अकार्बनिक और कार्बनिक पदार्थों के अणुओं की स्थानिक संरचना उनके रासायनिक और भौतिक गुणों का वर्णन करने में बहुत महत्वपूर्ण है। यदि हम किसी पदार्थ को कागज पर अक्षरों और संख्याओं का समुच्चय मानते हैं, तो हमेशा सही निष्कर्ष पर आना संभव नहीं होता है। कई घटनाओं का वर्णन करने के लिए, विशेष रूप से कार्बनिक रसायन विज्ञान से संबंधित, अणु की त्रिविमीय संरचना को जानना आवश्यक है।
स्टीरियोमेट्री क्या है
स्टीरियोमेट्री रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो किसी पदार्थ के अणुओं के गुणों को उसकी संरचना के आधार पर समझाती है। इसके अलावा, अणुओं का स्थानिक प्रतिनिधित्व यहाँ एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि यह कई जैविक घटनाओं की कुंजी है।
स्टीरियोमेट्री बुनियादी नियमों का एक सेट है जिसके द्वारा लगभग किसी भी अणु को वॉल्यूमेट्रिक रूप में दर्शाया जा सकता है। कागज के एक नियमित टुकड़े पर लिखे गए स्थूल सूत्र का नुकसान अध्ययन के तहत पदार्थ के गुणों की पूरी सूची को प्रकट करने में असमर्थता है।
एक उदाहरण फ्यूमरिक एसिड होगा, जो द्विक्षारकीय वर्ग से संबंधित है। यह पानी में खराब घुलनशील है,जहरीला और प्रकृति में पाया जा सकता है। हालाँकि, यदि आप COOH समूहों की स्थानिक व्यवस्था को बदलते हैं, तो आप एक पूरी तरह से अलग पदार्थ प्राप्त कर सकते हैं - मैलिक एसिड। यह पानी में अत्यधिक घुलनशील है, केवल कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जा सकता है, और इसके जहरीले गुणों के कारण मनुष्यों के लिए खतरनाक है।
वैंट हॉफ का स्टीरियोकेमिकल सिद्धांत
19वीं शताब्दी में, एम. बटलरोव के किसी भी अणु की सपाट संरचना के बारे में विचार पदार्थों, विशेष रूप से कार्बनिक पदार्थों के कई गुणों की व्याख्या नहीं कर सके। यह वैन हॉफ के लिए "अंतरिक्ष में रसायन विज्ञान" काम लिखने की प्रेरणा थी, जिसमें उन्होंने इस क्षेत्र में अपने शोध के साथ एम। बटलरोव के सिद्धांत को पूरक बनाया। उन्होंने अणुओं की स्थानिक संरचना की अवधारणा का परिचय दिया, और रासायनिक विज्ञान के लिए अपनी खोज के महत्व को भी समझाया।
इस प्रकार, तीन प्रकार के लैक्टिक एसिड का अस्तित्व साबित हुआ: मांस-लैक्टिक, डेक्सट्रोरोटेटरी और किण्वित लैक्टिक एसिड। इन पदार्थों में से प्रत्येक के लिए कागज के एक टुकड़े पर, संरचनात्मक सूत्र समान होगा, लेकिन अणुओं की स्थानिक संरचना इस घटना की व्याख्या करती है।
वैंट हॉफ के स्टीरियोकेमिकल सिद्धांत का परिणाम इस बात का प्रमाण था कि कार्बन परमाणु समतल नहीं है, क्योंकि इसके चार संयोजकता बंध एक काल्पनिक चतुष्फलक के शीर्षों का सामना करते हैं।
जैविक अणुओं की पिरामिड स्थानिक संरचना
वैंट हॉफ और उनके शोध के निष्कर्षों के आधार पर, कार्बनिक पदार्थों के कंकाल में प्रत्येक कार्बन को टेट्राहेड्रोन के रूप में दर्शाया जा सकता है। इस तरह हमहम सीसी बांड के गठन के 4 संभावित मामलों पर विचार कर सकते हैं और ऐसे अणुओं की संरचना की व्याख्या कर सकते हैं।
पहला मामला तब है जब अणु एक कार्बन परमाणु है जो हाइड्रोजन प्रोटॉन के साथ 4 बंधन बनाता है। मीथेन अणुओं की स्थानिक संरचना लगभग पूरी तरह से टेट्राहेड्रोन की रूपरेखा को दोहराती है, हालांकि, हाइड्रोजन परमाणुओं की बातचीत के कारण बंधन कोण थोड़ा बदल जाता है।
एक रासायनिक सी-सी बंधन के गठन को दो पिरामिड के रूप में दर्शाया जा सकता है, जो एक सामान्य शीर्ष द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं। अणु के इस तरह के निर्माण से, यह देखा जा सकता है कि ये टेट्राहेड्रा अपनी धुरी के चारों ओर घूम सकते हैं और स्वतंत्र रूप से स्थिति बदल सकते हैं। यदि हम ईथेन अणु के उदाहरण का उपयोग करते हुए इस प्रणाली पर विचार करते हैं, तो कंकाल में कार्बन वास्तव में घूमने में सक्षम हैं। हालांकि, दो विशिष्ट स्थितियों में, ऊर्जावान रूप से अनुकूल एक को वरीयता दी जाती है, जब न्यूमैन प्रक्षेपण में हाइड्रोजन ओवरलैप नहीं होते हैं।
एथिलीन अणु की स्थानिक संरचना सी-सी बांड के गठन के तीसरे प्रकार का एक उदाहरण है, जब दो टेट्राहेड्रा में एक आम चेहरा होता है, यानी। दो आसन्न शीर्षों पर प्रतिच्छेद करते हैं। यह स्पष्ट हो जाता है कि अणु की ऐसी त्रिविमीय स्थिति के कारण कार्बन परमाणुओं की अपनी धुरी के सापेक्ष गति कठिन होती है, क्योंकि लिंक में से एक को तोड़ने की आवश्यकता है। दूसरी ओर, पदार्थों के सीआईएस- और ट्रांस-आइसोमर्स का निर्माण संभव हो जाता है, क्योंकि प्रत्येक कार्बन से दो मुक्त कणों को या तो मिरर किया जा सकता है या क्रॉसक्रॉस किया जा सकता है।
सिस- और अणु का स्थानान्तरण फ्यूमरिक और मैलिक के अस्तित्व की व्याख्या करता हैअम्ल इन अणुओं में कार्बन परमाणुओं के बीच दो बंधन बनते हैं, और उनमें से प्रत्येक में एक हाइड्रोजन परमाणु और एक COOH समूह होता है।
आखिरी मामला, जो अणुओं की स्थानिक संरचना की विशेषता है, दो पिरामिडों द्वारा दर्शाया जा सकता है जिनका एक आम चेहरा होता है और तीन कोने से जुड़े होते हैं। एक उदाहरण एसिटिलीन अणु है।
पहली बात, ऐसे अणुओं में सीआईएस या ट्रांस आइसोमर्स नहीं होते हैं। दूसरे, कार्बन परमाणु अपनी धुरी के चारों ओर घूमने में सक्षम नहीं हैं। और तीसरा, सभी परमाणु और उनके मूलक एक ही अक्ष पर स्थित होते हैं, और बंधन कोण 180 डिग्री होता है।
बेशक, वर्णित मामलों को उन पदार्थों पर लागू किया जा सकता है जिनके कंकाल में दो से अधिक हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। ऐसे अणुओं के स्टीरियोमेट्रिक निर्माण के सिद्धांत को बरकरार रखा जाता है।
अकार्बनिक पदार्थों के अणुओं की स्थानिक संरचना
अकार्बनिक यौगिकों में सहसंयोजक बंधों का निर्माण तंत्र में कार्बनिक पदार्थों के समान होता है। एक बंधन बनाने के लिए, दो परमाणुओं में असाझा इलेक्ट्रॉन जोड़े होना आवश्यक है, जो एक सामान्य इलेक्ट्रॉन बादल बनाते हैं।
सहसंयोजी बंध के निर्माण के दौरान कक्षकों का अतिव्यापन परमाणु नाभिक की एक पंक्ति के अनुदिश होता है। यदि कोई परमाणु दो या दो से अधिक बंध बनाता है, तो उनके बीच की दूरी को बंध कोण के मान द्वारा अभिलक्षित किया जाता है।
अगर हम एक पानी के अणु पर विचार करें, जो एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा बनता है, तो बंधन कोण आदर्श रूप से 90 डिग्री होना चाहिए। हालांकिप्रयोगात्मक अध्ययनों से पता चला है कि यह मान 104.5 डिग्री है। हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया बलों की उपस्थिति के कारण अणुओं की स्थानिक संरचना सैद्धांतिक रूप से अनुमानित एक से भिन्न होती है। वे एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, जिससे उनके बीच आबंध कोण बढ़ जाता है।
एसपी-संकरण
संकरण एक अणु के समरूप संकर कक्षकों के निर्माण का सिद्धांत है। यह घटना केंद्रीय परमाणु में विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर असहभाजित इलेक्ट्रॉन जोड़े की उपस्थिति के कारण होती है।
उदाहरण के लिए, BeCl2 अणु में सहसंयोजक बंधों के निर्माण पर विचार करें। बेरिलियम में एस और पी स्तरों पर असंबद्ध इलेक्ट्रॉन जोड़े हैं, जो सिद्धांत रूप में एक असमान कोने के अणु के गठन का कारण बनना चाहिए। हालांकि, व्यवहार में वे रैखिक होते हैं और बंधन कोण 180 डिग्री होता है।
Sp-संकरण का उपयोग दो सहसंयोजक बंधों के निर्माण में किया जाता है। हालांकि, संकर कक्षकों के निर्माण के अन्य प्रकार भी हैं।
Sp2 संकरण
इस प्रकार का संकरण तीन सहसंयोजक बंधों वाले अणुओं की स्थानिक संरचना के लिए जिम्मेदार होता है। एक उदाहरण BCl3 अणु है। केंद्रीय बेरियम परमाणु में तीन असाझा इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं: दो p-स्तर पर और एक s-स्तर पर।
तीन सहसंयोजक बंधन एक अणु बनाते हैं जो एक ही तल में स्थित होता है, और इसका बंधन कोण 120 डिग्री होता है।
Sp3 संकरण
हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के निर्माण का एक अन्य विकल्प, जब केंद्रीय परमाणु में 4 असाझा इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं: 3 पी-लेवल पर और 1 एस-लेवल पर। ऐसे पदार्थ का एक उदाहरण मीथेन है। मीथेन अणुओं की स्थानिक संरचना एक टेट्रार्ड है, जिसका संयोजकता कोण 109.5 डिग्री है। कोण में परिवर्तन एक दूसरे के साथ हाइड्रोजन परमाणुओं की बातचीत की विशेषता है।
