VSEPR ज्यामिति र आणविक ध्रुवीयता

केन्द्रीय परमाणुवरिपरि इलेक्ट्रोन डोमेन गन्ने

VSEPR सही लुइस संरचनाबाट सुरु हुन्छ। केन्द्रीय परमाणुवरिपरि इलेक्ट्रोन डोमेन गन्नुहोस्: प्रत्येक एकल जोडी एक डोमेन हो, र अर्को परमाणुसँगको प्रत्येक बन्ध एकल, दोहोरो वा तेहेरो जेसुकै भए पनि एक डोमेन हो। कुललाई प्रायः स्टेरिक सङ्ख्या भनिन्छ। दोहोरो बन्धलाई एकपटक गनिन्छ किनभने यसका इलेक्ट्रोनले दुई परमाणुबीचको अन्तरिक्षको उही क्षेत्र ओगट्छन्।

स्टेरिक सङ्ख्याले इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामिति तय गर्छ, अर्थात् डोमेनलाई सबैभन्दा टाढा राख्ने व्यवस्था। दुई डोमेन रेखीय (180°), तीन त्रिकोणीय समतलीय (120°), चार चतुष्फलकीय (109.5°), पाँच त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय (90° र 120°), र छ अष्टफलकीय (90°) हुन्।

एउटा छोटो लेबलले गनतीको हिसाब राख्छ। AXₘEₙ सङ्केतनमा A केन्द्रीय परमाणु हो, m बन्धित परमाणु X को सङ्ख्या हो, र n केन्द्रीय परमाणुमा रहेका एकल जोडी E को सङ्ख्या हो। पानी AX₂E₂ हो: दुईओटा बन्धित परमाणु र दुईओटा एकल जोडी, स्टेरिक सङ्ख्या 4।

इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामिति बनाम आणविक आकार

एकल जोडीले ठाउँ ओगट्छन्, तर तिनी परमाणु होइनन्, त्यसैले तिनी आणविक आकारको नाममा देखिँदैनन्। आणविक ज्यामितिले परमाणु कहाँ छन् भन्ने मात्र वर्णन गर्छ। केन्द्रीय परमाणुमा एकल जोडी नहुँदा दुवै ज्यामिति उही हुन्छन्; एकल जोडी हुँदा तिनी फरक हुन्छन्।

त्रिकोणीय द्विपिरामिडमा स्थानहरू समतुल्य हुँदैनन्: तीनओटा विषुवतीय स्थान 120° टाढा हुन्छन् र दुईओटा अक्षीय स्थान विषुवतबाट 90° मा हुन्छन्। एकल जोडी पहिले विषुवतीय स्थानमा जान्छन्, किनभने विषुवतीय स्थानमा 90° मा दुईओटा मात्र छिमेकी हुन्छन् जबकि अक्षीय स्थानमा तीनओटा हुन्छन्।

• स्टेरिक सङ्ख्या 3: AX₃ त्रिकोणीय समतलीय; AX₂E बाङ्गो, कोण 120° भन्दा कम।
• स्टेरिक सङ्ख्या 4: AX₄ चतुष्फलकीय; AX₃E त्रिकोणीय पिरामिडीय; AX₂E₂ बाङ्गो, कोण 109.5° भन्दा कम।
• स्टेरिक सङ्ख्या 5: AX₅ त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय; AX₄E सिसा-आकार; AX₃E₂ T-आकार; AX₂E₃ रेखीय।
• स्टेरिक सङ्ख्या 6: AX₆ अष्टफलकीय; AX₅E वर्ग पिरामिडीय; AX₄E₂ वर्ग समतलीय।

एकल जोडीले बन्ध कोण किन खुम्च्याउँछन्

एकल जोडीलाई एउटा मात्र नाभिकले समात्ने भएकाले यसको इलेक्ट्रोन घनत्व बन्धन जोडीको भन्दा केन्द्रीय परमाणुको नजिक बढी फैलिन्छ। त्यसैले प्रतिकर्षण एकल जोडी–एकल जोडी > एकल जोडी–बन्धन जोडी > बन्धन जोडी–बन्धन जोडी क्रममा हुन्छ, र थपिएको प्रत्येक एकल जोडीले बाँकी बन्धलाई अझ नजिक निचोर्छ।

चतुष्फलकीय परिवारले यो प्रवृत्ति देखाउँछ। एकल जोडी नभएको मिथेन, CH₄, मा H–C–H कोण 109.5° हुन्छ। एउटा एकल जोडी भएको अमोनिया, NH₃, मा H–N–H कोण अलि सानो हुन्छ। दुई एकल जोडी भएको पानीमा H–O–H कोण 104.5° हुन्छ, जुन OpenStax Chemistry 2e मा दिइएको मान हो। बहु बन्धले यस्तै, सानो प्रभाव पार्छ, किनभने दोहोरो बन्धले एकल बन्धभन्दा बढी इलेक्ट्रोन घनत्व राख्छ।

VSEPR ले यी विचलनको दिशा भरपर्दो रूपमा अनुमान गर्छ, तर तिनको ठ्याक्कै आकार होइन। प्रश्नले एकल जोडी भएको अणुको कोण माग्दा मापित तथ्याङ्क नभएसम्म आदर्श मानभन्दा “अलि कम” भनी उत्तर दिनुहोस्।

हल गरिएका उदाहरण: क्लोरिन ट्राइफ्लोराइड र जेनन टेट्राफ्लोराइड

क्लोरिन ट्राइफ्लोराइड, ClF₃। संयोजी इलेक्ट्रोन: 7 + 3(7) = 28। तीनओटा Cl–F एकल बन्धले 6 इलेक्ट्रोन प्रयोग गर्छन्, र तीनओटा फ्लोरिनका अष्टक पूरा गर्न 3 × 6 = 18 लाग्छ, जम्मा 24। बाँकी 4 इलेक्ट्रोन क्लोरिनमा दुई एकल जोडीका रूपमा जान्छन्। क्लोरिनमा तीनओटा बन्ध र दुई एकल जोडी छन्, त्यसैले यो AX₃E₂ हो, जसको स्टेरिक सङ्ख्या 5 र इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामिति त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय हुन्छ।

दुवै एकल जोडीले विषुवतीय स्थान लिन्छन्। त्यसले विषुवतीय समतलमा एउटा फ्लोरिन र अक्षीय स्थानमा दुईओटा छोड्छ, त्यसैले परमाणुले T आकार बनाउँछन्। एकल जोडीले अक्षीय फ्लोरिनलाई विषुवतीय फ्लोरिनतर्फ धकेल्छन्, त्यसैले F–Cl–F कोण 90° भन्दा अलि कम हुन्छ। तीनओटा Cl–F बन्ध द्विध्रुव T आकारमा कटिँदैनन्, त्यसैले ClF₃ ध्रुवीय हुन्छ।

जेनन टेट्राफ्लोराइड, XeF₄। संयोजी इलेक्ट्रोन: 8 + 4(7) = 36। चारओटा Xe–F बन्धले 8 इलेक्ट्रोन र फ्लोरिनका एकल जोडीले 4 × 6 = 24 प्रयोग गर्छन्, जम्मा 32। बाँकी 4 इलेक्ट्रोन जेननमा दुई एकल जोडी हुन्। चार बन्ध र दुई एकल जोडी भएकाले जेनन AX₄E₂ हो, स्टेरिक सङ्ख्या 6, अष्टफलकीय इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामिति।

अष्टफलकमा प्रत्येक स्थान समतुल्य हुन्छ, त्यसैले पहिलो एकल जोडी जहाँसुकै जान सक्छ; एकल जोडी–एकल जोडी प्रतिकर्षण घटाउन दोस्रो ठ्याक्कै यसको विपरीत, 180° टाढा, जान्छ। चारओटा फ्लोरिन तब आफ्ना छिमेकीबाट 90° मा एउटै समतलमा हुन्छन्: वर्ग समतलीय। प्रत्येक Xe–F बन्ध ध्रुवीय छ, तर विपरीत बन्ध ठ्याक्कै उल्टा दिशातर्फ हुन्छन्, त्यसैले द्विध्रुव कटिन्छन् र XeF₄ अध्रुवीय हुन्छ।

बन्ध द्विध्रुव जोडेर आणविक ध्रुवीयता पत्ता लगाउने

फरक विद्युत्ऋणात्मकता भएका परमाणुबीचको बन्ध ध्रुवीय हुन्छ, जसमा बढी विद्युत्ऋणात्मक परमाणुमा आंशिक ऋणात्मक आवेश (δ−) हुन्छ। प्रत्येक बन्ध द्विध्रुवको आकार र दिशा हुन्छ, त्यसैले यसले सदिशझैँ व्यवहार गर्छ। आणविक द्विध्रुव आघूर्ण सबै बन्ध द्विध्रुवको सदिश योग हो, जुन प्रायः डिबाई (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m) मा दिइन्छ।

उस्तै बन्धहरू केन्द्रीय परमाणुवरिपरि सममित रूपमा मिलेका हुँदा बन्ध द्विध्रुव कटिन्छन्। सबै X परमाणु उस्तै हुँदा AX₂ रेखीय, AX₃ त्रिकोणीय समतलीय, AX₄ चतुष्फलकीय, AX₅ त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय र AX₆ अष्टफलकीय अणुमा यस्तो हुन्छ, र AX₄E₂ वर्ग समतलीय तथा AX₂E₃ रेखीय आकारमा पनि हुन्छ, जहाँ एकल जोडी सममित रूपमा मिलेका हुन्छन् र प्रत्येक बन्ध एउटा उस्तै बन्धको ठ्याक्कै विपरीत दिशातर्फ हुन्छ। आकार र प्रतिस्थापकका अन्य संयोजनले सामान्यतः खुद द्विध्रुव छोड्छन्।

हल गरिएको तुलना: सल्फर डाइअक्साइड र सल्फर ट्राइअक्साइड। SO₂ मा 6 + 2(6) = 18 संयोजी इलेक्ट्रोन छन्; यसको लुइस संरचनाले सल्फरमा दुई बन्धन डोमेन र एउटा एकल जोडी राख्छ (AX₂E), त्यसैले अणु बाङ्गो हुन्छ। दुईओटा S–O द्विध्रुव आंशिक रूपमा एउटै दिशातर्फ हुन्छन्, तिनको योग शून्य हुँदैन, र SO₂ ध्रुवीय हुन्छ। SO₃ मा 6 + 3(6) = 24 संयोजी इलेक्ट्रोन र सल्फरमा एकल जोडी बिना तीन बन्धन डोमेन (AX₃) छन्, त्यसैले यो त्रिकोणीय समतलीय हुन्छ। 120° टाढाका तीनओटा बराबर द्विध्रुवको योग शून्य हुन्छ, र यसका प्रत्येक बन्ध ध्रुवीय भए पनि SO₃ अध्रुवीय हुन्छ।

आकार र ध्रुवीयताका सामान्य गल्ती

अधिकांश त्रुटि लुइस संरचना छोड्दा वा पानामा कोरिएको चेप्टो चित्रलाई वास्तविक आकार मानेर पढ्दा आउँछन्। एउटा छिटो नियमित प्रक्रियाले तिनलाई समात्छ: लुइस संरचना कोर्नुहोस्, केन्द्रीय परमाणुमा डोमेन गन्नुहोस्, इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामितिको नाम लिनुहोस्, आणविक आकारको नाम लिन एकल जोडी हटाउनुहोस्, त्यसपछि बन्ध द्विध्रुवलाई त्रिविमीय रूपमा जोड्नुहोस्।

अन्तिम चरणमा भौतिक मोडेल वा सावधानीपूर्वक कोरिएको वेज-र-ड्यास रेखाचित्रले मद्दत गर्छ। अणुलाई घुमाउँदा एउटा बन्ध द्विध्रुवको विपरीत दिशातर्फ कुनै जोडी नहुने गरी हुन सक्छ भने अणु ध्रुवीय हुन्छ। प्रत्येक बन्ध विपरीत पक्षको उस्तै बन्धले, वा 120° मा तीनओटा बन्ध जस्तो सममित समूहले, मेल खान्छ भने यो अध्रुवीय हुन्छ।

• प्रश्नले आणविक आकार माग्दा इलेक्ट्रोन-डोमेन ज्यामितिको नाम लिनु। पानीका डोमेन चतुष्फलकीय छन्; यसको आकार बाङ्गो हो।
• केन्द्रीय परमाणुमा एकल जोडी बिर्सनु, जसले गल्तीले NH₃ लाई त्रिकोणीय समतलीय अणु बनाउँछ।
• दोहोरो वा तेहेरो बन्धलाई दुई वा तीन डोमेन गन्नु।
• अणुका बन्ध ध्रुवीय छन् भन्ने कारणले मात्र अणु ध्रुवीय हो भन्ने निष्कर्ष निकाल्नु, द्विध्रुव कटिन्छन् कि जाँच नगरी।
• चेप्टो चित्रबाट सममिति निर्णय गर्नु। CH₂Cl₂ कागजमा सममित देखिन्छ तर दुई फरक किसिमका बन्ध भएको चतुष्फलकीय हो, त्यसैले यो ध्रुवीय हुन्छ।
• त्रिकोणीय द्विपिरामिडको अक्षीय स्थानमा एकल जोडी राख्नु, जसले SF₄, ClF₃ र XeF₂ का लागि गलत आकार दिन्छ।