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लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत
लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत (एलएफटी) समन्वय रसायनशास्त्र में एक अवधारणा है जो धातु यौगिकों की संरचना और गुणों को समझाने में मदद करता है। यह सिद्धांत क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत (सीएफटी) का एक संशोधन है, जो समन्वय यौगिकों के चुंबकीय गुण, रंग और संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है। लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत आणविक कक्षा सिद्धांत से विचारों को समाहित करता है, जो बंधन, संरचना और समन्वय यौगिकों के ऊर्जा स्तर का वर्णन करता है।
पृष्ठभूमि और विकास
लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत का विकास मुख्य रूप से पहले से विकसित क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत के विस्तार और परिष्करण के रूप में हुआ। सीएफटी का मुख्य ध्यान संक्रमण धातु आयनों के डी-ऑर्बिटल्स पर लिगैंड्स के (गैर-बंधन इलेक्ट्रॉन जोड़े) के विद्युत आवेश के प्रभाव पर था, जिससे डी-ऑर्बिटल ऊर्जा स्तर के विभाजन का कारण बनता था। हालाँकि, एलएफटी धातु-लिगैंड बंधन के लिए आयनिक और सहसंयोजक योगदानों दोनों को ध्यान में रखता है।
क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत की समझ
एलएफटी में गहराई से जाने से पहले, सीएफटी की बुनियादी बातें समझना महत्वपूर्ण है। सीएफटी में, लिगैंड्स को बिंदु आवेशों के रूप में माना जाता है, और केंद्रीय धातु आयन को एक सकारात्मक गोला के रूप में देखा जाता है। जब लिगैंड्स धातु आयन के पास आते हैं, तो वे धातु आयन के डी-ऑर्बिटल्स की ऊर्जा को प्रभावित करते हैं। यह प्रभाव अविभिन्न डी-ऑर्बिटल ऊर्जा के विभाजन का कारण बनता है, जिससे दो सेट बनते हैं: t 2g और e g सेट एक ऑक्टाहेड्रल समुच्चय में।
eg ------ उच्च ऊर्जा d-ऑर्बिटल्स (dx^2-y^2 और dz^2) ↑ | Δ ↓ t2g ------ निम्न ऊर्जा d-ऑर्बिटल्स (dxy, dyz, dxz)
टेट्राहेड्रल समुच्चयों के लिए, विभाजन उल्टा होता है:
t2 ------ उच्च ऊर्जा d-ऑर्बिटल्स (dxy, dyz, dxz) ↑ | Δ ↓ e ------ निम्न ऊर्जा d-ऑर्बिटल्स (dx^2-y^2, dz^2)
क्रिस्टल क्षेत्र से लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत तक
हालाँकि सीएफटी ने कई गुणों के लिए अच्छा स्पष्टीकरण प्रदान किया, यह धातु-लिगैंड बंधन के सहसंयोजक पहलुओं को संबोधित करने में विफल रहा। एलएफटी ने आणविक कक्षा सिद्धांत के तत्वों को शामिल करके इस अंतर को पाटने के लिए और अगली पीढ़ी के रूप में उभरा, जो लिगैंड्स और धातु आयनों के बीच सिग्मा-बंधन (σ-बंधन) और पै-बंधन (π-बंधन) दोनों को ध्यान में रखता है।
आणविक कक्षा ढांचा
एलएफटी में, धातु और उसके लिगैंड दोनों से अण्विक ऑर्बिटल्स एटॉमिक ऑर्बिटल्स को मिलाकर बनते हैं। इन्हें निम्नलिखित चरणों में देखा जा सकता है:
लिगैंड समूह ऑर्बिटल्स का निर्माण
धातु की डी-ऑर्बिटल्स के साथ मिलाने वाले लिगैंड के एटॉमिक ऑर्बिटल्स को लिगैंड समूह ऑर्बिटल्स माना जाता है। ये ऑर्बिटल्स लिगैंड एटॉमिक ऑर्बिटल्स से बनाए जाते हैं जो धातु-लिगैंड अक्ष के बारे में सममित होते हैं।
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स का गठन
इन लिगैंड समूह ऑर्बिटल्स के साथ धातु आयन ऑर्बिटल्स के मेल से मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स बने होते हैं। आमतौर पर, सिग्मा और पाई बंधों का निर्माण होता है, जो कि इंटरैक्टिंग ऑर्बिटल्स की दिशा और समरूपता पर निर्भर करता है।
ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन आबादी
इन मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स की ऊर्जा स्तर बंधन संवाद की शक्ति पर निर्भर करती है। भरी हुई मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स बंधन परिदृश्य का वर्णन करती हैं, जो यौगिक के रंग और चुंबकीय गुणों को प्रभावित करता है।
एलएफटी में सिग्मा बनाम पाई बंधन
एलएफटी की एक महत्वपूर्ण उन्नति सिग्मा और पाई इंटरैक्शनों दोनों को शामिल करना है:
सिग्मा बंधन - इसमें लिगैंड s या p ऑर्बिटल्स के मेल धातु d ऑर्बिटल्स के साथ होते हैं। यह मुख्य रूप से
t 2gऑर्बिटल्स को ऑक्टाहेड्रल समुच्चयों में प्रभावित करता है। सिग्मा दान आमतौर पर ऑर्बिटल ऊर्जा में वृद्धि का परिणाम होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन्स को एंटी-बांडिंग ऑर्बिटल्स में रखा जाता है।पाई बंधन - पाई इंटरैक्शन में पाई डोनेशन या पाई बैकबॉन्डिंग शामिल हो सकते हैं। पाई डोनेशन में, भरे हुए लिगैंड ऑर्बिटल्स खाली धातु d ऑर्बिटल्स को डोनेट करते हैं। पाई बैकबॉन्डिंग में, भरे हुए धातु d ऑर्बिटल्स खाली लिगैंड पाई* ऑर्बिटल्स के साथ मेल खाते हैं। ये इंटरैक्शन यौगिक के गुणों पर गहरी प्रभाव डालते हैं, इलेक्ट्रॉन वितरण और ऊर्जा स्तर को प्रभावित करते हैं।
विभिन्न समन्वय यौगिकों के उदाहरण
इन अवधारणाओं का प्रदर्शन करने के लिए, निम्नलिखित उदाहरणों पर विचार करें, जो विभिन्न विभाजन पैटर्न और लिगैंड क्षेत्र इंटरैक्शनों के प्रभाव को दर्शाते हैं:
[Cr(H2O)6]^{3+}: - ऑक्टाहेड्रल समुच्च्य - उच्च स्पिन - कमजोर क्षेत्र लिगैंड्स (H2O) - अधिभोग: t2g^3 eg^0 [Fe(CN)6]^{3-}: - ऑक्टाहेड्रल समुच्च्य - निम्न स्पिन - मजबूत क्षेत्र लिगैंड्स (CN^-) - अधिभोग: t2g^5 eg^0
गुणों पर प्रभाव
एलएफटी के साथ, हम समन्वय यौगिकों के विभिन्न भौतिक और रासायनिक गुणों की अधिक व्यापक समझ प्राप्त करते हैं:
रंग
समन्वय यौगिकों के रंग डी-डी संक्रमणों से उत्पन्न होते हैं, जो विभाजित डी-ऑर्बिटल्स के बीच हो सकते हैं। ये ट्रांज़िशन, जो घटना प्रकाश अवशोषण ऊर्जा के कारण होते हैं। लिगैंडों की प्रकृति इन ट्रांज़िशनों को गहराई से प्रभावित करती है। जटिल आयनों में, मजबूत क्षेत्र के लिगैंड्स आमतौर पर प्रकाश की छोटी तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लाल स्पेक्ट्रम में प्रकाश का संक्रमण होता है।
चुंबकीय गुण
धातु आयन इलेक्ट्रॉन्स की स्थिति निम्न और उच्च स्पिन अवस्थाओं में सीधे चुंबकीय गुणों को प्रभावित करती है। उच्च स्पिन समुच्चयों (कमजोर क्षेत्र लिगैंड्स) में अधिक अशक्त इलेक्ट्रॉन्स के कारण अधिक चुंबकीय पल होता है। इसके विपरीत, निम्न स्पिन समुच्चयों (मजबूत क्षेत्र लिगैंड्स) में कम चुंबकीय पल होता है।
स्पेक्ट्रोकेमिकल श्रृंखला
स्पेक्ट्रोकेमिकल श्रृंखला लिगैंड्स को उनके क्षेत्र शक्ति (d-ऑर्बिटल्स को विभाजित करने की क्षमता) के आधार पर क्रमबद्ध करती है। उदाहरण में शामिल हैं:
I^- < Br^- < S^2- < SCN^- < Cl^- < NO3^- < F^- < OH^- < C2O4^2- < H2O < NCS^- < py < NH3 < en < bipy < phen < NO2^- < PPh3 < CN^- < CO
बाएं ओर के लिगैंड्स कमजोर क्षेत्र उत्पन्न करते हैं और छोटा विभाजन करते हैं, जबकि दाएँ ओर के लिगैंड्स मजबूत क्षेत्र उत्पन्न करते हैं और बड़ा विभाजन करते हैं।
निष्कर्ष
लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत समन्वय रसायनशास्त्र की हमारी समझ को उन्नत करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आयनिक और सहसंयोजक योगदानों के अंतर्दृष्टि प्रदान करने और सरल क्रिस्टल क्षेत्र मॉडल्स को सुधारने के द्वारा, एलएफटी धातु यौगिकों से संबंधित कई गुणों और घटनाओं को समझाता है। यह समझ विभिन्न अनुप्रयुक्त क्षेत्रों में धातु यौगिकों के डिज़ाइन और उपयोग को सुधारती है, जो उत्प्रेरण से लेकर सामग्री विज्ञान तक फैली होती है।
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