आणविक ज्यामिति

आण्विक ज्यामिति एक अणु  का निर्माण करने वाले  परमाणु   की  त्रि-आयामी अंतरिक्ष व्यवस्था है। इसमें अणु के सामान्य आकार के साथ-साथ बंधक की लंबाई, बंधक कोण और कोई अन्य ज्यामितीय पैरामीटर शामिल हैं जो प्रत्येक परमाणु की स्थिति निर्धारित करते हैं।

आणविक ज्यामिति किसी पदार्थ के कई गुणों को प्रभावित करती है जिसमें उसकी प्रतिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान),  रासायनिक ध्रुवीयता , पदार्थ की अवस्था,  रंग ,  चुंबकत्व  और  जैविक गतिविधि  शामिल हैं।  बंधों के बीच के कोण जो एक परमाणु बनाता है, केवल शेष अणु पर कमजोर रूप से निर्भर करता है, अर्थात उन्हें लगभग स्थानीय और इसलिए  हस्तांतरणीयता (रसायन विज्ञान)  गुणों के रूप में समझा जा सकता है।

निर्धारण
आणविक ज्यामिति का निर्धारण विभिन्न स्पेक्ट्रोस्कोपी  और  विवर्तन  विधियों द्वारा किया जा सकता है।  अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी,  घूर्णी स्पेक्ट्रोस्कोपी  और  रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी  इन तकनीकों द्वारा खोजे गए कंपन और घूर्णी अवशोषण के विवरण से अणु ज्यामिति के बारे में जानकारी दे सकते हैं।  एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी ,  न्यूट्रॉन विवर्तन  और  इलेक्ट्रॉन विवर्तन  नाभिक और इलेक्ट्रॉन घनत्व की एकाग्रता के बीच की दूरी के आधार पर  क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों के लिए आणविक संरचना दे सकते हैं। गैस चरण में छोटे अणुओं के लिए  गैस इलेक्ट्रॉन विवर्तन  का उपयोग किया जा सकता है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद और फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण विधियों का उपयोग सापेक्ष दूरी सहित पूरक जानकारी निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, डायहेड्रल कोण,

कोण,और कनेक्टिविटी सहित पूरक जानकारी निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। आणविक ज्यामिति कम तापमान पर सबसे अच्छी तरह से निर्धारित होती हैं क्योंकि उच्च तापमान पर आणविक संरचना का औसत अधिक सुलभ ज्यामिति पर होता है (अगला भाग देखें)। बड़े अणु अक्सर कई स्थिर ज्यामिति (संरचनात्मक आइसोमेरिज्म) में मौजूद होते हैं जो संभावित ऊर्जा सतह  पर ऊर्जा के करीब होते हैं। ज्यामिति की गणना अब इनिटियो क्वांटम रसायन विधियों द्वारा उच्च सटीकता के लिए की जा सकती है। आणविक ज्यामिति एक ठोस, समाधान में और गैस के रूप में भिन्न हो सकती है।

प्रत्येक परमाणु की स्थिति रासायनिक बंध ों की प्रकृति से निर्धारित होती है जिसके द्वारा वह अपने पड़ोसी परमाणुओं से जुड़ा होता है।  आणविक ज्यामिति को अंतरिक्ष में इन परमाणुओं की स्थिति के द्वारा वर्णित किया जा सकता है, दो जुड़े हुए परमाणुओं की बंधन लंबाई, तीन जुड़े परमाणुओं के बंधन कोण, और लगातार तीन  पथ ग्राफ  बांडों के मरोड़ कोण (डायहेड्रल कोण)।

थर्मल उत्तेजना का प्रभाव
चूंकि एक अणु में परमाणुओं की गति क्वांटम यांत्रिकी द्वारा निर्धारित की जाती है, "गति" को क्वांटम यांत्रिक तरीके से परिभाषित किया जाना चाहिए। समग्र (बाहरी) क्वांटम यांत्रिक गति अनुवाद और रोटेशन शायद ही अणु की ज्यामिति को बदलते हैं। (कुछ हद तक रोटेशन कोरिओलिस बल ों और केन्द्रापसारक विरूपण के माध्यम से ज्यामिति को प्रभावित करता है, लेकिन यह वर्तमान चर्चा के लिए नगण्य है।) अनुवाद और रोटेशन के अलावा, एक तीसरे प्रकार की गति आणविक कंपन  है, जो परमाणुओं की आंतरिक गति से मेल खाती है जैसे कि बॉन्ड स्ट्रेचिंग और बॉन्ड एंगल भिन्नता के रूप में। आणविक कंपन  क्वांटम हार्मोनिक थरथरानवाला  (कम से कम अच्छे सन्निकटन के लिए) होते हैं, और परमाणु तापमान के पूर्ण शून्य पर भी, अपनी संतुलन स्थिति के बारे में दोलन करते हैं। निरपेक्ष शून्य पर सभी परमाणु अपनी कंपन अवस्था में होते हैं और  शून्य बिंदु ऊर्जा  क्वांटम यांत्रिक गति दिखाते हैं, जिससे कि एकल कंपन मोड का तरंग कार्य एक तेज शिखर नहीं होता है, बल्कि परिमित चौड़ाई का एक घातांक होता है (n = 0 के लिए तरंगफलन में दर्शाया गया है) क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर पर आलेख)।उच्च तापमान पर कंपन मोड ऊष्मीय रूप से उत्तेजित हो सकते हैं (एक शास्त्रीय व्याख्या में यह कहते हुए व्यक्त किया जाता है कि "अणु तेजी से कंपन करेंगे"), लेकिन वे अणु की पहचानने योग्य ज्यामिति के आसपास अभी भी दोलन करते हैं।

इस संभावना की भावना प्राप्त करने के लिए कि अणु का कंपन ऊष्मीय रूप से उत्तेजित हो सकता है, हम बोल्ट्जमान वितरण  का निरीक्षण करते हैं β ≡ exp(−$ΔE⁄kT$), जहां ΔE कंपन मोड की उत्तेजना ऊर्जा है, k बोल्ट्ज़मान स्थिरांक और T निरपेक्ष तापमान है। 298 K (25 °C) पर, बोल्ट्ज़मान कारक β के लिए विशिष्ट मान हैं: पारस्परिक सेंटीमीटर एक ऊर्जा इकाई है जिसका उपयोग आमतौर पर अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी(किरणों के वर्ण-क्रम को मापने की विद्या) में किया जाता है;; 1 सेमी−1 $0 eV$ के अनुरूप है)। जब एक उत्तेजना ऊर्जा 500 सेमी . होती है−1, तो लगभग 8.9 प्रतिशत अणु कमरे के तापमान पर ऊष्मीय रूप से उत्तेजित होते हैं। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए: पानी में सबसे कम उत्तेजना कंपन ऊर्जा झुकने मोड (लगभग 1600 सेमी -1)है। इस प्रकार, कमरे के तापमान पर पानी की एक निश्चित मात्रा के सभी अणुओं के 0.07 प्रतिशत से कम पूर्ण शून्य की तुलना में अधिक तेजी से कंपन करेंगे।
 * β = 0.089 E = के लिए 500 सेमी-1
 * β = 0.008 ΔE = 1000 सेमी . के लिए-1
 * β = 0.0007 E = 1500 सेमी . के लिए-1.

जैसा कि ऊपर कहा गया है, घूर्णन आणविक ज्यामिति को शायद ही प्रभावित करता है। लेकिन, क्वांटम यांत्रिक गति के रूप में, यह अपेक्षाकृत (कंपन की तुलना में) कम तापमान पर ऊष्मीय रूप से उत्तेजित होता है। शास्त्रीय दृष्टिकोण से यह कहा जा सकता है कि उच्च तापमान पर अधिक अणु तेजी से घूमेंगे, जिसका अर्थ है कि उनके पास कोणीय वेग और [[ कोणीय गति  ]]अधिक है। क्वांटम यांत्रिक भाषा में: उच्च कोणीय गति के अधिक स्वदेशी बढ़ते तापमान के साथ तापीय रूप से आबादी वाले हो जाते हैं। विशिष्ट घूर्णी उत्तेजना ऊर्जा कुछ सेमी -1 के क्रम में होती है। कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रयोगों के परिणामों को विस्तृत किया गया है क्योंकि उनमें घूर्णी अवस्थाओं पर औसत शामिल है। उच्च तापमान पर स्पेक्ट्रा से ज्यामिति निकालना अक्सर मुश्किल होता है, क्योंकि बढ़ते तापमान के साथ प्रयोगात्मक औसत में जांच की गई घूर्णी अवस्थाओं की संख्या बढ़ जाती है। इस प्रकार, कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक अवलोकनों से केवल निरपेक्ष शून्य के करीब तापमान पर विश्वसनीय आणविक ज्यामिति प्राप्त करने की उम्मीद की जा सकती है, क्योंकि उच्च तापमान पर बहुत अधिक घूर्णी राज्य थर्मली आबादी वाले होते हैं।

बंधन
अणु, परिभाषा के अनुसार, सहसंयोजक बंधों के साथ सबसे अधिक बार एक साथ जुड़े होते हैं जिनमें सिंगल,डबल और/या ट्रिपल बॉन्ड शामिल होते हैं, जहां एक "बॉन्ड" इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी  होती है (परमाणुओं के बीच बंधन की दूसरी विधि को  आयनिक बंध न कहा जाता है और इसमें शामिल होता है एक सकारात्मक धनायन और एक नकारात्मक आयन)।

आणविक ज्यामिति को 'बंध की लंबाई', 'बंध कोण' और 'मरोड़ कोण' के रूप में निर्दिष्ट किया जा सकता है। किसी दिए गए अणु में एक साथ बंधे दो परमाणुओं के नाभिक के बीच की औसत दूरी को बंधन की लंबाई के रूप में परिभाषित किया गया है। एक बंधन कोण तीन परमाणुओं के बीच कम से कम दो बंधनों के बीच बनने वाला कोण है। एक श्रृंखला में एक साथ बंधे चार परमाणुओं के लिए, मरोड़ कोण पहले तीन परमाणुओं द्वारा गठित तल और अंतिम तीन परमाणुओं द्वारा निर्मित तल के बीच का कोण है।

निम्नलिखित निर्धारक द्वारा व्यक्त एक केंद्रीय परमाणु और चार परिधीय परमाणुओं (लेबल 1 से 4 के लिए) के बंधन कोणों के बीच एक गणितीय संबंध मौजूद है। यह बाधा बांड कोणों के केवल पांच विकल्पों को छोड़ने के लिए (मूल रूप से) छह मुक्त बंधन कोणों की पसंद से एक डिग्री की स्वतंत्रता को हटा देती है। (ध्यान दें कि कोण11, मैं22, मैं33, और44 हमेशा शून्य होते हैं और इस संबंध को वर्ग मैट्रिक्स के विस्तार/संकुचन द्वारा विभिन्न परिधीय परमाणुओं के लिए संशोधित किया जा सकता है।)


 * $$0 = \begin{vmatrix}

\cos \theta_{11} & \cos \theta_{12} & \cos \theta_{13} & \cos \theta_{14} \\ \cos \theta_{21} & \cos \theta_{22} & \cos \theta_{23} & \cos \theta_{24} \\ \cos \theta_{31} & \cos \theta_{32} & \cos \theta_{33} & \cos \theta_{34} \\ \cos \theta_{41} & \cos \theta_{42} & \cos \theta_{43} & \cos \theta_{44} \end{vmatrix}$$ आणविक ज्यामिति इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम यांत्रिकी  व्यवहार द्वारा निर्धारित की जाती है।  संयोजकता बंधन सिद्धांत  का उपयोग करके इसे अणु बनाने वाले परमाणुओं के बीच के बंधनों के प्रकार से समझा जा सकता है। जब परमाणु एक रासायनिक बंधन बनाने के लिए परस्पर क्रिया करते हैं, तो कहा जाता है कि प्रत्येक परमाणु के परमाणु कक्षक   कक्षीय संकरण नामक प्रक्रिया में संयोजित होते हैं। दो सबसे सामान्य प्रकार के बंधन हैं  सिग्मा बांड  (आमतौर पर हाइब्रिड ऑर्बिटल्स द्वारा निर्मित) और पाई बॉन्ड ( मुख्य समूह तत्व ों के परमाणुओं के लिए अनहाइब्रिडाइज्ड पी ऑर्बिटल्स द्वारा निर्मित)। ज्यामिति को  आणविक कक्षीय सिद्धांत  द्वारा भी समझा जा सकता है जहां इलेक्ट्रॉनों को निरूपित किया जाता है।

परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉनों के तरंग जैसे व्यवहार की समझ क्वांटम रसायन विज्ञान का विषय है।

आइसोमेर ्स
आइसोमर्स एक प्रकार के अणु होते हैं जो एक रासायनिक सूत्र साझा करते हैं लेकिन भिन्न ज्यामिति होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न गुण होते हैं:
 * एक शुद्ध पदार्थ एक अणु के केवल एक प्रकार के आइसोमर से बना होता है (सभी की ज्यामितीय संरचना समान होती है)।
 * संरचनात्मक समरूपता में एक ही रासायनिक सूत्र होता है लेकिन विभिन्न भौतिक व्यवस्थाएं होती हैं, जो अक्सर बहुत भिन्न गुणों के साथ वैकल्पिक आणविक ज्यामिति बनाती हैं। परमाणु समान क्रम में एक साथ बंध (जुड़े) नहीं होते हैं
 * कार्यात्मक आइसोमर ्स विशेष प्रकार के संरचनात्मक आइसोमर होते हैं, जहां परमाणुओं के कुछ समूह एक विशेष प्रकार के व्यवहार का प्रदर्शन करते हैं, जैसे ईथर या अल्कोहल।
 * स्टीरियोआइसोमर में कई समान भौतिक रासायनिक गुण (गलनांक, क्वथनांक) और एक ही समय में बहुत भिन्न जैव रासायनिक गतिविधियाँ हो सकती हैं। इसका कारण यह है कि वे एक ऐसी विनम्रता प्रदर्शित करते हैं जो आमतौर पर जीवित प्रणालियों में पाई जाती है।। इस  चिरायता (रसायन विज्ञान)  या सौम्यता की एक अभिव्यक्ति यह है कि उनमें ध्रुवीकृत प्रकाश को विभिन्न दिशाओं में घुमाने की क्षमता होती है।
 * [[ प्रोटीन तह ]] जटिल ज्यामिति और विभिन्न आइसोमर्स से संबंधित है जो प्रोटीन ले सकते हैं।

आणविक संरचना के प्रकार
बंध कोण दो आसन्न बंधों के बीच का ज्यामितीय कोण होता है। साधारण अणुओं की कुछ सामान्य आकृतियों में शामिल हैं::
 * रैखिक आणविक ज्यामिति : एक रैखिक मॉडल में, परमाणु एक सीधी रेखा में जुड़े होते हैं। आबंध कोण 180° पर सेट होते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड और नाइट्रिक ऑक्साइड  में एक रैखिक आणविक आकार होता है।
 * त्रिकोणीय तलीय आणविक ज्यामिति :त्रिकोणीय तलीय आकार वाले अणु कुछ हद तक त्रिभुजाकार होते हैं और एक तल (समतल) में होते हैं। नतीजतन, बांड कोण 120 डिग्री पर सेट होते हैं। उदाहरण के लिए, बोरॉन ट्राइफ्लोराइड ।
 * तुला आणविक ज्यामिति : कोणीय अणुओं (जिन्हें तुला या वी-आकार भी कहा जाता है) में एक गैर-रेखीय आकार होता है। उदाहरण के लिए, पानी (H2O), जिसका कोण लगभग 105° है। एक पानी के अणु में दो जोड़े बंधित इलेक्ट्रॉन  और दो असाझा एकाकी जोड़े होते हैं।
 * चतुष्फलकीय आणविक ज्यामिति: टेट्रा- चार का प्रतीक है, और -हेड्रल एक ठोस के चेहरे से संबंधित है, इसलिए टेट्राहेड्रल का शाब्दिक अर्थ है "चार चेहरे वाले"। यह आकृति तब पाई जाती है जब एक केंद्रीय परमाणु पर चार बंधन होते हैं,जिसमें कोई अतिरिक्त असंबद्ध इलेक्ट्रॉन के साथ  तारा (ग्राफ सिद्धांत)  जोड़े नहीं होते हैं।  वीएसईपीआर  (वैलेंस-शेल इलेक्ट्रॉन जोड़ी प्रतिकर्षण सिद्धांत) के अनुसार, इलेक्ट्रॉन बांड के बीच बंधन कोण  उलटा त्रिकोणमितीय कार्य  हैं (-$1⁄3$) = 109.47°। उदाहरण के लिए,  मीथेन  (CH .)4) एक चतुष्फलकीय अणु है।
 * अष्टभुजाकार आणविक ज्यामिति:आठ का प्रतीक है, और -हेड्रल एक ठोस के चेहरे से संबंधित है, इसलिए "ऑक्टाहेड्रल" का अर्थ है "आठ चेहरे वाले"। बंधन कोण 90 डिग्री है। उदाहरण के लिए,  सल्फर हेक्साफ्लोराइड  (एसएफ .)6) एक अष्टफलकीय अणु है।
 * त्रिकोणीय पिरामिड आणविक ज्यामिति :एक त्रिकोणीय पिरामिड के अणु में एक त्रिकोणीय आधार के साथ एक पिरामिड (ज्यामिति)  जैसा आकार होता है।  रैखिक और त्रिकोणीय तलीय आकृतियों के विपरीत, लेकिन टेट्राहेड्रल अभिविन्यास इलेक्ट्रॉनों को पूरी तरह से अलग करने के लिए पिरामिड आकृतियों को तीन आयामों की आवश्यकता होती है। यहाँ बंधित इलेक्ट्रॉनों के केवल तीन युग्म हैं, जिससे एक असाझा एकाकी युग्म शेष रह जाता है। एकाकी युग्म -बंध युग्म प्रतिकर्षण चतुष्फलकीय कोण से बंध कोण को थोड़ा कम मान में बदल देता है। उदाहरण के लिए,  अमोनिया  (NH .)3).

वीएसईपीआर तालिका
नीचे दी गई तालिका में बांड कोण सरल वीएसईपीआर सिद्धांत (उच्चारण "वेस्पर थ्योरी") [उद्धरण वांछित]से आदर्श कोण हैं।, इसके बाद निम्नलिखित कॉलम में दिए गए उदाहरण के लिए वास्तविक कोण है जहां यह भिन्न है। कई मामलों के लिए, जैसे कि त्रिकोणीय पिरामिड और मुड़ा हुआ, उदाहरण के लिए वास्तविक कोण आदर्श कोण से भिन्न होता है, और उदाहरण अलग-अलग मात्रा में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सल्फाइड में कोण |H2S (92°) चतुष्फलकीय कोण से पानी (अणु) के कोण से बहुत अधिक भिन्न होता है|H2हे (104.48°) करता है।

3डी प्रतिनिधित्व

 * रेखा या छड़ी - परमाणु नाभिक का प्रतिनिधित्व नहीं किया जाता है, केवल छड़ें या रेखा के रूप में बंधन होते हैं। जैसा कि इस प्रकार की 2डी आणविक संरचनाओं में होता है, परमाणु प्रत्येक शीर्ष पर निहित होते हैं ।


 * इलेक्ट्रॉन घनत्व प्लॉट - अलग-अलग परमाणुओं या बांडों के बजाय या तो क्रिस्टलोग्राफी  रूप से या क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग करके निर्धारित इलेक्ट्रॉन घनत्व को दर्शाता है।
 * गेंद और छड़ी - परमाणु नाभिक को गोले (गेंदों) और बांडों को छड़ियों के रूप में दर्शाया जाता है।
 * स्पेस स्पेसफिलिंग मॉडल  या  सीपीके मॉडल  (प्रतिनिधित्व में एक  सीपीके रंग  भी) - अणु को परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करने वाले अतिव्यापी क्षेत्रों द्वारा दर्शाया जाता है।

एक अणु में एकाकी जोड़े की मात्रा जितनी अधिक होगी, उस अणु के परमाणुओं के बीच के कोण उतने ही छोटे होंगे। वीएसईपीआर सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि अकेले जोड़े एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, इस प्रकार विभिन्न परमाणुओं को उनसे दूर धकेलते हैं।
 * कार्टून - प्रोटीन के लिए उपयोग किया जाने वाला एक प्रतिनिधित्व जहां लूप, बीटा शीट और अल्फा हेलिस को आरेखीय रूप से दर्शाया जाता है और कोई परमाणु या बंधन स्पष्ट रूप से प्रदर्शित नहीं होते हैं (उदाहरण के लिए प्रोटीन रीढ़ को एक चिकनी पाइप के रूप में दर्शाया जाता है) ।

यह भी देखें

 * जेमिस मन्नो नियम
 * लुईस संरचना
 * आणविक डिजाइन सॉफ्टवेयर
 * आणविक ग्राफिक्स
 * आणविक यांत्रिकी
 * आणविक मॉडलिंग
 * आणविक समरूपता
 * अणु संपादक
 * पॉलीहेड्रल कंकाल इलेक्ट्रॉन जोड़ी सिद्धांत
 * क्वांटम केमिस्ट्री*
 * टोपोलॉजी (रसायन विज्ञान)

बाहरी संबंध

 * Molecular Geometry & Polarity Tutorial 3D visualization of molecules to determine polarity.
 * Molecular Geometry using Crystals 3D structure visualization of molecules using Crystallography.