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Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Shapes of Inorganic Molecules and Ions अकार्बनिक अणुओं और आयनों की आकृतियाँ (Shapes of Inorganic Molecules and Ions)

The spatial arrangement of chemical bonds around a central atom is dictated by Valence Shell Electron Pair Repulsion theory and hybridization rules. Molecular geometry minimizes electrostatic repulsion between valence electron pairs. केंद्रीय परमाणु के चारों ओर रासायनिक बंधों की त्रिविमीय व्यवस्था (spatial arrangement) संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण सिद्धांत (VSEPR Theory) और संकरण (hybridization) के नियमों द्वारा निर्धारित होती है। आणविक ज्यामिति संयोजकता इलेक्ट्रॉन युग्मों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को न्यूनतम करती है।

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

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण सिद्धांत (VSEPR Theory)

  • Electron pairs surrounding a central atom repel one another and arrange themselves to remain as far apart as possible.
  • Repulsive force magnitude follows the order: Lone Pair-Lone Pair (lp-lp) > Lone Pair-Bond Pair (lp-bp) > Bond Pair-Bond Pair (bp-bp).
  • The presence of lone pairs systematically distorts the ideal bond angles predicted by regular polyhedral geometries.
  • केंद्रीय परमाणु के चारों ओर स्थित इलेक्ट्रॉन युग्म एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और स्वयं को इस प्रकार व्यवस्थित करते हैं कि वे एक-दूसरे से यथासंभव दूर रहें।
  • प्रतिकर्षण बल का परिमाण इस क्रम का पालन करता है: एकाकी युग्म-एकाकी युग्म (lp-lp) > एकाकी युग्म-बंध युग्म (lp-bp) > बंध युग्म-बंध युग्म (bp-bp)।
  • एकाकी युग्मों (lone pairs) की उपस्थिति नियमित बहुफलकीय ज्यामिति द्वारा अनुमानित आदर्श बंध कोणों को व्यवस्थित रूप से विकृत कर देती है।

Hybridization and Geometry Correlation संकरण और ज्यामिति का सहसंबंध

  • sp hybridization yields a linear geometry with a bond angle of 180°, as observed in BeCl2.
  • sp3d2 hybridization results in an octahedral geometry with 90° and 180° bond angles, exemplified by SF6.
  • Multiple bonds count as a single effective electron domain or pair for determining the primary steric number.
  • sp संकरण 180° के बंध कोण के साथ एक रैखिक (linear) ज्यामिति प्रदान करता है, जैसा कि BeCl2 में देखा जाता है।
  • sp3d2 संकरण 90° और 180° के बंध कोणों के साथ एक अष्टफलकीय (octahedral) ज्यामिति उत्पन्न करता है, जिसका उदाहरण SF6 है।
  • प्राथमिक स्टेरिक संख्या (steric number) निर्धारित करने के लिए बहु-बंधों (multiple bonds) को एक एकल प्रभावी इलेक्ट्रॉन डोमेन या युग्म के रूप में गिना जाता है।

VSEPR Geometries and Derived Shapes VSEPR ज्यामिति और व्युत्पन्न आकृतियाँ

  • A steric number of 4 with 1 lone pair yields a trigonal pyramidal shape with a bond angle of approximately 107° (e.g., NH3).
  • A steric number of 5 with 2 lone pairs produces a T-shaped molecular geometry, as seen in ClF3.
  • A steric number of 6 with 2 lone pairs forms a square planar geometry with 90° angles, such as [PtCl4]2-.
  • 1 एकाकी युग्म के साथ 4 की स्टेरिक संख्या लगभग 107° के बंध कोण के साथ एक त्रिकोणीय पिरामिडीय (trigonal pyramidal) आकृति प्रदान करती है (जैसे NH3)।
  • 2 एकाकी युग्मों के साथ 5 की स्टेरिक संख्या T-आकार की आणविक ज्यामिति उत्पन्न करती है, जैसा कि ClF3 में देखा जाता है।
  • 2 एकाकी युग्मों के साथ 6 की स्टेरिक संख्या 90° कोणों के साथ एक वर्ग समतलीय (square planar) ज्यामिति बनाती है, जैसे [PtCl4]2-।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Lone Pair Calculation एकाकी युग्म गणना (Lone Pair Calculation)
LP = Steric Number - Number of Bonded Atoms
Conditions: Applied to central atom after determining total electron pairs
शर्तें: कुल इलेक्ट्रॉन युग्म निर्धारित करने के बाद केंद्रीय परमाणु पर लागू
इकाइयाँ: इलेक्ट्रॉन युग्मों की संख्या
Bent's Rule Electronegativity Relation बेंट का नियम और विद्युत ऋणात्मकता संबंध (Bent's Rule Electronegativity Relation)
% s-character ∝ Electropositive substituent preference for hybrid orbitals
Conditions: Applies to molecules with mixed substituent electronegativities
शर्तें: मिश्रित प्रतिस्थापी विद्युत ऋणात्मकता वाले अणुओं पर लागू
इकाइयाँ: प्रतिशत (%)
Dipole Moment Calculation द्विध्रुव आघूर्ण गणना (Dipole Moment Calculation)
μ = q × d
Conditions: q = partial charge, d = bond distance
शर्तें: q = आंशिक आवेश, d = बंध दूरी
इकाइयाँ: Debye (D)
Steric Number Formula स्टेरिक संख्या सूत्र (Steric Number Formula)
SN = 12 (V + M - C + A)
Conditions: V = valence electrons of central atom, M = monovalent atoms, C = cation charge, A = anion charge
शर्तें: V = केंद्रीय परमाणु के संयोजी इलेक्ट्रॉन, M = एकसंयोजी परमाणु, C = धनायन आवेश, A = ऋणायन आवेश
इकाइयाँ: संख्यात्मक मान
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Molecules with sp3 hybridization adopt a regular tetrahedral geometry with 109.5° angles.sp3 संकरण वाले अणु 109.5° कोणों के साथ नियमित चतुष्फलकीय (tetrahedral) ज्यामिति अपनाते हैं।

Observation: Water (H2O) exhibits a bond angle of 104.5°. — Strong lone pair-lone pair repulsions on the central oxygen atom compress the H-O-H bond angle below the ideal tetrahedral value. प्रेक्षण: जल (H2O) का बंध कोण 104.5° होता है। केंद्रीय ऑक्सीजन परमाणु पर मजबूत एकाकी युग्म-एकाकी युग्म प्रतिकर्षण H-O-H बंध कोण को आदर्श चतुष्फलकीय मान से कम कर देता है।

Exceptionअपवाद Steric number 5 predicts a trigonal bipyramidal geometry with equivalent positions.स्टेरिक संख्या 5 समान स्थितियों के साथ त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय (trigonal bipyramidal) ज्यामिति का अनुमान लगाती है।

Observation: Equatorial and axial bonds have distinct lengths in molecules like PCl5. — Axial bonds experience greater repulsion from three equatorial bond pairs at 90°, making them longer and weaker than equatorial bonds. प्रेक्षण: PCl5 जैसे अणुओं में भूमध्यरेखीय (equatorial) और अक्षीय (axial) बंधों की लंबाई अलग-अलग होती है। अक्षीय बंध 90° पर तीन भूमध्यरेखीय बंध युग्मों से अधिक प्रतिकर्षण का अनुभव करते हैं, जिससे वे भूमध्यरेखीय बंधों की तुलना में लंबे और कमजोर हो जाते हैं।

Exceptionअपवाद NH3 and PH3 both possess a central atom with one lone pair and sp3 hybridization.NH3 और PH3 दोनों में एक एकाकी युग्म और sp3 संकरण होता है।

Observation: PH3 has a bond angle of 93.5°, which is significantly smaller than the 107° angle of NH3. — Drago's rule indicates that central atoms with electronegativity ≤ 2.5 in Group 15 utilize pure p-orbitals for bonding, with little to no hybridization. प्रेक्षण: PH3 का बंध कोण 93.5° है, जो NH3 के 107° से काफी कम है। ड्रैगो का नियम (Drago's rule) बताता है कि समूह 15 में ≤ 2.5 विद्युत ऋणात्मकता वाले केंद्रीय परमाणु बंध बनाने के लिए शुद्ध p-कक्षकों का उपयोग करते हैं, जिसमें संकरण नगण्य होता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Steric Number Rapid Countस्टेरिक संख्या की त्वरित गणना
SN = (12) × [Valence electrons + Monovalent atoms ± Net charge]

Application: Instantly determine the hybridization and base geometry without drawing Lewis structures. अनुप्रयोग: लुईस संरचना बनाए बिना संकरण और आधार ज्यामिति का तुरंत निर्धारण करें।

Lone Pair Deduction Ruleएकाकी युग्म कटौती नियम
LP = Steric Number - Number of Terminal Monovalent Atoms

Application: Quickly isolate the number of lone pairs to determine the derivative molecular shape. अनुप्रयोग: व्युत्पन्न आणविक आकृति निर्धारित करने के लिए एकाकी युग्मों की संख्या को तुरंत अलग करें।

Isoelectronic Species Ruleआइसोइलेक्ट्रॉनिक प्रजाति नियम
Same total valence electrons ⇒ Same geometry

Application: Instantly deduce that species like [IF4]- and XeF4 share the same square planar shape. अनुप्रयोग: तुरंत निष्कर्ष निकालें कि [IF4]- और XeF4 जैसी प्रजातियाँ समान वर्ग समतलीय आकृति साझा करती हैं।

⚖️ Comparison of Trigonal Bipyramidal Derivatives ⚖️ त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय व्युत्पन्नों की तुलना
ParameterपैरामीटरSF4SF4ClF3ClF3XeF2XeF2
Steric Numberस्टेरिक संख्या555555
Lone Pairsएकाकी युग्म112233
Molecular Shapeआणविक आकृतिSee-sawसी-सॉ (See-saw)T-shapedT-आकारLinearरैखिक
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The bond angle in NH3 is 107° due to lone pair-bond pair repulsion.
  • Water has two lone pairs on oxygen, resulting in a bent shape with a 104.5° bond angle.
  • SF6 exhibits sp3d2 hybridization and a regular octahedral geometry.
  • PCl5 has a trigonal bipyramidal geometry with longer axial bonds and shorter equatorial bonds.
  • XeF4 has sp3d2 hybridization with two lone pairs, resulting in a square planar shape.
  • Carbon dioxide (CO2) is a linear molecule with a zero dipole moment due to vector cancellation.
  • NH3 में बंध कोण एकाकी युग्म-बंध युग्म प्रतिकर्षण के कारण 107° होता है।
  • जल में ऑक्सीजन पर दो एकाकी युग्म होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 104.5° बंध कोण के साथ मुड़ी हुई (bent) आकृति प्राप्त होती है।
  • SF6 में sp3d2 संकरण और नियमित अष्टफलकीय ज्यामिति होती है।
  • PCl5 में त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय ज्यामिति होती है जिसमें अक्षीय बंध लंबे और भूमध्यरेखीय बंध छोटे होते हैं।
  • XeF4 में दो एकाकी युग्मों के साथ sp3d2 संकरण होता है, जिससे वर्ग समतलीय आकृति प्राप्त होती है।
  • कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) एक रैखिक अणु है जिसका द्विध्रुव आघूर्ण वेक्टर निरसन के कारण शून्य होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Confusing electron geometry with molecular shape; electron geometry accounts for all electron pairs, whereas molecular shape considers only bonded atoms.
  • Treating double and triple bonds as multiple steric domains; count each multiple bond as a single effective electron pair.
  • Forgetting to add or subtract electrons for anions and cations when calculating the steric number.
  • Assuming all bonds in trigonal bipyramidal molecules are identical in length and energy.
  • इलेक्ट्रॉन ज्यामिति और आणविक आकृति को भ्रमित करना; इलेक्ट्रॉन ज्यामिति सभी इलेक्ट्रॉन युग्मों को ध्यान में रखती है, जबकि आणविक आकृति केवल बंधित परमाणुओं को देखती है।
  • द्वि-बंध और त्रि-बंध को कई स्टेरिक डोमेन के रूप में मानना; प्रत्येक बहु-बंध को एक एकल प्रभावी इलेक्ट्रॉन युग्म के रूप में गिनें।
  • स्टेरिक संख्या की गणना करते समय ऋणायनों और धनायनों के लिए इलेक्ट्रॉनों को जोड़ना या घटाना भूल जाना।
  • यह मान लेना कि त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय अणुओं में सभी बंध लंबाई और ऊर्जा में समान होते हैं।