परमाणु आपस में मिलकर अणु क्यों बना सकते हैं? पदार्थों के संभावित अस्तित्व का कारण क्या है, जिसमें पूरी तरह से अलग रासायनिक तत्वों के परमाणु शामिल हैं? ये आधुनिक भौतिक और रासायनिक विज्ञान की मूलभूत अवधारणाओं को प्रभावित करने वाले वैश्विक मुद्दे हैं। आप परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बारे में एक विचार रखने और सहसंयोजक बंधन की विशेषताओं को जानने के लिए उनका उत्तर दे सकते हैं, जो कि अधिकांश वर्गों के यौगिकों के लिए मूल आधार है। हमारे लेख का उद्देश्य विभिन्न प्रकार के रासायनिक बंधों के निर्माण के तंत्र और उनके अणुओं में यौगिकों के गुणों की विशेषताओं से परिचित होना है।
परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना
पदार्थ के इलेक्ट्रोन्यूट्रल कण, जो इसके संरचनात्मक तत्व हैं, एक संरचना है जो सौर मंडल की संरचना को प्रतिबिंबित करती है। जैसे ग्रह केंद्रीय तारे - सूर्य के चारों ओर घूमते हैं, इसलिए परमाणु में इलेक्ट्रॉन धनात्मक आवेशित नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। वर्णन करनाएक सहसंयोजक बंधन में, अंतिम ऊर्जा स्तर पर और नाभिक से सबसे दूर स्थित इलेक्ट्रॉन महत्वपूर्ण होंगे। चूंकि उनका अपने परमाणु के केंद्र के साथ संबंध न्यूनतम है, वे अन्य परमाणुओं के नाभिक द्वारा आसानी से आकर्षित होने में सक्षम हैं। यह अणुओं के निर्माण के लिए अग्रणी अंतर-परमाणु बातचीत की घटना के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। हमारे ग्रह पर पदार्थ के अस्तित्व का मुख्य प्रकार आणविक रूप क्यों है? आइए जानते हैं।
परमाणुओं का मूल गुण
विद्युत रूप से तटस्थ कणों की परस्पर क्रिया करने की क्षमता, जिससे ऊर्जा में वृद्धि होती है, उनकी सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है। दरअसल, सामान्य परिस्थितियों में, पदार्थ की आणविक अवस्था परमाणु अवस्था की तुलना में अधिक स्थिर होती है। आधुनिक परमाणु और आणविक सिद्धांत के मुख्य प्रावधान अणुओं के निर्माण के सिद्धांतों और सहसंयोजक बंधन की विशेषताओं दोनों की व्याख्या करते हैं। याद रखें कि एक परमाणु के बाहरी ऊर्जा स्तर में 1 से 8 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, बाद के मामले में परत पूरी हो जाएगी, जिसका अर्थ है कि यह बहुत स्थिर होगा। महान गैसों के परमाणुओं में ऐसी बाहरी स्तर की संरचना होती है: आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन - निष्क्रिय तत्व जो डी। आई। मेंडेलीव की प्रणाली में प्रत्येक अवधि को पूरा करते हैं। यहां अपवाद हीलियम है, जिसमें अंतिम स्तर में 8 नहीं, बल्कि केवल 2 इलेक्ट्रॉन हैं। कारण सरल है: पहली अवधि में केवल दो तत्व होते हैं जिनके परमाणुओं में एक ही इलेक्ट्रॉन परत होती है। अन्य सभी रासायनिक तत्वों में अंतिम, अपूर्ण परत पर 1 से 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक दूसरे के साथ बातचीत करने की प्रक्रिया में, परमाणु होंगेएक अष्टक तक इलेक्ट्रॉनों से भरे जाने का प्रयास करते हैं और एक अक्रिय तत्व के परमाणु के विन्यास को पुनर्स्थापित करते हैं। इस तरह की स्थिति को दो तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है: स्वयं के नुकसान से या विदेशी नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कणों की स्वीकृति से। बातचीत के ये रूप बताते हैं कि कैसे निर्धारित किया जाए कि प्रतिक्रियाशील परमाणुओं के बीच एक आयनिक या सहसंयोजक बंधन बनेगा या नहीं।
स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के निर्माण के लिए तंत्र
मान लें कि यौगिक की प्रतिक्रिया में दो साधारण पदार्थ प्रवेश करते हैं: धात्विक सोडियम और गैसीय क्लोरीन। लवणों के वर्ग का एक पदार्थ बनता है - सोडियम क्लोराइड। इसमें एक आयनिक प्रकार का रासायनिक बंधन होता है। यह क्यों और कैसे आया? आइए हम फिर से प्रारंभिक पदार्थों के परमाणुओं की संरचना की ओर मुड़ें। सोडियम की अंतिम परत पर केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, जो परमाणु की बड़ी त्रिज्या के कारण कमजोर रूप से नाभिक से बंधा होता है। सोडियम सहित सभी क्षार धातुओं की आयनन ऊर्जा कम होती है। इसलिए, बाहरी स्तर का इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तर को छोड़ देता है, क्लोरीन परमाणु के नाभिक द्वारा आकर्षित होता है और अपने स्थान में रहता है। यह Cl परमाणु के ऋणावेशित आयन के रूप में संक्रमण के लिए एक मिसाल कायम करता है। अब हम विद्युतीय रूप से उदासीन कणों के साथ नहीं, बल्कि आवेशित सोडियम धनायनों और क्लोरीन आयनों के साथ व्यवहार कर रहे हैं। भौतिकी के नियमों के अनुसार, उनके बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बल उत्पन्न होते हैं, और यौगिक एक आयनिक क्रिस्टल जाली बनाता है। हमारे द्वारा विचार किए गए आयनिक प्रकार के रासायनिक बंधन के निर्माण का तंत्र एक सहसंयोजक बंधन की बारीकियों और मुख्य विशेषताओं को और अधिक स्पष्ट रूप से स्पष्ट करने में मदद करेगा।
साझा इलेक्ट्रॉन जोड़े
यदि तत्वों के परमाणुओं के बीच एक आयनिक बंधन होता है जो इलेक्ट्रोनगेटिविटी में बहुत भिन्न होते हैं, यानी धातु और गैर-धातु, तो सहसंयोजक प्रकार तब प्रकट होता है जब समान या विभिन्न गैर-धातु तत्वों के परमाणु परस्पर क्रिया करते हैं। पहले मामले में, यह गैर-ध्रुवीय के बारे में बात करने के लिए प्रथागत है, और दूसरे में, सहसंयोजक बंधन के ध्रुवीय रूप के बारे में। उनके गठन का तंत्र सामान्य है: प्रत्येक परमाणु आंशिक रूप से सामान्य उपयोग के लिए इलेक्ट्रॉन देता है, जो जोड़े में संयुक्त होते हैं। लेकिन परमाणुओं के नाभिक के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन युग्मों की स्थानिक व्यवस्था भिन्न होगी। इस आधार पर, सहसंयोजक बंधों के प्रकारों को प्रतिष्ठित किया जाता है - गैर-ध्रुवीय और ध्रुवीय। सबसे अधिक बार, गैर-धातु तत्वों के परमाणुओं से युक्त रासायनिक यौगिकों में, विपरीत स्पिन वाले इलेक्ट्रॉनों से युक्त जोड़े होते हैं, अर्थात, अपने नाभिक के चारों ओर विपरीत दिशाओं में घूमते हैं। चूँकि अंतरिक्ष में ऋणावेशित कणों की गति से इलेक्ट्रॉन बादलों का निर्माण होता है, जो अंततः उनके परस्पर अतिव्यापन में समाप्त हो जाता है। परमाणुओं के लिए इस प्रक्रिया के परिणाम क्या हैं और इससे क्या होता है?
सहसंयोजक बंधन के भौतिक गुण
यह पता चला है कि दो परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं के केंद्रों के बीच उच्च घनत्व वाला दो-इलेक्ट्रॉन बादल होता है। ऋणात्मक रूप से आवेशित बादल और परमाणुओं के नाभिक के बीच आकर्षण के इलेक्ट्रोस्टैटिक बल बढ़ जाते हैं। ऊर्जा का एक भाग मुक्त हो जाता है और परमाणु केंद्रों के बीच की दूरी कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, अणु के निर्माण की शुरुआत में H2 हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी1.06 ए है, बादलों के ओवरलैप और एक सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़ी के गठन के बाद - 0.74 ए। उपरोक्त तंत्र के अनुसार गठित सहसंयोजक बंधन के उदाहरण सरल और जटिल अकार्बनिक पदार्थों दोनों में पाए जा सकते हैं। इसकी मुख्य विशिष्ट विशेषता आम इलेक्ट्रॉन जोड़े की उपस्थिति है। नतीजतन, परमाणुओं के बीच एक सहसंयोजक बंधन के उद्भव के बाद, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन, उनमें से प्रत्येक निष्क्रिय हीलियम के इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन को प्राप्त करता है, और परिणामी अणु में एक स्थिर संरचना होती है।
अणु की स्थानिक आकृति
सहसंयोजक बंधन का एक और महत्वपूर्ण भौतिक गुण दिशात्मकता है। यह पदार्थ अणु के स्थानिक विन्यास पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, जब दो इलेक्ट्रॉन एक गोलाकार बादल के साथ ओवरलैप करते हैं, तो अणु की उपस्थिति रैखिक (हाइड्रोजन क्लोराइड या हाइड्रोजन ब्रोमाइड) होती है। पानी के अणुओं का आकार, जिसमें s- और p-बादल संकरित होते हैं, कोणीय होते हैं, और गैसीय नाइट्रोजन के बहुत मजबूत कण पिरामिड की तरह दिखते हैं।
सरल पदार्थों की संरचना - अधातु
यह पता लगाने के बाद कि किस तरह के बंधन को सहसंयोजक कहा जाता है, इसके क्या संकेत हैं, अब इसकी किस्मों से निपटने का समय आ गया है। यदि एक ही अधातु के परमाणु - क्लोरीन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, ब्रोमीन आदि आपस में परस्पर क्रिया करते हैं, तो संगत सरल पदार्थ बनते हैं। उनके सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े बिना स्थानांतरित हुए, परमाणुओं के केंद्रों से समान दूरी पर स्थित होते हैं। एक गैर-ध्रुवीय प्रकार के सहसंयोजक बंधन वाले यौगिकों के लिए, निम्नलिखित विशेषताएं अंतर्निहित हैं: कम क्वथनांक औरपिघलने, पानी में अघुलनशीलता, ढांकता हुआ गुण। इसके बाद, हम यह पता लगाएंगे कि कौन से पदार्थ एक सहसंयोजक बंधन की विशेषता रखते हैं, जिसमें सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े का बदलाव होता है।
विद्युत ऋणात्मकता और रासायनिक बंधन के प्रकार पर इसका प्रभाव
रसायन शास्त्र में एक विशेष तत्व के किसी अन्य तत्व के परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने के गुण को वैद्युतऋणात्मकता कहते हैं। एल। पॉलिंग द्वारा प्रस्तावित इस पैरामीटर के लिए मूल्यों का पैमाना, अकार्बनिक और सामान्य रसायन विज्ञान पर सभी पाठ्यपुस्तकों में पाया जा सकता है। इसका उच्चतम मान - 4.1 eV - में फ्लोरीन होता है, छोटा वाला - अन्य सक्रिय अधातु, और निम्नतम संकेतक क्षार धातुओं के लिए विशिष्ट होता है। यदि अपनी वैद्युतीयऋणात्मकता में भिन्न तत्व एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, तो अनिवार्य रूप से एक, अधिक सक्रिय, एक अधिक निष्क्रिय तत्व के परमाणु के नकारात्मक रूप से आवेशित कणों को उसके नाभिक की ओर आकर्षित करेगा। इस प्रकार, एक सहसंयोजक बंधन के भौतिक गुण सीधे सामान्य उपयोग के लिए इलेक्ट्रॉनों को दान करने के लिए तत्वों की क्षमता पर निर्भर करते हैं। परिणामी सामान्य जोड़े अब नाभिक के संबंध में सममित रूप से स्थित नहीं होते हैं, लेकिन अधिक सक्रिय तत्व की ओर स्थानांतरित हो जाते हैं।
ध्रुवीय बंधन वाले यौगिकों की विशेषताएं
अणुओं में वे पदार्थ जिनके संयुक्त इलेक्ट्रॉन जोड़े परमाणुओं के नाभिक के संबंध में असममित होते हैं, उनमें हाइड्रोजन हैलाइड, एसिड, हाइड्रोजन और एसिड ऑक्साइड के साथ चाकोजेन के यौगिक शामिल हैं। ये सल्फेट और नाइट्रेट एसिड, सल्फर और फास्फोरस के ऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड आदि हैं। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन क्लोराइड अणु में एक सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़ी होती है,हाइड्रोजन और क्लोरीन के अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित। इसे Cl परमाणु के केंद्र के करीब स्थानांतरित कर दिया जाता है, जो कि एक अधिक विद्युतीय तत्व है। जलीय घोल में ध्रुवीय बंधन वाले सभी पदार्थ आयनों में अलग हो जाते हैं और विद्युत प्रवाह का संचालन करते हैं। जिन यौगिकों में एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन होता है, जिनके उदाहरण हमने दिए हैं, उनमें भी साधारण अधातु पदार्थों की तुलना में उच्च गलनांक और क्वथनांक होते हैं।
रासायनिक बंधनों को तोड़ने के तरीके
जैविक रसायन में, संतृप्त हाइड्रोकार्बन की हैलोजन के साथ प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं एक मूल तंत्र का अनुसरण करती हैं। प्रकाश में और सामान्य तापमान पर मीथेन और क्लोरीन का मिश्रण इस तरह से प्रतिक्रिया करता है कि क्लोरीन अणु अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों को ले जाने वाले कणों में विभाजित होने लगते हैं। दूसरे शब्दों में, सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म का विनाश और अति सक्रिय मूलक -Cl का निर्माण देखा जाता है। वे मीथेन अणुओं को इस तरह प्रभावित करने में सक्षम हैं कि वे कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन को तोड़ते हैं। एक सक्रिय कण -H बनता है, और कार्बन परमाणु की मुक्त संयोजकता क्लोरीन रेडिकल पर ले जाती है, और क्लोरोमेथेन प्रतिक्रिया का पहला उत्पाद बन जाता है। अणुओं के विभाजन के लिए इस तरह के तंत्र को होमोलिटिक कहा जाता है। यदि इलेक्ट्रॉनों की आम जोड़ी पूरी तरह से परमाणुओं में से एक के कब्जे में चली जाती है, तो वे जलीय घोलों में होने वाली प्रतिक्रियाओं की विशेषता एक विषमयुग्मजी तंत्र की बात करते हैं। इस मामले में, ध्रुवीय पानी के अणु घुले हुए यौगिक के रासायनिक बंधों के विनाश की दर को बढ़ा देंगे।
डबल और ट्रिपललिंक
कार्बनिक पदार्थों और कुछ अकार्बनिक यौगिकों के विशाल बहुमत में उनके अणुओं में एक नहीं, बल्कि कई सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं। सहसंयोजक बंधन की बहुलता परमाणुओं के बीच की दूरी को कम करती है और यौगिकों की स्थिरता को बढ़ाती है। उन्हें आमतौर पर रासायनिक रूप से प्रतिरोधी के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, एक नाइट्रोजन अणु में इलेक्ट्रॉनों के तीन जोड़े होते हैं, वे संरचनात्मक सूत्र में तीन डैश द्वारा इंगित किए जाते हैं और इसकी ताकत निर्धारित करते हैं। साधारण पदार्थ नाइट्रोजन रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है और अन्य यौगिकों, जैसे हाइड्रोजन, ऑक्सीजन या धातुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, केवल गर्म होने पर या ऊंचे दबाव पर, साथ ही उत्प्रेरक की उपस्थिति में।
असंतृप्त डायन हाइड्रोकार्बन, साथ ही एथिलीन या एसिटिलीन श्रृंखला के पदार्थों के रूप में कार्बनिक यौगिकों के ऐसे वर्गों में डबल और ट्रिपल बॉन्ड अंतर्निहित हैं। एकाधिक बांड मुख्य रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं: उनके टूटने के बिंदुओं पर होने वाली जोड़ और पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाएं।
हमारे लेख में, हमने सहसंयोजक बंधन का एक सामान्य विवरण दिया और इसके मुख्य प्रकारों की जांच की।
