द्विपरमाणुक अणु

द्विपरमाणुक अणु डाइनाइट्रोजन, N₂ का एक स्पेस-फिलिंग मॉडल

द्विपरमाणुक अणु (दो) ऐसे अणु होते हैं जो केवल दो परमाणुओं से बने होते हैं, चाहे वे समान रासायनिक तत्व के हों या भिन्न। यदि कोई द्विपरमाणुक अणु एक ही तत्व के दो परमाणुओं से बना होता है, जैसे हाइड्रोजन (H₂) या ऑक्सीजन (O₂), तो इसे समनाभिकीय (homonuclear) कहा जाता है। इसके विपरीत, यदि कोई द्विपरमाणुक अणु दो अलग-अलग परमाणुओं से बना होता है, जैसे कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) या नाइट्रिक ऑक्साइड (NO), तो अणु को विषमनाभिकीय (heteronuclear) कहा जाता है। समनाभिकीय द्विपरमाणुक अणु में बंध अध्रुवीय होता है।

एक आवर्त सारणी जो उन तत्वों को दर्शाती है जो सामान्य प्रयोगशाला स्थितियों में समनाभिकीय द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में मौजूद होते हैं।

केवल वे रासायनिक तत्व जो मानक तापमान और दबाव (STP) (या 1 बार और 25 °C की सामान्य प्रयोगशाला स्थितियों) पर स्थिर समनाभिकीय द्विपरमाणुक अणु बनाते हैं, वे हैं गैस हाइड्रोजन (H₂), नाइट्रोजन (N₂), ऑक्सीजन (O₂), फ्लोरीन (F₂), और क्लोरीन (Cl₂), तथा तरल ब्रोमीन (Br₂)।

उत्कृष्ट गैसें (हीलियम, नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन, ज़ेनॉन, और रेडॉन) भी STP पर गैसें होती हैं, लेकिन वे एकपरमाणुक होती हैं। समनाभिकीय द्विपरमाणुक गैसों और उत्कृष्ट गैसों को सामूहिक रूप से "तत्व गैसें" या "आणविक गैसें" कहा जाता है, ताकि उन्हें अन्य गैसों से अलग किया जा सके जो रासायनिक यौगिक हैं।

थोड़े उच्च तापमान पर, हैलोजन ब्रोमीन (Br₂) और आयोडीन (I₂) भी द्विपरमाणुक गैसें बनाते हैं। सभी हैलोजन द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में देखे गए हैं, सिवाय एस्टाटीन और टेनेसीन के, जिनके बारे में अनिश्चितता है।

अन्य तत्व वाष्पित होने पर द्विपरमाणुक अणु बनाते हैं, लेकिन ठंडा होने पर ये द्विपरमाणुक प्रजातियां पुन: बहुलकीकृत (repolymerize) हो जाती हैं। फास्फोरस को गर्म करने ("क्रैकिंग") पर डाइफास्फोरस (P₂) प्राप्त होता है। सल्फर वाष्प मुख्य रूप से डाइसल्फर (S₂) है। डिलिथियम (Li₂) और डिसोडियम (Na₂) गैस चरण में ज्ञात हैं। डिटंगस्टन (W₂) और डिमोलिब्डेनम (Mo₂) गैस चरण में षट्-बंध के साथ बनते हैं। डिरूबिडियम (Rb₂) द्विपरमाणुक है।

विषमनाभिकीय अणु

अन्य सभी द्विपरमाणुक अणु दो अलग-अलग तत्वों के रासायनिक यौगिक होते हैं। तापमान और दबाव के आधार पर, कई तत्व मिलकर विषमनाभिकीय द्विपरमाणुक अणु बना सकते हैं।

उदाहरण के लिए गैसें कार्बन मोनोऑक्साइड (CO), नाइट्रिक ऑक्साइड (NO), और हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl) हैं।

कई 1:1 द्विआधारी यौगिकों को सामान्यतः द्विपरमाणुक नहीं माना जाता है क्योंकि वे कमरे के तापमान पर बहुलकीय होते हैं, लेकिन वाष्पित होने पर वे द्विपरमाणुक अणु बनाते हैं, उदाहरण के लिए गैसीय MgO, SiO, और कई अन्य।

उपस्थिति

पृथ्वी के वातावरण, प्रयोगशाला और अंतरतारकीय अंतरिक्ष में सैकड़ों द्विपरमाणुक अणुओं की पहचान की गई है। पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 99% हिस्सा दो प्रकार के द्विपरमाणुक अणुओं से बना है: नाइट्रोजन (78%) और ऑक्सीजन (21%)। पृथ्वी के वायुमंडल में हाइड्रोजन (H₂) की प्राकृतिक प्रचुरता केवल पार्ट्स प्रति मिलियन के क्रम में है, लेकिन H₂ ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला द्विपरमाणुक अणु है। अंतरतारकीय माध्यम में हाइड्रोजन परमाणुओं का प्रभुत्व है।

आणविक ज्यामिति

सभी द्विपरमाणुक अणु रैखिक होते हैं और एक एकल पैरामीटर द्वारा पहचाने जाते हैं जो बंध लंबाई या दो परमाणुओं के बीच की दूरी है। द्विपरमाणुक नाइट्रोजन में एक त्रि-बंध होता है, द्विपरमाणुक ऑक्सीजन में एक द्वि-बंध होता है, और द्विपरमाणुक हाइड्रोजन, फ्लोरीन, क्लोरीन, आयोडीन और ब्रोमीन सभी में एकल बंध होते हैं।

ऐतिहासिक महत्व

19वीं सदी में तत्व, परमाणु और अणु की अवधारणाओं को स्पष्ट करने में द्विपरमाणुक तत्वों ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, क्योंकि सबसे सामान्य तत्वों में से कुछ, जैसे हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन, द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में पाए जाते हैं। जॉन डाल्टन की मूल परमाणु परिकल्पना ने माना था कि सभी तत्व एकपरमाणुक थे और यौगिकों में परमाणुओं का एक-दूसरे के सापेक्ष सबसे सरल परमाणु अनुपात होगा। उदाहरण के लिए, डाल्टन ने पानी का सूत्र HO माना, जिससे ऑक्सीजन का परमाणु भार हाइड्रोजन का आठ गुना हो गया, न कि आधुनिक मान लगभग 16। परिणामस्वरूप, लगभग आधी सदी तक परमाणु भार और आणविक सूत्रों के संबंध में भ्रम बना रहा।

1805 की शुरुआत में, गे-लुसाक और वॉन हम्बोल्ट ने दिखाया कि पानी हाइड्रोजन के दो आयतन और ऑक्सीजन के एक आयतन से बनता है, और 1811 तक अमेदेओ अवोगाद्रो ने पानी की संरचना की सही व्याख्या प्राप्त कर ली थी, जो अब अवोगाद्रो का नियम कहलाता है और द्विपरमाणुक मौलिक अणुओं की धारणा पर आधारित था। हालाँकि, इन परिणामों को 1860 तक काफी हद तक नजरअंदाज कर दिया गया, जिसका आंशिक कारण यह विश्वास था कि एक तत्व के परमाणुओं की उसी तत्व के परमाणुओं के प्रति कोई रासायनिक आत्मीयता नहीं होगी, और आंशिक रूप से अवोगाद्रो के नियम के स्पष्ट अपवादों के कारण जिन्हें बाद में विघटित अणुओं के संदर्भ में समझाया गया।

परमाणु भार पर 1860 की कार्लस्रुए कांग्रेस में, कैनिज़ारो ने अवोगाद्रो के विचारों को पुनर्जीवित किया और उनका उपयोग परमाणु भार की एक सुसंगत तालिका बनाने के लिए किया, जो आधुनिक मानों से काफी हद तक सहमत है। ये भार दिमित्री मेंडलीव और लोथर मेयर द्वारा आवर्त नियम की खोज के लिए एक महत्वपूर्ण पूर्व शर्त थे।

उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएं

द्विपरमाणुक अणु सामान्यतः अपनी निम्नतम या मूल अवस्था में होते हैं, जिसे पारंपरिक रूप से $X$ अवस्था के रूप में भी जाना जाता है। जब द्विपरमाणुक अणुओं की एक गैस पर ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों की बौछार की जाती है, तो कुछ अणु उच्च इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं में उत्तेजित हो सकते हैं, जैसा कि उदाहरण के लिए, प्राकृतिक औरा (aurora); उच्च-ऊंचाई वाले परमाणु विस्फोटों; और रॉकेट-जनित इलेक्ट्रॉन गन प्रयोगों में होता है। ऐसा उत्तेजना तब भी हो सकती है जब गैस प्रकाश या अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करती है। उत्तेजित अवस्थाएं अस्थिर होती हैं और स्वाभाविक रूप से मूल अवस्था में वापस आ जाती हैं। उत्तेजना के बाद विभिन्न अल्प समय के पैमाने पर (आमतौर पर एक सेकंड का एक अंश, या कभी-कभी एक सेकंड से अधिक यदि उत्तेजित अवस्था मेटास्टेबल है), उच्च से निम्न इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं में संक्रमण होते हैं और अंततः मूल अवस्था में, और प्रत्येक संक्रमण के परिणामस्वरूप एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। इस उत्सर्जन को प्रतिदीप्ति कहा जाता है। क्रमिक रूप से उच्च इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं को पारंपरिक रूप से $A$, $B$, $C$, आदि नाम दिया गया है (लेकिन इस परंपरा का हमेशा पालन नहीं किया जाता है, और कभी-कभी छोटे अक्षरों और वर्णानुक्रम से बाहर के अक्षरों का उपयोग किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए उदाहरण में है)। उत्तेजना होने के लिए उत्तेजना ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक अवस्था की ऊर्जा के बराबर या उससे अधिक होनी चाहिए।

क्वांटम सिद्धांत में, एक द्विपरमाणुक अणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था को आणविक पद प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है जहाँ $S$ कुल इलेक्ट्रॉनिक स्पिन क्वांटम संख्या है, $\mathrm{\Lambda }$ अंतर-नाभिकीय अक्ष के साथ कुल इलेक्ट्रॉनिक कोणीय संवेग क्वांटम संख्या है, और $v$ कंपन क्वांटम संख्या है। $\mathrm{\Lambda }$ मान 0, 1, 2, ... लेता है, जिन्हें इलेक्ट्रॉनिक अवस्था प्रतीकों $\mathrm{\Sigma }$, $\mathrm{\Pi }$, $\mathrm{\Delta }$, ... द्वारा दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, निम्नलिखित तालिका पृथ्वी के वायुमंडल में सबसे प्रचुर गैस, द्विपरमाणुक नाइट्रोजन (N₂) की सामान्य इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं (कंपन क्वांटम संख्याओं के बिना) को निम्नतम कंपन स्तर ($v=0$) की ऊर्जा के साथ सूचीबद्ध करती है।

$\mathrm{\Lambda }$ के बाद के सबस्क्रिप्ट और सुपरस्क्रिप्ट इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के बारे में अतिरिक्त क्वांटम यांत्रिक विवरण देते हैं। सुपरस्क्रिप्ट $+$ या $-$ यह निर्धारित करता है कि अंतर-नाभिकीय अक्ष वाले तल में प्रतिबिंब तरंग फलन में संकेत परिवर्तन लाता है या नहीं। सबस्क्रिप्ट $g$ या $u$ समान परमाणुओं वाले अणुओं पर लागू होता है, और जब आणविक अक्ष के लंबवत तल के साथ अवस्था को प्रतिबिंबित किया जाता है, तो जो अवस्थाएं नहीं बदलती हैं उन्हें $g$ (gerade) लेबल किया जाता है, और जो अवस्थाएं संकेत बदलती हैं उन्हें $u$ (ungerade) लेबल किया जाता है।

अवस्था	ऊर्जा ($T_0$, cm−1)
$X^1{\mathrm{\Sigma }}_g^{+}$	0.0
$A^3{\mathrm{\Sigma }}_u^{+}$	49754.8
$B^3{\mathrm{\Pi }}_g$	59306.8
$W^3{\mathrm{\Delta }}_u$	59380.2
$B{\text{'}}^3{\mathrm{\Sigma }}_u^{-}$	65851.3
$a{\text{'}}^1{\mathrm{\Sigma }}_u^{-}$	67739.3
$a^1{\mathrm{\Pi }}_g$	68951.2
$w^1{\mathrm{\Delta }}_u$	71698.4

उपर्युक्त प्रतिदीप्ति विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के विशिष्ट क्षेत्रों में होती है, जिन्हें "उत्सर्जन बैंड" कहा जाता है: प्रत्येक बैंड एक उच्च इलेक्ट्रॉनिक अवस्था और कंपन स्तर से एक निम्न इलेक्ट्रॉनिक अवस्था और कंपन स्तर तक एक विशेष संक्रमण के अनुरूप होता है (आमतौर पर, द्विपरमाणुक अणुओं की एक उत्तेजित गैस में कई कंपन स्तर शामिल होते हैं)। उदाहरण के लिए, N₂ $A$-$X$ उत्सर्जन बैंड (जिन्हें वेगार्ड-कपलान बैंड भी कहा जाता है) 0.14 से 1.45 μm (माइक्रोमीटर) की वर्णक्रमीय सीमा में मौजूद होते हैं। एक दिया गया बैंड विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य स्थान में कई नैनोमीटर तक फैल सकता है, जो अणु की घूर्णी क्वांटम संख्या, $J$ में होने वाले विभिन्न संक्रमणों के कारण होता है। इन्हें $J$ में परिवर्तन के आधार पर विशिष्ट उप-बैंड शाखाओं में वर्गीकृत किया गया है। $R$ शाखा $\mathrm{\Delta }J=+1$ के अनुरूप है, $P$ शाखा $\mathrm{\Delta }J=-1$ के अनुरूप है, और $Q$ शाखा $\mathrm{\Delta }J=0$ के अनुरूप है। बैंड और भी अधिक फैल जाते हैं क्योंकि स्पेक्ट्रोमीटर का सीमित वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन होता है जिसका उपयोग स्पेक्ट्रम को मापने के लिए किया जाता है। वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन उपकरण के पॉइंट स्प्रेड फ़ंक्शन पर निर्भर करता है।

ऊर्जा स्तर

आणविक पद प्रतीक उन कोणीय संवेगों की एक संक्षिप्त अभिव्यक्ति है जो एक द्विपरमाणुक अणु की इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम अवस्थाओं की विशेषता बताते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक आणविक हैमिल्टोनियन के आइगेनस्टेट भी हैं। एक द्विपरमाणुक अणु को द्रव्यमान रहित स्प्रिंग से जुड़े दो-बिंदु द्रव्यमानों के रूप में प्रस्तुत करना भी सुविधाजनक और सामान्य है। अणु की विभिन्न गतियों में शामिल ऊर्जाओं को तब तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: स्थानांतरणीय, घूर्णी और कंपन ऊर्जा। द्विपरमाणुक अणुओं के घूर्णी ऊर्जा स्तरों का सैद्धांतिक अध्ययन घूर्णी ऊर्जा स्तरों के नीचे दिए गए विवरण का उपयोग करके किया जा सकता है। जबकि द्विपरमाणुक अणुओं के कंपन ऊर्जा स्तर का अध्ययन हार्मोनिक ऑसिलेटर सन्निकटन का उपयोग करके या क्वांटम कंपन इंटरैक्शन क्षमता का उपयोग करके किया जा सकता है। ये क्षमताएं अधिक सटीक ऊर्जा स्तर देती हैं क्योंकि वे कई कंपन प्रभावों को ध्यान में रखती हैं।

इतिहास के संबंध में, क्वांटम यांत्रिकी के साथ द्विपरमाणुक अणुओं का पहला उपचार 1926 में लुसी मेन्सिंग द्वारा किया गया था।

स्थानांतरणीय ऊर्जा

अणु की स्थानांतरणीय ऊर्जा गतिज ऊर्जा अभिव्यक्ति द्वारा दी जाती है: $$E_{\text{trans}}=\frac{1}{2}m{v}^2$$ जहाँ $m$ अणु का द्रव्यमान है और $v$ इसका वेग है।

घूर्णी ऊर्जा

शास्त्रीय रूप से, घूर्णन की गतिज ऊर्जा है $$E_{\text{rot}}=\frac{L^2}{2I}$$ जहाँ

• $L$ कोणीय संवेग है
• $I$ अणु का जड़त्व आघूर्ण है

अणु जैसे सूक्ष्म, परमाणु-स्तरीय प्रणालियों के लिए, कोणीय संवेग के केवल विशिष्ट असतत मान हो सकते हैं जो निम्न द्वारा दिए जाते हैं $$L^2=\ell (\ell +1){\hslash }^2$$ जहाँ $\ell$ एक गैर-ऋणात्मक पूर्णांक है और $\hslash$ लघु प्लांक स्थिरांक है।

साथ ही, एक द्विपरमाणुक अणु के लिए जड़त्व आघूर्ण है $$I=\mu r_0^2$$ जहाँ

• $\mu$ अणु का लघु द्रव्यमान है और
• $r_0$ अणु में दो परमाणुओं के केंद्रों के बीच की औसत दूरी है।

अतः, कोणीय संवेग और जड़त्व आघूर्ण को E_rot में प्रतिस्थापित करने पर, एक द्विपरमाणुक अणु के घूर्णी ऊर्जा स्तर निम्न द्वारा दिए जाते हैं: $$E_{\text{rot}}=\frac{\ell (\ell +1){\hslash }^2}{2\mu r_0^2},\ell =0,1,2,\dots$$

कंपन ऊर्जा

द्विपरमाणुक अणु की एक और गति यह है कि प्रत्येक परमाणु दो परमाणुओं को जोड़ने वाली रेखा के साथ दोलन करे—या कंपन करे। कंपन ऊर्जा लगभग एक क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर की होती है: $$E_{\text{vib}}=(n+\frac{1}{2})\hslash \omega ,n=0,1,2,\dots ,$$ जहाँ

• $n$ एक पूर्णांक है
• $\hslash$ लघु प्लांक स्थिरांक है और
• $\omega$ कंपन की कोणीय आवृत्ति है।

घूर्णी और कंपन ऊर्जा अंतराल के बीच तुलना

कंपन ऊर्जा स्तरों के बीच का अंतराल, और एक विशिष्ट वर्णक्रमीय संक्रमण की ऊर्जा, घूर्णी ऊर्जा स्तरों के बीच एक विशिष्ट संक्रमण की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक होती है।

हुंड के मामले

मुख्य लेख: Hund's cases

एक द्विपरमाणुक अणु के लिए अच्छी क्वांटम संख्याएं, साथ ही घूर्णी ऊर्जा स्तरों के अच्छे सन्निकटन, हुंड के मामलों का उपयोग करके अणु को मॉडलिंग करके प्राप्त किए जा सकते हैं।

स्मरक (Mnemonics)

द्विपरमाणुक तत्वों की सूची को याद रखने में सहायता के लिए BrINClHOF, जिसे "ब्रिंकलहॉफ" कहा जाता है, HONClBrIF, जिसे "होनकेलब्रिफ" कहा जाता है, “HOBrFINCl”, जिसे “होबरफिंकेल” कहा जाता है, और HOFBrINCl, जिसे "हॉफब्रिंकल" कहा जाता है, जैसे स्मरकों का निर्माण किया गया है। अंग्रेजी बोलने वालों के लिए एक और तरीका यह वाक्य है: "Never Have Fear of Ice Cold Beer" जो नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, फ्लोरीन, ऑक्सीजन, आयोडीन, क्लोरीन, ब्रोमीन का प्रतिनिधित्व करता है।

यह भी देखें

• Symmetry of diatomic molecules
• AXE method
• Octatomic element
• Covalent bond
• Industrial gas

आगे पढ़ने के लिए

• (1979). "Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules". New York: Van Nostrand: Reinhold.
• Tipler, Paul. (1998). "Physics For Scientists and Engineers: Vol. 1". W. H. Freeman. ISBN 1-57259-491-8.

बाहरी लिंक

• Hyperphysics – Rotational Spectra of Rigid Rotor Molecules
• Hyperphysics – Quantum Harmonic Oscillator
• 3D Chem – Chemistry, Structures, and 3D Molecules
• IUMSC – Indiana University Molecular Structure Center

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