आणविक कक्ष सिद्धांत

आणविक कक्ष सिद्धांत (एमओटी) रसायन विज्ञान में एक मौलिक सिद्धांत है जो बताता है कि परमाणु एक साथ मिलकर अणु कैसे बनाते हैं। यह वेलेंस बंध सिद्धांत (वीबीटी) जैसे अन्य मॉडलों की तुलना में रासायनिक बंधन का एक अधिक परिष्कृत समझ प्रदान करता है। इस व्यापक व्याख्या में, हम बुनियादी अवधारणाओं, आणविक कक्ष के गठन, और अणुओं में बंधन की व्याख्या के लिए आणविक कक्ष सिद्धांत के अनुप्रयोग को गहराई से देखेंगे।

बुनियादी अवधारणाएँ

आणविक कक्ष सिद्धांत अणुओं में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार का वर्णन करता है। वीबीटी के विपरीत, जो मानता है कि बंधन विभिन्न परमाणुओं के परमाण्विक कक्षों के ओवरलैप के द्वारा बनते हैं, एमओटी समस्त अणु के लिए आणविक कक्ष प्रस्तावित करता है।

आणविक कक्षों का गठन

आणविक कक्ष तब बनते हैं जब अणु में परमाण्विक कक्ष संयोजित होते हैं। चलिए सबसे सरल द्विपरमाणुक अणु H 2 पर विचार करते हैं। प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु एक 1s परमाण्विक कक्ष का योगदान देता है, और ये कक्ष दो विभिन्न तरीकों से संयोजित हो सकते हैं:

• संरचनात्मक संयोजन: जब परमाण्विक कक्ष संरचनात्मक रूप से संयोजित होते हैं, वे एक आणविक कक्ष बनाते हैं जिसे बंधन आणविक कक्ष कहा जाता है। यह दो नाभिकों के बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व में वृद्धि द्वारा विशेषता होता है और मूल परमाण्विक कक्षों की तुलना में ऊर्जा में कम होता है।
• विनाशकारी संयोजन: जब परमाण्विक कक्ष विनाशकारी रूप से संयोजित होते हैं, वे एक प्रतिबंधक आणविक कक्ष बनाते हैं। यह नाभिकों के बीच एक नोड (शून्य इलेक्ट्रॉन घनत्व का क्षेत्र) द्वारा विशेषता होता है और ऊर्जा में उच्च होता है।

आणविक कक्ष संयोजन का दृश्य उदाहरण

        H --(1s)-- + H --(1s)-- | | VV बंधन प्रतिबंधक कक्ष कक्ष
        H --(1s)-- + H --(1s)-- | | VV बंधन प्रतिबंधक कक्ष कक्ष
    

आणविक कक्ष चित्र

बंधन और प्रतिबंधक आणविक कक्षों की व्यवस्था आणविक कक्ष चित्र में दिखाया जा सकता है। यहाँ आणविक हाइड्रोजन के लिए एक उदाहरण है:

        ऊर्जा ↑ | σ* 1s (प्रतिबंधक) |----------------------------- | σ 1s (बंधन) |----------------------------- |
        ऊर्जा ↑ | σ* 1s (प्रतिबंधक) |----------------------------- | σ 1s (बंधन) |----------------------------- |
    

इस चित्र में, σ 1s बंधन आणविक कक्ष और σ* 1s प्रतिबंधक आणविक कक्ष। इलेक्ट्रॉन पहले निम्न ऊर्जा बंधन कक्ष भरेंगे, यदि अधिक इलेक्ट्रॉन हैं तो प्रतिबंधक कक्ष।

बंधन क्रम

आणविक कक्ष सिद्धांत अणु की स्थिरता की भविष्यवाणी करने के लिए बंधन क्रम की अवधारणा प्रस्तुत करता है। बंधन क्रम इस प्रकार गणना की जाती है:

        बंधन क्रम = (बंधन कक्षों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या - प्रतिबंधक कक्षों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या) / 2
        बंधन क्रम = (बंधन कक्षों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या - प्रतिबंधक कक्षों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या) / 2
    

उच्च बंधन क्रम अधिक स्थिर बंधनों का संकेत देता है। उदाहरण के लिए, _{H 2} में:

        बंधन इलेक्ट्रॉन = 2 प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन = 0 बंधन क्रम = (2 - 0) / 2 = 1
        बंधन इलेक्ट्रॉन = 2 प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन = 0 बंधन क्रम = (2 - 0) / 2 = 1
    

आणविक कक्ष सिद्धांत के अनुप्रयोग

एमओटी अधिक जटिल अणुओं जैसे O 2 और N 2 पर लागू किया जा सकता है। आइए इन उदाहरणों की खोज करें:

ऑक्सीजन अणु _{O 2}

ऑक्सीजन अणु में 16 वेलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका आणविक कक्ष चित्र इस प्रकार दिखता है:

        ऊर्जा ↑ | σ* 2p |------------------------- | π* 2p π* 2p |------------------------- | π 2p π 2p |------------------------- | σ 2p |------------------------- | σ* 2s |------------------------- | σ 2s
        ऊर्जा ↑ | σ* 2p |------------------------- | π* 2p π* 2p |------------------------- | π 2p π 2p |------------------------- | σ 2p |------------------------- | σ* 2s |------------------------- | σ 2s
    

        बंधन इलेक्ट्रॉन: 10 प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन: 6 बंधन क्रम: (10 - 6) / 2 = 2
        बंधन इलेक्ट्रॉन: 10 प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन: 6 बंधन क्रम: (10 - 6) / 2 = 2
    

बंधन क्रम 2 बताता है कि _{O 2} में एक दोहरा बंध क्यों होता है।

नाइट्रोजन अणु N 2

नाइट्रोजन अणु में 14 वेलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका आणविक कक्ष चित्र इस प्रकार दिखता है:

        ऊर्जा ↑ | σ* 2p |------------------------- | π* 2p π* 2p |------------------------- | π 2p π 2p |------------------------- | σ 2p |------------------------- | σ* 2s |------------------------- | σ 2s
        ऊर्जा ↑ | σ* 2p |------------------------- | π* 2p π* 2p |------------------------- | π 2p π 2p |------------------------- | σ 2p |------------------------- | σ* 2s |------------------------- | σ 2s
    

        बंधन इलेक्ट्रॉन: १० प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन: ४ बंधन क्रम: (१० - ४) / २ = ३
        बंधन इलेक्ट्रॉन: १० प्रतिबंधक इलेक्ट्रॉन: ४ बंधन क्रम: (१० - ४) / २ = ३
    

बंधन क्रम 3 N 2 के लिए इसके देखे गए त्रिगुण बंध से मेल खाता है।

आणविक कक्ष सिद्धांत के लाभ

• एमओटी अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की अधिक विस्तृत तस्वीर देता है।
• यह अणुओं की चुम्बकीय गुणों के लिए उत्तरदायी है (उदाहरण के लिए, _{O 2} में परामैग्नेटिज्म)।
• बंधन क्रम और बंध लंबाई जैसे आणविक गुणों की गणना की विधि प्रदान करता है।

आणविक कक्ष सिद्धांत की सीमाएँ

• बड़े अणुओं के लिए यह जटिल और गणितीय रूप से गहन हो सकता है।
• कुछ भविष्यवाणियों और पुष्टियों के लिए अनुभवजन्य डेटा की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष

आणविक कक्ष सिद्धांत रसायन विज्ञान में एक आवश्यक अवधारणा है जो रासायनिक बंधन और आणविक संरचना की अधिक पूर्ण समझ प्रदान करता है। अणु को समग्र रूप में देखकर, यह रसायनज्ञों को आणविक व्यवहार की भविष्यवाणी और स्पष्टीकरण करने की अनुमति देता है जो रासायनिक अनुसंधान और उद्योग में प्रगति के लिए आवश्यक है।

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