संयोजकता बंध सिद्धांत

रसायन विज्ञान में, संयोजकता बंध (VB) सिद्धांत दो मूलभूत सिद्धांतों में से एक है,जिसमें आणविक कक्षीय (MO) सिद्धांत का विकास किया गया है, जिससे रासायनिक बंध की व्याख्या की जा सके। यहाँ इस बात पर ध्यान केंद्रित किया जाता है कि पृथक परमाणुओं के परमाणु कक्षीय किस प्रकार एक अणु के बनने पर अलग-अलग रासायनिक बंध देते हैं। इसके विपरीत, आणविक कक्षीय सिद्धांत में कक्षीय होती हैं जो पूरे अणु को निहित करते हैं।

इतिहास
लोथर मेयर ने अपनी 1864 की पुस्तक, डाई मॉडर्नन थियोरियन डेर केमी में, 28 तत्वों वाली आवर्त सारणी का प्रारंभिक संस्करण दिया, जिसमें तत्वों को उनकी  संयोजकता द्वारा समूहों में वर्गीकृत किया तथा पहली बार तत्वों को उनकी संयोजकता के अनुसार समूहीकृत किया गया था। तथा परमाणु भार तत्वों को संयोजित करने पर काम करता है, और तब तक तत्वों के लिए परमाणु भार के अतिरिक्त समतुल्य भार के व्यापक उपयोग से बाधा उत्पन्न हुई थी।

1916 में जी. एन. लेविस ने प्रस्ताव किया था कि अणुओं को लेविस संरचना के रूप में प्रस्तुत करने के साथ दो साझा बंधन इलेक्ट्रानों के परस्पर क्रिया से एक रासायनिक बंध का निर्माण होता है। सन् 1921 में केमिस्ट चार्ल्स रगले बरी ने सुझाव दिया कि एक शेल में आठ और अठारह इलेक्ट्रॉन स्थिर विन्यास बनाते हैं। बरी ने प्रस्तावित किया कि संक्रमण कालीन तत्वों में इलेक्ट्रॉन विन्यास उनके बाहरी कक्ष में संयोजकता इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर करता है। 1916 में, कोसेल ने आयोनिक बंध (ऑक्टेट नियम) के अपने सिद्धांत को को आगे बढ़ाया, इसके साथ ही उसी वर्ष गिल्बर्ट एन लेविस द्वारा ऑक्टेट नियम को स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ाया गया।   वाल्थर कोसेल ने लुईस के समान एक सिद्धांत कोप्रस्तुत किया, केवल उनके मॉडल ने परमाणुओं के बीच पूर्ण इलेक्ट्रानों का स्थानांतरण किया, और इस प्रकार आयनिक बंधन का एक मॉडल बन गया। लेविस और कोसल दोनों ने अपने बंधन मॉडल को एबेग के नियम (1904) के आधार पर संरचित किया।

यद्यपि परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था के लिए रसायन विज्ञान या क्वांटम यांत्रिकी में कोई गणितीय सूत्र नहीं है, फिर भी हाइड्रोजन परमाणु को श्रोडिंगर समीकरण और मैट्रिक्स यांत्रिकी समीकरण द्वारा 1925 में व्युत्पन्न किया जा सकता है। लेकिन केवल हाइड्रोजन के लिए ही सन 1927 में हिटलर ने लंदन के सिद्धांत का निर्माण किया गया जो कि पहली बार क्वांटम यांत्रिक तत्वों पर आधारित हाइड्रोजन अणु H2 के बंधन गुणों की गणना करने में समर्थ हुआ.विशेष रूप से, वाल्टर हिटलर  ने यह निर्धारित किया कि कैसे दो हाइड्रोजन परमाणु तरंगों को एक सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए धनात्मक, ऋणात्मक और  विनिमयी प्रकीर्णन के साथ जुड़ने के लिए श्रोडिंगर तरंग समीकरण (1926) का प्रयोग किया गया। इसके बाद उन्होंने अपने सहयोगी फ्रिज लंदन को बुलाया और रात के दौरान इस सिद्धांत का विवरण तैयार किया। बाद में,  लिनुस पॉलिंग ने वीबी (VB) सिद्धांत में दो अन्य प्रमुख अवधारणाओं को विकसित करने के लिए हिटलर-लंदन सिद्धांत के साथ लुईस के युग्म बंधन विचारों का उपयोग किया  अनुनाद (1928) और  कक्षीय संकरण (1930)  चार्ल्स कॉल्सन के अनुसार, 1952 पुस्तक वैलेंस के लेखक का, यह काल "आधुनिक" संयोजकता बंध सिद्धांत की शुरुआत का प्रतीक है, जो पुराने संयोजकता बंध सिद्धांत के विपरीत है, जो पूर्व-यांत्रिक शब्दावली में उल्लेखित संयोजकता के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत हैं।

लाइनस पॉलिंग ने 1931 में मांडल संयोजकता बंध सिद्धांत पर "रासायनिक बंध की प्रकृति परअपना लैंडमार्क पेपर प्रकाशित किया।, इस लेख पर आधारित पोलिंग ने 1939 की पाठ्य पुस्तकें लिखी हैं। लाइनस पॉलिंग ने 1931 में मांडल संयोजकता बंध सिद्धांत पर "रासायनिक बंध की प्रकृति परअपना लैंडमार्क पेपर प्रकाशित किया।, इस लेख पर आधारित पोलिंग ने 1939 की पाठ्य पुस्तकें लिखी हैं। इस पुस्तक ने रसायन शास्त्र पर क्वांटम सिद्धांत के प्रभाव को समझने में प्रयोगात्मक रसायनज्ञों की सहायता की है। लेकिन 1959 के बाद के संस्करण में आणविक कक्षीय सिद्धांत द्वारा बेहतर समझी जाने वाली समस्याओं का समाधान करने में असफल रहे। 1960 और 1970 के दशक में आणविक कक्षीय सिद्धांत के प्रभाव में कमी आई क्योंकि बड़े अंकीय अभिकलित्र क्रमादेश में इसे लागू किया गया। 1980 के दशक से अभिकलित्र क्रमादेश में संयोजकता बंध सिद्धांत के कार्यान्वयन की समस्याएं काफी हद तक सुलझ चुकी हैं और संयोजकता बंध सिद्धांत बंध सिद्धांत ने पुनरुत्थान देखा है।

सिद्धांत
इस सिद्धांत के अनुसार दो परमाणुओं के बीच एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन युक्त प्रत्येक परमाणु के 'आधे भरे हुए संयोजकता परमाणु कक्षकों के अतिव्यापन द्वारा एक सहसंयोजक बंध बनता है। संयोजकता बंध संरचना लुईस संरचना के समान होती है, लेकिन जहां एकल लुईस संरचना नहीं लिखी जा सकती है, वहां कई संयोजकता बंध संरचनाओं का उपयोग किया जाता है। इनमें से प्रत्येक VB संरचना एक विशिष्ट लुईस संरचना का प्रतिनिधित्व करती है। संयोजकता बंधन संरचनाओं का यह संयोजन अनुनाद सिद्धांत का मुख्य बिंदु है। संयोजकता बंध सिद्धांत मानता है कि भाग लेने वाले परमाणुओं के अतिव्यापी परमाणु कक्षीय एक रासायनिक बंध बनाते हैं। यह अतिव्यापी होने के कारण, यह सबसे अधिक  संभावना  है कि  इलेक्ट्रॉनों  को बंधन क्षेत्र में होना चाहिए। संयोजकता बंध सिद्धांत बंध को कमजोर रूप से युग्मित कक्षीय छोटे अतिव्यापन के रूप में देखता है। मूल अवस्था के अणुओं में नियोजित करने के लिए संयोजकता बंध सिद्धांत पर काम करना आसान हो जाता है। बंधों के निर्माण के दौरान  कोर कक्षक  और इलेक्ट्रॉन अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित रहते हैं।

अतिव्यापी परमाणु कक्षक भिन्न हो सकते हैं। दो प्रकार के अतिव्यापी कक्षक सिग्मा और पाई हैं। सिग्मा बंध तब होते हैं जब दो साझा इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय सिर से सिर तक अतिव्यापन करते हैं। पाई बंध तब होते हैं, जब दो कक्षीय समानांतर होने पर अतिव्यापन करते हैं। उदाहरण के लिए, दो एस-कक्षीय इलेक्ट्रॉनों के बीच एक बंध सिग्मा बंधन होता है, क्योंकि दो क्षेत्र सदैव समाक्षीय होते हैं। बंध ऑर्डर के संदर्भ में, सिंगल बंध में एक सिग्मा बंध होता है, डबल बंध में एक सिग्मा बंध और एक पाई बंध होता है, और ट्रिपल बंध में एक सिग्मा बंध और दो पाई बंध होते हैं। चूँकि, बंधन के लिए परमाणु कक्षक संकर हो सकते हैं। अधिकांशता, संबंध परमाणु कक्षीय में कई संभावित प्रकार के कक्षीय का शाब्दिक होता है। बंधन के लिए पर्याप्त शाब्दिक के साथ परमाणु कक्षीय प्राप्त करने के विधि को कक्षीय संकरण कहा जाता है।

आधुनिक दृष्टिकोण
आधुनिक संयोजकता बंध सिद्धांत अब आणविक कक्षीय  सिद्धांत की पूर्ति करता है, जो इस संयोजकता बंध धारणा का पालन नहीं करता है कि इलेक्ट्रॉन जोड़े एक अणु में दो विशिष्ट परमाणुओं के बीच स्थानीयकृत होते हैं, लेकिन वे आणविक कक्षीय के सेट में वितरित होते हैं जो संपूर्ण अणु पर फैल सकते हैं। आण्विक कक्षीय सिद्धांत सरल विधि से चुंबकीय और आयनन गुणों को निर्धारित कर सकता है, जबकि संयोजकता बंध सिद्धांत समान परिणाम देता है लेकिन अधिक जटिल है।  आधुनिक संयोजकता बंध सिद्धांत अणुओं के सुगंधित गुणधर्म को $\pi$ कक्षक  के  प्रचक्रण युग्मन के कारण देखता है|

फ्रेडरिक अगस्ट केूल वॉन स्ट्राडोनिट्ज और जेम्स देवर संरचनाओं के बीच अनुनाद की यही पुरानी कल्पना थी। इसके विपरीत, आणविक कक्षीय सिद्धांत सुगन्धित π-इलेक्ट्रॉनों के निरूपण के रूप में देखता है।संयोजकता बंध उपचार अपेक्षाकृत छोटे अणुओं तक सीमित होते हैं, मुख्य रूप से संयोजकता बंध कक्षीय और संयोजकता बंध संरचनाओं के बीच ऑर्थोगोनैलिटी की कमी के कारण होते हैं, जबकि आणविक कक्षीय लंबकोणीय होते हैं। दूसरी ओर, संयोजकता बंधन सिद्धांत इलेक्ट्रॉनिक आवेश के पुनर्गठन की एक अधिक सटीक तस्वीर प्रदान करता है ये तब होता है जब रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान बंध टूट जाते हैं और बनते हैं। विशेष रूप से, रासायनिक संयोजन बंध सिद्धांत में समन्यूक्लीय द्विपरमाणुक अणुओं का पृथक परमाणुओं में पृथक्करण की परिकल्पना करता है, जबकि सरल आण्विक कक्षीय सिद्धांत परमाणुओं और आयनों के मिश्रण में पृथक्करण की भविष्यवाणी करता है। उदाहरण के लिए, डाइहाइड्रोजन का आणविक कक्षीय कार्य सहसंयोजक और आयनिक संयोजकता बंध संरचनाओं का एक समान मिश्रण है और इसलिए यह गलत तरीके से अनुमान लगाता है कि अणु हाइड्रोजन परमाणुओं और हाइड्रोजन सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के बराबर मिश्रण में बदल जाएगा।

आधुनिक संयोजकता बंधन सिद्धांत अतिव्यापन परमाणु कक्षकों को संयोजकता बंध कक्षकों के अतिव्यापन द्वारा प्रतिस्थापित करता है, जो बड़ी संख्या में मूल फलन  पर विस्तारित होते हैं, और यह परिणामी ऊर्जा परिकलन से ऊर्जा के साथ अधिक प्रतियोगी होती है, जहां एक हार्ट्री-फोकस संदर्भ तरंग फलन के आधार पर इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के रूप में पेश किया जाता है। सबसे हालिया पाठ शैक और हाइबर्टी का है।

अनुप्रयोग
संयोजकता बंधन सिद्धांत का एक महत्वपूर्ण पहलू अधिकतम अतिव्यापन की स्थिति है, जो सबसे मजबूत संभव बंधनों के निर्माण की ओर ले जाता है। इस सिद्धांत का उपयोग कई अणुओं में सहसंयोजक बंध व्यवस्थापन की व्याख्या करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण के लिए F2 अणु के स्थिति में F बंध का निर्माण F−F परमाणुओं के pz कक्षक के ऊपर होता है, जिनमें से प्रत्येक में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। चूँकि अतिव्यापी कक्षकों की प्रकृति H2 और F2 अणुओं में भिन्न होती है, इसलिए बाण्ड की शक्ति और बंध की लंबाई H2 और F2 अणुओं के बीच भिन्न होती है।

एक HF अणु में सहसंयोजक बंध H के 1s कक्षीय और 2pz के अतिव्यापन द्वारा बनता है F का कक्षक, जिनमें से प्रत्येक में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। एच और एफ के बीच इलेक्ट्रॉनों के पारस्परिक बंटवारे के परिणामस्वरूप H और F में एक सहसंयोजक बंध होता है।

आधुनिक शास्त्रीय संयोजकता बंध सिद्धांत का उपयोग करते हुए, पाटिल और भानागे ने दिखाया है कि प्रोटिक आयनिक तरल पदार्थों के धनायन-आयन अंतरापृष्ठ में आवेश विस्थापन बंधन शाब्दिक होता है।

यह भी देखें

 * आधुनिक संयोजकता बंध सिद्धांत
 * संयोजकता बंध कार्यक्रम