વર્ણસંકરીકરણના પ્રકારો. ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સ અને મોલેક્યુલર ભૂમિતિનું વર્ણસંકરીકરણ

વર્ણસંકરકરણ અણુ ભ્રમણકક્ષા- એક પ્રક્રિયા જે અમને એ સમજવાની મંજૂરી આપે છે કે સંયોજનો બનાવતી વખતે અણુઓ તેમના ભ્રમણકક્ષામાં કેવી રીતે ફેરફાર કરે છે. તેથી, વર્ણસંકરકરણ શું છે અને તેના કયા પ્રકારો અસ્તિત્વમાં છે?

અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ

અણુ ભ્રમણકક્ષા એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં કેન્દ્રીય અણુના વિવિધ ભ્રમણકક્ષાઓ મિશ્રિત થાય છે, પરિણામે સમાન લાક્ષણિકતાઓ સાથે ભ્રમણકક્ષાની રચના થાય છે.

વર્ણસંકરીકરણ સહસંયોજક બોન્ડની રચના દરમિયાન થાય છે.

વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષામાં અણુ ન્યુક્લિયસથી દૂર વિસ્તરેલ અનંત ચિન્હ અથવા આઠની અસમપ્રમાણ ઊંધી આકૃતિ હોય છે. આ સ્વરૂપ શુદ્ધ અણુ ભ્રમણકક્ષાની તુલનામાં અન્ય અણુઓના ભ્રમણકક્ષા (શુદ્ધ અથવા સંકર) સાથે હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સના વધુ મજબૂત ઓવરલેપનું કારણ બને છે અને મજબૂત સહસંયોજક બોન્ડની રચના તરફ દોરી જાય છે.

ચોખા. 1. વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષાનો દેખાવ.

અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણનો વિચાર સૌપ્રથમ અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક એલ. પાઉલિંગ દ્વારા આગળ મૂકવામાં આવ્યો હતો. તેમનું માનવું હતું કે રાસાયણિક બંધનમાં પ્રવેશતા અણુમાં વિવિધ અણુ ભ્રમણકક્ષાઓ (s-, p-, d-, f-ઓર્બિટલ્સ) હોય છે અને પરિણામે, આ ભ્રમણકક્ષાનું વર્ણસંકરીકરણ થાય છે. પ્રક્રિયાનો સાર એ છે કે એકબીજાની સમકક્ષ અણુ ભ્રમણકક્ષાઓ વિવિધ ભ્રમણકક્ષાઓમાંથી રચાય છે.

અણુ ભ્રમણકક્ષાના સંકરણના પ્રકાર

હાઇબ્રિડાઇઝેશનના ઘણા પ્રકારો છે:

• . આ પ્રકારનું વર્ણસંકરીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે એક ઓર્બિટલ અને એક પી ઓર્બિટલ મિશ્રિત થાય છે. પરિણામે, બે સંપૂર્ણ સુવિધાયુક્ત એસપી ઓર્બિટલ્સ રચાય છે. આ ભ્રમણકક્ષાઓ અણુ ન્યુક્લિયસ તરફ એવી રીતે સ્થિત છે કે તેમની વચ્ચેનો કોણ 180 ડિગ્રી છે.

ચોખા. 2. એસપી-સંકરકરણ.

• sp2 હાઇબ્રિડાઇઝેશન. આ પ્રકારનું વર્ણસંકરીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે એક ઓર્બિટલ અને બે પી ઓર્બિટલ મિશ્રિત થાય છે. પરિણામે, ત્રણ વર્ણસંકર ઓર્બિટલ્સ રચાય છે, જે એક જ પ્લેનમાં એકબીજાથી 120 ડિગ્રીના ખૂણા પર સ્થિત છે.
• . આ પ્રકારનું વર્ણસંકરીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે એક ઓર્બિટલ અને ત્રણ પી ઓર્બિટલનું મિશ્રણ થાય છે. પરિણામે, ચાર સંપૂર્ણ સુવિધાયુક્ત sp3 ઓર્બિટલ્સ રચાય છે. આ ભ્રમણકક્ષાઓ ટેટ્રાહેડ્રોનની ટોચ તરફ નિર્દેશિત છે અને એકબીજાથી 109.28 ડિગ્રીના ખૂણા પર સ્થિત છે.

sp3 હાઇબ્રિડાઇઝેશન એ ઘણા તત્વોની લાક્ષણિકતા છે, ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન અણુ અને જૂથ IV (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, વગેરે) ના અન્ય પદાર્થો.

ચોખા. 3. sp3 હાઇબ્રિડાઇઝેશન.

અણુઓના ડી-ઓર્બિટલ્સને સંડોવતા વધુ જટિલ પ્રકારના વર્ણસંકર પણ શક્ય છે.

આપણે શું શીખ્યા?

હાઇબ્રિડાઇઝેશન જટિલ છે રાસાયણિક પ્રક્રિયા, જ્યારે અણુના વિવિધ ભ્રમણકક્ષાઓ સમાન (સમાન) વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા બનાવે છે. વર્ણસંકરીકરણનો સિદ્ધાંત સૌપ્રથમ અમેરિકન એલ. પાઉલિંગ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. વર્ણસંકરીકરણના ત્રણ મુખ્ય પ્રકારો છે: sp-સંકરીકરણ, sp2-સંકરીકરણ, sp3-સંકરીકરણ. વર્ણસંકરીકરણના વધુ જટિલ પ્રકારો પણ છે જેમાં ડી ઓર્બિટલ્સનો સમાવેશ થાય છે.

રસાયણશાસ્ત્રનું એક કાર્ય એ પદાર્થની રચનાનો અભ્યાસ છે, જેમાં એકના અણુઓ દ્વારા બનેલા સરળ પદાર્થોમાંથી વિવિધ સંયોજનોની રચનાની પદ્ધતિની સ્પષ્ટતાનો સમાવેશ થાય છે. રાસાયણિક તત્વ. અણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની વિશેષતાઓ, વધુ સ્પષ્ટ રીતે, તેમના અલગ-અલગ ચાર્જ કરેલા ઘટકો - ઇલેક્ટ્રોનિક શેલ્સ અને ન્યુક્લી - વિવિધ પ્રકારના રાસાયણિક બોન્ડ તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે. આમ, પદાર્થોની રચના સહસંયોજક બોન્ડ દ્વારા થાય છે, જેનું વર્ણન કરવા માટે 1931માં અમેરિકન રસાયણશાસ્ત્રી એલ. પાઉલિંગે અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણના મોડેલની દરખાસ્ત કરી હતી.

સહસંયોજક બોન્ડનો ખ્યાલ

એવા કિસ્સાઓમાં કે જ્યાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાના પરિણામે બે અણુઓ માટે સામાન્ય વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન વાદળોની જોડીની રચના થાય છે, અમે સહસંયોજક બંધનની વાત કરીએ છીએ. તેની ઘટનાના પરિણામે, સૌથી નાનો કણસરળ અથવા જટિલ પદાર્થ - પરમાણુ.

સહસંયોજક બોન્ડની વિશેષતાઓમાંની એક તેની દિશાશીલતા છે - એક પરિણામ જટિલ આકારઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સ p, d અને f, જે, ગોળાકાર સમપ્રમાણતા વિના, ચોક્કસ અવકાશી દિશા ધરાવે છે. બીજો કોઈ મહત્વપૂર્ણ લક્ષણઆ પ્રકારના રાસાયણિક બંધન - સંતૃપ્તિ, અણુમાં મર્યાદિત સંખ્યામાં બાહ્ય - સંયોજકતા - વાદળોને કારણે. તેથી જ પરમાણુનું અસ્તિત્વ, ઉદાહરણ તરીકે, H 2 O, શક્ય છે, પરંતુ H 5 O નથી.

સહસંયોજક બોન્ડના પ્રકાર

વહેંચાયેલ ઇલેક્ટ્રોન જોડીઓની રચના થઈ શકે છે અલગ રસ્તાઓ. સહસંયોજક બોન્ડ રચનાની પદ્ધતિમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકાક્લાઉડ ઓવરલેપની પ્રકૃતિ અને પરિણામી મેઘની અવકાશી સમપ્રમાણતામાં ભૂમિકા ભજવે છે. આ માપદંડ અનુસાર, એલ. પાઉલિંગે નીચેના પ્રકારોને અલગ પાડવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો:

• સિગ્મા બોન્ડ (σ) પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી ધરી સાથે ઓવરલેપની સૌથી મોટી ડિગ્રી ધરાવે છે. અહીં વાદળની ઘનતા મહત્તમ હશે.
• પાઇ બોન્ડ (π) લેટરલ ઓવરલેપ દ્વારા રચાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ, તે મુજબ, ન્યુક્લીને જોડતા અક્ષની બહાર સૌથી વધુ ઘનતા ધરાવે છે.

સહસંયોજક બોન્ડના ઉર્જા માપદંડો સાથે સહસંબંધ હોવાથી આ અવકાશી લાક્ષણિકતાઓનું ખૂબ મહત્વ છે.

પોલિએટોમિક પરમાણુઓની વિશેષતાઓ

પોલિએટોમિક પરમાણુઓમાં સહસંયોજક બોન્ડની એક વિશેષતા સમજાવવા માટે પોલીંગ દ્વારા વર્ણસંકરીકરણનો ખ્યાલ રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. તે જાણીતું છે કે આવા પરમાણુઓમાં કેન્દ્રિય અણુ દ્વારા રચાયેલા બોન્ડ અવકાશી અને ઊર્જા લાક્ષણિકતાઓમાં સમાન હોય છે. સામાન્ય ઈલેક્ટ્રોન જોડીની રચનામાં ક્યા ભ્રમણકક્ષાઓ (s, p અથવા d) સામેલ છે તેને ધ્યાનમાં લીધા વિના આ થાય છે.

ખૂબ અનુકૂળ અને સ્પષ્ટ ઉદાહરણકાર્બન અણુનો ઉપયોગ આ ઘટનાને સમજાવવા માટે થાય છે. રાસાયણિક બંધનમાં પ્રવેશતી વખતે, ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં અણુમાં 4 વેલેન્સ ઓર્બિટલ્સ હોય છે: 2s, 2p x, 2p y અને 2p z. છેલ્લા ત્રણ ઊર્જા અને આકારમાં 2s ભ્રમણકક્ષાથી અલગ છે. તેમ છતાં, એક પરમાણુમાં, ઉદાહરણ તરીકે, CH4 મિથેન, ચારેય બોન્ડ સંપૂર્ણપણે સમકક્ષ હોય છે અને તેમાં 109.5° ના બોન્ડ કોણ હોય છે (જ્યારે p-ઓર્બિટલ્સ 90°ના ખૂણા પર સ્થિત હોય છે). અન્ય કાર્બન સંયોજનોમાં, 120° અને 180° ના બોન્ડ એંગલ થાય છે; નાઇટ્રોજન (એમોનિયા NH 3) અને ઓક્સિજન (પાણી H 2 O) ધરાવતા પરમાણુઓમાં આ ખૂણા 107.5° અને 104.5° છે. આવા બોન્ડ એન્ગલના દેખાવ માટે પણ સમજૂતીની જરૂર છે.

ઘટનાનો સાર

વર્ણસંકરીકરણનો વિચાર ઇલેક્ટ્રોન વાદળોને ઓવરલેપ કરીને સરેરાશ ઓર્બિટલ્સની રચના છે વિવિધ પ્રકારોનજીકના ઊર્જા મૂલ્યો સાથે - s, p, ક્યારેક d. પરિણામી - હાઇબ્રિડ - ઓર્બિટલ્સની સંખ્યા ઓવરલેપિંગ વાદળોની સંખ્યાને અનુરૂપ છે. ઓર્બિટલ એ અણુમાં ચોક્કસ બિંદુ પર ઇલેક્ટ્રોન શોધવાની નિર્ધારિત સંભાવના હોવાથી, હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ એ વેવ ફંક્શન્સની સુપરપોઝિશન છે જે જ્યારે અણુ ઉત્સાહિત હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણોના પરિણામે થાય છે. તે સમકક્ષ તરંગ કાર્યોના ઉદભવ તરફ દોરી જાય છે જે ફક્ત દિશામાં અલગ પડે છે.

હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ ઊર્જામાં સમકક્ષ હોય છે અને ત્રિ-પરિમાણીય આકૃતિ આઠના સ્વરૂપમાં સમાન આકાર ધરાવે છે, જે ન્યુક્લિયસની તુલનામાં મજબૂત અસમપ્રમાણતા ધરાવે છે. વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા સાથે મજબૂત સહસંયોજક બંધનની રચના દરમિયાન છોડવામાં આવે છે તેના કરતા ઓછી ઉર્જા વર્ણસંકરીકરણ પર ખર્ચવામાં આવે છે, તેથી આ પ્રક્રિયા ઉર્જાથી અનુકૂળ છે, એટલે કે, સૌથી વધુ સંભવિત છે.

ઓર્બિટલ હાઇબ્રિડાઇઝેશન અને મોલેક્યુલર ભૂમિતિ

શક્ય વિવિધ વિકલ્પોઅણુમાં બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન વાદળોનું ઓવરલેપ (મિશ્રણ). ઓર્બિટલ સુપરપોઝિશનના સૌથી સામાન્ય પ્રકારો છે:

• Sp 3 -સંકરકરણ. આ વિકલ્પએક s- અને ત્રણ p-ઓર્બિટલ્સને સુપરપોઝ કરીને અનુભવાય છે. પરિણામ એ ચાર વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા છે, જેની અક્ષો 109.5°ના ખૂણા પર કોઈપણ જોડી માટે નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનના લઘુત્તમ પરસ્પર વિકારને અનુરૂપ છે. જ્યારે આ ભ્રમણકક્ષાઓ અન્ય અણુઓ સાથે σ બોન્ડમાં પ્રવેશે છે, ત્યારે ટેટ્રેહેડ્રલ રૂપરેખાંકનનો એક પરમાણુ રચાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, મિથેન, ઇથેન C 2 H 6 (બે ટેટ્રાહેડ્રાનું મિશ્રણ), એમોનિયા, પાણી. એમોનિયાના પરમાણુમાં, એક અને પાણીના અણુમાં, ટેટ્રાહેડ્રોનના બે શિરોબિંદુઓ એકલા ઇલેક્ટ્રોન જોડી દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, જે બોન્ડ એન્ગલમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.
• Sp 2 વર્ણસંકરીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે એક s અને બે p ઓર્બિટલ્સને જોડવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, ત્રણ વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષાઓ સમાન સમતલમાં 120°ના ખૂણા પર સ્થિત છે. સમાન ત્રિકોણાકાર આકારઉદાહરણ તરીકે, બોરોન ટ્રાઇક્લોરાઇડ BCl 3 ના અણુઓ છે, જેનો ઉપયોગ વિવિધ તકનીકોમાં થાય છે. અન્ય ઉદાહરણ, ઇથિલિન પરમાણુ, કાર્બન અણુઓ વચ્ચેના વધારાના π બોન્ડને કારણે રચાય છે, જેમાં એક p ભ્રમણકક્ષા બિન-સંકર છે અને બે ત્રિકોણ દ્વારા રચાયેલી સમતલ પર લંબરૂપ છે.
• Sp વર્ણસંકરીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે એક s અને એક p ભ્રમણકક્ષાનું મિશ્રણ થાય છે. બે વર્ણસંકર વાદળો 180°ના ખૂણા પર સ્થિત છે, અને પરમાણુ એક રેખીય રૂપરેખા ધરાવે છે. બેરિલિયમ ક્લોરાઇડ BeCl 2 અથવા એસિટીલીન C 2 H 2 (બાદમાં, બે બિન-સંકર p-કાર્બન ઓર્બિટલ્સ વધારાના π બોન્ડ બનાવે છે) ના અણુઓ ઉદાહરણો છે.

અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણ માટે વધુ જટિલ વિકલ્પો પણ છે: sp 3 d, sp 3 d 2 અને અન્ય.

વર્ણસંકર મોડેલની ભૂમિકા

પાઉલિંગનો ખ્યાલ પરમાણુઓની રચનાનું સારું ગુણાત્મક વર્ણન પૂરું પાડે છે. તે અનુકૂળ અને દ્રશ્ય છે, અને સહસંયોજક સંયોજનોની કેટલીક વિશેષતાઓને સફળતાપૂર્વક સમજાવે છે, જેમ કે બોન્ડ એન્ગલનું કદ અથવા રાસાયણિક બોન્ડની લંબાઈનું સંરેખણ. જો કે, મોડેલની જથ્થાત્મક બાજુ સંતોષકારક ગણી શકાય નહીં, કારણ કે તે પરમાણુઓની માળખાકીય વિશેષતાઓ સાથે સંકળાયેલ ભૌતિક અસરોને લગતી ઘણી મહત્વપૂર્ણ આગાહીઓ કરવાની મંજૂરી આપતું નથી, ઉદાહરણ તરીકે, મોલેક્યુલર ફોટોઈલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રા. વર્ણસંકરીકરણની વિભાવનાના લેખકે પોતે 1950 ના દાયકાની શરૂઆતમાં તેની ખામીઓ નોંધી છે.

તેમ છતાં, અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણના મોડેલે પદાર્થની રચના વિશેના આધુનિક વિચારોના વિકાસમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવી હતી. તેના આધારે, વધુ પર્યાપ્ત વિભાવનાઓ વિકસાવવામાં આવી હતી, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન જોડીના ભગાડવાનો સિદ્ધાંત. તેથી, અલબત્ત, વર્ણસંકરીકરણ મોડેલ સૈદ્ધાંતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસમાં એક મહત્વપૂર્ણ તબક્કો હતો, અને જ્યારે પરમાણુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક રચનાના કેટલાક પાસાઓનું વર્ણન કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે વર્તમાન સમયે તદ્દન લાગુ પડે છે.

વેલેન્સ બોન્ડ પદ્ધતિ ઘણા અણુઓની અવકાશી લાક્ષણિકતાઓને સ્પષ્ટ રીતે સમજાવવાનું શક્ય બનાવે છે. જો કે, ભ્રમણકક્ષાના આકારોનો સામાન્ય વિચાર એ પ્રશ્નનો જવાબ આપવા માટે પૂરતો નથી કે શા માટે, જો કેન્દ્રીય અણુ અલગ હોય તો - s, પી, ડી- વેલેન્સ ઓર્બિટલ્સ, સમાન અવેજીઓ સાથેના પરમાણુઓમાં તેના દ્વારા રચાયેલા બોન્ડ્સ તેમની ઊર્જા અને અવકાશી લાક્ષણિકતાઓમાં સમકક્ષ હોવાનું બહાર આવે છે. 19મી સદીના વીસના દાયકામાં, લિનસ પાઉલિંગે ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સના વર્ણસંકરીકરણની વિભાવનાની દરખાસ્ત કરી હતી. વર્ણસંકરીકરણ એ આકાર અને ઊર્જામાં અણુ ભ્રમણકક્ષાના સંરેખણનું અમૂર્ત મોડેલ છે.

વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષાના આકારોનાં ઉદાહરણો કોષ્ટક 5 માં પ્રસ્તુત છે.

કોષ્ટક 5. હાઇબ્રિડ એસપી, એસપી 2 , sp 3 ભ્રમણકક્ષા

પરમાણુઓના ભૌમિતિક આકાર અને બોન્ડ એન્ગલના કદ (કાર્યો 2-5ના ઉદાહરણો) સમજાવતી વખતે વર્ણસંકરીકરણનો ખ્યાલ વાપરવા માટે અનુકૂળ છે.

BC પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને અણુઓની ભૂમિતિ નક્કી કરવા માટે અલ્ગોરિધમ:

એ. ટર્મિનલ અણુ સાથે કેન્દ્રિય અણુ અને σ-બોન્ડની સંખ્યા નક્કી કરો.

b બધા અણુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકનો દોરો જે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તરોની પરમાણુ અને ગ્રાફિક છબીઓ બનાવે છે.

વી. BC પદ્ધતિના સિદ્ધાંતો અનુસાર, દરેક બોન્ડની રચના માટે ઇલેક્ટ્રોનની એક જોડીની જરૂર પડે છે, સામાન્ય કિસ્સામાં, દરેક અણુમાંથી એક. જો કેન્દ્રિય અણુ માટે પર્યાપ્ત અનપેયર્ડ ઈલેક્ટ્રોન ન હોય, તો કોઈએ ઈલેક્ટ્રોનની જોડીમાંથી એકના ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર સંક્રમણ સાથે પરમાણુની ઉત્તેજના ધારણ કરવી જોઈએ.

d. બધા બોન્ડ અને પ્રથમ સમયગાળાના તત્વો માટે, અનપેયર્ડ ઈલેક્ટ્રોન્સને ધ્યાનમાં લઈને, સંકરીકરણની જરૂરિયાત અને પ્રકારને ધારો.

e. ઉપરોક્ત નિષ્કર્ષના આધારે, પરમાણુમાંના તમામ અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક ઓર્બિટલ્સ (સંકર કે નહીં) દોરો અને તેમના ઓવરલેપ કરો. પરમાણુની ભૂમિતિ અને બોન્ડ કોણના અંદાજિત મૂલ્ય વિશે નિષ્કર્ષ દોરો.

f. અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી મૂલ્યોના આધારે બોન્ડ ધ્રુવીયતાની ડિગ્રી નક્કી કરો (કોષ્ટક 6) હકારાત્મક અને નકારાત્મક શુલ્કના ગુરુત્વાકર્ષણના કેન્દ્રોના સ્થાન અને/અથવા પરમાણુની સમપ્રમાણતાના આધારે દ્વિધ્રુવીય ક્ષણની હાજરી નક્કી કરો .

કોષ્ટક 6. પૉલિંગ અનુસાર કેટલાક તત્વોના ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી મૂલ્યો

કાર્યોના ઉદાહરણો

વ્યાયામ 1. BC પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને CO પરમાણુમાં રાસાયણિક બંધનનું વર્ણન કરો.

ઉકેલ (ફિગ. 25)

એ. પરમાણુ બનાવે છે તે તમામ અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકનો દોરો.

b બોન્ડ બનાવવા માટે, સામાજિક ઇલેક્ટ્રોન જોડી બનાવવી જરૂરી છે

આકૃતિ 25. CO પરમાણુમાં બોન્ડ નિર્માણની યોજના (ભ્રમણકક્ષાના સંકરણ વિના)

નિષ્કર્ષ: CO પરમાણુમાં ટ્રિપલ બોન્ડ C≡O છે

CO પરમાણુ માટે, આપણે હાજરી ધારી શકીએ છીએ sp-બંને અણુઓના ભ્રમણકક્ષાનું વર્ણસંકરકરણ (ફિગ. 26). બોન્ડ રચનામાં સામેલ ન હોય તેવા જોડી ઇલેક્ટ્રોન પર સ્થિત છે sp- વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા.

આકૃતિ 26. CO પરમાણુમાં બોન્ડ નિર્માણની યોજના (ઓર્બિટલ્સના વર્ણસંકરીકરણને ધ્યાનમાં લેતા)

કાર્ય 2. BC પદ્ધતિના આધારે, BeH 2 પરમાણુનું અવકાશી માળખું ધારો અને નક્કી કરો કે શું પરમાણુ દ્વિધ્રુવ છે.

સમસ્યાનો ઉકેલ કોષ્ટક 7 માં રજૂ કરવામાં આવ્યો છે.

કોષ્ટક 7. BeH 2 પરમાણુની ભૂમિતિનું નિર્ધારણ

	ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન		નોંધો
એ.			કેન્દ્રીય અણુ બેરિલિયમ છે. તેને હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે બે ϭ-બોન્ડ બનાવવાની જરૂર છે
b	એચ: 1 s 1 બનો: 2 s 2		હાઇડ્રોજન અણુમાં જોડી વગરનું ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, બેરિલિયમ અણુમાં તેના બધા ઇલેક્ટ્રોન જોડી હોય છે, તેને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરવું આવશ્યક છે
વી.	એચ: 1 s 1 બનો*: 2 s 1 2પી 1		જો એક હાઇડ્રોજન અણુ 2 ને કારણે બેરિલિયમ સાથે બંધાયેલ હોય s-બેરિલિયમનું ઇલેક્ટ્રોન, અને બીજું - 2 ને કારણે પી-બેરિલિયમનું ઈલેક્ટ્રોન, તો પરમાણુમાં સમપ્રમાણતા નહીં હોય, જે ઉર્જાપૂર્વક ન્યાયી નથી, અને Be–H બોન્ડ સમકક્ષ નહીં હોય.
જી.	એચ: 1 s 1 બનો*: 2( sp) 2		એવું માનવું જોઈએ કે ત્યાં છે sp- વર્ણસંકરીકરણ
ડી.			બે sp-સંકર ઓર્બિટલ્સ 180°ના ખૂણા પર સ્થિત છે, BeH 2 પરમાણુ રેખીય છે
ઇ.		ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી χ H = 2.1, χ Be = 1.5, તેથી બોન્ડ સહસંયોજક ધ્રુવીય છે, ઇલેક્ટ્રોનની ઘનતા હાઇડ્રોજન પરમાણુમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, તેના પર એક નાનો નકારાત્મક ચાર્જ δ– દેખાય છે. બેરિલિયમ અણુ δ+ પર. સકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જના ગુરુત્વાકર્ષણ કેન્દ્રો એકરૂપ હોવાથી (તે સપ્રમાણ છે), પરમાણુ દ્વિધ્રુવ નથી.

સમાન તર્ક સાથે પરમાણુઓની ભૂમિતિનું વર્ણન કરવામાં મદદ કરશે sp 2 - અને sp 3-હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ (કોષ્ટક 8).

કોષ્ટક 8. BF 3 અને CH 4 પરમાણુઓની ભૂમિતિ

કાર્ય 3. BC પદ્ધતિના આધારે, H 2 O પરમાણુની અવકાશી રચના ધારો અને નક્કી કરો કે પરમાણુ દ્વિધ્રુવ છે કે કેમ. ત્યાં બે સંભવિત ઉકેલો છે, તે કોષ્ટક 9 અને 10 માં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે.

કોષ્ટક 9. H 2 O પરમાણુની ભૂમિતિનું નિર્ધારણ (ભ્રમણકક્ષાના સંકરણ વિના)

	ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન	બાહ્ય સ્તરની ભ્રમણકક્ષાની ગ્રાફિક રજૂઆત	નોંધો
એ.
b	એચ: 1 s 1 ઓ: 2 s 2 2પી 4
વી.			હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે બે ϭ બોન્ડ બનાવવા માટે પર્યાપ્ત અનપેયર્ડ ઇલેક્ટ્રોન છે.
જી.			વર્ણસંકરીકરણની ઉપેક્ષા કરી શકાય છે
ડી.
ઇ.

આમ, પાણીના અણુમાં લગભગ 90° નો બોન્ડ એંગલ હોવો જોઈએ. જો કે, બોન્ડ વચ્ચેનો કોણ આશરે 104° છે.

આ સમજાવી શકાય છે

1) એકબીજાની નજીક સ્થિત હાઇડ્રોજન અણુઓનું વિકર્ષણ.

2) ઓર્બિટલ્સનું હાઇબ્રિડાઇઝેશન (કોષ્ટક 10).

કોષ્ટક 10. H 2 O પરમાણુની ભૂમિતિનું નિર્ધારણ (ભ્રમણકક્ષાના સંકરીકરણને ધ્યાનમાં લેતા)

	ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન	બાહ્ય સ્તરની ભ્રમણકક્ષાની ગ્રાફિક રજૂઆત	નોંધો
એ.			કેન્દ્રીય અણુ ઓક્સિજન છે. તેને હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે બે ϭ બોન્ડ બનાવવાની જરૂર છે.
b	એચ: 1 s 1 ઓ: 2 s 2 2પી 4		હાઇડ્રોજન અણુમાં જોડી વગરના ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, અને ઓક્સિજન અણુમાં બે જોડી વગરના ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
વી.			હાઇડ્રોજન અણુમાં જોડી વગરના ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, અને ઓક્સિજન અણુમાં બે જોડી વગરના ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
જી.			104°નો ખૂણો હાજરી સૂચવે છે sp 3-સંકરીકરણ.
ડી.			બે sp 3-સંકર ઓર્બિટલ્સ લગભગ 109°ના ખૂણા પર સ્થિત છે, H 2 O પરમાણુ આકારમાં ટેટ્રાહેડ્રોનની નજીક છે, બોન્ડ એન્ગલમાં ઘટાડો ઇલેક્ટ્રોન નોન-બોન્ડિંગ જોડીના પ્રભાવ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.
ઇ.		ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી χ Н = 2.1, χ О = 3.5, તેથી બોન્ડ સહસંયોજક ધ્રુવીય છે, ઇલેક્ટ્રોનની ઘનતા ઓક્સિજન પરમાણુમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, તેના પર એક નાનો નકારાત્મક ચાર્જ 2δ– દેખાય છે. હાઇડ્રોજન અણુ δ+ પર. સકારાત્મક અને નકારાત્મક શુલ્કના ગુરુત્વાકર્ષણ કેન્દ્રો એકરૂપ થતા નથી (તે સપ્રમાણતા નથી), અણુ એ દ્વિધ્રુવ છે.

સમાન તર્ક એક એમોનિયા પરમાણુ NH 3 માં બોન્ડ કોણ સમજાવવા માટે પરવાનગી આપે છે. એકલા ઈલેક્ટ્રોન જોડીને સંડોવતા વર્ણસંકરીકરણ સામાન્ય રીતે સમયગાળા II તત્વોના અણુઓના ભ્રમણકક્ષા માટે જ માનવામાં આવે છે. પરમાણુઓમાં બોન્ડ કોણ H 2 S = 92°, H 2 Se = 91°, H 2 Te = 89°. NH 3, РH 3, AsH 3 શ્રેણીમાં પણ આ જ જોવા મળે છે. આ પરમાણુઓની ભૂમિતિનું વર્ણન કરતી વખતે, પરંપરાગત રીતે, કાં તો તેઓ વર્ણસંકરીકરણની વિભાવનાનો આશરો લેતા નથી, અથવા તેઓ એકલા જોડીના વધતા પ્રભાવ દ્વારા ટેટ્રાહેડ્રલ કોણમાં ઘટાડો સમજાવે છે.

અણુ ભ્રમણકક્ષા અને મોલેક્યુલર ભૂમિતિનું વર્ણસંકરીકરણ

મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાબે કરતાં વધુ અણુઓનો સમાવેશ થાય છે ભૌમિતિક રૂપરેખાંકન.તે રાસાયણિક બોન્ડની રચનામાં સામેલ અણુ ભ્રમણકક્ષાની પરસ્પર વ્યવસ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોન વાદળોનું ઓવરલેપિંગ ફક્ત ઇલેક્ટ્રોન વાદળોના ચોક્કસ સંબંધિત અભિગમ સાથે જ શક્ય છે; આ કિસ્સામાં, ઓવરલેપ ક્ષેત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા અણુઓના સંદર્ભમાં ચોક્કસ દિશામાં સ્થિત છે.

કોષ્ટક 1 ભ્રમણકક્ષાનું હાઇબ્રિડાઇઝેશન અને પરમાણુઓનું અવકાશી રૂપરેખાંકન

ઉત્તેજિત બેરિલિયમ અણુનું રૂપરેખાંકન 2s 1 2p 1 છે, એક ઉત્તેજિત બોરોન અણુનું રૂપરેખાંકન 2s 1 2p 2 છે, અને ઉત્તેજિત કાર્બન અણુનું રૂપરેખાંકન 2s 1 2p 3 છે. તેથી, આપણે માની શકીએ છીએ કે રાસાયણિક બોન્ડની રચનામાં સમાન નથી, પરંતુ વિવિધ અણુ ભ્રમણકક્ષાઓ ભાગ લઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, BeCl 2, BeCl 3, CCl 4 જેવા સંયોજનોમાં અસમાન તાકાત અને દિશાના બોન્ડ હોવા જોઈએ, અને p-ઓર્બિટલ્સમાંથી σ-બોન્ડ્સ s-ઓર્બિટલ્સના બોન્ડ કરતાં વધુ મજબૂત હોવા જોઈએ, કારણ કે પી-ઓર્બિટલ્સ માટે ત્યાં વધુ છે અનુકૂળ પરિસ્થિતિઓઓવરલેપિંગ માટે. જો કે, અનુભવ દર્શાવે છે કે વિવિધ વેલેન્સ ઓર્બિટલ્સ (s, p, d) સાથે કેન્દ્રીય અણુઓ ધરાવતા પરમાણુઓમાં, તમામ બોન્ડ સમાન હોય છે. આ અંગેનો ખુલાસો સ્લેટર અને પાઉલિંગ દ્વારા આપવામાં આવ્યો હતો. તેઓએ તારણ કાઢ્યું હતું કે વિવિધ ભ્રમણકક્ષાઓ, ઊર્જામાં ખૂબ જ અલગ નથી, સંકર ભ્રમણકક્ષાની અનુરૂપ સંખ્યા બનાવે છે. વર્ણસંકર (મિશ્ર) ભ્રમણકક્ષા વિવિધ અણુ ભ્રમણકક્ષામાંથી રચાય છે. વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષાની સંખ્યા સંકરીકરણમાં સામેલ અણુ ભ્રમણકક્ષાની સંખ્યા જેટલી છે. હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ આકાર અને ઊર્જામાં સમાન છે. અણુ ભ્રમણકક્ષાની તુલનામાં, તેઓ રાસાયણિક બોન્ડની રચનાની દિશામાં વધુ વિસ્તરેલ છે અને તેથી ઇલેક્ટ્રોન વાદળોનું વધુ સારું ઓવરલેપ પ્રદાન કરે છે.

અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણ માટે ઊર્જાની જરૂર પડે છે, તેથી એક અલગ અણુમાં વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા અસ્થિર હોય છે અને તે શુદ્ધ AO માં ફેરવાય છે. જ્યારે રાસાયણિક બોન્ડ રચાય છે, ત્યારે વર્ણસંકર ઓર્બિટલ્સ સ્થિર થાય છે. હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ દ્વારા રચાયેલા મજબૂત બોન્ડ્સને કારણે, સિસ્ટમમાંથી વધુ ઊર્જા મુક્ત થાય છે અને તેથી સિસ્ટમ વધુ સ્થિર બને છે.

sp-સંકરીકરણ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, Be, Zn, Co અને Hg (II) હલાઇડ્સની રચના દરમિયાન. સંયોજક સ્થિતિમાં, તમામ મેટલ હલાઇડ્સમાં યોગ્ય ઉર્જા સ્તરે s અને p-અનજોડિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે પરમાણુ રચાય છે, ત્યારે એક s અને એક p ભ્રમણકક્ષા 180 ડિગ્રીના ખૂણા પર બે વર્ણસંકર sp ઓર્બિટલ બનાવે છે.

ફિગ.3એસપી હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ

પ્રાયોગિક ડેટા દર્શાવે છે કે Be, Zn, Cd અને Hg(II) હલાઇડ્સ બધા રેખીય છે અને બંને બોન્ડ સમાન લંબાઈના છે.

sp 2 વર્ણસંકરીકરણ

એક એસ-ઓર્બિટલ અને બે પી-ઓર્બિટલના વર્ણસંકરીકરણના પરિણામે, ત્રણ વર્ણસંકર sp 2 ઓર્બિટલ્સ રચાય છે, જે એક જ પ્લેનમાં એકબીજા સાથે 120 o ના ખૂણા પર સ્થિત છે. આ, ઉદાહરણ તરીકે, BF 3 પરમાણુનું રૂપરેખાંકન છે:

ફિગ.4 sp 2 વર્ણસંકરીકરણ

sp 3 વર્ણસંકરીકરણ

sp 3 વર્ણસંકરીકરણ એ કાર્બન સંયોજનોની લાક્ષણિકતા છે. એક ઓર્બિટલ અને ત્રણના વર્ણસંકરીકરણના પરિણામે

p-ઓર્બિટલ્સ, ચાર વર્ણસંકર sp 3 ઓર્બિટલ્સ રચાય છે, જે 109.5 o ના ભ્રમણકક્ષા વચ્ચેના ખૂણા સાથે ટેટ્રાહેડ્રોનના શિરોબિંદુઓ તરફ નિર્દેશિત થાય છે. વર્ણસંકરીકરણ એ સંયોજનોમાંના અન્ય અણુઓ સાથે કાર્બન અણુના બોન્ડની સંપૂર્ણ સમાનતામાં પ્રગટ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, CH 4, CCl 4, C(CH 3) 4, વગેરે.

ફિગ.5 sp 3 વર્ણસંકરીકરણ

જો બધા વર્ણસંકર ઓર્બિટલ્સ સમાન અણુઓ સાથે જોડાયેલા હોય, તો પછી બોન્ડ એકબીજાથી અલગ નથી. અન્ય કિસ્સાઓમાં, પ્રમાણભૂત બોન્ડ ખૂણાઓમાંથી સહેજ વિચલનો થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાણીના પરમાણુ H 2 O માં, ઓક્સિજન - sp 3 - હાઇબ્રિડ, એક અનિયમિત ટેટ્રાહેડ્રોનની મધ્યમાં સ્થિત છે, જેના શિરોબિંદુઓ પર બે હાઇડ્રોજન અણુ અને ઇલેક્ટ્રોનની બે એકલ જોડી "દેખાવે છે" (ફિગ. 2) . જ્યારે અણુઓના કેન્દ્રોમાંથી જોવામાં આવે ત્યારે પરમાણુનો આકાર કોણીય હોય છે. HOH બોન્ડ કોણ 105° છે, જે 109°ના સૈદ્ધાંતિક મૂલ્યની તદ્દન નજીક છે.

ફિગ.6 sp 3 - અણુઓમાં ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન અણુઓનું વર્ણસંકરીકરણ a) H 2 O અને b) NCl 3.

જો ત્યાં કોઈ વર્ણસંકરીકરણ ન હોય (O-H બોન્ડનું "સંરેખણ"), HOH બોન્ડ કોણ 90° હશે કારણ કે હાઇડ્રોજન અણુઓ બે પરસ્પર લંબરૂપ p ઓર્બિટલ્સ સાથે જોડાયેલા હશે. આ કિસ્સામાં, આપણું વિશ્વ કદાચ સંપૂર્ણપણે અલગ દેખાશે.

હાઇબ્રિડાઇઝેશન થિયરી એમોનિયા પરમાણુની ભૂમિતિ સમજાવે છે. નાઇટ્રોજનના 2s અને ત્રણ 2p ઓર્બિટલ્સના વર્ણસંકરીકરણના પરિણામે, ચાર sp 3 હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ રચાય છે. પરમાણુનું રૂપરેખા એક વિકૃત ટેટ્રાહેડ્રોન છે, જેમાં ત્રણ વર્ણસંકર ભ્રમણકક્ષા રાસાયણિક બંધનની રચનામાં ભાગ લે છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનની જોડી સાથે ચોથું નથી. વચ્ચેના ખૂણા N-H બોન્ડપિરામિડની જેમ 90°ની બરાબર નથી, પણ ટેટ્રાહેડ્રોનને અનુરૂપ 109.5°ની બરાબર નથી.

ફિગ.7એસપી 3 - એમોનિયાના પરમાણુમાં વર્ણસંકરીકરણ

જ્યારે એમોનિયા હાઇડ્રોજન આયન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, દાતા-સ્વીકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે, એક એમોનિયમ આયન રચાય છે, જેનું રૂપરેખાંકન ટેટ્રાહેડ્રોન છે.

હાઇબ્રિડાઇઝેશન વચ્ચેના કોણમાં તફાવત પણ સમજાવે છે O-H જોડાણોખૂણાના પાણીના અણુમાં. ઓક્સિજનના 2s અને ત્રણ 2p ઓર્બિટલ્સના વર્ણસંકરીકરણના પરિણામે, ચાર sp 3 સંકર ભ્રમણકક્ષા રચાય છે, જેમાંથી માત્ર બે જ રાસાયણિક બંધનની રચનામાં સામેલ છે, જે ટેટ્રેહેડ્રોનને અનુરૂપ કોણની વિકૃતિ તરફ દોરી જાય છે. .

ફિગ.8પાણીના અણુમાં sp 3 વર્ણસંકરીકરણ

હાઇબ્રિડાઇઝેશનમાં માત્ર s- અને p-ઓર્બિટલ્સ જ નહીં, પણ d- અને f-ઓર્બિટલ્સ પણ સામેલ હોઈ શકે છે.

sp 3 d 2 હાઇબ્રિડાઇઝેશન સાથે, 6 સમાન વાદળો રચાય છે. તે 4-, 4- જેવા સંયોજનોમાં જોવા મળે છે. આ કિસ્સામાં, પરમાણુમાં અષ્ટાહેડ્રોનનું રૂપરેખાંકન છે:

ચોખા. 9 d 2 sp 3 -આયન 4- માં વર્ણસંકર

વર્ણસંકરીકરણ વિશેના વિચારો પરમાણુઓના આવા માળખાકીય લક્ષણોને સમજવાનું શક્ય બનાવે છે જે અન્ય કોઈપણ રીતે સમજાવી શકાતા નથી.

એટોમિક ઓર્બિટલ્સ (AO) નું વર્ણસંકરીકરણ અન્ય અણુઓ સાથે બોન્ડ બનાવવાની દિશામાં ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડના વિસ્થાપન તરફ દોરી જાય છે. પરિણામે, હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સના ઓવરલેપ વિસ્તારો શુદ્ધ ભ્રમણકક્ષા કરતા મોટા હોય છે અને બોન્ડની મજબૂતાઈ વધે છે.

કાર્બનિક પદાર્થોની દુનિયામાં સહસંયોજક બોન્ડ સૌથી સામાન્ય છે; તેઓ અવકાશમાં સંતૃપ્તિ, ધ્રુવીકરણ અને દિશાત્મકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

સહસંયોજક બોન્ડની સંતૃપ્તિ એ હકીકતમાં રહેલી છે કે સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોન જોડીની સંખ્યા જે ચોક્કસ અણુ રચી શકે છે તે મર્યાદિત છે. આને કારણે, સહસંયોજક સંયોજનો સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત રચના ધરાવે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, H 2, N 2, CH 4 પરમાણુઓ છે, પરંતુ H 3, N 4, CH 5 પરમાણુઓ નથી.

સહસંયોજક બોન્ડની ધ્રુવીકરણક્ષમતા એ પરમાણુઓ (અને તેમાંના વ્યક્તિગત બોન્ડ્સ) ની બાહ્ય પ્રભાવ હેઠળ તેમની ધ્રુવીયતાને બદલવાની ક્ષમતા છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર- ધ્રુવીકરણ.

ધ્રુવીકરણના પરિણામે, બિન-ધ્રુવીય અણુઓ ધ્રુવીય બની શકે છે, અને ધ્રુવીય અણુઓ વધુ ધ્રુવીય રાશિઓમાં ફેરવાઈ શકે છે, આયનોની રચના સાથે વ્યક્તિગત બોન્ડના સંપૂર્ણ તૂટવા સુધી:

સહસંયોજક બોન્ડની દિશા એ હકીકતને કારણે છે કે p-, d- અને f-વાદળો અવકાશમાં ચોક્કસ રીતે લક્ષી છે. સહસંયોજક બોન્ડની દિશા પદાર્થોના પરમાણુઓના આકાર, તેમના કદ, આંતર પરમાણુ અંતર, બોન્ડ કોણ, એટલે કે, પરમાણુઓની ભૂમિતિને અસર કરે છે.

કાર્બનિક અને અકાર્બનિક પદાર્થોના પરમાણુઓના આકારનું વધુ સંપૂર્ણ ચિત્ર અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણની પૂર્વધારણાના આધારે રચી શકાય છે. એલ. પાઉલિંગ (યુએસએ) દ્વારા તે સમજાવવા માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો કે જેનો ઉપયોગ કરીને સ્થાપના કરવામાં આવી હતી ભૌતિક પદ્ધતિઓપદાર્થોનો અભ્યાસ, તમામ રાસાયણિક બંધનોની સમાનતાની હકીકત અને CH 4, BF 3, BeCl 2 પરમાણુઓના કેન્દ્રને સંબંધિત તેમની સપ્રમાણ ગોઠવણી. દરેક કિસ્સામાં, કેન્દ્રીય અણુ (C, B, Be) માંથી σ બોન્ડની રચનામાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થવો જોઈએ વિવિધ રાજ્યો(s અને p), તેથી તેઓ સમકક્ષ ન હોઈ શકે. સિદ્ધાંત હકીકતો સમજાવવામાં અસમર્થ હોવાનું બહાર આવ્યું; એક વિરોધાભાસ ઉભો થયો, જે નવી પૂર્વધારણાની મદદથી ઉકેલાઈ ગયો. આ આસપાસના વિશ્વના માનવ જ્ઞાનના વિકાસનો માર્ગ દર્શાવતા ઉદાહરણોમાંનું એક છે, અસાધારણ ઘટનાના સારમાં ક્યારેય ઊંડા પ્રવેશની શક્યતા છે.

તમે કોર્સમાં અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણની પૂર્વધારણાથી પરિચિત થયા છો કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રઉદાહરણ તરીકે કાર્બન અણુનો ઉપયોગ. ચાલો તમને આ ફરીથી યાદ અપાવીએ.

જ્યારે મિથેન પરમાણુ CH 4 રચાય છે, ત્યારે કાર્બન અણુ જમીનની અવસ્થામાંથી ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં જાય છે:

ઉત્તેજિત કાર્બન અણુના બાહ્ય ઈલેક્ટ્રોનિક સ્તરમાં એક s-ઈલેક્ટ્રોન અને ત્રણ અનપેયર્ડ પી-ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, જે હાઈડ્રોજન અણુના ચાર s-ઈલેક્ટ્રોન સાથે ચાર σ-બોન્ડ બનાવે છે. આ કિસ્સામાં, એવી અપેક્ષા રાખવી જોઈએ કે કાર્બન અણુના ત્રણ p-ઈલેક્ટ્રોનની જોડીને કારણે ત્રણ હાઈડ્રોજન અણુઓ (s-p σ બોન્ડ)ના ત્રણ s-ઈલેક્ટ્રોનની જોડીને કારણે બનેલા ત્રણ C--H બોન્ડ ચોથા (s-s બોન્ડ)થી અલગ હોવા જોઈએ. ) તાકાત, લંબાઈ, દિશામાં બોન્ડ. મિથેન પરમાણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની ઘનતાનો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે તેના પરમાણુમાંના તમામ બોન્ડ સમકક્ષ છે અને ટેટ્રાહેડ્રોન (ફિગ. 10) ના શિરોબિંદુઓ તરફ નિર્દેશિત છે. અણુ ભ્રમણકક્ષાના વર્ણસંકરીકરણની પૂર્વધારણા અનુસાર, મિથેન પરમાણુના ચાર સહસંયોજક બંધનો કાર્બન અણુના "શુદ્ધ" s- અને p-વાદળોની ભાગીદારીથી નહીં, પરંતુ કહેવાતા સંકરની ભાગીદારીથી રચાય છે, એટલે કે. , સરેરાશ, સમકક્ષ ઇલેક્ટ્રોન વાદળો.

ચોખા. 10. મિથેન પરમાણુનું બોલ-એન્ડ-સ્ટીક મોડલ

આ મોડેલ મુજબ, વર્ણસંકર અણુ ભ્રમણકક્ષાની સંખ્યા મૂળ "શુદ્ધ" ઓર્બિટલ્સની સંખ્યા જેટલી છે. અનુરૂપ વર્ણસંકર વાદળો s- અને p-વાદળો કરતાં વધુ અનુકૂળ ભૌમિતિક આકાર ધરાવે છે; તેમની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા અલગ રીતે વિતરિત કરવામાં આવે છે, જે "શુદ્ધ" s- અને હાઇડ્રોજન અણુઓના s-વાદળો સાથે વધુ સંપૂર્ણ ઓવરલેપની ખાતરી આપે છે. p-વાદળો.

મિથેન પરમાણુમાં અને અન્ય આલ્કેન્સમાં, તેમજ કાર્બનિક સંયોજનોના તમામ પરમાણુઓમાં, એક જ બંધનની જગ્યાએ, કાર્બન પરમાણુ sp 3 વર્ણસંકરીકરણની સ્થિતિમાં હોય છે, એટલે કે, કાર્બન અણુ પર, એક s- અને ત્રણ p-પરમાણુ વાદળોનું વર્ણસંકરીકરણ થયું અને ચાર સમાન વર્ણસંકર sp 3 - વાદળના અણુ ભ્રમણકક્ષાની રચના થઈ.

ચાર હાઇડ્રોજન પરમાણુના s વાદળો સાથે કાર્બન અણુના અનુરૂપ ચાર વર્ણસંકર sp 3 વાદળોના ઓવરલેપના પરિણામે, 109°28" ના ખૂણા પર સ્થિત ચાર સમાન σ બોન્ડ્સ સાથે ટેટ્રાહેડ્રલ મિથેન પરમાણુ રચાય છે (ફિગ. 11).

ચોખા. અગિયાર
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન વાદળો (a) અને મિથેન પરમાણુમાં બોન્ડની રચનાના sp 3 વર્ણસંકરીકરણની યોજનાઓ (b)

આ પ્રકારનું અણુ વર્ણસંકરીકરણ અને પરિણામે, ટેટ્રાહેડ્રલ માળખું કાર્બન એનાલોગના સંયોજનોના પરમાણુઓને પણ લાક્ષણિકતા આપશે - સિલિકોન: SiH 4, SiCl 4.

પાણી અને એમોનિયાના પરમાણુઓની રચના દરમિયાન, ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન અણુઓના સંયોજક અણુ ભ્રમણકક્ષાનું sp 3 વર્ણસંકરીકરણ પણ થાય છે. જો કે, જો કાર્બન અણુમાં સામાન્ય ઈલેક્ટ્રોન જોડી દ્વારા કબજે કરાયેલા તમામ ચાર વર્ણસંકર sp 3 વાદળો હોય, તો નાઈટ્રોજન અણુમાં એક sp 3 વાદળ એકલા ઈલેક્ટ્રોન જોડી દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, અને ઓક્સિજન પરમાણુ પહેલાથી જ બે sp 3 વાદળો ધરાવે છે (ફિગ. . 12).

ચોખા. 12.
એમોનિયા, પાણી અને હાઇડ્રોજન ફલોરાઇડના પરમાણુઓના આકાર

ટેટ્રાહેડ્રલ (109°28") ની તુલનામાં એકલા ઇલેક્ટ્રોન જોડીની હાજરી બોન્ડ એંગલ (કોષ્ટક 8) માં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.

કોષ્ટક 8
એકલા ઇલેક્ટ્રોન જોડીની સંખ્યા અને પરમાણુઓમાં બોન્ડ કોણ વચ્ચેનો સંબંધ

sp 3 - સંકરીકરણ માત્ર જટિલ પદાર્થોના અણુઓ માટે જ નહીં, પરંતુ અણુઓમાં પણ જોવા મળે છે. સરળ પદાર્થો. ઉદાહરણ તરીકે, હીરા જેવા કાર્બનના આવા એલોટ્રોપિક ફેરફારના અણુઓમાં.

કેટલાક બોરોન સંયોજનોના પરમાણુઓમાં, બોરોન અણુના સંયોજક અણુ ભ્રમણકક્ષાનું sp 2 વર્ણસંકરીકરણ થાય છે.

ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં બોરોન અણુ માટે, એક s- અને બે પી-ઓર્બિટલ્સ વર્ણસંકરીકરણમાં ભાગ લે છે, પરિણામે ત્રણ sp 2 હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સની રચના થાય છે; અનુરૂપ વર્ણસંકર વાદળોની અક્ષો પ્લેનમાં 120 °ના ખૂણા પર સ્થિત છે. એકબીજાને (ફિગ. 13).

ચોખા. 13.
8р 2 ની યોજનાઓ -સંકરીકરણ અને જગ્યામાં sp 2 -ક્લાઉડ્સનું સ્થાન

તેથી, આવા સંયોજનોના પરમાણુઓ, ઉદાહરણ તરીકે BF3, સપાટ ત્રિકોણ (ફિગ. 14) નો આકાર ધરાવે છે.

ચોખા. 14.
BF3 પરમાણુનું માળખું

IN કાર્બનિક સંયોજનો, જેમ તમે જાણો છો, sp 2 હાઇબ્રિડાઇઝેશન એ ડબલ બોન્ડની સાઇટ પર એલ્કીન પરમાણુઓમાં કાર્બન અણુઓની લાક્ષણિકતા છે, જે પરમાણુઓના આ ભાગોની પ્લેનર માળખું તેમજ ડાયનીસ અને એરેન્સના પરમાણુઓને સમજાવે છે. sp 2 - કાર્બન અણુઓમાં અને ગ્રેફાઇટ જેવા કાર્બનના આવા એલોટ્રોપિક ફેરફારમાં પણ વર્ણસંકરતા જોવા મળે છે.

કેટલાક બેરિલિયમ સંયોજનોના પરમાણુઓમાં, ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં બેરિલિયમ અણુના વેલેન્સ ઓર્બિટલ્સનું sp વર્ણસંકરીકરણ જોવા મળે છે.

બે વર્ણસંકર વાદળો 180° (ફિગ. 15) ના ખૂણા પર એકબીજાની સાપેક્ષ લક્ષી છે અને તેથી બેરિલિયમ ક્લોરાઇડ BeCl 2 પરમાણુ રેખીય આકાર ધરાવે છે.

ચોખા. 15.
sp-સંકરીકરણની યોજનાઓ અને અવકાશમાં sp-વાદળોનું સ્થાન

ટ્રિપલ બોન્ડની સાઇટ પર એલ્કાઇન્સ - એસીટીલીન શ્રેણીના હાઇડ્રોકાર્બન - માં કાર્બન અણુઓ માટે અણુ ભ્રમણકક્ષાનું સમાન પ્રકારનું વર્ણસંકર અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

ભ્રમણકક્ષાનું આ વર્ણસંકર કાર્બન અણુઓની લાક્ષણિકતા છે તેના અન્ય એલોટ્રોપિક ફેરફારો - કાર્બાઈન:

કોષ્ટક 9 એ કેન્દ્રીય અણુ A ના ભ્રમણકક્ષાના અમુક પ્રકારના વર્ણસંકરીકરણને અનુરૂપ અણુઓના ભૌમિતિક રૂપરેખાંકનોના પ્રકારો દર્શાવે છે, જે મુક્ત (બિન-બંધન) ઇલેક્ટ્રોન જોડીઓની સંખ્યાના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લે છે.

કોષ્ટક 9
અનુરૂપ અણુઓની ભૌમિતિક રૂપરેખાંકનો વિવિધ પ્રકારોકેન્દ્રીય અણુના બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સનું વર્ણસંકરીકરણ

§ 7 માટે પ્રશ્નો અને કાર્યો

1. કાર્બન, નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજનના હાઇડ્રોજન સંયોજનોના પરમાણુઓમાં, જેનાં સૂત્રો CH 4, NH 3 અને H 2 O છે, કેન્દ્રીય બિન-ધાતુના અણુઓના સંયોજક પરિભ્રમણ sp 3 સંકરીકરણની સ્થિતિમાં હોય છે, પરંતુ બંધન બોન્ડ વચ્ચેના ખૂણાઓ અલગ-અલગ છે - અનુક્રમે 109°28" 107°30" અને 104°27". આ કેવી રીતે સમજાવી શકાય?
2. ગ્રેફાઇટ વિદ્યુત વાહક કેમ નથી અને હીરા કેમ નથી?
3. બોરોન અને નાઇટ્રોજન (અનુક્રમે BF 3 અને NF 3) - બે ફ્લોરાઇડના પરમાણુઓ કયા ભૌમિતિક આકાર ધરાવશે? તર્કસંગત જવાબ આપો.
4. સિલિકોન ફ્લોરાઇડ પરમાણુ SiF 4 ટેટ્રાહેડ્રલ માળખું ધરાવે છે, અને બ્રોમિન ક્લોરાઇડ પરમાણુ BCl 3 ત્રિકોણ આકાર ધરાવે છે - પ્લાનર. શા માટે?