ऑक्सीजन (O): परमाणु संरचना और रासायनिक बंधन

परमाणु मापदंडों का परिचय

ऑक्सीजन (O) आवर्त सारणी का आठवाँ तत्व है, जो समूह 16 (कैल्कोजन) और आवर्त 2 से संबंधित है। यह एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील अधातु है।

परमाणु संख्या (Z): 8
- नाभिक में 8 प्रोटॉन दर्शाता है।
- एक उदासीन ऑक्सीजन परमाणु में 8 इलेक्ट्रॉन दर्शाता है।
द्रव्यमान संख्या (A): 16 (सबसे सामान्य समस्थानिक, (^16\text{O}) के लिए)
- कुल 16 न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन + न्यूट्रॉन) दर्शाता है।
- न्यूट्रॉन की संख्या = द्रव्यमान संख्या - परमाणु संख्या = 16 - 8 = 8 न्यूट्रॉन।
परमाणु द्रव्यमान: 15.999 u (प्राकृतिक समस्थानिक प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए औसत परमाणु द्रव्यमान)।

उपकोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास परमाणु कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण का वर्णन करता है।

पूर्ण विन्यास: 1s² 2s² 2p⁴
उत्कृष्ट गैस विन्यास: [He] 2s² 2p⁴

कक्षीय आरेख स्पष्टीकरण

कक्षीय आरेख इलेक्ट्रॉनों की उनके संबंधित उपकोशों में व्यवस्था को दर्शाता है, जो हुंड के अधिकतम बहुलता के नियम और पाउली के अपवर्जन सिद्धांत का पालन करता है।

1s कक्षक: 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं (युग्मित-स्पिन)।
```
[↑↓]
 1s
```
2s कक्षक: 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं (युग्मित-स्पिन)।
```
[↑↓]
 2s
```
2p कक्षक: 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं। हुंड के नियम के अनुसार, इलेक्ट्रॉन युग्मन से पहले समानांतर स्पिन वाले समभ्रंश कक्षकों में एकल रूप से अधिवास करेंगे।
```
[↑↓] [↑ ] [↑ ]
 2px  2py  2pz
```
यह विन्यास 2p उपकोश में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों को इंगित करता है, जो ऑक्सीजन के अनुचुंबकीय स्वभाव और दो सहसंयोजक बंधन बनाने की इसकी प्रवृत्ति का कारण है।

संयोजी इलेक्ट्रॉन और संयोजकता

संयोजी कोश: सबसे बाहरी कोश दूसरा कोश है।
संयोजी इलेक्ट्रॉन: ऑक्सीजन में 6 संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं (2s से 2 और 2p से 4)।
प्रवृत्ति: एक स्थिर अष्टक विन्यास (नियॉन की तरह, [He] 2s² 2p⁶) प्राप्त करने के लिए, ऑक्सीजन आमतौर पर 2 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है या इलेक्ट्रॉनों के 2 युग्म साझा करता है।
सामान्य संयोजकता: 2
ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
- -2: सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था (उदाहरण के लिए, H₂O, MgO, CO₂)। यह तब होता है जब ऑक्सीजन अपना अष्टक पूरा करने के लिए दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है।
- -1: पेरोक्साइड्स में (उदाहरण के लिए, H₂O₂, Na₂O₂), जहाँ ऑक्सीजन परमाणु एक दूसरे से जुड़े होते हैं।
- -½: सुपरऑक्साइड्स में (उदाहरण के लिए, KO₂), जहाँ (\text{O}_2^-) रेडिकल मौजूद होता है।
- 0: तात्विक ऑक्सीजन (O₂) में।
- +1, +2: केवल फ्लोरीन से बंधने पर देखा जाता है, जो अधिक वैद्युतीयऋणात्मक होता है (उदाहरण के लिए, O₂F₂, OF₂)।

बंधन व्यवहार

ऑक्सीजन की उच्च वैद्युतीयऋणात्मकता (पॉलिंग पैमाने पर 3.44) और छोटा परमाणु आकार इसके बंधन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं।

सहसंयोजक बंधन

ऑक्सीजन मुख्य रूप से सहसंयोजक बंधन बनाता है, एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को साझा करता है।

एकल सहसंयोजक बंधन: ऑक्सीजन दो एकल सहसंयोजक बंधन बनाता है जब प्रत्येक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु के एक इलेक्ट्रॉन के साथ युग्मित होता है।
- उदाहरण: जल (H₂O)
  - ऑक्सीजन परमाणु sp³ संकरण से गुजरता है।
  - दो sp³ संकर कक्षक हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ सिग्मा बंधन बनाते हैं।
  - शेष दो sp³ संकर कक्षकों में एकाकी युग्म होते हैं।
  - ज्यामिति: एकाकी युग्म-बंधित युग्म प्रतिकर्षण के कारण बेंट या V-आकार (बंध कोण ~104.5°)।
द्वि सहसंयोजक बंधन: ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉनों के दो युग्मों को साझा करके दूसरे परमाणु के साथ एक द्वि-बंधन (एक सिग्मा और एक पाई बंधन) बना सकता है।
- उदाहरण: कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) O=C=O
  - केंद्रीय कार्बन sp संकरित होता है।
  - प्रत्येक ऑक्सीजन कार्बन के साथ एक द्वि-बंधन बनाता है।
  - ज्यामिति: रैखिक।
- उदाहरण: तात्विक ऑक्सीजन (O₂) O=O
  - दो ऑक्सीजन परमाणुओं को एक द्वि-बंधन जोड़ता है। हालांकि, आणविक कक्षीय सिद्धांत इसकी अनुचुंबकीय प्रकृति (एंटीबॉन्डिंग (\pi^*) कक्षकों में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन) को बेहतर ढंग से समझाता है।
ओजोन (O₃):
- आंशिक द्वि-बंधन विशेषता के साथ अनुनाद संरचनाएं शामिल हैं।
- केंद्रीय ऑक्सीजन परमाणु sp² संकरित होता है।
- ज्यामिति: बेंट (बंध कोण ~116.8°)।

आयनिक बंधन

ऑक्सीजन अत्यधिक वैद्युतीयधनात्मक धातुओं (आमतौर पर समूह 1 और समूह 2 धातुएँ) के साथ दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त करके ऑक्साइड आयन ((\text{O}^{2-})) बनाने के लिए आयनिक बंधन बनाता है।

(\text{O}^{2-}) का निर्माण:
- O (1s² 2s² 2p⁴) + 2e⁻ → (\text{O}^{2-}) (1s² 2s² 2p⁶) (नियॉन के साथ समइलेक्ट्रॉनिक)
उदाहरण:
- सोडियम ऑक्साइड (Na₂O): प्रत्येक एक (\text{O}^{2-}) आयन के लिए दो (\text{Na}^+) आयन।
- मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO): प्रत्येक एक (\text{O}^{2-}) आयन के लिए एक (\text{Mg}^{2+}) आयन।

उपसहसंयोजक बंधन (डेटिव बंधन)

ऑक्सीजन, अपने दो एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्मों के साथ, उपसहसंयोजक बंधन बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन युग्म दाता के रूप में कार्य कर सकता है।

उदाहरण: हाइड्रोनियम आयन (H₃O⁺)
- जल (H₂O) में, एक ऑक्सीजन परमाणु अपने एक एकाकी युग्म का उपयोग एक प्रोटॉन (H⁺) के साथ उपसहसंयोजक बंधन बनाने के लिए करता है।
- H₃O⁺ में ऑक्सीजन परमाणु sp³ संकरित होता है, और आयन की त्रिकोणीय पिरामिडीय ज्यामिति होती है।

हाइड्रोजन बंधन

अपनी उच्च वैद्युतीयऋणात्मकता और छोटे आकार के कारण, O-H बंधों में शामिल ऑक्सीजन परमाणु मजबूत अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंधन बना सकते हैं।

उदाहरण: जल (H₂O)
- प्रत्येक जल अणु पड़ोसी जल अणुओं के साथ अधिकतम चार हाइड्रोजन बंधन बना सकता है, जो जल के अद्वितीय गुणों (जैसे, उच्च क्वथनांक, पृष्ठ तनाव) में योगदान देता है।

धात्विक बंधन

ऑक्सीजन एक अधातु है और धात्विक बंधन प्रदर्शित नहीं करता है। इसके परमाणु ठोस या तरल अवस्था में कमजोर अंतर-आणविक बलों (वैन डेर वाल्स बल) या सहसंयोजक बंधनों (जैसे O₂ या O₃ में) द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं।