आणविक संरचना और ज्यामिति (VSEPR सिद्धांत - आधारभूत)

रसायन विज्ञान के अध्ययन के लिए अणुओं की आणविक संरचना और ज्यामिति का ज्ञान आवश्यक है। एक अणु की आणविक ज्यामिति उसके कई गुणधर्मों को निर्धारित करती है, जैसे ध्रुवता, अभिक्रियाशीलता, पदार्थ की अवस्था, रंग, चुंबकीयता, जैविक सक्रियता और अधिक। अणुओं के आकार की भविष्यवाणी करने के लिए, हम संयोजी खोल इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण (VSEPR) सिद्धांत पर निर्भर करते हैं। यह सिद्धांत इस आधार पर किसी अणु की ज्यामिति की भविष्यवाणी में सहायक है कि केंद्रीय परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन युग्म खुद को यथासंभव अधिक दूरी पर रखने की कोशिश करेंगे ताकि प्रतिकर्षण को न्यूनतम किया जा सके।

VSEPR सिद्धांत के आधारभूत सिद्धांत

VSEPR सिद्धांत केंद्रीय परमाणु के चारों ओर के इलेक्ट्रॉन युग्म के निरीक्षण पर आधारित है। ये इलेक्ट्रॉन युग्म बंध युग्म हो सकते हैं, जो रासायनिक बंधों में शामिल होते हैं, या अकेले युग्म होते हैं, जिन्हें अन्य परमाणुओं के साथ साझा नहीं किया जाता है। किसी विशेष अणु का आकार इन युग्मों को ध्यान में रखकर भविष्यवाणी की जा सकती है।

VSEPR सिद्धांत के मुख्य अवधारणाएं

• केंद्रीय परमाणु के चारों ओर के इलेक्ट्रॉन युग्म स्वयं को यथासंभव एक-दूसरे से दूर रखेंगे।
• अकेला युग्म अधिक स्थान घेरता है क्योंकि यह केवल एक परमाणु के चारों ओर होता है।
• किसी अणु का आकार केंद्रीय परमाणु के चारों ओर के बंध युग्मों और अकेले युग्मों की संख्या से निर्धारित होता है।

सामान्य आणविक ज्यामिति

VSEPR सिद्धांत द्वारा कुछ बुनियादी आकार साधारणतः वर्णित हैं:

रेखीय ज्यामिति

जब केंद्रीय परमाणु पर दो बंध युग्म और कोई अकेला युग्म नहीं होता है, तो अणु रेखीय ज्यामिति ग्रहण करेगा। बंध कोण 180 डिग्री होता है। इसका एक उदाहरण कार्बन डाइऑक्साइड है, CO 2.

        रेखीय:
        O=C=O
    

त्रिकोणीय समतल ज्यामिति

जब किसी अणु में केंद्रीय परमाणु पर तीन बंध युग्म और कोई अकेला युग्म नहीं होता है, तो यह त्रिकोणीय समतल आकृति ग्रहण करता है। बंध कोण सामान्यतः 120° होता है। एक सामान्य उदाहरण है बोरान ट्राईफ्लोराइड, BF 3.

चतुष्फलकीय ज्यामिति

चतुष्फलकीय ज्यामिति के लिए, केंद्रीय परमाणु पर चार बंध युग्म और कोई अकेला युग्म नहीं होता है। यह 109.5° के बंध कोण की ओर जाता है। इसका एक प्रमुख उदाहरण है मिथेन, CH 4.

मुड़ा हुआ ज्यामिति

जल जैसे अणु, H 2 O के एक मुड़ा हुआ ढ़ाचा होता है। इसका मुख्य कारण यह है कि केंद्रीय परमाणु पर दो बंध युग्म और दो अकेले युग्म होते हैं, जो लगभग 104.5 डिग्री के बंध कोण की ओर ले जाते हैं।

अन्य सामान्य ज्यामितियों की खोज

त्रिकोणीय पिरामिड ज्यामिति

अमोनिया के मामले में, _{NH 3}, संरचना त्रिकोणीय पिरामिडल होती है, क्योंकि केंद्रीय नाइट्रोजन परमाणु पर तीन बंध युग्म और एक अकेला युग्म होता है, जिसके परिणामस्वरूप लगभग 107° का बंध कोण होता है।

अक्टाहेड्रल ज्यामिति

अक्टाहेड्रल ज्यामिति की विशेषता है कि केंद्रीय परमाणु पर छः बंध युग्म और कोई अकेला युग्म नहीं होता है। सल्फर हेक्साफ्लोराइड, SF 6 जैसे यौगिक इस पैटर्न को 90 डिग्री के बंध कोण के साथ दिखाते हैं।

अकेले युग्म का प्रभाव समझना

मॉलिक्यूलर आकार निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक है अकेले युग्म का प्रभाव। अकेले युग्म बंध युग्म की तुलना में अधिक स्थान घेरते हैं, आंशिक रूप से क्योंकि वे केवल एक नाभिक के चारों ओर होते हैं। यह अतिरिक्त प्रतिकर्षण अपेक्षित ज्यामिति के मुकाबले भंग कोणों को छोटा कर सकता है।

उदाहरण और अभ्यास

VSEPR और आणविक ज्यामिति की समझ को गहरा करने के लिए, आइए कुछ उदाहरणों को देखें। हम कई अणुओं का विश्लेषण करेंगे, उनके लुईस संरचना को निर्धारित करेंगे, और बंधन और अकेले युग्मों की संख्या के आधार पर उनकी ज्यामिति की भविष्यवाणी करेंगे।

उदाहरण १: कार्बन टेट्राक्लोराइड (_{CCl 4})

कार्बन टेट्राक्लोराइड एक अणु है जिसमें चार क्लोरीन परमाणु केंद्रीय कार्बन परमाणु से जुड़े होते हैं। CCl 4 के लिए लुईस संरचना को देखने पर, हम देखते हैं कि कार्बन परमाणु चार एकल बंधों के साथ ऑक्टेट नियम को पूरा करता है। केंद्रीय परमाणु पर कोई अकेला युग्म नहीं होने के कारण, यह एक चतुष्फलकीय व्यवस्था ग्रहण करता है जिसमें बंध कोण लगभग 109.5 डिग्री होता है।

उदाहरण २: नाइट्राइट आयन (NO 2 -)

नाइट्राइट आयन की प्रतिध्वनि संरचना होती है जिसमें दो नाइट्रोजन-ऑक्सीजन एकल बंध और एक नाइट्रोजन-ऑक्सीजन दोहरा बंध होता है। नाइट्रोजन में एक अकेला युग्म होता है, जिससे अणु की इलेक्ट्रॉन-डोमेन ज्यामिति समतल त्रिकोणीय बन जाती है, जबकि आणविक ज्यामिति मुड़ी हुई होती है। यह प्रतिध्वनि के प्रभाव का उदाहरण है और इसे इलेक्ट्रॉन डोमेन सांख्यिकी से आणविक आकृतियों की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किया जाता है।

अभ्यास १

फॉर्मल्डीहाइड के लिए लुईस संरचना पर विचार करें, _{CH 2 O}, केंद्रीय परमाणु पर किसी भी अकेले युग्म की उपस्थिति और आदर्श आणविक ज्यामिति की पहचान और निर्धारण करें।

        हाँ
         ,
          C
         ,
        H
    

समाधान: संरचना से पता चलता है कि ऑक्सीजन के पास दो अकेले युग्म हैं और यह फॉर्मल्डीहाइड कार्बन के चारों ओर त्रिकोणीय समूह बनाता है।

निष्कर्ष

VSEPR सिद्धांत इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण के आधार पर आणविक ज्यामिति की भविष्यवाणी के लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करता है। हालांकि यह जटिल क्वांटम रासायनिक इंटरैक्शन को सरल करता है, यह उच्च विद्यालय और स्नातक रसायन विज्ञान में एक मूल्यवान उपकरण के रूप में कार्य करता है।

याद रखें, मूल विचार यह है कि इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण को न्यूनतम करने का प्रयास करते हैं और इस प्रकार विशिष्ट अनुमानित संरचनाओं या ज्यामितियों को अपनाते हैं। VSEPR सिद्धांत द्वारा निर्धारित आणविक ज्यामितियों को पहचानकर, आप आणविक विश्व को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं!

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