अयुग्मित युग्म

रसायन विज्ञान में, एक एकाकी युगल 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। एकाकी युगल 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 एकाकी युगल माना जाता है यदि दो इलेक्ट्रॉन जोड़े जाते हैं लेकिन रासायनिक बंधन में उपयोग नहीं किए जाते हैं।इस प्रकार, एकाकी युग्मों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या और बंधों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणु के चारों ओर संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है।

लोन जोड़ी वैलेंस शेल इलेक्ट्रॉन जोड़ी प्रतिकर्षण सिद्धांत (वीएसईपीआर 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। हालांकि, रसायनज्ञों द्वारा इलेक्ट्रॉनों के सभी गैर-बंधन जोड़े को एकाकी युगल 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 विहित विहित आणविक कक्षीय या किसी रूप में स्थानीयकृत), एक अकेला जोड़ी की अवधारणा कम विशिष्ट है, क्योंकि एक कक्षीय और लुईस संरचना के घटकों के बीच पत्राचार अक्सर सीधा नहीं होता है। फिर भी, अधिकृत गैर-बंधन कक्षा (या अधिकतर गैर-बंधन चरित्र की कक्षा) को अक्सर एकाकी युगल के रूप में पहचाना जाता है।

Lone pair is a concept used in valence shell electron pair repulsion theory (VSEPR theory) which explains the shapes of molecules. They are also referred to in the chemistry of Lewis acids and bases. However, not all non-bonding pairs of electrons are considered by chemists to be lone pairs. Examples are the transition metals where the non-bonding pairs do not influence molecular geometry and are said to be stereochemically inactive. In molecular orbital theory (fully delocalized canonical orbitals or localized in some form), the concept of a lone pair is less distinct, as the correspondence between an orbital and components of a Lewis structure is often not straightforward. Nevertheless, occupied non-bonding orbitals (or orbitals of mostly nonbonding character) are frequently identified as lone pairs.

नाइट्रोजन समूह में परमाणुओं के साथ एक एकाकी युगल पाया जा सकता है, जैसे अमोनिया में नाइट्रोजन। काल्कोजन समूह में परमाणुओं के साथ दो एकाकी युगल पाए जा सकते हैं, जैसे पानी में ऑक्सीजन। हलोजन तीन अकेले जोड़े ले जा सकते हैं, जैसे हाइड्रोजन क्लोराइड में।

वीएसईपीआर सिद्धांत में, पानी में ऑक्सीजन परमाणु पर इलेक्ट्रॉन जोड़े टेट्राहेड्रॉन के कोने बनाते हैं, जिसमें चार में से दो कोने पर अकेले जोड़े होते हैं। एच-ओ-एच बंधन कोण 104.5 डिग्री है, जो टेट्राहेड्रल कोण के लिए अनुमानित 109 डिग्री से कम है, और इसे अकेला जोड़े के बीच प्रतिकारक बातचीत से समझाया जा सकता है। एकल जोड़े की उपस्थिति के लिए विभिन्न कम्प्यूटेशनल मानदंड प्रस्तावित किए गए हैं। जबकि इलेक्ट्रॉन घनत्व ρ(r) स्वयं आम तौर पर इस संबंध में उपयोगी मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है, इलेक्ट्रॉन घनत्व का लाप्लास ऑपरेटर खुलासा कर रहा है, और अकेला जोड़ी के स्थान के लिए एक मानदंड है जहां L(r)  = -∇2ρ(r) एक स्थानीय अधिकतम है। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता वी(आर) का न्यूनतम एक अन्य प्रस्तावित मानदंड है। फिर भी एक अन्य इलेक्ट्रॉन स्थानीयकरण समारोह (ईएलएफ) पर विचार करता है।

कोण परिवर्तन
जोड़े अक्सर 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 अकेले जोड़े 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 शामिल हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोनियम का निर्माण (एच3O+) आयन तब होता है जब एसिड पानी में घुल जाता है और ऑक्सीजन परमाणु द्वारा हाइड्रोजन आयन को एक एकाकी युगल 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 पानी में (H2O) हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच का कोण 104.5° (तुड़ी आणविक ज्यामिति) है। ऑक्सीजन परमाणु के दो एकाकी युगल का प्रतिकारक बल हाइड्रोजन परमाणुओं को और दूर धकेलता है, जब तक कि हाइड्रोजन परमाणु पर सभी इलेक्ट्रॉनों की शक्ति यांत्रिक संतुलन में न हो। यह वीएसईपीआर सिद्धांत का एक उदाहरण है।

द्विध्रुवीय क्षण
एकाकी युगल अणु के आणविक द्विध्रुव आघूर्ण में योगदान कर सकते हैं। अमोनिया|एनएच31.42 डी का एक द्विध्रुवीय क्षण है। चूंकि नाइट्रोजन (3.04) की वैद्युतीयऋणात्मकता हाइड्रोजन (2.2) की तुलना में अधिक है, इसका परिणाम यह है कि एन-एच बांड नाइट्रोजन परमाणु पर एक शुद्ध नकारात्मक चार्ज और एक छोटे शुद्ध सकारात्मक चार्ज के साथ ध्रुवीय हैं। हाइड्रोजन परमाणु। एकल जोड़ी के साथ एक द्विध्रुव भी जुड़ा हुआ है और यह अमोनिया के आणविक द्विध्रुव आघूर्ण में ध्रुवीय सहसंयोजक एन-एच बंधों द्वारा किए गए योगदान को पुष्ट करता है। एनएच के विपरीत3, नाइट्रोजन ट्राइफ्लोराइड | एनएफ30.234 D का बहुत कम द्विध्रुव क्षण है। फ्लोरीन नाइट्रोजन की तुलना में अधिक वैद्युतीयऋणात्मकता है और N-F बंधों का बंध द्विध्रुव क्षण अमोनिया में N-H बंधों के विपरीत है, जिससे कि अकेला युग्म के कारण द्विध्रुव N-F बंध द्विध्रुव का विरोध करता है, जिसके परिणामस्वरूप कम आणविक द्विध्रुवीय क्षण होता है।

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

एनेंटिओमर्स का चिरल संकल्प जहां स्टीरियोजेनिक केंद्र एक अमाइन होता है, आमतौर पर रोक दिया जाता है क्योंकि स्टीरियो सेंटर में नाइट्रोजन व्युत्क्रम के लिए सक्रियण ऊर्जा कम होती है, जो दो स्टीरियोइसोमर्स को कमरे के तापमान पर तेजी से इंटरकनेक्ट 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 आधार में) में विवश न हों।

असामान्य एकाकी युगल
एनएस के औपचारिक इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के कारण डाइवेलेंट लेड और विश्वास करना  आयनों के लिए स्टीरियोकेमिकली एक्टिव लोन जोड़ी की भी उम्मीद की जाती है 2। ठोस अवस्था में यह PbO और SnO दोनों द्वारा अपनाई गई चतुर्भुज क्रिस्टल प्रणाली लीसेज संरचना में देखे गए विकृत धातु समन्वय का परिणाम है। इन भारी धातुओं का निर्माण एन.एस2 एकाकी युगल जिन्हें पहले धातु s और p अवस्थाओं के अंतर-परमाणु कक्षीय संकरण के लिए जिम्मेदार 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 सीसा और टिन सामग्री जैसे PbS और SnTe अकेले जोड़े का कोई त्रिविम रासायनिक प्रमाण नहीं दिखाते हैं और सममित रॉकसॉल्ट क्रिस्टल संरचना को अपनाते हैं। आणविक प्रणालियों में एकाकी युगल भी धातु आयन के चारों ओर लिगेंड के समन्वय में विकृति का कारण बन सकता है। लेड (IIसीसा (द्वितीय) नाइट्रेट के सुपरमॉलेक्यूलर कॉम्प्लेक्स में लेड का अकेला-जोड़ी प्रभाव देखा जा सकता है, और 2007 में एक अध्ययन ने अकेले जोड़े को लेड विषाक्तता से जोड़ा। लीड आयन मूल धातु आयनों को कई प्रमुख एंजाइमों में बदल सकते हैं, जैसे कि एएलएडी एंजाइम में जिंक केशन, 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 सीसा 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, सीसा की शुरूआत इस तरह की उभरती हुई अकेली जोड़ी को समायोजित करने के लिए खुद को व्यवस्थित करने के तरीके को विकृत करती है: परिणामस्वरूप, ये प्रोटीन परेशान हैं। यह अकेला-जोड़ी प्रभाव जस्ता बाध्यकारी प्रोटीन के लिए नाटकीय हो जाता है, जैसे कि उपर्युक्त पोर्फोबिलिनोजेन सिंथेस, क्योंकि प्राकृतिक सब्सट्रेट अब बाध्य नहीं हो सकता - उन मामलों में प्रोटीन एंजाइम अवरोधक है।

समूह 14 तत्वों (कार्बन समूह) में, एकल जोड़े एकल बंधन ( अनुबंध आदेश 1) की लंबाई को छोटा या लंबा करके स्वयं को प्रकट कर सकते हैं, साथ ही  ट्रिपल बंधन  के प्रभावी क्रम में भी। परिचित अल्केन्स में कार्बन-कार्बन ट्रिपल बॉन्ड (बॉन्ड ऑर्डर 3) और 180 डिग्री बॉन्ड कोणों की एक रैखिक ज्यामिति (संदर्भ में चित्र ए) है। ). हालांकि, समूह (सिलिकॉन, जर्मेनियम, और टिन) में और नीचे, औपचारिक ट्रिपल बॉन्ड में एक अकेले जोड़े के साथ एक प्रभावी बॉन्ड ऑर्डर 2 होता है (आंकड़ा बी)। और सिस-ट्रांस समावयवता-तुला ज्यामिति। लीड में, प्रभावी बॉन्ड ऑर्डर एकल बॉन्ड के लिए और भी कम हो जाता है, जिसमें प्रत्येक लीड परमाणु के लिए दो अकेला जोड़े होते हैं (आंकड़ा सी ). ऑर्गेनोगर्मेनियम यौगिक (संदर्भ में योजना 1) में, जर्मेनियम के खाली 4p कक्षीय के साथ बातचीत के आधार पर, लुईस एसिड isonitrile (या आइसोसाइनाइड) सी-एन समूहों के संकुलन के साथ प्रभावी बंधन क्रम भी 1 है।



एकाधिक अकेला जोड़े के लिए अलग-अलग विवरण
प्रारंभिक रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रमों में, पानी के एकाकी युगल को खरगोश के कान के रूप में वर्णित किया जाता है: लगभग एसपी के दो समकक्ष इलेक्ट्रॉन जोड़े3 संकरण, 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 अकेले जोड़े के लिए एक बड़ी जगह की आवश्यकता बताते हुए वीएसईपीआर सिद्धांत द्वारा युक्तिसंगत 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 बांड और एकाकी युगल का 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)।

इस तस्वीर में बंधन जोड़े और पानी के अकेले जोड़े 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: एकल जोड़े बंधन जोड़े की तुलना में केंद्रीय परमाणु के करीब अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व का स्थानीयकरण करते हैं; इसलिए, अकेले जोड़े 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।

हालांकि, सिद्धांतकार अक्सर पानी का एक वैकल्पिक विवरण पसंद करते हैं जो आणविक तल के संबंध में समरूपता के अनुसार पानी के एकाकी युगल को अलग करता है। इस मॉडल में, अलग-अलग समरूपता रखने वाले पानी 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) अकेला जोड़ी 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. पानी 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 एकल जोड़े 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 अलग अकेले जोड़े 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 अकेला जोड़े मॉडल अधिक सीधे तरीके से युक्तिसंगत बनाता है। इसी तरह, इन क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों की बढ़ती उपलब्धता के प्रतिबिंब के रूप में, पानी 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।. वीएसईपीआर सिद्धांत की लोकप्रियता के कारण, पानी के अकेले जोड़े 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 एकाकी युग्मों का वर्णन करते समय ऐसी ही स्थिति उत्पन्न होती है। हालांकि, 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