ऑक्टेट नियम के अपवादों के साथ लुईस संरचनाएं कैसे बनाएं

लुईस संरचनाएं विभिन्न परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के वितरण के आधार पर रासायनिक यौगिकों का प्रतिनिधित्व करती हैं जो उन्हें बनाते हैं। ये संरचनाएं विभिन्न यौगिकों की संरचनाओं के साथ-साथ उनके आणविक ज्यामिति की भविष्यवाणी और व्याख्या दोनों की सेवा करती हैं, जिससे ध्रुवीयता, घुलनशीलता, पिघलने और क्वथनांक और अन्य महत्वपूर्ण गुणों के बारे में महत्वपूर्ण भविष्यवाणियां होती हैं।

हम पहले से ही पिछले लेख में उन यौगिकों की लुईस संरचनाओं को चित्रित करने की विस्तृत प्रक्रिया को कवर कर चुके हैं जिनके परमाणु ऑक्टेट नियम को पूरा करते हैं। यह पत्र यह दिखाने का प्रयास करता है कि तीन अलग-अलग कारणों में से एक के लिए इस नियम का पालन नहीं करने वाले यौगिकों में लुईस संरचनाओं को कैसे आकर्षित किया जाए:

• इनमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या विषम होती है।
• उनके पास अधूरा ऑक्टेट है।
• उनके पास एक विस्तारित ऑक्टेट है।

लुईस संरचनाओं को आरेखित करने की प्रक्रिया की समीक्षा

जैसा कि हमने लुईस संरचनाओं पर अपने पहले लेख में देखा, उन्हें बनाने की प्रक्रिया में छह चरण होते हैं। इन चरणों का एक संक्षिप्त सारांश अनुसरण करता है, और अधिकांश मामलों में कुछ संशोधनों के साथ लागू होता है, जहां परिसर ऑक्टेट नियम का पालन नहीं करता है।

• चरण 1: वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या की गणना करें। इस चरण में आवर्त सारणी पर प्रत्येक प्रकार के परमाणुओं की संख्या को उसके समूह में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या से गुणा करना और फिर रासायनिक प्रजातियों (आयन के मामले में) के कुल आवेश को घटाना शामिल है।
• चरण 2: अणु की मूलभूत संरचना लिखिए। इसका अर्थ है परमाणुओं को उनके बीच कनेक्टिविटी प्रदान करने के लिए विभाजित करना। सामान्य बात यह है कि सबसे कम विद्युत ऋणात्मक परमाणु हमेशा केंद्र में स्थित होता है (जब तक कि यह हाइड्रोजन न हो) जबकि सबसे अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु परिधि पर स्थित होते हैं।
• चरण 3: एक साथ जुड़े हुए सभी परमाणुओं के बीच एकल सहसंयोजक बंधन बनाएं। यदि यह एक सहसंयोजक यौगिक है, तो सभी परमाणुओं में पड़ोसी परमाणु के साथ कम से कम एक एकल सहसंयोजक बंधन होना चाहिए।
• चरण 4: अष्टक में शेष संयोजी इलेक्ट्रॉनों को भरें, जो सबसे अधिक ऋणविद्युती से प्रारंभ होता है। यह कदम सबसे पहले इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखने की सबसे बड़ी प्रवृत्ति वाले परमाणुओं के लिए ऑक्टेट नियम को संतुष्ट करना चाहता है, जो कि उच्चतम इलेक्ट्रोनगेटिविटी वाले हैं।
• चरण 5: यदि आवश्यक हो तो पाई बॉन्ड बनाकर केंद्रीय परमाणु के ऑक्टेट को पूरा करें। केवल एक बार विद्युतीय परमाणुओं के लिए ऑक्टेट नियम संतुष्ट हो जाने के बाद ही इसे कम विद्युतीय परमाणुओं के लिए पूर्ण माना जाता है। यदि साझा करने के लिए और अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हैं, तो यह एक पड़ोसी परमाणु से केंद्रीय परमाणु के साथ इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी साझा करके प्राप्त किया जाता है।
• चरण 6: औपचारिक शुल्कों की गणना करें। लुईस संरचना के महत्वपूर्ण स्थिरता मानदंडों में से एक औपचारिक शुल्क का वितरण है। इस कारण से, यह हमेशा सलाह दी जाती है कि संरचना पर प्रत्येक परमाणु के औपचारिक आवेश का निर्धारण और चित्रण किया जाए। इसके अलावा, सभी औपचारिक आवेशों का योग प्रश्न में अणु या आयन के शुद्ध आवेश के बराबर होना चाहिए, इसलिए यह सत्यापित करने का एक आसान तरीका है कि संरचना में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की सही संख्या है। औपचारिक आवेश की गणना करने का सूत्र CF = वैलेंस इलेक्ट्रॉन है – अविभाजित इलेक्ट्रॉन -1/2 साझा इलेक्ट्रॉन।

अष्टक नियम के अपवाद

जैसा कि पिछले अनुभाग में देखा जा सकता है, लुईस संरचना बनाते समय, वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को वितरित करते समय ध्यान में रखा जाने वाला मुख्य मानदंड इलेक्ट्रोनगेटिविटी और ऑक्टेट नियम है, जिसे चरण 4 और 5 में सत्यापित किया गया है। हालाँकि, ऐसी स्थितियाँ हैं जिनमें यह संभव नहीं है, जैसे कि जब इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या विषम होती है, जिससे सभी परमाणुओं का 8 इलेक्ट्रॉनों से घिरा होना असंभव हो जाता है।

इसी तरह की एक और स्थिति तब होती है जब वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या सभी परमाणुओं के ऑक्टेट को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं होती है। दूसरी ओर, ऐसी स्थितियाँ होती हैं जहाँ बहुत अधिक वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं और ऑक्टेट नियम का उल्लंघन किए बिना एक सुसंगत संरचना तैयार नहीं की जा सकती है।

नीचे लुईस संरचनाओं के तीन उदाहरण दिए गए हैं जिनमें ऑक्टेट नियम संतुष्ट नहीं है, और ऐसे मामलों में कैसे आगे बढ़ना है।

इलेक्ट्रॉनों की विषम संख्या

सबसे सरल स्थिति जिसमें यह माना जाता है कि ऑक्टेट नियम को पूरा नहीं किया जा सकता है, जब इलेक्ट्रॉनों की संख्या विषम होती है। इन यौगिकों का एक उदाहरण नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO2 ₎ हैं। आइए देखें कि ऊपर वर्णित चरणों का पालन करते हुए दूसरे की लुईस संरचना कैसे तैयार की जाएगी:

स्टेप 1:

नाइट्रोजन में 5 वैलेंस इलेक्ट्रॉन हैं और ऑक्सीजन में 6 हैं, इसलिए वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या 1 x (5) + 2 x (6) = 17 eV है

जैसा कि देखा जा सकता है, इलेक्ट्रॉनों की संख्या विषम है, इसलिए अणु के तीन परमाणुओं के साथ ऑक्टेट को पूरा करना असंभव है।

चरण दो:

नाइट्रोजन ऑक्सीजन की तुलना में कम विद्युतीय है, इसलिए एक संरचना पर विचार किया जा सकता है जिसमें नाइट्रोजन दो ऑक्सीजन परमाणुओं से घिरे केंद्र में है:

चरण 3:

अब हम प्रत्येक ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के बीच एकल बंधन रखते हैं।

चरण 4:

अब तक हमने केवल 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन खींचे हैं जो दो सिग्मा बंधों में पाए जाते हैं। इसका मतलब है कि हमारे पास अभी भी तीन परमाणुओं के बीच साझा करने के लिए 13 इलेक्ट्रॉन हैं। पहले हम दो ऑक्सीजेन का ऑक्टेट पूरा करते हैं, जिसमें 12 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए आखिरी को नाइट्रोजन पर रखा जाता है।

चरण 5:

नाइट्रोजन के चारों ओर केवल 5 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए इसका अष्टक बहुत अधूरा होता है। अगला कदम दो ऑक्सीजेंस में से एक के लिए एक पीआई बॉन्ड बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को छोड़ना है , इस प्रकार दो और इलेक्ट्रॉनों का योगदान होता है। यह नाइट्रोजन को 7 इलेक्ट्रॉनों तक लाता है, जबकि दोनों ऑक्सीजन में पूर्ण ऑक्टेट होते हैं।

दो अतिरिक्त संरचनाएं हैं जिनमें एकल-बंधित ऑक्सीजन अपने एक इलेक्ट्रॉन को बनाने के लिए देता है, साथ में अयुग्मित नाइट्रोजन इलेक्ट्रॉन के साथ, इन दो परमाणुओं के बीच एक दूसरा पाई बंधन होता है। हालांकि, इन संरचनाओं में नाइट्रोजन के बजाय ऑक्सीजन परमाणुओं पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉन और अधूरा ऑक्टेट है, जो प्रतिकूल है।

चरण 6:

औपचारिक आवेश की गणना प्रत्येक परमाणु के लिए की जाती है, जिसमें एक अलग इलेक्ट्रॉनिक वातावरण होता है, इस मामले में, तीनों परमाणुओं के लिए:

CF _{सिंगल बॉन्ड ऑक्सीजन} = 6 – 6 – ½ x 2 = -1

CF _{ऑक्सीजन डबल बॉन्ड} = 6 – 4 – ½ x 4 = 0

CF _{नाइट्रोजन} = 5 – 1 – ½ x 6 = +1

निम्नलिखित आंकड़ा नाइट्रोजन डाइऑक्साइड की अंतिम दो लुईस संरचनाओं को दर्शाता है।

अधूरा ऑक्टेट

कई यौगिकों में एक परमाणु होता है जो ऑक्टेट को पूरा नहीं करता है क्योंकि या तो पर्याप्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं या क्योंकि इसे पूरा करना प्रतिकूल होता है क्योंकि यह एक बहुत ही इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु पर सकारात्मक चार्ज प्रदान करेगा। पहले मामले का एक विशिष्ट उदाहरण बोरेन (BH3) है _और दूसरे का बोरॉन ट्राइफ्लोराइड (BF3 ₎ है।

आइए देखें कि दूसरे की लुईस संरचना उन संरचनाओं को चित्रित करने के लिए कैसे बनाई गई है जिनमें उन्हें पूरा करने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन होने के बावजूद अधूरा ऑक्टेट है।

स्टेप 1:

फ्लोरीन में 7 वैलेंस इलेक्ट्रॉन हैं और बोरॉन में 3 हैं, इसलिए वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या 3 x (7) + 1 x (3) = 24 eV है

चरण दो:

फ्लोरीन की तुलना में बोरॉन कम विद्युतीय है, इसलिए एक संरचना प्रस्तावित है जिसमें तीन फ्लोरीन परमाणुओं से घिरे केंद्र में बोरॉन है:

चरण 3:

अब हम प्रत्येक फ्लोरीन और बोरॉन के बीच एकल बंधन रखते हैं।

चरण 4:

हमारे पास साझा करने के लिए अभी भी 18 वैलेंस इलेक्ट्रॉन बचे हैं (क्योंकि उनमें से 6 सिंगल बॉन्ड में हैं)। हम इनका उपयोग तीन फ्लोरीन परमाणुओं के ऑक्टेट को पूरा करने के लिए करते हैं जो कि सबसे अधिक विद्युतीय हैं।

चरण 5:

जैसा कि देखा जा सकता है, फ्लोरीन परमाणुओं में सभी का अपना पूर्ण ऑक्टेट होता है लेकिन बोरॉन नहीं होता है। इस चरण में, हमें पाई बांड बनाने के लिए तीन फ्लोरीन परमाणुओं में से किसी एक से इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी लेनी चाहिए। इसके परिणामस्वरूप तीन अनुनाद संरचनाएं होंगी:

तीनों अनुनाद संरचनाओं में मौजूद सभी परमाणुओं के लिए ऑक्टेट संतुष्ट है, जो वांछनीय है और चरण 5 का उद्देश्य है। हालांकि, अगले चरण में एक महत्वपूर्ण समस्या उत्पन्न होती है जिसे हमने अभी तक संबोधित नहीं किया है।

चरण 6:

अलग-अलग इलेक्ट्रॉनिक वातावरण वाले तीन अलग-अलग प्रकार के परमाणु हैं, उनमें से दो फ्लोरीन और तीसरा बोरॉन परमाणु है:

CF _{सिंगल बॉन्ड फ्लोरीन} = 7 – 6 – ½ x 1 = 0

CF _{फ्लोरीन डबल बॉन्ड} = 7 – 4 – ½ x 4 = +1

सीएफ _{बोरॉन} = 3 – 0 – ½ x 8 = -1

निम्नलिखित आंकड़ा औपचारिक शुल्कों के साथ तीन अनुनाद संरचनाओं को दर्शाता है।

इन संरचनाओं के साथ समस्या यह है कि इन सभी में आंशिक धनात्मक आवेश वाला फ्लोरीन परमाणु होता है जबकि बोरॉन पर ऋणात्मक आवेश होता है। यह देखते हुए कि आवर्त सारणी में फ्लोरीन सबसे अधिक विद्युतीय तत्व है, बोरॉन के लिए सकारात्मक चार्ज के साथ फ्लोरीन छोड़ने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन घनत्व को हटाने में सक्षम होना बहुत मुश्किल है।

इस कारण से, इन तीन अनुनाद संरचनाओं में से किसी के पास बीएफ ₃ का पर्याप्त रूप से प्रतिनिधित्व करने का कोई मौका नहीं है । नतीजतन, यह बहुत अधिक संभावना है कि सही संरचना वह है जिसे हमने चरण 3 में खींचा था, जिसमें अधूरा ऑक्टेट वाला बोरॉन है।

विस्तारित ऑक्टेट

जिस प्रकार ऐसे मामले होते हैं जिनमें इलेक्ट्रोनगेटिविटी और औपचारिक शुल्क में अंतर अधूरे ऑक्टेट के साथ संरचनाएं बनाते हैं जो इस नियम का पालन करने वालों के लिए बेहतर होते हैं, वही विपरीत दिशा में हो सकता है। कभी-कभी ऐसा होता है कि, एक यौगिक में, सभी परमाणु चरण 3 के बाद अष्टक नियम का पालन करते हैं, लेकिन औपचारिक आवेशों की गणना करते समय हम एक बड़े आवेश पृथक्करण को देखते हैं जिसे अतिरिक्त पाई बांड बनाकर हल्का किया जा सकता है, इस प्रकार यौगिक के केंद्रीय परमाणु के साथ। 8 से अधिक इलेक्ट्रॉन।

अष्टक नियम का इस प्रकार का उल्लंघन केवल तीसरी अवधि के बाद के तत्वों में हो सकता है, क्योंकि इसके अष्टक का विस्तार करने का एकमात्र तरीका यह है कि परमाणु में अभी भी खाली परमाणु कक्षाएँ हैं जिसमें यह अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को समायोजित कर सकता है। यह केवल उन परमाणुओं के लिए होता है जिन्होंने अपने वैलेंस शेल में डी ऑर्बिटल्स को खाली कर दिया है, और क्वांटम संख्या के नियमों के अनुसार , यह केवल उन तत्वों के लिए संभव है जिनके वैलेंस शेल तीसरे ऊर्जा स्तर या उच्चतर पर हैं।

इस स्थिति का एक विशिष्ट उदाहरण सल्फेट आयन (SO4 _2- ⁾ है। इस मामले में, ऑक्सीजन और सल्फर दोनों में 6 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या 5 x (6) – (-2) = 32 eV होती है , जहां आयन का चार्ज घटाया जाता है, जो कि -2 है।

यदि हम इस आयन की संरचना बनाने के लिए अक्षर के 6 चरणों का पालन करते हैं, तो हमें निम्नलिखित प्राप्त होंगे:

इस तथ्य के बावजूद कि इस संरचना में सभी परमाणु अष्टक नियम का पालन करते हैं, सबसे महत्वपूर्ण समस्या यह है कि औपचारिक आवेशों का पृथक्करण बहुत अधिक है। वास्तव में, न केवल सभी परमाणुओं पर गैर-शून्य औपचारिक शुल्क होते हैं, बल्कि केंद्रीय सल्फर परमाणु में भी +2 चार्ज होता है। यह सब इस संरचना को काफी अस्थिर बनाता है।

हालाँकि, इस समस्या को आसानी से हल किया जा सकता है क्योंकि सल्फर, क्योंकि यह तीसरी अवधि से संबंधित है, अपने खाली 3डी ऑर्बिटल्स के माध्यम से अपने ऑक्टेट का विस्तार करने की संभावना रखता है। आज यह स्वीकार किया जाता है कि सल्फेट आयन की वास्तविक संरचना सभी अलग-अलग लुईस संरचनाओं के बीच अनुनाद संकर है जिसे प्रस्तुत किया जा सकता है जिसमें सल्फर ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ दो डबल और दो सिंगल बॉन्ड बनाता है, जैसा कि निम्नलिखित संरचनाओं में दिखाया गया है:

संदर्भ

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