VSEPR வடிவியலும் மூலக்கூறு முனைவுத்தன்மையும்

மையத்து அணுவைச் சுற்றி எலக்ட்ரான் களங்களை எண்ணுதல்

VSEPR சரியான லூயிஸ் கட்டமைப்பிலிருந்து தொடங்குகிறது. மையத்து அணுவைச் சுற்றி எலக்ட்ரான் களங்களை எண்ணுங்கள்: ஒவ்வொரு தனி இணையும் ஒரு களம், பிற அணுவுடனான ஒவ்வொரு பிணைப்பும், அது ஒற்றை, இரட்டை அல்லது மும்மையாக இருந்தாலும், ஒரு களம். மொத்தம் பெரும்பாலும் ஸ்டெரிக் எண் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இரட்டைப் பிணைப்பு ஒரு முறை மட்டுமே எண்ணப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் எலக்ட்ரான்கள் இரு அணுக்களுக்கு இடையிலான ஒரே வெளிப் பகுதியை ஆக்கிரமிக்கின்றன.

ஸ்டெரிக் எண், களங்களை மிகத் தொலைவில் வைக்கும் அமைப்பான எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியலை நிர்ணயிக்கிறது. இரண்டு களங்கள் நேர்கோட்டு (180°), மூன்று முக்கோணத் தளம் (120°), நான்கு நான்முகி (109.5°), ஐந்து முக்கோண இருபிரமிடு (90° மற்றும் 120°), ஆறு எண்முகி (90°).

ஒரு குறுகிய குறியீடு எண்ணிக்கையைக் கண்காணிக்கிறது. AXₘEₙ குறியீட்டில், A மையத்து அணு, m பிணைந்த அணுக்கள் X-இன் எண்ணிக்கை, n மையத்து அணுவில் உள்ள தனி இணைகள் E-இன் எண்ணிக்கை. நீர் AX₂E₂: இரண்டு பிணைந்த அணுக்கள், இரண்டு தனி இணைகள், ஸ்டெரிக் எண் 4.

எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியலும் மூலக்கூறு வடிவமும்

தனி இணைகள் இடத்தை எடுத்துக்கொள்கின்றன, ஆனால் அவை அணுக்கள் அல்ல; எனவே மூலக்கூறு வடிவத்தின் பெயரில் அவை தெரிவதில்லை. மூலக்கூறு வடிவவியல் அணுக்கள் எங்கே அமர்ந்துள்ளன என்பதை மட்டுமே விவரிக்கிறது. மையத்து அணுவில் தனி இணைகள் இல்லாதபோது, இரு வடிவவியல்களும் ஒன்றே; தனி இணைகள் இருக்கும்போது அவை வேறுபடுகின்றன.

முக்கோண இருபிரமிடில் நிலைகள் சமமானவை அல்ல: மூன்று நடுவரை நிலைகள் 120° இடைவெளியில் உள்ளன, இரண்டு அச்சு நிலைகள் நடுவரையிலிருந்து 90°-இல் உள்ளன. தனி இணைகள் முதலில் நடுவரை நிலைகளுக்குச் செல்கின்றன, ஏனெனில் நடுவரைத் தளத்துக்கு 90°-இல் இரண்டு அண்டை மட்டுமே உள்ளன, அச்சு இடத்துக்கு மூன்று உள்ளன.

• ஸ்டெரிக் எண் 3: AX₃ முக்கோணத் தளம்; AX₂E வளைந்தது, கோணம் 120°-க்குக் கீழ்.
• ஸ்டெரிக் எண் 4: AX₄ நான்முகி; AX₃E முக்கோணப் பிரமிடு; AX₂E₂ வளைந்தது, கோணங்கள் 109.5°-க்குக் கீழ்.
• ஸ்டெரிக் எண் 5: AX₅ முக்கோண இருபிரமிடு; AX₄E ஊஞ்சல்; AX₃E₂ T வடிவம்; AX₂E₃ நேர்கோட்டு.
• ஸ்டெரிக் எண் 6: AX₆ எண்முகி; AX₅E சதுரப் பிரமிடு; AX₄E₂ சதுரத் தளம்.

தனி இணைகள் பிணைப்புக் கோணங்களை ஏன் அழுத்துகின்றன

தனி இணை ஒரே ஓர் அணுக்கருவால் பிடிக்கப்படுவதால், அதன் எலக்ட்ரான் அடர்த்தி மையத்து அணுவுக்கு அருகில் பிணைப்பு இணையை விட அகலமாகப் பரவுகிறது. எனவே விலக்கங்கள் தனி இணை–தனி இணை > தனி இணை–பிணைப்பு இணை > பிணைப்பு இணை–பிணைப்பு இணை என்ற வரிசையைப் பின்பற்றுகின்றன; சேர்க்கப்படும் ஒவ்வொரு தனி இணையும் மீதமுள்ள பிணைப்புகளை மேலும் நெருக்கமாக அழுத்துகிறது.

நான்முகிக் குடும்பம் இந்தப் போக்கைக் காட்டுகிறது. தனி இணைகள் இல்லாத மீத்தேன், CH₄, H–C–H கோணங்கள் 109.5° கொண்டது. ஒரு தனி இணை கொண்ட அம்மோனியா, NH₃, H–N–H கோணங்கள் சற்றுச் சிறியவை. இரண்டு தனி இணைகள் கொண்ட நீர், H–O–H கோணம் 104.5°, இது OpenStax Chemistry 2e தரும் மதிப்பு. பல பிணைப்புகள் இதேபோன்ற, சிறிய விளைவைக் கொண்டுள்ளன, ஏனெனில் இரட்டைப் பிணைப்பு ஒற்றைப் பிணைப்பை விட அதிக எலக்ட்ரான் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது.

VSEPR இந்த விலகல்களின் திசையை நம்பகமாக முன்கணிக்கிறது, ஆனால் அவற்றின் துல்லிய அளவை அல்ல. தனி இணைகள் உள்ள மூலக்கூறில் ஒரு கோணத்தைக் கேள்வி கேட்கும்போது, அளவிடப்பட்ட தரவு உங்களிடம் இல்லையென்றால், இலட்சிய மதிப்பை விட “சற்றுக் குறைவு” என்று விடையளியுங்கள்.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டுகள்: குளோரின் டிரைஃப்ளோரைடு மற்றும் செனான் டெட்ராஃப்ளோரைடு

குளோரின் டிரைஃப்ளோரைடு, ClF₃. இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 7 + 3(7) = 28. மூன்று Cl–F ஒற்றைப் பிணைப்புகள் 6 எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்துகின்றன, மூன்று புளோரின் எண்மங்களை நிறைவு செய்ய 3 × 6 = 18 தேவை; மொத்தம் 24. மீதமுள்ள 4 எலக்ட்ரான்கள் குளோரினில் இரண்டு தனி இணைகளாகச் செல்கின்றன. குளோரினுக்கு மூன்று பிணைப்புகளும் இரண்டு தனி இணைகளும் உள்ளன; எனவே இது ஸ்டெரிக் எண் 5 கொண்ட AX₃E₂, எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியல் முக்கோண இருபிரமிடு.

இரண்டு தனி இணைகளும் நடுவரை நிலைகளை ஏற்கின்றன. இது நடுவரைத் தளத்தில் ஒரு புளோரினையும் அச்சு நிலைகளில் இரண்டையும் விட்டுச்செல்கிறது; எனவே அணுக்கள் T வடிவத்தை அமைக்கின்றன. தனி இணைகள் அச்சு புளோரின்களை நடுவரை புளோரினை நோக்கித் தள்ளுகின்றன; எனவே F–Cl–F கோணங்கள் 90°-ஐ விடச் சற்றுக் குறைவு. T வடிவத்தில் மூன்று Cl–F பிணைப்பு இருமுனைகளும் ரத்தாவதில்லை; எனவே ClF₃ முனைவுள்ளது.

செனான் டெட்ராஃப்ளோரைடு, XeF₄. இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 8 + 4(7) = 36. நான்கு Xe–F பிணைப்புகள் 8 எலக்ட்ரான்களையும், புளோரின் தனி இணைகள் 4 × 6 = 24-ஐயும் பயன்படுத்துகின்றன; மொத்தம் 32. மீதமுள்ள 4 எலக்ட்ரான்கள் செனானில் இரண்டு தனி இணைகள். நான்கு பிணைப்புகளும் இரண்டு தனி இணைகளும் உள்ள செனான் AX₄E₂, ஸ்டெரிக் எண் 6, எண்முகி எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியல்.

எண்முகியில் ஒவ்வொரு நிலையும் சமமானது; எனவே முதல் தனி இணை எங்கு வேண்டுமானாலும் செல்லலாம்; தனி இணை–தனி இணை விலக்கத்தைக் குறைக்க இரண்டாவது அதற்கு நேர் எதிரே 180° தொலைவில் செல்கிறது. நான்கு புளோரின்களும் தங்கள் அண்டை அணுக்களுக்கு 90°-இல் ஒரே தளத்தில் அமைகின்றன: சதுரத் தளம். ஒவ்வொரு Xe–F பிணைப்பும் முனைவுள்ளது, ஆனால் எதிர் பிணைப்புகள் துல்லியமாக எதிர்த் திசைகளில் சுட்டுவதால் இருமுனைகள் ரத்தாகின்றன; எனவே XeF₄ முனைவற்றது.

மூலக்கூறு முனைவுத்தன்மையைக் காண பிணைப்பு இருமுனைகளைக் கூட்டுதல்

வெவ்வேறு மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணுக்களுக்கு இடையிலான பிணைப்பு முனைவுள்ளது; அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை உள்ள அணுவில் பகுதி எதிர் மின்னூட்டம் (δ−) இருக்கும். ஒவ்வொரு பிணைப்பு இருமுனைக்கும் அளவும் திசையும் உண்டு; எனவே அது ஒரு காவி போல நடந்துகொள்கிறது. மூலக்கூறு இருமுனை உந்தம் என்பது அனைத்துப் பிணைப்பு இருமுனைகளின் காவிக் கூட்டுத்தொகை, பொதுவாக டிபை அலகில் (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m) தெரிவிக்கப்படுகிறது.

ஒரே மாதிரியான பிணைப்புகள் மையத்து அணுவைச் சுற்றி சீராக அமைந்திருக்கும்போது பிணைப்பு இருமுனைகள் ரத்தாகின்றன. அனைத்து X அணுக்களும் ஒன்றாக இருக்கும்போது AX₂ நேர்கோட்டு, AX₃ முக்கோணத் தளம், AX₄ நான்முகி, AX₅ முக்கோண இருபிரமிடு, AX₆ எண்முகி மூலக்கூறுகளுக்கு இது நிகழ்கிறது; தனி இணைகள் சீராக அமைந்து ஒவ்வொரு பிணைப்பும் ஒரே மாதிரியான பிணைப்புக்கு நேர் எதிரே சுட்டும் AX₄E₂ சதுரத் தளம், AX₂E₃ நேர்கோட்டு வடிவங்களுக்கும் இது நிகழ்கிறது. வடிவம் மற்றும் பதிலீடுகளின் பிற சேர்க்கைகள் பொதுவாக நிகர இருமுனையை விட்டுவைக்கின்றன.

தீர்த்த ஒப்பீடு: கந்தக டையாக்சைடும் கந்தக டிரைஆக்சைடும். SO₂-இல் 6 + 2(6) = 18 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன; அதன் லூயிஸ் கட்டமைப்பு கந்தகத்தில் இரண்டு பிணைப்புக் களங்களையும் ஒரு தனி இணையையும் (AX₂E) வைக்கிறது; எனவே மூலக்கூறு வளைந்தது. இரு S–O இருமுனைகள் ஓரளவு ஒரே திசையில் சுட்டுகின்றன, அவற்றின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்யம் அல்ல; எனவே SO₂ முனைவுள்ளது. SO₃-இல் 6 + 3(6) = 24 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களும், கந்தகத்தில் தனி இணை இல்லாத மூன்று பிணைப்புக் களங்களும் (AX₃) உள்ளன; எனவே அது முக்கோணத் தளம். 120° இடைவெளியில் உள்ள மூன்று சமமான இருமுனைகளின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்யம்; எனவே SO₃-இல் ஒவ்வொரு பிணைப்பும் முனைவுள்ளதாக இருந்தாலும் SO₃ முனைவற்றது.

வடிவம் மற்றும் முனைவுத்தன்மையில் பொதுவான தவறுகள்

பெரும்பாலான பிழைகள் லூயிஸ் கட்டமைப்பைத் தவிர்ப்பதிலிருந்து, அல்லது பக்கத்தில் உள்ள தட்டையான வரைபடத்தை உண்மையான வடிவம் போலப் படிப்பதிலிருந்து வருகின்றன. ஒரு விரைவான வழக்கம் அவற்றைப் பிடிக்கிறது: லூயிஸ் கட்டமைப்பை வரையுங்கள், மையத்து அணுவில் களங்களை எண்ணுங்கள், எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியலுக்குப் பெயரிடுங்கள், தனி இணைகளை நீக்கி மூலக்கூறு வடிவத்துக்குப் பெயரிடுங்கள், பின்னர் பிணைப்பு இருமுனைகளை முப்பரிமாணத்தில் கூட்டுங்கள்.

கடைசிப் படிக்கு ஓர் இயற்பியல் மாதிரி அல்லது கவனமான ஆப்பு-கோடு வரைபடம் உதவுகிறது. ஒரு பிணைப்பு இருமுனைக்கு எதிர்த் திசையில் சுட்டும் துணை இல்லாதபடி மூலக்கூறைச் சுழற்ற முடிந்தால், மூலக்கூறு முனைவுள்ளது. ஒவ்வொரு பிணைப்பும் எதிர்ப் பக்கத்தில் ஒரே மாதிரியான பிணைப்புடன், அல்லது 120°-இல் மூன்று பிணைப்புகள் போன்ற சீரான தொகுப்புடன் பொருந்தினால், அது முனைவற்றது.

• மூலக்கூறு வடிவத்தைக் கேள்வி கேட்கும்போது எலக்ட்ரான்-கள வடிவவியலுக்குப் பெயரிடுதல். நீரின் களங்கள் நான்முகி; அதன் வடிவம் வளைந்தது.
• மையத்து அணுவில் தனி இணைகளை மறத்தல்; இது NH₃-ஐத் தவறாக முக்கோணத் தள மூலக்கூறாக்குகிறது.
• இரட்டை அல்லது மும்மைப் பிணைப்பை இரண்டு அல்லது மூன்று களங்களாக எண்ணுதல்.
• பிணைப்புகள் முனைவுள்ளவை என்பதால் மூலக்கூறு முனைவுள்ளது என முடிவு செய்து, இருமுனைகள் ரத்தாகின்றனவா எனச் சரிபார்க்காமல் இருத்தல்.
• தட்டையான வரைபடத்திலிருந்து சமச்சீரைத் தீர்மானித்தல். CH₂Cl₂ காகிதத்தில் சமச்சீராகத் தெரிகிறது, ஆனால் இரண்டு வெவ்வேறு வகைப் பிணைப்புகளுடன் நான்முகியாக உள்ளது; எனவே முனைவுள்ளது.
• முக்கோண இருபிரமிடின் அச்சு நிலைகளில் தனி இணைகளை இடுதல்; இது SF₄, ClF₃, XeF₂ ஆகியவற்றுக்குத் தவறான வடிவத்தைத் தருகிறது.