सामान्य और जैवकार्बनिक रसायन विज्ञान

(लेक्चर नोट्स)

भाग 2. कार्बनिक रसायन

चिकित्सा संकाय के प्रथम वर्ष के छात्रों के लिए, विशेष "दंत चिकित्सा"

पीपुल्स फ्रेंडशिप यूनिवर्सिटी ऑफ़ रशिया का प्रकाशन गृह,

अनुमत

आरआईएस अकादमिक परिषद

रूस की पीपुल्स फ्रेंडशिप यूनिवर्सिटी

कोवलचुकोवा ओ.वी., अवरामेंको ओ.वी.

सामान्य और बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान (व्याख्यान नोट्स)। भाग 2. कार्बनिक रसायन. चिकित्सा संकाय के प्रथम वर्ष के छात्रों के लिए, विशेषता "दंत चिकित्सा"। एम.: पब्लिशिंग हाउस आरयूडीएन, 2010. 108 पी।

चिकित्सा संकाय, विशेष "दंत चिकित्सा" के प्रथम वर्ष के छात्रों को व्याख्यान नोट्स दिए गए। पाठ्यक्रम कार्यक्रम "सामान्य और बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान" के अनुसार संकलित।

सामान्य रसायन विज्ञान विभाग में तैयार किया गया।

© कोवलचुकोवा ओ.वी., अवरामेंको ओ.वी.

© पीपुल्स फ्रेंडशिप यूनिवर्सिटी ऑफ़ रशिया का प्रकाशन गृह, 2010

परिचय

बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो विश्वविद्यालयों के चिकित्सा संकायों के ऐसे विशेष विषयों जैसे जैव रसायन, औषध विज्ञान, शरीर विज्ञान, से निकटता से संबंधित है। आणविक जीव विज्ञान. यह विज्ञान का एक क्षेत्र है जो परिप्रेक्ष्य और विचारों से जैविक रूप से सक्रिय अणुओं की संरचना और कार्यप्रणाली का अध्ययन करता है कार्बनिक रसायन विज्ञान, जो संरचना और के बीच संबंधों में पैटर्न निर्धारित करता है जेटकार्बनिक यौगिक.

व्याख्यान के इस पाठ्यक्रम में मुख्य ध्यान कार्बन कंकाल की संरचना और कार्यात्मक समूहों की प्रकृति के अनुसार कार्बनिक यौगिकों के वर्गीकरण, कार्बनिक अणुओं की रासायनिक संरचना को उनके प्रतिक्रिया केंद्रों की प्रकृति के साथ जोड़ने वाले कानूनों, कनेक्शन पर दिया जाता है। रासायनिक परिवर्तनों के तंत्र के साथ उनकी इलेक्ट्रॉनिक और स्थानिक संरचना का।

कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना का सिद्धांत

कार्बनिक यौगिक- ये कार्बन यौगिक हैं (सरलतम को छोड़कर) जिसमें यह वैलेंस IV प्रदर्शित करता है।

कार्बनिक रसायन विज्ञान- यह हाइड्रोकार्बन और उनके डेरिवेटिव का रसायन है।

कार्बनिक यौगिकों में कार्बन परमाणु उत्तेजित अवस्था में होता है और इसमें चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं:

6 С 1s 2 2s 2 2p 2 → 6 С* 1s 2 2s 1 2p 3

उत्तेजित अवस्था में एक कार्बन परमाणु सक्षम है:

1) अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ मजबूत बंधन बनाते हैं, जिससे श्रृंखलाओं और चक्रों का निर्माण होता है;

2) के कारण विभिन्न प्रकारकार्बन परमाणुओं और अन्य परमाणुओं (एच, ओ, एन, एस, पी, आदि) के बीच सरल, दोहरे और ट्रिपल बंधन बनाने के लिए ऑर्बिटल्स का संकरण;

3) चार अलग-अलग परमाणुओं के साथ जुड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शाखित कार्बन श्रृंखलाएं बनती हैं।

कार्बनिक यौगिकों में कार्बन परमाणु संकरण के प्रकार

एसपी 3 - संकरण

सभी चार वैलेंस ऑर्बिटल्स संकरण में शामिल हैं। आबंध कोण 109 o 28' (चतुष्फलक)। कार्बन परमाणु केवल सरल (σ) बंधन बनाते हैं - यौगिक संतृप्त होता है।

एसपी 2 - संकरण

तीन संकर और एक गैर-संकर कक्षक बनते हैं। आबंध कोण 120° (सपाट संरचनाएं, नियमित त्रिभुज)। हाइब्रिड ऑर्बिटल्स σ बांड बनाते हैं। गैर-संकर ऑर्बिटल्स पी-बॉन्ड बनाते हैं। एसपी 2-संकरण एक पी-आबंध वाले असंतृप्त यौगिकों के लिए विशिष्ट है।

एसपी - संकरण

दो संकर और दो गैर-संकर कक्षक बनते हैं। बॉन्ड कोण 180° (रैखिक संरचनाएं)। कार्बन परमाणु अवस्था में है एसपी-संकरण दो दोहरे बंधन या एक ट्रिपल बंधन के निर्माण में भाग लेता है।

कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत 1861 में ए.एम. द्वारा तैयार किया गया। बटलरोव और निम्नलिखित प्रावधान शामिल हैं:

1. अणु बनाने वाले सभी परमाणु अपनी संयोजकता के अनुसार कड़ाई से परिभाषित अनुक्रम में एक दूसरे से जुड़े होते हैं। किसी अणु में परमाणुओं के जुड़ने का क्रम ही उसका निर्धारण करता है रासायनिक संरचना .

2. कार्बनिक यौगिकों के गुण न केवल पदार्थों की गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना पर निर्भर करते हैं, बल्कि उनके कनेक्शन के क्रम (अणु की रासायनिक संरचना) पर भी निर्भर करते हैं।

3. एक अणु में परमाणु एक दूसरे पर परस्पर प्रभाव डालते हैं, अर्थात। एक अणु में परमाणुओं के समूहों के गुण अणु को बनाने वाले अन्य परमाणुओं की प्रकृति के आधार पर बदल सकते हैं। परमाणुओं का समूह जो परिभाषित करता है रासायनिक गुणकार्बनिक अणु कहलाते हैं कार्यात्मक समूह .

4. प्रत्येक कार्बनिक यौगिक में केवल एक होता है रासायनिक सूत्र. रासायनिक सूत्र को जानकर, आप किसी यौगिक के गुणों का अनुमान लगा सकते हैं, और व्यवहार में इसके गुणों का अध्ययन करके, आप रासायनिक सूत्र स्थापित कर सकते हैं।

कार्बनिक अणु

कार्बन कंकाल के प्रकार:

चक्रीय:

· शाखित;

· सामान्य (रैखिक).

चक्रीय:

कार्बोसाइक्लिक (केवल कार्बन परमाणुओं का एक चक्र);

· हेटरोसाइक्लिक (कार्बन परमाणुओं के अलावा, चक्र में कुछ अन्य परमाणु भी शामिल हैं - नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, सल्फर)।

हाइड्रोकार्बन श्रृंखला में कार्बन परमाणुओं के प्रकार:

एच 3 सी-सीएच 2 -सीएच-सी- सीएच 3

प्राथमिक कार्बन परमाणु (केवल एक कार्बन परमाणु के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ, टर्मिनल है);

द्वितीयक कार्बन परमाणु (श्रृंखला के मध्य में स्थित दो पड़ोसी कार्बन परमाणुओं से जुड़ा);

तृतीयक कार्बन परमाणु (कार्बन श्रृंखला की एक शाखा पर स्थित, तीन कार्बन परमाणुओं से जुड़ा हुआ);

चतुर्धातुक कार्बन परमाणु (कार्बन परमाणुओं के अलावा कोई प्रतिस्थापन नहीं है)।

कार्यात्मक समूह– विशेष समूहपरमाणु, जो यौगिकों के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

उदाहरण कार्यात्मक समूह:

-वह-हाइड्रॉक्सिल समूह (अल्कोहल, फिनोल);

सी=ओ- कार्बोनिल समूह (कीटोन्स, एल्डिहाइड);

साथ- कार्बोक्सिल समूह ( कार्बोक्जिलिक एसिड);

-एनएच 2 -अमीनो समूह (अमाइन);

-श -थिओल समूह (थियोअल्कोहल)

कार्बनिक मिश्रण

मिश्रण

गुण

रासायनिक संरचना

जिन परमाणुओं का निर्माण होता है कार्बनिक मिश्रण, विभिन्न तरीकों से अणुओं में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, C 2 H 6 O संरचना वाले एक यौगिक में दो हो सकते हैं रासायनिक यौगिक, विभिन्न भौतिक और रासायनिक गुणों वाले:

मिश्रणकार्बनिक यौगिक - परमाणुओं की संख्या विभिन्न तत्वइसके अणु में शामिल है. आइसोमरों- ऐसे यौगिक जिनकी संरचना समान होती है, लेकिन रासायनिक संरचना भिन्न होती है। आइसोमर्स में विभिन्न रासायनिक गुण होते हैं।

समरूपता के प्रकार

संरचनात्मक समरूपता

कार्बन श्रृंखला समावयवता:

एकाधिक बंधों की स्थिति का समावयवता:

अंतरवर्गीय समावयवता:

स्टीरियोआइसोमेरिज्म

ज्यामितिक(स्थानिक, सिस-ट्रांस-दोहरे बंधन वाले यौगिकों का समावयवता):

सिस-ब्यूटीन-2	ट्रांस-ब्यूटीन-2

ज्यामितीय समावयवता संभव है यदि दोहरे बंधन के निर्माण में शामिल प्रत्येक कार्बन परमाणु के अलग-अलग प्रतिस्थापन हों। इस प्रकार, ब्यूटेन-1 सीएच 2 =सीएच-सीएच 2-सीएच 3 के लिए ज्यामितीय समरूपता असंभव है, क्योंकि दोहरे बंधन में कार्बन परमाणुओं में से एक में दो समान प्रतिस्थापन (हाइड्रोजन परमाणु) होते हैं।

ज्यामितिक(स्थानिक, सिस-ट्रांस-चक्रीय सीमा यौगिकों का समावयवता):

ज्यामितीय समावयवता संभव है यदि एक वलय बनाने वाले कम से कम दो कार्बन परमाणुओं में अलग-अलग प्रतिस्थापन हों।

ऑप्टिकल:

ऑप्टिकल आइसोमेरिज्म एक प्रकार का स्टीरियोइसोमेरिज्म है जो अणुओं की चिरलिटी के कारण होता है। प्रकृति में ऐसे संबंध हैं जो एक व्यक्ति के दो हाथों की तरह जुड़े हुए हैं। इन यौगिकों का एक गुण उनकी दर्पण छवि के साथ उनकी असंगति है। इस संपत्ति को चिरैलिटी (ग्रीक से) कहा जाता है। « साथ वारिस"- हाथ)।

अणुओं की ऑप्टिकल गतिविधि का पता तब चलता है जब वे ध्रुवीकृत प्रकाश के संपर्क में आते हैं। यदि प्रकाश की ध्रुवीकृत किरण को किसी वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ के घोल से गुजारा जाए, तो इसके ध्रुवीकरण का तल घूम जाएगा। ऑप्टिकल आइसोमर्स को उपसर्गों का उपयोग करके नामित किया जाता है डी-

एसपी-संकरण

एसपी-संकरण होता है, उदाहरण के लिए, Be, Zn, Co और Hg (II) हैलाइड के निर्माण के दौरान। संयोजकता अवस्था में, सभी धातु हैलाइडों में उचित ऊर्जा स्तर पर s और p-अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब एक अणु बनता है, तो एक एस और एक पी ऑर्बिटल 180 डिग्री के कोण पर दो हाइब्रिड एसपी ऑर्बिटल्स बनाते हैं।

चित्र 3एसपी हाइब्रिड ऑर्बिटल्स

प्रायोगिक आंकड़ों से पता चलता है कि Be, Zn, Cd और Hg(II) हैलाइड सभी रैखिक हैं और दोनों बंधन समान लंबाई के हैं।

एसपी 2 संकरण

एक एस-ऑर्बिटल और दो पी-ऑर्बिटल्स के संकरण के परिणामस्वरूप, तीन हाइब्रिड एसपी 2 ऑर्बिटल्स बनते हैं, जो एक ही विमान में एक दूसरे से 120 डिग्री के कोण पर स्थित होते हैं। उदाहरण के लिए, यह BF 3 अणु का विन्यास है:

चित्र.4एसपी 2 संकरण

एसपी 3 संकरण

एसपी 3 संकरण कार्बन यौगिकों की विशेषता है। एक एस कक्षीय और तीन के संकरण के परिणामस्वरूप

पी-ऑर्बिटल्स, चार हाइब्रिड एसपी 3 ऑर्बिटल्स बनते हैं, जो 109.5 ओ के ऑर्बिटल्स के बीच के कोण के साथ टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित होते हैं। संकरण यौगिकों में अन्य परमाणुओं के साथ कार्बन परमाणु के बंधनों की पूर्ण तुल्यता में प्रकट होता है, उदाहरण के लिए, सीएच 4, सीसीएल 4, सी (सीएच 3) 4, आदि में।

चित्र.5एसपी 3 संकरण

यदि सभी संकर कक्षाएँ एक ही परमाणु से जुड़ी हैं, तो बंधन एक दूसरे से भिन्न नहीं हैं। अन्य मामलों में, मानक बांड कोणों से मामूली विचलन होता है। उदाहरण के लिए, पानी के अणु एच 2 ओ में, ऑक्सीजन - एसपी 3-हाइब्रिड, एक अनियमित टेट्राहेड्रोन के केंद्र में स्थित है, जिसके शीर्ष पर दो हाइड्रोजन परमाणु और इलेक्ट्रॉनों के दो एकाकी जोड़े "दिखते हैं" (चित्र 2) . परमाणुओं के केंद्र से देखने पर अणु का आकार कोणीय होता है। HOH बॉन्ड कोण 105° है, जो 109° के सैद्धांतिक मान के काफी करीब है।

चित्र 6एसपी 3 - अणुओं में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं का संकरण ए) एच 2 ओ और बी) एनसीएल 3।

यदि कोई संकरण नहीं होता ("संरेखण" ओ-एच बांड), HOH का बंधन कोण 90° होगा क्योंकि हाइड्रोजन परमाणु दो परस्पर लंबवत p ऑर्बिटल्स से जुड़े होंगे। इस मामले में, हमारी दुनिया शायद पूरी तरह से अलग दिखेगी।

संकरण सिद्धांत अमोनिया अणु की ज्यामिति की व्याख्या करता है। नाइट्रोजन के 2s और तीन 2p ऑर्बिटल्स के संकरण के परिणामस्वरूप, चार sp 3 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनते हैं। अणु का विन्यास एक विकृत टेट्राहेड्रोन है, जिसमें तीन संकर कक्षाएँ एक रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग लेती हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के साथ चौथा ऐसा नहीं करता है। के बीच का कोण एन-एच बांडपिरामिड की तरह 90° के बराबर नहीं, लेकिन टेट्राहेड्रोन के अनुरूप 109.5° के बराबर भी नहीं।

चित्र 7एसपी 3 - अमोनिया अणु में संकरण

जब अमोनिया हाइड्रोजन आयन के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो दाता-स्वीकर्ता अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप, एक अमोनियम आयन बनता है, जिसका विन्यास एक टेट्राहेड्रोन होता है।

संकरण भी बीच के कोण में अंतर को स्पष्ट करता है ओ-एच कनेक्शनकोने में पानी का अणु. ऑक्सीजन के 2एस और तीन 2पी ऑर्बिटल्स के संकरण के परिणामस्वरूप, चार एसपी 3 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनते हैं, जिनमें से केवल दो रासायनिक बंधन के निर्माण में शामिल होते हैं, जिससे टेट्राहेड्रोन के अनुरूप कोण में विकृति आती है। .

चित्र.8पानी के अणु में एसपी 3 संकरण

संकरण में न केवल एस- और पी-ऑर्बिटल्स शामिल हो सकते हैं, बल्कि डी- और एफ-ऑर्बिटल्स भी शामिल हो सकते हैं।

एसपी 3 डी 2 संकरण से 6 समतुल्य बादल बनते हैं। यह 4-, 4- जैसे यौगिकों में देखा जाता है। इस मामले में, अणु में एक अष्टफलकीय विन्यास होता है।

समस्या 261.
किस प्रकार का कार्बन एओ संकरण सीएच अणुओं के निर्माण के अनुरूप है 4, सी 2 एच 6, सी 2 एच 4, सी 2 एच 2?
समाधान:
ए) सीएच अणुओं में 4 और सी 2 एच 6 कार्बन परमाणु की संयोजकता इलेक्ट्रॉन परत में चार इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं:

इसलिए, सीएच 4 और सी 2 एच 6 अणुओं में कार्बन परमाणु के इलेक्ट्रॉन बादल sp3 संकरण के दौरान एक दूसरे से अधिकतम दूरी पर होंगे, जब उनकी धुरी टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित होती है। इस मामले में, CH4 अणु में, टेट्राहेड्रोन के सभी शीर्षों पर हाइड्रोजन परमाणुओं का कब्जा होगा, ताकि CH4 अणु में टेट्राहेड्रोन के केंद्र में एक कार्बन परमाणु के साथ टेट्राहेड्रल विन्यास हो। सी 2 एच 6 अणु में, हाइड्रोजन परमाणु टेट्राहेड्रोन के तीन शीर्षों पर कब्जा कर लेते हैं, और दूसरे कार्बन परमाणु का सामान्य इलेक्ट्रॉन बादल चौथे शीर्ष की ओर निर्देशित होता है, अर्थात। दो कार्बन परमाणु एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। इसे आरेखों द्वारा दर्शाया जा सकता है:

बी) सी 2 एच 4 अणु में कार्बन परमाणु की एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन परत होती है, जैसे सीएच 4 और सी 2 एच 6 अणुओं में। इसमें चार इलेक्ट्रॉन जोड़े शामिल हैं:

जब C 2 H 4 बनता है, तो सामान्य तंत्र के अनुसार तीन सहसंयोजक बंधन बनते हैं, अर्थात। हैं - कनेक्शन, और एक - - कनेक्शन। जब एक सी 2 एच 4 अणु बनता है, तो प्रत्येक कार्बन परमाणु में दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं - बंधन और एक दूसरे से दो बंधन, एक - और एक - बंधन। इस प्रकार के संकरण के अनुरूप हाइब्रिड बादल कार्बन परमाणु में स्थित होते हैं ताकि इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत न्यूनतम हो, यानी। जहाँ तक संभव हो एक-दूसरे से दूर रहें। कार्बन परमाणुओं की यह व्यवस्था (कार्बन परमाणुओं के बीच दो दोहरे बंधन) कार्बन एओ के एसपी 2 संकरण की विशेषता है। एसपी 2 संकरण के दौरान, कार्बन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन बादल एक ही विमान में पड़ी दिशाओं में उन्मुख होते हैं और एक दूसरे के साथ 120 0 का कोण बनाते हैं, यानी। एक नियमित त्रिभुज के शीर्षों की दिशा में। एथिलीन अणु में, - बांड के निर्माण में प्रत्येक कार्बन परमाणु के तीन एसपी 2 -हाइब्रिड ऑर्बिटल्स शामिल होते हैं, दो दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच और एक दूसरे कार्बन परमाणु के साथ, और - बंधन प्रत्येक के पी-इलेक्ट्रॉन बादलों के कारण बनता है कार्बन परमाणु. C 2 H 4 अणु का संरचनात्मक सूत्र इस प्रकार दिखेगा:

सी) सी 2 एच 2 अणु में, कार्बन परमाणु की वैलेंस इलेक्ट्रॉन परत में चार जोड़े इलेक्ट्रॉन होते हैं:

C 2 N 2 का संरचनात्मक सूत्र है:

प्रत्येक कार्बन परमाणु एक इलेक्ट्रॉन युग्म द्वारा हाइड्रोजन परमाणु से और तीन इलेक्ट्रॉन युग्म दूसरे कार्बन परमाणु से जुड़ा होता है। इस प्रकार, एक एसिटिलीन अणु में, कार्बन परमाणु एक-दूसरे से एक-बंध और दो-बंध द्वारा जुड़े होते हैं। प्रत्येक कार्बन परमाणु एक -आबंध द्वारा हाइड्रोजन से जुड़ा होता है। - बांड के निर्माण में दो एसपी-हाइब्रिड एओ शामिल होते हैं, जो एक दूसरे के सापेक्ष स्थित होते हैं ताकि उनके बीच की बातचीत न्यूनतम हो, यानी। जहाँ तक संभव हो एक-दूसरे से दूर रहें। इसलिए, एसपी-संकरण के दौरान, कार्बन परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन बादल उन्मुख होते हैं विपरीत दिशाओं मेएक दूसरे के सापेक्ष, यानी के बीच का कोण सी-सी कनेक्शन 180 0 है. इसलिए, C 2 H 2 अणु की एक रैखिक संरचना होती है:

समस्या 262.
SiH 4 और SiF 4 अणुओं में सिलिकॉन AO के संकरण के प्रकार को इंगित करें। क्या ये अणु ध्रुवीय हैं?
समाधान:
SiH 4 और SiF 4 अणुओं में, वैलेंस इलेक्ट्रॉन परत में इलेक्ट्रॉनों के चार जोड़े होते हैं:

इसलिए, दोनों ही मामलों में, सिलिकॉन परमाणु के इलेक्ट्रॉन बादल एसपी 3 संकरण के दौरान एक दूसरे से अधिकतम दूरी पर होंगे, जब उनकी धुरी टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित होती है। इसके अलावा, SiH 4 अणु में टेट्राहेड्रोन के सभी शीर्षों पर हाइड्रोजन परमाणुओं का कब्जा है, और SiF 4 अणु में - फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा, ताकि इन अणुओं में टेट्राहेड्रोन के केंद्र में एक सिलिकॉन परमाणु के साथ टेट्राहेड्रल विन्यास हो:

टेट्राहेड्रल अणुओं SiH 4 और SiF 4 में, Si-H और Si-F बांड के द्विध्रुव क्षण परस्पर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, जिससे दोनों अणुओं का कुल द्विध्रुव क्षण शून्य के बराबर होगा। सी-एच और सी-एफ बांड की ध्रुवीयता के बावजूद, ये अणु गैर-ध्रुवीय हैं।

समस्या 263.
एसओ 2 और एसओ 3 अणुओं में, सल्फर परमाणु एसपी 2 संकरण की स्थिति में है। क्या ये अणु ध्रुवीय हैं? उनकी स्थानिक संरचना क्या है?
समाधान:
एसपी 2 संकरण के दौरान, संकर बादल सल्फर परमाणु में एक ही तल में पड़ी दिशाओं में स्थित होते हैं और एक दूसरे के साथ 120 0 का कोण बनाते हैं, अर्थात। एक नियमित त्रिभुज के शीर्षों की ओर निर्देशित।

ए) एसओ 2 अणु में, दो एसपी 2-हाइब्रिड एओ दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ एक बंधन बनाते हैं, तीसरा एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल एक मुक्त इलेक्ट्रॉन जोड़ी द्वारा कब्जा कर लिया जाएगा। यह इलेक्ट्रॉन युग्म इलेक्ट्रॉन तल को स्थानांतरित कर देगा और SO 2 अणु एक अनियमित त्रिभुज का आकार ले लेगा, अर्थात। कोण OSO 120 0 के बराबर नहीं होगा. इसलिए, एसओ 2 अणु में परमाणु कक्षाओं के एसपी 2 संकरण के साथ एक कोणीय आकार होगा, संरचना:

एसओ 2 अणु में, द्विध्रुवीय क्षणों का पारस्परिक मुआवजा एस-ओ कनेक्शननहीं होता; ऐसे अणु के द्विध्रुव आघूर्ण का मान शून्य से अधिक होगा, अर्थात अणु ध्रुवीय है.

बी) कोने SO 3 अणु में, सभी तीन sp2-हाइब्रिड AO तीन ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ एक बंधन बनाते हैं। SO3 अणु में सल्फर परमाणु के sp2 संकरण के साथ एक सपाट त्रिकोण का आकार होगा:

एक त्रिकोणीय SO 3 अणु में, S-O बांड के द्विध्रुव क्षण एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, जिससे कुल द्विध्रुव क्षण शून्य हो जाएगा, अणु ध्रुवीय है।

समस्या 264.
जब SiF4 HF के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो एक मजबूत एसिड H 2 SiF 6 बनता है, जो H + और SiF 6 2- आयनों में विघटित हो जाता है। क्या सीएफ 4 और एचएफ के बीच प्रतिक्रिया इसी तरह से आगे बढ़ सकती है? SiF 6 2-आयन में सिलिकॉन AO के संकरण के प्रकार को इंगित करें।
समाधान:
a) उत्तेजित होने पर, सिलिकॉन परमाणु 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 अवस्था से 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0 अवस्था में चला जाता है, और इलेक्ट्रॉनिक संरचनावैलेंस ऑर्बिटल्स आरेख से मेल खाते हैं:

एक उत्तेजित सिलिकॉन परमाणु के चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन फ्लोरीन परमाणुओं (1s 2 2s 2 2p 5) के साथ सामान्य तंत्र के अनुसार चार सहसंयोजक बंधों के निर्माण में भाग ले सकते हैं, प्रत्येक में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, जिससे एक SiF 4 अणु बनता है।

जब SiF 4 HF के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो एसिड H 2 SiF 6 बनता है। यह संभव है क्योंकि SiF 4 अणु में मुक्त 3d ऑर्बिटल्स हैं, और F- (1s 2 2s 2 2p 6) आयन में इलेक्ट्रॉनों के मुक्त जोड़े हैं। कनेक्शन दो F - (HF ↔ H + + F -) आयनों और SiF 4 अणु के मुक्त 3d ऑर्बिटल्स में से प्रत्येक से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के कारण दाता-स्वीकर्ता तंत्र के अनुसार किया जाता है। इस मामले में, SiF 6 2- आयन बनता है, जो H + आयनों के साथ एक एसिड अणु H 2 SiF 6 बनाता है।

बी) कार्बन (1s 2 2s 2 2p 2) सिलिकॉन की तरह, एक CF 4 यौगिक बना सकता है, लेकिन कार्बन परमाणु की वैलेंस क्षमताएं समाप्त हो जाएंगी (कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं हैं, इलेक्ट्रॉनों के मुक्त जोड़े और मुक्त वैलेंस ऑर्बिटल्स हैं) संयोजकता स्तर)। उत्तेजित कार्बन परमाणु के वैलेंस ऑर्बिटल्स की संरचना आरेख का रूप है:

जब CF 4 बनता है, तो कार्बन के सभी वैलेंस ऑर्बिटल्स व्याप्त हो जाते हैं, इसलिए आयन नहीं बन सकता है।

SiF 4 अणु में, सिलिकॉन परमाणु की वैलेंस इलेक्ट्रॉन परत में चार जोड़े इलेक्ट्रॉन होते हैं:

सीएफ 4 अणु के लिए भी यही देखा गया है। इसलिए, दोनों ही मामलों में, sp3 संकरण के दौरान सिलिकॉन और कार्बन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन बादल एक दूसरे से यथासंभव दूर होंगे। जब उनकी कुल्हाड़ियाँ चतुष्फलक के शीर्षों की ओर निर्देशित होती हैं:

1930 में, स्लेटर और एल. पॉलिंग ने इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स के ओवरलैप के कारण सहसंयोजक बंधनों के निर्माण का सिद्धांत विकसित किया - वैलेंस बॉन्ड विधि। यह विधि संकरण विधि पर आधारित है, जो संकर कक्षाओं के "मिश्रण" के कारण पदार्थों के अणुओं के निर्माण का वर्णन करती है ("यह इलेक्ट्रॉन नहीं हैं जो मिश्रित होते हैं, बल्कि कक्षाएँ हैं")।

परिभाषा

संकरण- ऑर्बिटल्स का मिश्रण और उनके आकार और ऊर्जा का संरेखण। इस प्रकार, एस- और पी-ऑर्बिटल्स को मिलाते समय, हमें एसपी, एस- और 2 पी-ऑर्बिटल्स - एसपी 2, एस- और 3 पी-ऑर्बिटल्स - एसपी 3 के संकरण का प्रकार प्राप्त होता है। संकरण के अन्य प्रकार भी हैं, उदाहरण के लिए, एसपी 3 डी, एसपी 3 डी 2 और अधिक जटिल।

सहसंयोजक बंधन के साथ अणुओं के संकरण के प्रकार का निर्धारण

संकरण का प्रकार केवल अणुओं के लिए निर्धारित किया जा सकता है सहसंयोजक बंधनएबी एन टाइप करें, जहां एन दो से बड़ा या बराबर है, ए केंद्रीय परमाणु है, बी लिगैंड है। केवल केंद्रीय परमाणु के संयोजकता कक्षक ही संकरण से गुजरते हैं।

आइए BeH 2 अणु के उदाहरण का उपयोग करके संकरण के प्रकार का निर्धारण करें।

प्रारंभ में, हम केंद्रीय परमाणु और लिगैंड के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखते हैं और इलेक्ट्रॉन ग्राफिक सूत्र बनाते हैं।

बेरिलियम परमाणु (केंद्रीय परमाणु) में 2p ऑर्बिटल्स खाली हैं, इसलिए, BeH 2 अणु बनाने के लिए प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु (लिगैंड) से एक इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने के लिए, इसे उत्तेजित अवस्था में जाने की आवश्यकता होती है:

BeH 2 अणु का निर्माण Be परमाणु की संयोजकता कक्षाओं के ओवरलैप होने के कारण होता है

* हाइड्रोजन के इलेक्ट्रॉनों को लाल रंग में और बेरिलियम के इलेक्ट्रॉनों को काले रंग में दर्शाया गया है।

संकरण का प्रकार इस बात से निर्धारित होता है कि कौन से ऑर्बिटल्स ओवरलैप होते हैं, यानी, BeH 2 अणु एसपी-संकरण में है।

संरचना एबी एन के अणुओं के अलावा, वैलेंस बांड की विधि कई बांडों के साथ अणुओं के संकरण के प्रकार को निर्धारित कर सकती है। आइए एथिलीन अणु C 2 H 4 का उदाहरण देखें। एथिलीन अणु में एक एकाधिक दोहरा बंधन होता है, जो और - बांड द्वारा बनता है। संकरण का निर्धारण करने के लिए, हम इलेक्ट्रॉनिक विन्यास लिखते हैं और अणु बनाने वाले परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन ग्राफिक सूत्र बनाते हैं:

6 सी 2एस 2 2एस 2 2पी 2

कार्बन परमाणु में एक और खाली पी-ऑर्बिटल है, इसलिए, 4 हाइड्रोजन परमाणुओं को स्वीकार करने के लिए इसे उत्तेजित अवस्था में जाने की आवश्यकता है:

-बॉन्ड (लाल रंग में हाइलाइट किया गया) बनाने के लिए एक पी-ऑर्बिटल की आवश्यकता होती है, क्योंकि -बॉन्ड "शुद्ध" (गैर-हाइब्रिड) पी-ऑर्बिटल्स को ओवरलैप करके बनता है। शेष वैलेंस ऑर्बिटल्स संकरण में चले जाते हैं। इस प्रकार, एथिलीन एसपी 2 संकरण में है।

अणुओं की ज्यामितीय संरचना का निर्धारण

अणुओं की ज्यामितीय संरचना, साथ ही संरचना एबी एन के धनायन और आयनों को गिलेस्पी विधि का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। यह विधि इलेक्ट्रॉनों के संयोजकता युग्मों पर आधारित है। ज्यामितीय संरचना न केवल रासायनिक बंधन के निर्माण में शामिल इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होती है, बल्कि एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड़े से भी प्रभावित होती है। गिलेस्पी की विधि में, इलेक्ट्रॉनों के प्रत्येक अकेले जोड़े को ई नामित किया गया है, केंद्रीय परमाणु को ए नामित किया गया है, और लिगैंड को बी नामित किया गया है।

यदि कोई एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म नहीं हैं, तो अणुओं की संरचना AB 2 (रैखिक आणविक संरचना), AB 3 (सपाट त्रिभुज संरचना), AB4 (चतुष्फलकीय संरचना), AB 5 (त्रिकोणीय द्विपिरामिड संरचना) और AB 6 (अष्टफलकीय संरचना) हो सकती है। संरचना)। यदि लिगैंड के बजाय एक अकेला इलेक्ट्रॉन जोड़ा दिखाई देता है तो बुनियादी संरचनाओं से डेरिवेटिव प्राप्त किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए: एबी 3 ई (पिरामिड संरचना), एबी 2 ई 2 (अणु की कोणीय संरचना)।

किसी अणु की ज्यामितीय संरचना (संरचना) निर्धारित करने के लिए, कण की संरचना निर्धारित करना आवश्यक है, जिसके लिए अकेले इलेक्ट्रॉन जोड़े (एलईपी) की संख्या की गणना की जाती है:

एनईपी = ( कुल गणनावैलेंस इलेक्ट्रॉन - लिगेंड के साथ बंधन बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या) / 2

H, Cl, Br, I, F के साथ बंधन को A से 1 इलेक्ट्रॉन की आवश्यकता होती है, O के साथ बंधन में 2 इलेक्ट्रॉन लगते हैं, और N के साथ बंधन में केंद्रीय परमाणु से 3 इलेक्ट्रॉन लगते हैं।

आइए बीसीएल 3 अणु का उदाहरण देखें। केंद्रीय परमाणु B है.

5 बी 1एस 2 2एस 2 2पी 1

एनईपी = (3-3)/2 = 0, इसलिए कोई अकेला इलेक्ट्रॉन युग्म नहीं है और अणु की संरचना एबी 3 है - एक सपाट त्रिकोण।

विभिन्न रचनाओं के अणुओं की विस्तृत ज्यामितीय संरचना तालिका में प्रस्तुत की गई है। 1.

तालिका 1. अणुओं की स्थानिक संरचना

अणु सूत्र	संकरण प्रकार		अणु प्रकार	अणु ज्यामिति
				रेखीय
				त्रिकोणीय
				चतुर्पाश्वीय
				त्रिकोणीय पिरामिड
				त्रिकोणीय द्विपिरामिड
				डिस्फेनॉइड
				टी के आकार का
				रेखीय
				वर्गाकार पिरामिड

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	वैलेंस बॉन्ड विधि का उपयोग करके, गिलेस्पी विधि का उपयोग करके मीथेन अणु (सीएच 4) के संकरण के प्रकार और इसकी ज्यामितीय संरचना का निर्धारण करें
समाधान	6 सी 2एस 2 2एस 2 2पी 2

परमाणु कक्षीय संकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जो हमें यह समझने की अनुमति देती है कि यौगिक बनाते समय परमाणु अपनी कक्षाओं को कैसे संशोधित करते हैं। तो, संकरण क्या है और इसके किस प्रकार मौजूद हैं?

परमाणु कक्षकों के संकरण की सामान्य विशेषताएँ

परमाणु कक्षीय संकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक केंद्रीय परमाणु के विभिन्न कक्षकों को मिश्रित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप समान विशेषताओं वाले कक्षकों का निर्माण होता है।

सहसंयोजक बंधन के निर्माण के दौरान संकरण होता है।

एक हाइब्रिड ऑर्बिटल में अनंत चिह्न या आठ की एक असममित उलटी आकृति की बाधा होती है, जो परमाणु नाभिक से दूर तक विस्तारित होती है। यह रूप शुद्ध परमाणु ऑर्बिटल्स की तुलना में अन्य परमाणुओं के ऑर्बिटल्स (शुद्ध या हाइब्रिड) के साथ हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के मजबूत ओवरलैप का कारण बनता है और मजबूत सहसंयोजक बंधनों के निर्माण की ओर जाता है।

चावल। 1. संकर कक्षीय उपस्थिति।

परमाणु कक्षकों के संकरण का विचार सबसे पहले अमेरिकी वैज्ञानिक एल. पॉलिंग ने सामने रखा था। उनका मानना ​​था कि जो लोग प्रवेश कर रहे हैं रासायनिक बंधएक परमाणु में अलग-अलग परमाणु कक्षाएँ (s-, p-, d-, f-कक्षाएँ) होती हैं, तो परिणामस्वरूप, इन कक्षाओं का संकरण होता है। प्रक्रिया का सार यह है कि एक दूसरे के समतुल्य परमाणु कक्षाएँ विभिन्न कक्षाओं से बनती हैं।

परमाणु कक्षीय संकरण के प्रकार

संकरण कई प्रकार के होते हैं:

• . इस प्रकार का संकरण तब होता है जब एक s कक्षक और एक p कक्षक मिश्रित होते हैं। परिणामस्वरूप, दो पूर्ण एसपी ऑर्बिटल्स बनते हैं। ये कक्षाएँ परमाणु नाभिक की ओर इस प्रकार स्थित होती हैं कि उनके बीच का कोण 180 डिग्री होता है।

चावल। 2. एसपी-संकरण।

• sp2 संकरण. इस प्रकार का संकरण तब होता है जब एक s कक्षक और दो p कक्षक मिश्रित होते हैं। परिणामस्वरूप, तीन संकर कक्षाएँ बनती हैं, जो एक ही तल में एक दूसरे से 120 डिग्री के कोण पर स्थित होती हैं।
• . इस प्रकार का संकरण तब होता है जब एक एस कक्षक और तीन पी कक्षक मिश्रित होते हैं। परिणामस्वरूप, चार पूर्ण SP3 ऑर्बिटल्स बनते हैं। ये ऑर्बिटल्स टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित हैं और एक दूसरे से 109.28 डिग्री के कोण पर स्थित हैं।

sp3 संकरण कई तत्वों की विशेषता है, उदाहरण के लिए, कार्बन परमाणु और समूह IV के अन्य पदार्थ (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, आदि)

चावल। 3. sp3 संकरण।

परमाणुओं के डी-ऑर्बिटल्स से जुड़े अधिक जटिल प्रकार के संकरण भी संभव हैं।

हमने क्या सीखा?

संकरण एक जटिल रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु के विभिन्न कक्षक समरूप (समतुल्य) संकर कक्षक बनाते हैं। संकरण के सिद्धांत को सबसे पहले अमेरिकी एल. पॉलिंग ने आवाज दी थी। संकरण के तीन मुख्य प्रकार हैं: एसपी-संकरण, एसपी2-संकरण, एसपी3-संकरण। संकरण के अधिक जटिल प्रकार भी हैं जिनमें डी ऑर्बिटल्स शामिल हैं।