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जल एक ध्रुवीय अणु है क्योंकि इसमें दो ध्रुवीय OH बंध होते हैं जिनके द्विध्रुव आघूर्ण एक दूसरे को रद्द नहीं करते हैं। ये द्विध्रुव आघूर्ण ऑक्सीजन की ओर इशारा करते हैं और जुड़कर अणु को शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण देते हैं।
यह ध्रुवीयता पानी के कई विशिष्ट गुणों के लिए जिम्मेदार है, जिसमें इसकी कुछ रासायनिक प्रतिक्रिया, इसके पिघलने और क्वथनांक, और आयनिक और ध्रुवीय विलेय के लिए एक सार्वभौमिक विलायक के रूप में कार्य करने की क्षमता शामिल है।
दूसरे शब्दों में, पानी की ध्रुवीयता, किसी भी अन्य अणु की तरह, इसके बांडों की ध्रुवीयता के साथ-साथ आणविक ज्यामिति का प्रत्यक्ष परिणाम है। इन दो अवधारणाओं को समझना और वे पानी के अणु पर कैसे लागू होते हैं, अणुओं की ध्रुवीयता के बारे में अधिक संपूर्ण विचार देंगे।
एक ध्रुवीय बंधन क्या है?
एक ध्रुवीय बंधन एक प्रकार का सहसंयोजक बंधन है जिसमें दो परमाणुओं में से एक दूसरे की तुलना में अधिक विद्युतीय होता है, इसलिए बंधन का इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिक मजबूती से आकर्षित होता है। इसका परिणाम यह होता है कि इलेक्ट्रॉन समान रूप से साझा नहीं होते हैं। अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु एक आंशिक ऋणात्मक आवेश (δ- द्वारा पहचाना गया) प्राप्त करता है, जबकि दूसरा एक आंशिक धनात्मक आवेश (δ+ द्वारा पहचाना जाता है) प्राप्त करता है।
दोनों आंशिक आवेश समान परिमाण और विपरीत चिन्ह के हैं, जो ध्रुवीय बंधों को विद्युत द्विध्रुव बनाते हैं ।
दो परमाणु एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन बनाते हैं या नहीं, यह उनके इलेक्ट्रोनगेटिविटी के बीच के अंतर पर निर्भर करता है। यदि अंतर बहुत अधिक है, तो बंधन आयनिक होगा, लेकिन यदि यह बहुत छोटा या शून्य है, तो यह एक शुद्ध सहसंयोजक बंधन होगा। अंत में, अंतर मध्यवर्ती होने पर बंधन ध्रुवीय सहसंयोजक होगा। प्रत्येक मामले की सीमाएँ निम्नलिखित तालिका में प्रस्तुत की गई हैं:
| लिंक प्रकार | वैद्युतीयऋणात्मकता अंतर | उदाहरण |
| आयोनिक बंध | >1.7 | NaCl; लीफ |
| ध्रुवीय बंधन | 0.4 और 1.7 के बीच | ओह; एचएफ; राष्ट्रीय राजमार्ग |
| गैर ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन | <0.4 | सीएच ; I C |
| शुद्ध सहसंयोजक बंधन | 0 | एच एच; ऊह; सीमांत बल |
द्विध्रुव आघूर्ण
ध्रुवीय बंधों की विशेषता द्विध्रुवीय क्षण है। यह ग्रीक अक्षर μ (म्यू) द्वारा निरूपित एक वेक्टर है जो अधिक विद्युतीय परमाणु की दिशा में बंधन के साथ इंगित करता है। इस सदिश का परिमाण अलग-अलग आवेश के परिमाण के गुणनफल द्वारा दिया जाता है, जो वैद्युतीयऋणात्मकता में अंतर और दो आवेशों के बीच की दूरी, यानी बंधन की लंबाई के समानुपाती होता है।
द्विध्रुव आघूर्ण यह समझने के लिए आवश्यक है कि पानी ध्रुवीय क्यों है, क्योंकि एक अणु की कुल ध्रुवता उसके सभी द्विध्रुव आघूर्णों के सदिश योग से आती है।
आणविक ज्यामिति
एक अणु की ज्यामिति इंगित करती है कि उसके परमाणु केंद्रीय परमाणु के चारों ओर कैसे वितरित होते हैं। उदाहरण के लिए, पानी में, केंद्रीय परमाणु ऑक्सीजन है, इसलिए आणविक ज्यामिति इंगित करती है कि दो हाइड्रोजन परमाणु ऑक्सीजन के चारों ओर कैसे उन्मुख होते हैं।
आणविक ज्यामिति को निर्धारित करने के विभिन्न तरीके हैं। सबसे सरल वैलेंस इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण के सिद्धांत के माध्यम से है, जो बताता है कि इलेक्ट्रॉनों के जोड़े जो केंद्रीय परमाणु (चाहे बंधन या इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े) को घेरते हैं, एक दूसरे से यथासंभव दूर होने के लिए उन्मुख होंगे।
यह निर्धारित करने के बाद कि केंद्रीय परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों को कैसे वितरित किया जाता है, ज्यामिति को बांड बिंदु (इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े को ध्यान में रखते हुए) को देखते हुए निर्धारित किया जाता है।
इन दो अवधारणाओं को समझने के बाद, आइए अब हम पानी के अणु, उसके बंधनों और उसकी ज्यामिति का विश्लेषण करें:
पानी में ओएच बांड ध्रुवीय बंधन हैं।
पानी में दो हाइड्रोजन परमाणु एक ऑक्सीजन परमाणु से बंधे होते हैं। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के बीच इलेक्ट्रोनगेटिविटी का अंतर 1.24 है, जो इसे काफी ध्रुवीय बंधन बनाता है (ऊपर तालिका देखें)। उपरोक्त चित्र इस बंधन के द्विध्रुव आघूर्ण को दर्शाता है। इस तथ्य पर ध्यान दिया जाना चाहिए कि आसानी से देखने के लिए वेक्टर को अक्सर लिंक के किनारे खींचा जाता है; हालाँकि, यह वास्तव में OH बांड के साथ मेल खाता है, जो हाइड्रोजन नाभिक से ऑक्सीजन नाभिक की ओर इशारा करता है।
पानी के अणु में कोणीय ज्यामिति होती है
पानी के अणु में, ऑक्सीजन परमाणु sp3 संकरित है और इलेक्ट्रॉनों के चार जोड़े (दो हाइड्रोजन बॉन्डिंग जोड़े और दो अनशेयर्ड जोड़े) से घिरा हुआ है। संयोजी इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण सिद्धांत कहता है कि इलेक्ट्रॉनों के चार युग्म एक नियमित चतुष्फलक के सिरों की ओर इंगित करेंगे। दूसरे शब्दों में, हाइड्रोजन के दो परमाणु चतुष्फलक के चार कोनों में से दो की ओर इशारा करेंगे, जिससे पानी का अणु एक कोणीय अणु बन जाएगा।
दो बंधों के बीच का कोण 109.5º का चतुष्फलकीय कोण होना चाहिए, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के दो एकाकी युग्म बंधन इलेक्ट्रॉनों को अधिक दृढ़ता से प्रतिकर्षित करते हैं, जिससे कोण थोड़ा कम हो जाता है। इसका परिणाम यह होता है कि पानी में दो OH बांड 104.45º का कोण बनाते हैं जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है।
ध्रुवीय बंधन + कोणीय ज्यामिति = ध्रुवीय अणु
इस तथ्य को पहचानना महत्वपूर्ण है कि ध्रुवीय बंधन होने से यह सुनिश्चित नहीं होता कि एक अणु ध्रुवीय है। वास्तव में, कार्बन डाइऑक्साइड के दो ध्रुवीय बंधन होते हैं, लेकिन उनके द्विध्रुवीय क्षण एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इस कारण से अणु अध्रुवीय होता है।
पानी के अणु के साथ ऐसा नहीं होता है, क्योंकि यह रैखिक नहीं बल्कि कोणीय होता है। अब जब हमारे पास पानी के अणु की विशेषताओं की स्पष्ट तस्वीर है, तो हम अणु के शुद्ध द्विध्रुवीय क्षण को निर्धारित करने के लिए आगे बढ़ सकते हैं। यह अणु के ऊपर दोनों द्विध्रुव आघूर्णों को आरेखित करके और फिर सदिश जोड़ को पूरा करके किया जाता है:
जैसा कि पिछले आंकड़े के दाईं ओर दिखाया गया है, समांतर चतुर्भुज विधि का उपयोग करके जोड़ को ग्राफिक रूप से किया जा सकता है। जैसा कि देखा जा सकता है, दोनों द्विध्रुव आघूर्ण शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण उत्पन्न करते हैं जो अणु के केंद्र से गुजरने वाली ऑक्सीजन की ओर इशारा करता है।
अंततः, यह शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण ही वह कारण है जिसके कारण पानी एक ध्रुवीय अणु है।
