📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 2 · பரிவுக் கட்டமைப்புகள்

பரிவுக் கட்டமைப்புகள்

முழுமையான பார்வை — ஒரு கட்டமைப்பு போதாதபோது

சில மூலக்கூறுகளையும் அயன்களையும் ஒரே ஒரு லூயியின் கட்டமைப்பினால் (Lewis structure) சரியாகக் குறிப்பிட முடிவதில்லை. காரணம் என்னவெனில், அத்தகைய மூலக்கூறுகளில் இரட்டை அல்லது மும்மைப் பிணைப்புகளைக் கொண்ட பல்மைப் பிணைப்புகள் (multiple bonds) காணப்படுகின்றன; எனினும் அப்பிணைப்புகளின் இடத்தைப் பல வேறுபட்ட முறைகளில் காட்ட முடியும். இவ்வாறு, தரப்பட்ட ஒரு மூலக்கூறுக்கோ அல்லது அயனுக்கோ ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட சரியான லூயியின் கட்டமைப்புகளை எழுதுவது சாத்தியமாகும்போது, அவ்வாறு எழுதப்படும் கட்டமைப்புகள் பரிவுக் கட்டமைப்புகள் (resonance structures) எனப்படுகின்றன. இவை பங்கு கொள்ளும் கட்டமைப்புகள் (contributing structures) என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன.

பரிவுக் கட்டமைப்புகள் ஒன்றுக்கொன்று இரட்டைத் தலையுடைய அம்புக்குறியினால் (↔) இணைக்கப்படுகின்றன. இங்கு கவனத்தில் கொள்ள வேண்டிய அடிப்படை விடயம் என்னவெனில், பரிவு உருவாகும்போது மூலக்கூறின் வன்கூட்டில் (அணுக்களின் ஒழுங்கமைப்பில்) எவ்விதமான மாற்றமும் ஏற்படுவதில்லை; பிணைப்பு இலத்திரன் முகில்களின் (electron clouds) நிலை மட்டுமே மாற்றமடைகின்றது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், பரிவுக் கட்டமைப்புகளுக்கு இடையில் அணுக்கள் இடம்பெயர்வதில்லை; இலத்திரன்கள் மட்டுமே இடம்பெயர்கின்றன.

பரிவுக் கலப்பு — உண்மையான மூலக்கூறு

பரிவில் பங்கு கொள்ளும் தனித்தனிக் கட்டமைப்புகள் உண்மையில் இருப்பதில்லை. அவை வசதிக்காக மட்டுமே வரையப்படும் கற்பனைக் கட்டமைப்புகளாகும். உண்மையான மூலக்கூறு அல்லது அயன் என்பது இக்கட்டமைப்புகள் அனைத்தினதும் ஒன்றிணைந்த சராசரியான கட்டமைப்பேயாகும்; இது பரிவுக் கலப்பு (resonance hybrid) எனப்படுகின்றது.

இங்கே ஒரு பொதுவான தவறான எண்ணக்கருவைத் தெளிவுபடுத்துவது மிகவும் இன்றியமையாததாகும். மூலக்கூறானது ஒரு கட்டமைப்பிலிருந்து மற்றொரு கட்டமைப்புக்கு மாறி மாறி அலைவதில்லை. மாறாக, அது எப்பொழுதும் ஒரே ஒரு நிலையான கலப்புக் கட்டமைப்பாகவே இருக்கின்றது. இக்கலப்பில் பிணைப்பு இலத்திரன்கள் சில அணுக்களுக்கு மட்டும் சொந்தமாகாமல், பல அணுக்களுக்கு இடையில் பரந்து காணப்படுகின்றன. இவ்வாறு பரந்து காணப்படும் இலத்திரன்களின் நிலை இலத்திரன் ஓரிடப்படாமை (delocalisation) என அழைக்கப்படுகின்றது.

உதாரணம் 1 — ஓசோன் (O₃)

ஓசோன் மூலக்கூறின் கட்டமைப்பு
Ozone molecule structure
Wikipedia → · CC

ஓசோன் மூலக்கூறில் மைய ஒட்சிசன் அணு மற்ற இரு ஒட்சிசன் அணுக்களுடன் பிணைந்துள்ளது. ஒரு ஒட்சிசனுடன் ஒற்றைப் பிணைப்பும், மற்றொரு ஒட்சிசனுடன் இரட்டைப் பிணைப்பும் கொண்ட ஒரு லூயியின் கட்டமைப்பை வரையலாம். ஆனால் இரட்டைப் பிணைப்பை இடப்பக்கம் வைத்தோ அல்லது வலப்பக்கம் வைத்தோ வரையலாம் என்பதால், சமமான இரு கட்டமைப்புகளைப் பெறுகின்றோம். இவ்விரு கட்டமைப்புகளும் ஒத்தவையாக இருப்பதால் அவற்றை ஒன்றிலிருந்து ஒன்றை வேறுபிரித்து அறிய முடியாது.

உண்மையில் ஓசோனில் உள்ள இரு O–O பிணைப்புகளினதும் நீளம் சமமாகவே காணப்படுகின்றது. எனவே ஓசோனின் உண்மையான கட்டமைப்பு இவ்விரு பரிவு அமைப்புகளினதும் இணைக்கப்பட்ட பரிவுக் கலப்பாகக் கருதப்படுகின்றது. கலப்புக் கட்டமைப்பில் ஒவ்வொரு O–O பிணைப்பும் ஒற்றைப் பிணைப்புக்கும் இரட்டைப் பிணைப்புக்கும் இடைப்பட்ட தன்மையைக் கொண்டுள்ளது.

Ozone O₃ — two resonance structures O O O structure I resonance O O O structure II = O O O resonance hybrid both O–O bonds identical
ஓசோனின் இரு பரிவுக் கட்டமைப்புகளும், சமமான இரு O–O பிணைப்புகளைக் கொண்ட பரிவுக் கலப்பும்

உதாரணம் 2 — காபனேற்று அயன் (CO₃²⁻)

காபனேற்று அயன் (CO₃²⁻) லூயிஸ் கட்டமைப்பு
Carbonate ion Lewis structure
Wikipedia → · CC

காபனேற்று அயனில் (carbonate ion) மைய காபன் அணு மூன்று ஒட்சிசன் அணுக்களுடன் பிணைந்துள்ளது. ஒரு ஒட்சிசனுடன் இரட்டைப் பிணைப்பும், மற்ற இரு ஒட்சிசன்களுடன் ஒற்றைப் பிணைப்புகளும் கொண்ட ஒரு லூயியின் கட்டமைப்பை வரையலாம். இரட்டைப் பிணைப்பை மூன்று ஒட்சிசன்களில் எதனுடனும் வைக்கலாம் என்பதால், சமமான மூன்று பரிவுக் கட்டமைப்புகளைப் பெறுகின்றோம்.

π பிணைப்பு இலத்திரன் முகிலின் நிலை மாற்றமடைவதால், C–O பிணைப்பின் இலத்திரன் முகில் மூன்று C–O பிணைப்புகளுக்கும் ஓரிடப்படாமல் (delocalised) பரந்து காணப்படுகின்றது. இதன் விளைவாக மூன்று C–O பிணைப்புகளும் ஒரே சீரான நீளத்தைக் கொண்டுள்ளன; ஒவ்வொரு பிணைப்பினதும் பிணைப்பு வரிசையும் (bond order) 1⅓ ஆகும். எல்லாப் பரிவுக் கட்டமைப்புகளும் சமமானவை என்பதால், அவை அனைத்தும் பரிவுக் கலப்புக் கட்டமைப்புக்குச் சமமான பங்களிப்பை வழங்குகின்றன.

Carbonate ion CO₃²⁻ — three equivalent contributing structures O C O − O − O − C O O − O − C O − O resonance hybrid — three identical C–O bonds O C O O [ CO₃ ]²⁻ bond order 1⅓
காபனேற்று அயனின் மூன்று சமமான பரிவுக் கட்டமைப்புகளும், மூன்று ஒரே சீரான C–O பிணைப்புகளைக் கொண்ட பரிவுக் கலப்பும்

உதாரணம் 3 — நைத்திரேற்று அயன் (NO₃⁻)

நைத்திரேற்று அயனிலும் (nitrate ion) காபனேற்று அயனைப் போலவே மைய நைதரசன் அணு மூன்று ஒட்சிசன் அணுக்களுடன் பிணைந்துள்ளது. இரட்டைப் பிணைப்பை மூன்று ஒட்சிசன்களில் எதனுடனும் வைக்கலாம் என்பதால், சமமான மூன்று பரிவுக் கட்டமைப்புகளைப் பெறுகின்றோம். இம்மூன்று கட்டமைப்புகளும் சமமானவை; எனவே அவற்றின் உறுதித் தன்மையும் சமமானவை. இவை பரிவுக் கலப்புக் கட்டமைப்புக்கு சமமான பங்களிப்பை வழங்குகின்றன. உண்மையான நைத்திரேற்று அயனில் மூன்று N–O பிணைப்புகளும் ஒரே சீரான நீளத்தைக் கொண்டுள்ளன.

N O O O − − ↔ N O O O − − ↔ N O O O − − N O O O hybrid: 3 equal N–O

நைத்திரேற்று அயனின் (NO₃⁻) மூன்று சமமான பரிவுக் கட்டமைப்புகள் — இரட்டைப் பிணைப்பு வரிசையாக இடம் மாற, கலப்பில் மூன்று N–O பிணைப்புகளும் ஒரே சீரானவை

உதாரணம் 4 — பென்சீன் (C₆H₆)

பென்சீன் வளைய கட்டமைப்பு
Benzene ring geometry
Wikipedia → · CC

பென்சீன் (benzene) என்பது ஆறு காபன் அணுக்களைக் கொண்ட ஒரு வளைய மூலக்கூறாகும். இதற்கு இரு பரிவுக் கட்டமைப்புகளை எழுதலாம்; ஒன்றில் ஒன்றுவிட்டொன்றாக மூன்று இரட்டைப் பிணைப்புகள் ஒரு வகையில் அமைய, மற்றொன்றில் அவை மறுவகையில் அமைகின்றன. உண்மையில் பென்சீனில் உள்ள ஆறு C–C பிணைப்புகளும் ஒரே சீரான நீளத்தைக் கொண்டுள்ளன; இந்நீளம் ஒற்றைப் பிணைப்பின் நீளத்துக்கும் இரட்டைப் பிணைப்பின் நீளத்துக்கும் இடைப்பட்டதாகும். π இலத்திரன்கள் வளையம் முழுவதும் ஓரிடப்படாமல் பரந்து காணப்படுவதே இதற்குக் காரணமாகும். இவ்விலத்திரன் ஓரிடப்படாமையே பென்சீனுக்கு அதிக உறுதித் தன்மையை வழங்குகின்றது.

Kekulé I ↔ Kekulé II delocalised π ring

பென்சீனின் இரு கெக்குலே பரிவுக் கட்டமைப்புகள் — உண்மையில் π இலத்திரன்கள் வளையம் முழுவதும் ஓரிடப்படாமல், ஆறு C–C பிணைப்புகளும் ஒரே சீரானவை

பரிவு ஏன் முக்கியம்?

பரிவு என்னும் எண்ணக்கருவின் மூலம் இரு முக்கியமான பரிசோதனை முடிவுகளை விளக்க முடிகின்றது. முதலாவதாக, பரிவுக் கட்டமைப்புகள் சமமாக இருக்கும்போது, பரிவு அலகுகளின் (resonance units) பிணைப்பு நீளங்கள் சமமாகின்றன. உதாரணமாக காபனேற்று அயனில் உள்ள மூன்று C–O பிணைப்புகளும் ஒன்றுக்கொன்று சமமானவை; இவை ஒற்றைப் பிணைப்புக்கும் இரட்டைப் பிணைப்புக்கும் இடைப்பட்ட நீளத்தைக் கொண்டுள்ளன. ஒரே ஒரு லூயியின் கட்டமைப்பை மட்டும் வைத்துக் கொண்டால், ஒரு பிணைப்பு குறுகியதாகவும் ஏனைய இரண்டு நீளமானவையாகவும் இருக்க வேண்டும்; ஆனால் பரிசோதனை அவ்வாறு காட்டுவதில்லை.

இரண்டாவதாக, பரிவுக் கலப்புக் கட்டமைப்பு தாழ்ந்த சக்தியைக் கொண்டுள்ளது. எனவே பரிவில் பங்கு கொள்ளும் தனித்தனிக் கட்டமைப்புகள் யாவற்றையும் விட பரிவுக் கலப்பு அதிக உறுதியுடையதாகும். இவ்வாறு பரிவினால் கிடைக்கும் கூடுதலான உறுதித் தன்மையே பரிவுச் சக்தி (resonance energy) எனப்படுகின்றது.

உருவசார் ஏற்றமும் சிறந்த கட்டமைப்பைத் தெரிவு செய்தலும்

பல சாத்தியமான லூயியின் கட்டமைப்புகளில் எது மிகவும் பொருத்தமானது என்பதைத் தீர்மானிக்க உருவசார் ஏற்றம் (formal charge) பயன்படுகின்றது. ஒரு கட்டமைப்பில் ஓர் அணுவின் உருவசார் ஏற்றம் = (வலுவளவு இலத்திரன்கள்) − (தனிச்சோடி இலத்திரன்கள்) − ½(பிணைப்பு இலத்திரன்கள்). ஒவ்வோர் அணுவின் உருவசார் ஏற்றமும் பூச்சியத்திற்கு நெருக்கமாக இருக்கும் கட்டமைப்பே, மற்றும் மறை உருவசார் ஏற்றம் அதிக மின்னெதிர்த் தன்மை கொண்ட அணுவில் அமையும் கட்டமைப்பே மிகவும் உறுதியான பங்களிப்பாளராகும்.

Formal charge — choosing the best structure of CO₂ FC = valence e⁻ − lone-pair e⁻ − ½(bonding e⁻) Favoured O=C=O O C O 0 0 0 C: 4 − 0 − ½(8) = 0 O: 6 − 4 − ½(4) = 0 all FC = 0 → most stable Disfavoured O≡C−O O C O +1 0 −1 ≡O: 6 − 2 − ½(6) = +1 –O: 6 − 6 − ½(2) = −1 charge separation → less stable

உருவசார் ஏற்றம் — பூச்சிய ஏற்றத்திற்கு நெருக்கமான கட்டமைப்பே மிகவும் உறுதியான பங்களிப்பாளர்; ஏற்றப் பிரிவு கொண்ட கட்டமைப்பு குறைந்த உறுதியுடையது

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு

  • இரட்டைத் தலையுடைய அம்புக்குறி (↔) ஒரு சமநிலை அம்புக்குறி (⇌) அல்ல; இது இரு பரிவுக் கட்டமைப்புகள் ஒரே மூலக்கூறின் வெவ்வேறு குறிப்பீடுகள் என்பதைக் காட்டுகின்றது.
  • பரிவுக் கட்டமைப்புகளுக்கு இடையில் அணுக்கள் ஒருபோதும் இடம்பெயர்வதில்லை; இலத்திரன்கள் (தனிச்சோடி மற்றும் π இலத்திரன்கள்) மட்டுமே இடம்பெயர்கின்றன.
  • பிணைப்பு நீளங்கள் சமமாக இருப்பதே பரிவின் தேர்வுக்குரிய அடையாளமாகும் — CO₃²⁻ இல் மூன்று C–O பிணைப்புகளும் சமம் என்பதை நினைவில் வைக்கவும்.
  • பரிவு எப்பொழுதும் மூலக்கூறின் உறுதித் தன்மையை அதிகரிக்கின்றது; மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளுக்கு இடையில் அலைவதில்லை, அது ஒரே நிலையான கலப்பாகவே இருக்கின்றது.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Resonance in chemistry
ஒத்தொலிவு
Resonance in chemistry
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. பரிவுக் கட்டமைப்பு (resonance) தோன்ற வேண்டியது:

    1. σ பிணைப்பு மட்டும்
    2. இடப்பெயர்வுற்ற π இலத்திரன்/தனிச்சோடி
    3. அயன் பிணைப்பு
    4. தனி அணு
    5. நியூட்ரான்
    விடை
    (2) — இடப்பெயர்வுற்ற π இலத்திரன்களே பரிவை உருவாக்குகின்றன.

  2. CO₃²⁻ இல் மூன்று C–O பிணைப்புகளும்:

    1. வேறுபட்ட நீளம்
    2. சமமான நீளம்
    3. ஒன்று மட்டும்
    4. அயன்
    5. மும்மை
    விடை
    (2) — இடப்பெயர்வால் மூன்றும் சமம் (பிணைப்பு வரிசை 4/3).

  3. பரிவுக் கட்டமைப்பின் விளைவாக மூலக்கூறு:

    1. குறை நிலைப்பு
    2. மிக நிலையானது
    3. அயன்
    4. பராகாந்தம்
    5. மாறாது
    விடை
    (2) — இடப்பெயர்வு ஆற்றலைக் குறைக்கும் → கூடுதல் நிலைப்புத்தன்மை.

  4. பரிவுக் கட்டமைப்பு காட்டாதது:

    1. O₃
    2. NO₃⁻
    3. C₆H₆ (benzene)
    4. CO₃²⁻
    5. CH₄
    விடை
    (5) — CH₄ — σ பிணைப்பு மட்டும், இடப்பெயர்வு இல்லை.

  5. பென்சீன் (C₆H₆) இல் C–C பிணைப்பு:

    1. மாறி மாறி ஒற்றை/இரட்டை
    2. அனைத்தும் சமம் (இடைநிலை)
    3. மும்மை
    4. அயன்
    5. வேறுபட்ட
    விடை
    (2) — 6 π இலத்திரன் இடப்பெயர்வு → அனைத்தும் சமம்.

  6. பரிவுக் கட்டமைப்புகள் குறிக்கப்படுவது:

    1. சமக்குறி =
    2. இரட்டைத் தலை அம்பு ↔
    3. கூட்டல் +
    4. அம்பு →
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — ↔ இரட்டைத் தலை அம்பு பரிவைக் குறிக்கும்.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• CO₃²⁻ இல் ஏன் மூன்று C–O பிணைப்புகளும் சமம்? பரிவைக் கொண்டு விளக்குக.

மாதிரி விடை
மூன்று பரிவுக் கட்டமைப்புகள்; π இலத்திரன்கள் மூன்று O மீதும் இடப்பெயர்கின்றன → சராசரி பிணைப்பு வரிசை 4/3, மூன்றும் சமம்.

• பரிவுக் கட்டமைப்பு என்றால் என்ன? அது மூலக்கூற்று நிலைப்புத்தன்மையை எவ்வாறு பாதிக்கிறது?

மாதிரி விடை
ஒரே மூலக்கூற்றை விவரிக்கும் பல லூயி கட்டமைப்புகளின் கலவை. இடப்பெயர்வு ஆற்றலைக் குறைத்து நிலைப்புத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது.

கட்டுரை வினா

• பரிவுக் கட்டமைப்பு — கருத்து, நிபந்தனை, எடுத்துக்காட்டுகள் (O₃, CO₃²⁻, பென்சீன்), நிலைப்புத்தன்மை விளைவை விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: இடப்பெயர்வுற்ற π/தனிச்சோடி; பல லூயி வடிவம் ↔; எ-கா O₃, CO₃²⁻ (சம பிணைப்பு), பென்சீன் (6 π); இடப்பெயர்வு → குறை ஆற்றல், கூடுதல் நிலைப்புத்தன்மை.
← அலகு 2