आणविक संरचना और बंधन

आणविक संरचना और बंधन यह वर्णन करते हैं कि परमाणु साझा इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से अणुओं में कैसे संयोजित होते हैं, और कैसे नाभिकीय और इलेक्ट्रॉनिक गति का पृथक्करण आणविक क्वांटम यांत्रिकी को सुगम बनाता है।

Definition

आणविक संरचना और बंधन इस बात का अध्ययन है कि इलेक्ट्रॉन नाभिकों को स्थिर अणुओं में कैसे बांधते हैं और इलेक्ट्रॉनिक और नाभिकीय गति के बॉर्न-ओपेनहाइमर पृथक्करण के भीतर आणविक श्रोडिंगर समीकरण को हल करने के आधार पर परिणामी संतुलन ज्यामिति और ऊर्जा स्तरों का अध्ययन है।

Scope

यह क्षेत्र अणुओं के क्वांटम-यांत्रिक आधार को शामिल करता है: बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन जो तीव्र इलेक्ट्रॉनिक गति को धीमी नाभिकीय गति से अलग करता है और संभावित-ऊर्जा सतहों को परिभाषित करता है; रासायनिक बंधन के सिद्धांत, जिसमें आणविक-कक्षीय और संयोजकता-बंधन चित्र शामिल हैं; और परिणामी सतहों पर नाभिकों की घूर्णी और कंपन गति। यह आणविक ज्यामिति, बंधन निर्माण और आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी के अंतर्निहित ऊर्जा-स्तर संरचना की व्याख्या करता है।

Sub-topics

• रासायनिक आबंध और आणविक कक्षक
• आणविक घूर्णी और कंपन स्तर
• बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन

Core questions

• नाभिकों और इलेक्ट्रॉनों के बीच बड़ा द्रव्यमान अंतर उनकी गतियों को अलग करने की अनुमति कैसे देता है?
• एक अणु में परमाणुओं को क्या एक साथ रखता है, और रासायनिक बंधन को क्वांटम-यांत्रिक रूप से कैसे वर्णित किया जाता है?
• परमाणु कक्षकों से आणविक कक्षक कैसे बनते हैं?
• इलेक्ट्रॉनिक संभावित-ऊर्जा सतह पर नाभिक कैसे गति करते हैं - घूमते और कंपन करते हुए?

Key concepts

• बॉर्न-ओपेनहाइमर पृथक्करण
• संभावित-ऊर्जा सतह
• आणविक कक्षक (LCAO)
• बंधन और प्रतिबंधन कक्षक
• बंधन क्रम और बंधन लंबाई
• कंपन और घूर्णी स्तर

Key theories

बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन

चूंकि नाभिक इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कहीं अधिक भारी होते हैं, इसलिए एक संभावित-ऊर्जा सतह देने के लिए निश्चित नाभिकों के लिए इलेक्ट्रॉनिक श्रोडिंगर समीकरण को हल किया जाता है, जिस पर नाभिक तब गति करते हैं; यह पृथक्करण अनिवार्य रूप से आणविक संरचना सिद्धांत के सभी पहलुओं को रेखांकित करता है।

आणविक-कक्षीय सिद्धांत

परमाणु कक्षकों के रैखिक संयोजनों के रूप में निर्मित आणविक कक्षक पूरे अणु पर इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित करते हैं, जिसमें बंधन और प्रतिबंधन संयोजन बंधन क्रम, स्थिरता और चुंबकीय गुणों की व्याख्या करते हैं।

घूर्णी-कंपन संरचना

एक दी गई इलेक्ट्रॉनिक सतह पर नाभिक संतुलन के पास कंपन करते हैं और एक पूरे के रूप में घूमते हैं, जिससे कंपन स्तरों की एक सीढ़ी बनती है, जिसमें घूर्णी स्तरों का एक मैनिफोल्ड होता है जो आणविक स्पेक्ट्रा को व्यवस्थित करता है।

Clinical relevance

आणविक संरचना और बंधन को समझना रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान के सभी पहलुओं को रेखांकित करता है - प्रतिक्रियाशीलता, ज्यामिति और स्पेक्ट्रा की भविष्यवाणी करना - और इसके द्वारा परिभाषित संभावित-ऊर्जा सतहें कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान, दवा डिजाइन और आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी के हर रूप की व्याख्या के लिए प्रारंभिक बिंदु हैं।

History

क्वांटम यांत्रिकी को इसके सूत्रण के लगभग तुरंत बाद अणुओं पर लागू किया गया था: हीइटलर और लंदन ने 1927 में हाइड्रोजन अणु का उपचार किया, उसी वर्ष बॉर्न और ओपेनहाइमर ने नाभिकीय और इलेक्ट्रॉनिक गति को अलग करने को उचित ठहराया। हंड और मुलिकेन ने तब आणविक-कक्षीय सिद्धांत विकसित किया, और पॉलिंग ने रासायनिक बंधन के पूरक संयोजकता-बंधन चित्र को विस्तृत किया।

Key figures

• Max Born
• Robert Oppenheimer
• Friedrich Hund
• Robert Mulliken

Seminal works

• born1927
• atkins2011
• bransden2003

Frequently asked questions

बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन इतना अच्छा क्यों है?

नाभिक इलेक्ट्रॉनों की तुलना में हजारों गुना भारी होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉन किसी भी नाभिकीय विन्यास के लिए लगभग तुरंत समायोजित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के लिए हल करते समय नाभिकों को स्थिर मानने से केवल एक छोटी सी त्रुटि होती है, सिवाय उन बिंदुओं के जहां इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएं पतित हो जाती हैं।

आणविक-कक्षीय और संयोजकता-बंधन सिद्धांत में क्या अंतर है?

आणविक-कक्षीय सिद्धांत पूरे अणु पर विस्थापित कक्षकों का निर्माण करता है, जबकि संयोजकता-बंधन सिद्धांत विशिष्ट परमाणुओं के बीच साझा किए गए स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉन युग्मों के रूप में बंधनों का वर्णन करता है। दोनों एक ही सटीक तरंग फ़ंक्शन के सन्निकटन हैं और इन्हें reconciled किया जा सकता है।