අණු හා අයනවල හැඩ (VSEPR වාදය)
සංයුජතා කවච ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල විකර්ෂණ වාදය, ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල දෙක සිට හය දක්වා ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතිය හා අණුක හැඩය, එකසර යුගල හා බහු බන්ධන බන්ධන කෝණවලට බලපාන ආකාරය හා සුලබ අයනවල හැඩ.
VSEPR අදහස
සංයුජතා කවච ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල විකර්ෂණ (VSEPR) වාදය මගින් අණුවක හෝ අයනයක හැඩය එහි ලුවිස් ව්‍යුහයෙන් පුරෝකථනය කෙරේ:
- මධ්‍ය පරමාණුව වටා ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්ව ප්‍රදේශ, බන්ධන යුගල හා එකසර යුගල, සියල්ල එකිනෙක විකර්ෂණය කරයි.
- විකර්ෂණය අවම කිරීම සඳහා ඒවා හැකි තරම් ඈතින් පිහිටයි.
- බහු බන්ධනයක් එක් ප්‍රදේශයක් ලෙස ගණන් කෙරේ; එහි සියලු ඉලෙක්ට්‍රෝන එකම පරමාණු දෙක අතර පිහිටන බැවිනි (එය ඒක බන්ධනයකට වඩා මඳක් වැඩියෙන් විකර්ෂණය කළ ද).
සියලු ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගලවල සැකැස්ම ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතිය (Electron Pair Geometry) යි. අණුවේ හැඩය (Shape) විස්තර කරන්නේ පරමාණු පිහිටන ස්ථාන පමණක් බැවින් එකසර යුගල ඇති සෑම විටම එය ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතියෙන් වෙනස් වේ.
ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ගණන් කිරීම
ලුවිස් ව්‍යුහය ඇඳ මධ්‍ය පරමාණුව වටා ගණන් කරන්න: (එයට බැඳී ඇති පරමාණු ගණන) + (එය මත ඇති එකසර යුගල ගණන). පිටත පරමාණු හැලජන හෝ H වන විට ඉක්මන් පරීක්ෂාවක් සඳහා: $$\text{යුගල} = \frac{\text{මධ්‍ය පරමාණුවේ සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන} + \text{ඒකසංයුජ පරමාණු ගණන} - \text{ආරෝපණය}}{2}$$ (මෙහි "ආරෝපණය" යනු ලකුණ සහිත අයනයේ ආරෝපණය යි; එබැවින් $-1$ මගින් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් එකතු වේ). ද්විත්ව බන්ධනවලින් බැඳුණු ඔක්සිජන් පරමාණු මෙම ගණනයට කිසිවක් එකතු නොකළ ද එක් එක් ස්ථානයක් ගනී.
උදාහරණය: ClF₃. Cl ට සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන 7 ක් ඇත; F පරමාණු 3 න් 3 ක් එකතු වේ: $\frac{7 + 3}{2} = 5$ යුගල. තුනක් බන්ධන යුගල බැවින් එකසර යුගල 2 ක් ඇත: ත්‍රිකෝණාකාර ද්විපිරමීඩාකාර ජ්‍යාමිතිය, T හැඩැති අණුව.
එකසර යුගල නැති හැඩ
| යුගල | ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතිය | බන්ධන කෝණය | උදාහරණ |
|---|---|---|---|
| 2 | රේඛීය (Linear) | 180° | BeCl₂, CO₂, HCN |
| 3 | තලීය ත්‍රිකෝණාකාර (Trigonal Planar) | 120° | BF₃, SO₃, CO₃²⁻, NO₃⁻ |
| 4 | චතුස්තලීය (Tetrahedral) | 109.5° | CH₄, CCl₄, NH₄⁺, SO₄²⁻ |
| 5 | ත්‍රිකෝණාකාර ද්විපිරමීඩාකාර (Trigonal Bipyramidal) | 90° (අක්ෂීය–සමක), 120° (සමක) | PCl₅ |
| 6 | අෂ්ටතලීය (Octahedral) | 90° | SF₆, [AlF₆]³⁻ |
ත්‍රිකෝණාකාර ද්විපිරමීඩයක ස්ථාන සියල්ල සමාන නොවේ: අක්ෂීය (Axial) ස්ථාන දෙක වෙනත් යුගල තුනකට 90° ක් වන අතර සමක (Equatorial) ස්ථාන තුන දෙකකට පමණක් 90° ක් වේ.
එකසර යුගල සහිත හැඩ
එකසර යුගලයක් රඳවා ගන්නේ එක් න්‍යෂ්ටියක් පමණක් බැවින් එය මධ්‍ය පරමාණුවට ළංව පැතිරී බන්ධන යුගලයකට වඩා ප්‍රබලව විකර්ෂණය කරයි: $$\text{එකසර–එකසර} > \text{එකසර–බන්ධන} > \text{බන්ධන–බන්ධන}$$ එබැවින් එකසර යුගල බන්ධන කෝණ හකුළුවයි. CH₄, NH₃ හා H₂O යන තුනට ම ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල හතරක් හා චතුස්තලීය ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතියක් ඇති නමුත්:
- CH₄: බන්ධන යුගල 4, චතුස්තලීය, $109.5°$;
- NH₃: බන්ධන යුගල 3 + එකසර යුගල 1, ත්‍රිකෝණාකාර පිරමීඩාකාර (Trigonal Pyramidal), $107°$;
- H₂O: බන්ධන යුගල 2 + එකසර යුගල 2, කෝණික (V හැඩැති) (Angular), $104.5°$.
| යුගල | බන්ධන යුගල + එකසර යුගල | හැඩය | උදාහරණය |
|---|---|---|---|
| 3 | 2 + 1 | කෝණික, 120° ට මඳක් අඩු | SO₂ (119°), SnCl₂, NO₂⁻ |
| 4 | 3 + 1 | ත්‍රිකෝණාකාර පිරමීඩාකාර | NH₃ (107°), PCl₃, H₃O⁺ |
| 4 | 2 + 2 | කෝණික | H₂O (104.5°), H₂S, OF₂ |
| 5 | 4 + 1 | සී-සෝ (විකෘති චතුස්තලය) | SF₄ |
| 5 | 3 + 2 | T හැඩය | ClF₃ |
| 5 | 2 + 3 | රේඛීය | XeF₂, I₃⁻ |
| 6 | 5 + 1 | සමචතුරස්‍ර පිරමීඩාකාර | BrF₅, IF₅ |
| 6 | 4 + 2 | සමචතුරස්‍ර තලීය | XeF₄, ICl₄⁻ |
ත්‍රිකෝණාකාර ද්විපිරමීඩයක එකසර යුගල සැම විට ම ළඟ (90°) අසල්වැසියන් අඩු සමක ස්ථානවලට යයි. අෂ්ටතලයක දෙවන එකසර යුගලය පළමු එකට ප්‍රතිවිරුද්ධව (180° ක් ඈතින්) පිහිටයි; XeF₄ සමචතුරස්‍ර තලීය වන්නේ එබැවිනි.
බහු බන්ධන ද ඒක බන්ධනවලට වඩා වැඩි ඉඩක් ගනී. මෙතනල් H₂C=O හි H–C–H කෝණය ආසන්න වශයෙන් $116°$ කි; C=O ද්විත්ව බන්ධනය C–H බන්ධන එකට තල්ලු කරන බැවින් එය $120°$ ට වඩා අඩු ය.
උදාහරණය: ඇමෝනියම් අයනයේ NH₄⁺ හැඩය පුරෝකථනය කරන්න. N ට සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන 5 ක් ඇත, H 4 න් 4 ක් එකතු වන අතර +1 ආරෝපණයෙන් එකක් ඉවත් වේ: $\frac{5 + 4 - 1}{2} = 4$ යුගල, සියල්ල බන්ධන යුගල ය. NH₄⁺, CH₄ මෙන් චතුස්තලීය ය, $109.5°$ (ඒවා සමඉලෙක්ට්‍රෝනික ය).
උදාහරණය: නයිට්‍රයිට් අයනය, NO₂⁻. ලුවිස් ව්‍යුහය: N=O එකක්, N–O⁻ එකක් හා එකසර යුගලයක් සහිත N. N මත ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්ව ප්‍රදේශ තුනක් ඇති අතර ඉන් එකක් එකසර යුගලයකි: තලීය ත්‍රිකෝණාකාර ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතිය, කෝණික අයනය, කෝණය ආසන්න වශයෙන් $115°$ (එකසර යුගලය නිසා $120°$ ට වඩා අඩු ය).
Exam tip: II පත්‍රයේ ප්‍රශ්නවල නම් කළ පරමාණුවක් වටා ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගල ජ්‍යාමිතිය හා හැඩය වෙන වෙන ම අසයි. දෙක ම දී නිවැරදි නම් භාවිත කරන්න: "පිරමීඩය" නොව "ත්‍රිකෝණාකාර පිරමීඩාකාර"; "කෝණික" හෝ "V හැඩැති". පිටත පරමාණු මත ඇති එකසර යුගල මධ්‍ය පරමාණුව වටා ඇති හැඩයට බල නොපාන බව මතක තබා ගන්න.