आयन योजन: Difference between revisions
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टर्नरी आयन सहयोगियों में तीन प्रजातियों का जुड़ाव सम्मलित है।<ref>{{cite journal|last=Alexandrov|first=A.|author2=Kostova, S.|year=1984 |title= पाइरोकैटेचोल और ट्राइफेनिल-टेट्राजोलियम क्लोराइड के साथ नाइओबियम (वी) के टर्नरी आयन-एसोसिएशन कॉम्प्लेक्स की एक्सट्रैक्शन-स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक और रेडियोमेट्रिक जांच|journal=[[Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry]] |volume=83|issue=2|pages=247–255 |doi= 10.1007/BF02037138|s2cid=97372470 }}</ref> एक अन्य प्रकार, जिसे घुसपैठ आयन जोड़ी कहा जाता है, को भी विशेषता बताई गई है।<ref>{{cite journal| last=Fletcher| first=R. J.|author2=Gans, P. |author3=Gill, J. B. |author4= Geyer, C. |year=1997|title=Spectrochemistry of solutions. part 29. Intrusion ion pairing: identification of a new form of ion pair in transition metal salt solutions in pyridine through their visible spectra |journal=J. Mol. Liquids|volume=73–74 |pages=99–106|doi=10.1016/S0167-7322(97)00060-3 }}</ref> | टर्नरी आयन सहयोगियों में तीन प्रजातियों का जुड़ाव सम्मलित है।<ref>{{cite journal|last=Alexandrov|first=A.|author2=Kostova, S.|year=1984 |title= पाइरोकैटेचोल और ट्राइफेनिल-टेट्राजोलियम क्लोराइड के साथ नाइओबियम (वी) के टर्नरी आयन-एसोसिएशन कॉम्प्लेक्स की एक्सट्रैक्शन-स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक और रेडियोमेट्रिक जांच|journal=[[Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry]] |volume=83|issue=2|pages=247–255 |doi= 10.1007/BF02037138|s2cid=97372470 }}</ref> एक अन्य प्रकार, जिसे घुसपैठ आयन जोड़ी कहा जाता है, को भी विशेषता बताई गई है।<ref>{{cite journal| last=Fletcher| first=R. J.|author2=Gans, P. |author3=Gill, J. B. |author4= Geyer, C. |year=1997|title=Spectrochemistry of solutions. part 29. Intrusion ion pairing: identification of a new form of ion pair in transition metal salt solutions in pyridine through their visible spectra |journal=J. Mol. Liquids|volume=73–74 |pages=99–106|doi=10.1016/S0167-7322(97)00060-3 }}</ref> | ||
== सिद्धांत == | == सिद्धांत == | ||
[[विद्युत बल]] द्वारा | विपरीत आवेश के आयन स्वाभाविक रूप से [[विद्युत बल]] द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं।<ref>[[Hans Falkenhagen]], ''Theorie der Elektrolyte'', S. Hirzel Verlag, Leipzig, 1971.</ref><ref>{{cite book |editor=S. Petrucci |title=Ionic Interactions: From Dilute Solution to Fused Salts |series=Physical Chemistry: A Series of Monographs |volume=22 |chapter=III. Foundations of Modern Statistical Theories |pages=424 |publisher=Elsevier |year=2012 |isbn=9780323150927}}</ref> इसका वर्णन कूलम्ब के नियम द्वारा किया गया है: | ||
:<math>F = \frac{q_1 q_2}{\varepsilon r^2}</math> | :<math>F = \frac{q_1 q_2}{\varepsilon r^2}</math> | ||
जहां {{mvar|F}} आकर्षण बल है, {{math|''q''{{sub|1}}}} और {{math|''q''{{sub|2}}}} विद्युत आवेशों के परिमाण हैं, {{mvar|ε}} माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक है और {{mvar|r}} आयनों के बीच की दूरी है। विलयन में आयनों के लिए यह एक सन्निकटन है क्योंकि आयन अपने चारों ओर के विलायक अणुओं पर एक ध्रुवीकरण प्रभाव डालते हैं, जो विद्युत क्षेत्र को कुछ हद तक क्षीण कर देता है। फिर भी, कुछ सामान्य निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं। | |||
:आयन संघ | :आयन संघ इस प्रकार बढ़ेगा: | ||
: * विद्युत आवेश | : * विद्युत आवेश {{math|''q''{{sub|1}}}} और {{math|''q''{{sub|2}}}} का परिमाण बढ़ता है, | ||
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:*आयनों का आकार घट जाता है जिससे दूरी कम | :*आयनों का आकार घट जाता है जिससे धनायन और ऋणायन के बीच दूरी कम {{mvar|r}} हो जाती है। | ||
संतुलन स्थिरांक {{mvar|K}} | आयन-युग्म निर्माण के लिए संतुलन स्थिरांक {{mvar|K}} , सभी संतुलन स्थिरांक की तरह, मानक [[गिब्स मुक्त ऊर्जा|मुक्त ऊर्जा]] परिवर्तन से संबंधित है।<ref>{{cite book|last=Klotz|first=I. M.|title=रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी|publisher=W. A. Benjamin| date=1964}} Chapter 10.</ref> | ||
:<math>\Delta G^\ominus = -RT \ln K,</math> | :<math>\Delta G^\ominus = -RT \ln K,</math> | ||
जहां {{mvar|R}} गैस नियतांक है और {{mvar|T}} [[केल्विन]] में तापमान है। मुक्त ऊर्जा एक[[ तापीय धारिता | तापीय धारिता]] पद और एक [[एन्ट्रापी]] पद से बनी होती है: | |||
:<math>\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T \Delta S^\ominus.</math> | :<math>\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T \Delta S^\ominus.</math> | ||
जब आयन जुड़ते हैं तो निकलने वाली कुलम्बिक ऊर्जा तापीय धारिता पद में योगदान करती है, {{tmath|\Delta H^\ominus}} संपर्क आयन युग्मों के कारक में, [[सहसंयोजक]] अन्योन्यक्रिया ऊर्जा भी तापीय धारिता में योगदान करती है, जैसा कि धनायन या ऋणायन के विलायक खोल से एक विलायक अणु को विस्थापित करने की ऊर्जा करती है। संबद्ध करने की प्रवृत्ति का विरोध एन्ट्रापी शब्द द्वारा किया जाता है, जो इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि असंगठित आयनों वाला विलयन सहयुक्तों वाले विलयन की तुलना में अधिक अव्यवस्थित होता है। एन्ट्रापी शब्द एक ही प्रकार के विद्युत अपघट्य के लिए समान है, जिसमें विलायक प्रभाव के कारण मामूली अंतर होता है। इसलिए, यह तापीय धारिता शब्द का परिमाण ही किसी दिए गए विद्युत अपघट्य प्रकार के लिए आयन संघ की सीमा को निर्धारित करता है। यह ऊपर दिए गए सामान्य नियमों की व्याख्या करता है। | |||
== घटना == | == घटना == | ||
ढांकता हुआ स्थिरांक आयन संघ की घटना को निर्धारित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है। ढांकता हुआ स्थिरांक के तहत कुछ विशिष्ट मूल्यों की एक तालिका पाई जा सकती है। | ढांकता हुआ स्थिरांक आयन संघ की घटना को निर्धारित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है। ढांकता हुआ स्थिरांक के तहत कुछ विशिष्ट मूल्यों की एक तालिका पाई जा सकती है। | ||
298K (25 °C) पर पानी का अपेक्षाकृत उच्च परावैद्युत स्थिरांक 78.7 होता है, इसलिए परिवेश के तापमान पर जलीय घोल में 1:1 | 298K (25 °C) पर पानी का अपेक्षाकृत उच्च परावैद्युत स्थिरांक 78.7 होता है, इसलिए परिवेश के तापमान पर जलीय घोल में 1:1 विद्युत अपघट्य जैसे कि [[NaCl]] आयन जोड़े को एक सराहनीय सीमा तक नहीं बनाते हैं, सिवाय इसके कि जब घोल बहुत अधिक केंद्रित हो।<ref>Assuming that both Na<sup>+</sup> and Cl<sup>−</sup> have 6 water molecules in the primary solvation shell at ambient temperatures, a 5 M solution (5 mol/L) will consist almost entirely of fully solvated ion pairs.</ref> 2:2 विद्युत अपघट्य (q<sub>1</sub> = 2, क्यू<sub>2</sub> = 2) अधिक शीघ्रता से आयन युग्म बनाता है। वास्तव में, विलायक-साझा आयन युग्म [Mg(H<sub>2</sub>ओ)<sub>6</sub>]<sup>2+</sup>अतः<sub>4</sub><sup>2−</sup> समुद्री जल में मौजूद होने के लिए प्रसिद्ध रूप से खोजा गया था, संपर्क आयन जोड़ी [Mg(H) के साथ संतुलन में<sub>2</sub>ओ)<sub>5</sub>(इसलिए<sub>4</sub>)]<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1967/eigen-lecture.pdf Manfred Eigen, Nobel lecture].</ref> ट्रिटेंट आयन जैसे अल<sup>3+</sup>, फ़े<sup>3+</sup> और [[लैंथेनाइड]] आयन मोनोवालेंट आयनों के साथ कमजोर कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। | ||
बढ़ते तापमान के साथ पानी का परावैद्युतांक 100 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 55 और [[क्रांतिक तापमान]] (217.7 डिग्री सेल्सियस) पर लगभग 5 घट जाता है।<ref>{{cite web | last=Clifford | first=A. A. | title=तापमान के साथ पानी के गुणों में परिवर्तन| url=http://www.criticalprocesses.com/Use%20of%20enthalpies%20to%20calculate%20energy%20needed.htm | access-date=2009-05-02 | archive-url=https://web.archive.org/web/20080213152729/http://www.criticalprocesses.com/Use%20of%20enthalpies%20to%20calculate%20energy%20needed.htm | archive-date=2008-02-13 | url-status=dead }}</ref> इस प्रकार सुपरहीट पानी में आयन पेयरिंग अधिक महत्वपूर्ण हो जाएगी। | बढ़ते तापमान के साथ पानी का परावैद्युतांक 100 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 55 और [[क्रांतिक तापमान]] (217.7 डिग्री सेल्सियस) पर लगभग 5 घट जाता है।<ref>{{cite web | last=Clifford | first=A. A. | title=तापमान के साथ पानी के गुणों में परिवर्तन| url=http://www.criticalprocesses.com/Use%20of%20enthalpies%20to%20calculate%20energy%20needed.htm | access-date=2009-05-02 | archive-url=https://web.archive.org/web/20080213152729/http://www.criticalprocesses.com/Use%20of%20enthalpies%20to%20calculate%20energy%20needed.htm | archive-date=2008-02-13 | url-status=dead }}</ref> इस प्रकार सुपरहीट पानी में आयन पेयरिंग अधिक महत्वपूर्ण हो जाएगी। | ||
मोटे तौर पर 20–40 की सीमा में डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक वाले विलायक व्यापक आयन-जोड़ी गठन दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, एसीटोनिट्रिल में ली (एनसीएस) के संपर्क और विलायक-साझा आयन जोड़े दोनों देखे गए हैं।<ref>{{cite journal|last=Gans|first=P.|author2=Gill, J. B. |author3=Longdon, P. J. |year=1989|title=Spectrochemistry of solutions. Part 21. Inner- and outer-sphere complexes of lithium with thiocyanate in acetonitrile solutions |journal =J. Chem. Soc. Faraday Trans. I|volume=85|issue=7|pages=1835–1839|doi=10.1039/F19898501835}}</ref> मेथनॉल में 2:1 | मोटे तौर पर 20–40 की सीमा में डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक वाले विलायक व्यापक आयन-जोड़ी गठन दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, एसीटोनिट्रिल में ली (एनसीएस) के संपर्क और विलायक-साझा आयन जोड़े दोनों देखे गए हैं।<ref>{{cite journal|last=Gans|first=P.|author2=Gill, J. B. |author3=Longdon, P. J. |year=1989|title=Spectrochemistry of solutions. Part 21. Inner- and outer-sphere complexes of lithium with thiocyanate in acetonitrile solutions |journal =J. Chem. Soc. Faraday Trans. I|volume=85|issue=7|pages=1835–1839|doi=10.1039/F19898501835}}</ref> मेथनॉल में 2:1 विद्युत अपघट्य Mg(NCS)<sub>2</sub> एक संपर्क आयन जोड़ी में आंशिक रूप से अलग हो जाता है, [मिलीग्राम (एनसीएस)]<sup>+</sup> और थियोसाइनेट आयन।<ref>{{cite journal |last=Gans |first=P |author2=Gill, J. B. |author3=Holden, K. M. L. |year=1994|title=Spectrochemistry of solutions. Part 27. Formation of [Mg(NCS)]<sup>+</sup> in solutions of Mg(NCS)<sub>2</sub> in methanol|journal=J. Chem. Soc., Faraday Trans.|volume=90|pages=2351–2352|doi=10.1039/FT9949002351 |issue=16}}</ref> | ||
तरल अमोनिया का ढांकता हुआ स्थिरांक 26 से उसके हिमांक बिंदु (-80 °C) से घटकर 20 °C (दबाव में) पर 17 हो जाता है। कई सरल 1:1 | तरल अमोनिया का ढांकता हुआ स्थिरांक 26 से उसके हिमांक बिंदु (-80 °C) से घटकर 20 °C (दबाव में) पर 17 हो जाता है। कई सरल 1:1 विद्युत अपघट्य परिवेश के तापमान पर संपर्क आयन जोड़े बनाते हैं। तापमान घटने के साथ आयन युग्मन की सीमा घट जाती है। लिथियम लवण के साथ यह दिखाने के सबूत हैं कि तरल-अमोनिया समाधान में आंतरिक-गोले और बाहरी-गोले दोनों परिसर मौजूद हैं।<ref name=JBG>{{cite journal|last=Gill|first=J. B.|year=1981|title=Solute-solute interactions in liquid ammonia solutions: a vibrational spectroscopic view|journal=Pure Appl. Chem.|volume=53|issue=7|pages=1365–1381|doi=10.1351/pac198153071365|s2cid=55513823 | url=http://media.iupac.org/publications/pac/1981/pdf/5307x1365}}</ref> | ||
10 या उससे कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक वाले विलायक में से, [[टेट्राहाइड्रोफ्यूरान]] (THF) इस संदर्भ में विशेष रूप से प्रासंगिक है, क्योंकि यह आयन संघटन के अध्ययन को संभव बनाने के लिए साधारण | 10 या उससे कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक वाले विलायक में से, [[टेट्राहाइड्रोफ्यूरान]] (THF) इस संदर्भ में विशेष रूप से प्रासंगिक है, क्योंकि यह आयन संघटन के अध्ययन को संभव बनाने के लिए साधारण विद्युत अपघट्य में पर्याप्त विलेयता के परिणाम के साथ दृढ़ता से आयनों को घोलता है। इस विलायक आयन संघ में अपवाद के बजाय नियम है। दरअसल, टेट्रामर्स जैसे उच्च सहयोगी अक्सर बनते हैं।<ref>{{cite journal|last=Goralski|first=P.|author2=Chabanel, M.|year=1987|title=एप्रोटिक सॉल्वैंट्स में आयनिक संघ का कंपन अध्ययन। 11. लिथियम हलाइड्स और लिथियम थायोसाइनेट के बीच मिश्रित समुच्चय का गठन और संरचना|journal=Inorg. Chem.|volume=26|issue=13|pages=2169–2171|doi=10.1021/ic00260a032 }}</ref> THF समाधानों में ट्रिपल धनायन और ट्रिपल आयनों की विशेषता भी बताई गई है।<ref>{{cite journal|last=Bacelon|first=P. |author2=Corset, J. |author3=de Loze , C.|year=2004|title=क्षारीय सल्फोसायनाइड्स के समाधान में ट्रिपल आयन गठन|journal=J. Solution Chem.|pages=129–139|doi=10.1007/BF00644484|volume=9|issue=2 |s2cid=93697320 }} (sulfocyanides = thiocyanates).</ref> | ||
[[चरण-स्थानांतरण कटैलिसीस]] में आयन संघ एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि एक प्रजाति जैसे आर<sub>4</sub>P<sup>+</sup>सीएल<sup>−</sup> औपचारिक रूप से तटस्थ है और इसलिए कम ढांकता हुआ स्थिरांक के गैर-ध्रुवीय विलायक में आसानी से घुल सकता है। इस | [[चरण-स्थानांतरण कटैलिसीस]] में आयन संघ एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि एक प्रजाति जैसे आर<sub>4</sub>P<sup>+</sup>सीएल<sup>−</sup> औपचारिक रूप से तटस्थ है और इसलिए कम ढांकता हुआ स्थिरांक के गैर-ध्रुवीय विलायक में आसानी से घुल सकता है। इस कारक में यह भी मदद करता है कि कटियन की सतह [[ जल विरोधी ]] है। | ||
एसएन1|एस में<sub>N</sub>1 प्रतिक्रिया [[कार्बोकेशन]] इंटरमीडिएट एक आयन जोड़ी को आयनों के साथ बना सकता है, विशेष रूप से कम ढांकता हुआ स्थिरांक के विलायक में, जैसे डायथाइल ईथर।<ref>{{cite journal| last=Winstein| first=S.|author2=Clippinger, E. |author3=Fainberg, A. H. |author4=Heck, R. |author5= Robinson G. C. | year=1956| title=सॉल्वोलिसिस और संबंधित प्रतिक्रियाओं में नमक प्रभाव और आयन जोड़े। III.1 एसिटोलिसिस के दौरान आम आयन दर अवसाद और आयनों का आदान-प्रदान| volume=78|issue=2|pages=328–335| doi=10.1021/ja01583a022| journal=Journal of the American Chemical Society}}</ref> यह प्रतिक्रिया के गतिज मापदंडों और प्रतिक्रिया उत्पादों के [[त्रिविम]] दोनों को प्रभावित कर सकता है। | एसएन1|एस में<sub>N</sub>1 प्रतिक्रिया [[कार्बोकेशन]] इंटरमीडिएट एक आयन जोड़ी को आयनों के साथ बना सकता है, विशेष रूप से कम ढांकता हुआ स्थिरांक के विलायक में, जैसे डायथाइल ईथर।<ref>{{cite journal| last=Winstein| first=S.|author2=Clippinger, E. |author3=Fainberg, A. H. |author4=Heck, R. |author5= Robinson G. C. | year=1956| title=सॉल्वोलिसिस और संबंधित प्रतिक्रियाओं में नमक प्रभाव और आयन जोड़े। III.1 एसिटोलिसिस के दौरान आम आयन दर अवसाद और आयनों का आदान-प्रदान| volume=78|issue=2|pages=328–335| doi=10.1021/ja01583a022| journal=Journal of the American Chemical Society}}</ref> यह प्रतिक्रिया के गतिज मापदंडों और प्रतिक्रिया उत्पादों के [[त्रिविम]] दोनों को प्रभावित कर सकता है। | ||
Revision as of 15:01, 16 July 2023
रसायन विज्ञान में, आयन संघ एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जिससे तहत विपरीत विद्युत आवेश के आयन एक अलग रासायनिक इकाई बनाने के लिए विलयन(रसायन विज्ञान) में एक साथ आते हैं।[1][2] आयन सहयोगियों को एक दूसरे के साथ जुड़ने वाले आयनों की संख्या के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है, जैसे आयन जोड़े, आयन त्रिक, आदि। आयन युग्मों को अन्योन्यक्रिया की प्रकृति के अनुसार संपर्क, विलायक-साझा या विलायक-पृथक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। आयन संघ की सीमा निर्धारित करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक विलायक का ढांकता हुआ स्थिरांक है। आयन सहयोगियों को कंपन संबंधी स्पेक्ट्रमदर्शन के माध्यम से चित्रित किया गया है, जैसा कि नील्स बजेरम द्वारा प्रस्तुत किया गया है, और परावैद्युत -हानि स्पेक्ट्रमदर्शन।[3][4]
आयन जोड़े का वर्गीकरण
- Solvent separated.png
पूरी तरह से घुलनशील आयन-युग्म
- Solvent shared.png
विलायक-साझा आयन-जोड़ी
विलायक-पृथक आयन-जोड़ी
धनायन बाहरी-क्षेत्र परिसर - Contact ion pair.png
आयन-जोड़ी से संपर्क करें
धनायन आंतरिक-क्षेत्र परिसर
आयन युग्म तब बनते हैं जब एक धनायन और ऋणायन,जोए क आयनीकरण पदार्थ के घोल में मौजूद होते हैं, एक साथ मिलकर एक असतत रासायनिक प्रजाति बनाते हैं। दो आयनों की घुलनशीलता की सीमा के आधार पर तीन अलग-अलग प्रकार के आयन जोड़े हैं। उदाहरण के लिए,मैगनीशियम सल्फेट समुद्री जल में संपर्क और विलायक-साझा आयन-जोड़े दोनों के रूप में मौजूद है।[5]
ऊपर दिए गए योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व में, वृत्त गोले का प्रतिनिधित्व करते हैं। आकार मनमाने हैं और जरूरी नहीं कि दिखाए गए अनुसार समान हों। धनायन लाल रंग का होता है और ऋणायन नीले रंग का होता है। हरा क्षेत्र एक प्राथमिक विलायक खोल में विलायक अणुओं का प्रतिनिधित्व करता है; द्वितीयक विलायक संकरण को नजरअंदाज कर दिया जाता है। जब दोनों आयनों में पूर्ण प्राथमिक विलायक संकरण क्षेत्र होता है, तो आयन जोड़ी को पूर्णतः विलायक कहा जा सकता है। जब धनायन और ऋणायन के बीच लगभग एक विलायक अणु होता है, तो आयन युग्म को विलायक-साझा कहा जा सकता है। अंत में, जब आयन एक दूसरे के संपर्क में होते हैं, तो आयन जोड़ी को संपर्क आयन जोड़ी कहा जाता है। यद्यपि, एक संपर्क आयन जोड़ी में भी, आयन अपने अधिकांश विलायक खोल को बनाए रखते हैं। इस विलायक संकरण खोल की प्रकृति समान्यता किसी निश्चितता के साथ ज्ञात नहीं होती है। जलीय घोल में और अन्य दाता विलायक में, धातु धनायन प्राथमिक विलायक संकरण खोल में 4 और 9 विलायक अणुओं के बीच धातु के टुकड़े घिरे होते हैं,[6]
विलायक-साझा आयन जोड़ी के लिए एक वैकल्पिक नाम बाहरी क्षेत्र परिसर है। यह उपयोग समन्वय रसायन शास्त्र में यह प्रयोग आम है और एक विलायक धातु धनायन और एक आयन के बीच एक परिसर को दर्शाता है। इसी तरह, एक संपर्क आयन जोड़ी को एक आंतरिक-गोलाकार परिसर कहा जा सकता है। तीन प्रकारों के बीच आवश्यक अंतर वह निकटता है जिसके साथ आयन एक दूसरे से संपर्क करते हैं: पूरी तरह से विलायक> विलायक-साझा > संपर्क। पूरी तरह से विलायक और विलायक-साझा आयन जोड़े के साथ अंतःक्रिया मुख्य रूप से स्थिरविद्युत होती है, लेकिन एक संपर्क आयन जोड़ी में धनायन और आयनों के बीच के बंधन में कुछ सहसंयोजक चरित्र भी मौजूद होते हैं।
एक आयन त्रिक एक धनायन और दो ऋणायनों से या एक ऋणायन और दो धनायनों से बन सकता है।[7] उच्च समुच्चय, जैसे कि टेट्रामर (AB)4 बन सकता है।
टर्नरी आयन सहयोगियों में तीन प्रजातियों का जुड़ाव सम्मलित है।[8] एक अन्य प्रकार, जिसे घुसपैठ आयन जोड़ी कहा जाता है, को भी विशेषता बताई गई है।[9]
सिद्धांत
विपरीत आवेश के आयन स्वाभाविक रूप से विद्युत बल द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं।[10][11] इसका वर्णन कूलम्ब के नियम द्वारा किया गया है:
जहां F आकर्षण बल है, q1 और q2 विद्युत आवेशों के परिमाण हैं, ε माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक है और r आयनों के बीच की दूरी है। विलयन में आयनों के लिए यह एक सन्निकटन है क्योंकि आयन अपने चारों ओर के विलायक अणुओं पर एक ध्रुवीकरण प्रभाव डालते हैं, जो विद्युत क्षेत्र को कुछ हद तक क्षीण कर देता है। फिर भी, कुछ सामान्य निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं।
- आयन संघ इस प्रकार बढ़ेगा:
- * विद्युत आवेश q1 और q2 का परिमाण बढ़ता है,
- * परावैद्युत स्थिरांक ε का परिमाण घटता है,
- आयनों का आकार घट जाता है जिससे धनायन और ऋणायन के बीच दूरी कम r हो जाती है।
आयन-युग्म निर्माण के लिए संतुलन स्थिरांक K , सभी संतुलन स्थिरांक की तरह, मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन से संबंधित है।[12]
जहां R गैस नियतांक है और T केल्विन में तापमान है। मुक्त ऊर्जा एक तापीय धारिता पद और एक एन्ट्रापी पद से बनी होती है:
जब आयन जुड़ते हैं तो निकलने वाली कुलम्बिक ऊर्जा तापीय धारिता पद में योगदान करती है, संपर्क आयन युग्मों के कारक में, सहसंयोजक अन्योन्यक्रिया ऊर्जा भी तापीय धारिता में योगदान करती है, जैसा कि धनायन या ऋणायन के विलायक खोल से एक विलायक अणु को विस्थापित करने की ऊर्जा करती है। संबद्ध करने की प्रवृत्ति का विरोध एन्ट्रापी शब्द द्वारा किया जाता है, जो इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि असंगठित आयनों वाला विलयन सहयुक्तों वाले विलयन की तुलना में अधिक अव्यवस्थित होता है। एन्ट्रापी शब्द एक ही प्रकार के विद्युत अपघट्य के लिए समान है, जिसमें विलायक प्रभाव के कारण मामूली अंतर होता है। इसलिए, यह तापीय धारिता शब्द का परिमाण ही किसी दिए गए विद्युत अपघट्य प्रकार के लिए आयन संघ की सीमा को निर्धारित करता है। यह ऊपर दिए गए सामान्य नियमों की व्याख्या करता है।
घटना
ढांकता हुआ स्थिरांक आयन संघ की घटना को निर्धारित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है। ढांकता हुआ स्थिरांक के तहत कुछ विशिष्ट मूल्यों की एक तालिका पाई जा सकती है। 298K (25 °C) पर पानी का अपेक्षाकृत उच्च परावैद्युत स्थिरांक 78.7 होता है, इसलिए परिवेश के तापमान पर जलीय घोल में 1:1 विद्युत अपघट्य जैसे कि NaCl आयन जोड़े को एक सराहनीय सीमा तक नहीं बनाते हैं, सिवाय इसके कि जब घोल बहुत अधिक केंद्रित हो।[13] 2:2 विद्युत अपघट्य (q1 = 2, क्यू2 = 2) अधिक शीघ्रता से आयन युग्म बनाता है। वास्तव में, विलायक-साझा आयन युग्म [Mg(H2ओ)6]2+अतः42− समुद्री जल में मौजूद होने के लिए प्रसिद्ध रूप से खोजा गया था, संपर्क आयन जोड़ी [Mg(H) के साथ संतुलन में2ओ)5(इसलिए4)][14] ट्रिटेंट आयन जैसे अल3+, फ़े3+ और लैंथेनाइड आयन मोनोवालेंट आयनों के साथ कमजोर कॉम्प्लेक्स बनाते हैं।
बढ़ते तापमान के साथ पानी का परावैद्युतांक 100 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 55 और क्रांतिक तापमान (217.7 डिग्री सेल्सियस) पर लगभग 5 घट जाता है।[15] इस प्रकार सुपरहीट पानी में आयन पेयरिंग अधिक महत्वपूर्ण हो जाएगी।