VSEPR सिद्धांत क्या है ? इस सिद्धांत के आधार पर CH4, NH3 व H2O अणुओं की आकृति की विवेचना कीजिए ।
आदर्श उत्तर
VSEPR सिद्धांत (Valence Shell Electron Pair Repulsion) एवं CH4, NH3, H2O की ज्यामिति:
- VSEPR सिद्धांत के मूल बिंदु (गिलेस्पी एवं न्यहोम, 1957):
- किसी अणु की त्रिविम ज्यामिति उसके केंद्रीय परमाणु के संयोजकता कोश में उपस्थित इलेक्ट्रॉन युग्मों (बंधी युग्म - bp तथा एकाकी युग्म - lp) के बीच पारस्परिक प्रतिकर्षण बल पर निर्भर करती है।
- इलेक्ट्रॉन युग्म न्यूनतम प्रतिकर्षण एवं अधिकतम दूरी पर व्यवस्थित होने का प्रयास करते हैं।
- प्रतिकर्षण का घटता क्रम: एकाकी-एकाकी (lp - lp) > एकाकी-बंधी (lp - bp) > बंधी-बंधी (bp - bp)।
- अणुओं की आकृतियों की विवेचना (तीनों में sp³ संकरण, 4 कुल इलेक्ट्रॉन युग्म):
- (A) मेथेन (CH4):
- केंद्रीय कार्बन परमाणु के पास 4 बंधी युग्म (bp = 4, lp = 0) हैं।
- शून्य एकाकी युग्म होने से नियमित चतुष्फलकीय (Tetrahedral) आकृति होती है। बंध कोण = 109.5° (109°28')।
- (B) अमोनिया (NH3):
- केंद्रीय नाइट्रोजन के पास 3 बंधी युग्म एवं 1 एकाकी युग्म (bp = 3, lp = 1) हैं।
- lp - bp प्रतिकर्षण के कारण बंध कोण 109.5° से घटकर 107° रह जाता है तथा आकृति त्रिकोणीय पिरामिडी (Trigonal Pyramidal) हो जाती है।
- (C) जल (H2O):
- केंद्रीय ऑक्सीजन के पास 2 बंधी युग्म एवं 2 एकाकी युग्म (bp = 2, lp = 2) हैं।
- दोहरे lp - lp एवं lp - bp तीव्र प्रतिकर्षण के कारण बंध कोण और अधिक घटकर 104.5° रह जाता है तथा आकृति मुड़ी हुई / V-आकार (Bent / V-shaped) हो जाती है।
- (A) मेथेन (CH4):
In English (Question & Model Answer)
What is VSEPR theory ? Discuss the shapes of CH4, NH3 and H2O molecules on the basis of this theory.
VSEPR Theory and Molecular Geometries of CH₄, NH₃, and H₂O:
- Foundational Postulates of VSEPR Theory (Gillespie & Nyholm, 1957):
- The three-dimensional spatial geometry of a polyatomic covalent molecule is governed strictly by the steric repulsion among electron pairs (Bond Pairs - bp and Lone Pairs - lp) in the central atom's valence shell.
- Electron domains orient themselves to maximize spatial distance and minimize electrostatic repulsive forces.
- Hierarchical Repulsion Magnitude: Lone Pair - Lone Pair (lp-lp) > Lone Pair - Bond Pair (lp-bp) > Bond Pair - Bond Pair (bp-bp).
- Stereochemical Analysis (All exhibit sp³ hybridization, Steric Number = 4):
- (A) Methane (CH₄):
- Configuration: 4 bp, 0 lp. Symmetrical valence shell yields a regular Tetrahedral geometry with ideal bond angles of 109.5° (109°28').
- (B) Ammonia (NH₃):
- Configuration: 3 bp, 1 lp. Strong lp-bp repulsion compresses H-N-H bond angles from 109.5° down to 107.0°, yielding a distorted Trigonal Pyramidal geometry.
- (C) Water (H₂O):
- Configuration: 2 bp, 2 lp. Severe dual lp-lp and lp-bp repulsive stresses heavily compress the H-O-H bond angle to 104.5°, resulting in a distinct Bent / Angular / V-Shaped geometry.
- (A) Methane (CH₄):