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 बंधन देते हैं। इसके विपरीत, आणविक कक्षीय सिद्धांत में कक्षीय होती हैं जो पूरे अणु को कवर 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। और परमाणु भार तत्वों को संयोजित करने पर काम करता है, और यह तब तक परमाणु भार के बजाय तत्वों के लिए समान भार के व्यापक उपयोग से बाधित था।

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 बांड 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। अक्सर, संबंध परमाणु कक्षीय में कई संभावित प्रकार के  कक्षीय का चरित्र होता है। बंधन के लिए उचित चरित्र के साथ परमाणु कक्षीय प्राप्त करने के तरीकों 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 तरीके 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 π कक्षक  के  प्रचक्रण युग्मन के कारण देखता है|

यह अनिवार्य रूप से अभी भी फ्रेडरिक अगस्त केकुले वॉन स्ट्राडोनित्ज़ और जेम्स देवर संरचनाओं के बीच अनुनाद का पुराना विचार है। इसके विपरीत, आणविक कक्षीय सिद्धांत सुगंधितता को के निरूपण के रूप में देखता है π-इलेक्ट्रॉन। संयोजकता  बंध उपचार अपेक्षाकृत छोटे अणुओं तक सीमित हैं, मुख्य रूप से संयोजकता  बंध  कक्षीय और संयोजकता  बंध संरचनाओं के बीच ऑर्थोगोनैलिटी की कमी के कारण, जबकि आणविक  कक्षीय ऑर्थोगोनल हैं। दूसरी ओर, संयोजकता बंधन सिद्धांत इलेक्ट्रॉनिक आवेश के पुनर्गठन की एक अधिक सटीक तस्वीर प्रदान करता है जो तब होता है जब रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान बांड टूट जाते हैं और बनते हैं। विशेष रूप से, संयोजकता  बंध सिद्धांत होमोन्यूक्लियर डायटोमिक अणुओं के अलग-अलग परमाणुओं में पृथक्करण की भविष्यवाणी करता है, जबकि सरल आणविक कक्षीय सिद्धांत परमाणुओं और आयनों के मिश्रण में पृथक्करण की भविष्यवाणी करता है। उदाहरण के लिए,  dihydrogen के लिए आणविक कक्षीय कार्य सहसंयोजक और आयनिक संयोजकता  बंध संरचनाओं का एक समान मिश्रण है और इसलिए गलत तरीके से भविष्यवाणी करता है कि अणु हाइड्रोजन परमाणुओं और हाइड्रोजन सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के बराबर मिश्रण में अलग हो जाएगा।

आधुनिक संयोजकता बंधन सिद्धांत अतिव्यापी परमाणु कक्षकों को अतिव्यापी संयोजकता बंधन कक्षकों द्वारा प्रतिस्थापित करता है जो बड़ी संख्या में आधार सेट (रसायन विज्ञान)  पर विस्तारित होते हैं, या तो एक परमाणु पर एक शास्त्रीय संयोजकता बंधन चित्र देने के लिए केंद्रित होते हैं, या अणु में सभी परमाणुओं पर केंद्रित होते हैं।. परिणामी ऊर्जा गणनाओं से ऊर्जा के साथ अधिक प्रतिस्पर्धी होती है जहां एक हार्ट्री-फॉक संदर्भ तरंग के आधार पर इलेक्ट्रॉन सहसंबंध  पेश किया जाता है। सबसे हालिया पाठ शैक और हाइबर्टी का है।

आवेदन
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 बंधन गठन की व्याख्या करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण के लिए, F. के मामले में2 अणु, F−F बंधन p. के अतिव्यापन द्वारा बनता हैz दो F परमाणुओं के कक्षक, प्रत्येक में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। चूँकि H. में अतिव्यापी कक्षकों की प्रकृति भिन्न होती है2 और एफ2 अणु, बंधन शक्ति और बंधन की लंबाई H. के बीच भिन्न होती है2 और एफ2 अणु।

एक एचएफ अणु में सहसंयोजक बंधन एच के 1s कक्षीय और 2p. के अतिव्यापी द्वारा बनता हैz F का कक्षक, प्रत्येक में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। एच और एफ के बीच इलेक्ट्रॉनों के पारस्परिक बंटवारे के परिणामस्वरूप एचएफ में एक सहसंयोजक बंधन होता है।

आधुनिक शास्त्रीय संयोजकता बंधन सिद्धांत का उपयोग करते हुए, पाटिल और भानागे ने दिखाया है कि प्रोटिक आयनिक तरल पदार्थों के धनायन-आयन इंटरफ़ेस में चार्ज शिफ्ट बंध चरित्र होता है।

यह भी देखें

 * आधुनिक संयोजकता बंधन सिद्धांत
 * संयोजकता बांड कार्यक्रम