VSEPR ജ്യാമിതിയും തന്മാത്രാ ധ്രുവീയതയും

കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള ഇലക്ട്രോൺ ഡൊമെയ്നുകൾ എണ്ണൽ

VSEPR ശരിയായ ലൂയിസ് ഘടനയിൽ നിന്ന് തുടങ്ങുന്നു. കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിന് ചുറ്റും ഇലക്ട്രോൺ ഡൊമെയ്നുകൾ എണ്ണുക: ഓരോ ഏകാകി ജോടിയും ഒരു ഡൊമെയ്നാണ്, മറ്റൊരു ആറ്റത്തിലേക്കുള്ള ഓരോ ബന്ധനവും ഒറ്റയോ ഇരട്ടയോ ത്രിബന്ധനമോ ആയാലും ഒരു ഡൊമെയ്നാണ്. ആകെ എണ്ണത്തെ പലപ്പോഴും സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇരട്ട ബന്ധനം ഒരു തവണ മാത്രം എണ്ണുന്നു, കാരണം അതിന്റെ ഇലക്ട്രോണുകൾ രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിലെ ഒരേ സ്ഥലമേഖലയിൽ നിൽക്കുന്നു.

ഡൊമെയ്നുകളെ ഏറ്റവും അകലത്തിൽ നിലനിർത്തുന്ന വിന്യാസമായ ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതിയെ സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ നിശ്ചയിക്കുന്നു. രണ്ട് ഡൊമെയ്നുകൾ രേഖീയം (180°), മൂന്ന് ത്രികോണ സമതലീയം (120°), നാല് ചതുഷ്ഫലകീയം (109.5°), അഞ്ച് ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡീയം (90°, 120°), ആറ് അഷ്ടഫലകീയം (90°).

ഒരു ചെറിയ ലേബൽ എണ്ണം ഓർമിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. AXₘEₙ സൂചനാരീതിയിൽ A കേന്ദ്ര ആറ്റമാണ്, m ബന്ധിച്ച ആറ്റങ്ങൾ X-ന്റെ എണ്ണമാണ്, n കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിലെ ഏകാകി ജോടികൾ E-യുടെ എണ്ണമാണ്. ജലം AX₂E₂ ആണ്: ബന്ധിച്ച രണ്ട് ആറ്റങ്ങളും രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളും, സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 4.

ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതിയും തന്മാത്രാ ആകൃതിയും

ഏകാകി ജോടികൾ സ്ഥലം എടുക്കുന്നു, പക്ഷേ അവ ആറ്റങ്ങളല്ല, അതിനാൽ തന്മാത്രാ ആകൃതിയുടെ പേരിൽ അവ ദൃശ്യമാകുന്നില്ല. ആറ്റങ്ങൾ എവിടെയാണ് എന്ന് മാത്രമേ തന്മാത്രാ ജ്യാമിതി വിവരിക്കുന്നുള്ളൂ. കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിൽ ഏകാകി ജോടികളില്ലെങ്കിൽ രണ്ട് ജ്യാമിതികളും ഒന്നുതന്നെയാണ്; ഏകാകി ജോടികളുണ്ടെങ്കിൽ അവ വ്യത്യസ്തമാണ്.

ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡിൽ സ്ഥാനങ്ങൾ തുല്യമല്ല: മൂന്ന് മധ്യരേഖാ സ്ഥാനങ്ങൾ പരസ്പരം 120° അകലത്തിലും രണ്ട് അക്ഷീയ സ്ഥാനങ്ങൾ മധ്യരേഖയിൽ നിന്ന് 90° അകലത്തിലുമാണ്. ഏകാകി ജോടികൾ ആദ്യം മധ്യരേഖാ സ്ഥാനങ്ങളിലേക്ക് പോകുന്നു, കാരണം മധ്യരേഖാ സ്ഥാനത്തിന് 90°-യിൽ രണ്ട് അയൽക്കാർ മാത്രമേ ഉള്ളൂ, അക്ഷീയ സ്ഥാനത്തിന് മൂന്ന്.

• സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 3: AX₃ ത്രികോണ സമതലീയം; AX₂E വളഞ്ഞത്, കോൺ 120°-ൽ താഴെ.
• സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 4: AX₄ ചതുഷ്ഫലകീയം; AX₃E ത്രികോണ പിരമിഡീയം; AX₂E₂ വളഞ്ഞത്, കോണുകൾ 109.5°-ൽ താഴെ.
• സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 5: AX₅ ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡീയം; AX₄E സീസോ ആകൃതി; AX₃E₂ ടി-ആകൃതി; AX₂E₃ രേഖീയം.
• സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 6: AX₆ അഷ്ടഫലകീയം; AX₅E ചതുര പിരമിഡീയം; AX₄E₂ ചതുര സമതലീയം.

ഏകാകി ജോടികൾ ബന്ധന കോണുകളെ എന്തുകൊണ്ട് ചുരുക്കുന്നു

ഒരു ഏകാകി ജോടിയെ ഒരു ന്യൂക്ലിയസ് മാത്രമേ പിടിച്ചുനിർത്തുന്നുള്ളൂ, അതിനാൽ അതിന്റെ ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിനടുത്ത് ബന്ധന ജോടിയെക്കാൾ വിശാലമായി പരക്കുന്നു. അതിനാൽ വികർഷണങ്ങൾ ഏകാകി ജോടി–ഏകാകി ജോടി > ഏകാകി ജോടി–ബന്ധന ജോടി > ബന്ധന ജോടി–ബന്ധന ജോടി എന്ന ക്രമം പിന്തുടരുന്നു; ചേർക്കുന്ന ഓരോ ഏകാകി ജോടിയും ശേഷിക്കുന്ന ബന്ധനങ്ങളെ കൂടുതൽ അടുപ്പിക്കുന്നു.

ചതുഷ്ഫലകീയ കുടുംബം ഈ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു. ഏകാകി ജോടികളില്ലാത്ത മീഥെയ്ൻ, CH₄, ന് H–C–H കോണുകൾ 109.5° ആണ്. ഒരു ഏകാകി ജോടിയുള്ള അമോണിയ, NH₃, ന് H–N–H കോണുകൾ അൽപ്പം ചെറുതാണ്. രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളുള്ള ജലത്തിന് H–O–H കോൺ 104.5° ആണ്, OpenStax Chemistry 2e നൽകുന്ന മൂല്യം. ഇരട്ട ബന്ധനം ഒറ്റ ബന്ധനത്തെക്കാൾ കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത വഹിക്കുന്നതിനാൽ ബഹുബന്ധനങ്ങൾക്കും സമാനമായ, ചെറിയ ഫലമുണ്ട്.

ഈ വ്യതിയാനങ്ങളുടെ ദിശ VSEPR വിശ്വസനീയമായി പ്രവചിക്കുന്നു, പക്ഷേ അവയുടെ കൃത്യമായ വലുപ്പം പ്രവചിക്കുന്നില്ല. ഏകാകി ജോടികളുള്ള തന്മാത്രയിലെ കോണിനെക്കുറിച്ച് ഒരു ചോദ്യം ചോദിക്കുമ്പോൾ, അളന്ന ഡാറ്റ ഇല്ലെങ്കിൽ, ആദർശ മൂല്യത്തെക്കാൾ "അൽപ്പം കുറവ്" എന്ന് ഉത്തരം നൽകുക.

ഉദാഹരണങ്ങൾ: ക്ലോറിൻ ട്രൈഫ്ലൂറൈഡും സെനോൺ ടെട്രാഫ്ലൂറൈഡും

ക്ലോറിൻ ട്രൈഫ്ലൂറൈഡ്, ClF₃. സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകൾ: 7 + 3(7) = 28. മൂന്ന് Cl–F ഒറ്റ ബന്ധനങ്ങൾ 6 ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, മൂന്ന് ഫ്ലൂറിൻ ഒക്ടെറ്റുകൾ പൂർത്തിയാക്കാൻ 3 × 6 = 18 വേണം, ആകെ 24. ശേഷിക്കുന്ന 4 ഇലക്ട്രോണുകൾ ക്ലോറിനിൽ രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളായി പോകുന്നു. ക്ലോറിന് മൂന്ന് ബന്ധനങ്ങളും രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളുമുണ്ട്, അതിനാൽ അത് സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 5 ഉം ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡീയ ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതിയുമുള്ള AX₃E₂ ആണ്.

രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളും മധ്യരേഖാ സ്ഥാനങ്ങളിൽ നിൽക്കുന്നു. അപ്പോൾ ഒരു ഫ്ലൂറിൻ മധ്യരേഖാ തലത്തിലും രണ്ടെണ്ണം അക്ഷീയ സ്ഥാനങ്ങളിലുമാകുന്നു; അതിനാൽ ആറ്റങ്ങൾ ടി ആകൃതി ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഏകാകി ജോടികൾ അക്ഷീയ ഫ്ലൂറിനുകളെ മധ്യരേഖാ ഫ്ലൂറിനിലേക്ക് തള്ളുന്നു, അതിനാൽ F–Cl–F കോണുകൾ 90°-യെക്കാൾ അൽപ്പം കുറവാണ്. ടി ആകൃതിയിൽ മൂന്ന് Cl–F ബന്ധന ദ്വിധ്രുവങ്ങളും റദ്ദാകുന്നില്ല, അതിനാൽ ClF₃ ധ്രുവീയമാണ്.

സെനോൺ ടെട്രാഫ്ലൂറൈഡ്, XeF₄. സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകൾ: 8 + 4(7) = 36. നാല് Xe–F ബന്ധനങ്ങൾ 8 ഇലക്ട്രോണുകളും ഫ്ലൂറിൻ ഏകാകി ജോടികൾ 4 × 6 = 24 ഉം ഉപയോഗിക്കുന്നു, ആകെ 32. ശേഷിക്കുന്ന 4 ഇലക്ട്രോണുകൾ സെനോണിലെ രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളാണ്. നാല് ബന്ധനങ്ങളും രണ്ട് ഏകാകി ജോടികളുമുള്ളതിനാൽ സെനോൺ AX₄E₂ ആണ്, സ്റ്റെറിക് സംഖ്യ 6, അഷ്ടഫലകീയ ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതി.

അഷ്ടഫലകത്തിൽ എല്ലാ സ്ഥാനങ്ങളും തുല്യമാണ്, അതിനാൽ ആദ്യത്തെ ഏകാകി ജോടിക്ക് എവിടെയും പോകാം; ഏകാകി ജോടി–ഏകാകി ജോടി വികർഷണം കുറയ്ക്കാൻ രണ്ടാമത്തേത് അതിന് നേരെ എതിർവശത്ത്, 180° അകലെ, പോകുന്നു. അപ്പോൾ നാല് ഫ്ലൂറിനുകൾ അയൽക്കാരുമായി 90° കോണിൽ ഒരേ തലത്തിൽ കിടക്കുന്നു: ചതുര സമതലീയം. ഓരോ Xe–F ബന്ധനവും ധ്രുവീയമാണ്, പക്ഷേ എതിർ ബന്ധനങ്ങൾ കൃത്യമായി വിപരീത ദിശകളിൽ നിൽക്കുന്നതിനാൽ ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ റദ്ദാകുന്നു, XeF₄ ധ്രുവീയമല്ല.

ബന്ധന ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ കൂട്ടി തന്മാത്രാ ധ്രുവീയത കണ്ടെത്തൽ

വ്യത്യസ്ത വിദ്യുത്-ഋണതയുള്ള ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ബന്ധനം ധ്രുവീയമാണ്, കൂടുതൽ വിദ്യുത്-ഋണതയുള്ള ആറ്റത്തിൽ ആംശിക നെഗറ്റീവ് ചാർജ് (δ−) ഉണ്ട്. ഓരോ ബന്ധന ദ്വിധ്രുവത്തിനും വലുപ്പവും ദിശയുമുണ്ട്, അതിനാൽ അത് സദിശം പോലെ പെരുമാറുന്നു. തന്മാത്രാ ദ്വിധ്രുവ ആഘൂർണം എല്ലാ ബന്ധന ദ്വിധ്രുവങ്ങളുടെയും സദിശ തുകയാണ്, സാധാരണയായി ഡിബൈ യൂണിറ്റിൽ (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m) രേഖപ്പെടുത്തുന്നു.

സമാന ബന്ധനങ്ങൾ കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിന് ചുറ്റും സമമിതമായി ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുമ്പോൾ ബന്ധന ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ റദ്ദാകുന്നു. എല്ലാ X ആറ്റങ്ങളും ഒരുപോലെയാണെങ്കിൽ AX₂ രേഖീയം, AX₃ ത്രികോണ സമതലീയം, AX₄ ചതുഷ്ഫലകീയം, AX₅ ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡീയം, AX₆ അഷ്ടഫലകീയ തന്മാത്രകളിൽ ഇത് സംഭവിക്കുന്നു; ഏകാകി ജോടികൾ സമമിതമായി ക്രമീകരിക്കുകയും ഓരോ ബന്ധനവും സമാനമായ ബന്ധനത്തിന് നേരെ എതിർവശത്ത് നിൽക്കുകയും ചെയ്യുന്ന AX₄E₂ ചതുര സമതലീയം, AX₂E₃ രേഖീയം എന്നീ ആകൃതികളിലും ഇത് സംഭവിക്കുന്നു. ആകൃതിയുടെയും പകരക്കാരുടെയും മറ്റ് സംയോജനങ്ങൾ സാധാരണയായി അറ്റ ദ്വിധ്രുവം ശേഷിപ്പിക്കുന്നു.

താരതമ്യ ഉദാഹരണം: സൾഫർ ഡൈഓക്സൈഡും സൾഫർ ട്രൈഓക്സൈഡും. SO₂-ന് 6 + 2(6) = 18 സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകളുണ്ട്; അതിന്റെ ലൂയിസ് ഘടന സൾഫറിൽ രണ്ട് ബന്ധന ഡൊമെയ്നുകളും ഒരു ഏകാകി ജോടിയും (AX₂E) വയ്ക്കുന്നു, അതിനാൽ തന്മാത്ര വളഞ്ഞതാണ്. രണ്ട് S–O ദ്വിധ്രുവങ്ങളും ഭാഗികമായി ഒരേ ദിശയിലാണ് നിൽക്കുന്നത്, അവയുടെ തുക പൂജ്യമല്ല, SO₂ ധ്രുവീയമാണ്. SO₃-ന് 6 + 3(6) = 24 സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകളും മൂന്ന് ബന്ധന ഡൊമെയ്നുകളും സൾഫറിൽ ഏകാകി ജോടി ഇല്ലാത്തതുമാണ് (AX₃), അതിനാൽ അത് ത്രികോണ സമതലീയമാണ്. 120° അകലത്തിലുള്ള മൂന്ന് തുല്യ ദ്വിധ്രുവങ്ങളുടെ തുക പൂജ്യമാണ്, അതിലെ ഓരോ ബന്ധനവും ധ്രുവീയമാണെങ്കിലും SO₃ ധ്രുവീയമല്ല.

ആകൃതിയിലും ധ്രുവീയതയിലുമുള്ള സാധാരണ പിഴവുകൾ

മിക്ക പിശകുകളും വരുന്നത് ലൂയിസ് ഘടന ഒഴിവാക്കുന്നതിൽ നിന്നോ പേജിലെ പരന്ന ചിത്രം യഥാർഥ ആകൃതിയാണെന്ന മട്ടിൽ വായിക്കുന്നതിൽ നിന്നോ ആണ്. ഒരു ദ്രുത ചിട്ട അവയെ പിടികൂടുന്നു: ലൂയിസ് ഘടന വരയ്ക്കുക, കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിലെ ഡൊമെയ്നുകൾ എണ്ണുക, ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതിക്ക് പേര് നൽകുക, തന്മാത്രാ ആകൃതിക്ക് പേര് നൽകാൻ ഏകാകി ജോടികൾ നീക്കുക, പിന്നെ ബന്ധന ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ ത്രിമാനത്തിൽ കൂട്ടുക.

അവസാന ഘട്ടത്തിന് ഭൗതിക മാതൃകയോ ശ്രദ്ധയോടെ വരച്ച വെഡ്ജ്-ആൻഡ്-ഡാഷ് രേഖാചിത്രമോ സഹായിക്കും. ഒരു ബന്ധന ദ്വിധ്രുവത്തിന് വിപരീത ദിശയിൽ ചൂണ്ടുന്ന ജോടി ഇല്ലാത്ത വിധത്തിൽ തന്മാത്രയെ തിരിക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, തന്മാത്ര ധ്രുവീയമാണ്. ഓരോ ബന്ധനവും എതിർവശത്തെ സമാന ബന്ധനവുമായി, അല്ലെങ്കിൽ 120°-യിൽ മൂന്ന് ബന്ധനങ്ങൾ പോലുള്ള സമമിത സെറ്റുമായി ചേർന്നിരിക്കുന്നെങ്കിൽ, അത് ധ്രുവീയമല്ല.

• ചോദ്യം തന്മാത്രാ ആകൃതി ചോദിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോൺ-ഡൊമെയ്ൻ ജ്യാമിതിക്ക് പേര് നൽകൽ. ജലത്തിന്റെ ഡൊമെയ്നുകൾ ചതുഷ്ഫലകീയമാണ്; അതിന്റെ ആകൃതി വളഞ്ഞതാണ്.
• കേന്ദ്ര ആറ്റത്തിലെ ഏകാകി ജോടികൾ മറക്കൽ, ഇത് NH₃-നെ തെറ്റായി ത്രികോണ സമതലീയ തന്മാത്രയാക്കുന്നു.
• ഇരട്ട അല്ലെങ്കിൽ ത്രിബന്ധനത്തെ രണ്ടോ മൂന്നോ ഡൊമെയ്നുകളായി എണ്ണൽ.
• ബന്ധനങ്ങൾ ധ്രുവീയമായതിനാൽ തന്മാത്ര ധ്രുവീയമാണെന്ന് ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ റദ്ദാകുന്നുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കാതെ നിഗമനം ചെയ്യൽ.
• പരന്ന ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് സമമിതി വിലയിരുത്തൽ. CH₂Cl₂ കടലാസിൽ സമമിതമായി തോന്നുന്നു, പക്ഷേ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത തരം ബന്ധനങ്ങളുള്ള ചതുഷ്ഫലകീയമാണ്, അതിനാൽ അത് ധ്രുവീയമാണ്.
• ത്രികോണ ദ്വിപിരമിഡിന്റെ അക്ഷീയ സ്ഥാനങ്ങളിൽ ഏകാകി ജോടികൾ വയ്ക്കൽ, ഇത് SF₄, ClF₃, XeF₂ എന്നിവയ്ക്ക് തെറ്റായ ആകൃതി നൽകുന്നു.