = 10 -12 m) है।
z = 1
M = 209 g/mol
A = 335 pm = 335 × 10 -12 m
N a = 6.022 × 10 23 mol -1
घनत्व (ρ) = (1 × 209 g/mol) / ((335 × 10 -12 m) 3 × 6.022 × 10 23 mol -1 ) = 9.142 g/cm 3
यूनिट सेल का दृश्य चित्रण
यह चित्रण एक सरल घन संरचना दिखाता है जिसमें घन के प्रत्येक कोने पर एक परमाणु होता है जो क्रिस्टल की यूनिट सेल को दिखाता है। यह दिखाने में मदद करता है कि कैसे परमाणु एक घन यूनिट सेल में स्थित होते हैं।
विभिन्न संरचनाओं के लिए घनत्व गणना
क्रिस्टल प्रणाली के प्रकार पर निर्भर करके, प्रति यूनिट सेल परमाणुओं की संख्या (Z) बदलती है, जो सीधे घनत्व गणना को प्रभावित करती है।
1. सरल घन संरचना
सरल घन संरचना में, एक यूनिट सेल के प्रत्येक कोने पर एक परमाणु होता है। क्योंकि प्रत्येक कोने का परमाणु आठ आसन्न यूनिट सेल के बीच साझा किया जाता है, प्रति यूनिट सेल के प्रभावी परमाणु संख्या (Z) 1 होती है।
2. बॉडी-केंद्रित घन (BCC) संरचना
BCC संरचना में प्रत्येक कोने पर परमाणु होते हैं और एक परमाणु यूनिट सेल के केंद्र में होता है। प्रति यूनिट सेल के प्रभावी परमाणु संख्या (Z) 2 होती है।
55.85 g/mol है और किनारे की लंबाई 287 pm है।
z = 2
M = 55.85 g/mol
A = 287 pm = 287 × 10 -12 m
N a = 6.022 × 10 23 mol -1
घनत्व (ρ) = (2 × 55.85 g/mol) / ((287 × 10 -12 m) 3 × 6.022 × 10 23 mol -1 ) = 7.86 g/cm 3
3. फेस-केंद्रित घन (FCC) संरचना
FCC संरचना में प्रत्येक कोने पर और प्रत्येक मुख के केंद्र में एक परमाणु होता है। यह प्रति यूनिट सेल के प्रभावी परमाणु संख्या (Z) 4 प्रदान करता है क्योंकि प्रत्येक मुख-केंद्रित परमाणु दो आसन्न यूनिट सेल के बीच साझा किया जाता है।
63.55 g/mol है और किनारे की लंबाई 361 pm है।
z = 4
M = 63.55 g/mol
A = 361 pm = 361 × 10 -12 m
N a = 6.022 × 10 23 mol -1
घनत्व (ρ) = (4 × 63.55 g/mol) / ((361 × 10 -12 m) 3 × 6.022 × 10 23 mol -1 ) = 8.96 g/cm 3
यूनिट सेल घनत्व को प्रभावित करने वाले कारक
विभिन्न सामग्रियों में यूनिट सेल की घनत्व को प्रभावित करने वाले कई कारक होते हैं। इनमें शामिल हैं:
मोलर मास
जैसा कि सूत्र में देखा जाता है, मोलर मास (M) सीधे घनत्व को प्रभावित करता है। भारी परमाणु या अणु प्रति यूनिट सेल में अधिक द्रव्यमान का योगदान करते हैं, जो आमतौर पर उच्च घनत्व का परिणाम बनता है।
लैटिस स्थिरांक
यूनिट सेल की किनारे की लंबाई (a), या लैटिस स्थिरांक, महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एक बड़ा लैटिस स्थिरांक अधिक आयतन का संकेत देता है, जो संभावित रूप से घनत्व को कम कर सकता है यदि आयतन में वृद्धि द्रव्यमान की वृद्धि से अधिक है।
क्रिस्टल संरचना
परमाणुओं की व्यवस्था (सरल घन, BCC, FCC, आदि) प्रति यूनिट सेल के प्रभावी परमाणु संख्या (Z) को बदलती है। वे संरचनाएँ जो यूनिट सेल में अधिक परमाणुओं की अनुमति देती हैं, घनत्व को बढ़ा सकती हैं।
निष्कर्ष
यूनिट सेल की घनत्व एक मौलिक गुण है जो किसी सामग्री के भीतर पैकिंग दक्षता और परमाणुओं की व्यवस्था के बारे में जानकारी प्रदान करता है। इस गुण को समझकर, हम सामग्री के व्यवहार और गुणों के बारे में सूचित पूर्वानुमान कर सकते हैं। यूनिट सेल घनत्व की खोज सूक्ष्म और स्थूल दुनिया के बीच के अंतर को पाटती है, यह दिखाती है कि विभिन्न तत्व और यौगिक ठोस अवस्था में कैसे मौजूद होते हैं।
सारांश
- यूनिट सेल एक क्रिस्टल लैटिस में सबसे छोटी दोहराने वाली इकाई है जो पूरी संरचना की समरूपता को दर्शाती है।
- यूनिट सेल की घनत्व निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना की जाती है:
ρ=(Z × M) / (a 3 × N A ) - तीन प्रकार की घन संरचनाएँ होती हैं: सरल घन, बॉडी-केंद्रित घन (bcc), और फेस-केंद्रित घन (fcc)।
- घनत्व को मोलर मास, लैटिस स्थिरांक, और क्रिस्टल संरचना से प्रभावित किया जाता है।
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