कार्बनिक यौगिकों की विविधता की जांच करें - सत्र 3

जैसा कि हम जानते हैं, मीथेन का एक अणु चार हाइड्रोजन परमाणुओं और एक कार्बन परमाणु से बना होता है। मीथेन के अणु का आकार चतुष्फलकीय होता है। इसी प्रकार जल अणु का आकार चतुष्फलकीय होता है। जल अणु एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणुओं से बना होता है। क्या आपने कभी सोचा है कि विभिन्न परमाणु मिलकर इन अनोखे यौगिकों का निर्माण कैसे करते हैं?। अथवा अणुओं का आकार कैसे निर्धारित होता है?। खैर, इसका उत्तर संकरण की अवधारणा में निहित है।

परमाणुओं में विभिन्न प्रकार के कक्षक होते हैं, जैसे s और p कक्षक, जो अपने आकार और ऊर्जा में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, s ऑर्बिटल का आकार गोलाकार होता है तथा इसकी ऊर्जा कम होती है। पी ऑर्बिटल का आकार डम्बल जैसा होता है तथा इसकी ऊर्जा अधिक होती है। जब हम मीथेन जैसे अणु को देखते हैं, तो हम पाते हैं कि कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच बंध की लम्बाई लगभग समान होती है। यह अवलोकन इसलिए आश्चर्यजनक लगता है क्योंकि कार्बन और हाइड्रोजन के अलग-अलग परमाणु कक्षकों के आकार और ऊर्जा अलग-अलग होती हैं। उनके लिए लगभग समान बंध लम्बाई वाले बंधों का निर्माण करना कैसे संभव है?। यह संकरण के कारण है।

संकरण में विभिन्न आकार और ऊर्जा वाले विभिन्न प्रकार के परमाणु कक्षाओं को मिलाकर नई संकर कक्षाएँ बनाई जाती हैं। इन संकरित कक्षकों का आकार और ऊर्जा समान होती है। हम तीन प्रकार के संकरणों पर चर्चा करेंगे। ये हैं sp³संकरण, sp2संकरण और spसंकरण। में sp³संकरण में, एक एस ऑर्बिटल और तीन पी ऑर्बिटल मिलकर चार समान ऑर्बिटल बनाते हैं sp³संकर कक्षाएँ। इन संकरित कक्षकों का आकार और ऊर्जा समान होती है।

मीथेन में, कार्बन परमाणु sp³संकरण। मीथेन में कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉन विन्यास है 1s² 2s² 2p²। अपनी मूल अवस्था में, इसकी एक s कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। दो इलेक्ट्रॉन दो s कक्षकों में हैं। तीन p कक्षकों में से दो में दो इलेक्ट्रॉन हैं। एक स्थिर विन्यास प्राप्त करने के लिए, दो s इलेक्ट्रॉनों में से एक को खाली दो p कक्षकों में पदोन्नत या उत्तेजित किया जाता है। इस पदोन्नति के परिणामस्वरूप कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है 1s² 2s¹ 2p³।

इसके बाद कार्बन परमाणु में sp³संकरण। दो एस ऑर्बिटल और तीन दो पी ऑर्बिटल मिश्रित या संकरणित होकर चार नए हाइब्रिड ऑर्बिटल बनाते हैं जिन्हें कहा जाता है sp³कक्षाएँ। के परिणाम स्वरूप sp³संकरण के फलस्वरूप, कार्बन परमाणु में अब चार समान परमाणु हैं sp³संकर कक्षाएँ।

चार sp³संकर कक्षक स्वयं को कार्बन परमाणु के चारों ओर चतुष्फलकीय ज्यामिति में व्यवस्थित करते हैं। प्रत्येक कक्षक के बीच कोण लगभग एक शून्य नौ दशमलव पांच डिग्री है। यह व्यवस्था इलेक्ट्रॉन युग्मों का अधिकतम पृथक्करण सुनिश्चित करती है तथा उनके बीच प्रतिकर्षण को न्यूनतम करती है। चारों में से प्रत्येक sp³हाइब्रिड ऑर्बिटल्स हाइड्रोजन परमाणु के एक एस ऑर्बिटल के साथ ओवरलैप करते हैं, जिससे चार सिग्मा बॉन्ड बनते हैं। ये सिग्मा बंध अंतराण्विक अक्ष के साथ परमाणु कक्षाओं के शीर्ष अतिव्यापन द्वारा निर्मित होते हैं। इलेक्ट्रॉन घनत्व परमाणुओं के बीच केंद्रित होता है।

में sp²संकरण में, एक एस ऑर्बिटल और दो पी ऑर्बिटल मिलकर तीन समान ऑर्बिटल बनाते हैं sp²संकर कक्षाएँ। तीसरा p कक्षक असंकरणित रहता है। एथीन में कार्बन परमाणु से गुजरता है sp²संकरण। प्रारंभ में, कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है 1s²2s² 2p²। इसी प्रकार sp³संकरण में, दो s इलेक्ट्रॉनों में से एक को रिक्त दो p कक्षकों में पदोन्नत या उत्तेजित किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन विन्यास बनता है 1s²2s¹2p³।

में sp2एथीन में संकरण, कार्बन परमाणु के दो एस ऑर्बिटल और दो पी ऑर्बिटल मिलकर तीन नए संकर ऑर्बिटल बनाते हैं जिन्हें कहा जाता है sp2कक्षाएँ। शेष तीसरा p कक्षक 2pzसंकरित नहीं रहता है। यह द्वारा निर्मित तल के लंबवत है sp2कक्षाएँ।

तीन sp²संकर कक्षक स्वयं को कार्बन परमाणु के चारों ओर त्रिकोणीय समतलीय ज्यामिति में व्यवस्थित करते हैं। वे एक ही तल में उन्मुख होते हैं, तथा प्रत्येक कक्षक के बीच लगभग एक सौ बीस डिग्री का कोण होता है। यह व्यवस्था इलेक्ट्रॉन युग्मों का अधिकतम पृथक्करण सुनिश्चित करती है तथा उनके बीच प्रतिकर्षण को न्यूनतम करती है।

एथीन अणु में, एक sp²एक कार्बन परमाणु का संकर कक्षक किसके साथ ओवरलैप होता है sp²किसी अन्य कार्बन परमाणु का संकर कक्षक। यह ओवरलैपिंग सीधे तौर पर होती है। इसके परिणामस्वरूप दो कार्बन परमाणुओं के बीच सिग्मा बंध का निर्माण होता है। अन्य दो sp²हाइब्रिड ऑर्बिटल हाइड्रोजन परमाणु के वन एस ऑर्बिटल के साथ ओवरलैप होता है।

आइये अनहाइब्रिडाइज्ड के बारे में बात करें 2pzकार्बन परमाणु की कक्षा, जो कि कक्षा के तल के लंबवत है sp²कक्षाएँ। वे अन्य कार्बन परमाणु के संगत असंकरित कक्षक के साथ पार्श्वतः अतिव्यापन करते हैं। इस पार्श्विक ओवरलैप के परिणामस्वरूप पाई बॉन्ड का निर्माण होता है। पाई बंध अणु के तल के ऊपर और नीचे बनता है, जिससे दोहरा बंध बनता है। पाई बंध में, इलेक्ट्रॉन घनत्व सिग्मा बंध द्वारा निर्मित अंतर-नाभिकीय अक्ष के ऊपर और नीचे केंद्रित होता है।

एसपी संकरण में, हम उदाहरण के तौर पर कार्बन परमाणु पर ध्यान केंद्रित करते हैं। प्रारंभ में, कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है 1s²2s²2p², जिसमें एक एस कक्षक में दो इलेक्ट्रॉन और दो एस कक्षक में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। दो s इलेक्ट्रॉनों में से एक को रिक्त दो p कक्षकों में पदोन्नत या उत्तेजित किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन विन्यास बनता है 1s²2s12p3।

एसपी संकरण के दौरान, दो एस ऑर्बिटल्स में से एक और दो पी ऑर्बिटल्स मिश्रित या संकरणित होकर दो नए संकर ऑर्बिटल्स बनाते हैं जिन्हें एसपी ऑर्बिटल्स कहा जाता है। sp संकरण के परिणामस्वरूप, कार्बन परमाणु में अब दो समान sp संकर कक्षक होते हैं। दो sp संकरित कक्षक कार्बन परमाणु के चारों ओर रैखिक ज्यामिति में स्वयं को व्यवस्थित करते हैं। उनके बीच का कोण 180 डिग्री है। कार्बन परमाणु के शेष दो असंकरणित p कक्षक अपरिवर्तित रहते हैं। वे sp संकरित कक्षकों द्वारा निर्मित तल के लंबवत हैं। ये असंकरणित p ऑर्बिटल्स अपना मूल आकार और ऊर्जा बरकरार रखते हैं।

एथाइन में, प्रत्येक कार्बन परमाणु का एक sp संकर कक्षक, हाइड्रोजन परमाणु के s कक्षक के साथ अतिव्यापन करके सिग्मा बंध बनाता है। दूसरा sp संकर कक्षक, एथाइन के अन्य कार्बन परमाणु के sp संकर कक्षक के साथ अतिव्यापन करके सिग्मा बंध बनाता है। कार्बन परमाणु के दो असंकरित p कक्षक, समीपवर्ती कार्बन परमाणु के संगत असंकरित p कक्षकों के साथ पार्श्वतः अतिव्यापन करते हैं। इस पार्श्विक अतिव्यापन के परिणामस्वरूप पाई बंध का निर्माण होता है।

किसी अणु में परमाणु के संकरण को शीघ्रता से निर्धारित करने के लिए, परमाणु से जुड़े परमाणुओं की संख्या गिनें। फिर उसके पास मौजूद किसी भी एकाकी जोड़े की पहचान करें। इन मानों को एक साथ जोड़ें। यदि योग चार है, तो संकरण है sp³। यदि योग तीन है, तो संकरण है sp²। यदि योग दो है, तो संकरण है sp। उदाहरण के लिए, अमोनिया में तीन हाइड्रोजन परमाणु नाइट्रोजन परमाणु से जुड़े होते हैं। नाइट्रोजन में एक अकेला इलेक्ट्रॉन युग्म होता है। इस प्रकार कुल संख्या चार हो जाती है। अतः अमोनिया में नाइट्रोजन परमाणु का संकरण है sp³।