பாடங்கள் · அலகு 2 · அணு ஓபிற்றல்களின் கலப்பாக்கம்

அணு ஓபிற்றல்களின் கலப்பாக்கம்

முழுமையான பார்வை — கலப்பாக்கம் (Hybridisation) ஏன் முக்கியம்?

வலுவளவு ஓட்டு இலத்திரன் சோடித் தள்ளுகைக் கொள்கை ஒரு மூலக்கூறின் வடிவத்தைக் கணித்துக் கூறுகின்றது; ஆனால் அவ்வடிவம் ஏன் உருவாகின்றது என்பதையும், அம்மூலக்கூறிலுள்ள பிணைப்புகள் ஏன் ஒத்தவையாக இருக்கின்றன என்பதையும் அக்கொள்கை விளக்குவதில்லை. இக்குறையை நிவர்த்தி செய்வதே அணு ஓபிற்றல்களின் கலப்பாக்கம் (hybridisation) எனப்படும் எண்ணக்கருவாகும். காபன் (C) அணுவின் தரைநிலை இலத்திரன் அமைப்பை மட்டும் கருதினால், அதற்கு இரண்டே சோடியாக்கப்படாத இலத்திரன்களே உள்ளன; எனினும் CH₄ மூலக்கூறில் காபன் நான்கு பங்கீட்டுப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றது, மேலும் அந்நான்கு C–H பிணைப்புகளும் எல்லா வகையிலும் ஒத்தவை. கலப்பாக்கம் என்ற எண்ணக்கரு இன்றி இந்த ஒத்த நான்கு பிணைப்புகளுக்கு ஏற்புடைய கட்டமைப்பைக் கொடுப்பது சாத்தியமன்று. எனவே மூலக்கூறு வடிவத்திற்கும் அணு ஓபிற்றல்களுக்கும் இடையிலான பாலமாகக் கலப்பாக்கம் அமைகின்றது. பகுதி I பல்தேர்வு வினாக்களில் ஓர் அணுவின் கலப்பாக்க வகையை அடையாளம் காணும் வினா தவறாமல் இடம்பெறுகின்றது.

கலப்பாக்கம் ஏன் தேவைப்படுகின்றது?

காபன் அணுவின் வலுவளவு ஓட்டில் தரைநிலையில் ஒரு சோடி இலத்திரன்களும் சோடியாக்கப்படாத இரு இலத்திரன்களும் காணப்படுகின்றன (2s² 2p²). ஆனால் நான்கு பங்கீட்டுப் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதற்குச் சோடியாக்கப்படாத இலத்திரன்களைக் கொண்ட நான்கு ஓபிற்றல்கள் அவசியம். எனவே 2s ஓபிற்றலில் உள்ள ஓர் இலத்திரன் சக்தியை உறிஞ்சி வெற்று 2p ஓபிற்றலுக்கு இடமாற்றம் அடைகின்றது. இவ்வாறு அருட்டப்பட்ட நிலையில் காபன் அணு நான்கு சோடியாக்கப்படாத இலத்திரன்களைப் பெறுகின்றது.

எனினும் இந்நான்கு இலத்திரன்களும் இரண்டு வேறுபட்ட சக்தி மட்டங்களில், இரண்டு வேறுபட்ட வடிவங்களையுடைய ஓபிற்றல்களில் (கோள வடிவ s ஓபிற்றல், டம்பெல் வடிவ p ஓபிற்றல்) காணப்படுகின்றன. இவற்றை அப்படியே பயன்படுத்தினால் CH₄ இல் வேறுபட்ட வகையான பிணைப்புகள் உருவாகும் என எதிர்பார்க்க வேண்டும். ஆனால் சோதனை முடிவுகள் நான்கு C–H பிணைப்புகளும் ஒத்தவை என்பதைக் காட்டுகின்றன. எனவே பிணைப்பு உருவாவதற்கு முன்னர் 2s மற்றும் 2p ஓபிற்றல்கள் கலப்படைந்து, சமசக்தியும் ஒரே வடிவமும் ஒரே பருமனும் உள்ள நான்கு புதிய அணு ஓபிற்றல்களை உருவாக்குகின்றன என்ற எடுகோளே ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகின்றது. இவ்வாறு ஓபிற்றல்கள் கலப்படையும் கருதுகோள் செயன்முறையே கலப்பாக்கம் எனப்படும்.

காபன் அணு ஒன்றின் சக்தி மட்ட வரிப்படம் (தரைநிலையும் அருட்டப்பட்ட நிலையும்)

கலப்பாக்கம் தொடர்பான சில அடிப்படை விதிகளை இங்கு நினைவில் கொள்ளல் வேண்டும்.

கலப்பாக்கம் என்ற எண்ணக்கரு ஒரு தனி அணுவிற்குப் பயன்படுத்தப்படாது; ஒரு மூலக்கூறில் குறித்த ஓர் அணுவினால் உருவாக்கப்படும் பிணைப்புகளை விளக்குவதற்கே பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
கலப்பில் ஈடுபடும் அணு ஓபிற்றல்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமான எண்ணிக்கையிலான கலப்பு ஓபிற்றல்கள் உருவாகின்றன.
உருவாகும் கலப்பு ஓபிற்றல்கள் அனைத்தும் சமசக்தி கொண்டவை; அவை முப்பரிமாண வெளியில் தமது திசைகோளில் மட்டுமே வேறுபடுகின்றன.
கலப்பாக்கம் ஓர் உண்மையான பௌதிக செயன்முறை அன்று; மூலக்கூறு வடிவத்தை விளக்குவதற்காகத் தரப்பட்ட ஒரு கருதுகோள் ஆகும்.

sp³ கலப்பாக்கம்

மீத்தேன் நானமுகி அமைப்பு (sp³)
*Methane tetrahedral geometry (sp³)*
Wikipedia → · CC

ஓர் s ஓபிற்றலும் மூன்று p ஓபிற்றல்களும் கலப்படைந்து சமசக்தி கொண்ட நான்கு sp³ கலப்பு ஓபிற்றல்களை உருவாக்கும்போது அது sp³ கலப்பாக்கம் எனப்படும். இந்நான்கு கலப்பு ஓபிற்றல்களும் ஒரு நானமுகியின் உச்சிகளை நோக்கி அமைகின்றன; அவற்றுக்கிடையிலான கோணம் 109.5° ஆகும். CH₄ மூலக்கூறில் காபன் அணு sp³ கலப்பாக்கம் அடைந்திருப்பதனால் அதன் வடிவம் நானமுகியாக அமைகின்றது.

sp² கலப்பாக்கம்

ஓர் s ஓபிற்றலும் இரு p ஓபிற்றல்களும் கலப்படைந்து மூன்று sp² கலப்பு ஓபிற்றல்களை உருவாக்கும்போது அது sp² கலப்பாக்கம் எனப்படும். இம்மூன்று கலப்பு ஓபிற்றல்களின் அச்சுகளும் ஒரே தளத்தில் அமைகின்றன; அவற்றுக்கிடையிலான கோணம் 120° ஆகும். கலப்பில் ஈடுபடாத ஒரு p ஓபிற்றல் இக்கலப்பு ஓபிற்றல்களின் தளத்திற்குச் செங்குத்தாக அமைகின்றது. BF₃ மூலக்கூறிலும் எத்தீன் (C₂H₄) இல் உள்ள ஒவ்வொரு காபன் அணுவிலும் sp² கலப்பாக்கம் காணப்படுகின்றது; எனவே இவற்றின் வடிவம் தள முக்கோணமாகும்.

sp கலப்பாக்கம்

ஓர் s ஓபிற்றலும் ஒரு p ஓபிற்றலும் கலப்படைந்து இரு sp கலப்பு ஓபிற்றல்களை உருவாக்கும்போது அது sp கலப்பாக்கம் எனப்படும். இவ்விரு கலப்பு ஓபிற்றல்களுக்கிடையிலான கோணம் 180° ஆதலின் அவற்றின் அச்சுகள் ஒரே நேர்கோட்டில் அமைகின்றன. கலப்பில் ஈடுபடாத இரு p ஓபிற்றல்கள் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக அமைகின்றன. BeCl₂ மூலக்கூறில் பெரிலியம் அணு sp கலப்பாக்கம் அடைந்திருப்பதனால் அதன் வடிவம் நேர்கோட்டாக அமைகின்றது.

s, p ஓபிற்றல்களின் கலப்புப் பிறப்பாக்கம்

வடிவத்திற்கும் கலப்பாக்கத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பு

ஒரு கலப்பு ஓபிற்றலின் இயல்பு கலப்பில் ஈடுபட்ட s மற்றும் p ஓபிற்றல்களின் சதவீத பங்கைப் பொறுத்தே அமைகின்றது. கீழ்வரும் அட்டவணை மூன்று கலப்பாக்க வகைகளையும் அவற்றுக்குரிய கேத்திர கணித ஒழுங்கையும் ஒப்பிட்டுக் காட்டுகின்றது.

கலப்பாக்கம்	கலப்படையும் ஓபிற்றல்கள்	கலப்பு ஓபிற்றல்கள்	கேத்திர கணித ஒழுங்கு	கோணம்	உதாரணம்
sp	s + p (1)	2	நேர்கோட்டு	180°	BeCl₂
sp²	s + p (2)	3	தள முக்கோணம்	120°	BF₃, C₂H₄
sp³	s + p (3)	4	நானமுகி	109.5°	CH₄

இவ்வட்டவணையில் இருந்து ஒரு முக்கியமான முடிவை எடுக்கலாம். ஒரு மைய அணுவைச் சூழ உள்ள தள்ளுகை அலகுகளின் எண்ணிக்கையை அறிந்தால், அதன் கலப்பாக்க வகையையும் வடிவத்தையும் நேரடியாகக் கூறிவிடலாம். தள்ளுகை அலகுகள் இரண்டு எனின் sp; மூன்று எனின் sp²; நான்கு எனின் sp³.

sp, sp², sp³ கலப்பு ஓபிற்றல்களின் திசைகோள் ஒப்பீடு — நேர்கோட்டு 180°, தள முக்கோணம் 120°, நானமுகி 109.5°

σ பிணைப்பும் π பிணைப்பும்

எத்தைன் மும்மைப் பிணைப்பு (sp)
*Acetylene triple bond (sp)*
Wikipedia → · CC

இரு ஓபிற்றல்கள் மேற்பொருந்தும் விதத்தைப் பொறுத்து இரண்டு வகையான பிணைப்புகள் உருவாகின்றன. இரு ஓபிற்றல்களும் அவற்றை இணைக்கும் அச்சின் வழியே நேர்கோட்டில் மேற்பொருந்தும்போது σ பிணைப்பு உருவாகின்றது. கலப்பு ஓபிற்றல்களுக்கிடையிலான மேற்பொருந்துகை எப்போதும் இவ்வாறு நேர்கோட்டில் அமைவதனால் அது σ பிணைப்பையே தருகின்றது.

ஆனால் இரு p ஓபிற்றல்களின் அச்சுகள் ஒன்றுக்கொன்று சமாந்தரமாக அமைந்து, அவை பக்கவாட்டாக மேற்பொருந்தும்போது π பிணைப்பு உருவாகின்றது. p ஓபிற்றல்களின் அச்சுகள் சமாந்தரமாக இல்லாதபோது பக்கவாட்டு மேற்பொருந்துகைக்கான சாத்தியம் குறைவாக இருக்கின்றது; எனவே π பிணைப்பு உருவாதலுக்கு அச்சுச் சமாந்தரம் இன்றியமையாதது.

σ பிணைப்பும் π பிணைப்பும்

ஒற்றை, இரட்டை, மும்மைப் பிணைப்புகள்

எத்தீன் இரட்டைப் பிணைப்பு (sp²)
*Ethylene double bond (sp²)*
Wikipedia → · CC

இரு அணுக்களுக்கிடையிலான பிணைப்பின் வகையை σ மற்றும் π பிணைப்புகளின் எண்ணிக்கையைக் கொண்டு வரையறுக்கலாம்.

ஒற்றைப் பிணைப்பு ஒரே ஒரு σ பிணைப்பால் ஆனது.
இரட்டைப் பிணைப்பு ஒரு σ பிணைப்பாலும் ஒரு π பிணைப்பாலும் ஆனது.
மும்மைப் பிணைப்பு ஒரு σ பிணைப்பாலும் இரு π பிணைப்புகளாலும் ஆனது.

எத்தீன் (C₂H₄) இல் இரு காபன் அணுக்களுக்கிடையிலான இரட்டைப் பிணைப்பை இதற்கு உதாரணமாகக் கொள்ளலாம். ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் sp² கலப்பாக்கம் அடைந்திருப்பதனால், கலப்பு ஓபிற்றல்களுக்கிடையிலான நேர்கோட்டு மேற்பொருந்துகையால் ஒரு σ பிணைப்பு உருவாகின்றது; கலப்பில் ஈடுபடாத p ஓபிற்றல்களின் பக்கவாட்டு மேற்பொருந்துகையால் ஒரு π பிணைப்பு உருவாகின்றது.

எத்தைன் என அறியப்படும் C₂H₂ இல் இரு காபன் அணுக்களுக்கிடையில் மும்மைப் பிணைப்பு காணப்படுகின்றது. இங்கு ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் sp கலப்பாக்கம் அடைந்திருக்கின்றது. ஒரு σ பிணைப்பும் இரு π பிணைப்புகளும் இரு காபன் அணுக்களுக்கிடையில் உருவாகின்றன. இம்மும்மைப் பிணைப்பில் உள்ள இரு π பிணைப்புகளின் இலத்திரன் முகில்களின் கற்பனை அச்சுகள் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக அமைகின்றன.

ஒற்றை, இரட்டை, மும்மைப் பிணைப்புகளில் σ மற்றும் π பிணைப்புகளின் எண்ணிக்கை

ஒரு பன்மைப் பிணைப்பில் எப்போதும் ஒரே ஒரு σ பிணைப்பே இருக்கும்; எஞ்சியவை அனைத்தும் π பிணைப்புகளே. எனவே மொத்தப் பிணைப்புகளின் எண்ணிக்கையில் இருந்து ஒன்றைக் கழித்தால் π பிணைப்புகளின் எண்ணிக்கை கிடைக்கும்.

தேர்வாளர் பார்வை

தேர்வில் கலப்பாக்க வகையை அடையாளம் காணும் வினா பொதுவாக இடம்பெறுகின்றது. மைய அணுவைச் சூழ உள்ள தள்ளுகை அலகுகளை எண்ணி, இரண்டு எனின் sp, மூன்று எனின் sp², நான்கு எனின் sp³ என நேரடியாகத் தீர்மானிக்கலாம்; ஒவ்வொரு பன்மைப் பிணைப்பும் ஒரே தள்ளுகை அலகாகவே கணக்கிடப்படும் என்பதை மறக்கலாகாது. இரண்டாவது பொதுவான தவறு, π பிணைப்பின் எண்ணிக்கையைத் தவறாகக் கணித்தலாகும்; ஒற்றைப் பிணைப்பு 1σ, இரட்டைப் பிணைப்பு 1σ + 1π, மும்மைப் பிணைப்பு 1σ + 2π என்ற அமைப்பை உறுதியாக நினைவில் கொள்ள வேண்டும். பகுதி II கட்டுரை வினாவில் கலப்பாக்க வகையைக் கூறுவதோடு நிற்காமல், கலப்பாக்கம் ஏன் தேவைப்படுகின்றது என்பதையும் — அதாவது சோதனையில் காணப்படும் ஒத்த பிணைப்புகளையும் வடிவத்தையும் விளக்குவதற்கே என்பதையும் — தெளிவாக எழுத வேண்டும்.

கலப்பாக்கம்
*Orbital hybridisation*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 மேலும் பயிற்சி செய்ய

📝 வினாத்தொகுப்பு 📄 கடந்தகால வினாத்தாள்கள் 🧠 மைண்ட்மாப்கள்

🎯 MCQ பயிற்சி — 5 கேள்விகள் (questions)

விடையைத் தேர்ந்தெடுங்கள் — பிறகு ஒவ்வொரு (5) விருப்பத்திற்கும் ஏன் சரி / தவறு + ஆழமான விளக்கம் (deep explanation) காண்பிக்கப்படும்.

Q1 / 5 ★★★★★

C₂H₂-இல் காபனின் கலப்பாக்கம் (hybridisation):

(1) sp

சரி. C≡C: 2 σ + 2 π. ஒவ்வொரு C-இல் 2 σ → sp.

(2) sp³d

sp³d = 5 domain.

(3) sp³d²

sp³d² = 6 domain.

(4) sp³

sp³ = 4 σ (CH₄).

(5) sp²

sp² = 3 σ + π (C₂H₄).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Hybridisation = σ-domains எண்ணிக்கை. sp=2, sp²=3, sp³=4, sp³d=5, sp³d²=6. C₂H₂-இல் ஒவ்வொரு C-இல் (C-H) + (C-C) = 2 σ → sp. மீதி 2 unhybridised p-orbital → 2 π bond (triple bond).

Q2 / 5 ★★★★★

PCl₅-இல் P-இன் hybridisation மற்றும் வடிவம்:

(1) sp³, tetrahedral

sp³ = 4 domain.

(2) sp³d, trigonal bipyramidal

சரி. 5 σ → sp³d → TBP.

(3) sp³d², octahedral

octahedral = 6 σ.

(4) sp², trigonal planar

3 domain.

(5) sp, linear

2 domain.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): P: [Ne] 3s² 3p³. PCl₅-இல் 5 P-Cl bond → 5 σ-domain → sp³d hybridisation (3s + 3p×3 + 3d×1 = 5 hybrid orbital). Geom = TBP. Period 3 → d-orbital available (Period 2 N-இல் NCl₅ சாத்தியமில்லை).

Q3 / 5 ★★★★☆

எத்தனை π bonds இருக்கின்றன: HCN, CH₂O, C₆H₆?

(1) 2, 0, 6

CH₂O = 1 π.

(2) 1, 1, 3

HCN-இல் 2 π.

(3) 2, 1, 3

சரி. HCN: C≡N = 1σ+2π. CH₂O: C=O = 1σ+1π. C₆H₆: 3 delocalised π bonds.

(4) 2, 1, 6

C₆H₆ = 6 π electrons, 3 π bonds.

(5) 1, 2, 3

CH₂O = 1 π only.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): பிணைப்பு வகை: single = 1σ; double = 1σ + 1π; triple = 1σ + 2π. Benzene = 6 C-C "1.5" bonds = 6σ + 6π electrons = 3 π bonds.

Q4 / 5 ★★★★★

sp² hybrid orbital கொண்ட எதிர்மறை எடுத்துக்காட்டு:

(1) C in C₂H₄

C₂H₄ ethylene = sp².

(2) N in NO₃⁻

NO₃⁻ = 3 σ → sp².

(3) C in CO₃²⁻

CO₃²⁻ = 3 σ → sp².

(4) C in CO₂

சரி. CO₂ = O=C=O, C-இல் 2 σ → sp.

(5) BF₃

BF₃ = 3 σ → sp².

ஆழமான விளக்கம் (Deep): CO₂ vs CO₃²⁻ — பெயர் ஒன்றுபோல இருந்தாலும், CO₂-இல் C: 2 σ-domain (sp); CO₃²⁻-இல் C: 3 σ-domain (sp²). σ-count rule எப்போதும் வென்றது.

Q5 / 5 ★★★★☆

XeF₄-இல் Xe-இன் hybridisation:

(1) sp²

3 domain.

(2) sp

2 domain.

(3) sp³

4 domain → sp³, ஆனால் 4 σ + 2 LP = 6 domain.

(4) sp³d

5 domain → sp³d.

(5) sp³d²

சரி. 4 σ + 2 LP = 6 e⁻ domain → sp³d² (octahedral framework).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Hybridisation includes lone pairs! XeF₄: e⁻-domain = 4 (σ) + 2 (LP) = 6 → sp³d². வடிவம் = square planar (LP-கள் trans-axial). வடிவத்திலிருந்து hybridisation கணிக்க கூடாது — domain count-இலிருந்து கணிக்கவும்.

📜 தேர்வுக் கேள்விகள் (exam-style questions)

🟢 உறுதி (Confirmed) = AL வினாத்தாள் PDF-இலிருந்து நேரடியாக எடுக்கப்பட்டது. 🟡 பாங்கு (Pattern) = NIE textbook + past-paper வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட பயிற்சிக் கேள்வி — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி அல்ல, ஆனால் தேர்வில் தோன்றக்கூடிய வடிவமே.

2012 · P1 · Q6 (NSF) 🟢 உறுதி (confirmed)

NSF மூலக்கூறு குறித்து சரியான தகவல் தரும் வரிசை:

S ox-state = −4, S charge = −2, sp hybrid, NSF angle 180°, S(sp)–F(2p)
S = −1, −1, sp², < 120°, S(sp²)–F(2p)
S = 0, +1, sp², > 120°, S(sp²)–F(2p)
S = +1, 0, sp³, 90°, S(sp³)–F(2p)
S = +4, 0, sp², 90°–120°, S(sp²)–F(2p)

விடை: (3). NSF: S மைய அணு, ≡N + −F + lone pair. S = sp² (3 e⁻-domains: N triple, F single, lone pair). Ox-state of S = 0 (உருவாக்கம் N≡S + S−F கணித்தால் சமமாகும்). N≡S, S−F → கோணம் > 120° (triple bond push). கட்டமைப்பு σ பிணைப்பு S(sp²) + F(2p).

2005 · P1 · Q30 🟢 உறுதி (confirmed)

கீழே தரப்பட்டவைகளுள் எவையேனும் இரு அணுக்களுக்கிடையே உருவாக்கக்கூடிய பிணைப்புகளின் சாத்தியமான சேர்மானமானது?

ஒரு σ பிணைப்பும் ஒரு π பிணைப்பும்
மூன்று π பிணைப்புகள்
இரு σ பிணைப்புகள்
இரு σ பிணைப்புகளும் ஒரு π பிணைப்பும்
மூன்று σ பிணைப்புகள்

விடை: (3) ஒரு σ பிணைப்பும் ஒரு π பிணைப்பும். இரு குறிப்பிட்ட அணுக்களுக்கிடையே ஒரே ஒரு σ பிணைப்பு மட்டுமே உருவாக்கக்கூடும் — σ பிணைப்பு ஒபிற்றல்களின் நேர்கோட்டு (இணைப்பு அச்சிற்கு இணையான) மேற்பொருந்துகையால் உருவாகின்றது, இதற்கு ஒரே ஒரு வழி மட்டுமே உண்டு. கூடுதல் பிணைப்புகள் (இரட்டை/மூன்றணைப் பிணைப்புகளில்) எப்போதும் π பிணைப்புகளாகவே இருக்க வேண்டும் (பக்கவாட்டு மேற்பொருந்துகை). எனவே சாத்தியமான சேர்மானங்கள்: 1σ (ஒற்றைப் பிணைப்பு), 1σ+1π (இரட்டைப் பிணைப்பு), 1σ+2π (மூன்றணைப் பிணைப்பு) மட்டுமே — 2σ, 3σ, 3π (σ இல்லாமல்) என்பன அனைத்தும் இயலாதவை. விருப்பம் (3) — 1σ+1π — ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பாக நடைமுறையில் சாத்தியமானது.

2011 · Old · Q08 🟢 உறுதி (confirmed)

பின்வரும் அட்டவணையின் எந்நிரை HCN மூலக்கூறு பற்றிய சரியான தகவலைத் தருகின்றது? (நிரல்கள்: C இன் ஒட்சியேற்ற நிலை | C மீது உள்ள ஏற்றம் | C ஐச் சுற்றி உள்ள வடிவம் | C இன் கலப்பினமாக்கம்)

+2, 0, நீட்டல் (linear), sp²
+2, 0, நீட்டல் (linear), sp
+1, 0, நீட்டல் (linear), sp
+1, 0, கோணல் (angular), sp²
+2, +4, நீட்டல் (linear), sp

விடை: (5) +2, 0, நீட்டல் (linear), sp. HCN இன் கட்டமைப்பு H–C≡N. ஒட்சியேற்ற நிலை: H=+1, N=−3 (வழக்கமான) என வைத்து, நடுநிலை மூலக்கூற்றில் தொகை பூச்சியம்: (+1)+C+(−3)=0 ⟹ C=+2. ஏற்றம் (formal charge): C இல் 4 வேலன்சு இலத்திரன்கள், தனிச்சோடிகள் இல்லை, H உடன் ஒற்றைப் பிணைப்பு (பங்கு=1) + N உடன் மூன்றணைப் பிணைப்பு (பங்கு=3) ⟹ FC = 4−0−(1+3) = 0. வடிவம்/கலப்பினமாக்கம்: C இல் இரு σ பிணைப்புகள் மட்டுமே (H உடனும் N உடனும்), தனிச்சோடிகள் இல்லை ⟹ 2 இலத்திரன் களங்கள் ⟹ sp கலப்பினமாக்கம், நீட்டல் வடிவம் (180°).

2025 · P2 · Q1(b)(iv) (restructured, N² only) 🟢 உறுதி (confirmed)

F–N¹=N²=N³–N⁴(H)–H எனும் சங்கிலி மூலக்கூறில் (N¹, N², N³, N⁴ எனத் தரவரிசைப்படுத்தப்பட்ட 4 நைதரசன் அணுக்களைக் கொண்டது, N¹ F உடனும் N²=N¹ இருமுனை பிணைப்புடனும் தொடர்ந்து N²=N³ இருமுனைப் பிணைப்புடனும் இணைந்துள்ளது), N² அணுவைச் சுற்றியுள்ள VSEPR சோடிகளின் எண்ணிக்கை, மூலக்கூற்று வடிவம், கலப்பாக்கம் ஆகியன முறையே எவை?

3, கோணல் (bent), sp³
3, தள முக்கோணம் (trigonal planar), sp²
2, நீட்டல் (linear), sp
4, நான்முகி (tetrahedral), sp³
2, கோணல் (bent), sp²

விடை: (2) 2, நீட்டல் (linear), sp. N² இரு இருமுனைப் பிணைப்புகளால் (N¹ உடனும் N³ உடனும்) மட்டும் இணைந்துள்ளது — தனிச்சோடிகள் இல்லை (N² மீதுள்ள (+) ஏற்றக் குறியீடு, ஒரு தனிச்சோடி இரண்டாவது π பிணைப்பை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டதைக் காட்டுகின்றது). எனவே N² இல் 2 VSEPR σ-பிணைப்புப் பகுதிகள் மட்டுமே உள்ளன (AX₂E₀) — இது அசைடு அயனின் (N₃⁻) மைய N அணுவையோ அலீனின் மைய C அணுவையோ போன்றது — நீட்டல் வடிவமும் sp கலப்பாக்கமும் கொண்டது.

2020 · P2 · Q1(b)(iv)-(vii) 🟢 உறுதி (confirmed)

மேலே (iii) இல் தரப்பட்ட Cl–N¹(=N²–O³–C⁴≡N)(–O) கட்டமைப்பையே அடிப்படையாகக் கொண்டவை. (iv) கீழே தரப்பட்டுள்ள இரு அணுக்களுக்குமிடையே σ பிணைப்புகளை உண்டாக்குவதற்குப் பங்குபற்றும் அணு/கலப்பின் ஒப்பிற்றல்களை இனங்காண்க: I. Cl–N¹, II. N¹–O(கிளை), III. N¹–N², IV. N²–O³, V. O³–C⁴, VI. C⁴–N. (v) பின்வரும் இரு அணுக்களுக்கிடையேயும் π பிணைப்புகளை உண்டாக்குவதற்குப் பங்குபற்றும் அணு ஒப்பிற்றல்களை இனங்காண்க: I. N¹–N², II. C⁴–N (இரு π அமைப்புகளும்). (vi) N¹, N², O³, C⁴ அணுக்களைச் சுற்றியுள்ள அண்ணளவான பிணைப்புக் கோணங்களைக் குறிப்பிடுக. (vii) N¹, N², O³, C⁴ ஆகிய அணுக்களை மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகரிக்கும் வரிசையில் ஒழுங்குபடுத்துக.

விடை: (iv) σ பிணைப்புகள்: I. Cl(3p அல்லது sp³)–N¹(sp²); II. N¹(sp²)–O(2p அல்லது sp³); III. N¹(sp²)–N²(sp²); IV. N²(sp²)–O³(sp³); V. O³(sp³)–C⁴(sp); VI. C⁴(sp)–N(2p அல்லது sp). ஒவ்வொரு σ பிணைப்பும் அணுவின் ஏற்கனவே நிர்ணயிக்கப்பட்ட கலப்பு விட்டையிலிருந்தே (அல்லது கலவாத 2p/3p விட்டையிலிருந்தே, முனைய அணுக்களுக்கு) உருவாகின்றது.

(v) π பிணைப்புகள்: N¹=N² இரட்டைப் பிணைப்பின் π கூறு — N¹(2p)–N²(2p), இரு sp² அணுக்களினதும் கலவாத 2p விட்டைகள் இணைபக்கமாக மேலெழும்பி உருவாகும் π பிணைப்பு. C⁴≡N முக்கூட்டுப் பிணைப்பில் 2 செங்குத்து π பிணைப்புகள் உள்ளன (C⁴ சார்ந்த 2 கலவாத 2p விட்டைகள்): π₁: C⁴(2p)–N(2p); π₂: C⁴(2p)–N(2p) (மேலதிக, செங்குத்தான இரண்டாம் 2p சோடி).

(vi) பிணைப்புக் கோணங்கள்: N¹≈120°±1° (தள முக்கோணி, தனிச்சோடி இல்லை — இலத்திரன் சோடிக் கேத்திரகணிதம் திரிபடையவில்லை); N²≈115°-118° (தள முக்கோணி களங்கள், ஆனால் 1 தனிச்சோடியின் கூடுதல் விலக்கல் காரணமாக இலட்சிய 120° இலிருந்து சற்று சுருங்கியுள்ளது); O³≈104°±1° (நான்முக களங்கள், 2 தனிச்சோடி — H₂O போன்றே); C⁴≈180°±1° (நேர்கோட்டு, தனிச்சோடி இல்லை).

(vii) மின்னெதிர்த்தன்மை வரிசை: C⁴ < N² < N¹ < O³. O³ (ஒட்சிசன், மிக அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட மூலகம்) மிக உயர்ந்தது; C⁴ (காபன், N/O ஐ விடக் குறைந்த மின்னெதிர்த்தன்மை, sp கலப்பு அதை ஈடுசெய்யாது) மிகக் குறைந்தது. N¹, N² இரண்டும் நைதரசனே எனினும் — (iii) இன் முறையான ஏற்றக் கணிப்பிலிருந்து N¹ ஒரு +1 முறையான ஏற்றத்தை சுமக்கிறது (3 σ பிணைப்புகள், தனிச்சோடி இல்லை) அதே சமயம் N² நடுநிலையானது (0 ஏற்றம், 1 தனிச்சோடியுடன்) — நேர்மின்னேற்றமுள்ள N¹ இலத்திரன்களை அதிக பலத்துடன் ஈர்க்கும், எனவே N² ஐ விட அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை உடையதாக செயற்படுகிறது.

2022 · P1 · Q9 🟢 உறுதி (confirmed)

CH₄, CH₃Cl, H₂CO, HCN, NCO⁻ ஆகியவற்றில் உள்ள காபன் (C) அணுவின் மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகரிக்கும் ஒழுங்குமுறை

CH₄ < H₂CO < CH₃Cl < HCN < NCO⁻
CH₃Cl < CH₄ < H₂CO < HCN < NCO⁻
CH₄ < CH₃Cl < H₂CO < HCN < NCO⁻
CH₄ < CH₃Cl < NCO⁻ < H₂CO < HCN
NCO⁻ < HCN < H₂CO < CH₄ < CH₃Cl

விடை: (3) CH₄ < CH₃Cl < H₂CO < HCN < NCO⁻. காபனின் "பயன்படு மின்னெதிர்த்தன்மை" இரு காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது: ஓர்பிற்றல் இனக்கலப்பு (s-குணம் அதிகரிக்க அதிகரிக்கும்: sp³ 25% < sp² 33% < sp 50%) மற்றும் அண்டை மின்னெதிர் அணுக்களின் தூண்டல் விளைவு. CH₄ — sp³ C, H மாத்திரம் இணைந்துள்ளது (குறைந்த மின்னெதிர்த்தன்மை உடைய பதிலீடு) — மிகக் குறைந்தது. CH₃Cl — sp³ C ஆனாலும், மிக மின்னெதிர்த்தன்மையுள்ள Cl இன் தூண்டல் விளைவு C இலிருந்து இலத்திரன் அடர்த்தியை இழுப்பதால் C இன் பயன்படு மின்னெதிர்த்தன்மை சற்று அதிகரிக்கின்றது. H₂CO — sp² C (33% s-குணம்), CH₄/CH₃Clஐ விட அதிகம். HCN — sp C (50% s-குணம், அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை), ஆனால் C இற்கு இணைந்திருப்பது H (குறைந்த மின்னெதிர்) மற்றும் N ஒன்று மாத்திரம். NCO⁻ — sp C, ஆனால் C இரு பக்கமும் N, O ஆகிய இரு மின்னெதிர் அணுக்களுடன் இணைந்துள்ளது (இரட்டைத் தூண்டல் வடிகால்) — மிக அதிகபட்சம். எனவே CH₄<CH₃Cl<H₂CO<HCN<NCO⁻.

2023 · P1 · Q8 🟢 உறுதி (confirmed)

CH₃CH₂Br, CH₂=CHF, CH₂=CHCl, HC≡CF ஆகியவற்றில் கீழே கோடிடப்பட்ட காபன் அணு (C) இன் மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகரிக்கும் வரிசை (அலசன் இணைந்துள்ள காபன் அணு கோடிடப்பட்டுள்ளது)

CH₃CH₂Br < CH₂=CHF < CH₂=CHCl < HC≡CF
HC≡CF < CH₂=CHCl < CH₂=CHF < CH₃CH₂Br
CH₂=CHF < CH₂=CHCl < CH₃CH₂Br < HC≡CF
CH₃CH₂Br < CH₂=CHCl < CH₂=CHF < HC≡CF
CH₃CH₂Br < CH₂=CHF < HC≡CF < CH₂=CHCl

விடை: (4) CH₃CH₂Br < CH₂=CHCl < CH₂=CHF < HC≡CF. முதன்மைக் காரணி ஓர்பிற்றல் இனக்கலப்பு: CH₃CH₂Br இல் கோடிடப்பட்ட C ஆனது sp³ (25% s-குணம்) — மிகக் குறைந்த மின்னெதிர்த்தன்மை. CH₂=CHF மற்றும் CH₂=CHCl இரண்டிலும் கோடிடப்பட்ட C sp² (33% s-குணம்) — இவ்விரண்டையும் பிரிக்க இரண்டாம்நிலைத் தூண்டல் விளைவு பயன்படுத்தப்படுகிறது: F ஆனது Cl ஐ விட மின்னெதிர்த்தன்மை அதிகமானது (Pauling: F=3.98, Cl=3.16) — எனவே F உடன் இணைந்த sp² C (CH₂=CHF) ஆனது Cl உடன் இணைந்த sp² C (CH₂=CHCl) ஐ விடச் சற்று அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை பெறுகின்றது. HC≡CF இல் கோடிடப்பட்ட C ஆனது sp (50% s-குணம்) — மிக அதிகபட்சம். எனவே வரிசை: sp³(Br) < sp²(Cl) < sp²(F) < sp(F).

2012 · P1 · Q13 🟢 உறுதி (confirmed)

CH₃-CH₂-C≡C-CH=CH₂ மூலக்கூறில் a, b, c, d, e எனக் குறிக்கப்பட்டுள்ள பிணைப்புகளின் பிணைப்பு நீளங்களின் சரியான ஏறுவரிசை எது?

c < e < d < b < a
d < c < e < b < a
a < b < d < e < c
c < d < e < b < a
c < e < d < a < b

விடை: (4) c < e < d < b < a. பிணைப்பு நீளம் பிணைப்பு வரிசை (bond order) அதிகரிக்க அதிகரிக்கக் குறையும், மேலும் s-குணத்தன்மை (s-character) அதிகரிக்க அதிகரிக்கவும் குறையும். c (C≡C, முப்பிணைப்பு) மிகக் குறுகியது. e (CH=CH₂, இரட்டைப்பிணைப்பு) அடுத்து குறுகியது. d (sp-sp² கார்பன்களுக்கிடையேயான ஒற்றைப்பிணைப்பு, அதிக s-குணம்) அடுத்து. b (sp³-sp கார்பன்களுக்கிடையேயான ஒற்றைப்பிணைப்பு) இன்னும் நீளமானது. a (CH₃-CH₂, sp³-sp³ ஒற்றைப்பிணைப்பு, மிகக் குறைந்த s-குணம்) மிக நீளமானது. எனவே: c < e < d < b < a.

2021 · P2 · Q1(b) 🟢 உறுதி (confirmed)

(i) Cl₂O₄ மூலக்கூறின் (எலும்புக்கூடு: Cl-O-Cl-O) மிகவும் ஏற்புடைய Lewis dot-dash கட்டமைப்பை வரைக. (ii) (i) இல் வரையப்பட்ட கட்டமைப்பில் உள்ள இரு குளோரின் அணுக்களின் ஒட்சியேற்ற நிலைகளைத் தருக (Cl¹-O-Cl²-O என லேபிளிடப்பட்டது). (iii) N₂O₂²⁻ அயனியின் மிகவும் நிலைப்புடைய கட்டமைப்பு :O-N=N-O: எனத் தரப்பட்டுள்ளது. இவ்வயனிக்கான இரு கூடுதல் பரிவு (resonance) கட்டமைப்புகளை வரைக. (iv)-(viii) :F-N=C-C≡N-O: எனும் Lewis கட்டமைப்பில் (F-N¹-C²-C³-N⁴-O என லேபிளிடப்பட்டது) N¹,C²,C³,N⁴ ஒவ்வொன்றிற்குமான VSEPR சோடிகள்/e⁻-சோடி வடிவமைப்பு/வடிவம்/கலப்பாக்கத்தை அட்டவணையில் நிரப்புக; ஒவ்வொரு σ-பிணைப்புக்குமான அணு/கலப்பின ஓபிற்றல்களை இனங்காணுக; π-பிணைப்புகளுக்கான அணு ஓபிற்றல்களை இனங்காணுக; N¹,C²,C³,N⁴ இன் தோராயமான பிணைப்புக் கோணங்களைத் தருக; N¹,C²,C³,N⁴ ஐ அதிகரிக்கும் மின்னெதிர்த்தன்மை ஒழுங்கில் அடுக்குக.

விடை: (i) Cl₂O₄ இன் மிகவும் ஏற்புடைய கட்டமைப்பு: நடு Cl (Cl¹) ஒரு O உடன் ஒற்றைப் பிணைப்பையும் (-O:, தனிமை இணையுடன்) ஒரு O ஐ (Cl² ஐ நோக்கி) இணைக்கும் பாலமாகவும் கொண்டு; Cl² இரு =O பிணைப்புகளைக் கொண்டு (perchlorate போன்ற அமைப்பு) -- : Cl¹(-O:)(-O-)Cl²(=O)(=O) -- முறையான ஏற்றங்கள் பூச்சியமாகும் வகையில்.
(ii) Cl¹=+I (+1), Cl²=+VII (+7).
(iii) இரு கூடுதல் பரிவு கட்டமைப்புகள் (எதிர்மறை ஏற்றம் மறு O வுக்கு இடம்பெயர்தல் + N=N இரட்டைப் பிணைப்பு இடம் மாறுதல் வழியாக): ⊖:O-N-N=O:⊖ (இடதுபுற O வில் எதிர்மறை, N-N இற்கிடையே ஒற்றைப் பிணைப்பு, வலதுபுற N=O இரட்டை) ↔ :O=N-N-O:⊖⊖ (வலதுபுற O வில் எதிர்மறை, இடதுபுற N=O இரட்டை).
(iv) VSEPR சோடிகள்: N¹=3, C²=3, C³=2, N⁴=2.
e⁻-சோடி வடிவமைப்பு: N¹=trigonal planar, C²=trigonal planar, C³=linear, N⁴=linear.
வடிவம்: N¹=angular/V, C²=trigonal planar, C³=linear, N⁴=linear.
கலப்பாக்கம்: N¹=sp², C²=sp², C³=sp, N⁴=sp.
(v) σ-பிணைப்பு ஓபிற்றல்கள்: N¹-F: N¹(sp²)+F(2p அல்லது sp³). N¹-C²: N¹(sp²)+C²(sp²). C²-H: C²(sp²)+H(1s). C²-C³: C²(sp²)+C³(sp). C³-N⁴: C³(sp)+N⁴(sp). N⁴-O: N⁴(sp)+O(2p அல்லது sp³).
(vi) π-பிணைப்பு ஓபிற்றல்கள்: N¹-C²: N¹(2p)+C²(2p). C³-N⁴: இரு π பிணைப்புகள் (ட்ரிபிள் பிணைப்பு) -- C³(2p)+N⁴(2p) இரண்டு செங்குத்தான தளங்களில்.
(vii) பிணைப்புக் கோணங்கள்: N¹=118°±1, C²=120°±1, C³=180°±1, N⁴=180°±1.
(viii) அதிகரிக்கும் மின்னெதிர்த்தன்மை: C² < C³ < N¹ < N⁴ (sp² C<sp C<sp² N<sp N -- s-குணமும் தனிமமும் இரண்டும் பங்களிக்கும்).

← அலகு 2