द्विपरमाणुक अणु

द्विपरमाणुक अणु डाइनाइट्रोजन का एक अंतरिक्ष-भरने वाला मॉडल, N₂

डायटोमिक अणु (ग्रीक डि-दो से) वे अणु होते हैं जो एक ही या विभिन्न रासायनिक तत्वों के दो परमाणुओं से बनते हैं। यदि डायटोमिक अणु में समान तत्व के दो परमाणु होते हैं जैसे हाइड्रोजन (H₂) या ऑक्सीजन (O₂) तो इसे होमोन्यूक्लियर कहा जाता है। अन्यथा, यदि डायटोमिक अणु में कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) या नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) जैसे दो भिन्न-भिन्न परमाणुओं का उपयोग हो तो अणु को हीट्रोन्यूक्लियर कहते है। होमोन्यूक्लियर डायटोमिक अणु का बंधन गैर ध्रुवीय होता है।

विशिष्ट प्रयोगशाला परिस्थितियों में होमोन्यूक्लियर अणु डायटोमिक अणुओं के रूप में उपस्तिथ तत्वों को दर्शाने वाली एक आवर्त सारणी।

केवल वही रासायनिक तत्व जो मानक तापमान और दबाव (एसटीपी) (या 1 बार और 25 डिग्री सेल्सियस) पर स्थिर होमोन्यूक्लियर डायटोमिक अणु बनाते हैं। गैस हाइड्रोजन (H₂), नाइट्रोजन (N₂), ऑक्सीजन (O₂), फल्यूरीन (F₂) और क्लोरीन (Cl₂) हैं।

नोबल गैसें (हीलियम, नीयन, आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन और राडोण) भी एसटीपी पर गैसें हैं लेकिन वे मोनोएटोमिक हैं। रासायनिक यौगिकों की अन्य गैसों से उनको भिन्न करने के लिए होमोन्यूक्लियर डायटोमिक गैसों और नोबल गैसों को आपस में "तत्व गैसों" या "आणविक गैसों" कहते हैं।

थोड़े ऊंचे तापमान पर, हैलोजन ब्रोमीन (Br₂) और आयोडीन (I₂) भी द्विपरमाणुक गैसें बनाते हैं। सभी हैलोजन डायटोमिक अणुओं के रूप में देखे गए हैं, सिवाय एस्टैटिन और टेनेसाइन के, जो अनिश्चित हैं।

वाष्पित होने पर अन्य तत्व डायटोमिक अणु बनाते हैं, लेकिन ठंडा होने पर ये डायटोमिक प्रजातियां पुन: बहुलक हो जाती हैं। ताप ("क्रैकिंग") तात्विक फास्फोरस डिपोस्फोरस (P₂) देता है। सल्फर वाष्प ज्यादातर डिसल्फर (S₂) होता है। डाइलिथियम (Li₂) और डाइसोडियम (Na₂) गैस चरण में जाने जाते हैं। डाइटंगस्टन (W₂) और डाइमोलिब्डेनम (Mo₂) का रूप गैस चरण में सेक्सट्यूपल बॉन्ड के साथ होता है। डाइरुबिडियम (Rb₂) द्विपरमाणुक है।

हेटेरोन्यूक्लियर अणु

अन्य सभी डायटोमिक अणु दो भिन्न-भिन्न तत्वों के रासायनिक यौगिक हैं। तापमान और दबाव के आधार पर कई तत्व हेटरोन्यूक्लियर अणु डायटोमिक अणु बनाने के लिए गठबंधन कर सकते हैं।

उदाहरण गैस कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ), नाइट्रिक ऑक्साइड (एनओ), और हाइड्रोजन क्लोराइड (एचसीएल) हैं।

कई 1:1 द्विपरमाणुक यौगिकों को सामान्यतः द्विपरमाणुक नहीं माना जाता है क्योंकि वे कमरे के तापमान पर बहुलक होते हैं, लेकिन वाष्पित होने पर वे द्विपरमाणुक अणु बनाते हैं, उदाहरण के लिए गैसीय MgO, SiO, और कई अन्य।

घटना

पृथ्वी के वातावरण में, प्रयोगशाला में, और इंटरस्टेलर स्पेस में सैकड़ों डायटोमिक अणुओं की पहचान की गई है। पृथ्वी का लगभग 99% वायुमंडल डायटोमिक अणुओं की दो प्रजातियों से बना है: नाइट्रोजन (78%) और ऑक्सीजन (21%)। पृथ्वी के वायुमंडल में हाइड्रोजन (H₂) की प्राकृतिक प्रचुरता केवल प्रति मिलियन भागों के क्रम में है, लेकिन H₂ ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में डायटोमिक अणु है। इंटरस्टेलर माध्यम में हाइड्रोजन परमाणुओं का प्रभुत्व है।

आणविक ज्यामिति

सभी द्विपरमाणुक अणु रेखीय होते हैं और एक एकल पैरामीटर द्वारा अभिलक्षित होते हैं जो दो परमाणुओं के बीच बंधन की लंबाई या दूरी है। डायटोमिक नाइट्रोजन में एक ट्रिपल बॉन्ड होता है, डायटोमिक ऑक्सीजन में एक डबल बॉन्ड होता है, और डायटोमिक हाइड्रोजन, फ्लोरीन, क्लोरीन, आयोडीन और ब्रोमीन सभी में सिंगल बॉन्ड होते हैं।

ऐतिहासिक महत्व

19वीं शताब्दी में द्विपरमाणुक तत्वों ने तत्व, परमाणु और अणु की अवधारणाओं को स्पष्ट करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, क्योंकि हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसे कुछ सबसे सामान्य तत्व द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में पाए जाते हैं। जॉन डाल्टन के मूल परमाणु अनुमान से यह अनुमान लगाया गया है कि सभी तत्व मोनोटोमिक थे और यौगिकों में परमाणुओं का परमाणु अनुपात सामान्यतया एक दूसरे के सापेक्ष सरलतम होता है। उदाहरण के लिए डाल्टन ने मान लिया कि पानी का सूत्र HO आक्सीजन का परमाणु वजन 8 गुना है, हाइड्रोजन का लगभग 16 गुना है। परिणामस्वरूप लगभग आधी शताब्दी तक परमाणु भार तथा आणविक सूत्रों के बारे में भ्रम की स्थिति रही है।

1805 में, गौ लुसाक और अलेक्जेंडर वॉन हम्बोल्ट ने दिखाया कि पानी हाइड्रोजन के दो खंड और एक मात्रा ऑक्सीजन का बना है, और 1811 तक एडमेडो अवोगाद्रो पानी की संरचना की सही व्याख्या कर रहा था, जिसे अब अवोगाद्रो के नियम और डायटोमिक तत्वों अणुओं की धारणा पर आधारित था। चूंकि, इन परिणामों की आंशिक रूप से 1860 तक अनदेखी की गई, इस विश्वास के कारण कि एक तत्व के परमाणुओं का समान तत्व के परमाणुओं के प्रति कोई रासायनिक संबंध नहीं होगा, और आंशिक रूप से अवोगैद्रो के कानून के प्रत्यक्ष अपवादों के कारण, जिसे बाद में अणुओं को पृथक करने के संदर्भ में समझाया नहीं गया था।

सन् 1860 में परमाणु भार पर कार्लज़ूए कांग्रेस में, कैनिजेरो ने अवोगाड्रो के विचारों को उठाया और परमाणु भार की एक संगत सारणी तैयार करने के लिए उनका उपयोग किया, जो अधिकतर आधुनिक मूल्यों से सहमत हैं। दिमित्री मेंडेलीव तथा लोथर मेयर द्वारा आवर्त नियम की खोज के लिए ये महत्वपूर्ण कर्तव्य थे।

उत्साहित इलेक्ट्रॉनिक स्टेट्स

डायटोमिक अणु सामान्य रूप से अपनी सबसे निचली या जमीनी अवस्था में होते हैं, जिसे पारंपरिक रूप से $X$ अवस्था के रूप में भी जाना जाता है। जब डायटोमिक अणुओं की एक गैस पर ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी की जाती है, तो कुछ अणु उच्च इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं में उत्तेजित हो सकते हैं, जैसा कि होता है, उदाहरण के लिए, प्राकृतिक उरोरा में; उच्च ऊंचाई वाले परमाणु विस्फोट; और रॉकेट-जनित इलेक्ट्रॉन गन प्रयोग। ऐसी उत्तेजना तब भी हो सकती है जब गैस प्रकाश या अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करती है। उत्तेजित अवस्थाएँ अस्थिर होती हैं और स्वाभाविक रूप से वापस जमीनी अवस्था में आ जाती हैं। उत्तेजना के बाद विभिन्न कम समय के पैमाने पर (सामान्यतः एक सेकंड का एक अंश, या कभी-कभी एक सेकंड से अधिक यदि उत्तेजित अवस्था मेटास्टेबिलिटी है), संक्रमण उच्च से निम्न इलेक्ट्रॉनिक राज्यों और अंततः जमीनी स्थिति में होते हैं, और प्रत्येक संक्रमण परिणाम में एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। इस उत्सर्जन को प्रतिदीप्ति के रूप में जाना जाता है। क्रमिक रूप से उच्च इलेक्ट्रॉनिक राज्यों को पारंपरिक रूप से नामित किया गया है $A$, $B$, $C$, आदि (लेकिन इस परिपाटी का निरंतर पालन नहीं किया जाता है, और कभी-कभी छोटे अक्षरों और वर्णानुक्रम से बाहर के अक्षरों का उपयोग किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए उदाहरण में है)। उत् तेजन ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक अवस्था की ऊर्जा से अधिक या उसके बराबर होनी चाहिए जिससे की उसे उत्तेजन प्राप्त हो सके।

क्वांटम सिद्धांत में, द्विपरमाणुक अणु की एक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था को आणविक शब्द प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है

$^{2S+1}\Lambda (v)_{(g/u)}^{+/-}$

जहां $S$ कुल इलेक्ट्रॉनिक स्पिन क्वांटम संख्या है, $\Lambda$ आंतरिक अक्ष के साथ कुल इलेक्ट्रॉनिक कोणीय संवेग क्वांटम संख्या है, और $v$ कंपन क्वांटम संख्या है। $\Lambda$ मान 0, 1, 2, ... लेता है, जो इलेक्ट्रॉनिक राज्य प्रतीकों $\Sigma$, $\Pi$, $\Delta$,.... द्वारा दर्शाए जाते हैं, उदाहरण के लिए, निम्न तालिका सामान्य इलेक्ट्रॉनिक अवस्था को सूचीबद्ध करती है (कंपन क्वांटम संख्या के बिना) डायटोमिक नाइट्रोजन (N₂) के निम्नतम कंपन स्तर (v = 0) की ऊर्जा के साथ, पृथ्वी के वायुमंडल में सबसे प्रचुर मात्रा में गैस उपयोग होती है।

$\Lambda$ के बाद सबस्क्रिप्ट और सुपरस्क्रिप्ट इलेक्ट्रॉनिक स्थिति के बारे में अतिरिक्त क्वांटम मैकेनिकल विवरण देते हैं। सुपरस्क्रिप्ट + या - यह निर्धारित करता है कि आंतरिक परमाणु अक्ष वाले विमान में प्रतिबिंब वेवफंक्शन में संकेत परिवर्तन का परिचय देता है या नहीं। उप-लिपि $g$ या $u$ समान परमाणुओं के अणुओं पर लागू होता है, और जब अवस्था को एक समतल अक्ष में लम्बवत स्थिति में दर्शाया जाता है तो अवस्था को g (गेरेड) लेबल किया जाता है, तथा यह बताता है कि परिवर्तन चिन्ह का लेबल $u$(अनगेरडे) होता है।

अवस्था	ऊर्जा ($T_{0}$, cm−1)
$X^{1}\Sigma _{g}^{+}$	0.0
$A^{3}\Sigma _{u}^{+}$	49754.8
$B^{3}\Pi _{g}$	59306.8
$W^{3}\Delta _{u}$	59380.2
$B'^{3}\Sigma _{u}^{-}$	65851.3
$a'^{1}\Sigma _{u}^{-}$	67739.3
$a^{1}\Pi _{g}$	68951.2
$w^{1}\Delta _{u}$	71698.4

प्रतिदीप्ति प्रतिदीप्ति विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न क्षेत्रों, जिसे उत्सर्जन बैंड्स कहा जाता है, में होता है: प्रत्येक बैंड उच्च इलेक्ट्रोनिक अवस्था और कंपन स्तर से निम्न इलेक्ट्रॉनिक अवस्था और कंपन स्तर तक संचारण के अनुरूप होता है (विशिष्टतया, डायटम अणुओं की उत्तेजित गैस में अनेक कंपन स्तर सम्मलित होते हैं)। उदाहरण के लिए, N₂ $A$-$X$ उत्सर्जन बैंड (उर्फ वेजर्ड-कपलान बैंड) 0.14 से 1.45 माइक्रोन (माइक्रोमीटर) की वर्णक्रमीय सीमा में उपस्तिथ हैं। अणु के घूर्णी क्वांटम संख्या $J$ में होने वाले विभिन्न संक्रमणों के कारण एक दिए गए बैंड को विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य अंतरिक्ष में कई नैनोमीटर में फैलाया जा सकता है। $J$ में परिवर्तन के आधार पर इन्हें भिन्न-भिन्न उप-बैंड शाखाओं में वर्गीकृत किया गया है। $R$ शाखा $\Delta J=+1$, P शाखा $\Delta J=-1$, और $Q$ शाखा $\Delta J=0$ से मेल खाती है। वर्णक्रम को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्पेक्ट्रोमीटर के सीमित वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन द्वारा बैंड और भी फैल जाते हैं। वर्णक्रमीय संकल्प, उपकरण बिंदु विस्तार फलन पर निर्भर करता है।

ऊर्जा का स्तर

आणविक शब्द प्रतीक कोणीय संवेग की एक लघुकथा अभिव्यक्ति है जो एक डायटोमिक अणु के इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम अवस्थाओं की विशेषता है, जो इलेक्ट्रॉनिक आणविक हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के आइजेनस्टेट्स भी हैं। एक द्रव्यमान रहित वसंत से जुड़े दो-बिंदु द्रव्यमान के रूप में एक डायटोमिक अणु का प्रतिनिधित्व करना भी सुविधाजनक और सामान्य है। अणु की विभिन्न गतियों में सम्मलित ऊर्जाओं को इन तीन श्रेणियों स्थानांतरीय, घूर्णी और कंपन ऊर्जा में विभाजित किया जा सकता है।

इतिहास के संबंध में, क्वांटम यांत्रिकी के साथ डायटोमिक अणुओं का पहला उपचार 1926 में लुसी मेन्सिंग द्वारा किया गया था।

अनुवाद संबंधी ऊर्जा

अणु की अनुवाद संबंधी ऊर्जा गतिज ऊर्जा अभिव्यक्ति द्वारा दी गई है:

$E_{\text{trans}}={\frac {1}{2}}mv^{2}$

कहाँ $m$ अणु का द्रव्यमान है और $v$ उसका वेग है।

घूर्णी ऊर्जा

शास्त्रीय रूप से, घूर्णन की गतिज ऊर्जा है

$E_{\text{rot}}={\frac {L^{2}}{2I}}\,$

जहाँ

$L\,$ कोणीय गति है

$I\,$ अणु की जड़ता का क्षण है

सूक्ष्म, परमाणु-स्तरीय प्रणालियों जैसे अणु के लिए, कोणीय गति में केवल विशिष्ट असतत मान हो सकते हैं

$L^{2}=\ell (\ell +1)\hbar ^{2}\,$

कहाँ $\ell$ एक गैर-नकारात्मक पूर्णांक है और $\hbar$ घटी हुई प्लैंक स्थिरांक है।

साथ ही, एक द्विपरमाणुक अणु के लिए जड़त्व आघूर्ण होता है

$I=\mu r_{0}^{2}\,$

जहाँ

$\mu \,$ अणु का घटा हुआ द्रव्यमान है और

$r_{0}\,$ अणु में दो परमाणुओं के केंद्रों के बीच की औसत दूरी है।

अतः कोणीय संवेग और जड़त्व आघूर्ण को E में प्रतिस्थापित करना_rot, एक द्विपरमाणुक अणु के घूर्णी ऊर्जा स्तरों द्वारा दिया जाता है:

$E_{\text{rot}}={\frac {l(l+1)\hbar ^{2}}{2\mu r_{0}^{2}}}\ \ \ \ \ l=0,1,2,...\,$

कंपन ऊर्जा

डायटोमिक अणु की एक अन्य प्रकार की गति प्रत्येक परमाणु के लिए दो परमाणुओं को जोड़ने वाली रेखा के साथ - या कंपन - के लिए होती है। कंपन ऊर्जा लगभग क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर की है:

$E_{\text{vib}}=\left(n+{\frac {1}{2}}\right)\hbar \omega \ \ \ \ \ n=0,1,2,....\,$

जहाँ

$n$ एक पूर्णांक है

$\hbar$ कम प्लैंक स्थिर है और

$\omega$ कंपन की कोणीय आवृत्ति है।

घूर्णी और कंपन ऊर्जा रिक्ति के बीच तुलना

कंपन ऊर्जा स्तरों के बीच रिक्ति, और एक विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक संक्रमण की ऊर्जा, घूर्णी ऊर्जा स्तरों के बीच एक विशिष्ट संक्रमण की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक है।

हुंड के प्रकर्ण

Main article: हुंड के प्रकर्ण

हुंड के प्रकर्ण का उपयोग करके अणु को मॉडलिंग करके डायटोमिक अणु के लिए अच्छी क्वांटम संख्या, साथ ही घूर्णी ऊर्जा स्तरों के अच्छे अनुमान प्राप्त किए जा सकते हैं।

स्मृति चिन्ह

द्विपरमाणुक तत्वों की सूची को वापस बुलाने में मदद करने के लिए स्मृति-विज्ञान BrINClHOF, उच्चारित "ब्रिंकलहोफ", HONClBrIF, उच्चारित "हॉंकेलब्रिफ़", और HOFBrINCl, उच्चारित "हॉफब्रिंकल" को गढ़ा गया है। अंग्रेजी बोलने वालों के लिए प्रतिनिधित्व के रूप में एक और विधि वाक्य है जैसे "नेवर हैव फियर ऑफ आइस कोल्ड बीयर" नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, फ्लोरीन, ऑक्सीजन, आयोडीन, क्लोरीन, ब्रोमीन।

यह भी देखें

• डायटोमिक अणुओं की समरूपता
• एक्सएक्स विधि
• अष्टपरमाणुक तत्व
• सहसंयोजक बंधन
• औद्योगिक गैस

अग्रिम पठन

• Huber, K. P.; Herzberg, G. (1979). Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules. New York: Van Nostrand: Reinhold.
• Tipler, Paul (1998). Physics For Scientists and Engineers: Vol. 1 (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-491-8.

बाहरी संबंध

• Hyperphysics – Rotational Spectra of Rigid Rotor Molecules
• Hyperphysics – Quantum Harmonic Oscillator
• 3D Chem – Chemistry, Structures, and 3D Molecules
• IUMSC – Indiana University Molecular Structure Center