VSEPR भूमिती आणि आण्विक ध्रुवीयता

मध्यवर्ती अणूभोवतीचे इलेक्ट्रॉन क्षेत्र मोजणे

VSEPR योग्य लुईस संरचनेपासून सुरू होते. मध्यवर्ती अणूभोवती इलेक्ट्रॉन क्षेत्रे मोजा: प्रत्येक एकाकी जोडी एक क्षेत्र आहे, आणि दुसऱ्या अणूशी असलेला प्रत्येक बंध एक क्षेत्र आहे, मग तो एकेरी, दुहेरी किंवा तिहेरी असो. एकूण संख्येला अनेकदा स्टेरिक संख्या म्हणतात. दुहेरी बंध एकदाच मोजला जातो कारण त्याचे इलेक्ट्रॉन दोन अणूंमधील अवकाशाच्या एकाच भागात असतात.

स्टेरिक संख्या इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमिती निश्चित करते, म्हणजे क्षेत्रे सर्वात दूर ठेवणारी मांडणी. दोन क्षेत्रे रेषीय (180°), तीन त्रिकोणीय समतलीय (120°), चार चतुष्फलकीय (109.5°), पाच त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडी (90° आणि 120°), आणि सहा अष्टफलकीय (90°) असतात.

एक छोटे लेबल मोजणीचा मागोवा ठेवते. AXₘEₙ संकेतलेखनात A मध्यवर्ती अणू आहे, m बंधित अणू X ची संख्या आहे आणि n मध्यवर्ती अणूवरील एकाकी जोड्या E ची संख्या आहे. पाणी AX₂E₂ आहे: दोन बंधित अणू आणि दोन एकाकी जोड्या, स्टेरिक संख्या 4.

इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमिती विरुद्ध आण्विक आकार

एकाकी जोड्या जागा व्यापतात, पण त्या अणू नाहीत, म्हणून त्या आण्विक आकाराच्या नावात दिसत नाहीत. आण्विक भूमिती फक्त अणू कुठे बसले आहेत याचे वर्णन करते. मध्यवर्ती अणूवर एकाकी जोड्या नसतात तेव्हा दोन्ही भूमिती सारख्याच असतात; एकाकी जोड्या असतात तेव्हा त्या वेगळ्या असतात.

त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडमध्ये स्थाने समतुल्य नसतात: तीन विषुवीय स्थाने 120° अंतरावर असतात आणि दोन अक्षीय स्थाने विषुववृत्तापासून 90° वर असतात. एकाकी जोड्या आधी विषुवीय स्थानांवर जातात, कारण विषुवीय जागेला 90° वर फक्त दोन शेजारी असतात तर अक्षीय जागेला तीन.

• स्टेरिक संख्या 3: AX₃ त्रिकोणीय समतलीय; AX₂E वाकलेला, कोन 120° पेक्षा कमी.
• स्टेरिक संख्या 4: AX₄ चतुष्फलकीय; AX₃E त्रिकोणीय पिरॅमिडी; AX₂E₂ वाकलेला, कोन 109.5° पेक्षा कमी.
• स्टेरिक संख्या 5: AX₅ त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडी; AX₄E सी-सॉ आकार; AX₃E₂ T-आकार; AX₂E₃ रेषीय.
• स्टेरिक संख्या 6: AX₆ अष्टफलकीय; AX₅E चौरस पिरॅमिडी; AX₄E₂ चौरस समतलीय.

एकाकी जोड्या बंध कोन का दाबतात

एकाकी जोडी फक्त एका केंद्रकाने धरलेली असते, म्हणून तिची इलेक्ट्रॉन घनता मध्यवर्ती अणूजवळ बंधन जोडीपेक्षा अधिक पसरते. म्हणून प्रतिकर्षणे एकाकी जोडी–एकाकी जोडी > एकाकी जोडी–बंधन जोडी > बंधन जोडी–बंधन जोडी या क्रमाने असतात, आणि प्रत्येक जोडलेली एकाकी जोडी उरलेल्या बंधांना अधिक जवळ दाबते.

चतुष्फलकीय कुटुंब ही प्रवृत्ती दाखवते. एकाकी जोड्या नसलेल्या मिथेन, CH₄, मध्ये H–C–H कोन 109.5° आहेत. एक एकाकी जोडी असलेल्या अमोनिया, NH₃, मध्ये H–N–H कोन थोडे लहान आहेत. दोन एकाकी जोड्या असलेल्या पाण्यात H–O–H कोन 104.5° आहे, जे OpenStax Chemistry 2e मध्ये दिलेले मूल्य आहे. बहुबंधांचा असाच, लहान परिणाम होतो, कारण दुहेरी बंध एकेरी बंधापेक्षा अधिक इलेक्ट्रॉन घनता धरतो.

VSEPR या विचलनांची दिशा विश्वासार्हपणे सांगते, पण त्यांचा नेमका आकार नाही. एकाकी जोड्या असलेल्या रेणूतील कोन विचारला असेल, तर मोजलेली माहिती नसल्यास "आदर्श मूल्यापेक्षा थोडा कमी" असे उत्तर द्या.

सोडवलेली उदाहरणे: क्लोरीन ट्रायफ्लोराइड आणि झेनॉन टेट्राफ्लोराइड

क्लोरीन ट्रायफ्लोराइड, ClF₃. संयुजा इलेक्ट्रॉन: 7 + 3(7) = 28. तीन Cl–F एकेरी बंध 6 इलेक्ट्रॉन वापरतात, आणि तीन फ्लोरीन अष्टके पूर्ण करण्यासाठी 3 × 6 = 18 लागतात, एकूण 24. उरलेले 4 इलेक्ट्रॉन क्लोरीनवर दोन एकाकी जोड्या म्हणून जातात. क्लोरीनला तीन बंध आणि दोन एकाकी जोड्या आहेत, म्हणून तो AX₃E₂ आहे, स्टेरिक संख्या 5 आणि त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडी इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमितीसह.

दोन्ही एकाकी जोड्या विषुवीय स्थाने घेतात. त्यामुळे एक फ्लोरीन विषुवीय समतलात आणि दोन अक्षीय स्थानांत उरतात, म्हणून अणू T आकार बनवतात. एकाकी जोड्या अक्षीय फ्लोरीनना विषुवीय फ्लोरीनकडे ढकलतात, म्हणून F–Cl–F कोन 90° पेक्षा थोडे कमी असतात. तीन Cl–F बंध द्विध्रुव T आकारात एकमेकांना छेदत नाहीत, म्हणून ClF₃ ध्रुवीय आहे.

झेनॉन टेट्राफ्लोराइड, XeF₄. संयुजा इलेक्ट्रॉन: 8 + 4(7) = 36. चार Xe–F बंध 8 इलेक्ट्रॉन वापरतात आणि फ्लोरीनच्या एकाकी जोड्या 4 × 6 = 24 वापरतात, एकूण 32. उरलेले 4 इलेक्ट्रॉन झेनॉनवर दोन एकाकी जोड्या आहेत. चार बंध आणि दोन एकाकी जोड्यांसह झेनॉन AX₄E₂ आहे, स्टेरिक संख्या 6, अष्टफलकीय इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमिती.

अष्टफलकात प्रत्येक स्थान समतुल्य असते, म्हणून पहिली एकाकी जोडी कुठेही जाऊ शकते; एकाकी जोडी–एकाकी जोडी प्रतिकर्षण कमी करण्यासाठी दुसरी तिच्या अगदी विरुद्ध, 180° वर, जाते. चार फ्लोरीन मग शेजाऱ्यांपासून 90° वर एकाच समतलात असतात: चौरस समतलीय. प्रत्येक Xe–F बंध ध्रुवीय आहे, पण विरुद्ध बंध नेमक्या विरुद्ध दिशेला असतात, म्हणून द्विध्रुव छेदले जातात आणि XeF₄ अध्रुवीय आहे.

बंध द्विध्रुव जोडून आण्विक ध्रुवीयता शोधणे

वेगवेगळ्या विद्युतऋणतेच्या अणूंमधील बंध ध्रुवीय असतो, ज्यात अधिक विद्युतऋण अणूवर आंशिक ऋण प्रभार (δ−) असतो. प्रत्येक बंध द्विध्रुवाला आकार आणि दिशा असते, म्हणून तो सदिशासारखा वागतो. आण्विक द्विध्रुव आघूर्ण हा सर्व बंध द्विध्रुवांची सदिश बेरीज असतो, सहसा डिबायमध्ये नोंदवला जातो (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

एकसारखे बंध मध्यवर्ती अणूभोवती सममितीने मांडलेले असतात तेव्हा बंध द्विध्रुव छेदले जातात. सर्व X अणू सारखे असताना AX₂ रेषीय, AX₃ त्रिकोणीय समतलीय, AX₄ चतुष्फलकीय, AX₅ त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडी आणि AX₆ अष्टफलकीय रेणूंमध्ये असे घडते, तसेच AX₄E₂ चौरस समतलीय आणि AX₂E₃ रेषीय आकारांमध्येही, जेथे एकाकी जोड्या सममितीने मांडलेल्या असतात आणि प्रत्येक बंध एकसारख्या बंधाच्या अगदी विरुद्ध दिशेला असतो. आकार आणि प्रतिस्थापकांच्या इतर संयोजनांमध्ये सहसा निव्वळ द्विध्रुव उरतो.

सोडवलेली तुलना: सल्फर डायऑक्साइड आणि सल्फर ट्रायऑक्साइड. SO₂ चे 6 + 2(6) = 18 संयुजा इलेक्ट्रॉन आहेत; त्याची लुईस संरचना सल्फरवर दोन बंधन क्षेत्रे आणि एक एकाकी जोडी ठेवते (AX₂E), म्हणून रेणू वाकलेला आहे. दोन S–O द्विध्रुव अंशतः एकाच दिशेला असतात, त्यांची बेरीज शून्य नाही, आणि SO₂ ध्रुवीय आहे. SO₃ चे 6 + 3(6) = 24 संयुजा इलेक्ट्रॉन आहेत आणि सल्फरवर तीन बंधन क्षेत्रे व एकाकी जोडी नाही (AX₃), म्हणून तो त्रिकोणीय समतलीय आहे. 120° अंतरावरील तीन समान द्विध्रुवांची बेरीज शून्य होते, आणि SO₃ मधील प्रत्येक बंध ध्रुवीय असूनही तो अध्रुवीय आहे.

आकार आणि ध्रुवीयतेच्या सामान्य चुका

बहुतेक चुका लुईस संरचना वगळल्यामुळे किंवा पानावरील सपाट रेखाटन प्रत्यक्ष आकार असल्यासारखे वाचल्यामुळे होतात. झटपट दिनचर्या त्या पकडते: लुईस संरचना काढा, मध्यवर्ती अणूवरील क्षेत्रे मोजा, इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमितीचे नाव सांगा, आण्विक आकाराचे नाव सांगण्यासाठी एकाकी जोड्या काढून टाका, मग बंध द्विध्रुव त्रिमितीत जोडा.

शेवटच्या टप्प्यासाठी भौतिक मॉडेल किंवा काळजीपूर्वक काढलेले वेज-आणि-डॅश रेखाटन उपयोगी पडते. रेणू असा फिरवता आला की एका बंध द्विध्रुवाला विरुद्ध दिशेला जोडीदार नसेल, तर रेणू ध्रुवीय आहे. प्रत्येक बंधाला विरुद्ध बाजूला एकसारखा बंध असेल, किंवा 120° वरील तीन बंधांसारखा सममित संच असेल, तर तो अध्रुवीय आहे.

• प्रश्नात आण्विक आकार विचारला असताना इलेक्ट्रॉन-क्षेत्र भूमितीचे नाव सांगणे. पाण्याची क्षेत्रे चतुष्फलकीय आहेत; त्याचा आकार वाकलेला आहे.
• मध्यवर्ती अणूवरील एकाकी जोड्या विसरणे, ज्यामुळे NH₃ चुकून त्रिकोणीय समतलीय रेणू ठरतो.
• दुहेरी किंवा तिहेरी बंध दोन किंवा तीन क्षेत्रे म्हणून मोजणे.
• बंध ध्रुवीय आहेत म्हणून रेणू ध्रुवीय आहे असा निष्कर्ष काढणे, द्विध्रुव छेदले जातात का ते तपासल्याशिवाय.
• सपाट रेखाटनावरून सममिती ठरवणे. CH₂Cl₂ कागदावर सममित दिसतो पण दोन वेगळ्या प्रकारच्या बंधांसह चतुष्फलकीय आहे, म्हणून तो ध्रुवीय आहे.
• एकाकी जोड्या त्रिकोणीय द्विपिरॅमिडच्या अक्षीय स्थानांवर ठेवणे, ज्यामुळे SF₄, ClF₃ आणि XeF₂ साठी चुकीचा आकार मिळतो.