अध्याय 2. रासायनिक बंधन और कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का पारस्परिक प्रभाव

अध्याय 2. रासायनिक बंधन और कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का पारस्परिक प्रभाव

कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण रासायनिक बंधों के प्रकार, बंधित परमाणुओं की प्रकृति और अणु में उनके पारस्परिक प्रभाव से निर्धारित होते हैं। ये कारक, बदले में, परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उनके परमाणु कक्षकों की परस्पर क्रिया द्वारा निर्धारित होते हैं।

2.1. कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना

परमाणु अंतरिक्ष का वह भाग जिसमें इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना अधिकतम होती है, परमाणु कक्षीय (AO) कहलाता है।

रसायन विज्ञान में, कार्बन परमाणु और अन्य तत्वों के संकर कक्षकों की अवधारणा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऑर्बिटल्स की पुनर्व्यवस्था का वर्णन करने के तरीके के रूप में संकरण की अवधारणा आवश्यक है जब एक परमाणु की जमीनी अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बनने वाले बांडों की संख्या से कम हो। एक उदाहरण कार्बन परमाणु है, जो सभी यौगिकों में एक टेट्रावैलेंट तत्व के रूप में प्रकट होता है, लेकिन इसके बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर ऑर्बिटल्स भरने के नियमों के अनुसार, केवल दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन जमीनी अवस्था में हैं 1s 2 2s 2 2p 2 (चित्र। 2.1, एऔर परिशिष्ट 2-1)। इन मामलों में, यह माना जाता है कि विभिन्न परमाणु ऑर्बिटल्स, ऊर्जा के करीब, एक दूसरे के साथ मिल सकते हैं, एक ही आकार और ऊर्जा के हाइब्रिड ऑर्बिटल्स का निर्माण कर सकते हैं।

हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, अधिक ओवरलैप के कारण, गैर-हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स की तुलना में मजबूत बॉन्ड बनाते हैं।

संकरित कक्षकों की संख्या के आधार पर, एक कार्बन परमाणु तीन अवस्थाओं में से एक में हो सकता है

चावल। 2.1.जमीन में कार्बन परमाणु पर कक्षा में इलेक्ट्रॉनों का वितरण (ए), उत्तेजित (बी) और संकरित अवस्था (सी - सपा 3, जी-एसपी2, डी- सपा)

संकरण (अंजीर देखें। 2.1, सी-ई)। संकरण का प्रकार अंतरिक्ष में हाइब्रिड एओ के उन्मुखीकरण को निर्धारित करता है और इसके परिणामस्वरूप, अणुओं की ज्यामिति, यानी उनकी स्थानिक संरचना।

अणुओं की स्थानिक संरचना अंतरिक्ष में परमाणुओं और परमाणु समूहों की पारस्परिक व्यवस्था है।

सपा 3-संकरण।एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के चार बाहरी AO को मिलाते समय (चित्र 2.1, b देखें) - एक 2s- और तीन 2p-कक्षक - चार समतुल्य sp 3-संकर कक्षाएँ उत्पन्न होती हैं। उनके पास त्रि-आयामी "आठ" का आकार है, जिनमें से एक ब्लेड दूसरे की तुलना में बहुत बड़ा है।

प्रत्येक संकर कक्षक एक इलेक्ट्रॉन से भरा होता है। sp 3 संकरण की अवस्था में कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2(sp 3) 4 होता है (चित्र 2.1, c देखें)। संकरण की ऐसी स्थिति संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन्स) में कार्बन परमाणुओं की विशेषता है और, तदनुसार, अल्काइल रेडिकल्स में।

पारस्परिक प्रतिकर्षण के कारण, एसपी 3-हाइब्रिड एओ अंतरिक्ष में शीर्ष पर निर्देशित होते हैं चतुष्फलक,और उनके बीच का कोण 109.5 है? (सबसे लाभप्रद स्थान; अंजीर। 2.2, ए)।

स्थानिक संरचना को स्टीरियोकेमिकल सूत्रों का उपयोग करके दर्शाया गया है। इन सूत्रों में, sp3 संकरित कार्बन परमाणु और उसके दो बंधन आरेखण के तल में रखे जाते हैं और एक नियमित रेखा द्वारा रेखांकन द्वारा निरूपित किए जाते हैं। एक बोल्ड लाइन या बोल्ड वेज एक कनेक्शन को दर्शाता है जो ड्राइंग के विमान से आगे बढ़ता है और पर्यवेक्षक की ओर निर्देशित होता है; एक बिंदीदार रेखा या एक रची हुई कील (............) - एक कनेक्शन जो पर्यवेक्षक से ड्राइंग के विमान से परे जाता है

चावल। 2.2.कार्बन परमाणु के संकरण के प्रकार। केंद्र में बिंदु परमाणु का केंद्रक है (हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के छोटे अंशों को आंकड़े को सरल बनाने के लिए छोड़ दिया जाता है; अनहाइब्रिडाइज्ड पी-एओ को रंग में दिखाया गया है)

झा (चित्र। 2.3, ए)। कार्बन परमाणु राज्य में है सपा 3-संकरण में एक चतुष्फलकीय विन्यास होता है।

सपा 2-संकरण।एक मिलाते समय 2s-और दो 2p-AO उत्तेजित कार्बन परमाणु के, तीन समतुल्य एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स और अनहाइब्रिडाइज्ड 2p-AO रहता है। कार्बन परमाणु राज्य में है एसपी 2-संकरण का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 है (चित्र 2.1, d देखें)। कार्बन परमाणु के संकरण की यह स्थिति असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (एल्किन्स) के साथ-साथ कार्बोनिल और कार्बोक्सिल जैसे कुछ कार्यात्मक समूहों के लिए विशिष्ट है।

एसपी 2 - हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक ही तल में 120 के कोण पर स्थित होते हैं, और गैर-संकरित AO एक लंबवत तल में होते हैं (चित्र 2.2, b देखें)। कार्बन परमाणु राज्य में है एसपी 2-संकरण है त्रिकोणीय विन्यास।दोहरे बंधन से बंधे कार्बन परमाणु चित्र के तल में हैं, और उनके एकल बंधन पर्यवेक्षक की ओर और दूर निर्देशित हैं जैसा कि ऊपर वर्णित है (चित्र 2.3 देखें)। बी)।

सपा संकरण।जब एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के एक 2s और एक 2p कक्षकों को मिलाया जाता है, तो दो समतुल्य sp संकर AO बनते हैं, जबकि दो p AO असंकरित रहते हैं। sp संकरण अवस्था में कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होता है

चावल। 2.3.मीथेन (ए), ईथेन (बी) और एसिटिलीन (सी) के स्टीरियोकेमिकल सूत्र

1s 2 2(sp 2) 2 2p 2 (चित्र 2.1e देखें)। कार्बन परमाणु के संकरण की यह अवस्था ट्रिपल बॉन्ड वाले यौगिकों में होती है, उदाहरण के लिए, एल्काइन्स, नाइट्राइल्स में।

एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स 180 के कोण पर स्थित होते हैं, और दो अनहाइब्रिडेड एओ परस्पर लंबवत विमानों में होते हैं (चित्र 2.2, सी देखें)। sp संकरण अवस्था में कार्बन परमाणु होता है लाइन विन्यास,उदाहरण के लिए, एसिटिलीन अणु में, सभी चार परमाणु एक ही सीधी रेखा पर होते हैं (चित्र 2.3 देखें)। में)।

अन्य ऑर्गेनोजेन तत्वों के परमाणु भी संकरित अवस्था में हो सकते हैं।

2.2. कार्बन परमाणु के रासायनिक बंधन

कार्बनिक यौगिकों में रासायनिक बंध मुख्य रूप से सहसंयोजक बंधों द्वारा दर्शाए जाते हैं।

एक सहसंयोजक बंधन एक रासायनिक बंधन है जो बंधित परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के समाजीकरण के परिणामस्वरूप बनता है।

ये साझा इलेक्ट्रॉन आणविक कक्षा (MOs) पर कब्जा कर लेते हैं। एक नियम के रूप में, MO एक बहुकेंद्रीय कक्षीय है और इसे भरने वाले इलेक्ट्रॉन निरूपित (छितरी हुई) हैं। इस प्रकार, MO, AO की तरह, खाली हो सकता है, एक इलेक्ट्रॉन या दो इलेक्ट्रॉनों के साथ विपरीत स्पिन* भरा जा सकता है।

2.2.1. σ- औरπ -संचार

सहसंयोजक बंध दो प्रकार के होते हैं: (सिग्मा)- और (pi)-बंध।

-बॉन्ड एक सहसंयोजक बंधन होता है, जब एक AO दो बंधित परमाणुओं के नाभिक को इस सीधी रेखा पर अधिकतम ओवरलैप के साथ जोड़ने वाली एक सीधी रेखा (अक्ष) के साथ ओवरलैप करता है।

-बॉन्ड तब उत्पन्न होता है जब हाइब्रिड वाले सहित कोई भी AO ओवरलैप होता है। चित्र 2.4 कार्बन परमाणुओं के बीच -बंध के गठन को उनके संकर sp3 -AO और CH σ-बंधों के अक्षीय अतिव्यापन के परिणामस्वरूप कार्बन के संकर sp3 -AO और हाइड्रोजन के s-AO को अतिव्याप्त करके दर्शाता है।

*अधिक जानकारी के लिए देखें: पोपकोव वी.ए., पुजाकोव एस.ए.सामान्य रसायन शास्त्र। - एम .: जियोटार-मीडिया, 2007। - अध्याय 1।

चावल। 2.4.AO के अक्षीय अतिव्यापन द्वारा एथेन में -आबंधों का निर्माण (संकर कक्षकों के छोटे अंशों को छोड़ दिया जाता है, रंग दिखाता है) एसपी 3-एओकार्बन, काला - s-AO हाइड्रोजन)

अक्षीय ओवरलैप के अलावा, एक अन्य प्रकार का ओवरलैप संभव है - पी-एओ का पार्श्व ओवरलैप, जिससे बॉन्ड (चित्र 2.5) बनता है।

p-परमाणु कक्षक

चावल। 2.5.-पार्श्व अतिव्यापन द्वारा एथिलीन में आबंध का निर्माण आर-एओ

-बंधन एक बंधन है जो गैर-संकरित p-AOs के पार्श्व अतिव्यापन द्वारा बनता है जिसमें परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली सीधी रेखा के दोनों ओर अधिकतम अतिव्यापन होता है।

कार्बनिक यौगिकों में पाए जाने वाले कई बंधन σ- और π-बंधों का संयोजन होते हैं: डबल - एक σ- और एक π-, ट्रिपल - एक σ- और दो -बॉन्ड।

एक सहसंयोजक बंधन के गुणों को ऊर्जा, लंबाई, ध्रुवता और ध्रुवीकरण जैसी विशेषताओं के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है।

बंधन ऊर्जाएक बंधन के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा है या दो बंधुआ परमाणुओं को अलग करने के लिए आवश्यक है। यह बंधन शक्ति के माप के रूप में कार्य करता है: जितनी अधिक ऊर्जा होगी, बंधन उतना ही मजबूत होगा (तालिका 2.1)।

लिंक की लंबाईबंधित परमाणुओं के केंद्रों के बीच की दूरी है। एक डबल बॉन्ड एक बॉन्ड से छोटा होता है, और एक ट्रिपल बॉन्ड डबल बॉन्ड से छोटा होता है (तालिका 2.1 देखें)। संकरण की विभिन्न अवस्थाओं में कार्बन परमाणुओं के बीच बंधों का एक सामान्य पैटर्न होता है -

तालिका 2.1.सहसंयोजक बंधों की मुख्य विशेषताएं

संकर कक्षक में s-कक्षक के अंश में वृद्धि के साथ, आबंध की लंबाई कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, यौगिकों की एक श्रृंखला में, प्रोपेन CH 3 सीएच 2 सीएच 3, प्रोपेन सीएच 3 सीएच = सीएच 2, प्रोपीन सीएच 3 सी = सीएच सीएच 3 बंधन लंबाई -सी, क्रमशः, 0.154 के बराबर है; 0.150 और 0.146 एनएम।

संचार ध्रुवीयता इलेक्ट्रॉन घनत्व के असमान वितरण (ध्रुवीकरण) के कारण। किसी अणु की ध्रुवता उसके द्विध्रुव आघूर्ण के मान से निर्धारित होती है। एक अणु के द्विध्रुव आघूर्णों से अलग-अलग आबंधों के द्विध्रुव आघूर्णों की गणना की जा सकती है (तालिका 2.1 देखें)। द्विध्रुवीय क्षण जितना बड़ा होगा, बंधन उतना ही अधिक ध्रुवीय होगा। बंध की ध्रुवता का कारण बंधित परमाणुओं की वैद्युतीयऋणात्मकता में अंतर है।

वैद्युतीयऋणात्मकता वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को धारण करने के लिए एक अणु में एक परमाणु की क्षमता की विशेषता है। किसी परमाणु की वैद्युतीयऋणात्मकता में वृद्धि के साथ, उसकी दिशा में बंध इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन की डिग्री बढ़ जाती है।

बॉन्ड एनर्जी के आधार पर, अमेरिकी रसायनज्ञ एल। पॉलिंग (1901-1994) ने परमाणुओं की सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग स्केल) की मात्रात्मक विशेषता का प्रस्ताव दिया। इस पैमाने (पंक्ति) में, विशिष्ट कार्बनिक तत्वों को सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है (तुलना के लिए दो धातुएं दी जाती हैं) निम्नानुसार हैं:

इलेक्ट्रोनगेटिविटी किसी तत्व का पूर्ण स्थिरांक नहीं है। यह नाभिक के प्रभावी आवेश, AO संकरण के प्रकार और प्रतिस्थापकों के प्रभाव पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एसपी 2 - या एसपी-संकरण की स्थिति में कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रोनगेटिविटी एसपी 3-संकरण की स्थिति से अधिक होती है, जो हाइब्रिड ऑर्बिटल में एस-ऑर्बिटल के अनुपात में वृद्धि से जुड़ी होती है। . परमाणुओं के एसपी 3 से - एसपी 2 - और आगे से . के संक्रमण के दौरान एसपी-संकरित अवस्था, संकर कक्षीय की लंबाई धीरे-धीरे कम हो जाती है (विशेषकर उस दिशा में जो -बंध के निर्माण के दौरान सबसे बड़ा ओवरलैप प्रदान करती है), जिसका अर्थ है कि उसी क्रम में, इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिकतम नाभिक के करीब स्थित होता है संबंधित परमाणु का।

एक गैर-ध्रुवीय या व्यावहारिक रूप से गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन के मामले में, बंधुआ परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर शून्य या शून्य के करीब होता है। जैसे-जैसे वैद्युतीयऋणात्मकता में अंतर बढ़ता है, बंधन की ध्रुवता बढ़ती जाती है। 0.4 तक के अंतर के साथ, वे एक कमजोर ध्रुवीय, 0.5 से अधिक - एक मजबूत ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन, और 2.0 से अधिक - एक आयनिक बंधन की बात करते हैं। ध्रुवीय सहसंयोजक बंध हेटेरोलाइटिक दरार के लिए प्रवण होते हैं

(3.1.1 देखें)।

संचार ध्रुवीकरण एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में बंधन इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन में व्यक्त किया जाता है, जिसमें एक अन्य प्रतिक्रियाशील कण भी शामिल है। ध्रुवीकरण इलेक्ट्रॉन गतिशीलता द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन अधिक गतिशील होते हैं, वे परमाणुओं के नाभिक से जितने दूर होते हैं। ध्रुवीकरण के संदर्भ में, -बॉन्ड -बॉन्ड से काफी अधिक है, क्योंकि -बॉन्ड का अधिकतम इलेक्ट्रॉन घनत्व बंधुआ नाभिक से दूर स्थित है। ध्रुवीकरण काफी हद तक ध्रुवीय अभिकर्मकों के संबंध में अणुओं की प्रतिक्रियाशीलता को निर्धारित करता है।

2.2.2. दाता-स्वीकर्ता बंधन

दो एक-इलेक्ट्रॉन एओ का ओवरलैप एक सहसंयोजक बंधन बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है। एक परमाणु (दाता) के दो-इलेक्ट्रॉन कक्षीय दूसरे परमाणु (स्वीकर्ता) के रिक्त कक्षक के साथ परस्पर क्रिया द्वारा एक सहसंयोजक बंधन बनाया जा सकता है। डोनर ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें या तो ऑर्बिटल्स होते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला जोड़ा होता है या -MO। इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े के वाहक (एन-इलेक्ट्रॉन, अंग्रेजी से। गैर-बंधन)नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हैलोजन परमाणु हैं।

यौगिकों के रासायनिक गुणों की अभिव्यक्ति में इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विशेष रूप से, वे यौगिकों की दाता-स्वीकर्ता बातचीत में प्रवेश करने की क्षमता के लिए जिम्मेदार हैं।

एक बंधन भागीदारों में से एक से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा गठित सहसंयोजक बंधन को दाता-स्वीकर्ता बंधन कहा जाता है।

गठित दाता-स्वीकर्ता बंधन केवल गठन के तरीके में भिन्न होता है; इसके गुण अन्य सहसंयोजक बंधों के समान ही होते हैं। दाता परमाणु एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है।

दाता-स्वीकर्ता बंधन जटिल यौगिकों की विशेषता है।

2.2.3. हाइड्रोजन बांड

एक हाइड्रोजन परमाणु एक दृढ़ता से विद्युतीय तत्व (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फ्लोरीन, आदि) से जुड़ा होता है, जो उसी या किसी अन्य अणु के पर्याप्त रूप से विद्युतीय परमाणु के इलेक्ट्रॉनों की अकेली जोड़ी के साथ बातचीत करने में सक्षम होता है। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन बंध उत्पन्न होता है, जो एक प्रकार का दाता है-

स्वीकर्ता बंधन। ग्राफिक रूप से, हाइड्रोजन बांड को आमतौर पर तीन बिंदुओं द्वारा दर्शाया जाता है।

हाइड्रोजन बांड ऊर्जा कम (10-40 kJ/mol) है और मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा निर्धारित की जाती है।

इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड अल्कोहल जैसे कार्बनिक यौगिकों के जुड़ाव का कारण बनते हैं।

हाइड्रोजन बांड यौगिकों के भौतिक (क्वथनांक और गलनांक, चिपचिपाहट, वर्णक्रमीय विशेषताओं) और रासायनिक (एसिड-बेस) गुणों को प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, इथेनॉल C . का क्वथनांक 2H5 OH (78.3 ? C) डाइमिथाइल ईथर CH 3 OCH 3 (-24? C) के समान आणविक भार की तुलना में काफी अधिक है, जो हाइड्रोजन बांड के कारण संबद्ध नहीं है।

हाइड्रोजन बांड इंट्रामोल्युलर भी हो सकते हैं। सैलिसिलिक एसिड के आयनों में इस तरह के बंधन से इसकी अम्लता में वृद्धि होती है।

हाइड्रोजन बांड मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों - प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, न्यूक्लिक एसिड की स्थानिक संरचना के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

2.3. संबंधित सिस्टम

एक सहसंयोजक बंधन को स्थानीयकृत या निरूपित किया जा सकता है। एक बंधन को स्थानीयकृत कहा जाता है, जिसके इलेक्ट्रॉनों को वास्तव में बंधे हुए परमाणुओं के दो नाभिकों के बीच विभाजित किया जाता है। यदि बंध इलेक्ट्रॉनों को दो से अधिक नाभिकों द्वारा साझा किया जाता है, तो एक एक निरूपित बंधन की बात करता है।

एक delocalized बंधन एक सहसंयोजक बंधन है जिसका आणविक कक्षीय दो से अधिक परमाणुओं तक फैला है।

ज्यादातर मामलों में डेलोकलाइज्ड बॉन्ड -बॉन्ड होते हैं। वे युग्मित प्रणालियों की विशेषता हैं। इन प्रणालियों में परमाणुओं का एक विशेष प्रकार का पारस्परिक प्रभाव होता है - संयुग्मन।

संयुग्मन (मेसोमेरिया, ग्रीक से। मेसो- माध्यम) एक आदर्श, लेकिन गैर-मौजूद संरचना की तुलना में एक वास्तविक अणु (कण) में बंधों और आवेशों का संरेखण है।

संयुग्मन में भाग लेने वाले डेलोकाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स या तो दो या दो से अधिक -बॉन्ड से संबंधित हो सकते हैं, या -बॉन्ड और पी-ऑर्बिटल के साथ एक परमाणु से संबंधित हो सकते हैं। इसके अनुसार, ,π-संयुग्मन और ,π-संयुग्मन के बीच अंतर किया जाता है। संयुग्मन प्रणाली खुली या बंद हो सकती है और इसमें न केवल कार्बन परमाणु होते हैं, बल्कि हेटेरोएटम भी होते हैं।

2.3.1. ओपन सर्किट सिस्टम

π,π -जोड़ी।कार्बन श्रृंखला के साथ , -संयुग्मित प्रणालियों का सबसे सरल प्रतिनिधि ब्यूटाडाइन-1,3 (चित्र। 2.6, ए) है। कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु और, परिणामस्वरूप, इसके अणु में सभी -आबंध एक ही तल में स्थित होते हैं, जो एक सपाट σ-कंकाल बनाते हैं। कार्बन परमाणु sp2 संकरण की अवस्था में होते हैं। प्रत्येक कार्बन परमाणु के अनहाइब्रिडाइज्ड p-AOs -कंकाल के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं, जो उनके अतिव्यापन के लिए एक आवश्यक शर्त है। ओवरलैपिंग न केवल C-1 और C-2, C-3 और C-4 परमाणुओं के p-AO के बीच होता है, बल्कि C-2 और C-3 परमाणुओं के p-AO के बीच भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप निर्माण होता है। चार कार्बन परमाणुओं में फैले एक एकल का -सिस्टम, यानी, एक डेलोकाइज्ड सहसंयोजक बंधन उत्पन्न होता है (चित्र 2.6, बी देखें)।

चावल। 2.6.1,3-ब्यूटाडीन अणु का परमाणु कक्षीय मॉडल

यह अणु में बंधन लंबाई में परिवर्तन में परिलक्षित होता है। बॉन्ड की लंबाई C-1-C-2, साथ ही C-3-C-4 ब्यूटाडीन-1,3 में कुछ हद तक बढ़ जाती है, और पारंपरिक डबल और सिंगल की तुलना में C-2 और C-3 के बीच की दूरी को छोटा कर दिया जाता है। बांड। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉन निरूपण की प्रक्रिया बांड की लंबाई के संरेखण की ओर ले जाती है।

बड़ी संख्या में संयुग्मित दोहरे बंधन वाले हाइड्रोकार्बन पौधे की दुनिया में आम हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, कैरोटीन, जो गाजर, टमाटर आदि का रंग निर्धारित करते हैं।

एक खुली संयुग्मन प्रणाली में हेटेरोएटम भी शामिल हो सकते हैं। ओपन का एक उदाहरण ,π-श्रृंखला में हेटेरोएटम के साथ संयुग्मित प्रणालियांα,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिक काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक्रोलिन CH . में एल्डिहाइड समूह 2 =CH-CH=O तीन sp 2-संकरित कार्बन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु के संयुग्मन की श्रृंखला का सदस्य है। इनमें से प्रत्येक परमाणु एकल -प्रणाली में एक p-इलेक्ट्रॉन का योगदान करता है।

पीएन-पेयरिंग।इस प्रकार का संयुग्मन अक्सर संरचनात्मक खंड-सीएच = सीएच-एक्स युक्त यौगिकों में प्रकट होता है, जहां एक्स एक विषम परमाणु है जिसमें इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी होती है (मुख्य रूप से ओ या एन)। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, विनाइल ईथर, जिनके अणुओं में दोहरा बंधन संयुग्मित होता है आरएक ऑक्सीजन परमाणु का कक्षक। दो पी-एओ एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणुओं और एक को ओवरलैप करके एक डेलोकाइज्ड तीन-केंद्र बंधन बनता है आर-एओ एन-इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के साथ एक हेटेरोएटम का।

कार्बोक्सिल समूह में एक समान डेलोकाइज्ड थ्री-सेंटर बॉन्ड का निर्माण होता है। यहाँ, C=O बंध के -इलेक्ट्रॉन और OH समूह के ऑक्सीजन परमाणु के n-इलेक्ट्रॉन संयुग्मन में भाग लेते हैं। पूरी तरह से संरेखित बॉन्ड और चार्ज वाले संयुग्मित सिस्टम में नकारात्मक चार्ज किए गए कण शामिल हैं, जैसे एसीटेट आयन।

इलेक्ट्रॉन घनत्व शिफ्ट की दिशा एक घुमावदार तीर द्वारा इंगित की जाती है।

पेयरिंग परिणाम प्रदर्शित करने के अन्य ग्राफिकल तरीके हैं। इस प्रकार, एसीटेट आयन (I) की संरचना से पता चलता है कि आवेश दोनों ऑक्सीजन परमाणुओं पर समान रूप से वितरित है (जैसा कि चित्र 2.7 में दिखाया गया है, जो सत्य है)।

संरचनाएं (II) और (III) का उपयोग किया जाता है अनुनाद सिद्धांत।इस सिद्धांत के अनुसार, एक वास्तविक अणु या कण का वर्णन कुछ तथाकथित गुंजयमान संरचनाओं के एक समूह द्वारा किया जाता है, जो केवल इलेक्ट्रॉनों के वितरण में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। संयुग्मित प्रणालियों में, गुंजयमान संकर में मुख्य योगदान विभिन्न -इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण के साथ संरचनाओं द्वारा किया जाता है (इन संरचनाओं को जोड़ने वाला दो तरफा तीर अनुनाद सिद्धांत का एक विशेष प्रतीक है)।

सीमा (सीमा) संरचनाएं वास्तव में मौजूद नहीं हैं। हालांकि, वे एक अणु (कण) में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वास्तविक वितरण में कुछ हद तक "योगदान" करते हैं, जिसे सीमित संरचनाओं के सुपरइम्पोजिशन (सुपरपोजिशन) द्वारा प्राप्त एक गुंजयमान संकर के रूप में दर्शाया जाता है।

कार्बन श्रृंखला के साथ ,π-संयुग्मित प्रणालियों में, संयुग्मन तब हो सकता है जब -बंध के बगल में एक गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल वाला कार्बन परमाणु हो। ऐसी प्रणालियाँ मध्यवर्ती कण हो सकती हैं - कार्बनियन, कार्बोकेशन, मुक्त कण, उदाहरण के लिए, एलिल संरचनाएं। मुक्त मूलक एलिल अंश लिपिड पेरोक्सीडेशन की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

एलिल आयनों में सीएच 2 \u003d सीएच-सीएच 2 एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणु सी-3 आम संयुग्मित को बचाता है

चावल। 2.7.पेनिसिलिन में COONa समूह का इलेक्ट्रॉन घनत्व मानचित्र

एलिल रेडिकल सीएच . में दो इलेक्ट्रॉन प्रणाली 2=सीएच-सीएच 2+ - एक, और एलिल कार्बोकेशन CH . में 2=सीएच-सीएच 2+ कोई आपूर्ति नहीं करता है। नतीजतन, जब पी-एओ तीन एसपी 2-हाइब्रिडाइज्ड कार्बन परमाणुओं को ओवरलैप करता है, तो एक डेलोकाइज्ड थ्री-सेंटर बॉन्ड बनता है, जिसमें चार (कार्बनियन में), तीन (फ्री रेडिकल में), और दो (कार्बोकेशन में) होते हैं। इलेक्ट्रॉनों, क्रमशः।

औपचारिक रूप से, एलिल केशन में सी -3 परमाणु एक सकारात्मक चार्ज करता है, एलिल रेडिकल में इसमें एक अप्रकाशित इलेक्ट्रॉन होता है, और एलिल आयन में इसका नकारात्मक चार्ज होता है। वास्तव में, ऐसी संयुग्मित प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक निरूपण (फैलाव) होता है, जो बांडों और आवेशों के संरेखण की ओर जाता है। इन प्रणालियों में C-1 और C-3 परमाणु समतुल्य हैं। उदाहरण के लिए, एलिल धनायन में, उनमें से प्रत्येक पर धनात्मक आवेश होता है+1/2 और सी-2 परमाणु के साथ "डेढ़" बंधन द्वारा जुड़ा हुआ है।

इस प्रकार, संयुग्मन पारंपरिक संरचना सूत्रों द्वारा प्रस्तुत संरचनाओं की तुलना में वास्तविक संरचनाओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण में एक महत्वपूर्ण अंतर की ओर जाता है।

2.3.2. बंद लूप सिस्टम

चक्रीय संयुग्मित प्रणालियाँ संयुग्मित खुली प्रणालियों की तुलना में उन्नत थर्मोडायनामिक स्थिरता वाले यौगिकों के समूह के रूप में बहुत रुचि रखती हैं। इन यौगिकों में अन्य विशेष गुण भी होते हैं, जिनकी समग्रता सामान्य अवधारणा से जुड़ी होती है सुगन्धितता।इनमें ऐसे औपचारिक रूप से असंतृप्त यौगिकों की क्षमता शामिल है

प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करें, जोड़ नहीं, ऑक्सीकरण एजेंटों और तापमान के प्रतिरोध।

सुगंधित प्रणालियों के विशिष्ट प्रतिनिधि एरेन और उनके डेरिवेटिव हैं। सुगंधित हाइड्रोकार्बन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं बेंजीन अणु के परमाणु कक्षीय मॉडल में स्पष्ट रूप से प्रकट होती हैं। बेंजीन का ढांचा छह एसपी 2 संकरित कार्बन परमाणुओं द्वारा बनता है। सभी -बंध (C-C और C-H) एक ही तल में स्थित होते हैं। छह असंकरित p-AO अणु के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं (चित्र 2.8, a)। प्रत्येक आर-AO दो पड़ोसियों के साथ समान रूप से ओवरलैप कर सकता है आर-एओ। इस ओवरलैप के परिणामस्वरूप, एक एकल डेलोकाइज्ड π-सिस्टम उत्पन्न होता है, जिसमें उच्चतम इलेक्ट्रॉन घनत्व -कंकाल तल के ऊपर और नीचे स्थित होता है और चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करता है (चित्र 2.8, बी देखें)। -इलेक्ट्रॉन घनत्व पूरे चक्रीय प्रणाली में समान रूप से वितरित होता है, जो चक्र के अंदर एक वृत्त या बिंदीदार रेखा द्वारा इंगित किया जाता है (चित्र 2.8, c देखें)। बेंजीन रिंग में कार्बन परमाणुओं के बीच सभी बॉन्ड की लंबाई (0.139 एनएम) समान होती है, सिंगल और डबल बॉन्ड की लंबाई के बीच मध्यवर्ती।

क्वांटम यांत्रिक गणनाओं के आधार पर, यह स्थापित किया गया था कि ऐसे स्थिर अणुओं के निर्माण के लिए, एक तलीय चक्रीय प्रणाली में (4n + 2) -इलेक्ट्रॉन शामिल होने चाहिए, जहां एन= 1, 2, 3, आदि। (हुकेल का नियम, 1931)। इन आंकड़ों को ध्यान में रखते हुए, "सुगंधितता" की अवधारणा को ठोस बनाना संभव है।

एक यौगिक सुगंधित होता है यदि इसमें एक तलीय वलय और एक संयुग्मित होता हैπ -इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली चक्र के सभी परमाणुओं को कवर करती है और युक्त होती है(4एन+ 2) -इलेक्ट्रॉन।

Hückel का नियम किसी भी तलीय संघनित तंत्र पर लागू होता है जिसमें ऐसे कोई परमाणु नहीं होते हैं जो एक से अधिक के लिए सामान्य हों।

चावल। 2.8.बेंजीन अणु का परमाणु कक्षीय मॉडल (हाइड्रोजन परमाणु छोड़े गए; स्पष्टीकरण के लिए पाठ देखें)

दो चक्र। संघनित बेंजीन के छल्ले वाले यौगिक, जैसे नेफ़थलीन और अन्य, सुगंधितता के मानदंडों को पूरा करते हैं।

युग्मित प्रणालियों की स्थिरता। संयुग्मित और विशेष रूप से सुगंधित प्रणाली का गठन एक ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रक्रिया है, क्योंकि ऑर्बिटल्स के अतिव्यापी होने की डिग्री बढ़ जाती है और डेलोकलाइज़ेशन (फैलाव) होता है। आर-इलेक्ट्रॉन। इस संबंध में, संयुग्मित और सुगंधित प्रणालियों ने थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि की है। उनमें कम मात्रा में आंतरिक ऊर्जा होती है और जमीनी अवस्था में गैर-संयुग्मित प्रणालियों की तुलना में कम ऊर्जा स्तर पर कब्जा होता है। इन स्तरों के बीच के अंतर का उपयोग संयुग्मित यौगिक के थर्मोडायनामिक स्थिरता को मापने के लिए किया जा सकता है, अर्थात इसकी संयुग्मन ऊर्जा(डेलोकलाइज़ेशन एनर्जी)। Butadiene-1,3 के लिए, यह छोटा है और लगभग 15 kJ/mol की मात्रा है। संयुग्मित श्रृंखला की लंबाई में वृद्धि के साथ, संयुग्मन ऊर्जा और तदनुसार, यौगिकों की थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि होती है। बेंजीन के लिए संयुग्मन ऊर्जा बहुत अधिक है और इसकी मात्रा 150 kJ/mol है।

2.4. प्रतिस्थापकों का इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव 2.4.1। प्रेरक प्रभाव

एक अणु में एक ध्रुवीय -आबंध निकटतम -आबंधों के ध्रुवीकरण का कारण बनता है और पड़ोसी परमाणुओं पर आंशिक आवेशों की उपस्थिति की ओर जाता है*।

पदार्थ न केवल अपने, बल्कि पड़ोसी -बंधों के भी ध्रुवीकरण का कारण बनते हैं। परमाणुओं के प्रभाव के इस प्रकार के संचरण को आगमनात्मक प्रभाव (/-प्रभाव) कहा जाता है।

आगमनात्मक प्रभाव - -बंधों के इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन के परिणामस्वरूप प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण।

-बॉन्ड के कमजोर ध्रुवीकरण के कारण, सर्किट में तीन या चार बॉन्ड के बाद आगमनात्मक प्रभाव क्षीण हो जाता है। इसकी क्रिया उस कार्बन परमाणु के संबंध में सबसे अधिक स्पष्ट होती है जिसमें एक स्थानापन्न होता है। प्रतिस्थापी के आगमनात्मक प्रभाव की दिशा को हाइड्रोजन परमाणु से तुलना करके गुणात्मक रूप से अनुमान लगाया जाता है, जिसका आगमनात्मक प्रभाव शून्य के रूप में लिया जाता है। ग्राफिक रूप से, /-प्रभाव के परिणाम को एक तीर द्वारा दर्शाया गया है जो वैलेंस लाइन की स्थिति के साथ मेल खाता है और अधिक विद्युतीय परमाणु की ओर इशारा करता है।

/में\हाइड्रोजन परमाणु से अधिक शक्तिशाली, प्रदर्शित करता हैनकारात्मकआगमनात्मक प्रभाव (-/- प्रभाव)।

ऐसे प्रतिस्थापन आमतौर पर सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं, उन्हें कहा जाता है इलेक्ट्रॉन-निकासी।इनमें अधिकांश कार्यात्मक समूह शामिल हैं: OH, NH 2, सीओओएच, NO2 और धनायनित समूह, जैसे -NH 3+.

एक पदार्थ जो हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बदलता हैσ -श्रृंखला के कार्बन परमाणु के प्रति आबंध, प्रदर्शित करता हैसकारात्मकआगमनात्मक प्रभाव (+/- प्रभाव)।

इस तरह के प्रतिस्थापन श्रृंखला (या रिंग) में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और कहलाते हैं इलेक्ट्रॉन दाता।इनमें sp 2-संकरित कार्बन परमाणु पर स्थित ऐल्किल समूह और आवेशित कणों में आयनिक केंद्र शामिल हैं, उदाहरण के लिए -O-।

2.4.2. मेसोमेरिक प्रभाव

संयुग्मित प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव के हस्तांतरण में मुख्य भूमिका delocalized सहसंयोजक बंधों के -इलेक्ट्रॉनों द्वारा निभाई जाती है। एक डेलोकाइज्ड (संयुग्मित) -सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व में बदलाव में खुद को प्रकट करने वाले प्रभाव को मेसोमेरिक (एम-प्रभाव), या संयुग्मन प्रभाव कहा जाता है।

मेसोमेरिक प्रभाव - संयुग्मित प्रणाली के साथ प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण।

इस मामले में, विकल्प स्वयं संयुग्मित प्रणाली का सदस्य है। यह संयुग्मन प्रणाली में या तो एक -बॉन्ड (कार्बोनिल, कार्बोक्सिल समूह, आदि), या एक हेटेरोएटम (एमिनो और हाइड्रॉक्सी समूह) के इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी, या एक खाली या एक-इलेक्ट्रॉन से भरा पी-एओ पेश कर सकता है। .

संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाने वाला एक पदार्थ प्रदर्शित करता हैसकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (+ एम- प्रभाव)।

ऐसे पदार्थ जिनमें इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी (उदाहरण के लिए, एनिलिन अणु में एक अमीनो समूह) या एक संपूर्ण ऋणात्मक आवेश वाले परमाणु शामिल होते हैं, उनका M-प्रभाव होता है। ये विकल्प सक्षम हैं

इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को एक सामान्य संयुग्मित प्रणाली में स्थानांतरित करने के लिए, अर्थात वे हैं इलेक्ट्रॉन दाता।

एक संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करने वाला एक पदार्थ प्रदर्शित करता हैनकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (-एम-प्रभाव)।

संयुग्मित प्रणाली में एम-प्रभाव ऑक्सीजन या नाइट्रोजन परमाणुओं द्वारा कार्बन परमाणु के लिए एक दोहरे बंधन से बंधे होते हैं, जैसा कि ऐक्रेलिक एसिड और बेंजाल्डिहाइड के उदाहरण में दिखाया गया है। ऐसे समूह हैं इलेक्ट्रॉन-निकासी।

इलेक्ट्रॉन घनत्व के विस्थापन को एक घुमावदार तीर द्वारा इंगित किया जाता है, जिसकी शुरुआत से पता चलता है कि कौन से p- या π-इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित किया जा रहा है, और अंत वह बंधन या परमाणु है जिससे वे विस्थापित होते हैं। मेसोमेरिक प्रभाव, आगमनात्मक प्रभाव के विपरीत, संयुग्मित बंधों की एक प्रणाली पर बहुत अधिक दूरी पर प्रसारित होता है।

एक अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण पर प्रतिस्थापन के प्रभाव का आकलन करते समय, आगमनात्मक और मेसोमेरिक प्रभावों (तालिका 2.2) की परिणामी कार्रवाई को ध्यान में रखना आवश्यक है।

तालिका 2.2.कुछ पदार्थों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव

प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव एक गैर-प्रतिक्रियाशील अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण का गुणात्मक अनुमान देना और इसके गुणों की भविष्यवाणी करना संभव बनाते हैं।

निरंतरता। शुरुआत के लिए देखें № 15, 16/2004

पाठ 5
कार्बन के परमाणु कक्षक

एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन प्रकार के सामान्य बंधन इलेक्ट्रॉन जोड़े का उपयोग करके बनता है:

एक रासायनिक बंधन बनाएं, यानी। केवल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु से "विदेशी" इलेक्ट्रॉन के साथ एक सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म बना सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक सूत्र लिखते समय, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन एक-एक करके कक्षीय कक्ष में स्थित होते हैं।
परमाणु कक्षीयएक फ़ंक्शन है जो परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। एक इलेक्ट्रॉन बादल अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन को उच्च संभावना के साथ पाया जा सकता है।
कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और इस तत्व की संयोजकता में सामंजस्य स्थापित करने के लिए कार्बन परमाणु के उत्तेजना की अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। सामान्य (अप्रत्याशित) अवस्था में, कार्बन परमाणु में दो अयुग्मित 2 . होते हैं आर 2 इलेक्ट्रॉन। उत्तेजित अवस्था में (जब ऊर्जा अवशोषित होती है) 2 . में से एक एस 2-इलेक्ट्रॉन मुक्त में जा सकते हैं आर-कक्षीय। तब कार्बन परमाणु में चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं:

याद रखें कि परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में (उदाहरण के लिए, कार्बन 6 सी -1 . के लिए) एस 2 2एस 2 2पी 2) अक्षरों के सामने बड़ी संख्या - 1, 2 - ऊर्जा स्तर की संख्या को दर्शाती है। पत्र एसऔर आरइलेक्ट्रॉन क्लाउड (ऑर्बिटल्स) के आकार को इंगित करें, और अक्षरों के ऊपर दाईं ओर की संख्याएं किसी दिए गए ऑर्बिटल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या को दर्शाती हैं। सभी एस- गोलाकार कक्षाएँ:

2 . को छोड़कर दूसरे ऊर्जा स्तर पर एस-तीन कक्षक हैं 2 आर-कक्षीय। ये 2 आर-ऑर्बिटल्स में डम्बल के समान एक दीर्घवृत्ताकार आकार होता है, और एक दूसरे से 90 ° के कोण पर अंतरिक्ष में उन्मुख होते हैं। 2 आर-ऑर्बिटल्स 2 . को निरूपित करते हैं पी एक्स, 2आपऔर 2 pzकुल्हाड़ियों के अनुसार जिसके साथ ये कक्षाएँ स्थित हैं।

जब रासायनिक बंधन बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स समान आकार प्राप्त करते हैं। तो, संतृप्त हाइड्रोकार्बन में, एक एस-कक्षीय और तीन आर-एक कार्बन परमाणु के कक्षक चार समरूप (संकर) बनाते हैं एसपी 3-कक्षक:

ये है - एसपी 3 - संकरण।
संकरण- परमाणु कक्षकों का संरेखण (मिश्रण) ( एसऔर आर) नए परमाणु कक्षकों के निर्माण के साथ, जिन्हें कहा जाता है संकर कक्षक.

हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में एक असममित आकार होता है, जो संलग्न परमाणु की ओर बढ़ता है। इलेक्ट्रॉन बादल एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और एक दूसरे से यथासंभव दूर अंतरिक्ष में स्थित होते हैं। उसी समय, चार . की कुल्हाड़ियों एसपी 3-संकर कक्षकटेट्राहेड्रोन (नियमित त्रिकोणीय पिरामिड) के कोने की ओर निर्देशित किया जाता है।
तदनुसार, इन कक्षकों के बीच के कोण चतुष्फलकीय होते हैं, जो 109°28" के बराबर होते हैं।
इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के शीर्ष अन्य परमाणुओं के ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप कर सकते हैं। यदि इलेक्ट्रॉन बादल परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ ओवरलैप करते हैं, तो ऐसे सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है सिग्मा () - बांड. उदाहरण के लिए, सी 2 एच 6 ईथेन अणु में, दो कार्बन परमाणुओं के बीच दो हाइब्रिड ऑर्बिटल्स को ओवरलैप करके एक रासायनिक बंधन बनता है। यह एक कनेक्शन है। इसके अलावा, प्रत्येक कार्बन परमाणु अपने तीन . के साथ एसपी 3-ऑर्बिटल्स ओवरलैप करते हैं एस-तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के कक्षक, तीन-बंध बनाते हैं।

कुल मिलाकर, कार्बन परमाणु के लिए विभिन्न प्रकार के संकरण के साथ तीन वैलेंस राज्य संभव हैं। के अलावा एसपी 3-संकरण मौजूद है एसपी 2 - और एसपी-संकरण।
एसपी 2 -संकरण- एक मिश्रण एस- और दो आर-कक्षीय। नतीजतन, तीन संकर एसपी 2-कक्षीय। ये एसपी 2-कक्षक एक ही तल में स्थित होते हैं (कुल्हाड़ियों के साथ एक्स, पर) और 120° के कक्षकों के बीच के कोण वाले त्रिभुज के शीर्षों की ओर निर्देशित होते हैं। असंकरणित
आर-कक्षीय तीन संकरों के तल के लंबवत है एसपी 2 कक्षक (अक्ष के अनुदिश उन्मुख) जेड) ऊपरी आधा आर-ऑर्बिटल्स प्लेन के ऊपर होते हैं, निचला आधा प्लेन के नीचे होता है।
प्रकार एसपीकार्बन का 2-संकरण एक दोहरे बंधन वाले यौगिकों में होता है: सी = सी, सी = ओ, सी = एन। इसके अलावा, दो परमाणुओं के बीच केवल एक बंधन (उदाहरण के लिए, सी = सी) एक बंधन हो सकता है। (परमाणु के अन्य आबंध कक्षक विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं।) दूसरा बंधन गैर-संकर के अतिव्यापन के परिणामस्वरूप बनता है। आर-परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर के कक्षक।

पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित सहसंयोजक बंधन आर-पड़ोसी कार्बन परमाणुओं के कक्षक कहलाते हैं पीआई () - बांड.

शिक्षा - संचार

ऑर्बिटल्स के कम ओवरलैप के कारण -बॉन्ड -बॉन्ड से कम मजबूत होता है।
एसपी-संकरणएक का मिश्रण (रूप और ऊर्जा में संरेखण) है एस-और एक
आर-ऑर्बिटल्स दो संकरों के गठन के साथ एसपी-कक्षीय। एसपी- ऑर्बिटल्स एक ही लाइन (180 ° के कोण पर) पर स्थित होते हैं और कार्बन परमाणु के नाभिक से विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं। दो
आर-ऑर्बिटल्स अनहाइब्रिडाइज्ड रहते हैं। उन्हें एक दूसरे के लंबवत रखा गया है।
दिशा - कनेक्शन। छवि पर एसपी-ऑर्बिटल्स अक्ष के साथ दिखाए जाते हैं आप, और अनहाइब्रिडाइज़्ड दो
आर-ऑर्बिटल्स - कुल्हाड़ियों के साथ एक्सऔर जेड.

ट्रिपल कार्बन-कार्बन बॉन्ड CC में एक -बॉन्ड होता है जो अतिव्यापी होने पर होता है
एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, और टू-बॉन्ड।
संलग्न समूहों की संख्या, संकरण के प्रकार और बनने वाले रासायनिक बंधों के प्रकार के रूप में कार्बन परमाणु के ऐसे मापदंडों के बीच संबंध तालिका 4 में दिखाया गया है।

तालिका 4

कार्बन के सहसंयोजक बंधन

समूहों की संख्या संबंधित कार्बन के साथ	प्रकार संकरण	प्रकार भाग लेने वाले रासायनिक बन्ध	यौगिक सूत्रों के उदाहरण
4	एसपी 3	चार - कनेक्शन
3	एसपी 2	तीन - कनेक्शन और एक कनेक्शन है
2	एसपी	दो - कनेक्शन और दो कनेक्शन	एच-सीसी-एच

अभ्यास.

1. परमाणुओं के कौन से इलेक्ट्रॉन (उदाहरण के लिए, कार्बन या नाइट्रोजन) अयुग्मित कहलाते हैं?

2. सहसंयोजक बंधन वाले यौगिकों में "साझा इलेक्ट्रॉन जोड़े" की अवधारणा का क्या अर्थ है (उदाहरण के लिए, सीएच 4 याएच 2 एस )?

3. परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएँ क्या हैं (उदाहरण के लिए, C याएन ) बेसिक कहलाते हैं, और कौन उत्साहित हैं?

4. परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में संख्याओं और अक्षरों का क्या अर्थ है (उदाहरण के लिए, C याएन )?

5. एक परमाणु कक्षीय क्या है? C परमाणु के दूसरे ऊर्जा स्तर में कितने कक्षक होते हैं और वे कैसे भिन्न हैं?

6. हाइब्रिड ऑर्बिटल्स और मूल ऑर्बिटल्स में क्या अंतर है जिससे वे बने थे?

7. कार्बन परमाणु के लिए किस प्रकार के संकरण ज्ञात हैं और वे क्या हैं?

8. कार्बन परमाणु की किसी एक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के लिए कक्षकों की स्थानिक व्यवस्था का चित्र बनाइए।

9. रासायनिक बंध किसे कहते हैं और क्या? उल्लिखित करना-और-कनेक्शन में कनेक्शन:

10. नीचे दिए गए यौगिकों के कार्बन परमाणुओं के लिए इंगित करें: क) संकरण का प्रकार; बी) इसके रासायनिक बंधनों के प्रकार; ग) बंधन कोण।

विषय 1 के लिए अभ्यास के उत्तर

पाठ 5

1. इलेक्ट्रॉन जो प्रति कक्षक एक होते हैं, कहलाते हैं अयुग्मित इलेक्ट्रॉन. उदाहरण के लिए, एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के इलेक्ट्रॉन विवर्तन सूत्र में, चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और नाइट्रोजन परमाणु में तीन होते हैं:

2. एक रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग लेने वाले दो इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है आम इलेक्ट्रॉन जोड़ी. आमतौर पर, एक रासायनिक बंधन के निर्माण से पहले, इस जोड़ी के इलेक्ट्रॉनों में से एक एक परमाणु का था, और दूसरा इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु का था:

3. परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स के भरने का क्रम देखा जाता है: 1 एस 2 , 2एस 2 , 2पी 2 , 3एस 2 , 3पी 2 , 4एस 2 , 3डी 2 , 4पी 2 आदि कहलाते हैं मुख्य राज्य. पर उत्साहित राज्यपरमाणु के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों में से एक उच्च ऊर्जा के साथ एक मुक्त कक्षीय में रहता है, ऐसा संक्रमण युग्मित इलेक्ट्रॉनों के पृथक्करण के साथ होता है। योजनाबद्ध रूप से यह इस तरह लिखा गया है:

जबकि जमीनी अवस्था में केवल दो वैलेंस अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, उत्तेजित अवस्था में ऐसे चार इलेक्ट्रॉन होते हैं।

5. एक परमाणु कक्षीय एक ऐसा कार्य है जो किसी दिए गए परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर एक इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। कार्बन परमाणु के द्वितीय ऊर्जा स्तर पर चार कक्षक होते हैं - 2 एस, 2पी एक्स, 2आप, 2pz. ये ऑर्बिटल्स हैं:
ए) इलेक्ट्रॉन बादल का आकार ( एस- गेंद, आर- डम्बल);
बी) आर-ऑर्बिटल्स का अंतरिक्ष में अलग-अलग झुकाव होता है - परस्पर लंबवत अक्षों के साथ एक्स, आपऔर जेड, वे निरूपित हैं पी एक्स, आप, pz.

6. हाइब्रिड ऑर्बिटल्स आकार और ऊर्जा में मूल (गैर-हाइब्रिड) ऑर्बिटल्स से भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एस-कक्षीय - एक गोले का आकार, आर- सममित आंकड़ा आठ, एसपी-हाइब्रिड कक्षीय - असममित आकृति आठ।
ऊर्जा अंतर: इ(एस) < इ(एसपी) < इ(आर) इस प्रकार, एसपी-ऑर्बिटल - आकार और ऊर्जा में औसत एक कक्षीय, प्रारंभिक . को मिलाकर प्राप्त किया जाता है एस- और पी-कक्षीय।

7. कार्बन परमाणु के लिए तीन प्रकार के संकरण ज्ञात हैं: एसपी 3 , एसपी 2 और एसपी (पाठ 5 का पाठ देखें).

9. -बॉन्ड - परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली एक रेखा के साथ ऑर्बिटल्स के ललाट अतिव्यापी द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन।
-बॉन्ड - पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन आर-परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर कक्षक।
- बंध जुड़े हुए परमाणुओं के बीच दूसरी और तीसरी रेखाओं द्वारा दिखाए जाते हैं।

जमीनी अवस्था में, कार्बन परमाणु C (1s 2 2s 2 2p 2) में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके कारण केवल दो सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े ही बन सकते हैं। हालांकि, इसके अधिकांश यौगिकों में कार्बन टेट्रावैलेंट है। यह इस तथ्य के कारण है कि कार्बन परमाणु, थोड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करते हुए, एक उत्तेजित अवस्था में चला जाता है जिसमें उसके 4 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, अर्थात। बनाने में सक्षम चारसहसंयोजक बंधन और चार सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े के निर्माण में भाग लेते हैं:

6 सी 1 एस 2 2एस 2 2 पी 2 6 सी * 1 एस 2 2एस 1 2 पी 3

↓

1

↓

पी

↓

पी

एस

एस

उत्तेजना ऊर्जा की भरपाई रासायनिक बंधों के निर्माण से होती है, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है।

कार्बन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के तीन प्रकार के संकरण बनाने की क्षमता होती है ( सपा 3, सपा 2, एसपी) और उनके बीच कई (डबल और ट्रिपल) बॉन्ड का निर्माण (तालिका 7)।

तालिका 7

अणुओं के संकरण और ज्यामिति के प्रकार

सरल (एकल) s - संचार तब किया जाता है जब सपा 3-संकरण, जिसमें सभी चार संकर कक्षाएँ समान होती हैं और अंतरिक्ष में एक दूसरे से लगभग 29' के कोण पर एक अभिविन्यास होती हैं और एक नियमित चतुष्फलक के शीर्षों की ओर उन्मुख होती हैं।

चावल। 19. मीथेन अणु CH 4 . का बनना

यदि कार्बन के संकर कक्षक गोलाकार के साथ अतिव्यापन करते हैं एस-हाइड्रोजन परमाणु के ऑर्बिटल्स, फिर सबसे सरल कार्बनिक यौगिक मीथेन सीएच 4 बनता है - एक संतृप्त हाइड्रोकार्बन (चित्र। 19)।

चावल। 20. मीथेन अणु में बंधों की चतुष्फलकीय व्यवस्था

एक दूसरे के साथ और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ कार्बन परमाणुओं के बंधनों का अध्ययन बहुत रुचि का है। एथेन, एथिलीन और एसिटिलीन के अणुओं की संरचना पर विचार करें।

एथेन अणु में सभी बंधों के बीच के कोण लगभग एक दूसरे के बराबर होते हैं (चित्र 21) और मीथेन अणु में सीएच कोणों से भिन्न नहीं होते हैं।

चावल। 21. एथेन अणु सी 2 एच 6

इसलिए, कार्बन परमाणु राज्य में हैं सपा 3-संकरण।

कार्बन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का संकरण अधूरा हो सकता है, अर्थात। इसमें दो शामिल हो सकते हैं सपा 2संकरण) या एक ( एसपी-संकरण) तीन आर- ऑर्बिटल्स। इस मामले में, कार्बन परमाणुओं के बीच बनते हैं गुणकों(डबल या ट्रिपल) सम्बन्ध. कई बंधों वाले हाइड्रोकार्बन को असंतृप्त या असंतृप्त कहा जाता है। एक दोहरा बंधन (C = C) तब बनता है जब सपा 2- संकरण। इस मामले में, प्रत्येक कार्बन परमाणु में तीन में से एक होता है आर- ऑर्बिटल्स संकरण में शामिल नहीं होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तीन . का निर्माण होता है सपा 2- एक ही विमान में एक दूसरे के बारे में 120 के कोण पर स्थित हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, और गैर-हाइब्रिड 2 आर-कक्षीय इस तल के लंबवत है। दो कार्बन परमाणु एक दूसरे से जुड़े हुए हैं, हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के ओवरलैप के कारण एक एस-बॉन्ड और ओवरलैप के कारण एक पी-बॉन्ड बनाते हैं। आर-कक्षीय। हाइड्रोजन परमाणुओं के 1s-कक्षकों के साथ कार्बन के मुक्त संकर कक्षकों की परस्पर क्रिया से एथिलीन अणु C 2 H 4 (चित्र 22) का निर्माण होता है, जो असंतृप्त हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल प्रतिनिधि है।

चावल। 22. एथिलीन अणु का बनना C2H4

p-बॉन्ड के मामले में इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स का ओवरलैप कम होता है और बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले ज़ोन परमाणुओं के नाभिक से दूर होते हैं, इसलिए यह बॉन्ड s-बॉन्ड से कम मजबूत होता है।

एक ट्रिपल बॉन्ड एक एस-बॉन्ड और दो पी-बॉन्ड द्वारा बनता है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स एसपी-संकरण की स्थिति में होते हैं, जिसका गठन एक के कारण होता है एस- और एक आर- ऑर्बिटल्स (चित्र। 23)।

चावल। 23. एसिटिलीन अणु का निर्माण सी 2 एच 2

दो हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक दूसरे के सापेक्ष 180 डिग्री के कोण पर स्थित होते हैं, और शेष दो गैर-हाइब्रिड आर-कक्षक दो परस्पर लंबवत तलों में स्थित होते हैं। एसिटिलीन सी 2 एच 2 अणु में ट्रिपल बॉन्ड का निर्माण होता है।

बेंजीन अणु (सी 6 एच 6) के निर्माण के दौरान एक विशेष प्रकार का बंधन उत्पन्न होता है - सुगंधित हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल प्रतिनिधि।

बेंजीन में एक चक्र (बेंजीन रिंग) में एक साथ जुड़े छह कार्बन परमाणु होते हैं, जबकि प्रत्येक कार्बन परमाणु sp 2 संकरण की स्थिति में होता है (चित्र 24)।

बेंजीन अणु में शामिल सभी कार्बन परमाणु एक ही तल में स्थित होते हैं। sp 2 संकरण की अवस्था में प्रत्येक कार्बन परमाणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के साथ एक और गैर-संकर p-कक्षक होता है, जो एक p-बंध बनाता है (चित्र 25)।

ऐसे p-कक्षक की धुरी बेंजीन अणु के तल के लंबवत होती है।

चावल। 24. एसपी 2 - बेंजीन अणु सी 6 एच 6 . की कक्षा

चावल। 25. - बेंजीन अणु सी 6 एच 6 . में बंधन

सभी छह गैर-हाइब्रिड पी-ऑर्बिटल्स एक सामान्य बंधन आणविक पी-ऑर्बिटल बनाते हैं, और सभी छह इलेक्ट्रॉनों को पी-इलेक्ट्रॉन सेक्सेट में जोड़ा जाता है।

ऐसे कक्षक की सीमा सतह कार्बन s-कंकाल के तल के ऊपर और नीचे स्थित होती है। सर्कुलर ओवरलैपिंग के परिणामस्वरूप, एक एकल डेलोकाइज्ड पी-सिस्टम उत्पन्न होता है, जो चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करता है। बेंजीन को योजनाबद्ध रूप से एक षट्भुज के रूप में चित्रित किया गया है जिसके अंदर एक अंगूठी है, जो इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनों और संबंधित बांडों का एक निरूपण है।

169375 0

प्रत्येक परमाणु में एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हुए, परमाणु सबसे स्थिर इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन तक पहुंचते हुए, इलेक्ट्रॉनों का दान, अधिग्रहण या सामाजिककरण करते हैं। सबसे कम ऊर्जा वाला विन्यास सबसे स्थिर होता है (जैसा कि महान गैस परमाणुओं में होता है)। इस पैटर्न को "ऑक्टेट रूल" (चित्र 1) कहा जाता है।

चावल। एक।

यह नियम सभी पर लागू होता है कनेक्शन प्रकार. परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन उन्हें सरलतम क्रिस्टल से जटिल बायोमोलेक्यूल्स तक स्थिर संरचनाएं बनाने की अनुमति देते हैं जो अंततः जीवित सिस्टम बनाते हैं। वे अपने निरंतर चयापचय में क्रिस्टल से भिन्न होते हैं। हालांकि, कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं तंत्र के अनुसार आगे बढ़ती हैं इलेक्ट्रॉनिक हस्तांतरणजो शरीर में ऊर्जा प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

एक रासायनिक बंधन एक बल है जो दो या दो से अधिक परमाणुओं, आयनों, अणुओं या उनमें से किसी भी संयोजन को एक साथ रखता है।.

रासायनिक बंधन की प्रकृति सार्वभौमिक है: यह नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक चार्ज नाभिक के बीच आकर्षण का एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल है, जो परमाणुओं के बाहरी आवरण में इलेक्ट्रॉनों के विन्यास द्वारा निर्धारित होता है। किसी परमाणु की रासायनिक बंध बनाने की क्षमता कहलाती है संयोजकता, या ऑक्सीकरण अवस्था. इसकी अवधारणा अणु की संयोजन क्षमता- इलेक्ट्रॉन जो रासायनिक बंधन बनाते हैं, यानी वे सबसे अधिक ऊर्जा वाले ऑर्बिटल्स में स्थित होते हैं। तदनुसार, इन कक्षकों वाले परमाणु के बाहरी कोश को कहा जाता है रासायनिक संयोजन शेल. वर्तमान में, यह एक रासायनिक बंधन की उपस्थिति को इंगित करने के लिए पर्याप्त नहीं है, लेकिन इसके प्रकार को स्पष्ट करना आवश्यक है: आयनिक, सहसंयोजक, द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय, धातु।

कनेक्शन का पहला प्रकार हैईओण का संबंध

लुईस और कोसेल के इलेक्ट्रॉनिक थ्योरी ऑफ वैलेंसी के अनुसार, परमाणु दो तरह से एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन प्राप्त कर सकते हैं: पहला, इलेक्ट्रॉनों को खोकर, बनना फैटायनों, दूसरे, उन्हें प्राप्त करना, में बदलना आयनों. इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण के परिणामस्वरूप विपरीत चिन्ह के आवेश वाले आयनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बल के कारण एक रासायनिक बंधन बनता है, जिसे कोसल कहा जाता है। इलेक्ट्रोवेलेंट(अब कहा जाता है ईओण का).

इस मामले में, आयन और धनायन एक भरे हुए बाहरी इलेक्ट्रॉन शेल के साथ एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन बनाते हैं। विशिष्ट आयनिक बंधन आवधिक प्रणाली के टी और II समूहों के उद्धरणों और समूहों VI और VII (क्रमशः 16 और 17 उपसमूहों) के गैर-धातु तत्वों के आयनों से बनते हैं, काल्कोजनऔर हैलोजन) आयनिक यौगिकों में बंधन असंतृप्त और गैर-दिशात्मक होते हैं, इसलिए वे अन्य आयनों के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक बातचीत की संभावना को बरकरार रखते हैं। अंजीर पर। 2 और 3 कोसल इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण मॉडल के अनुरूप आयनिक बंधों के उदाहरण दिखाते हैं।

चावल। 2.

चावल। 3.सोडियम क्लोराइड (NaCl) अणु में आयनिक बंधन

यहाँ कुछ गुणों को याद करना उचित है जो प्रकृति में पदार्थों के व्यवहार की व्याख्या करते हैं, विशेष रूप से, की अवधारणा पर विचार करने के लिए अम्लऔर मैदान.

इन सभी पदार्थों के जलीय विलयन इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं। वे अलग-अलग तरीकों से रंग बदलते हैं। संकेतक. संकेतकों की कार्रवाई के तंत्र की खोज एफ.वी. ओस्टवाल्ड। उन्होंने दिखाया कि संकेतक कमजोर एसिड या क्षार होते हैं, जिनका रंग असंबद्ध और अलग राज्यों में अलग होता है।

क्षार अम्ल को निष्क्रिय कर सकते हैं। सभी क्षार पानी में घुलनशील नहीं होते हैं (उदाहरण के लिए, कुछ कार्बनिक यौगिक जिनमें -OH समूह नहीं होते हैं, अघुलनशील होते हैं, विशेष रूप से, ट्राइथाइलामाइन एन (सी 2 एच 5) 3); घुलनशील क्षारक कहलाते हैं क्षार.

अम्लों के जलीय विलयन अभिलक्षणिक अभिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं:

क) धातु के आक्साइड के साथ - नमक और पानी के निर्माण के साथ;

बी) धातुओं के साथ - नमक और हाइड्रोजन के निर्माण के साथ;

ग) कार्बोनेट के साथ - नमक के निर्माण के साथ, सीओ 2 और एच 2 हे.

अम्ल और क्षार के गुणों का वर्णन कई सिद्धांतों द्वारा किया गया है। एसए के सिद्धांत के अनुसार। अरहेनियस, एक एसिड एक पदार्थ है जो आयन बनाने के लिए अलग हो जाता है एच+ , जबकि आधार आयन बनाता है क्या वो-। यह सिद्धांत उन कार्बनिक आधारों के अस्तित्व को ध्यान में नहीं रखता है जिनमें हाइड्रॉक्सिल समूह नहीं होते हैं।

लाइन के साथ में प्रोटोनब्रोंस्टेड और लोरी का सिद्धांत, एक एसिड एक पदार्थ है जिसमें अणु या आयन होते हैं जो प्रोटॉन दान करते हैं ( दाताओंप्रोटॉन), और आधार एक पदार्थ है जिसमें अणु या आयन होते हैं जो प्रोटॉन को स्वीकार करते हैं ( स्वीकारकर्ताओंप्रोटॉन)। ध्यान दें कि जलीय विलयनों में हाइड्रोजन आयन हाइड्रेटेड रूप में मौजूद होते हैं, अर्थात हाइड्रोनियम आयनों के रूप में एच3ओ+। यह सिद्धांत न केवल पानी और हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ प्रतिक्रियाओं का वर्णन करता है, बल्कि एक विलायक की अनुपस्थिति में या एक गैर-जलीय विलायक के साथ भी किया जाता है।

उदाहरण के लिए, अमोनिया के बीच प्रतिक्रिया में राष्ट्रीय राजमार्गगैस चरण में 3 (कमजोर आधार) और हाइड्रोजन क्लोराइड, ठोस अमोनियम क्लोराइड बनता है, और दो पदार्थों के संतुलन मिश्रण में हमेशा 4 कण होते हैं, जिनमें से दो एसिड होते हैं, और अन्य दो आधार होते हैं:

इस संतुलन मिश्रण में अम्ल और क्षार के दो संयुग्मित जोड़े होते हैं:

1)राष्ट्रीय राजमार्ग 4+ और राष्ट्रीय राजमार्ग 3

2) एचसीएलऔर क्लोरीन ‑

यहाँ, प्रत्येक संयुग्मित युग्म में अम्ल और क्षार एक प्रोटॉन से भिन्न होते हैं। प्रत्येक अम्ल का एक संयुग्मी आधार होता है। एक मजबूत एसिड में एक कमजोर संयुग्म आधार होता है, और एक कमजोर एसिड का एक मजबूत संयुग्म आधार होता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत जीवमंडल के जीवन के लिए पानी की अनूठी भूमिका की व्याख्या करना संभव बनाता है। पानी, इसके साथ बातचीत करने वाले पदार्थ के आधार पर, एसिड या बेस के गुणों को प्रदर्शित कर सकता है। उदाहरण के लिए, एसिटिक एसिड के जलीय घोल के साथ प्रतिक्रियाओं में, पानी एक आधार है, और अमोनिया के जलीय घोल के साथ यह एक एसिड है।

1) सीएच 3 कूह + एच 2 ओ ↔ एच 3 ओ + + सीएच 3 सू-। यहां एसिटिक एसिड अणु पानी के अणु को एक प्रोटॉन दान करता है;

2) NH3 + एच 2 ओ ↔ एनएच4 + + क्या वो-। यहाँ अमोनिया अणु पानी के अणु से एक प्रोटॉन ग्रहण करता है।

इस प्रकार, पानी दो संयुग्मित जोड़े बना सकता है:

1) एच 2 ओ(एसिड) और क्या वो- (सन्युग्म ताल)

2) एच 3 ओ+ (एसिड) और एच 2 ओ(सन्युग्म ताल)।

पहले मामले में, पानी एक प्रोटॉन दान करता है, और दूसरे में, वह इसे स्वीकार करता है।

ऐसी संपत्ति को कहा जाता है उभयचरता. वे पदार्थ जो अम्ल और क्षार दोनों के रूप में प्रतिक्रिया कर सकते हैं, कहलाते हैं उभयधर्मी. ऐसे पदार्थ अक्सर प्रकृति में पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड अम्ल और क्षार दोनों के साथ लवण बना सकते हैं। इसलिए, पेप्टाइड्स मौजूद धातु आयनों के साथ आसानी से समन्वय यौगिक बनाते हैं।

इस प्रकार, एक आयनिक बंधन की विशेषता संपत्ति एक नाभिक के लिए बाध्यकारी इलेक्ट्रॉनों के एक समूह का पूर्ण विस्थापन है। इसका मतलब है कि आयनों के बीच एक क्षेत्र है जहां इलेक्ट्रॉन घनत्व लगभग शून्य है।

दूसरे प्रकार का कनेक्शन हैसहसंयोजक संबंध

परमाणु इलेक्ट्रॉनों को साझा करके स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास बना सकते हैं।

ऐसा बंधन तब बनता है जब इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी एक-एक करके साझा की जाती है। प्रत्येक सेपरमाणु। इस मामले में, सामाजिक बंधन इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं के बीच समान रूप से वितरित किया जाता है। सहसंयोजक बंधन का एक उदाहरण है होमोन्यूक्लियरदो परमाणुओंवाला एच अणु 2 , एन 2 , एफ 2. एलोट्रोप्स में एक ही प्रकार का बंधन होता है। हे 2 और ओजोन हे 3 और एक बहुपरमाणुक अणु के लिए एस 8 और भी हेटेरोन्यूक्लियर अणुहाईड्रोजन क्लोराईड एचसीएल, कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2, मीथेन चौधरी 4, इथेनॉल साथ में 2 एच 5 क्या वो, सल्फर हेक्साफ्लोराइड एस एफ 6, एसिटिलीन साथ में 2 एच 2. इन सभी अणुओं में समान सामान्य इलेक्ट्रॉन होते हैं, और उनके बंधन उसी तरह से संतृप्त और निर्देशित होते हैं (चित्र 4)।

जीवविज्ञानियों के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि एकल बंधन की तुलना में डबल और ट्रिपल बॉन्ड में परमाणुओं की सहसंयोजक त्रिज्या कम हो जाती है।

चावल। 4. Cl2 अणु में सहसंयोजक बंधन।

आयनिक और सहसंयोजक प्रकार के बंधन कई मौजूदा प्रकार के रासायनिक बंधनों के दो सीमित मामले हैं, और व्यवहार में अधिकांश बंधन मध्यवर्ती हैं।

मेंडेलीव प्रणाली के समान या अलग-अलग अवधियों के विपरीत छोर पर स्थित दो तत्वों के यौगिक मुख्य रूप से आयनिक बंधन बनाते हैं। जैसे-जैसे तत्व एक-दूसरे के निकट आवर्त में पहुंचते हैं, उनके यौगिकों की आयनिक प्रकृति घटती जाती है, जबकि सहसंयोजक गुण बढ़ता है। उदाहरण के लिए, आवर्त सारणी के बाईं ओर तत्वों के हैलाइड और ऑक्साइड मुख्य रूप से आयनिक बंध बनाते हैं ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), और तालिका के दाईं ओर तत्वों के समान यौगिक सहसंयोजक हैं ( एच 2 ओ, सीओ 2, एनएच 3, नंबर 2, सीएच 4, फिनोल C6H5OHग्लूकोज सी 6 एच 12 ओ 6, इथेनॉल सी 2 एच 5 ओएच).

सहसंयोजक बंधन, बदले में, एक और संशोधन है।

बहुपरमाणुक आयनों और जटिल जैविक अणुओं में, दोनों इलेक्ट्रॉन केवल से ही आ सकते हैं एकपरमाणु। यह कहा जाता है दाताइलेक्ट्रॉन जोड़ी। एक परमाणु जो दाता के साथ इलेक्ट्रॉनों की इस जोड़ी का सामाजिककरण करता है, कहलाता है हुंडी सकारनेवालाइलेक्ट्रॉन जोड़ी। इस प्रकार के सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है समन्वय (दाता-स्वीकर्ता), यासंप्रदान कारक) संचार(चित्र 5)। इस प्रकार का बंधन जीव विज्ञान और चिकित्सा के लिए सबसे महत्वपूर्ण है, क्योंकि चयापचय के लिए सबसे महत्वपूर्ण डी-तत्वों के रसायन विज्ञान को बड़े पैमाने पर समन्वय बंधनों द्वारा वर्णित किया जाता है।

चित्र। 5.

एक नियम के रूप में, एक जटिल यौगिक में, एक धातु परमाणु एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है; इसके विपरीत, आयनिक और सहसंयोजक बंधों में, धातु परमाणु एक इलेक्ट्रॉन दाता होता है।

सहसंयोजक बंधन का सार और इसकी विविधता - समन्वय बंधन - जीएन द्वारा प्रस्तावित एसिड और बेस के एक अन्य सिद्धांत की मदद से स्पष्ट किया जा सकता है। लुईस। उन्होंने ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत के अनुसार "एसिड" और "बेस" शब्दों की शब्दार्थ अवधारणा का कुछ हद तक विस्तार किया। लुईस सिद्धांत जटिल आयनों के निर्माण की प्रकृति और न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में पदार्थों की भागीदारी की व्याख्या करता है, अर्थात सीएस के निर्माण में।

लुईस के अनुसार, अम्ल एक ऐसा पदार्थ है जो आधार से इलेक्ट्रॉन युग्म ग्रहण करके सहसंयोजी बंध बनाने में सक्षम होता है। लुईस बेस एक ऐसा पदार्थ है जिसमें इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला जोड़ा होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को दान करके लुईस एसिड के साथ एक सहसंयोजक बंधन बनाता है।

अर्थात्, लुईस सिद्धांत एसिड-बेस प्रतिक्रियाओं की सीमा को उन प्रतिक्रियाओं तक भी विस्तारित करता है जिनमें प्रोटॉन बिल्कुल भी भाग नहीं लेते हैं। इसके अलावा, इस सिद्धांत के अनुसार, प्रोटॉन स्वयं भी एक एसिड है, क्योंकि यह एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करने में सक्षम है।

इसलिए, इस सिद्धांत के अनुसार, धनायन लुईस अम्ल हैं और ऋणायन लुईस क्षार हैं। निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं उदाहरण हैं:

यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि आयनिक और सहसंयोजक में पदार्थों का उपखंड सापेक्ष है, क्योंकि सहसंयोजक अणुओं में धातु परमाणुओं से स्वीकर्ता परमाणुओं में एक इलेक्ट्रॉन का पूर्ण हस्तांतरण नहीं होता है। एक आयनिक बंधन वाले यौगिकों में, प्रत्येक आयन विपरीत संकेत के आयनों के विद्युत क्षेत्र में होता है, इसलिए वे परस्पर ध्रुवीकृत होते हैं, और उनके गोले विकृत होते हैं।

polarizabilityआयन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, आवेश और आकार द्वारा निर्धारित; यह धनायनों की तुलना में आयनों के लिए अधिक है। धनायनों के बीच उच्चतम ध्रुवीकरण एक बड़े आवेश और छोटे आकार के धनायनों के लिए है, उदाहरण के लिए, के लिए एचजी 2+, सीडी 2+, पीबी 2+, अल 3+, टीएल 3+. एक मजबूत ध्रुवीकरण प्रभाव है एच+। चूंकि आयन ध्रुवीकरण का प्रभाव दोतरफा होता है, यह उनके द्वारा बनाए गए यौगिकों के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देता है।

तीसरे प्रकार का कनेक्शन -द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय संबंध

सूचीबद्ध प्रकार के संचार के अलावा, द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय भी हैं आणविकइंटरैक्शन, जिसे के रूप में भी जाना जाता है वान डर वाल्स .

इन अंतःक्रियाओं की ताकत अणुओं की प्रकृति पर निर्भर करती है।

परस्पर क्रिया तीन प्रकार की होती है: स्थायी द्विध्रुव - स्थायी द्विध्रुव ( द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीयआकर्षण); स्थायी द्विध्रुव-प्रेरित द्विध्रुव ( प्रवेशआकर्षण); तात्क्षणिक द्विध्रुव - प्रेरित द्विध्रुव ( फैलावआकर्षण, या लंदन की सेना; चावल। 6)।

चावल। 6.

केवल ध्रुवीय सहसंयोजक बंध वाले अणुओं में द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय क्षण होता है ( एचसीएल, एनएच 3, एसओ 2, एच 2 ओ, सी 6 एच 5 सीएल), और बंधन शक्ति 1-2 . है अलविदा(1D \u003d 3.338 × 10 -30 कूलम्ब मीटर - C × m)।

जैव रसायन में एक अन्य प्रकार के बंधन को प्रतिष्ठित किया जाता है - हाइड्रोजन कनेक्शन, जो एक सीमित मामला है द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीयआकर्षण। यह बंधन एक हाइड्रोजन परमाणु और एक छोटे इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु के बीच आकर्षण से बनता है, जो अक्सर ऑक्सीजन, फ्लोरीन और नाइट्रोजन होता है। समान विद्युत ऋणात्मकता वाले बड़े परमाणुओं के साथ (उदाहरण के लिए, क्लोरीन और सल्फर के साथ), हाइड्रोजन बंधन बहुत कमजोर होता है। हाइड्रोजन परमाणु एक आवश्यक विशेषता द्वारा प्रतिष्ठित है: जब बाध्यकारी इलेक्ट्रॉनों को दूर खींच लिया जाता है, तो इसका नाभिक - प्रोटॉन - उजागर हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों द्वारा जांचना बंद कर देता है।

इसलिए, परमाणु एक बड़े द्विध्रुव में बदल जाता है।

वैन डेर वाल्स बॉन्ड के विपरीत एक हाइड्रोजन बॉन्ड न केवल इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के दौरान बनता है, बल्कि एक अणु के भीतर भी बनता है - इंट्रामोलीक्युलरहाइड्रोजन बंध। हाइड्रोजन बांड जैव रसायन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, ए-हेलिक्स के रूप में प्रोटीन की संरचना को स्थिर करने के लिए, या डीएनए डबल हेलिक्स (चित्र 7) के निर्माण के लिए।

चित्र 7.

हाइड्रोजन और वैन डेर वाल्स बांड आयनिक, सहसंयोजक और समन्वय बांड की तुलना में बहुत कमजोर हैं। अंतर-आणविक बंधों की ऊर्जा तालिका में दर्शाई गई है। एक।

तालिका नंबर एक।अंतर-आणविक बलों की ऊर्जा

टिप्पणी: इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की डिग्री पिघलने और वाष्पीकरण (उबलते) की थैलीपी को दर्शाती है। आयनिक यौगिकों को अणुओं को अलग करने की तुलना में आयनों को अलग करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। आयनिक यौगिकों की गलनांक एन्थैल्पी आणविक यौगिकों की तुलना में बहुत अधिक होती है।

चौथा प्रकार का संबंध -धात्विक बंधन

अंत में, एक अन्य प्रकार के अंतर-आणविक बंधन हैं - धातु: मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ धातुओं की जाली के धनात्मक आयनों का संबंध। इस प्रकार का संबंध जैविक वस्तुओं में नहीं होता है।

बांडों के प्रकारों की संक्षिप्त समीक्षा से, एक विवरण सामने आता है: एक धातु के परमाणु या आयन का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर - एक इलेक्ट्रॉन दाता, साथ ही एक परमाणु - एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता इसका है आकार.

विवरण में जाने के बिना, हम ध्यान दें कि परमाणुओं की सहसंयोजक त्रिज्या, धातुओं की आयनिक त्रिज्या, और अंतःक्रियात्मक अणुओं की वैन डेर वाल्स त्रिज्या बढ़ती है क्योंकि आवधिक प्रणाली के समूहों में उनकी परमाणु संख्या बढ़ती है। इस मामले में, आयन रेडी के मान सबसे छोटे होते हैं, और वैन डेर वाल्स रेडी सबसे बड़े होते हैं। एक नियम के रूप में, समूह में नीचे जाने पर, सभी तत्वों की त्रिज्या बढ़ जाती है, सहसंयोजक और वैन डेर वाल्स दोनों।

जीवविज्ञानी और चिकित्सकों के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं समन्वय(दाता स्वीकर्ता) समन्वय रसायन विज्ञान द्वारा माना जाने वाला बंधन।

मेडिकल बायोइनऑर्गेनिक्स। जी.के. बरशकोव