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WBB • कक्षा XII • Chemistry • अध्याय 10
अनुमानित समय: 45 Mins
प्रगति: अध्ययनरत

उपसहसंयोजन यौगिक

उपसहसंयोजन यौगिक या संकुल यौगिक अकार्बनिक रसायन विज्ञान के अत्यंत महत्वपूर्ण एवं विशिष्ट यौगिकों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिनमें एक केंद्रीय संक्रमण धातु परमाणु अथवा आयन निश्चित संख्या में उदासीन अणुओं या ऋणायनों द्वारा उपसहसंयोजक उपसहसंयोजी आबंधों से बंधित होता है, जिन्हें लिगैंड कहा जाता है। सामान्य द्विक लवणों जैसे मोहर लवण या पोटाश एलम के विपरीत, जो जल में घुलने पर अपने सभी घटक आयनों में पूर्णतः वियोजित होकर अपनी स्वतंत्र पहचान खो देते हैं, उपसहसंयोजन यौगिक ठोस एवं जलीय विलयन दोनों अवस्थाओं में उपसहसंयोजन सत्ता के रूप में अपनी रासायनिक संरचना और पहचान अक्षुण्ण बनाए रखते हैं। अल्फ्रेड वर्नर द्वारा प्रतिपादित उपसहसंयोजन सिद्धांत इस विषय की आधारशिला है, जिसके अनुसार संक्रमण धातु दो प्रकार की संयोजकताएं प्रदर्शित करती है: आयननीय व अ-दिशिक प्राथमिक संयोजकता जो धातु की ऑक्सीकरण अवस्था को दर्शाती है, तथा अनायननीय व त्रिविम में दिशिक द्वितीयक संयोजकता जो उपसहसंयोजन संख्या और ज्यामितीय बहुफलक का निर्धारण करती है। लिगैंड्स एकदंतुर से लेकर द्विदंतुर व षड्दंतुर जैसे ईडीटीए तक विस्तृत होते हैं, जो कीलेट प्रभाव द्वारा असाधारण ऊष्मागतिकीय स्थायित्व प्रदान करते हैं। उपसहसंयोजन यौगिक समृद्ध संरचनात्मक एवं त्रिविम समावयवता प्रदर्शित करते हैं, जिसमें सिस-ट्रांस, फलकीय-रेखांशिक तथा कायरल ध्रुवण समावयवता सम्मिलित हैं। रासायनिक आबंधन को संयोजकता आबंध सिद्धांत तथा क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत द्वारा विस्तार से समझाया जाता है, जहाँ d-कक्षकों के विपाटन से यौगिकों के रंग, चुंबकत्व और क्रिस्टल क्षेत्र स्थायीकरण ऊर्जा का सटीक निरूपण होता है।

यह अध्याय क्यों महत्वपूर्ण है

उपसहसंयोजन यौगिक आधुनिक धातुकर्म, औषधीय रसायन विज्ञान, समांगी उत्प्रेरण, जैव-चिकित्सीय निदान और पर्यावरण प्रौद्योगिकियों के प्रमुख आधार स्तंभ हैं। जैविक तंत्रों में जीवन की मूलभूत प्रक्रियाएं जटिल उपसहसंयोजन संकुलों द्वारा ही संचालित होती हैं: मानव रक्त में ऑक्सीजन का परिवहन करने वाला हीमोग्लोबिन आयरन का एक पोरफायरिन संकुल है; पादपों में प्रकाश संश्लेषण द्वारा सौर ऊर्जा का अवशोषण करने वाला क्लोरोफिल मैग्नीशियम का संकुल है; तथा घातक रक्ताल्पता से रक्षा करने वाला विटामिन बी12 कोबाल्ट का आवश्यक संकुल है। आधुनिक चिकित्सा में जटिल यौगिक जीवनरक्षक भूमिका निभाते हैं: वर्ग समतलीय सिस-डाईऐम्मीनडाईक्लोरिडोप्लैटिनम(II), जिसे सिसप्लेटिन कहा जाता है, कैंसर कोशिकाओं के डीएनए से बंधकर ट्यूमर वृद्धि को रोकने वाली प्रमुख कीमोथेरेपी औषधि है; कीलेटिंग कर्मक जैसे सीए-एन-ए2-ईडीटीए का उपयोग शरीर से सीसा और भारी धातुओं के विषाक्त प्रभाव को समाप्त करने में होता है; और डी-पेनिसिलामीन विल्सन रोग में अतिरिक्त तांबे को निष्कासित करता है। औद्योगिक विनिर्माण में विल्किंसन उत्प्रेरक एल्कीनों के समांगी हाइड्रोजनीकरण को उत्प्रेरित करता है, मॉन्ड प्रक्रम उद्वाष्पशील निकेल टेट्राकार्बोनिल बनाकर शुद्ध निकेल निष्कर्षण करता है, तथा ईडीटीए द्वारा जल की कुल कठोरता का अनुमापन किया जाता है। पश्चिम बंगाल उच्च माध्यमिक (WBCHSE) कक्षा 12 रसायन विज्ञान बोर्ड परीक्षा में वर्नर के अवक्षेपण संबंधी प्रश्नों, आईयूपीएसी नामकरण, समावयवता, वीबीटी संकरण तथा सीएफटी विपाटन ऊर्जा गणना पर आधारित अनिवार्य प्रश्न प्रतिवर्ष पूछे जाते हैं।

अध्याय रूपरेखा एवं प्रगति

1 मॉड्यूल १: उपसहसंयोजन यौगिकों का पर...
2 मॉड्यूल २: मूल शब्दावली, लिगैंडों क...
3 मॉड्यूल ३: समावयवता (संरचनात्मक एवं...
4 मॉड्यूल ४: आबंधन १: संयोजकता आबंध स...
5 मॉड्यूल ५: आबंधन २: क्रिस्टल क्षेत्...
6 मॉड्यूल ६: स्थायित्व स्थिरांक, धातु...

सम्पूर्ण सैद्धांतिक एवं वैचारिक अध्ययन

मॉड्यूल १: उपसहसंयोजन यौगिकों का परिचय, द्विक लवण बनाम संकुल तथा वर्नर का सिद्धांत

१.१ द्विक लवण (Double Salts) बनाम उपसहसंयोजन यौगिक (Coordination Compounds)

दो या अधिक सरल स्थायी लवणों के रससमीकरणमितीय अनुपातों के विलयन के वाष्पीकरण से योगात्मक यौगिक (Addition Compounds) प्राप्त होते हैं, जो जलीय विलयन में अपने व्यवहार के आधार पर दो वर्गों में वर्गीकृत हैं:

  • द्विक लवण (Double Salts): वे योगात्मक यौगिक जो केवल ठोस क्रिस्टलीय अवस्था में ही स्थायी होते हैं। जल में घोलने पर ये अपने सभी घटक सरल आयनों में पूर्णतः वियोजित हो जाते हैं और विलयन में प्रत्येक घटक आयन का स्वतंत्र गुणात्मक रासायनिक परीक्षण देते हैं।
    उदाहरण:
    • मोहर लवण (Mohr's Salt): $\text{FeSO}_4\cdot(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4\cdot 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{aq}} \text{Fe}^{2+} + 2\text{NH}_4^+ + 2\text{SO}_4^{2-} + 6\text{H}_2\text{O}$ (यह विलयन $\text{Fe}^{2+}, \text{NH}_4^+$ तथा $\text{SO}_4^{2-}$ आयनों का परीक्षण देता है)।
    • पोटाश फिटकरी (Potash Alum): $\text{K}_2\text{SO}_4\cdot\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\cdot 24\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{aq}} 2\text{K}^+ + 2\text{Al}^{3+} + 4\text{SO}_4^{2-} + 24\text{H}_2\text{O}$।
    • कार्नेलाइट: $\text{KCl}\cdot\text{MgCl}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{aq}} \text{K}^+ + \text{Mg}^{2+} + 3\text{Cl}^- + 6\text{H}_2\text{O}$।
  • उपसहसंयोजन यौगिक (Coordination Compounds): वे आण्विक यौगिक जो ठोस एवं जलीय विलयन दोनों में अपनी रासायनिक व संरचनात्मक पहचान अक्षुण्ण बनाए रखते हैं। इनमें केंद्रीय धातु आयन लिगैंडों के साथ एक गैर-आयननीय उपसहसंयोजन मंडल के भीतर उपसहसंयोजक बंधों द्वारा दृढ़ता से बंधा रहता है। यह विलयन मुक्त केंद्रीय धातु आयनों का गुणात्मक अवक्षेपण परीक्षण नहीं देता।
    उदाहरण: पोटैशियम फेरोसाइनाइड, $\text{K}_4[\text{Fe(CN)}_6] \xrightarrow{\text{aq}} 4\text{K}^+ + [\text{Fe(CN)}_6]^{4-}$। यह विलयन $\text{K}^+$ आयन का परीक्षण देता है, परंतु फेरस आयन ($\text{Fe}^{2+}$) या साइनाइड आयन ($\text{CN}^-$) का कोई परीक्षण नहीं देता क्योंकि $[\text{Fe(CN)}_6]^{4-}$ संकुल आयन अखंड रहता है।
१.२ अल्फ्रेड वर्नर का उपसहसंयोजन सिद्धांत (Werner's Theory, 1893)

अल्फ्रेड वर्नर ने उपसहसंयोजन यौगिकों की संरचना स्पष्ट करने हेतु निम्नलिखित आधारभूत अभिगृहीत प्रस्तुत किए (১৯১৩ में नोबेल पुरस्कार):

  1. द्वैध संयोजकता: उपसहसंयोजन यौगिकों में धातु दो प्रकार की संयोजकताएं दर्शाती है — प्राथमिक संयोजकता तथा द्वितीयक संयोजकता।
  2. प्राथमिक संयोजकता (Primary Valency): यह धातु की ऑक्सीकरण अवस्था के संगत होती है। यह आयननीय (Ionizable), अ-दिशिक (Non-directional) होती है और केवल ऋणायनों द्वारा संतुष्ट होती है। संरचनात्मक सूत्र में इसे बिन्दुकित रेखा ($--$) द्वारा दर्शाया जाता है।
  3. द्वितीयक संयोजकता (Secondary Valency): यह धातु की उपसहसंयोजन संख्या के संगत होती है। यह अनायननीय (Non-ionizable), निश्चित धातु हेतु स्थिर (सामान्यतः ४ या ६) होती है और उदासीन अणुओं ($\text{NH}_3, \text{H}_2\text{O}$) अथवा ऋणायनों ($\text{Cl}^-, \text{CN}^-$) द्वारा संतुष्ट होती है। इसे सतत ठोस रेखा ($-$) द्वारा दर्शाया जाता है।
  4. दिशिक प्रकृति: द्वितीयक संयोजकताएं त्रिविम में निश्चित दिशाओं में विन्यासित होती हैं, जिससे संकुल यौगिक को विशिष्ट ज्यामितीय आकृति (अष्टफलकीय, चतुष्फलकीय या वर्ग समतलीय) प्राप्त होती है।
वर्नर का मूल सूत्र रंग आधुनिक IUPAC सूत्र अवक्षेपित AgCl के मोल कुल आयन विद्युत-अपघट्य प्रकार
$\text{CoCl}_3\cdot 6\text{NH}_3$पीला$[\text{Co(NH}_3)_6]\text{Cl}_3$३ मोल AgCl४ (१ धनायन + ३ ऋणायन)१:३ वर्ग
$\text{CoCl}_3\cdot 5\text{NH}_3$बैंगनी$[\text{Co(NH}_3)_5\text{Cl}]\text{Cl}_2$२ मोल AgCl३ (१ धनायन + २ ऋणायन)१:२ वर्ग
$\text{CoCl}_3\cdot 4\text{NH}_3$हरा (trans) / बैंगनी (cis)$[\text{Co(NH}_3)_4\text{Cl}_2]\text{Cl}$१ मोल AgCl२ (१ धनायन + ১ ऋणायन)१:१ वर्ग
$\text{CoCl}_3\cdot 3\text{NH}_3$नीला-हरा$[\text{Co(NH}_3)_3\text{Cl}_3]$० मोल AgCl० (कोई वियोजन नहीं)अ-विद्युतअपघट्य

मॉड्यूल २: मूल शब्दावली, लिगैंडों की दंतुरता, कीलेशन एवं IUPAC नामकरण

२.१ उपसहसंयोजन मंडल, केंद्रीय धातु एवं उपसहसंयोजन संख्या
  • उपसहसंयोजन मंडल (Coordination Sphere): बड़े कोष्ठक $[\dots]$ के भीतर उपस्थित केंद्रीय धातु परमाणु एवं उससे सीधे जुड़े लिगैंड्स को सम्मिलित रूप से उपसहसंयोजन मंडल कहते हैं। यह जल में अनायननीय रहता है। कोष्ठक के बाहर उपस्थित आयनों को प्रति-आयन (Counter ions) कहते हैं।
  • उपसहसंयोजन संख्या (Coordination Number - C.N.): केंद्रीय धातु परमाणु से जुड़े लिगैंड्स द्वारा निर्मित कुल उपसहसंयोजक $\sigma$-आबंधों की संख्या। एकदंतुर लिगैंडों में यह लिगैंडों की संख्या के बराबर होती है; बहुदंतुर में $\text{C.N.} = \sum (\text{लिगैंड संख्या} \times \text{दंतुरता})$। जैसे $[\text{Fe(C}_2\text{O}_4)_3]^{3-}$ में ऑक्सालेट द्विदंतुर होने से $\text{C.N.} = 3 \times 2 = 6$ है।
२.२ लिगैंडों का वर्गीकरण एवं कीलेट प्रभाव
  • १. एकदंतुर लिगैंड (Monodentate): जो केवल एक दाता परमाणु के माध्यम से धातु से जुड़ते हैं। जैसे $\text{H}_2\text{O}$ (ऐक्वा), $\text{NH}_3$ (ऐम्मीन), $\text{CO}$ (कार्बोनिल), $\text{Cl}^-$ (क्लोरिडो), $\text{CN}^-$ (सायनिडो)।
  • २. द्विदंतुर लिगैंड (Bidentate): जिनमें दो दाता परमाणु होते हैं और दोनों एक साथ उसी धातु से बंध बना सकते हैं।
    • एथेन-१,२-डाईऐम्मीन ($\text{en}$): $\text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{NH}_2$ (दो नाइट्रोजन दाता परमाणु, उदासीन)।
    • ऑक्सालेटो आयन ($\text{ox}^{2-}$ या $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$): $^-\text{OOC}-\text{COO}^-$ (दो ऑक्सीजन दाता परमाणु, आधेश $-2$)।
    • ग्लाइसिनेट आयन ($\text{gly}^-$): $\text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{COO}^-$ (असममितीय द्विदंतुर, एक $\text{N}$ व एक $\text{O}$ दाता परमाणु)।
  • ३. षड्दंतुर लिगैंड एवं EDTA: $\mathbf{\text{EDTA}^{4-}}$ (एथिलीनडाईऐमीनटेट्राऐसीटेट) एक षड्दंतुर (Hexadentate) लिगैंड है, जिसमें दो नाइट्रोजन एवं चार ऑक्सीजन दाता परमाणु ($2\text{N} + 4\text{O}$) होते हैं।
  • ४. कीलेट लिगैंड एवं कीलेट प्रभाव (Chelate Effect): जब एक द्वि- अथवा बहुदंतुर लिगैंड अपने दो या अधिक दाता परमाणुओं द्वारा एक ही धातु आयन से जुड़कर ५- या ६-सदस्यीय वलय (Ring) बनाता है, तो इसे कीलेट वलय कहते हैं। कीलेट वलय युक्त संकुल अनुरूप एकदंतुर संकुलों की तुलना में बहुत अधिक ऊष्मागतिकीय रूप से स्थायी होते हैं। इसे कीलेट प्रभाव कहते हैं। इसका मुख्य कारण संकुलन के समय अनेक एकदंतुर अणुओं के मुक्त होने से एनट्रॉपी में होने वाली विशाल वृद्धि ($\Delta S > 0$) है।
  • ५. उभयदंती लिगैंड (Ambidentate Ligands): वे एकदंतुर लिगैंड जिनमें दो भिन्न दाता परमाणु उपस्थित होते हैं और वे किसी भी एक परमाणु द्वारा धातु से जुड़ सकते हैं। इससे बंधनी समावयवता (Linkage Isomerism) उत्पन्न होती है:
    • $\text{NO}_2^-$: नाइट्रोजन द्वारा जुड़ने पर नाइट्रो (nitro / nitrito-$\kappa N$) तथा ऑक्सीजन द्वारा जुड़ने पर नाइट्रिटो (nitrito / nitrito-$\kappa O$, लिखा जाता है $\text{ONO}^-$)।
    • $\text{SCN}^-$: सल्फर द्वारा थायोसायनेटो तथा नाइट्रोजन द्वारा आइसोथायोसायनेटो।
२.३ IUPAC नामकरण नियम (2005)
  1. सर्वप्रथम धनायन का नाम तथा अंत में रिक्त स्थान देकर ऋणायन का नाम लिखा जाता है।
  2. उपसहसंयोजन सत्ता के भीतर लिगैंडों के नाम धातु से पूर्व वर्णमाला क्रम (Alphabetical order) में लिखे जाते हैं।
  3. ऋणायनिक लिगैंडों के अंत में -o या -ido आता है (जैसे क्लोरिडो, सायनिडो, सल्फेटो)। उदासीन लिगैंडों के विशिष्ट नाम: $\text{H}_2\text{O}$ = ऐक्वा (aqua), $\text{NH}_3$ = ऐम्मीन (ammine), $\text{CO}$ = कार्बोनिल (carbonyl)।
  4. लिगैंड संख्या हेतु डाई, ट्राई, टेट्रा प्रयुक्त होते हैं। जटिल या बहुदंतुर लिगैंडों हेतु बिस- (२), ट्रिस- (३), टेट्राकिस- (४) का उपयोग कर लिगैंड को कोष्ठक में लिखा जाता है।
  5. संकुल यदि ऋणायन है, तो धातु के नाम के अंत में -एट (-ate) प्रत्यय लगाया जाता है (যেমন फेरेट, क्यूप्रेट, अर्जेंटेट, कोबाल्टेट, प्लैटिनेट)। धनायन या उदासीन संकुल में सामान्य नाम रहता है।
  6. धातु की ऑक्सीकरण अवस्था को धातु के नाम के तुरंत बाद बिना किसी अंतर के कोष्ठक में रोमन अंकों में लिखा जाता है।

मॉड्यूल ३: समावयवता (संरचनात्मक एवं त्रिविम समावयवता)

३.१ संरचनात्मक समावयवता (Structural Isomerism)
  • १. आयनन समावयवता (Ionization Isomerism): जब संकुल सत्ता के भीतर का ऋणायनिक लिगैंड और बाहर का प्रति-आयन आपस में स्थान बदलते हैं, जिससे जलीय विलयन में भिन्न आयन प्राप्त होते हैं।
    • युग्म: $[\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{SO}_4$ (लाल-बैंगनी) एवं $[\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{Br}$ (लाल)।
    रासायनिक विभेद: $[\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{SO}_4$ में मुक्त $\text{SO}_4^{2-}$ आयन होने के कारण यह $\text{BaCl}_2$ के साथ सफेद अवक्षेप ($\text{BaSO}_4$) देता है किंतु $\text{AgNO}_3$ के साथ कोई अवक्षेप नहीं देता। इसके विपरीत $[\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{Br}$ में मुक्त $\text{Br}^-$ आयन होने के कारण यह $\text{AgNO}_3$ के साथ हल्का पीला/क्रीम अवक्षेप ($\text{AgBr}$) देता है परंतु $\text{BaCl}_2$ के साथ कोई अवक्षेप नहीं देता।
  • २. हाइड्रेट / विलायकयोजन समावयवता: जब जल के अणु संकुल मंडल के अंदर लिगैंड के रूप में अथवा बाहर क्रिस्टलन जल के रूप में उपस्थित होते हैं।
    • $\text{CrCl}_3\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ के तीन समावयवी: $[\text{Cr(H}_2\text{O})_6]\text{Cl}_3$ (बैंगनी, ३ $\text{AgCl}$), $[\text{Cr(H}_2\text{O})_5\text{Cl}]\text{Cl}_2\cdot\text{H}_2\text{O}$ (नीला-हरा, २ $\text{AgCl}$), $[\text{Cr(H}_2\text{O})_4\text{Cl}_2]\text{Cl}\cdot 2\text{H}_2\text{O}$ (हरा, ১ $\text{AgCl}$)।
  • ৩. बंधनी समावयवता (Linkage Isomerism): उभयदंती लिगैंडों के भिन्न दाता परमाणुओं से जुड़ने से उत्पन्न होती है। যেমন $[\text{Co(NH}_3)_5(\text{NO}_2)]\text{Cl}_2$ (पीला, नाइट्रो) एवं $[\text{Co(NH}_3)_5(\text{ONO})]\text{Cl}_2$ (लाल, नाइट्रिटो)।
  • ৪. उपसहसंयोजन समावयवता: जब धनायन और ऋणायन दोनों ही संकुल हों, तथा दोनों धातु केंद्रों के बीच लिगैंडों का परस्पर विनिमय हो जाए। যেমন $[\text{Co(NH}_3)_6][\text{Cr(CN)}_6]$ एवं $[\text{Cr(NH}_3)_6][\text{Co(CN)}_6]$।
३.२ त्रिविम समावयवता (ज्यामितीय एवं ध्रुवण समावयवता)

क. ज्यामितीय समावयवता (Geometrical Isomerism):
১. वर्ग समतलीय संकुल (C.N. = 4):
• $MA_2B_2$ प्रकार: जैसे $[\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]$। सिस-समावयवी (Cisplatin) में समान लिगैंड $90^\circ$ कोण पर पास-पास होते हैं (कैंसर रोधी)। ट्रांस-समावयवी में समान लिगैंड $180^\circ$ कोण पर विपरीत होते हैं।
ध्यान दें: चतुष्फलकीय संकुल ($sp^3$) कभी भी ज्यामितीय समावयवता नहीं दर्शाते, क्योंकि इसके चारों बंध कोण १०९.५ डिग्री पर समतुल्य होते हैं।

২. अष्टफलकीय संकुल (C.N. = 6):
• $MA_4B_2$ प्रकार: যেমন $[\text{Co(NH}_3)_4\text{Cl}_2]^+$ (सिस = बैंगनी, ट्रांस = हरा)।
• $MA_3B_3$ प्रकार: যেমন $[\text{Co(NH}_3)_3(\text{NO}_2)_3]$।
- फलकीय (fac / Facial): तीनों समान लिगैंड अष्टफलक के एक ही त्रिभुजाकार फलक के तीन कोनों पर ($90^\circ$ पर) होते हैं।
- रेखांशिक (mer / Meridional): तीनों समान लिगैंड अष्टफलक की परिधि/मध्यवृत्त पर स्थित होते हैं।

ख. ध्रुवण समावयवता (Optical Isomerism):
वे त्रिविम समावयवी जो परस्पर एक-दूसरे के अनध्यारोपित दर्पण प्रतिबिंब होते हैं, कायरल व ध्रुवण घूर्णक कहलाते हैं ($d$ व $l$ रूप)।
• $M(AA)_3$ प्रकार: যেমন $[\text{Co(en)}_3]^{3+}$ में कोई सममिति तल नहीं होता, अतः यह $d$ एवं $l$ रूपों में विभाजित होता है।
• $M(AA)_2B_2$ प्रकार: যেমন $[\text{Co(en)}_2\text{Cl}_2]^+$।
- cis-$[\text{Co(en)}_2\text{Cl}_2]^+$: कोई सममिति तल नहीं $\implies$ कायरल एवं ध्रुवण घूर्णक (सक्रिय)।
- trans-$[\text{Co(en)}_2\text{Cl}_2]^+$: एक क्षैतिज सममिति तल एवं केंद्र उपस्थित $\implies$ अकायरल एवं ध्रुवण अघूर्णक (निष्क्रिय)।

मॉड्यूल ४: आबंधन १: संयोजकता आबंध सिद्धांत (Valence Bond Theory - VBT)

४.१ संयोजकता आबंध सिद्धांत के आधारभूत नियम

लिनस पॉलिंग के अनुसार केंद्रीय धातु लिगैंडों की संख्या के बराबर रिक्त कक्षक संकरण हेतु उपलब्ध कराती है:

  1. यदि संकरण में आंतरिक $(n-1)d$ कक्षक भाग लेते हैं ($d^2sp^3$), तो बनने वाला संकुल आंतरिक कक्षक संकुल (Inner orbital / Low spin) कहलाता है।
  2. यदि संकरण में बाह्य $nd$ कक्षक भाग लेते हैं ($sp^3d^2$), तो उसे बाह्य कक्षक संकुल (Outer orbital / High spin) कहते हैं।
  3. अयुग्मित इलेक्ट्रॉन उपस्थित होने पर संकुल अनुचुंबकीय ($\mu_s = \sqrt{n(n+2)}\text{ BM}$) तथा सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित होने पर प्रतिचुंबकीय होता है।
४.२ प्रमुख संकुलों का VBT विश्लेषण
  • ১. $[\text{NiCl}_4]^{2-}$ (चतुष्फलकीय, अनुचुंबकीय): $\text{Ni}^{2+} (3d^8)$। $\text{Cl}^-$ दुर्बल लिगैंड है जो $3d$ इलेक्ट्रॉनों का युग्मन नहीं करा पाता ($n=2$ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)। खाली $4s$ और तीन $4p$ मिलकर $\mathbf{sp^3}$ संकरण करते हैं। आकृति चतुष्फलकीय, अनुचुंबकीय ($\mu_s = 2.83\text{ BM}$)।
  • ২. $[\text{Ni(CN)}_4]^{2-}$ (वर्ग समतलीय, प्रतिचुंबकीय): $\text{Ni}^{2+} (3d^8)$। $\text{CN}^-$ प्रबल लिगैंड है जो दोनों अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों को युग्मित कराकर एक आंतरिक $3d$ कक्षक रिक्त कर देता है। संकरण $\mathbf{dsp^2}$ होता है। आकृति वर्ग समतलीय, $n=0$ होने से प्रतिचुंबकीय।
  • ৩. $[\text{Co(NH}_3)_6]^{3+}$ (आंतरिक कक्षक, प्रतिचुंबकीय): $\text{Co}^{3+} (3d^6)$। प्रबल $\text{NH}_3$ के प्रभाव से सभी ६ इलेक्ट्रॉन तीन $3d$ कक्षकों में युग्मित हो जाते हैं ($t_{2g}^6$), जिससे दो $3d$ कक्षक खाली होते हैं। संकरण $\mathbf{d^2sp^3}$। अष्टफलकीय, निम्न चक्रण, प्रतिचुंबकीय।
  • ৪. $[\text{CoF}_6]^{3-}$ (बाह्य कक्षक, अनुचुंबकीय): $\text{Co}^{3+} (3d^6)$। $\text{F}^-$ दुर्बल लिगैंड है, युग्मन नहीं होता ($n=4$ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)। संकरण बाह्य कक्षकों से $\mathbf{sp^3d^2}$ होता है। अष्टफलकीय, उच्च चक्रण, अनुचुंबकीय ($\mu_s = 4.90\text{ BM}$)।

मॉड्यूल ५: आबंधन २: क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत (Crystal Field Theory - CFT)

५.१ क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत के आधारभूत नियम एवं d-कक्षक विपाटन

क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत में धातु-लिगैंड आबंधन को पूर्णतः स्थिर-वैद्युत (Electrostatic) माना जाता है:

  • मुक्त धातु आयन में पांचों $d$-कक्षक समभ्रंश (Degenerate) होते हैं।
  • लिगैंडों के आगमन पर असममित स्थिर-वैद्युत प्रतिकर्षण के कारण $d$-कक्षक दो भिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित हो जाते हैं। इसे क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन कहते हैं।
  • अष्टफलकीय क्षेत्र में विपाटन ($\Delta_o$): ६ लिगैंड अक्षों ($x, y, z$) के अनुदिश आते हैं। अक्षों पर स्थित $e_g$ कक्षक ($d_{x^2-y^2}, d_{z^2}$) अधिक प्रतिकर्षित होकर $\mathbf{+0.6\,\Delta_o}$ ऊपर उठते हैं, जबकि अक्षों के मध्य स्थित $t_{2g}$ कक्षक ($d_{xy}, d_{yz}, d_{zx}$) कम प्रतिकर्षित होकर $\mathbf{-0.4\,\Delta_o}$ नीचे गिरते हैं।
  • स्पेक्ट्रमी-रासायनिक श्रेणी: लिगैंडों की विपाटन क्षमता का बढ़ता क्रम:
    $$\text{I}^- < \text{Br}^- < \text{Cl}^- < \text{F}^- < \text{OH}^- < \text{ox}^{2-} < \text{H}_2\text{O} < \text{edta}^{4-} < \text{NH}_3 < \text{en} < \text{NO}_2^- < \text{CN}^- \approx \text{CO}$$
  • $\Delta_o$ बनाम युग्मन ऊर्जा ($P$):
    • दुर्बल क्षेत्र लिगैंड ($\Delta_o < P$): इलेक्ट्रॉन युग्मित होने के बजाय उच्च $e_g$ में जाता है $\implies$ उच्च चक्रण संकुल ($d^4 = t_{2g}^3 e_g^1$)।
    • प्रबल क्षेत्र लिगैंड ($\Delta_o > P$): इलेक्ट्रॉन निम्न $t_{2g}$ में ही युग्मित होता है $\implies$ निम्न चक्रण संकुल ($d^4 = t_{2g}^4 e_g^0$)।
    CFSE सूत्र: $\mathbf{\text{CFSE} = (-0.4 \times n_{t_{2g}} + 0.6 \times n_{e_g})\Delta_o + m\cdot P}$
५.२ चतुष्फलकीय विपाटन ($\Delta_t$) एवं संकुलों के रंग का कारण

चतुष्फलकीय क्षेत्र में विपाटन उल्टा होता है: $e$ कक्षक नीचे ($-0.6\Delta_t$) तथा $t_2$ कक्षक ऊपर ($+0.4\Delta_t$) होते हैं।
संबंध: $\mathbf{\Delta_t = \frac{4}{9}\Delta_o}$। चूंकि $\Delta_t < P$ सदैव रहता है, अतः चतुष्फलकीय संकुल लगभग सदैव उच्च चक्रण होते हैं।

रंग की उत्पत्ति ($d ext{-}d$ संक्रमण): दृश्य प्रकाश पड़ने पर आंशिक रूप से भरे $d$-कक्षक का इलेक्ट्रॉन $\Delta_o$ के बराबर ऊर्जा अवशोषित कर $t_{2g}$ से $e_g$ में उत्तेजित होता है। अवशोषित रंग का पूरक रंग हमें दिखाई देता है (যেমন $[\text{Ti}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+}$ पीला-हरा प्रकाश अवशोषित कर बैंगनी दिखाई देता है)। $d^0$ व $d^{10}$ आयनों में $d ext{-}d$ संक्रमण संभव न होने से वे रंगहीन होते हैं।

मॉड्यूल ६: स्थायित्व स्थिरांक, धातु कार्बोनिलों में सहक्रियाशील बंधन एवं अनुप्रयोग

६.१ धातु कार्बोनिलों में सहक्रियाशील आबंधन (Synergic Bonding)

धातु कार्बोनिलों (যেমন $[\text{Ni(CO)}_4], [\text{Fe(CO)}_5]$) में धातु शून्य ऑक्सीकरण अवस्था में होती है। इसका असाधारण स्थायित्व द्विमार्गी सहक्रियाशील आबंधन से उत्पन्न होता है:

  • ১. $\sigma$-दान ($C \to M$): कार्बन मोनोक्साइड के कार्बन का एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म धातु के रिक्त संकर कक्षक में उपसहसंयोजक $\sigma$-बंध बनाता है।
  • २. $\pi$-पश्च-आबंधन ($M \to \text{CO}$): धातु के भरे हुए $d$-कक्षक से इलेक्ट्रॉन घनत्व $\text{CO}$ के रिक्त $\pi^*$ विपरीत-बंधी (antibonding) आण्विक कक्षक में स्थानांतरित होता है।
  • सहक्रियाशील प्रभाव: $\sigma$-दान धातु पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाकर $\pi$-पश्च-दान को सुगम बनाता है, और $\pi$-पश्च-दान धातु से अतिरिक्त ऋणायन घटाकर $\sigma$-बंध को दृढ़ करता है। इस प्रभाव से $\mathbf{M\text{-}C}$ बंध सुदृढ़ होता है और बंध लंबाई घटती है; परंतु $\text{CO}$ के विपरीत-बंधी कक्षक में इलेक्ट्रॉन जाने से $\mathbf{C\equiv O}$ बंध दुर्बल हो जाता है तथा इसकी अवरक्त आवृत्ति ($\nu_{\text{CO}}$) घट जाती है।
६.२ संकुल यौगिकों के प्रमुख अनुप्रयोग
क्षेत्र संकुल यौगिक / अभिकर्मक मुख्य भूमिका
जैविक तंत्र• हीमोग्लोबिन
• क्लोरोफिल
• विटामिन $\text{B}_{12}$
• $\text{Fe}^{2+}$-पोरफायरिन संकुल, ऑक्सीजन का परिवहन करता है।
• $\text{Mg}^{2+}$-क्लोरीन संकुल, प्रकाश ऊर्जा अवशोषित करता है।
• $\text{Co}^{3+}$-कोरिन संकुल, जैविक एंजाइम उत्प्रेरक।
चिकित्सा• सिसप्लेटिन ($cis\text{-}[\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]$)
• $\text{CaNa}_2\text{EDTA}$
• D-पेनिसिलामीन
• कैंसर रोधी कीमोथेरेपी औषधि; डीएनए प्रतिकृतियन रोकता है।
• सीसा ($\text{Pb}^{2+}$) विषाक्तता निवारण हेतु कीलेशन थेरेपी।
• विल्सन रोग में तांबे का निष्कासन।
औद्योगिक उत्प्रेरण• विल्किंसन उत्प्रेरक $[(\text{PPh}_3)_3\text{RhCl}]$
• जिगलर-नाटा उत्प्रेरक
• एल्कीनों का समांगी हाइड्रोजनीकरण।
• पॉलीथीन निर्माण में बहुलकीकरण।
विश्लेषण एवं धातुकर्म• डीएमजी (DMG)
• EDTA अनुमापन
• मॉन्ड प्रक्रम ($[\text{Ni(CO)}_4]$)
• निकेल के गुणात्मक परीक्षण में लाल कीलेट अवक्षेप।
• जल की कुल कठोरता का निर्धारण।
• वाष्पशील संकुल बनाकर शुद्ध निकेल निष्कर्षण।

महत्वपूर्ण रासायनिक सूत्र, अभिक्रियाएँ एवं समीकरण

चक्रण-मात्र चुंबकीय आघूर्ण सूत्र (Spin-only Formula)
$$\mu_s = \sqrt{n(n+2)} \quad \text{BM}$$
अष्टफलकीय क्रिस्टल क्षेत्र स्थायीकरण ऊर्जा (CFSE)
$$\text{CFSE}_{Oh} = \left(-0.4 \times n_{t_{2g}} + 0.6 \times n_{e_g}\right)\Delta_o + m\cdot P$$
चतुष्फलकीय एवं अष्टफलकीय विपाटन संबंध
$$\Delta_t = \frac{4}{9} \Delta_o$$
क्रमिक एवं समग्र स्थायित्व स्थिरांक संबंध
$$\beta_n = K_1 \times K_2 \times \dots \times K_n \quad \implies \quad \log \beta_n = \sum_{i=1}^n \log K_i$$
d-d संक्रमण प्रकाश अवशोषण संबंध
$$\Delta_o = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$$
वर्नर अवक्षेपण रससमीकरणमिति नियम
$$अवक्षेपित AgCl के मोल = उपसहसंयोजन कोष्ठक के बाहर उपस्थित क्लोराइड आयन$$

अवधारणात्मक हल उदाहरण एवं अनुप्रयोग (Solved Examples)

उदाहरण 1
CoCl3.5NH3 में २ मोल AgCl अवक्षेपित होने पर सूत्र व संयोजकता ज्ञात कीजिए।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (२ अंक):
१. संरचना सूत्र का निर्धारण:
चूँकि १ मोल यौगिक २ मोल $\text{AgCl}$ अवक्षेपित करता है, अतः उपसहसंयोजन कोष्ठक के बाहर आयननीय प्रति-आयन के रूप में ठीक दो क्लोराइड आयन उपस्थित हैं:
$$\text{आयननीय } \text{Cl}^- \text{ की संख्या} = २$$
शेष एक क्लोराइड एवं पांचों अमोनिया अणु कोबाल्ट के साथ उपसहसंयोजन मंडल के भीतर हैं।
आधुनिक सूत्र: $\mathbf{[\text{Co(NH}_3)_5\text{Cl}]\text{Cl}_2}$

२. संयोजकता निर्धारण:
• प्राथमिक संयोजकता: कोबाल्ट की ऑक्सीकरण संख्या $= +3$। अतः प्राथमिक संयोजकता = $\mathbf{३}$।
• द्वितीयक संयोजकता: कोबाल्ट की उपसहसंयोजन संख्या (५ $\text{NH}_3$ + १ $\text{Cl}^-$) = $\mathbf{६}$।
उदाहरण 2
[Co(NH3)5(CO3)]Cl, K3[Fe(CN)6], एवं [Pt(en)2Cl2]SO4 का IUPAC नामकरण।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (३ अंक):
(क) $[\text{Co(NH}_3)_5(\text{CO}_3)]\text{Cl}$ (१ अंक):
• कोबाल्ट की ऑक्सीकरण अवस्था: $x + 5(0) + (-2) + (-1) = 0 \implies x = +3$।
• IUPAC नाम: $\mathbf{\text{पेंटाऐम्मीनकार्बोनेटोकोबाल्ट(III) क्लोराइड}}$ (pentaamminecarbonatocobalt(III) chloride)

(ख) $\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6]$ (१ अंक):
• आयरन की ऑक्सीकरण अवस्था: $3(+1) + x + 6(-1) = 0 \implies x = +3$। ऋणायनिक संकुल होने से 'फेरेट'।
• IUPAC नाम: $\mathbf{\text{पोटैशियम हेक्सासायनिडोफेरेट(III)}}$ (potassium hexacyanidoferrate(III))

(ग) $[\text{Pt(en)}_2\text{Cl}_2]\text{SO}_4$ (१ अंक):
• प्लैटिनम की ऑक्सीकरण अवस्था: $x + 2(0) + 2(-1) + (-2) = 0 \implies x = +4$।
• IUPAC नाम: $\mathbf{\text{डाईक्लोरिडोबिस(एथेन-१,२-डाईऐमीन)प्लैटिनम(IV) सल्फेट}}$ (dichloridobis(ethane-1,2-diamine)platinum(IV) sulfate)
उदाहरण 3
आयनन समावयवता एवं [Co(NH3)5Br]SO4 व [Co(NH3)5SO4]Br में रासायनिक विभेद।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (३ अंक):
(क) परिभाषा एवं उदाहरण (१.५ अंक):
जब उपसहसंयोजन मंडल के भीतर का ऋणायनिक लिगैंड तथा बाहर का प्रति-आयन आपस में स्थान बदलते हैं, जिससे जलीय विलयन में भिन्न-भिन्न आयन प्राप्त होते हैं, तो इसे आयनन समावयवता कहते हैं।
उदाहरण: $[\text{Pt(NH}_3)_4\text{Cl}_2]\text{Br}_2$ एवं $[\text{Pt(NH}_3)_4\text{Br}_2]\text{Cl}_2$।

(ख) रासायनिक विभेद (१.५ अंक):
১. $\text{BaCl}_2$ परीक्षण:
• $[\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{SO}_4$ के जलीय विलयन में मुक्त $\text{SO}_4^{2-}$ आयन होने के कारण यह $\text{BaCl}_2$ मिलाने पर सफेद अवक्षेप ($\text{BaSO}_4$) देता है:
$$[\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{SO}_4 + \text{BaCl}_2 \longrightarrow \mathbf{\text{BaSO}_4 \downarrow (\text{सफेद})} + [\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{Cl}_2$$
• $[\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{Br}$ कोई अवक्षेप नहीं देता।

২. $\text{AgNO}_3$ परीक्षण:
• $[\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{Br}$ में मुक्त $\text{Br}^-$ आयन होने के कारण यह $\text{AgNO}_3$ मिलाने पर हल्का पीला अवक्षेप ($\text{AgBr}$) देता है:
$$[\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{Br} + \text{AgNO}_3 \longrightarrow \mathbf{\text{AgBr} \downarrow (\text{हल्का पीला})} + [\text{Co(NH}_3)_5\text{SO}_4]\text{NO}_3$$
• $[\text{Co(NH}_3)_5\text{Br}]\text{SO}_4$ कोई अवक्षेप नहीं देता।
उदाहरण 4
VBT द्वारा [Fe(CN)6]3- एवं [Fe(H2O)6]3+ के संकरण, ज्यामिति व चुंबकत्व की व्याख्या।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (४ अंक):
दोनों संकुलों में आयरन $+3$ अवस्था में है ($\text{Fe}^{3+}: [\text{Ar}] 3d^5 4s^0 4p^0 4d^0$)।

(क) $[\text{Fe(CN)}_6]^{3-}$ (२ अंक):
• $\text{CN}^-$ प्रबल लिगैंड है। यह $3d$ इलेक्ट्रॉनों को युग्मित करा देता है: $(\underline{\uparrow\downarrow})\,(\underline{\uparrow\downarrow})\,(\underline{\uparrow})$। दो आंतरिक $3d$ कक्षक रिक्त हो जाते हैं।
• दो $3d$, एक $4s$ तथा तीन $4p$ मिलकर छह $\mathbf{d^2sp^3}$ संकर कक्षक बनाते हैं।
• ज्यामिति: अष्टफलकीय (Octahedral)।
• प्रकृति: आंतरिक $(n-1)d$ प्रयुक्त $\implies$ आंतरिक कक्षक संकुल (निम्न चक्रण)।
• चुंबकीय व्यवहार: $n=1$ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन $\implies$ अनुचुंबकीय ($\mu_s = \sqrt{1(3)} \approx \mathbf{1.73 \text{ BM}}$)।

(ख) $[\text{Fe(H}_2\text{O})_6]^{3+}$ (२ अंक):
• $\text{H}_2\text{O}$ दुर्बल लिगैंड है, जो इलेक्ट्रॉनों का युग्मन नहीं करा पाता। पांचों $3d$ इलेक्ट्रॉन अयुग्मित रहते हैं।
• बाहरी एक $4s$, तीन $4p$ तथा दो $4d$ कक्षक मिलकर $\mathbf{sp^3d^2}$ संकर कक्षक बनाते हैं।
• ज्यामिति: अष्टफलकीय (Octahedral)।
• प्रकृति: बाह्य $nd$ प्रयुक्त $\implies$ बाह्य कक्षक संकुल (उच्च चक्रण)।
• चुंबकीय व्यवहार: $n=5$ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन $\implies$ तीव्र अनुचुंबकीय ($\mu_s = \sqrt{5(7)} \approx \mathbf{5.92 \text{ BM}}$)।
उदाहरण 5
CFT द्वारा अष्टफलकीय d4 आयन का प्रबल व दुर्बल क्षेत्र में विन्यास एवं CFSE।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (४ अंक):
अष्टफलकीय क्षेत्र में प्रथम तीन इलेक्ट्रॉन $t_{2g}$ में समानांतर चक्रण से जाते हैं ($t_{2g}^3$)।

(क) प्रबल लिगैंड क्षेत्र ($\Delta_o > P$) (२ अंक):
• चूंकि $\Delta_o > P$, अतः इलेक्ट्रॉन $e_g$ में जाने के बजाय $t_{2g}$ में युग्मित होता है।
• विन्यास: $\mathbf{t_{2g}^4 \, e_g^0}$ (निम्न चक्रण)।
• अयुग्मित इलेक्ट्रॉन: $n = 2$।
• CFSE: $[-0.4 \times 4 + 0.6 \times 0]\Delta_o + 1P = \mathbf{-1.6\,\Delta_o + P}$।

(ख) दुर्बल लिगैंड क्षेत्र ($\Delta_o < P$) (२ अंक):
• चूंकि $\Delta_o < P$, अतः चौथा इलेक्ट्रॉन उच्च $e_g$ कक्षक में जाता है।
• विन्यास: $\mathbf{t_{2g}^3 \, e_g^1}$ (उच्च चक्रण)।
• अयुग्मित इलेक्ट्रॉन: $n = 4$।
• CFSE: $[-0.4 \times 3 + 0.6 \times 1]\Delta_o = \mathbf{-0.6\,\Delta_o}$।
उदाहरण 6
सहक्रियाशील आबंधन, निकेल संकुलों की ज्यामिति/चुंबकत्व तथा सिसप्लेटिन व हीमोग्लोबिन का महत्व।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
हल (५ अंक):
(क) सहक्रियाशील आबंधन (२.५ अंक):
१. $\sigma$-दान ($C \to M$): $\text{CO}$ का कार्बन अपना एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म धातु के रिक्त संकर कक्षक में दान कर $\sigma$-बंध बनाता है।
२. $\pi$-पश्च-दान ($M \to \text{CO}$): धातु का पूरित $d$-कक्षक $\text{CO}$ के रिक्त $\pi^*$ विपरीत-बंधी कक्षक में इलेक्ट्रॉन घनत्व वापस दान करता है।
• बंध लंबाई पर प्रभाव: धातु-कार्बन के बीच द्विआबंध लक्षण बढ़ने से $\mathbf{M\text{-}C}$ बंध लंबाई घटती है एवं बंध मजबूत होता है। $\text{CO}$ के $\pi^*$ कक्षक में इलेक्ट्रॉन जाने से $\text{C-O}$ बंध क्रम घटता है, जिससे $\mathbf{C\text{-}O}$ बंध लंबाई बढ़ती है तथा अवरक्त आवृत्ति घटती है।

(ख) $[\text{NiCl}_4]^{2-}$ बनाम $[\text{Ni(CN)}_4]^{2-}$ (१.५ अंक):
दोनों में $\text{Ni}^{2+} (3d^8)$ है:
• $[\text{NiCl}_4]^{2-}$ में $\text{Cl}^-$ दुर्बल लिगैंड है, इलेक्ट्रॉन युग्मित नहीं होते। संकरण $\mathbf{sp^3}$ (चतुष्फलकीय) तथा $n=2$ होने से अनुचुंबकीय है।
• $[\text{Ni(CN)}_4]^{2-}$ में $\text{CN}^-$ प्रबल लिगैंड है, इलेक्ट्रॉन युग्मित होकर एक $3d$ कक्षक खाली करते हैं। संकरण $\mathbf{dsp^2}$ (वर्ग समतलीय) तथा $n=0$ होने से प्रतिचुंबकीय है।

(ग) उपयोगिता (१ अंक):
১. सिसप्लेटिन ($cis\text{-}[\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]$): कैंसर रोधी दवा जो ट्यूमर कोशिकाओं के डीएनए से बंधकर विभाजन रोकती है।
২. हीमोग्लोबिन: आयरन का जैविक संकुल जो रक्त में ऑक्सीजन का परिवहन करता है।

सामान्य गलतियाँ एवं परीक्षक के जाल (Examiner Traps)

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

प्राथमिक संयोजकता एवं द्वितीयक संयोजकता में अंतर न समझना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

प्राथमिक संयोजकता धातु की ऑक्सीकरण अवस्था (आयननीय, अ-दिशिक) है, जबकि द्वितीयक संयोजकता उपसहसंयोजन संख्या (अनायननीय, दिशिक) है।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

चतुष्फलकीय संकुलों में ज्यामितीय समावयवता (cis/trans) मानना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

चतुष्फलक के चारों कोण १०९.५ डिग्री पर समतुल्य होते हैं, अतः चतुष्फलकीय संकुल कभी भी सिस-ट्रांस समावयवता नहीं दर्शाते।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

trans-[Co(en)2Cl2]+ को ध्रुवण घूर्णक (कायरल) मानना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

trans समावयवी में सममिति तल एवं केंद्र उपस्थित होने से यह अकायरल व ध्रुवण अघूर्णक (निष्क्रिय) होता है। केवल cis समावयवी ही ध्रुवण सक्रिय होता है।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

चतुष्फलकीय संकुलों को प्रबल लिगैंड की उपस्थिति में निम्न चक्रण मान लेना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

Delta_t = (4/9) Delta_o सदैव युग्मन ऊर्जा P से कम रहता है (Delta_t < P), अतः चतुष्फलकीय संकुल लगभग सदैव उच्च चक्रण होते हैं।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

IUPAC नामकरण में लिगैंडों को आवेश के अनुसार क्रमबद्ध करना अथवा नाम के बीच अंतर रखना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

उपसहसंयोजन सत्ता के भीतर सभी लिगैंडों को पूर्णतः वर्णमाला क्रम में लिखा जाता है तथा लिगैंड व धातु के मध्य कोई रिक्त स्थान नहीं होता।

चित्रात्मक व्याख्या एवं मॉडल

[M] उपसहसंयोजन यौगिक: बंधन, समावयवता एवं क्रिस्टल क्षेत्र गतिकी पश्चिम बंगाल बोर्ड कक्षा 12 रसायन विज्ञान | अध्याय 9 | वर्नर सिद्धांत, CFT विपाटन, स्टीरियोरसायन एवं कार्बोनिल १. वर्नर सिद्धांत एवं अवक्षेपण रससमीकरणमिति प्राथमिक संयोजकता = आयननीय (ऑक्सीकरण संख्या) | द्वितीयक = उपसहसंयोजन मंडल (C.N. = 6) 3 Cl(-) ext [Co(NH3)6]Cl3 + 3 AgNO3 -> 3 AgCl(s) | Yellow | 4 ions (1:3) 3x 2 Cl(-) ext [Co(NH3)5Cl]Cl2 + 2 AgNO3 -> 2 AgCl(s) | Purple | 3 ions (1:2) 2x 1 Cl(-) ext [Co(NH3)4Cl2]Cl + 1 AgNO3 -> 1 AgCl(s) | Green/Violet | 2 ions (1:1) 1x २. क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन (अष्टफलकीय बनाम चतुष्फलकीय) Octahedral (Oh) 5d (Degenerate) eg (+0.6) dx2-y2, dz2 t2g (-0.4) dxy, dyz, dzx Delta_o Tetrahedral (Td) t2 (+0.4) e (-0.6) Delta_t = 4/9 Delta_o CFSE = [-0.4 n(t2g) + 0.6 n(eg)] Delta_o + mP ३. त्रिविम समावयवता एवं ध्रुवण घूर्णकता MA2B2 (Square Planar) cis-[Pt(NH3)2Cl2] Anticancer Drug Cl-Pt-Cl angle: 90 deg trans-[Pt(NH3)2Cl2] Inactive isomer Cl-Pt-Cl angle: 180 deg MA3B3 (Octahedral) fac-Isomer 3 ligands occupy one triangular face mer-Isomer 3 ligands lie along meridian semicircle Optical Activity & Symmetry Elements ध्रुवण समावयवी: cis-[Co(en)2Cl2](+) (कायरल, d/l) | trans सममितीय है cis: Non-superimposable (Chiral) trans: Plane of Symmetry (Achiral) ४. धातु कार्बोनिलों में सहक्रियाशील बंधन (Synergic Bonding) M Transition Metal C O sigma-donation (C->M) pi-backbonding (M->pi*) सहक्रियाशील प्रभाव: M-C बंध मजबूत होता है तथा C-O बंध दुर्बल होता है M-C bond order increases | C-O bond order decreases | nu(CO) vibrational frequency drops

अध्याय का सार संक्षेप एवं 10 मुख्य निष्कर्ष

मुख्य बिंदु 1
द्विक लवण (जैसे मोहर लवण) जल में पूर्णतः वियोजित होकर घटक आयनों का परीक्षण देते हैं, जबकि उपसहसंयोजन यौगिक विलयन में भी संकुल सत्ता की पहचान बनाए रखते हैं।
मुख्य बिंदु 2
वर्नर सिद्धांत के अनुसार प्राथमिक संयोजकता आयननीय व अ-दिशिक (ऑक्सीकरण संख्या) तथा द्वितीयक संयोजकता अनायननीय व दिशिक (उपसहसंयोजन संख्या) होती है।
मुख्य बिंदु 3
द्वि- या बहुदंतुर लिगैंडों द्वारा वलय बनने पर एनट्रॉपी वृद्धि (Delta S > 0) के कारण जो अतिरिक्त स्थायित्व मिलता है, उसे कीलेट प्रभाव कहते हैं।
मुख्य बिंदु 4
उभयदंती लिगैंडों (NO2-, SCN-) में दो भिन्न दाता परमाणु होने से बंधनी समावयवता (Linkage Isomerism) उत्पन्न होती है।
मुख्य बिंदु 5
चतुष्फलकीय संकुल (sp3) कभी भी सिस-ट्रांस समावयवता नहीं दर्शाते; परंतु वर्ग समतलीय MA2B2 एवं अष्टफलकीय MA4B2 सिस-ट्रांस समावयवता दर्शाते हैं।
मुख्य बिंदु 6
cis-[Co(en)2Cl2]+ सममिति तल के अभाव में कायरल व ध्रुवण घूर्णक है; जबकि trans-[Co(en)2Cl2]+ सममिति तल होने से अकायरल व ध्रुवण निष्क्रिय है।
मुख्य बिंदु 7
संयोजकता आबंध सिद्धांत संकुलों को आंतरिक कक्षक (d2sp3, निम्न चक्रण) तथा बाह्य कक्षक (sp3d2, उच्च चक्रण) में वर्गीकृत करता है।
मुख्य बिंदु 8
क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत में अष्टफलकीय क्षेत्र में d-कक्षक eg (+0.6 Delta_o) एवं t2g (-0.4 Delta_o) में विपाटित होते हैं।
मुख्य बिंदु 9
चतुष्फलकीय विपाटन Delta_t = (4/9) Delta_o सदैव P से छोटा होने के कारण चतुष्फलकीय संकुल लगभग सदैव उच्च चक्रण होते हैं।
मुख्य बिंदु 10
धातु कार्बोनिलों में C->M सिग्मा-दान तथा M->CO पाई-पश्च-दान के सहक्रियाशील प्रभाव से M-C बंध मजबूत व C-O बंध कमजोर होता है।

स्व-मूल्यांकन अभ्यास (Check Your Understanding)

मूल वैचारिक स्पष्टता की जांच के लिए नैदानिक प्रश्न। पहले स्वयं हल करें, फिर उत्तर देखें।

1
स्थूल सूत्र $\text{PtCl}_4\cdot 2\text{KCl}$ युक्त यौगिक के जलीय विलयन में $\text{AgNO}_3$ मिलाने पर कोई अवक्षेप नहीं बनता। संकुल का संरचनात्मक सूत्र तथा प्लैटिनम की उपसहसंयोजन संख्या क्या है?
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर:
विचार करें कि क्या उपसहसंयोजन कोष्ठक के बाहर कोई क्लोराइड आयन है।
2
$[\text{Co(NH}_3)_3(\text{NO}_2)_3]$ संकुल के दोनों ज्यामितीय समावयवियों की संरचना बनाइए तथा फलकीय ($fac$) व रेखांशिक ($mer$) पहचानिए।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर:
fac में तीनों समान लिगैंड एक त्रिभुजीय फलक पर होते हैं; mer में वे एक अर्धवृत्तीय रेखा पर होते हैं।
3
$[\text{CoF}_6]^{3-}$ अनुचुंबकीय है जबकि $[\text{Co(NH}_3)_6]^{3+}$ प्रतिचुंबकीय है, यद्यपि दोनों में $\text{Co}^{3+}$ उपस्थित है — क्यों?
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर:
स्पेक्ट्रमी-रासायनिक श्रेणी में F- और NH3 की स्थिति तथा Delta_o व P की तुलना कीजिए।
4
एक उच्च चक्रण $d^5$ तथा एक निम्न चक्रण $d^6$ अष्टफलकीय संकुल की CFSE की गणना कीजिए।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर:
सूत्र CFSE = [-0.4 n(t2g) + 0.6 n(eg)] Delta_o + mP का उपयोग कीजिए।
5
मुक्त $\text{CO}$ की तुलना में धातु कार्बोनिल जैसे $[\text{Ni(CO)}_4]$ में $\text{C-O}$ की अवरक्त तनन आवृत्ति क्यों घट जाती है?
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर:
धातु से CO के पाई* विपरीत-बंधी कक्षक में इलेक्ट्रॉन पश्च-दान के प्रभाव पर विचार कीजिए।
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