जॅहन-टेलर विघटन

जॅहन-टेलर विघटन का सिद्धांत समन्वय रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण विषय है, विशेषकर संक्रमण धातु यौगिकों के अध्ययन में। यह इन यौगिकों की समरूपता, संरचना और गुणों को प्रभावित करने वाले डिगेनेरेट इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं में होने वाले ज्यामितीय परिवर्तनों को समझने में मदद करता है। इस व्याख्या का उद्देश्य जॅहन-टेलर विघटन की मूल बातें सरल और बोधगम्य तरीके से प्रस्तुत करना है।

जॅहन-टेलर विघटन की बुनियादी बातें

जॅहन-टेलर प्रभाव या जॅहन-टेलर विघटन का नाम हर्मन जॅहन और एडवर्ड टेलर के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1937 के एक लेख में इस सिद्धांत को प्रस्तुत किया था। यह सिद्धांत बताता है कि कोई भी गैर-रेखीय अणु जिसका एक डिगेनेरेट इलेक्ट्रॉनिक आधार अवस्था होती है, एक ज्यामितीय विघटन से गुजरेगा ताकि उस विघटन को हटा सकें, जिसके परिणामस्वरूप कम समरूपता और निम्न ऊर्जा में एक विन्यास होता है। सरल शब्दों में, जब समान ऊर्जा स्तर (डिगेनेरेसी) होते हैं, तो यह एक अस्थिर प्रणाली का निर्माण करता है, जिससे अणु अपनी आकृति बदलकर उसे स्थिर बनाता है।

गलत फहमी की समझ

इलेक्ट्रॉनिक शब्दों में विकेंद्रीकरण का अर्थ है कि दो या अधिक ऑर्बिटलों की समान ऊर्जा स्तर होती है। संक्रमण धातु यौगिकों में, विशेषकर ऑक्टाहेड्रल यौगिकों में, कुछ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास विकेंद्रीकरण की स्थिति उत्पन्न कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक पूर्ण ऑक्टाहेड्रल यौगिक में, d ऑर्बिटल दो सेटों में विभाजित होते हैं: डबल विकेंद्रीकृत eg ऑर्बिटल और ट्रिपल विकेंद्रीकृत t2g ऑर्बिटल। यदि इनमें से किसी भी ऑर्बिटल में अकेले इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो विकेंद्रीकरण हो सकता है, जिससे जॅहन-टेलर प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।

d^9 विन्यास में कमी का व्याख्यात्मक उदाहरण

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास पर विचार करें
T 2G ^6 E G ^3.

                       ,
EG स्तर: | ↑ ↑ |
                     ,

                     ,
T2G स्तर: | ↑↓ ↑↓ ↑↓ |
                     ,

इस मामले में, ऊपरी e g स्तर तीन इलेक्ट्रॉनों द्वारा आंशिक रूप से भरा जाता है, जो जॅहन-टेलर विघटन के लिए एक परिदृश्य उत्पन्न करता है क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक डिगेनेरेसी।
    

जॅहन-टेलर विकृतियों के प्रकार

जॅहन-टेलर प्रभाव आमतौर पर आदिबद्ध दबाव या संपीड़न के साथ होता है। इस प्रकार विकृतियों को निम्नलिखित रूपों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

1. चतुष्कोणीय विस्तार

चतुष्कोणीय विस्तार तब होता है जब अक्षीय बंधन (आमतौर पर जेड-अक्ष एक ऑक्टाहेड्रल यौगिक में) समतल बंधनों (एक्स-अक्ष और वाई-अक्ष) की तुलना में लंबे होते हैं। यह सबसे सामान्य विकृति है, जो आमतौर पर उच्च स्पिन अवस्थाओं में होती है, इलेक्ट्रॉनिक विन्यासों के साथ जिनमे डिगेनेरेसी होती है, जैसे d^9 या d^4 उच्च स्पिन प्रणाली।

उदाहरण:

एक तांबा(II) जटिल [Cu(H2O)6 ]^{2+} पर विचार करें जो 
d^9 इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण 
अक्षीय बंधनों में विस्तार के कारण चतुष्कोणीय विस्तार प्रदर्शित करता है।

                           विस्तार से पहले विस्तार के बाद                            
                         ,
                        ,
ऑक्सीजन परमाणु/CuO-Cu-O-----O-Cu-O
ताम्बे आयन के चारों ओर | o | o | | | | |
ऑक्टाहेड्रल समरूपता में O/OO
___________/ ___________________/
    

2. चतुष्कोणीय संपीड़न

यह विकृति तब होती है जब अक्षीय बंधन समतल बंधनों के मुकाबले छोटे होते हैं। यह विस्तार की तुलना में कम सामान्य होता है, लेकिन नीच-उपक्षेत्र में और कुछ उच्च-उपक्षेत्र मामलों में हो सकता है।

उदाहरण:

एक मैंगनीज(III) जटिल [Mn(CN)6 ]^{3-}, जिसे 
d^4 उच्च स्पिन विन्यास के कारण चौध्रुवीय संपीड़न प्रदर्शित करता है 
जो अक्षीय बंधनों में कमी करता है।

                       संपीड़न से पहले संपीड़न के बाद
                     ,
                    ,
O-CN समन्वयन t 2g ^3 e g ^1 | , , t 2g ^3 e g ^1 |
                    ,
    

जॅहन-टेलर विघटन के पीछे का तंत्र

विकृति प्रणाली की समरूपता को तोड़ती है, जिससे d ऑर्बिटल्स और लिगैंड्स के बीच की उत्तरीकरण में महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यह परिवर्तन ऊर्जा स्तरों को बदलता है, जिससे एक स्थिर मॉलिक्युलर प्रणाली बनती है। इस प्रक्रिया को करीब से देखने पर समझें कि यह क्यों होता है:

ऑर्बिटल स्प्लिटिंग

एक परिपूर्ण ऑक्टाहेड्रल जटिल में, d ऑर्बिटल्स लिगैंड फील्ड सिद्धांत के कारण दो ऊर्जा सेटों में विभाजित होते हैं:

t 2g : निम्न ऊर्जा सेट - इसमें ऑर्बिटल d xy, d xz, और d yz होते हैं। 
उदाहरण : उच्च ऊर्जा सेट - इसमें ऑर्बिटल d z² और d x²-y² होते हैं।

                           ,
स्तर जैसे उत्साहित | ↑ ↑ |
                            ,

                           ,
T2G स्तर | ↑↓ ↑↓ ↑↓ |
                            ,
    

जब जॅहन-टेलर विघटन होता है, इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था लिगैंड की ओर सीधे संकेत करने वाले ऑर्बिटल्स को अलग-अलग इंटरैक्शन का कारण बनती है। इसके परिणामस्वरूप eg या t2g स्तरों में अतिरिक्त विभाजन होता है, खासकर विदोह के विशेष प्रकार के अनुसार।

इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन का विचार

जॅहन-टेलर विघटन डिगेनेरेट ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन युग्मों के बीच प्रतिकर्षण को कम करके, अधिक स्थिर अवस्था में कुल ऊर्जा को कम करता है। यह धातु आयन और लिगैंड्स के बीच की दूरी को समायोजित करके करता है।

जॅहन-टेलर विकृति को प्रभावित करने वाले कारक

कुछ कारक यह प्रभावित कर सकते हैं कि जॅहन-टेलर विकृति ट्रांजीशन धातु यौगिकों में कैसे और क्यों होती है:

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: d^4 (उच्च स्पिन), d^7 (नीच स्पिन) और d^9 जैसे विन्यास जॅहन-टेलर प्रभाव को महत्वपूर्ण रूप से सहायता करते हैं।
• लिगैंड की प्रकृति: मजबूत फील्ड लिगैंड्स (जैसे ^CN−) कमजोर फील्ड लिगैंड्स की तुलना में अधिक स्पष्ट विकृतियों को उत्पन्न कर सकते हैं।
• स्पिन अवस्था: उच्च स्पिन अवस्थाएँ जॅहन-टेलर विकृतियों को अधिक महत्वपूर्ण बनाती हैं क्योंकि उच्च इलेक्ट्रॉनीक विकेंद्रीकरण।
• द्रव्य प्रभाव: द्रव्य इंटरैक्शन एक ही मॉलिक्यूल के विभिन्न रूपों को स्थिर कर सकते हैं, ज्यामितीय विकृतियों को प्रभावित कर सकते हैं।

जॅहन-टेलर विकृति के परिणाम

जॅहन-टेलर विकृति से उत्पन्न संरचनात्मक परिवर्तन कई प्रभाव डालते हैं:

• रंग भिन्नताएँ: इलेक्ट्रॉनिक विन्यास में परिवर्तन प्रकाश के अवशोषण को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे संक्रमण धातु यौगिकों का रंग प्रभावित होता है।
• चुंबकीय गुण: अकेले इलेक्ट्रॉनों का पुनर्विन्यास चुंबकीय व्यवहार को बदलता है, जैसे पैरामेग्नेटिज्म के कारकों को प्रभावित करता है।
• उत्प्रेरक व्यवहार: विकृति धातु आयनों और प्रतिक्रिया के बीच इंटरैक्शन को प्रभावित कर सकती है, जिससे उत्प्रेरक गुण प्रभावित होते हैं।
• घुलनशीलता और प्रतिक्रियाशीलता: परिवर्तित बंधन परिवेश घुलनशीलता और समाधान में रासायनिक इंटरैक्शन को प्रभावित कर सकता है।

जॅहन-टेलर विकृति समन्वय रसायन विज्ञान में: विस्तृत उदाहरण

तांबा(II) आयन जटिल

तांबा(II) आयन जटिल जॅहन-टेलर विकृतियों को प्रदर्शित करने वाले परमाणुओं के उत्कृष्ट उदाहरण हैं, उनके d^9 इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण। यह परिणामस्वरूप विकृति, आमतौर पर चतुष्कोणीय विस्तार के रूप में दर्शाई जाती है, उनकी ज्यामिति में अवलोकनीय परिवर्तन करती है।

उदाहरण:
[Cu(H2O)6 ]^{2+} जटिल पर विचार करें:

अक्षीय बंधन लंबाईयों में समतल बंधन लंबाइयों की तुलना में महत्वपूर्ण अंतर होता है, आमतौर पर अधिक होता है, चतुष्कोणीय विकृति प्रदर्शित करता है, और विभिन्न क्रिस्टल फील्ड परिवेश में भिन्न व्यवहार करता है।
    

मैंगनीज(III) जटिल

Mn(III) जटिल d^4 विन्यास के साथ और उच्च स्पिन जॅहन-टेलर विकृतियों को प्रदर्शित करते हैं, अक्सर चतुष्कोणीय संपीड़न के रूप में।

उदाहरण:
[Mn(CN)6 ]^{3-} में, आंशिक ऑर्बिटल भरने से इलेक्ट्रॉनिक कमी उत्पन्न होती है जो अक्षीय बंधन लंबाई को समतल विमान में की तुलना में छोटा बनाती है।
    

निष्कर्ष

जॅहन-टेलर विकृति के समझ के बिना, अकार्बनिक रसायन विज्ञान के अध्ययन में महत्वपूर्ण जानकारी छूट जाती है। यह समन्वय यौगिकों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, स्थिरता, और गुणों के बारे में जानकारी प्रदान करता है। ज्यामितीय समायोजन और ऊर्जा न्यूनता के माध्यम से, यह प्रभाव कई क्षेत्रों में, जैसे उत्प्रेरण, सामग्री विज्ञान, और अधिक में संक्रमण धातु यौगिकों के व्यवहार और अनुप्रयोग को आकार देने में प्रमुख भूमिका निभाता है।

अवलोकित विकृतियां सैद्धांतिक मॉडलों को प्रायोगिक अवलोकनों से जोड़ती हैं, मूलभूत स्तर पर आणविक इंटरैक्शनों की व्यापक समझ प्रदान करती हैं। इन विकृतियों की पहचान और व्याख्या रसायनज्ञों को व्यवहार का पूर्वानुमान देने और नए यौगिकों को डिज़ाइन करने में मदद करती है जिसमें अनुकूलित गुण होते हैं, जिससे रासायनिक अनुसंधान और उद्योग में नवाचार उत्प्रेरित होते हैं।

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