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लिगैंड फील्ड सिद्धांत
लिगैंड फील्ड सिद्धांत (एलएफटी) एक अवधारणा है जिसका उपयोग समन्वय रसायन विज्ञान में धातु यौगिकों के व्यवहार को समझाने के लिए किया जाता है। यह अध्ययन करता है कि किस प्रकार विभिन्न लिगैंड्स संक्रमण धातु आयनों में डी ऑर्बिटल्स की ऊर्जा को प्रभावित करते हैं, जो इनके गुण धर्म जैसे कि रंग और चुंबकीय व्यवहार को प्रभावित करते हैं। एलएफटी क्रिस्टल फील्ड सिद्धांत (सीएफटी) का एक विस्तार है जो धातु-लिगैंड बंधों के सहसंवेदनशील स्वभाव को ध्यान में रखता है, जबकि सीएफटी पूरी तरह से आयनिक स्वभाव को समझने का प्रयास करता है। चलिए लिगैंड फील्ड सिद्धांत के विवरण में गहराई से जाते हैं।
लिगैंड फील्ड सिद्धांत के मूल विचार
लिगैंड फील्ड सिद्धांत का मुख्य विचार यह है कि जब धातु के चारों ओर लिगैंड्स होते हैं, तो संक्रमण धातु के विलक्षण डी ऑर्बिटल्स का विभाजन कैसा होता है। यह विभाजन परिसर के इलेक्ट्रॉनिक और चुंबकीय गुण धर्मों को समझाने के लिए महत्वपूर्ण है। धातु की डी ऑर्बिटल्स के इलेक्ट्रॉनों और लिगैंड्स के इलेक्ट्रॉनों के बीच की परस्पर क्रिया इस विभाजन का कारण बनती है।
डी ऑर्बिटल्स: डी xy, डी yz, डी zx, डी x²-y², डी z²
जब एक संक्रमण धातु एक लिगैंड के साथ यौगिक बनाता है, तो डी ऑर्बिटल्स विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित होते हैं। इस विभाजन का पैटर्न परिसर की ज्यामिति, यानी धातु आयन के चारों ओर लिगैंड्स की व्यवस्था पर निर्भर करता है। यह परिसर के रंग को प्रभावित कर सकता है, क्योंकि विभिन्न ऊर्जा स्तरों का मतलब है कि प्रकाश की विभिन्न तरंग लंबाइयों को अवशोषित किया जाता है, और इस प्रकार विभिन्न रंग दिखाई देते हैं।
ऊर्जा स्तर विभाजन
एक अलग द्वीप धातु आयन में, सभी पांच डी ऑर्बिटल्स समाक्षीय होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनकी ऊर्जा समान होती है। हालांकि, जब लिगैंड्स धातु आयन के निकट आते हैं, तो उनके द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र इन ऑर्बिटल्स को विभाजित करता है। इस विभाजन की प्रकृति और परिमाण लिगैंड के क्षेत्र की सममिति और ताकत पर निर्भर करती है।
ऑक्टाहेड्रल परिसर
ज्यादातर संक्रमण धातु परिसर ऑक्टाहेड्रल ज्यामिति अपनाते हैं, जहां छह लिगैंड्स धातु आयन को सममित रूप से घेर लेते हैं। इस विन्यास में, डी ऑर्बिटल्स दो विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित होते हैं:
t 2g
स्तर में dxy, dyz और dzx ऑर्बिटल्स होते हैं। e g
स्तर में dx² -y² और dz² ऑर्बिटल्स होते हैं। इन दो ऑर्बिटल सेटों के बीच ऊर्जा का अंतर क्रिस्टल फील्ड विभाजन ऊर्जा कहलाता है, जिसका प्रतिनिधित्व ∆ o
द्वारा किया जाता है।
टेट्राहेड्रल परिसर
टेट्राहेड्रल परिसर में, चार लिगैंड्स धातु आयन को घेरे होते हैं। टेट्राहेड्रल क्षेत्र में डी ऑर्बिटल्स का विभाजन ऑक्टाहेड्रल क्षेत्र के विपरीत होता है:
यहाँ, e
सेट के ऑर्बिटल्स (डी x²-y² और डी z²) की ऊर्जा t 2
सेट (डी xy, डी yz, डी zx) से कम होती है। ऊर्जा का अंतर ∆ t
द्वारा प्रस्तुत किया जाता है, और सामान्यतः, ∆ t ≈ 4/9 ∆ o
।
लिगैंड्स की भूमिका
लिगैंड के प्रकार से क्रिस्टल फील्ड विभाजन की ऊर्जा पर महत्त्वपूर्ण असर हो सकता है। लिगैंड्स एक शृंखला में व्यवस्था की जाती हैं जिसे स्पेक्ट्रोकेमिकल सीरीज कहा जाता है, जो उन्हें उनके क्षेत्र की ताकत के अनुसार रैंक करती है:
आई - < बीआर - < एस 2- < एससीएन - < सीएल - < एनओ 3 - < एफ - < ओएच - < एच 2ओ < एनएच 3 < ए. एन < एनओ 2 - < सीएन - ≈ सीओ
शृंखला के बाईं ओर स्थित लिगैंड्स "कमजोर क्षेत्र" लिगैंड्स कहलाते हैं और आमतौर पर निम्न विभाजन ऊर्जा परिणामित करते हैं। इसके विपरीत, शृंखला के दाईं ओर स्थित "मजबूत क्षेत्र" लिगैंड्स अधिक विभाजन ऊर्जा का कारण बनते हैं।
इलेक्ट्रॉन विन्यास और स्पिन अवस्था
डी इलेक्ट्रॉनों का विभाजित ऑर्बिटल्स में भरने का तरीका विभाजन ऊर्जा की परिमाण और इलेक्ट्रॉन संयोजक ऊर्जा के संबंध में निर्भर करता है। इससे दो संभावित विन्यास होते हैं:
उच्च स्पिन परिसर
उच्च स्पिन परिसरों में, क्रिस्टल फील्ड विभाजन ऊर्जा संयुग्मन ऊर्जा से छोटी होती है। इलेक्ट्रॉन ऊर्जावान उच्च ऑर्बिटल्स में भरे जाते हैं ताकि अप्रयोजित स्पिन बढ़ सकें।
निम्न स्पिन परिसर
निम्न स्पिन परिसरों में, विभाजन ऊर्जा संयुग्मन ऊर्जा से बड़ी होती है, इसलिए कम अप्रयोजित स्पिन मौजूद होते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन निचले ऊर्जा ऑर्बिटल्स में संयुग्मित होते हैं।
लिगैंड फील्ड सिद्धांत का प्रभाव
लिगैंड फील्ड सिद्धांत विभिन्न परिसरों के गुणों को समझाने में सहायक होता है:
- परिसरों के रंग: विभाजित डी ऑर्बिटल्स में डी-डी ट्रांज़िशन को बढ़ावा देने के लिए प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियाँ अवशोषित की जाती हैं, जिससे परिसर विभिन्न रंग प्रदर्शित करते हैं।
- चुंबकीय गुणधर्म: डी ऑर्बिटल्स की विन्यास से प्राप्त अप्रयोजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या यौगिक के चुंबकीय स्वभाव को प्रभावित करती है: सभी अप्रयोजित हो तो पैरामैग्नेटिक और सभी संयुग्मित हो तो डायमैग्नेटिक होता है।
गणितीय विवरण
लिगैंड फील्ड सिद्धांत को गणितीय मॉडल्स का उपयोग करके गणनात्मक रूप से भी वर्णित किया जा सकता है ताकि ऑर्बिटल्स की ऊर्जा और लिगैंड फील्ड्स के प्रभावों की गणना की जा सके। ये मॉडल्स क्वांटम मेकैनिकल सिद्धांतों और समूह सिद्धांत को प्रयोग करते हैं।
निष्कर्ष
लिगैंड फील्ड सिद्धांत क्रिस्टल फील्ड सिद्धांत पर आधारित है। यह धातु-लिगैंड परस्पर क्रियाओं के सहसंवेदनशील स्वभाव को ध्यान में रखता है। ये धातु यौगिकों के व्यवहार को समझने के लिए एक व्यापक ढांचा प्रदान करता है, विशेष रूप से उनके इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं और परिणामस्वरूप गुणों जैसे रंग और चुंबकत्व के संदर्भ में। यह समझ वैज्ञानिकों और रसायनज्ञों को सामग्रियों, उत्प्रेरक एवं जैव-अकार्बनिक रसायन में विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए परिसरों के गुणों को अनुकूलित करने में मदद करती है।