हुंड का अधिकतम बहुलता का नियम: Difference between revisions
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हुंड का अधिकतम बहुलता का नियम परमाणु स्पेक्ट्रा के अवलोकन पर आधारित एक नियम है, जिसका उपयोग एक या अधिक खुले गोले वाले परमाणु या अणु की | हुंड का अधिकतम बहुलता का नियम परमाणु स्पेक्ट्रा के अवलोकन पर आधारित एक नियम है, जिसका उपयोग एक या अधिक [[खुले गोले वाले परमाणु या अणु|खुले इलेक्ट्रॉनिक गोले वाले परमाणु या अणु]] की आधारभूत अवस्था की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है। नियम बताता है कि किसी दिए गए [[इलेक्ट्रॉन विन्यास]] के लिए, सबसे कम ऊर्जा शब्द का प्रतीक चक्रण [[बहुलता (रसायन विज्ञान)]] के सबसे बड़े मूल्य वाला है।<ref>T. Engel and P. Reid, Physical Chemistry (Pearson Benjamin-Cummings, 2006) {{ISBN|080533842X}}, pp. 477–479</ref> इसका तात्पर्य यह है कि यदि समान ऊर्जा के दो या दो से अधिक कक्षक उपलब्ध हैं, तो कक्षक में इलेक्ट्रॉन जोड़े में भरने से पहले उन्हें अकेले भरेंगे। नियम 1925 में [[फ्रेडरिक डॉग|फ्रेडरिक हुंड]] द्वारा खोजा गया , परमाणु रसायन विज्ञान, [[स्पेक्ट्रोस्कोपी]] और [[क्वांटम रसायन]] विज्ञान में महत्वपूर्ण उपयोग का है, और अक्सर [[फ्रेडरिक डॉग|हुंड]] के नियम का लघुकृत रूप [[फ्रेडरिक डॉग|हुंड के अन्य दो नियमों]] को अनदेखा करता है। | ||
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एक | एक अवस्था की बहुलता को 2S + 1 के रूप में परिभाषित किया गया है, जहां S कुल इलेक्ट्रॉनिक चक्रण है।<ref>Engel and Reid p.473</ref> एक उच्च बहुलता अवस्था इसलिए एक उच्च-चक्रण अवस्था के समान है। अधिकतम बहुलता वाली सबसे कम-ऊर्जा अवस्था में समानांतर चक्रण के साथ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। चूंकि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का चक्रण 1/2 है, कुल चक्रण अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या का आधा है, और बहुलता अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या + 1 है। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन परमाणु की आधारभूत अवस्था में समानांतर चक्रण के तीन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, ताकि कुल चक्रण 3/2 हो और बहुलता 4 हो। | ||
परमाणु की कम ऊर्जा और बढ़ी हुई स्थिरता उत्पन्न होती है क्योंकि उच्च- | परमाणु की कम ऊर्जा और बढ़ी हुई स्थिरता उत्पन्न होती है क्योंकि उच्च-चक्रण अवस्था में समानांतर चक्रण के अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिन्हें [[पाउली अपवर्जन सिद्धांत]] के अनुसार विभिन्न स्थानिक कक्षाओं में रहना चाहिए। उच्च बहुलता वाली अवस्थाओं की कम ऊर्जा की एक प्रारंभिक लेकिन गलत व्याख्या यह थी कि विभिन्न भरे वाले स्थानिक कक्षाओं के इलेक्ट्रॉनों के बीच एक बड़ी औसत दूरी का निर्माण करते हैं,जिससे इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण ऊर्जा को कम करते हैं।<ref name=Levine/>हालांकि, 1970 के दशक से सटीक [[तरंग कार्यों]] के साथ क्वांटम-मैकेनिकल गणनाओं ने दिखाया है कि बढ़ी हुई स्थिरता का वास्तविक भौतिक कारण इलेक्ट्रॉन-परमाणु आकर्षणों की [[परिरक्षण प्रभाव]] में कमी है, ताकि अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नाभिक के अधिक निकट पहुंच सकें और इलेक्ट्रॉन-परमाणु आकर्षण बढ़ जाता है।<ref name=Levine>{{Cite book |last=Levine |first=I. N. |title=क्वांटम रसायन|publisher=Pearson |edition=7th |year=2013 |isbn=978-0321803450 |pages=310–311}}</ref> | ||
[[Image:Valence orbitals of oxygen atom and dioxygen molecule (diagram).svg|thumb|right| | हुंड के नियम के परिणामस्वरूप, परमाणु कक्षाओं को [[आफबाऊ सिद्धांत]] का उपयोग करके आधारभूत अवस्था में भरने के तरीके पर बाधाएं रखी जाती हैं। किसी भी दो [[इलेक्ट्रॉन]] के एक [[कक्षीय]] पर हावी होने से पहले, उसी [[उपकोश]] में अन्य कक्षाओं में पहले प्रत्येक में एक इलेक्ट्रॉन होना चाहिए। साथ ही, एक उपकोश भरने वाले इलेक्ट्रॉनों में विपरीत चक्रण इलेक्ट्रॉनों के साथ खोल शुरू होने से पहले समानांतर चक्रण होगा (पहले कक्षीय लाभ के बाद दूसरा इलेक्ट्रॉन)। इसके अलावा, एक उपकोश भरने वाले इलेक्ट्रॉनों में समानांतर चक्रण होगी इससे पहले कि कोश विपरीत चक्रण इलेक्ट्रॉनों (पहली कक्षा के बाद एक दूसरे इलेक्ट्रॉन) से भरना शुरू करे।परिणामस्वरूप, परमाणु कक्षाओं को भरने के दौरान,अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या (और इसलिए अधिकतम कुल चक्रण अवस्था) का आश्वासन दिया जाता है। | ||
[[Image:Valence orbitals of oxygen atom and dioxygen molecule (diagram).svg|thumb|right|आधारभूत अवस्था में ऑक्सीजन परमाणु (आरेख के किनारे) और डाइऑक्सीजन अणु (मध्य) के संतुलित कक्षक । परमाणु और अणु दोनों में, अकेले कब्जे वाले कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों के चक्रण समानांतर होते हैं।]]उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु में, 2p<sup>4</sup> उपकोश अपने इलेक्ट्रॉनों [↑↓] [↑] [↑] के [↑↓] [↑] [↓] या [↑↓] [↑↓][ ] रूप में व्यवस्थित करता है। मैंगनीज मैंगनीज (mn) परमाणु में एक 3d5 इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है जिसमें सभी समानांतर चक्रण के पांच इलेक्ट्रॉन (electrons) होते हैं, जो 6s आधारभूत अवस्था के अनुरूप होते हैं।।<ref>[http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/levels_form.html NIST Atomic Spectrum Database] To read the manganese atom levels, type "Mn I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.</ref> सुपरस्क्रिप्ट 6 [[बहुलता]] का मूल्य है, जो हुंड के नियम के अनुसार समानांतर चक्रण के साथ पांच अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के अनुरूप है। | |||
एक परमाणु में दो अपूर्ण रूप से भरे हुए उपकोश होते हैं जो ऊर्जा के निकट होते हैं। सबसे हल्का उदाहरण 3d5 4s इलेक्ट्रॉन विन्यास के साथ क्रोमियम (cr) परमाणु है। यहाँ 6 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन हैं जो सभी 7s आधारभूत अवस्था के लिए समानांतर चक्रण हैं।<ref>[http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/levels_form.html NIST Atomic Spectrum Database] To read the chromium atom levels, type "Cr I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.</ref> | |||
== अणु == | == अणु == | ||
हालांकि अधिकांश स्थिर अणुओं में इलेक्ट्रॉन | हालांकि अधिकांश स्थिर अणुओं में बंद इलेक्ट्रॉन कोश होते हैं, कुछ में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं जिसके लिए हुंड का नियम लागू होता है। सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण डाइऑक्सीजन अणु ,ओटू (O2), जिसमें दो विकृत [[पाइ प्रतिआबंधी आण्विक कक्षक]](π*) केवल दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा भरा हुआ है। हुंड के नियम के अनुसार, [[त्रिक ऑक्सीजन]] की आधारभूत अवस्था एकल भरे वाले कक्षक में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के साथ है।[[सिंगलेट ऑक्सीजन|एकल ऑक्सीजन]] अवस्था जिसमें एक दोगुना भरा हुआ और एक खाली π* है, विभिन्न रासायनिक गुणों और आधारभूत अवस्था की तुलना में अधिक प्रतिक्रियात्मकता के साथ एक उत्तेजित अवस्था है। | ||
== अपवाद == | == अपवाद == | ||
* 2004 में, शोधकर्ताओं ने 5-डिहाइड्रो-एम-ज़ाइलिलीन | * 2004 में, शोधकर्ताओं ने [[5-डिहाइड्रो-एम-ज़ाइलिलीन]] (डीएमएक्स) के संश्लेषण की सूचना दी, जो हुंड के नियम का उल्लंघन करने वाला पहला [[अणु|कार्बनिक यौगिक अणु]] है।<ref>{{Cite journal| last1 = Slipchenko | first1 = L.| last2 = Munsch | first2 = T.| last3 = Wenthold | first3 = P.| last4 = Krylov | first4 = A.| title = 5-Dehydro-1,3-quinodimethane: a hydrocarbon with an open-shell doublet ground state| journal = Angewandte Chemie International Edition in English| volume = 43| issue = 6| pages = 742–745| year = 2004| pmid = 14755709 | doi = 10.1002/anie.200352990}}</ref> | ||
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Latest revision as of 16:31, 9 June 2023
हुंड का अधिकतम बहुलता का नियम परमाणु स्पेक्ट्रा के अवलोकन पर आधारित एक नियम है, जिसका उपयोग एक या अधिक खुले इलेक्ट्रॉनिक गोले वाले परमाणु या अणु की आधारभूत अवस्था की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है। नियम बताता है कि किसी दिए गए इलेक्ट्रॉन विन्यास के लिए, सबसे कम ऊर्जा शब्द का प्रतीक चक्रण बहुलता (रसायन विज्ञान) के सबसे बड़े मूल्य वाला है।[1] इसका तात्पर्य यह है कि यदि समान ऊर्जा के दो या दो से अधिक कक्षक उपलब्ध हैं, तो कक्षक में इलेक्ट्रॉन जोड़े में भरने से पहले उन्हें अकेले भरेंगे। नियम 1925 में फ्रेडरिक हुंड द्वारा खोजा गया , परमाणु रसायन विज्ञान, स्पेक्ट्रोस्कोपी और क्वांटम रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण उपयोग का है, और अक्सर हुंड के नियम का लघुकृत रूप हुंड के अन्य दो नियमों को अनदेखा करता है।
परमाणु
एक अवस्था की बहुलता को 2S + 1 के रूप में परिभाषित किया गया है, जहां S कुल इलेक्ट्रॉनिक चक्रण है।[2] एक उच्च बहुलता अवस्था इसलिए एक उच्च-चक्रण अवस्था के समान है। अधिकतम बहुलता वाली सबसे कम-ऊर्जा अवस्था में समानांतर चक्रण के साथ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। चूंकि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का चक्रण 1/2 है, कुल चक्रण अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या का आधा है, और बहुलता अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या + 1 है। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन परमाणु की आधारभूत अवस्था में समानांतर चक्रण के तीन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, ताकि कुल चक्रण 3/2 हो और बहुलता 4 हो।
परमाणु की कम ऊर्जा और बढ़ी हुई स्थिरता उत्पन्न होती है क्योंकि उच्च-चक्रण अवस्था में समानांतर चक्रण के अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिन्हें पाउली अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार विभिन्न स्थानिक कक्षाओं में रहना चाहिए। उच्च बहुलता वाली अवस्थाओं की कम ऊर्जा की एक प्रारंभिक लेकिन गलत व्याख्या यह थी कि विभिन्न भरे वाले स्थानिक कक्षाओं के इलेक्ट्रॉनों के बीच एक बड़ी औसत दूरी का निर्माण करते हैं,जिससे इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण ऊर्जा को कम करते हैं।[3]हालांकि, 1970 के दशक से सटीक तरंग कार्यों के साथ क्वांटम-मैकेनिकल गणनाओं ने दिखाया है कि बढ़ी हुई स्थिरता का वास्तविक भौतिक कारण इलेक्ट्रॉन-परमाणु आकर्षणों की परिरक्षण प्रभाव में कमी है, ताकि अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नाभिक के अधिक निकट पहुंच सकें और इलेक्ट्रॉन-परमाणु आकर्षण बढ़ जाता है।[3]
हुंड के नियम के परिणामस्वरूप, परमाणु कक्षाओं को आफबाऊ सिद्धांत का उपयोग करके आधारभूत अवस्था में भरने के तरीके पर बाधाएं रखी जाती हैं। किसी भी दो इलेक्ट्रॉन के एक कक्षीय पर हावी होने से पहले, उसी उपकोश में अन्य कक्षाओं में पहले प्रत्येक में एक इलेक्ट्रॉन होना चाहिए। साथ ही, एक उपकोश भरने वाले इलेक्ट्रॉनों में विपरीत चक्रण इलेक्ट्रॉनों के साथ खोल शुरू होने से पहले समानांतर चक्रण होगा (पहले कक्षीय लाभ के बाद दूसरा इलेक्ट्रॉन)। इसके अलावा, एक उपकोश भरने वाले इलेक्ट्रॉनों में समानांतर चक्रण होगी इससे पहले कि कोश विपरीत चक्रण इलेक्ट्रॉनों (पहली कक्षा के बाद एक दूसरे इलेक्ट्रॉन) से भरना शुरू करे।परिणामस्वरूप, परमाणु कक्षाओं को भरने के दौरान,अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या (और इसलिए अधिकतम कुल चक्रण अवस्था) का आश्वासन दिया जाता है।
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उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु में, 2p4 उपकोश अपने इलेक्ट्रॉनों [↑↓] [↑] [↑] के [↑↓] [↑] [↓] या [↑↓] [↑↓][ ] रूप में व्यवस्थित करता है। मैंगनीज मैंगनीज (mn) परमाणु में एक 3d5 इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है जिसमें सभी समानांतर चक्रण के पांच इलेक्ट्रॉन (electrons) होते हैं, जो 6s आधारभूत अवस्था के अनुरूप होते हैं।।[4] सुपरस्क्रिप्ट 6 बहुलता का मूल्य है, जो हुंड के नियम के अनुसार समानांतर चक्रण के साथ पांच अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के अनुरूप है।
एक परमाणु में दो अपूर्ण रूप से भरे हुए उपकोश होते हैं जो ऊर्जा के निकट होते हैं। सबसे हल्का उदाहरण 3d5 4s इलेक्ट्रॉन विन्यास के साथ क्रोमियम (cr) परमाणु है। यहाँ 6 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन हैं जो सभी 7s आधारभूत अवस्था के लिए समानांतर चक्रण हैं।[5]
अणु
हालांकि अधिकांश स्थिर अणुओं में बंद इलेक्ट्रॉन कोश होते हैं, कुछ में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं जिसके लिए हुंड का नियम लागू होता है। सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण डाइऑक्सीजन अणु ,ओटू (O2), जिसमें दो विकृत पाइ प्रतिआबंधी आण्विक कक्षक(π*) केवल दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा भरा हुआ है। हुंड के नियम के अनुसार, त्रिक ऑक्सीजन की आधारभूत अवस्था एकल भरे वाले कक्षक में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के साथ है।एकल ऑक्सीजन अवस्था जिसमें एक दोगुना भरा हुआ और एक खाली π* है, विभिन्न रासायनिक गुणों और आधारभूत अवस्था की तुलना में अधिक प्रतिक्रियात्मकता के साथ एक उत्तेजित अवस्था है।
अपवाद
- 2004 में, शोधकर्ताओं ने 5-डिहाइड्रो-एम-ज़ाइलिलीन (डीएमएक्स) के संश्लेषण की सूचना दी, जो हुंड के नियम का उल्लंघन करने वाला पहला कार्बनिक यौगिक अणु है।[6]
यह भी देखें
- हुंड के नियम (इसमें 2 अन्य नियम शामिल हैं)
- उच्च चक्रण धातु संकुल
संदर्भ
- ↑ T. Engel and P. Reid, Physical Chemistry (Pearson Benjamin-Cummings, 2006) ISBN 080533842X, pp. 477–479
- ↑ Engel and Reid p.473
- ↑ 3.0 3.1 Levine, I. N. (2013). क्वांटम रसायन (7th ed.). Pearson. pp. 310–311. ISBN 978-0321803450.
- ↑ NIST Atomic Spectrum Database To read the manganese atom levels, type "Mn I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.
- ↑ NIST Atomic Spectrum Database To read the chromium atom levels, type "Cr I" in the Spectrum box and click on Retrieve data.
- ↑ Slipchenko, L.; Munsch, T.; Wenthold, P.; Krylov, A. (2004). "5-Dehydro-1,3-quinodimethane: a hydrocarbon with an open-shell doublet ground state". Angewandte Chemie International Edition in English. 43 (6): 742–745. doi:10.1002/anie.200352990. PMID 14755709.
