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Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Heteronuclear Molecules विषमनाभिकीय अणु (Heteronuclear Molecules)

Heteronuclear diatomic and polyatomic molecules consist of atoms of different electronegativities, resulting in polar covalent bonds and asymmetric molecular orbital configurations. The molecular orbital energy levels are determined by the differing valence orbital energies and effective nuclear charges of the constituent atoms. विषमनाभिकीय द्विपरमाणुक (diatomic) और बहुपरमाणुक (polyatomic) अणु भिन्न विद्युत ऋणात्मकता (electronegativity) वाले परमाणुओं से बने होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ध्रुवीय सहसंयोजक बंध (polar covalent bonds) और असममित आणविक कक्षक विन्यास (asymmetric molecular orbital configurations) प्राप्त होते हैं। आणविक कक्षक ऊर्जा स्तरों का निर्धारण घटक परमाणुओं की भिन्न संयोजी कक्षक ऊर्जाओं और प्रभावी नाभिकीय आवेश (effective nuclear charges) द्वारा किया जाता है।

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

Molecular Orbital Theory of Diatomic Molecules द्विपरमाणुक अणुओं का आणविक कक्षक सिद्धांत (Molecular Orbital Theory of Diatomic Molecules)

  • In heteronuclear molecules, the atomic orbitals of the more electronegative atom possess lower energy compared to those of the less electronegative atom.
  • Bonding molecular orbitals have energy coefficients closer to the more electronegative atom, whereas antibonding molecular orbitals localize closer to the less electronegative atom.
  • Non-bonding molecular orbitals retain largely non-bonding atomic character and are localized primarily on the heteroatom.
  • विषमनाभिकीय अणुओं में, अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु के परमाणु कक्षक (atomic orbitals), कम विद्युत ऋणात्मक परमाणु की तुलना में कम ऊर्जा रखते हैं।
  • आबंधी आणविक कक्षक (bonding molecular orbitals) के ऊर्जा गुणांक अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु के करीब होते हैं, जबकि विपरीत-आबंधी आणविक कक्षक (antibonding molecular orbitals) कम विद्युत ऋणात्मक परमाणु के करीब स्थित होते हैं।
  • अनाबंधी आणविक कक्षक (non-bonding molecular orbitals) मुख्य रूप से अनाबंधी परमाणु लक्षण बनाए रखते हैं और मुख्य रूप से विषम परमाणु (heteroatom) पर स्थित होते हैं।

Polarity and Dipole Moments ध्रुवीयता और द्विध्रुव आघूर्ण (Polarity and Dipole Moments)

  • Differences in electronegativity generate a permanent dipole moment directed toward the more electronegative atom.
  • Symmetric polyatomic heteronuclear molecules such as CO2 exhibit a net dipole moment of zero due to vector cancellation of bond dipoles.
  • The fractional ionic character of a bond increases monotonically with the magnitude of the electronegativity difference between bonded atoms.
  • विद्युत ऋणात्मकता में अंतर एक स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण (dipole moment) उत्पन्न करता है जो अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु की ओर निर्देशित होता है।
  • CO2 जैसे सममित बहुपरमाणुक विषमनाभिकीय अणु, बंध द्विध्रुवों के सदिश निरसन (vector cancellation) के कारण शून्य नेट द्विध्रुव आघूर्ण प्रदर्शित करते हैं।
  • बंध का आंशिक आयनिक लक्षण (fractional ionic character), बंधित परमाणुओं के बीच विद्युत ऋणात्मकता अंतर के परिमाण के साथ एकदिशीय रूप से बढ़ता है।

Valence Bond and Hybridization Approaches संयोजकता बंध और संकरण दृष्टिकोण (Valence Bond and Hybridization Approaches)

  • Central atoms in heteronuclear polyatomic molecules utilize hybridized orbitals whose directional characteristics are influenced by lone pair repulsion and substituent electronegativity.
  • Bent's rule dictates that more electronegative substituents preferentially occupy hybrid orbitals with higher p-character.
  • Resonance structures contribute to the description of electron distribution, reflecting varying formal charges across heteronuclear frameworks.
  • विषमनाभिकीय बहुपरमाणुक अणुओं में केंद्रीय परमाणु संकरित कक्षकों (hybridized orbitals) का उपयोग करते हैं, जिनके दिशात्मक लक्षण एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण (lone pair repulsion) और प्रतिस्थापी विद्युत ऋणात्मकता से प्रभावित होते हैं।
  • बेंट का नियम (Bent's rule) यह निर्धारित करता है कि अधिक विद्युत ऋणात्मक प्रतिस्थापी अधिमानतः उच्च p-लक्षण वाले संकर कक्षकों पर कब्जा करते हैं।
  • अनुनाद संरचनाएं (resonance structures) इलेक्ट्रॉन वितरण के विवरण में योगदान देती हैं, जो विषमनाभिकीय ढांचे में भिन्न औपचारिक आवेशों (formal charges) को दर्शाती हैं।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Percentage Ionic Character प्रतिशत आयनिक लक्षण (Percentage Ionic Character)
% Ionic Character = 16(ΔEN) + 3.5(ΔEN)2
Conditions: Pauling relation for electronegativity difference (ΔEN)
शर्तें: विद्युत ऋणात्मकता अंतर (ΔEN) के लिए पॉलिंग संबंध
इकाइयाँ: इकाई रहित
Electric Dipole Moment विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (Electric Dipole Moment)
μ = q × d
Conditions: Where q is partial charge and d is bond length
शर्तें: जहाँ q आंशिक आवेश है और d बंध लंबाई है
इकाइयाँ: Debye (D)
Effective Nuclear Charge प्रभावी नाभिकीय आवेश (Effective Nuclear Charge)
Zeff = Z - S
Conditions: Slater's rules for screening constant S
शर्तें: परिरक्षण स्थिरांक S के लिए स्लेटर के नियम
इकाइयाँ: इकाई रहित
Bond Order बंध कोटि (Bond Order)
Bond Order = (Nb - Na) / 2
Conditions: Applied to molecular orbital electronic configurations
शर्तें: आणविक कक्षक इलेक्ट्रॉनिक विन्यास पर लागू
इकाइयाँ: इकाई रहित
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Higher electronegativity always dictates higher electron density in all MOsउच्च विद्युत ऋणात्मकता हमेशा सभी MOs में उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व निर्धारित करती है

Observation: Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) in CO — The 3σ HOMO in carbon monoxide is predominantly localized on the carbon atom despite oxygen having higher electronegativity, due to s-p mixing and orbital energy matching. प्रेक्षण: CO में उच्चतम अधिकृत आणविक कक्षक (HOMO) — कार्बन मोनोऑक्साइड में 3σ HOMO मुख्य रूप से कार्बन परमाणु पर स्थित होता है, यद्यपि ऑक्सीजन की विद्युत ऋणात्मकता अधिक होती है, जिसका कारण s-p मिश्रण और कक्षक ऊर्जा मिलान है।

Exceptionअपवाद Heteronuclear diatomic molecules are always polarविषमनाभिकीय द्विपरमाणुक अणु हमेशा ध्रुवीय होते हैं

Observation: Noble gas fluorides and transient species — Molecules with symmetric geometries cancel bond polarities entirely, while certain high-temperature radical species display atypical charge distributions. प्रेक्षण: उत्कृष्ट गैस फ्लोराइड और क्षणिक प्रजातियां — सममित ज्यामिति वाले अणु बंध ध्रुवीयता को पूरी तरह से रद्द कर देते हैं, जबकि कुछ उच्च-तापमान रेडिकल प्रजातियां असामान्य आवेश वितरण प्रदर्शित करती हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Electronegativity Trend Mnemonicविद्युत ऋणात्मकता प्रवृत्ति स्मृति सहायक (Electronegativity Trend Mnemonic)
FONClBrISCPH

Application: Quickly rank atom electronegativities in heteronuclear bond polarity comparisons (F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > H). अनुप्रयोग: विषमनाभिकीय बंध ध्रुवीयता तुलना में परमाणु विद्युत ऋणात्मकता को तेजी से रैंक करने के लिए (F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > H)।

CO and CN- Isoelectronic RuleCO और CN- समइलेक्ट्रॉनिक नियम (Isoelectronic Rule)
14-electron species

Application: CO, CN-, and NO+ share identical valence electron counts (10 valence electrons) and similar MO bond order configurations. अनुप्रयोग: CO, CN-, और NO+ समान संयोजी इलेक्ट्रॉन संख्या (10 संयोजी इलेक्ट्रॉन) और समान MO बंध कोटि विन्यास साझा करते हैं।

Bent's Rule Shortcutबेंट के नियम का शॉर्टकट (Bent's Rule Shortcut)
More EN → more p-character in bond

Application: Determine bond angles and bond lengths rapidly by assigning s/p ratios based on substituent electronegativity. अनुप्रयोग: प्रतिस्थापी विद्युत ऋणात्मकता के आधार पर s/p अनुपात निर्धारित करके बंध कोण और बंध लंबाई का तेजी से पता लगाएं।

⚖️ Homonuclear vs Heteronuclear Diatomic Molecules ⚖️ समनाभिकीय बनाम विषमनाभिकीय द्विपरमाणुक अणु
ParameterपैरामीटरHomonuclear (e.g., O2)समनाभिकीय (जैसे O2)Heteronuclear (e.g., CO)विषमनाभिकीय (जैसे CO)
Electronegativity Differenceविद्युत ऋणात्मकता अंतरZero (ΔEN = 0)शून्य (ΔEN = 0)Non-zero (ΔEN > 0)शून्य नहीं (ΔEN > 0)
Dipole Momentद्विध्रुव आघूर्णAlways zero (μ = 0)हमेशा शून्य (μ = 0)Generally non-zero (μ ≠ 0)सामान्यतः शून्य नहीं (μ ≠ 0)
MO Coefficient SymmetryMO गुणांक समरूपताEqual contributions from both atomsदोनों परमाणुओं से समान योगदानUnequal contributions weighted by atomic energyपरमाणु ऊर्जा द्वारा भारित असमान योगदान
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The bond order of CO is 3, calculated from its 10 valence electrons in molecular orbitals.
  • HF possesses a high dipole moment of 1.91 D due to the extreme electronegativity of fluorine.
  • NO is a heteronuclear molecule with 11 valence electrons, possessing an unpaired electron and paramagnetism.
  • Bent's rule states that electronegative atoms concentrate in orbitals with greater p-character.
  • In carbon monoxide, the bond length is unusually short and bond energy is exceptionally high due to multiple bonding and polarity effects.
  • The dipole moment of NF3 is lower than that of NH3 because the fluorine orbital dipoles oppose the lone pair dipole.
  • CO की बंध कोटि 3 है, जिसकी गणना इसके आणविक कक्षकों में 10 संयोजी इलेक्ट्रॉनों से की जाती है।
  • फ्लोरीन की अत्यधिक विद्युत ऋणात्मकता के कारण HF का द्विध्रुव आघूर्ण 1.91 D होता है।
  • NO 11 संयोजी इलेक्ट्रॉनों वाला एक विषमनाभिकीय अणु है, जिसमें एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है और यह अनुचुंबकीय (paramagnetic) है।
  • बेंट का नियम बताता है कि विद्युत ऋणात्मक परमाणु अधिक p-लक्षण वाले कक्षकों में केंद्रित होते हैं।
  • कार्बन मोनोऑक्साइड में, बहु-आबंध और ध्रुवीयता प्रभावों के कारण बंध लंबाई असामान्य रूप से छोटी और बंध ऊर्जा असाधारण रूप से उच्च होती है।
  • NF3 का द्विध्रुव आघूर्ण NH3 से कम होता है क्योंकि फ्लोरीन कक्षक द्विध्रुव एकाकी युग्म द्विध्रुव का विरोध करते हैं।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Assuming all heteronuclear molecules have a non-zero dipole moment; symmetric geometries like linear CO2 or planar BF3 have zero net dipole.
  • Confusing the location of the HOMO in CO; it is localized on carbon, not oxygen.
  • Applying homonuclear molecular orbital diagrams directly to heteronuclear species without accounting for atomic orbital energy separation.
  • Neglecting s-p mixing effects in heteronuclear diatomic molecules of the second period.
  • यह मान लेना कि सभी विषमनाभिकीय अणुओं का द्विध्रुव आघूर्ण शून्य नहीं होता; रैखिक CO2 या समतलीय BF3 जैसी सममित ज्यामिति का नेट द्विध्रुव शून्य होता है।
  • CO में HOMO की स्थिति को लेकर भ्रमित होना; यह ऑक्सीजन पर नहीं, बल्कि कार्बन पर स्थित होता है।
  • परमाणु कक्षक ऊर्जा पृथक्करण को ध्यान में रखे बिना समनाभिकीय आणविक कक्षक आरेखों को सीधे विषमनाभिकीय प्रजातियों पर लागू करना।
  • द्वितीय आवर्त के विषमनाभिकीय द्विपरमाणुक अणुओं में s-p मिश्रण प्रभावों की उपेक्षा करना।