अयुग्मित युग्म

रसायन विज्ञान में, एक अयुग्मित युग्म रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉनो की एक जोड़ी को संदर्भित करता है जो सहसंयोजक बंधन में किसी अन्य परमाणु के साथ साझा नहीं करते और कभी-कभी इसे साझा जोड़ी या गैर-बंधन जोड़ी कहा जाता है। अयुग्मित युग्म परमाणुओं के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन खोल में पाए जाते हैं। लुईस संरचना का उपयोग करके उनकी पहचान की जा सकती है। इसलिए इलेक्ट्रॉन जोड़े को अयुग्मित युग्म माना जाता है यदि दो इलेक्ट्रॉन जोड़े जाते हैं लेकिन रासायनिक बंधन में उपयोग नहीं किए जाते हैं।इस प्रकार, अयुग्मित युग्मों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या और बंधों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणु के चारों ओर संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है।

अयुग्मित युग्म संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन जोड़ी प्रतिकर्षण सिद्धांत (वैस्पर सिद्धांत) में प्रयुक्त एक अवधारणा है जो आणविक ज्यामिति की व्याख्या करती है। उन्हें लुईस अम्ल और क्षार के रसायन विज्ञान में भी संदर्भित किया जाता है। यद्यपि, रसायनज्ञों द्वारा इलेक्ट्रॉनों के सभी गैर-बंधन जोड़े को अयुग्मित युग्म नहीं माना जाता है। उदाहरण संक्रमण धातुएं हैं जहां गैर-संबंध जोड़े आणविक ज्यामिति को प्रभावित नहीं करते हैं और कहा जाता है कि वे त्रिविम रासायनिक रूप से निष्क्रिय हैं। आणविक कक्षीय सिद्धांत में (पूरी तरह से विस्थानित विहित आणविक कक्षीय या किसी रूप में स्थानीयकृत), एक अयुग्मित युग्मों की अवधारणा कम विशिष्ट है, क्योंकि एक कक्षीय और लुईस संरचना के घटकों के बीच  सामंजस्य  प्राय: सीधा नहीं होता है।तथापि, अधिकृत गैर-बंधन कक्षा (या अधिकतर गैर-बंधन चरित्र की कक्षा) को प्राय: अयुग्मित युग्मके रूप में पहचाना जाता है।

नाइट्रोजन समूह में परमाणुओं के साथ एक अयुग्मित युग्म पाया जा सकता है, जैसे अमोनिया में नाइट्रोजन। काल्कोजन समूह में परमाणुओं के साथ दो अयुग्मित युग्म पाए जा सकते हैं, जैसे जल में ऑक्सीजन। हलोजन तीन अयुग्मित युग्म ले जा सकते हैं, जैसे हाइड्रोजन क्लोराइड में।

वैस्पर सिद्धांत में, जल में ऑक्सीजन परमाणु पर इलेक्ट्रॉन जोड़े टेट्राहेड्रॉन के कोने बनाते हैं, जिसमें चार में से दो कोने पर अयुग्मित युग्म होते हैं।H–O–H बंधन कोण 104.5 डिग्री है, जो टेट्राहेड्रल कोण के लिए अनुमानित 109 डिग्री से कम है, और इसे अयुग्मित युग्म के बीच प्रतिकारक पारस्परिक क्रिया से समझाया जा सकता है।

अयुग्मित युग्म की उपस्थिति के लिए विभिन्न कम्प्यूटेशनल मानदंड प्रस्तावित किए गए हैं। जबकि इलेक्ट्रॉन घनत्व ρ(r) स्वयं सामान्यतः इस संबंध में उपयोगी मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है, इलेक्ट्रॉन घनत्व का लाप्लास ऑपरेटर अर्थपूरण है, और अयुग्मित युग्मों के स्थान के लिए एक मानदंड है जहां L(r)  = -∇2ρ(r) एक स्थानीय अधिकतम है। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता V(r) का न्यूनतम एक अन्य प्रस्तावित मानदंड है।तथापि एक अन्य इलेक्ट्रॉन स्थानीयकरण कार्य (ईएलएफ) पर विचार करता है।

कोण परिवर्तन
जोड़े प्राय: अपने उच्च आवेश घनत्व के साथ एक नकारात्मक रासायनिक ध्रुवीयता प्रदर्शित करते हैं और इलेक्ट्रॉनों के बंधन जोड़े की तुलना में औसतन परमाणु नाभिक के करीब स्थित होते हैं। एक अयुग्मित युग्म की उपस्थिति उनके उच्च विद्युत आवेश के कारण, इलेक्ट्रॉनों के बंधन जोड़े के बीच बंधन कोण को कम कर देती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के बीच बहुत अधिक प्रतिकर्षण होता है। वे एक मूल बंधन के निर्माण में भी सम्मिलित हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोनियम H3O+) आयन का निर्माण (तब होता है जब अम्ल जल में घुल जाता है और ऑक्सीजन परमाणु द्वारा हाइड्रोजन आयन को एक अयुग्मित युग्म दान करने के कारण होता है।

इसे और अधिक स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है जब इसे दो और सामान्य अणुओं में देखा जाए। उदाहरण के लिए, कार्बन डाईऑक्साइड में (CO2), ऑक्सीजन परमाणु कार्बन परमाणु (रैखिक आणविक ज्यामिति) के विपरीत दिशा में होते हैं, जबकि जल में (H2O) हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच का कोण 104.5° (तुला आणविक ज्यामिति) है। ऑक्सीजन परमाणु के दो अयुग्मित युग्म का प्रतिकारक बल हाइड्रोजन परमाणुओं को और दूर धकेलता है, जब तक कि हाइड्रोजन परमाणु पर सभी इलेक्ट्रॉनों का बल साम्य संतुलन में न हो। यह वैस्पर सिद्धांत का एक उदाहरण है।

द्विध्रुव आघूर्ण
अयुग्मित युग्म अणु के आणविक द्विध्रुव आघूर्ण में योगदान कर सकते हैं। NH3 1.42 D का एक द्विध्रुव आघूर्ण है। चूंकि नाइट्रोजन (3.04) की वैद्युतीयऋणात्मकता हाइड्रोजन (2.2) की तुलना में अधिक है, इसका परिणाम यह है कि N-H बँध नाइट्रोजन परमाणु पर एक शुद्ध नकारात्मक आवेश और एक छोटे शुद्ध सकारात्मक आवेश के साथ ध्रुवीय हैं। अयुग्मित युग्म के साथ एक द्विध्रुव भी जुड़ा हुआ है और यह अमोनिया के आणविक द्विध्रुव आघूर्ण में ध्रुवीय सहसंयोजक N-H बंधों द्वारा किए गए योगदान को पुष्ट करता है।NH3 के विपरीत, NF3 का बहुत कम द्विध्रुव आघूर्ण 0.234 D है। फ्लोरीन नाइट्रोजन की तुलना में अधिक वैद्युतीय ऋणात्मक है और N-F बंधों का  द्विध्रुव  अमोनिया में N-H बंधों के विपरीत है, जिससे कि अयुग्मित युग्म के कारण द्विध्रुव N-F बंध द्विध्रुव का विरोध करता है, जिसके परिणामस्वरूप कम आणविक द्विध्रुव आघूर्ण होता है।

स्टीरियोजेनिक लोन जोड़े
एक अयुग्मित युग्म एक अणु में किरेलिटी के अस्तित्व में योगदान कर सकता है, जब एक परमाणु से जुड़े तीन अन्य समूह अलग-अलग होते हैं। प्रभाव कुछ अमाइन, फॉस्फीन, सल्फोनियम और ऑक्सोनियम आयन, सल्फोक्साइड और यहां तक ​​कि कार्बैनियन में भी देखा जाता है।

प्रतिबिंब का विश्लेषण जहां स्टीरियोजेनिक केंद्र एक अमाइन होता है, सामान्यतः रोक दिया जाता है क्योंकि स्टीरियो केंद्र में नाइट्रोजन व्युत्क्रम के लिए सक्रियण ऊर्जा कम होती है, जो दो त्रिविम समावयवी को कमरे के तापमान पर तेजी से परिवर्तन करने की अनुमति देती है। नतीजतन, इस तरह के चिराल अमाइन को हल नहीं किया जा सकता है, जब तक कि अमीन के समूह चक्रीय संरचना (जैसे ट्रॉगर के क्षार में) में विवश न हों।

असामान्य अयुग्मित युग्म
ns2 के औपचारिक इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण द्विसंयोजी लेड और टिन आयनों के लिए त्रिविम रूप से सक्रियअयुग्मित युग्म की भी उम्मीद की जाती है। ठोस अवस्था में यह PbO और SnO दोनों द्वारा अपनाई गई चतुर्भुज लिथार्ज संरचना में देखे गए विकृत धातु समन्वय का परिणाम है।इन भारी धातुओं का निर्माण ns 2 अयुग्मित युग्म जिन्हें पहले धातु s और p अवस्थाओं के अंतर-परमाणु कक्षीय संकरण के लिए उत्तरदायी ठहराया गया था हाल ही में एक मजबूत आयन निर्भरता दिखाया गया है। आयनों की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं पर यह निर्भरता बता सकती है कि क्यों कुछ द्विसंयोजक लेड और टिन सामग्री जैसे PbS और SnTe अयुग्मित युग्म का कोई त्रिविम रासायनिक प्रमाण नहीं दिखाते हैं और सममित खनिज नमक क्रिस्टल संरचना को अपनाते हैं।

आणविक प्रणालियों में अयुग्मित युग्म भी धातु आयन के चारों ओर लिगेंड के समन्वय में विकृति का कारण बन सकता है। लेड (II) नाइट्रेट के अधिआण्विक जटिल में लेड का अयुग्मित युग्म प्रभाव देखा जा सकता है, और 2007 में एक अध्ययन ने अयुग्मित युग्म को लेड विषाक्तता से जोड़ा। लेड आयन मूल धातु आयनों को कई प्रमुख एंजाइमों में बदल सकते हैं, जैसे कि एएलएडी एंजाइम में जिंक धनायन, जिसे पोर्फोबिलिनोजेन सिंथेज़ के रूप में भी जाना जाता है, और हीम के संश्लेषण में महत्वपूर्ण है, जो ऑक्सीजन ले जाने वाले अणु हीमोग्लोबिन का एक प्रमुख घटक है। हीम संश्लेषण का यह अवरोध लेड विषाक्तता (जिसे सैटर्निज़्म या प्लंबिज़्म भी कहा जाता है) का आणविक आधार प्रतीत होता है।

कम्प्यूटेशनल प्रयोगों से पता चलता है कि यद्यपि समन्वय संख्या कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन में प्रतिस्थापन पर नहीं बदलती है, लेड की शुरूआत इस तरह की उभरती हुई अयुग्मित युग्म को समायोजित करने के लिए खुद को व्यवस्थित करने के तरीके को विकृत करती है: परिणामस्वरूप, ये प्रोटीन अशान्त हैं। यह अयुग्मित युग्म प्रभाव जस्ता बाध्यकारी प्रोटीन के लिए नाटकीय हो जाता है, जैसे कि उपर्युक्त पोर्फोबिलिनोजेन सिंथेस उल्लिखित है, क्योंकि प्राकृतिक क्रियाधार अब बाध्य नहीं हो सकता - उन कारको में प्रोटीन एंजाइम अवरोधक है।

समूह 14 तत्वों (कार्बन समूह) में, अयुग्मित युग्म एकल बंधन (आबंध कोटि 1) की लंबाई को छोटा या लंबा करके स्वयं को प्रकट कर सकते हैं, साथ ही त्रिक बंधन के प्रभावी क्रम में भी कर सकते हैं। साधारण अल्केन्स में कार्बन-कार्बन त्रिक बंध (आबंध कोटि 3) और 180 डिग्री बंध कोणों की एक रैखिक ज्यामिति (संदर्भ में चित्र ए) है। )यद्यपि, समूह में और नीचे(सिलिकॉन, जर्मेनियम, और टिन), औपचारिक त्रिकबंध में एक अयुग्मित युग्म और सिस-ट्रांस समावयवता-तुला ज्यामिति के साथ एक प्रभावी आबंध कोटि 2 होता है (आंकड़ा बी)। ।लेड में, प्रभावी आबंध कोटि एकल बंध के लिए और भी कम हो जाता है, जिसमें प्रत्येक लेड परमाणु के लिए दो अयुग्मित युग्म होते हैं (आंकड़ा सी ). ऑर्गेनोगर्मेनियम यौगिक (संदर्भ में योजना 1) में, जर्मेनियम के खाली 4p कक्षीय के साथ पारस्परिक क्रिया के आधार पर, लुईस अम्ल आइसोनाइट्रील (या आइसोसाइनाइड) सी-एन समूहों के जटिलता के साथ प्रभावी आबंध कोटि भी 1 है।



एकाधिक अयुग्मित युग्म के लिए अलग-अलग विवरण
प्रारंभिक रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रमों में, जल के अयुग्मित युग्म को खरगोश के कान के रूप में वर्णित किया जाता है: लगभग एसपी3 संकरण के दो समकक्ष इलेक्ट्रॉन जोड़े, जबकि HOH बंध कोण 104.5° है, जो आर्ककोस (-1/3) ≈ 109.47° के आदर्श चतुष्फलकीय कोण से थोड़ा छोटा है। छोटे बंधन कोण को दो बंधन जोड़े की तुलना में दो समान अयुग्मित युग्म के लिए एक बड़ी जगह की आवश्यकता बताते हुए वैस्पर सिद्धांत द्वारा युक्ति संगत बनाया गया है। अधिक उन्नत पाठ्यक्रमों में, इस घटना के लिए एक वैकल्पिक व्याख्या समसंयोजक संकरण के सिद्धांत का उपयोग करके अतिरिक्त s वर्ण वाले कक्षकों की अधिक स्थिरता पर विचार करती है, जिसमें सपा के साथ बँधऔर अयुग्मित युग्मका निर्माण किया जा सकता है।x संकर जिसमें x के गैर-अभिन्न मूल्यों की अनुमति है, जब तक कि s और p वर्ण की कुल मात्रा संरक्षित है (दूसरी-पंक्ति p-ब्लॉक तत्वों के मामले में एक s और तीन p ऑर्बिटल्स)।

In elementary chemistry courses, the lone pairs of water are described as "rabbit ears": two equivalent electron pairs of approximately sp3 hybridization, while the HOH bond angle is 104.5°, slightly smaller than the ideal tetrahedral angle of arccos(–1/3) ≈ 109.47°. The smaller bond angle is rationalized by VSEPR theory by ascribing a larger space requirement for the two identical lone pairs compared to the two bonding pairs. In more advanced courses, an alternative explanation for this phenomenon considers the greater stability of orbitals with excess s character using the theory of isovalent hybridization, in which bonds and lone pairs can be constructed with spx hybrids wherein nonintegral values of x are allowed, so long as the total amount of s and p character is conserved (one s and three p orbitals in the case of second-row p-block elements).

इस तस्वीर में बंधन जोड़े और जल केअयुग्मित युग्म बनाने के लिए प्रयुक्त ऑक्सीजन ऑर्बिटल्स के संकरण का निर्धारण करने के लिए, हम सूत्र 1 + x cos θ = 0 का उपयोग करते हैं, जो बंधन कोण θ को संकरण सूचकांक x से संबंधित करता है। इस सूत्र के अनुसार, O-H बंधों को ~sp के O बंध कक्षकों से निर्मित माना जाता है4.0 संकरण (~80% p वर्ण, ~20% s वर्ण), जो ~sp के O अकेले युग्म कक्षकों को पीछे छोड़ देता है2.3 संकरण (~70% p वर्ण, ~30% s वर्ण)। आदर्श सपा से ये विचलन3 टेट्राहेड्रल ज्यामिति के लिए संकरण (75% p वर्ण, 25% s वर्ण) बेंट के नियम के अनुरूप हैं: अयुग्मित युग्म बंधन जोड़े की तुलना में केंद्रीय परमाणु के करीब अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व का स्थानीयकरण करते हैं; इसलिए,अयुग्मित युग्म बनाने के लिए अतिरिक्त s वर्ण वाले ऑर्बिटल्स का उपयोग (और, परिणामस्वरूप, अतिरिक्त p वर्ण वाले बॉन्डिंग जोड़े बनाने के लिए) ऊर्जावान रूप से अनुकूल है।

यद्यपि, सिद्धांतकार प्राय: जल का एक वैकल्पिक विवरण पसंद करते हैं जो आणविक तल के संबंध में समरूपता के अनुसार जल के अयुग्मित युग्मको अलग करता है। इस मॉडल में, अलग-अलग समरूपता रखने वाले जल के दो ऊर्जावान और ज्यामितीय रूप से अलग-अलग जोड़े हैं: आणविक विमान के संबंध में एक (σ) इन-प्लेन और सममित और दूसरा (π) आणविक के संबंध में लंबवत और विरोधी सममित है। विमान। σ-समरूपता अकेला युग्म (σ(आउट)) एक संकर कक्षीय से बनता है जो 2s और 2p वर्णों को मिलाता है, जबकि π-समरूपता अकेला युग्म (p) अनन्य 2p कक्षीय पितृत्व का है। एस चरित्र समृद्ध ओ σ (बाहर) अयुग्मित युग्मों कक्षीय (यह भी नोट किया गया हैO(σ)) एक ~sp है0.7 हाइब्रिड (~40% p कैरेक्टर, 60% s कैरेक्टर), जबकि p लोन पेयर ऑर्बिटल (नोटेड n भीO(π)) में 100% p अक्षर होते हैं।

दोनों मॉडल मूल्य के हैं और एक ही कुल इलेक्ट्रॉन घनत्व का प्रतिनिधित्व करते हैं, एकात्मक परिवर्तन से संबंधित कक्षाओं के साथ। इस मामले में, हम रैखिक संयोजन h = c लेकर दो समतुल्य एकाकी युग्म संकर कक्षक h और h' का निर्माण कर सकते हैं।1σ (आउट) + सी2p और h' = c1σ(बाहर) - सी2p गुणांकों के उपयुक्त विकल्प के लिए c1 और सी2. जल के रासायनिक और भौतिक गुणों के लिए जो अणु के समग्र इलेक्ट्रॉन वितरण पर निर्भर करते हैं, h और h' का उपयोग उतना ही मान्य है जितना कि σ(out) और p का उपयोग। कुछ मामलों में, ऐसा दृश्य सहज रूप से उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, एनोमेरिक प्रभाव के लिए स्टीरियोइलेक्ट्रॉनिक आवश्यकता को समतुल्य अयुग्मित युग्म का उपयोग करके युक्तिसंगत बनाया जा सकता है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉन घनत्व का समग्र दान है जो कि एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल में मायने रखता है। σ/π अलगअयुग्मित युग्म का उपयोग कर एक वैकल्पिक उपचार भी मान्य है, लेकिन इसके लिए n को अधिकतम करने के बीच संतुलन बनाने की आवश्यकता हैO(π)-σ* ओवरलैप (अधिकतम 90° डायहेड्रल कोण पर) और nO(σ)-σ* ओवरलैप (अधिकतम 0° डायहेड्रल कोण पर), एक समझौता जो इस निष्कर्ष की ओर ले जाता है कि एक गौचे कन्फॉर्मेशन (60° डायहेड्रल कोण) सबसे अनुकूल है, वही निष्कर्ष जो समतुल्य अयुग्मित युग्ममॉडल अधिक सीधे तरीके से युक्तिसंगत बनाता है। इसी तरह, इन क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों की बढ़ती उपलब्धता के प्रतिबिंब के रूप में, जल के हाइड्रोजन बंध खरगोश के कानों के जोड़े की दिशा में बनते हैं। यह दृश्य कम्प्यूटेशनल रूप से समर्थित है।  हालाँकि, क्योंकि केवल सममिति-अनुकूलित कैनोनिकल ऑर्बिटल्स में शारीरिक रूप से सार्थक ऊर्जाएँ होती हैं, घटनाएँ जो व्यक्तिगत ऑर्बिटल्स की ऊर्जाओं से संबंधित होती हैं, जैसे कि फोटोकैमिकल रिएक्टिविटी या प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी, सबसे आसानी से σ और π लोन जोड़े का उपयोग करके समझाया जाता है जो आणविक समरूपता का सम्मान करते हैं।.

वैस्पर सिद्धांत की लोकप्रियता के कारण, जल केअयुग्मित युग्म का उपचार समकक्ष के रूप में परिचयात्मक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रमों में प्रचलित है, और कई अभ्यास करने वाले रसायनज्ञ इसे एक उपयोगी मॉडल के रूप में मानते हैं। कीटोन के कार्बोनिल ऑक्सीजन परमाणु पर दो अयुग्मित युग्मों का वर्णन करते समय ऐसी ही स्थिति उत्पन्न होती है। यद्यपि, संबंध सिद्धांत और शिक्षाशास्त्र के दृष्टिकोण से समरूपता-अनुकूलित ऑर्बिटल्स से समकक्ष ऑर्बिटल्स प्राप्त करने के लिए यह वैचारिक रूप से उपयोगी है या नहीं, यह सवाल अभी भी एक विवादास्पद है, जिसमें हाल के (2014 और 2015) लेख विरोध कर रहे हैं। और समर्थन कर रहा है अभ्यास।

यह भी देखें

 * समन्वय परिसर
 * HOMO और LUMO (उच्चतम अधिकृत आणविक कक्षीय और निम्नतम खाली आणविक कक्षीय)
 * निष्क्रिय-जोड़ी प्रभाव
 * लिगेंड
 * साझा जोड़ी