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Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

VSEPR theory VSEPR सिद्धांत (VSEPR Theory)

The Valence Shell Electron Pair Repulsion theory predicts molecular geometry based on the minimization of electrostatic repulsion between valence electron pairs. Lone pair-lone pair repulsions are strictly greater than lone pair-bond pair repulsions, which in turn exceed bond pair-bond pair repulsions. संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन युग्म प्रतिकर्षण (VSEPR) सिद्धांत संयोजकता कोश के इलेक्ट्रॉन युग्मों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को न्यूनतम करके आणविक ज्यामिति (Molecular Geometry) की भविष्यवाणी करता है। एकाकी युग्म-एकाकी युग्म (lp-lp) प्रतिकर्षण, एकाकी युग्म-आबंध युग्म (lp-bp) प्रतिकर्षण से अधिक होता है, जो स्वयं आबंध युग्म-आबंध युग्म (bp-bp) प्रतिकर्षण से अधिक होता है।

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

Postulates and Repulsion Hierarchies अभिगृहीत और प्रतिकर्षण पदानुक्रम

  • Valence shell electron pairs arrange themselves to maximize distance and minimize mutual electrostatic repulsion.
  • The repulsion magnitude follows the exact sequence: lp-lp > lp-bp > bp-bp.
  • Multiple bonds act as single electron density regions for initial steric number determination but exert greater repulsive force than single bonds.
  • संयोजकता कोश के इलेक्ट्रॉन युग्म स्वयं को इस प्रकार व्यवस्थित करते हैं कि उनके बीच की दूरी अधिकतम और पारस्परिक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण न्यूनतम हो।
  • प्रतिकर्षण का परिमाण इस क्रम का पालन करता है: lp-lp > lp-bp > bp-bp।
  • बहु-आबंध (Multiple bonds) प्रारंभिक स्टेरिक संख्या (Steric Number) निर्धारण के लिए एकल इलेक्ट्रॉन घनत्व क्षेत्रों के रूप में कार्य करते हैं, लेकिन एकल आबंधों की तुलना में अधिक प्रतिकर्षण बल लगाते हैं।

Steric Numbers and Basic Geometries स्टेरिक संख्या और आधारभूत ज्यामिति

  • A Steric Number 2 corresponds to a linear electron-pair geometry with an angle of 180° (e.g., BeCl2).
  • A Steric Number 4 yields a tetrahedral geometry with bond angles of 109.5° in the absence of lone pairs (e.g., CH4).
  • A Steric Number 6 produces an octahedral geometry with 90° and 180° angles (e.g., SF6).
  • स्टेरिक संख्या 2, 180° के कोण के साथ एक रेखीय (Linear) इलेक्ट्रॉन-युग्म ज्यामिति के अनुरूप है (उदाहरण: BeCl2)।
  • स्टेरिक संख्या 4, एकाकी युग्मों की अनुपस्थिति में 109.5° के आबंध कोण के साथ चतुष्फलकीय (Tetrahedral) ज्यामिति प्रदान करती है (उदाहरण: CH4)।
  • स्टेरिक संख्या 6, 90° और 180° के कोणों के साथ अष्टफलकीय (Octahedral) ज्यामिति उत्पन्न करती है (उदाहरण: SF6)।

Lone Pair Placement and Distortion Rules एकाकी युग्म स्थान और विकृति नियम

  • In trigonal bipyramidal geometries (SN 5), lone pairs preferentially occupy equatorial positions to minimize 90° repulsions.
  • In octahedral geometries with two lone pairs (SN 6), the lone pairs occupy trans positions to minimize repulsions.
  • Presence of lone pairs progressively compresses the bond angles between surrounding bonding pairs below ideal values.
  • त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय (Trigonal bipyramidal) ज्यामिति (SN 5) में, एकाकी युग्म अधिमानतः भूमध्यरेखीय (Equatorial) स्थितियों पर स्थित होते हैं ताकि 90° के प्रतिकर्षण को न्यूनतम किया जा सके।
  • दो एकाकी युग्मों वाली अष्टफलकीय ज्यामिति (SN 6) में, प्रतिकर्षण को कम करने के लिए एकाकी युग्म ट्रांस (trans) स्थितियों पर स्थित होते हैं।
  • एकाकी युग्मों की उपस्थिति आसपास के आबंध युग्मों के बीच के आबंध कोणों को आदर्श मानों से नीचे संकुचित कर देती है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Lone Pair Calculation एकाकी युग्म गणना (Lone Pair Calculation)
LP = Steric Number - Number of Bonded Atoms
Conditions: Valid for species obeying the octet rule or expanded octet
शर्तें: अष्टक नियम या विस्तारित अष्टक का पालन करने वाले अणुओं के लिए मान्य
इकाइयाँ: इकाई रहित
Ideal Bond Angle for Linear रेखीय के लिए आदर्श आबंध कोण (Ideal Bond Angle for Linear)
θ = 180°
Conditions: Steric number 2 with zero lone pairs
शर्तें: शून्य एकाकी युग्म के साथ स्टेरिक संख्या 2
इकाइयाँ: डिग्री (°)
Ideal Bond Angle for Tetrahedral चतुष्फलकीय के लिए आदर्श आबंध कोण (Ideal Bond Angle for Tetrahedral)
θ = 109.5°
Conditions: Steric number 4 with zero lone pairs
शर्तें: शून्य एकाकी युग्म के साथ स्टेरिक संख्या 4
इकाइयाँ: डिग्री (°)
Ideal Bond Angle for Trigonal Bipyramidal त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय के लिए आदर्श आबंध कोण (Ideal Bond Angle for Trigonal Bipyramidal)
θeq-eq = 120°, θax-eq = 90°
Conditions: Steric number 5 with zero lone pairs
शर्तें: शून्य एकाकी युग्म के साथ स्टेरिक संख्या 5
इकाइयाँ: डिग्री (°)
Steric Number Formula स्टेरिक संख्या सूत्र (Steric Number Formula)
SN = 12 × (V + M - C + A)
Conditions: Applicable for central atoms in main group molecules and ions
शर्तें: मुख्य समूह के अणुओं और आयनों में केंद्रीय परमाणु के लिए लागू
इकाइयाँ: इकाई रहित
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Molecules with lone pairs on the central atom adopt ideal symmetric geometries.केंद्रीय परमाणु पर एकाकी युग्म वाले अणु आदर्श सममित ज्यामिति अपनाते हैं।

Observation: H2O and NH3 exhibit distorted tetrahedral bond angles (104.5° and 107° respectively). — Presence of lone pairs exerts strong repulsive forces, compressing the H-O-H and H-N-H bond angles. प्रेक्षण: H2O और NH3 विकृत चतुष्फलकीय आबंध कोण (क्रमशः 104.5° और 107°) प्रदर्शित करते हैं। एकाकी युग्मों की उपस्थिति तीव्र प्रतिकर्षण बल लगाती है, जिससे H-O-H और H-N-H आबंध कोण संकुचित हो जाते हैं।

Exceptionअपवाद Isoelectronic species always possess identical molecular geometries.आइसोइलेक्ट्रॉनिक प्रजातियों की आणविक ज्यामिति हमेशा समान होती है।

Observation: ClF3 is T-shaped (SN 5, 2 LP), while XeF2 is linear (SN 5, 3 LP). — Although isoelectronic regarding valence electrons, differing numbers of bonding atoms alter the final observed molecular shape. प्रेक्षण: ClF3 T-आकार का है (SN 5, 2 LP), जबकि XeF2 रेखीय है (SN 5, 3 LP)। यद्यपि संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के संदर्भ में आइसोइलेक्ट्रॉनिक हैं, लेकिन आबंधित परमाणुओं की भिन्न संख्या अंतिम प्रेक्षित आणविक आकार को बदल देती है।

Exceptionअपवाद Transition metal complexes follow strict VSEPR rules for geometry prediction.संक्रमण धातु संकुल ज्यामिति भविष्यवाणी के लिए VSEPR नियमों का सख्ती से पालन करते हैं।

Observation: d8 complexes like [PtCl4]2- adopt square planar geometry instead of tetrahedral. — Crystal field stabilization energy and metal d-orbital occupancy override simple VSEPR electron repulsion. प्रेक्षण: [PtCl4]2- जैसे d8 संकुल चतुष्फलकीय के बजाय वर्ग समतलीय (Square planar) ज्यामिति अपनाते हैं। क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा और धातु d-कक्षक अधिभोग सरल VSEPR इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण पर हावी हो जाते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Valence Electron Sum Method for SNSN के लिए संयोजकता इलेक्ट्रॉन योग विधि
SN = (Valence e- of central atom + Monovalent atoms ± charge) / 2

Application: Quickly compute the steric number for any main group molecule without drawing structures. अनुप्रयोग: संरचना बनाए बिना किसी भी मुख्य समूह अणु के लिए स्टेरिक संख्या की त्वरित गणना करें।

Equatorial Lone Pair Ruleभूमध्यरेखीय एकाकी युग्म नियम
SN 5 → LP → Equatorial

Application: Instantly determine that lone pairs in trigonal bipyramidal systems sit in the equatorial plane to maximize 120° angles. अनुप्रयोग: तुरंत निर्धारित करें कि त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय प्रणालियों में एकाकी युग्म 120° कोणों को अधिकतम करने के लिए भूमध्यरेखीय तल में बैठते हैं।

Bent Shape Quick Countबेंट (Bent) आकार की त्वरित गणना
SN 3 with 1 LP or SN 4 with 2 LP

Application: Recognize that both SO2 (SN 3) and H2O (SN 4) result in bent molecular geometries despite different steric numbers. अनुप्रयोग: पहचानें कि SO2 (SN 3) और H2O (SN 4) दोनों अलग-अलग स्टेरिक संख्याओं के बावजूद बेंट आणविक ज्यामिति में परिणामित होते हैं।

⚖️ Comparison of VSEPR Geometries for SN = 4 ⚖️ SN = 4 के लिए VSEPR ज्यामिति की तुलना
ParameterपैरामीटरMethane (CH3)मीथेन (CH4)Ammonia (NH3)अमोनिया (NH3)Water (H2O)जल (H2O)
Lone Pairsएकाकी युग्म001122
Molecular Geometryआणविक ज्यामितिTetrahedralचतुष्फलकीयTrigonal Pyramidalत्रिकोणीय पिरामिडीयBent / V-shapedबेंट / V-आकार
Bond Angleआबंध कोण109.5°109.5°107°107°104.5°104.5°
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The repulsion between two lone pairs is stronger than between a lone pair and a bond pair.
  • The bond angle in water (H2O) is 104.5° due to two lone pair-bond pair repulsions.
  • PCl5 exhibits a trigonal bipyramidal geometry with non-equivalent axial (90°) and equatorial (120°) bonds.
  • SF4 has a seesaw geometry due to one equatorial lone pair in a trigonal bipyramidal electronic arrangement.
  • XeF4 adopts a square planar geometry with two lone pairs positioned trans to each other.
  • The steric number for the central atom in NH4+ is 4, resulting in an undistorted tetrahedral shape.
  • दो एकाकी युग्मों के बीच प्रतिकर्षण, एकाकी युग्म और आबंध युग्म के बीच के प्रतिकर्षण से अधिक होता है।
  • जल (H2O) में आबंध कोण दो एकाकी युग्म-आबंध युग्म प्रतिकर्षण के कारण 104.5° होता है।
  • PCl5 एक त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय ज्यामिति प्रदर्शित करता है जिसमें गैर-समान अक्षीय (90°) और भूमध्यरेखीय (120°) आबंध होते हैं।
  • SF4 में त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय इलेक्ट्रॉनिक विन्यास में एक भूमध्यरेखीय एकाकी युग्म के कारण सीसॉ (Seesaw) ज्यामिति होती है।
  • XeF4 दो एकाकी युग्मों के साथ एक वर्ग समतलीय ज्यामिति अपनाता है जो एक-दूसरे के ट्रांस (trans) स्थित होते हैं।
  • NH4+ में केंद्रीय परमाणु के लिए स्टेरिक संख्या 4 है, जिसके परिणामस्वरूप एक अविकृत चतुष्फलकीय आकार प्राप्त होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Counting multiple bonds as multiple steric units instead of treating a double or triple bond as a single region of high electron density.
  • Plugging negative ion charges as positive values in the steric number formula; anions must be added, cations subtracted.
  • Assuming all bond angles in distorted geometries match ideal VSEPR values.
  • Confusing electron pair geometry with molecular geometry when lone pairs are present.
  • बहु-आबंधों को कई स्टेरिक इकाइयों के रूप में गिनना, जबकि उन्हें उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के एकल क्षेत्र के रूप में माना जाना चाहिए।
  • स्टेरिक संख्या सूत्र में ऋण आयन आवेश को धनात्मक मान के रूप में रखना; ऋणायनों को जोड़ा जाना चाहिए, धनायनों को घटाया जाना चाहिए।
  • यह मान लेना कि विकृत ज्यामिति में सभी आबंध कोण आदर्श VSEPR मानों से मेल खाते हैं।
  • एकाकी युग्म मौजूद होने पर इलेक्ट्रॉन युग्म ज्यामिति को आणविक ज्यामिति के साथ भ्रमित करना।