रसायन विज्ञान में delocalized इलेक्ट्रॉनों की परिभाषा

रसायन विज्ञान में, delocalized इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन या एक परमाणु, अणु, या आयन से संबंधित इलेक्ट्रॉनों के जोड़े होते हैं जो एक रासायनिक रूप से बंधे हुए परमाणु या परमाणुओं की जोड़ी के चारों ओर घूमने तक ही सीमित नहीं होते हैं, लेकिन एक अणु या ठोस के माध्यम से आंदोलन की कुछ स्वतंत्रता होती है। दूसरे शब्दों में, यह शब्द उन इलेक्ट्रॉनों को संदर्भित करता है जो किसी विशेष परमाणु या सहसंयोजक बंधन में स्थित नहीं होते हैं।

डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन या तो बॉन्डिंग इलेक्ट्रॉन या नॉनबॉन्डिंग इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। वे परमाणु ऑर्बिटल्स और आणविक ऑर्बिटल्स दोनों में भी मौजूद हो सकते हैं । इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता की कुंजी जो निरूपण को जन्म देती है, आसन्न परमाणुओं के बीच विभिन्न समान कक्षाओं का संयोजन है। यह दोहरे और तिगुने सहसंयोजक बंधों में पाई बांड के गठन के दौरान पी ऑर्बिटल्स के पार्श्व ओवरलैप से हो सकता है , या यह धातु के परमाणुओं के परमाणु ऑर्बिटल्स के धातु बंधन में संयोजन से हो सकता है।

सहसंयोजक बंधन में डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन

वैलेंस बॉन्ड सिद्धांत के अनुसार, सहसंयोजक बंधन बंधित परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के परमाणु ऑर्बिटल्स के अतिव्यापीकरण से बनता है। जब दो परमाणु एक से अधिक जोड़ी इलेक्ट्रॉनों को साझा करके सहसंयोजक रूप से एक दूसरे से बंधे होते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों की पहली जोड़ी दोनों परमाणुओं से जुड़ने वाली धुरी के साथ उन्मुख दो परमाणु कक्षाओं के ललाट ओवरलैप द्वारा सिग्मा बंधन बनाती है।

हालांकि, इलेक्ट्रॉनों की दूसरी और तीसरी जोड़ी जो क्रमशः डबल और ट्रिपल बॉन्ड में साझा की जाती है, ऐसा दो आसन्न परमाणुओं के p _और p _{z परमाणु ऑर्बिटल्स के पार्श्व ओवरलैप द्वारा करते हैं, इस प्रकार पाई बॉन्ड बनाते हैं।} ये ऑर्बिटल्स उस अक्ष के ऊपर और नीचे स्थित होते हैं जो परमाणुओं से जुड़ते हैं और सीधे इस अक्ष पर नहीं होते हैं जैसा कि सिग्मा बांड के मामले में होता है।

जब परमाणुओं की एक श्रृंखला (संयुग्म बांड कहा जाता है) के माध्यम से एक पंक्ति में एक से अधिक एकाधिक बंधन होते हैं, तो पी ऑर्बिटल्स जो कि पी बांडों में से एक का हिस्सा होते हैं, उन पी ऑर्बिटल्स के साथ भी ओवरलैप होते हैं जो अगले पी बांड बनाते हैं। एक एकल पाई बांड जो सभी बंधुआ परमाणुओं को समाहित करता है। इन ऑर्बिटल्स में पाए जाने वाले बॉन्डिंग इलेक्ट्रॉन (पी इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं) पूरे संयुग्मित बंधन में घूमने के लिए स्वतंत्र हैं, इसलिए उन्हें डेलोकलाइज़ कहा जाता है।

निरूपण और अनुनाद

एक रासायनिक परिसर के विभिन्न लुईस संरचनाओं को चित्रित करके इलेक्ट्रॉनों का निरूपण स्पष्ट रूप से प्रमाणित होता है। कई अवसरों पर, एक ही यौगिक को एक से अधिक लुईस संरचनाओं द्वारा दर्शाया जा सकता है। इनमें से प्रत्येक संरचना को संरचना के माध्यम से पाई इलेक्ट्रॉनों या इलेक्ट्रॉनों के गैर-बंधन जोड़े के आंदोलन के माध्यम से दूसरों में परिवर्तित किया जा सकता है। एक लुईस संरचना से दूसरे में परिवर्तन की इस प्रक्रिया को अनुनाद कहा जाता है, और यह इलेक्ट्रॉनों के निरूपण को देखने का एक ग्राफिक तरीका है।

कई मामलों में, प्रायोगिक साक्ष्य से पता चलता है कि वास्तविक संरचना इन व्यक्तिगत अनुनाद संरचनाओं में से कोई नहीं है, बल्कि सभी अनुनाद संरचनाओं का एक संयोजन है जिसे अनुनाद संकर कहा जाता है। एक अनुनाद संकर के अस्तित्व के लिए प्रायोगिक साक्ष्य एक ही समय में एक अणु में पाई इलेक्ट्रॉनों के निरूपण के लिए प्रायोगिक साक्ष्य है।

डेलोकाइज्ड इलेक्ट्रॉनों का प्रतिनिधित्व

जब हम रेखीय रूप से एक अणु का प्रतिनिधित्व करते हैं , जिसमें इलेक्ट्रॉनों का विलोपन होता है, तो हम अनुनाद संरचना के माध्यम से ऐसा करते हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, यह संरचना व्यक्तिगत अनुनाद संरचनाओं का एक संयोजन है जिसमें सभी सिग्मा बांड अपरिवर्तित रहते हैं; हालाँकि, विभिन्न परमाणुओं के बीच पाई बांड कभी-कभी होते हैं और कभी-कभी नहीं होते हैं, इसलिए औसतन उन्हें एक दोहरे और एकल सहसंयोजक बंधन के बीच कहीं प्रदर्शित किया जा सकता है।

पहली अभिगृहीत प्रतिध्वनि संरचना केकुले द्वारा प्रस्तावित बेंजीन की संरचना थी। इसमें पाई इलेक्ट्रॉन तीन पाई बंधों में स्थित नहीं थे, बल्कि अणु के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूम रहे थे।

धात्विक बंधन में डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन

धातुएँ आवर्त सारणी पर तत्वों का सबसे बड़ा समूह बनाती हैं। इनकी उच्च विद्युत चालकता होने की विशेषता है, जो दर्शाता है कि धातु बनाने वाले परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को गति की महान स्वतंत्रता है; दूसरे शब्दों में, वे delocalized हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉनों का निरूपण धात्विक बंधन की विशेषताओं के कारण होता है। दो सिद्धांत हैं जो धात्विक बंधन और उसके गुणों की व्याख्या करते हैं: इलेक्ट्रॉन गैस सिद्धांत (जिसे इलेक्ट्रॉन बादल या इलेक्ट्रॉन समुद्री सिद्धांत भी कहा जाता है) और बैंड सिद्धांत।

इलेक्ट्रॉनिक गैस सिद्धांत

इलेक्ट्रॉन गैस सिद्धांत में, धात्विक ठोस को एक क्रिस्टल जाली के रूप में माना जाता है, जो कि उनके वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को खो चुके हैं, जो क्रिस्टल जाली के अंतराल में स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होते हैं, जैसे कि यह इलेक्ट्रॉनों (एक गैस इलेक्ट्रॉनिक) द्वारा बनाई गई गैस थी जो फैलती है झरझरा माध्यम से।

इस सिद्धांत में, प्रत्येक धात्विक परमाणु अपना वैलेंस इलेक्ट्रॉन या इलेक्ट्रॉन खो देता है, जिससे वे ठोस में एक ही स्थान पर स्थित नहीं रहते हैं। परिणामस्वरूप, इन इलेक्ट्रॉनों को निरूपित कहा जाता है।

बैंड सिद्धांत

बैंड सिद्धांत धात्विक बंधन के लिए आणविक कक्षीय सिद्धांत का एक विशेष अनुप्रयोग है। इस सिद्धांत में, धातु को एन परमाणुओं द्वारा एक साथ बंधे हुए त्रि-आयामी अणु के रूप में माना जाता है। धात्विक बंधन को परमाणुओं में से प्रत्येक के परमाणु ऑर्बिटल्स के ओवरलैपिंग के माध्यम से समझाया गया है जो इस धात्विक मैक्रोमोलेक्यूल का निर्माण करते हैं, इस प्रकार एन आणविक ऑर्बिटल्स का एक सेट बनाते हैं।

ये आणविक ऑर्बिटल्स बॉन्डिंग, एंटीबॉन्डिंग और नॉनबॉन्डिंग हो सकते हैं। बनने वाले आण्विक कक्षकों की बड़ी संख्या अंततः उनके बीच लगभग निरंतर ऊर्जा स्तरों वाले कक्षकों के एक बैंड को जन्म देती है।

खाली पॉड ऑर्बिटल्स का आगे का संयोजन भी खाली बॉन्डिंग और एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स के बैंड को जन्म देता है; धातुओं के मामले में, ये ठोस बनाने वाले परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा किए गए आणविक ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप होते हैं। यह ओवरलैप इन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को आसानी से खाली ऑर्बिटल्स में प्रचारित करने की अनुमति देता है जो पूरे ठोस को फैलाते हैं, इस प्रकार उन्हें धातुओं की चालकता की व्याख्या करते हुए ठोस के माध्यम से स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति मिलती है।

डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉनों के उदाहरण

ग्रेफाइट के पाई इलेक्ट्रॉन

ग्रेफाइट कार्बन परमाणुओं की परतों से बना एक आणविक ठोस है जो एसपी ² -संकरित परमाणुओं के हेक्सागोनल जाली बनाने के लिए एक साथ बंधे हैं । इनमें से प्रत्येक गोले में, प्रत्येक कार्बन परमाणु का pz _{कक्षीय} तीन पड़ोसी परमाणुओं के pz कक्षकों के साथ ओवरलैप करता है, जिससे एक pi इलेक्ट्रॉन प्रणाली बनती है जो खोल की पूरी सतह को फैलाती _है । लेयर-ऑन-लेयर स्टैकिंग के परिणामस्वरूप एक व्यापक डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन सिस्टम होता है जो ग्रेफाइट को परतों के तल के साथ उच्च चालकता देता है।

कार्बन, हीरा के अन्य आम आवंटन के लिए विपरीत सच है । ^{इसमें एसपी 3} संकरण के साथ कार्बन परमाणुओं का त्रि-आयामी नेटवर्क होता है जिसमें सभी कार्बन परमाणु सिग्मा बांड बनाते हैं जिसमें इलेक्ट्रॉन पूरी तरह से स्थित होते हैं, जो हीरे को सबसे अच्छा ज्ञात विद्युत इन्सुलेटर बनाता है।

सोडियम के 3s इलेक्ट्रॉन

सोडियम एक क्षार धातु है जिसमें 3s कक्षीय में एक एकल संयोजी इलेक्ट्रॉन होता है। चाहे हम इलेक्ट्रॉन गैस सिद्धांत के दृष्टिकोण से या बैंड सिद्धांत के दृष्टिकोण से सोडियम परमाणुओं के बीच के संबंध को देखें, प्रत्येक सोडियम परमाणु के 3s वैलेंस इलेक्ट्रॉन को धातु की लंबाई के साथ आंदोलन की पूर्ण स्वतंत्रता है, उदाहरण का प्रतिनिधित्व करते हुए डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन।

नेफ़थलीन के 10 पाई इलेक्ट्रॉन

बेंजीन और अन्य कार्बनिक यौगिकों की तरह, नेफ़थलीन के पीआई इलेक्ट्रॉनों को डेलोकलाइज़ किया जाता है और 10-कार्बन अणु की सतह के साथ स्वतंत्र रूप से चलते हैं।

संदर्भ

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