अणु

From LTRC
परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (AFM) द्वारा PTCDA अणु की छवि, जिसमें पाँच छह-कार्बन वलय दिखाई दे रहे हैं[1]
स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी द्वारा पेंटासीन अणुओं की छवि, जो पाँच कार्बन वलयों की रैखिक श्रृंखलाओं से बने होते हैं[2]
1,5,9-trioxo-13-azatriangulene की AFM छवि और इसकी रासायनिक संरचना[3]

एक अणु (molecule) दो या दो से अधिक परमाणुओं का एक समूह है जो आकर्षक बलों द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं जिन्हें रासायनिक बंध कहा जाता है; संदर्भ के आधार पर, इस शब्द में वे आयन शामिल हो सकते हैं या नहीं जो इस मानदंड को पूरा करते हैं।[4][5][6][7][8] क्वांटम भौतिकी, कार्बनिक रसायन विज्ञान, और जैव रसायन में, आयनों से अंतर को समाप्त कर दिया जाता है और जब बहुपरमाणुक आयनों का उल्लेख किया जाता है तो अक्सर 'अणु' शब्द का प्रयोग किया जाता है।

एक अणु समनाभिकीय (homonuclear) हो सकता है, यानी, यह एक ही रासायनिक तत्व के परमाणुओं से बना होता है, उदाहरण के लिए ऑक्सीजन अणु (O2) में दो परमाणु; या यह विषमनाभिकीय (heteronuclear) हो सकता है, जो एक से अधिक तत्वों से बना एक रासायनिक यौगिक है, उदाहरण के लिए जल (दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु; H2O)। गैसों के गतिज सिद्धांत में, 'अणु' शब्द का प्रयोग अक्सर किसी भी गैसीय कण के लिए किया जाता है, चाहे उसकी संरचना कुछ भी हो। यह इस आवश्यकता को शिथिल करता है कि एक अणु में दो या दो से अधिक परमाणु होने चाहिए, क्योंकि उत्कृष्ट गैसें व्यक्तिगत परमाणु होती हैं।[9] गैर-सहसंयोजक अन्योन्यक्रियाओं, जैसे हाइड्रोजन बंध या आयनिक बंध द्वारा जुड़े परमाणुओं और परिसरों को आमतौर पर एकल अणु नहीं माना जाता है।[10]

अणुओं के समान अवधारणाओं पर प्राचीन काल से चर्चा की गई है, लेकिन अणुओं और उनके बंधों की प्रकृति की आधुनिक जांच 17वीं शताब्दी में शुरू हुई। रॉबर्ट बॉयल, अमेदेओ अवोगाद्रो, जीन पेरिन, और लाइनस पॉलिंग जैसे वैज्ञानिकों द्वारा समय के साथ परिष्कृत, अणुओं के अध्ययन को आज आणविक भौतिकी या आणविक रसायन विज्ञान के रूप में जाना जाता है।

व्युत्पत्ति

मेरियम-वेबस्टर और ऑनलाइन व्युत्पत्ति शब्दकोश के अनुसार, "अणु" (molecule) शब्द लैटिन "moles" या द्रव्यमान की छोटी इकाई से निकला है। यह शब्द फ्रेंच molécule (1678) से लिया गया है, जो नव-लैटिन molecula से आया है, जो लैटिन moles "द्रव्यमान, बाधा" का लघु रूप है। यह शब्द, जिसका उपयोग 18वीं शताब्दी के अंत तक केवल लैटिन रूप में किया जाता था, रेने डेसकार्टेस के प्राकृतिक दर्शन की चर्चाओं में उपयोग किए जाने के बाद लोकप्रिय हो गया।[11][12]

इतिहास

मुख्य लेख: History of molecular theory

अणु की परिभाषा विकसित हुई है क्योंकि अणुओं की संरचना का ज्ञान बढ़ा है। शुरुआती परिभाषाएँ कम सटीक थीं, जो अणुओं को शुद्ध रासायनिक पदार्थों के सबसे छोटे कण के रूप में परिभाषित करती थीं जो अभी भी अपनी संरचना और रासायनिक गुणों को बनाए रखते हैं।[13] यह परिभाषा अक्सर विफल हो जाती है क्योंकि सामान्य अनुभव में कई पदार्थ, जैसे चट्टान, लवण, और धातु, रासायनिक रूप से बंधे परमाणुओं या आयनों के बड़े क्रिस्टलीय नेटवर्क से बने होते हैं, लेकिन अलग-अलग अणुओं से नहीं बने होते हैं।

अणुओं की आधुनिक अवधारणा को पूर्व-वैज्ञानिक और ग्रीक दार्शनिकों जैसे ल्यूसिपस और डेमोक्रिटस तक खोजा जा सकता है, जिन्होंने तर्क दिया था कि पूरा ब्रह्मांड परमाणुओं और रिक्त स्थान से बना है। लगभग 450 ईसा पूर्व एम्पेडोकल्स ने मौलिक तत्वों (अग्नि, पृथ्वी, वायु, और जल) और आकर्षण और प्रतिकर्षण के "बलों" की कल्पना की थी जो तत्वों को बातचीत करने की अनुमति देते थे।

एक पाँचवें तत्व, अविनाशी पंचतत्व ईथर, को खगोलीय पिंडों का मौलिक निर्माण खंड माना जाता था। ल्यूसिपस और एम्पेडोकल्स के दृष्टिकोण को, ईथर के साथ, अरस्तू द्वारा स्वीकार किया गया था और मध्ययुगीन और पुनर्जागरण यूरोप में पारित किया गया था।

हालाँकि, अधिक ठोस तरीके से, बंधे हुए परमाणुओं के समुच्चय या इकाइयों, यानी "अणुओं" की अवधारणा, रॉबर्ट बॉयल के 1661 के परिकल्पना में अपनी उत्पत्ति का पता लगाती है, उनके प्रसिद्ध ग्रंथ द स्केप्टिकल केमिस्ट में, कि पदार्थ कणों के समूहों से बना है और रासायनिक परिवर्तन समूहों के पुनर्व्यवस्था से होता है। बॉयल ने तर्क दिया कि पदार्थ के मूल तत्व विभिन्न प्रकार और आकार के कणों से बने होते हैं, जिन्हें "कॉर्पसकल" कहा जाता है, जो समूहों में व्यवस्थित होने में सक्षम थे। 1789 में, विलियम हिगिंस ने उन संयोजनों पर विचार प्रकाशित किए जिन्हें उन्होंने "अंतिम" कण कहा, जिसने संयोजकता बंध की अवधारणा का पूर्वाभास दिया। यदि, उदाहरण के लिए, हिगिंस के अनुसार, ऑक्सीजन के अंतिम कण और नाइट्रोजन के अंतिम कण के बीच का बल 6 था, तो बल की शक्ति तदनुसार विभाजित हो जाएगी, और अंतिम कणों के अन्य संयोजनों के लिए भी ऐसा ही होगा।

अमेदेओ अवोगाद्रो ने "अणु" शब्द बनाया।[14] उनके 1811 के शोधपत्र "Essay on Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies" में, वे अनिवार्य रूप से कहते हैं, यानी जे. आर. पार्टिंगटन के ए शॉर्ट हिस्ट्री ऑफ केमिस्ट्री के अनुसार:[15]

गैसों के सबसे छोटे कण जरूरी नहीं कि सरल परमाणु हों, बल्कि ये एक एकल अणु बनाने के लिए आकर्षण द्वारा जुड़े इन परमाणुओं की एक निश्चित संख्या से बने होते हैं।

इन अवधारणाओं के समन्वय में, 1833 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ मार्क एंटोनी ऑगस्ट गौडिन ने अवोगाद्रो की परिकल्पना का एक स्पष्ट विवरण प्रस्तुत किया,[16] परमाणु भार के संबंध में, "आयतन आरेखों" का उपयोग करके, जो स्पष्ट रूप से अर्ध-सही आणविक ज्यामिति, जैसे कि एक रैखिक जल अणु, और सही आणविक सूत्र, जैसे H2O दिखाते हैं:

गैस चरण में अणुओं के मार्क एंटोनी ऑगस्ट गौडिन के आयतन आरेख (1833)

1917 में, लाइनस पॉलिंग नामक एक अज्ञात अमेरिकी स्नातक रासायनिक इंजीनियर डाल्टन हुक-एंड-आई बॉन्डिंग विधि सीख रहे थे, जो उस समय परमाणुओं के बीच बंधों का मुख्य विवरण था। हालाँकि, पॉलिंग इस विधि से संतुष्ट नहीं थे और एक नई विधि के लिए क्वांटम भौतिकी के उभरते क्षेत्र की ओर देखा। 1926 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन पेरिन को अणुओं के अस्तित्व को निर्णायक रूप से साबित करने के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। उन्होंने तीन अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके अवोगाद्रो स्थिरांक की गणना करके ऐसा किया, जिसमें सभी तरल चरण प्रणालियाँ शामिल थीं। सबसे पहले, उन्होंने एक गैम्बोज साबुन जैसी इमल्शन का उपयोग किया, दूसरे ब्राउनियन गति पर प्रयोगात्मक कार्य करके, और तीसरे तरल चरण में कण रोटेशन के आइंस्टीन के सिद्धांत की पुष्टि करके।[17]

1927 में, भौतिकविदों फ्रिट्ज़ लंदन और वाल्टर हेटलर ने हाइड्रोजन अणु के आकर्षण और प्रतिकर्षण के संतृप्त, गैर-गतिशील बलों, यानी विनिमय बलों से निपटने के लिए नई क्वांटम यांत्रिकी लागू की। इस समस्या का उनका वैलेंस बॉन्ड उपचार, उनके संयुक्त शोधपत्र में,[18] एक मील का पत्थर था क्योंकि इसने रसायन विज्ञान को क्वांटम यांत्रिकी के अंतर्गत लाया। उनका काम पॉलिंग पर एक प्रभाव था, जिन्होंने अभी-अभी अपनी डॉक्टरेट प्राप्त की थी और ज़्यूरिख में एक गुगेनहाइम फैलोशिप पर हेटलर और लंदन से मुलाकात की थी।

बाद में, 1931 में, हेटलर और लंदन के काम और लुईस के प्रसिद्ध लेख में पाए गए सिद्धांतों पर निर्माण करते हुए, पॉलिंग ने अपना अभूतपूर्व लेख "द नेचर ऑफ द केमिकल बॉन्ड" प्रकाशित किया[19] जिसमें उन्होंने अणुओं के गुणों और संरचनाओं, जैसे बंधों के बीच के कोण और बंधों के चारों ओर रोटेशन की गणना करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग किया। इन अवधारणाओं पर, पॉलिंग ने CH4 जैसे अणुओं में बंधों के लिए संकरण सिद्धांत विकसित किया, जिसमें चार sp³ संकरित कक्षक हाइड्रोजन के 1s कक्षक द्वारा ओवरलैप होते हैं, जिससे चार सिग्मा बंध (σ) प्राप्त होते हैं। चारों बंध समान लंबाई और शक्ति के हैं, जो नीचे दिखाए अनुसार एक आणविक संरचना प्रदान करते हैं:

हाइड्रोजन के कक्षकों को ओवरलैप करने वाले संकर कक्षकों का एक योजनाबद्ध प्रस्तुतीकरण

आणविक विज्ञान

अणुओं के विज्ञान को आणविक रसायन विज्ञान या आणविक भौतिकी कहा जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि ध्यान रसायन विज्ञान पर है या भौतिकी पर। आणविक रसायन विज्ञान अणुओं के बीच उस अन्योन्यक्रिया को नियंत्रित करने वाले नियमों से संबंधित है जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक बंधों का निर्माण और टूटना होता है, जबकि आणविक भौतिकी उनकी संरचना और गुणों को नियंत्रित करने वाले नियमों से संबंधित है। व्यवहार में, हालाँकि, यह भेद अस्पष्ट है। आणविक विज्ञान में, एक अणु दो या दो से अधिक परमाणुओं से बनी एक स्थिर प्रणाली (बद्ध अवस्था) से बना होता है। बहुपरमाणुक आयनों को कभी-कभी विद्युत आवेशित अणुओं के रूप में सोचना उपयोगी हो सकता है। 'अस्थिर अणु' शब्द का उपयोग बहुत अभिक्रियाशील प्रजातियों के लिए किया जाता है, यानी, इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों के अल्पकालिक संयोजन (अनुनाद), जैसे मूलक, आणविक आयन, रिडबर्ग अणु, संक्रमण अवस्था, वैन डेर वाल्स कॉम्प्लेक्स, या टकराते हुए परमाणुओं की प्रणालियाँ जैसे बोस-आइंस्टीन संघनन में।

व्यापकता

पदार्थ के घटकों के रूप में अणु सामान्य हैं। वे अधिकांश महासागरों और वायुमंडल का भी निर्माण करते हैं। अधिकांश कार्बनिक पदार्थ अणु होते हैं। जीवन के पदार्थ अणु होते हैं, उदाहरण के लिए प्रोटीन, अमीनो एसिड जिनसे वे बने होते हैं, न्यूक्लिक एसिड (DNA और RNA), शर्करा, कार्बोहाइड्रेट, वसा और विटामिन। पोषक खनिज आमतौर पर आयनिक यौगिक होते हैं, इसलिए वे अणु नहीं होते हैं, उदाहरण के लिए आयरन सल्फेट।

हालाँकि, पृथ्वी पर अधिकांश परिचित ठोस पदार्थ आंशिक रूप से या पूरी तरह से क्रिस्टल या आयनिक यौगिकों से बने होते हैं, जो अणुओं से नहीं बने होते हैं। इनमें पृथ्वी के पदार्थ बनाने वाले सभी खनिज, रेत, मिट्टी, कंकड़, चट्टानें, बोल्डर, भूपर्पटी, पिघला हुआ आंतरिक भाग, और पृथ्वी का कोर शामिल हैं। इन सभी में कई रासायनिक बंध होते हैं, लेकिन ये पहचाने जाने योग्य अणुओं से नहीं बने होते हैं।

लवणों के लिए और न ही सहसंयोजक क्रिस्टल के लिए कोई विशिष्ट अणु परिभाषित किया जा सकता है, हालाँकि ये अक्सर दोहराई जाने वाली इकाई कोशिकाओं से बने होते हैं जो या तो एक समतल में फैलते हैं, उदाहरण के लिए ग्रेफीन; या त्रि-आयामी रूप से उदाहरण के लिए हीरा, क्वार्ट्ज, सोडियम क्लोराइड। दोहराई गई इकाई-कोशिकीय-संरचना का विषय अधिकांश धातुओं के लिए भी सही है जो धात्विक बंध के साथ संघनित चरण हैं। इसलिए ठोस धातुएँ अणुओं से नहीं बनी होती हैं। कांच में, जो ठोस होते हैं जो एक विट्रियस अव्यवस्थित अवस्था में मौजूद होते हैं, परमाणु रासायनिक बंधों द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं, जिसमें किसी भी परिभाषित अणु की उपस्थिति नहीं होती है, और न ही दोहराई जाने वाली इकाई-कोशिकीय-संरचना की कोई नियमितता होती है जो लवणों, सहसंयोजक क्रिस्टल और धातुओं की विशेषता है।

बंध

अणु आमतौर पर सहसंयोजक बंध द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं। कई गैर-धात्विक तत्व पर्यावरण में केवल अणुओं के रूप में मौजूद होते हैं, या तो यौगिकों में या समनाभिकीय अणुओं के रूप में, मुक्त परमाणुओं के रूप में नहीं: उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन।

जबकि कुछ लोग कहते हैं कि एक धात्विक क्रिस्टल को धात्विक बंध द्वारा एक साथ रखे गए एक एकल विशाल अणु के रूप में माना जा सकता है,[20] अन्य लोग बताते हैं कि धातुएँ अणुओं की तुलना में बहुत अलग व्यवहार करती हैं।[21]

सहसंयोजक

एक सहसंयोजक बंध H2 (दाएं) बनाता है जहाँ दो हाइड्रोजन परमाणु दो इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं
मुख्य लेख: Covalent bonding

एक सहसंयोजक बंध एक रासायनिक बंध है जिसमें परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन युग्म साझा करना शामिल है। इन इलेक्ट्रॉन युग्मों को 'साझा युग्म' या 'बंध युग्म' कहा जाता है, और जब परमाणु इलेक्ट्रॉन साझा करते हैं, तो उनके बीच आकर्षक और प्रतिकारक बलों के स्थिर संतुलन को 'सहसंयोजक बंध' कहा जाता है।[22]

आयनिक

मुख्य लेख: Ionic bonding
सोडियम और फ्लोरीन सोडियम फ्लोराइड बनाने के लिए एक रेडॉक्स अभिक्रिया से गुजर रहे हैं। सोडियम अपने बाहरी इलेक्ट्रॉन को खो देता है ताकि इसे एक स्थिर इलेक्ट्रॉन विन्यास मिल सके, और यह इलेक्ट्रॉन ऊष्माक्षेपी रूप से फ्लोरीन परमाणु में प्रवेश करता है।

आयनिक बंध एक प्रकार का रासायनिक बंध है जिसमें विपरीत रूप से आवेशित आयनों के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षण शामिल होता है, और यह आयनिक यौगिकों में होने वाली प्राथमिक अन्योन्यक्रिया है। आयन वे परमाणु होते हैं जिन्होंने एक या अधिक इलेक्ट्रॉन खो दिए हैं (जिन्हें धनायन कहा जाता है) और वे परमाणु जिन्होंने एक या अधिक इलेक्ट्रॉन प्राप्त किए हैं (जिन्हें ऋणायन कहा जाता है)।[23] इलेक्ट्रॉनों के इस स्थानांतरण को सहसंयोजकता के विपरीत 'वैद्युत संयोजकता' कहा जाता है। सबसे सरल मामले में, धनायन एक धातु परमाणु है और ऋणायन एक अधातु परमाणु है, लेकिन ये आयन अधिक जटिल प्रकृति के हो सकते हैं, उदाहरण के लिए NH4+ या SO42− जैसे आणविक आयन। सामान्य तापमान और दबाव पर, आयनिक बंध ज्यादातर अलग-अलग पहचाने जाने योग्य अणुओं के बिना ठोस (या कभी-कभी तरल) बनाते हैं, लेकिन ऐसी सामग्रियों का वाष्पीकरण/उच्चीकरण अलग-अलग अणुओं का उत्पादन करता है जहाँ इलेक्ट्रॉन अभी भी पूरी तरह से स्थानांतरित हो जाते हैं ताकि बंधों को सहसंयोजक के बजाय आयनिक माना जा सके।

आणविक आकार

अधिकांश अणु नग्न आंखों से देखने के लिए बहुत छोटे होते हैं, हालाँकि कई पॉलिमर के अणु मैक्रोस्कोपिक आकार तक पहुँच सकते हैं, जिसमें DNA जैसे जैवबहुलक शामिल हैं। कार्बनिक संश्लेषण के लिए निर्माण खंडों के रूप में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले अणुओं का आयाम कुछ एंगस्ट्रॉम (Å) से लेकर कई दर्जन Å, या एक मीटर के लगभग एक अरबवें हिस्से तक होता है। एकल अणुओं को आमतौर पर प्रकाश द्वारा नहीं देखा जा सकता है (जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है), लेकिन छोटे अणुओं और यहाँ तक कि व्यक्तिगत परमाणुओं की रूपरेखा को कुछ परिस्थितियों में परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके पता लगाया जा सकता है। कुछ सबसे बड़े अणु मैक्रोमोलेक्यूल या सुपरमोलेक्यूल होते हैं।

सबसे छोटा अणु द्विपरमाणुक हाइड्रोजन (H2) है, जिसकी बंध लंबाई 0.74 Å है।[24]

प्रभावी आणविक त्रिज्या वह आकार है जो एक अणु घोल में प्रदर्शित करता है।[25][26] विभिन्न पदार्थों के लिए पारगम्यता की तालिका में उदाहरण शामिल हैं।

आणविक सूत्र

रासायनिक सूत्र के प्रकार

मुख्य लेख: Chemical formula

एक अणु के लिए रासायनिक सूत्र रासायनिक तत्व प्रतीकों, संख्याओं, और कभी-कभी अन्य प्रतीकों, जैसे कोष्ठक, डैश, ब्रैकेट, और प्लस (+) और माइनस (−) संकेतों की एक पंक्ति का उपयोग करता है। ये प्रतीकों की एक टाइपोग्राफिक पंक्ति तक सीमित हैं, जिसमें सबस्क्रिप्ट और सुपरस्क्रिप्ट शामिल हो सकते हैं।

एक यौगिक का मूलानुपाती सूत्र रासायनिक सूत्र का एक बहुत ही सरल प्रकार है।[27] यह इसे बनाने वाले रासायनिक तत्वों का सबसे सरल पूर्णांक अनुपात है।[28] उदाहरण के लिए, जल हमेशा हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं के 2:1 अनुपात से बना होता है, और एथेनॉल (एथिल अल्कोहल) हमेशा 2:6:1 अनुपात में कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बना होता है। हालाँकि, यह अणु के प्रकार को विशिष्ट रूप से निर्धारित नहीं करता है - उदाहरण के लिए, डाइमिथाइल ईथर का अनुपात एथेनॉल के समान ही होता है। अलग-अलग व्यवस्थाओं में समान परमाणुओं वाले अणुओं को समावयवी (isomer) कहा जाता है। साथ ही कार्बोहाइड्रेट, उदाहरण के लिए, समान अनुपात (कार्बन:हाइड्रोजन:ऑक्सीजन = 1:2:1) (और इस प्रकार समान मूलानुपाती सूत्र) रखते हैं लेकिन अणु में परमाणुओं की कुल संख्या अलग-अलग होती है।

आणविक सूत्र उन परमाणुओं की सटीक संख्या को दर्शाता है जो अणु का निर्माण करते हैं और इसलिए विभिन्न अणुओं को चित्रित करते हैं। हालाँकि अलग-अलग समावयवी समान परमाणु संरचना रख सकते हैं जबकि वे अलग-अलग अणु होते हैं।

मूलानुपाती सूत्र अक्सर आणविक सूत्र के समान होता है लेकिन हमेशा नहीं। उदाहरण के लिए, अणु एसिटिलीन का आणविक सूत्र C2H2 है, लेकिन तत्वों का सबसे सरल पूर्णांक अनुपात CH है।

आणविक द्रव्यमान की गणना रासायनिक सूत्र से की जा सकती है और इसे आमतौर पर डाल्टन में व्यक्त किया जाता है, जो एक तटस्थ कार्बन-12 (12C समस्थानिक) परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के बराबर होते हैं। नेटवर्क ठोस के लिए, स्टोइकियोमेट्रिक गणनाओं में सूत्र इकाई शब्द का उपयोग किया जाता है।

संरचनात्मक सूत्र

3D (बाएं और केंद्र) और 2D (दाएं) टर्पेनॉइड अणु एटिसिन के निरूपण
मुख्य लेख: Structural formula

जटिल 3-आयामी संरचना वाले अणुओं के लिए, विशेष रूप से चार अलग-अलग प्रतिस्थापियों से बंधे परमाणुओं को शामिल करने वाले, एक सरल आणविक सूत्र या अर्ध-संरचनात्मक रासायनिक सूत्र अणु को पूरी तरह से निर्दिष्ट करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है। इस मामले में, संरचनात्मक सूत्र नामक एक ग्राफिकल प्रकार के सूत्र की आवश्यकता हो सकती है। संरचनात्मक सूत्रों को बदले में एक-आयामी रासायनिक नाम के साथ दर्शाया जा सकता है, लेकिन ऐसे रासायनिक नामकरण के लिए कई शब्दों और शब्दावली की आवश्यकता होती है जो रासायनिक सूत्रों का हिस्सा नहीं हैं।

आणविक ज्यामिति

मुख्य लेख: Molecular geometry
एक "साइनोस्टार" डेंड्राइमर अणु की संरचना और STM छवि[29]

अणुओं में निश्चित संतुलन ज्यामिति होती है—बंध लंबाई और कोण—जिसके बारे में वे कंपन और घूर्णी गति के माध्यम से लगातार दोलन करते हैं। एक शुद्ध पदार्थ समान औसत ज्यामितीय संरचना वाले अणुओं से बना होता है। एक अणु का रासायनिक सूत्र और संरचना दो महत्वपूर्ण कारक हैं जो इसके गुणों, विशेष रूप से इसकी अभिक्रियाशीलता को निर्धारित करते हैं। समावयवी एक रासायनिक सूत्र साझा करते हैं लेकिन सामान्यतः अपनी अलग संरचनाओं के कारण बहुत अलग गुण रखते हैं। त्रिविम समावयवी (stereoisomer), समावयवी का एक विशेष प्रकार, के भौतिक-रासायनिक गुण बहुत समान हो सकते हैं और साथ ही अलग-अलग जैव रासायनिक गतिविधियाँ हो सकती हैं।

आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी

मुख्य लेख: Spectroscopy
स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (STM, a) की नोक पर अतिरिक्त वोल्टेज लगाकर व्यक्तिगत H2TPP अणुओं से हाइड्रोजन को हटाया जा सकता है; यह निष्कासन TPP अणुओं के करंट-वोल्टेज (I-V) वक्रों को बदल देता है, जिसे उसी STM टिप का उपयोग करके मापा जाता है, डायोड जैसे (b में लाल वक्र) से प्रतिरोधक जैसे (हरे वक्र) तक। छवि (c) TPP, H2TPP और TPP अणुओं की एक पंक्ति दिखाती है। छवि (d) को स्कैन करते समय, काले बिंदु पर H2TPP पर अतिरिक्त वोल्टेज लगाया गया था, जिसने तुरंत हाइड्रोजन को हटा दिया, जैसा कि (d) के निचले भाग में और पुन: स्कैन छवि (e) में दिखाया गया है। इस तरह के जोड़-तोड़ का उपयोग एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जा सकता है।[30]

आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी ज्ञात ऊर्जा (या आवृत्ति, प्लांक संबंध के अनुसार) के जांच संकेतों के साथ बातचीत करने वाले अणुओं की प्रतिक्रिया (स्पेक्ट्रम) से संबंधित है। अणुओं में क्वांटाइज्ड ऊर्जा स्तर होते हैं जिन्हें अवशोषण या उत्सर्जन के माध्यम से अणु के ऊर्जा विनिमय का पता लगाकर विश्लेषण किया जा सकता है।[31] स्पेक्ट्रोस्कोपी सामान्यतः विवर्तन अध्ययनों को संदर्भित नहीं करती है जहाँ न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन, या उच्च ऊर्जा एक्स-रे जैसे कण अणुओं की एक नियमित व्यवस्था के साथ बातचीत करते हैं (जैसा कि एक क्रिस्टल में होता है)।

माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी आमतौर पर अणुओं के घूर्णन (rotation) में होने वाले परिवर्तनों को मापती है, और इसका उपयोग बाहरी अंतरिक्ष में अणुओं की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी अणुओं के कंपन (vibration) को मापती है, जिसमें खिंचाव (stretching), झुकना (bending) या मरोड़ना (twisting) जैसी गतियां शामिल हैं। इसका उपयोग आमतौर पर अणुओं में मौजूद बंधों या कार्यात्मक समूहों के प्रकारों की पहचान करने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था में परिवर्तन पराबैंगनी (ultraviolet), दृश्य (visible) या नियर इन्फ्रारेड प्रकाश में अवशोषण या उत्सर्जन रेखाएं उत्पन्न करते हैं, और इसके परिणामस्वरूप रंग प्राप्त होता है। न्यूक्लियर रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी अणु में विशिष्ट नाभिकों के वातावरण को मापती है, और इसका उपयोग अणु में विभिन्न स्थितियों में परमाणुओं की संख्या को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है।

सैद्धांतिक पहलू

आणविक भौतिकी और सैद्धांतिक रसायन विज्ञान द्वारा अणुओं का अध्ययन काफी हद तक क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित है और रासायनिक बंध को समझने के लिए आवश्यक है। अणुओं में सबसे सरल हाइड्रोजन अणु-आयन, H2+ है, और सभी रासायनिक बंधों में सबसे सरल एक-इलेक्ट्रॉन बंध है। H2+ दो धनावेशित प्रोटॉन और एक ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन से बना है, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण के अभाव के कारण इस प्रणाली के लिए श्रोडिंगर समीकरण को अधिक आसानी से हल किया जा सकता है। तेज डिजिटल कंप्यूटरों के विकास के साथ, अधिक जटिल अणुओं के लिए अनुमानित समाधान संभव हो गए हैं और ये कम्प्यूटेशनल केमिस्ट्री के मुख्य पहलुओं में से एक हैं।

जब यह कठोरता से परिभाषित करने का प्रयास किया जाता है कि क्या परमाणुओं की कोई व्यवस्था अणु माने जाने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर है, तो IUPAC का सुझाव है कि इसे "संभावित ऊर्जा सतह (potential energy surface) पर एक ऐसे गर्त (depression) के अनुरूप होना चाहिए जो कम से कम एक कंपन अवस्था (vibrational state) को सीमित करने के लिए पर्याप्त गहरा हो"।[4] यह परिभाषा परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल परस्पर क्रिया की शक्ति पर निर्भर करती है। वास्तव में, इसमें कमजोर रूप से बंधे हुए ऐसे पदार्थ शामिल हैं जिन्हें पारंपरिक रूप से अणु नहीं माना जाएगा, जैसे कि हीलियम डाइमर, He2, जिसमें एक कंपन बद्ध अवस्था (vibrational bound state) होती है[32] और यह इतनी शिथिल रूप से बंधी होती है कि इसे केवल बहुत कम तापमान पर ही देखे जाने की संभावना होती है।

परमाणुओं की कोई व्यवस्था अणु माने जाने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर है या नहीं, यह स्वाभाविक रूप से एक परिचालन परिभाषा (operational definition) है। इसलिए, दार्शनिक रूप से, एक अणु एक मौलिक इकाई नहीं है (उदाहरण के लिए, एक प्राथमिक कण के विपरीत); बल्कि, अणु की अवधारणा हमारे द्वारा देखे जाने वाले संसार में परमाणु-स्तरीय परस्पर क्रियाओं की शक्ति के बारे में एक उपयोगी कथन बनाने का रसायनज्ञ का तरीका है।

इन्हें भी देखें

संदर्भ

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बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Molecule" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Molecule यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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