Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Covalent Bond सहसंयोजक बंध (Covalent Bond)

A covalent bond forms via the mutual sharing of one or more electron pairs between two atoms of similar electronegativities. This chemical interaction achieves stable noble gas electronic configurations for the participating atoms. सहसंयोजक बंध (Covalent Bond) का निर्माण समान विद्युत ऋणात्मकता (Electronegativity) वाले दो परमाणुओं के बीच एक या अधिक इलेक्ट्रॉन युग्मों की पारस्परिक साझेदारी से होता है। यह रासायनिक अन्योन्यक्रिया (Interaction) भाग लेने वाले परमाणुओं के लिए उत्कृष्ट गैस (Noble gas) के समान स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करने में सहायक होती है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Lewis Structures and Octet Rule लुईस संरचनाएँ और अष्टक नियम (Lewis Structures and Octet Rule)

  • Covalent bonds are formed by sharing valence electrons to attain a stable octet (or duet for hydrogen).
  • Formal charge minimization dictates the most probable Lewis structure among resonance contributors.
  • Molecules such as PCl5 and SF6 represent expanded octets utilizing empty d-orbitals.
  • Molecules like BF3 and BeCl2 exhibit incomplete octets and act as Lewis acids.
  • सहसंयोजक बंधों का निर्माण एक स्थिर अष्टक (हाइड्रोजन के लिए द्विक) प्राप्त करने के लिए संयोजी इलेक्ट्रॉनों (Valence electrons) की साझेदारी से होता है।
  • औपचारिक आवेश (Formal charge) का न्यूनीकरण अनुनाद (Resonance) योगदानकर्ताओं के बीच सबसे संभावित लुईस संरचना को निर्धारित करता है।
  • PCl5 और SF6 जैसे अणु रिक्त d-कक्षकों (d-orbitals) का उपयोग करके विस्तारित अष्टक (Expanded octets) को प्रदर्शित करते हैं।
  • BF3 और BeCl2 जैसे अणु अपूर्ण अष्टक (Incomplete octets) प्रदर्शित करते हैं और लुईस अम्ल (Lewis acids) के रूप में कार्य करते हैं।

Valence Bond Theory and Hybridization संयोजकता बंध सिद्धांत और संकरण (Valence Bond Theory and Hybridization)

  • Valence Bond Theory explains covalent bond formation through the overlap of atomic orbitals.
  • Sigma (σ) bonds form by coaxial head-on overlap, while pi (π) bonds form by lateral side-by-side overlap.
  • Hybridization involves the mixing of atomic orbitals of comparable energies to form degenerate hybrid orbitals like sp, sp2, and sp3.
  • VSEPR theory predicts molecular geometry by minimizing electrostatic repulsion between electron pairs around the central atom.
  • संयोजकता बंध सिद्धांत (Valence Bond Theory) परमाणु कक्षकों के अतिव्यापन (Overlap) के माध्यम से सहसंयोजक बंध निर्माण की व्याख्या करता है।
  • सिग्मा (σ) बंध अक्षीय सम्मुख अतिव्यापन से बनते हैं, जबकि पाई (π) बंध पार्श्व अतिव्यापन से बनते हैं।
  • संकरण (Hybridization) में समान ऊर्जा वाले परमाणु कक्षकों का मिश्रण होता है, जिससे sp, sp2, और sp3 जैसे समभ्रंश संकर कक्षक (Degenerate hybrid orbitals) बनते हैं।
  • VSEPR सिद्धांत केंद्रीय परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन युग्मों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को कम करके आणविक ज्यामिति (Molecular geometry) की भविष्यवाणी करता है।

Molecular Orbital Theory and Bond Parameters आणविक कक्षक सिद्धांत और बंध प्राचल (Molecular Orbital Theory and Bond Parameters)

  • Molecular Orbital Theory combines atomic orbitals linearly (LCAO) to generate bonding and antibonding molecular orbitals.
  • Bond strength is directly proportional to bond order, while bond length is inversely proportional to bond order.
  • Paramagnetism in molecules like O2 is accounted for by the presence of unpaired electrons in degenerate antibonding orbitals.
  • Hydrogen bonding and van der Waals forces represent intermolecular interactions distinct from intramolecular covalent bonding.
  • आणविक कक्षक सिद्धांत (Molecular Orbital Theory) आबंधी (Bonding) और प्रति-आबंधी (Antibonding) आणविक कक्षकों को उत्पन्न करने के लिए परमाणु कक्षकों को रैखिक रूप से संयोजित (LCAO) करता है।
  • बंध सामर्थ्य (Bond strength) बंध कोटि (Bond order) के सीधे आनुपातिक होती है, जबकि बंध लंबाई (Bond length) बंध कोटि के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
  • O2 जैसे अणुओं में अनुचुंबकत्व (Paramagnetism) की व्याख्या समभ्रंश प्रति-आबंधी कक्षकों में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति द्वारा की जाती है।
  • हाइड्रोजन बंध और वैन डेर वाल्स बल (van der Waals forces) अंतरा-आणविक अन्योन्यक्रियाएं हैं जो अंतः-आणविक सहसंयोजक बंध से भिन्न होती हैं।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Percentage Ionic Character (Hannay-Smith Equation) प्रतिशत आयनिक लक्षण (Percentage Ionic Character - Hannay-Smith Equation)
% Ionic Character = 16(χA - χB) + 3.5(χA - χB)2
Conditions: Valid for electronegativity difference χA - χB > 0
शर्तें: विद्युत ऋणात्मकता अंतर χA - χB > 0 के लिए मान्य
इकाइयाँ: इकाई रहित
Dipole Moment द्विध्रुव आघूर्ण (Dipole Moment)
μ = q × d
Conditions: Applied to polar covalent molecules to measure charge separation
शर्तें: आवेश पृथक्करण को मापने के लिए ध्रुवीय सहसंयोजक अणुओं पर लागू
इकाइयाँ: डेबाई (Debye)
Bond Order (Molecular Orbital Theory) बंध कोटि (Bond Order - Molecular Orbital Theory)
Bond Order = Nb - Na2
Conditions: Valid for diatomic and polyatomic molecular species
शर्तें: द्विपरमाणुक और बहुपरमाणुक आणविक प्रजातियों के लिए मान्य
इकाइयाँ: इकाई रहित
Formal Charge Calculation औपचारिक आवेश गणना (Formal Charge Calculation)
FC = V - N - S2
Conditions: Applied to Lewis structures to determine the most stable resonance form
शर्तें: सबसे स्थिर अनुनाद रूप निर्धारित करने के लिए लुईस संरचनाओं पर लागू
इकाइयाँ: इकाई रहित
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Octet rule predicts complete octet stability for all second-period elements.अष्टक नियम सभी द्वितीय-आवर्त तत्वों के लिए पूर्ण अष्टक स्थिरता की भविष्यवाणी करता है।

Observation: Odd-electron molecules like NO and NO2 are stable despite having an odd number of valence electrons. — Delocalization of electrons across multiple centers stabilizes radical species. प्रेक्षण: NO और NO2 जैसे विषम-इलेक्ट्रॉन अणु स्थिर होते हैं। इलेक्ट्रॉनों का विस्थानीकरण (Delocalization) रेडिकल प्रजातियों को स्थिर करता है।

Exceptionअपवाद Higher electronegativity difference implies strictly ionic bonding.उच्च विद्युत ऋणात्मकता अंतर का अर्थ पूर्णतः आयनिक बंध है।

Observation: HF exhibits high polarity yet possesses significant covalent character due to small anion size and high charge density. — Fajans' rules dictate that small cations and polarizable anions increase covalent character. प्रेक्षण: HF उच्च ध्रुवीयता के बावजूद सहसंयोजक लक्षण प्रदर्शित करता है। फैजान के नियम (Fajans' rules) के अनुसार, छोटे धनायन और ध्रुवीय ऋणायन सहसंयोजक लक्षण बढ़ाते हैं।

Exceptionअपवाद Bond angle increases monotonically with the number of lone pairs.बंध कोण एकाकी युग्मों (Lone pairs) की संख्या के साथ बढ़ता है।

Observation: H2O bond angle (104.5°) is smaller than NH3 bond angle (107°) despite having more lone pairs. — Greater lone pair-lone pair repulsion on oxygen compresses the bond angle more effectively. प्रेक्षण: H2O का बंध कोण (104.5°) NH3 (107°) से कम है क्योंकि ऑक्सीजन पर अधिक एकाकी युग्म-एकाकी युग्म प्रतिकर्षण बंध कोण को सिकोड़ देता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Total Valence Electron Count Methodकुल संयोजी इलेक्ट्रॉन गणना विधि
V = ∑ (Group numbers of atoms) ± charge

Application: Quickly sum valence electrons to determine lone pairs and bond pairs in Lewis dot structures. अनुप्रयोग: लुईस संरचनाओं में एकाकी युग्म और बंध युग्म निर्धारित करने के लिए।

Bond Order Shortcut for Diatomicsद्विपरमाणुक अणुओं के लिए बंध कोटि शॉर्टकट
Count electrons: 14 e- = 3.0; add/subtract 1 e- subtract 0.5 from bond order

Application: Instantly find the bond order for species containing 10 to 20 electrons without drawing MOT diagrams. अनुप्रयोग: MOT आरेख बनाए बिना 10 से 20 इलेक्ट्रॉनों वाली प्रजातियों के लिए।

Steric Number for Hybridizationसंकरण के लिए स्टेरिक संख्या (Steric Number)
SN = σ bonds + lone pairs on central atom

Application: Determine hybridization instantly: 2=sp, 3=sp2, 4=sp3, 5=sp3d, 6=sp3d2. अनुप्रयोग: 2=sp, 3=sp2, 4=sp3, 5=sp3d, 6=sp3d2।

⚖️ Comparison of Covalent and Ionic Bonds ⚖️ सहसंयोजक और आयनिक बंध की तुलना
Parameterप्राचल (Parameter)Covalent Bondसहसंयोजक बंधIonic Bondआयनिक बंध
Nature of Forceबल की प्रकृतिElectrostatic attraction between shared electrons and nucleiसाझा इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षणElectrostatic attraction between oppositely charged ionsविपरीत आवेशित आयनों के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षण
DirectionalityदिशिकताHighly directional due to specific orbital overlapविशिष्ट कक्षक अतिव्यापन के कारण अत्यधिक दिशिकNon-directional electrostatic fieldअदिशिक स्थिरवैद्युत क्षेत्र
Melting PointsगलनांकGenerally low to moderateसामान्यतः निम्न से मध्यमHigh due to strong crystal lattice energyउच्च (मजबूत क्रिस्टल जालक ऊर्जा के कारण)
Electrical Conductivityविद्युत चालकताPoor conductors in solid and liquid statesठोस और द्रव अवस्था में कुचालकGood conductors in molten or aqueous statesगलित या जलीय अवस्था में सुचालक
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • A single covalent bond consists of one σ bond; a double bond consists of one σ and one π bond.
  • Triple bonds consist of one σ bond and two π bonds located in mutually perpendicular nodal planes.
  • Bond length decreases in the order: single bond > double bond > triple bond.
  • Resonance structures do not dynamically interconvert; the actual molecule is a single resonance hybrid.
  • Fajans' rules state that smaller cations and larger anions favor greater covalent character in ionic compounds.
  • The dipole moment of symmetrical molecules like CO2, CCl4, and BF3 is zero due to vector cancellation.
  • एकल सहसंयोजक बंध में एक σ बंध होता है; द्वि-बंध में एक σ और एक π बंध होता है।
  • त्रि-बंध में एक σ बंध और दो π बंध होते हैं जो परस्पर लंबवत नोडल तलों में स्थित होते हैं।
  • बंध लंबाई का क्रम: एकल बंध > द्वि-बंध > त्रि-बंध।
  • अनुनाद संरचनाएं गतिशील रूप से परिवर्तित नहीं होतीं; वास्तविक अणु एक एकल अनुनाद संकर (Resonance hybrid) होता है।
  • फैजान के नियम के अनुसार, छोटे धनायन और बड़े ऋणायन आयनिक यौगिकों में सहसंयोजक लक्षण को बढ़ावा देते हैं।
  • CO2, CCl4, और BF3 जैसे सममित अणुओं का द्विध्रुव आघूर्ण वेक्टर निरसन के कारण शून्य होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Confusing the octet rule with the actual number of valence electrons assigned in Lewis structures.
  • Assuming all molecules with polar bonds are polar overall, ignoring molecular geometry vector cancellation.
  • Applying VSEPR rules to transition metal complexes where d-orbital metal-ligand interactions dominate.
  • Forgetting that antibonding molecular orbitals destabilize the molecule, thus reducing bond order.
  • लुईस संरचनाओं में अष्टक नियम और संयोजी इलेक्ट्रॉनों की वास्तविक संख्या को लेकर भ्रमित होना।
  • यह मान लेना कि सभी ध्रुवीय बंध वाले अणु ध्रुवीय होते हैं, आणविक ज्यामिति के वेक्टर निरसन को अनदेखा करना।
  • संक्रमण धातु परिसरों पर VSEPR नियमों को लागू करना जहाँ d-कक्षक धातु-लिगेंड अन्योन्यक्रिया प्रभावी होती है।
  • यह भूल जाना कि प्रति-आबंधी आणविक कक्षक अणु को अस्थिर करते हैं, जिससे बंध कोटि कम हो जाती है।