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Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Boranes बोरेन (Boranes)

Boranes are binary hydrides of boron characterized by electron-deficient multi-center two-electron bonds. They adopt polyhedral skeletal structures governed by Wade's rules based on skeletal electron pairs. बोरेन बोरॉन के बाइनरी हाइड्राइड (binary hydrides) हैं, जो इलेक्ट्रॉन-न्यून (electron-deficient) बहु-केंद्रित द्वि-इलेक्ट्रॉन बंधों द्वारा पहचाने जाते हैं। ये वेड के नियमों (Wade's rules) द्वारा शासित पॉलीहेड्रल कंकाल संरचनाओं को अपनाते हैं, जो कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों (skeletal electron pairs) पर आधारित होते हैं।

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

Structure and Bonding in Diborane डाइबोरेन की संरचना और आबंधन (Structure and Bonding in Diborane)

  • Diborane (B2H6) contains 12 valence electrons and possesses a bridged structure involving three-center two-electron (3c-2e) B-H-B bonds.
  • The molecule contains four terminal B-H bonds that lie in a single plane along with the two boron atoms.
  • The two bridging hydrogen atoms lie symmetrically above and below this nodal plane, forming two banana bonds.
  • The hybridization of each boron atom in diborane is sp3, utilizing three hybrid orbitals for normal bonds and one for the bridge.
  • डाइबोरेन (B2H6) में 12 संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं और इसमें तीन-केंद्रित द्वि-इलेक्ट्रॉन (3c-2e) B-H-B सेतु बंध शामिल होते हैं।
  • अणु में चार टर्मिनल B-H बंध होते हैं जो दो बोरॉन परमाणुओं के साथ एक ही तल में स्थित होते हैं।
  • दो सेतु हाइड्रोजन परमाणु इस नोडल तल के ऊपर और नीचे सममित रूप से स्थित होते हैं, जो दो 'बनाना बॉन्ड' (banana bonds) बनाते हैं।
  • डाइबोरेन में प्रत्येक बोरॉन परमाणु का संकरण (hybridization) sp3 होता है, जिसमें तीन संकरित कक्षकों का उपयोग सामान्य बंधों के लिए और एक का उपयोग सेतु के लिए किया जाता है।

Wade's Rules and Structural Classification वेड के नियम और संरचनात्मक वर्गीकरण (Wade's Rules and Structural Classification)

  • Closoboranes have the general formula [BnHn]2- and correspond to (n + 1) skeletal electron pairs.
  • Nidoboranes follow the formula BnHn+4 and possess (n + 2) skeletal electron pairs, representing a deltahedron with one vertex missing.
  • Arachnaboranes have the formula BnHn+6 and require (n + 3) skeletal electron pairs, corresponding to a framework missing two vertices.
  • Hypoboranes possess (n + 4) skeletal electron pairs with the empirical formula BnHn+8.
  • क्लोसोबोरेन (Closoboranes) का सामान्य सूत्र [BnHn]2- होता है और ये (n + 1) कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों के अनुरूप होते हैं।
  • निडोबोरेन (Nidoboranes) सूत्र BnHn+4 का पालन करते हैं और इनमें (n + 2) कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्म होते हैं, जो एक ऐसे डेल्टाहेड्रॉन (deltahedron) का प्रतिनिधित्व करते हैं जिसमें एक शीर्ष (vertex) गायब होता है।
  • अरेकनोबोरेन (Arachnaboranes) का सूत्र BnHn+6 होता है और इन्हें (n + 3) कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों की आवश्यकता होती है, जो दो शीर्षों के गायब होने वाले ढांचे के अनुरूप है।
  • हाइपोबोरेन (Hypoboranes) में (n + 4) कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्म होते हैं जिनका अनुभवजन्य सूत्र BnHn+8 है।

Preparation and Chemical Reactions of Boranes बोरेन की तैयारी और रासायनिक अभिक्रियाएं (Preparation and Chemical Reactions of Boranes)

  • Diborane is synthesized industrially by treating boron trifluoride with lithium aluminum hydride: 4BF3 + 3LiAlH4 → 2B2H6 + 3LiF + 3AlF3.
  • In the laboratory, diborane is prepared by oxidizing sodium borohydride with iodine: 2NaBH4 + I2 → B2H6 + 2NaI + H2.
  • Boranes are extremely reactive and undergo spontaneous ignition in air releasing large amounts of heat: B2H6 + 3O2 → B2O3 + 3H2O.
  • Reaction with Lewis bases like ammonia initially yields an addition compound [H2B(NH3)2]+[BH4]-, which upon pyrolysis forms borazine (B3N3H6).
  • डाइबोरेन का औद्योगिक संश्लेषण बोरॉन ट्राइफ्लोराइड को लिथियम एल्युमीनियम हाइड्राइड के साथ उपचारित करके किया जाता है: 4BF3 + 3LiAlH4 → 2B2H6 + 3LiF + 3AlF3।
  • प्रयोगशाला में, डाइबोरेन को सोडियम बोरोहाइड्राइड को आयोडीन के साथ ऑक्सीकृत करके तैयार किया जाता है: 2NaBH4 + I2 → B2H6 + 2NaI + H2।
  • बोरेन अत्यधिक अभिक्रियाशील होते हैं और हवा में स्वतः प्रज्वलित होकर भारी मात्रा में ऊष्मा छोड़ते हैं: B2H6 + 3O2 → B2O3 + 3H2O।
  • अमोनिया जैसे लुईस क्षारों (Lewis bases) के साथ अभिक्रिया शुरू में एक योगात्मक यौगिक [H2B(NH3)2]+[BH4]- प्रदान करती है, जो पाइरोलिसिस (pyrolysis) पर बोराजीन (B3N3H6) बनाती है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
General Formula for Closoboranes क्लोसोबोरेन का सामान्य सूत्र (General Formula for Closoboranes)
[BnHn]2-
Conditions: Closed polyhedron with n vertices
शर्तें: n शीर्षों वाला बंद पॉलीहेड्रॉन
इकाइयाँ: लागू नहीं
General Formula for Nidoboranes निडोबोरेन का सामान्य सूत्र (General Formula for Nidoboranes)
BnHn+4
Conditions: Open polyhedron missing one vertex
शर्तें: खुला पॉलीहेड्रॉन जिसमें एक शीर्ष गायब है
इकाइयाँ: लागू नहीं
General Formula for Arachnaboranes अरेकनोबोरेन का सामान्य सूत्र (General Formula for Arachnaboranes)
BnHn+6
Conditions: More open polyhedron missing two vertices
शर्तें: अधिक खुला पॉलीहेड्रॉन जिसमें दो शीर्ष गायब हैं
इकाइयाँ: लागू नहीं
General Formula for Hyphoboranes हाइपोबोरेन का सामान्य सूत्र (General Formula for Hyphoboranes)
BnHn+8
Conditions: Highly open structure missing three vertices
शर्तें: अत्यधिक खुली संरचना जिसमें तीन शीर्ष गायब हैं
इकाइयाँ: लागू नहीं
Wade's Rule Skeletal Electron Pair Count वेड के नियम के अनुसार कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्म गणना (Wade's Rule Skeletal Electron Pair Count)
n = (Total valence electrons - 2x) / 2
Conditions: For BxHy clusters where x is number of vertices
शर्तें: BxHy क्लस्टर के लिए जहाँ x शीर्षों की संख्या है
इकाइयाँ: लागू नहीं
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Simple hydrides of group 13 elements form polymeric or covalent molecules with standard 2c-2e bonds.समूह 13 तत्वों के सरल हाइड्राइड सामान्य 2c-2e बंधों के साथ बहुलक या सहसंयोजक अणु बनाते हैं।

Observation: Boron forms electron-deficient hydrides (boranes) with 3c-2e bridge bonds. — Small size and high electronegativity of boron compared to other group 13 elements favor multi-center bonding to achieve stable electron configurations. प्रेक्षण: बोरॉन 3c-2e सेतु बंधों के साथ इलेक्ट्रॉन-न्यून हाइड्राइड (बोरेन) बनाता है। बोरॉन का छोटा आकार और उच्च विद्युत ऋणात्मकता (electronegativity) स्थिर इलेक्ट्रॉन विन्यास प्राप्त करने के लिए बहु-केंद्रित आबंधन का समर्थन करती है।

Exceptionअपवाद Hydrides of non-metals are typically stable toward moisture and air at room temperature.अधातुओं के हाइड्राइड आमतौर पर कमरे के तापमान पर नमी और हवा के प्रति स्थिर होते हैं।

Observation: Lower boranes like B2H6 are pyrophoric and catch fire spontaneously in moist air. — High thermodynamic instability combined with severe electron deficiency makes them extremely susceptible to nucleophilic attack by oxygen and water. प्रेक्षण: निम्न बोरेन जैसे B2H6 पायरोफोरिक (pyrophoric) होते हैं और नम हवा में स्वतः आग पकड़ लेते हैं। उच्च ऊष्मागतिक अस्थिरता और गंभीर इलेक्ट्रॉन कमी उन्हें ऑक्सीजन और पानी द्वारा न्यूक्लियोफिलिक हमले के प्रति अत्यधिक संवेदनशील बनाती है।

Exceptionअपवाद Reaction of B2H6 with excess ammonia yields simple coordination complexes.B2H6 की अतिरिक्त अमोनिया के साथ अभिक्रिया सरल समन्वय संकुल (coordination complexes) देती है।

Observation: Pyrolysis of the diammoniate of diborane yields borazine (inorganic benzene) rather than simple adducts. — Elimination of hydrogen gas at elevated temperatures drives the condensation of the ionic intermediate into a cyclic B-N aromatic ring. प्रेक्षण: डाइबोरेन के डायमोनेट का पाइरोलिसिस सरल एडक्ट्स के बजाय बोराजीन (अकार्बनिक बेंजीन) देता है। उच्च तापमान पर हाइड्रोजन गैस का निष्कासन आयनिक मध्यवर्ती को चक्रीय B-N सुगंधित वलय में संघनित करता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Wade's Rule Quick Countवेड के नियम की त्वरित गणना
Closo = n+1, Nido = n+2, Arachno = n+3, Hypo = n+4

Application: Count skeletal electron pairs by taking total valence electrons of (B + H + negative charge - 2n) and dividing by 2. अनुप्रयोग: (B + H + ऋणात्मक आवेश - 2n) के कुल संयोजी इलेक्ट्रॉनों को लेकर और 2 से विभाजित करके कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों की गणना करें।

Hydrogen Count Memory Trickहाइड्रोजन गणना स्मृति ट्रिक
[BnHn]2- → n+4 → n+6 → n+8

Application: Remember the sequence Closo (n, charge -2), Nido (n+4), Arachno (n+6), Hypo (n+8) for neutral borane series. अनुप्रयोग: तटस्थ बोरेन श्रृंखला के लिए Closo (n, आवेश -2), Nido (n+4), Arachno (n+6), Hypo (n+8) अनुक्रम याद रखें।

Diborane Structure Mnemonicडाइबोरेन संरचना स्मृति सहायक
4 + 2 = 6

Application: 4 terminal H atoms and 2 bridging H atoms make up the 6 total hydrogens in B2H6. अनुप्रयोग: 4 टर्मिनल H परमाणु और 2 सेतु H परमाणु मिलकर B2H6 में कुल 6 हाइड्रोजन बनाते हैं।

⚖️ Structural Classes of Boranes ⚖️ बोरेन के संरचनात्मक वर्ग
Structural Classसंरचनात्मक वर्गGeneral Formulaसामान्य सूत्रSkeletal Electron Pairsकंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मPolyhedral Geometryपॉलीहेड्रल ज्यामिति
ClosoCloso[BnHn]2-[BnHn]2-n + 1n + 1Closed polyhedron (complete deltahedron)बंद पॉलीहेड्रॉन (पूर्ण डेल्टाहेड्रॉन)
NidoNidoBnHn+4BnHn+4n + 2n + 2Open polyhedron (n vertices occupied, 1 missing)खुला पॉलीहेड्रॉन (n शीर्ष व्याप्त, 1 गायब)
ArachnoArachnoBnHn+6BnHn+6n + 3n + 3More open polyhedron (n vertices occupied, 2 missing)अधिक खुला पॉलीहेड्रॉन (n शीर्ष व्याप्त, 2 गायब)
HypoHypoBnHn+8BnHn+8n + 4n + 4Highly open structure (3 vertices missing)अत्यधिक खुली संरचना (3 शीर्ष गायब)
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Diborane (B2H6) contains two 3c-2e B-H-B bridge bonds and four terminal 2c-2e B-H bonds.
  • Boron exhibits sp3 hybridization in diborane.
  • Wade's rules are used to predict the skeletal geometries of boranes and heteroboranes based on skeletal electron pairs.
  • Borazine (B3N3H6) is isoelectronic and structurally analogous to benzene.
  • Lower boranes react vigorously with water to yield boric acid and hydrogen gas: B2H6 + 6H2O → 2H3BO3 + 6H2.
  • The reaction of diborane with asymmetric cleavage occurs with tertiary amines, yielding [H2B(NR3)2]+[BH4]-.
  • डाइबोरेन (B2H6) में दो 3c-2e B-H-B सेतु बंध और चार टर्मिनल 2c-2e B-H बंध होते हैं।
  • डाइबोरेन में बोरॉन sp3 संकरण प्रदर्शित करता है।
  • वेड के नियमों का उपयोग कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों के आधार पर बोरेन और हेटरोबोरेन की कंकाल ज्यामिति की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।
  • बोराजीन (B3N3H6) आइसोइलेक्ट्रॉनिक है और संरचनात्मक रूप से बेंजीन के समान है।
  • निम्न बोरेन पानी के साथ तेजी से अभिक्रिया करके बोरिक एसिड और हाइड्रोजन गैस देते हैं: B2H6 + 6H2O → 2H3BO3 + 6H2।
  • तृतीयक एमाइन के साथ डाइबोरेन की अभिक्रिया असममित विदलन (asymmetric cleavage) के साथ होती है, जिससे [H2B(NR3)2]+[BH4]- प्राप्त होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Assuming diborane has a planar structure similar to ethane; it is actually a bridged non-planar structure.
  • Confusing the number of terminal and bridging hydrogen atoms in B2H6.
  • Miscalculating skeletal electron pairs by forgetting to account for negative charges in closo-borane anions.
  • Confusing borazine with benzene in terms of chemical reactivity, as borazine is much more reactive due to polarity in B-N bonds.
  • यह मान लेना कि डाइबोरेन की संरचना इथेन के समान समतलीय है; वास्तव में यह एक सेतुबद्ध गैर-समतलीय संरचना है।
  • B2H6 में टर्मिनल और सेतु हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या को लेकर भ्रमित होना।
  • क्लोसो-बोरेन आयनों में ऋणात्मक आवेशों को ध्यान में रखना भूलकर कंकाल इलेक्ट्रॉन युग्मों की गलत गणना करना।
  • रासायनिक अभिक्रियाशीलता के संदर्भ में बोराजीन को बेंजीन के साथ भ्रमित करना, क्योंकि B-N बंधों में ध्रुवीयता के कारण बोराजीन अधिक अभिक्रियाशील है।