Dipole moment Questions in Gujarati

(B) જો અણુની ચોખ્ખી દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા શૂન્ય હોય,તો તે અણુ શૂન્ય દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા ધરાવે છે. આ અત્યંત સંમિત અણુઓમાં જોવા મળે છે જ્યાં બંધ દ્વિધ્રુવો એકબીજાને રદ કરે છે.
$1$. $CCl_4$: સમચતુષ્ફલકીય ભૂમિતિ,બધા $C-Cl$ બંધ દ્વિધ્રુવો રદ થાય છે. $\mu = 0$.
$2$. $BF_3$: ત્રિકોણીય સમતલીય ભૂમિતિ,બધા $B-F$ બંધ દ્વિધ્રુવો રદ થાય છે. $\mu = 0$.
$3$. $CHCl_3$: અસમપ્રમાણ,$\mu \neq 0$.
$4$. $CS_2$: રેખીય ભૂમિતિ,$S=C=S$ બંધ દ્વિધ્રુવો રદ થાય છે. $\mu = 0$.
$5$. $NH_3$: પિરામિડલ ભૂમિતિ,$\mu \neq 0$.
$6$. $1,4$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન: પેરા-વિસ્થાપિત બેન્ઝીન,બે $C-Cl$ બંધ દ્વિધ્રુવો સમાન અને વિરુદ્ધ દિશામાં છે. $\mu = 0$.
$7$. $CO_2$: રેખીય ભૂમિતિ,$O=C=O$ બંધ દ્વિધ્રુવો રદ થાય છે. $\mu = 0$.
આમ,શૂન્ય દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા ધરાવતા અણુઓ $CCl_4, BF_3, CO_2, CS_2, 1,4$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન છે.

(A) ડાયપોલ મોમેન્ટ $(\mu)$ એ બે વિદ્યુતભારો વચ્ચેના અંતર $(d)$ અને વિદ્યુતભારના ગુણાકાર તરીકે વ્યાખ્યાયિત થાય છે: $\mu = q \times d$
ડાયપોલ મોમેન્ટનો એકમ ડેબાય $(D)$ છે.
એક ડેબાય એટલે $1 \ D = 10^{-18} \ esu \ cm$.
આને $SI$ એકમ (કુલંબ મીટર,$C \ m$) માં ફેરવતા:
$1 \ D = 10^{-18} \ esu \ cm \times (3.33564 \times 10^{-10} \ C / 1 \ esu) \times (10^{-2} \ m / 1 \ cm)$
$1 \ D \approx 3.33 \times 10^{-30} \ C \ m$.

(A) આપેલા અણુઓની ડાયપોલ મોમેન્ટ નીચે મુજબ છે:
$A$. $HBr$: ડાયપોલ મોમેન્ટ $0.79 \ D$ $(III)$ છે.
$B$. $H_2S$: ડાયપોલ મોમેન્ટ $0.95 \ D$ $(IV)$ છે.
$C$. $NH_3$: ડાયપોલ મોમેન્ટ $1.47 \ D$ $(V)$ છે.
$D$. $CHCl_3$: ડાયપોલ મોમેન્ટ $1.04 \ D$ $(I)$ છે.
તેથી,સાચી જોડ $A-III, B-IV, C-V, D-I$ છે.

(A) સંયોજનો છે:
$(i)$ ટોલ્યુઈન $(C_6H_5CH_3)$
(ii) $m$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન
(iii) $o$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન
(iv) $p$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન
$1$. $p$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન (iv) માટે,બે $C-Cl$ બંધની ડાયપોલ સમાન અને વિરુદ્ધ દિશામાં હોવાથી એકબીજાને નાબૂદ કરે છે,પરિણામે ડાયપોલ મોમેન્ટ $0$ થાય છે.
$2$. ટોલ્યુઈન $(i)$ માટે,$-CH_3$ ગ્રુપની નબળી ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ અસરને કારણે ડાયપોલ મોમેન્ટ ઓછી હોય છે.
$3$. $m$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન (ii) માટે,બે $C-Cl$ બંધ વચ્ચેનો ખૂણો $120^{\circ}$ છે. પરિણામી ડાયપોલ મોમેન્ટ $\sqrt{\mu^2 + \mu^2 + 2\mu^2 \cos(120^{\circ})} = \mu$ છે.
$4$. $o$-ડાયક્લોરોબેન્ઝીન (iii) માટે,બે $C-Cl$ બંધ વચ્ચેનો ખૂણો $60^{\circ}$ છે. પરિણામી ડાયપોલ મોમેન્ટ $\sqrt{\mu^2 + \mu^2 + 2\mu^2 \cos(60^{\circ})} = \sqrt{3}\mu$ છે.
આમ,સાચો ક્રમ $iv < i < ii < iii$ છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ સાચો છે.

(B) આપેલા સંયોજનોની ડાયપોલ મોમેન્ટ નીચે મુજબ છે:
$(a)$ $HBr$ માટે,$\mu = 0.82 \ D$.
$(b)$ એસિટોન $(CH_3COCH_3)$ માટે,ઇલેક્ટ્રોન-રિલીઝિંગ મિથાઈલ ગ્રુપ ઓક્સિજન પરમાણુ તરફ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,જેના પરિણામે ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટ $\mu_{net} = 2.69 \ D$ મળે છે.
$(c)$ $H_2S$ માટે,$\mu_{net} = 0.97 \ D$.
$(d)$ $COCl_2$ માટે,$\mu_{net} = 1.17 \ D$.
આ મૂલ્યોની સરખામણી કરતા,એસિટોન $(CH_3COCH_3)$ ની ડાયપોલ મોમેન્ટ સૌથી વધુ છે.

(C) $BF_3$ તેની સમમિતિય ત્રિકોણીય સમતલીય ભૂમિતિને કારણે શૂન્ય ડાયપોલ મોમેન્ટ ધરાવે છે.
$NH_3$ માં,$N$ એ $H$ કરતા વધુ વિદ્યુતઋણ છે. ત્રણ $N-H$ બંધના ડાયપોલ અને નાઈટ્રોજન પરમાણુ પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ (lone pair) એક જ દિશામાં હોય છે,જે એકબીજાને મજબૂત બનાવે છે,પરિણામે ઉચ્ચ ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટ મળે છે.
$NF_3$ માં,$F$ એ $N$ કરતા વધુ વિદ્યુતઋણ છે. ત્રણ $N-F$ બંધના ડાયપોલ નાઈટ્રોજન પરમાણુ પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મની ડાયપોલ મોમેન્ટની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે,જે ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટને આંશિક રીતે રદ કરે છે.
તેથી,$NH_3$ ની ડાયપોલ મોમેન્ટ $NF_3$ કરતા વધારે છે,અને $BF_3$ સૌથી ઓછી (શૂન્ય) ડાયપોલ મોમેન્ટ ધરાવે છે.
સાચો ક્રમ $NH_3 > NF_3 > BF_3$ છે.

(A) $1$. $CO_2$ રેખીય છે અને $BF_3$ સમતલીય ત્રિકોણીય છે. તેમની સંમિત ભૂમિતિને કારણે,ચોખ્ખી દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા શૂન્ય છે. આ વિધાન સાચું છે.
$2$. $NH_3$ માં,$N-H$ બંધની દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા અને અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ એક જ દિશામાં હોય છે,જેનાથી ચોખ્ખી દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા વધારે મળે છે. $NF_3$ માં,$N-F$ બંધની દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે,જેનાથી ચોખ્ખી દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા ઓછી મળે છે. તેથી,$NF_3$ ની દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા $NH_3$ કરતા ઓછી છે. આ વિધાન ખોટું છે.
$3$. દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા $\mu = q \times d$. જોકે $HI$ ની બંધ લંબાઈ $HCl$ કરતા વધારે છે,પરંતુ $HCl$ માં વિદ્યુતઋણતાનો તફાવત $HI$ કરતા ઘણો વધારે છે,જે $HCl$ માં વીજભારનું અલગીકરણ $q$ ઘણું વધારે બનાવે છે. તેથી,$HI$ ની દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા $HCl$ કરતા ઓછી છે. આ વિધાન સાચું છે.

(C) ડાયપોલ મોમેન્ટની વ્યાખ્યા મુજબ,$\mu = \delta \times d$,જ્યાં $\delta$ એ વિદ્યુતભારનું મૂલ્ય છે અને $d$ એ બંધ લંબાઈ છે.
તેથી,$\delta = \frac{\mu}{d}$.
$HCl$ અને $HI$ માટે વિદ્યુતભારના અંશનો ગુણોત્તર નીચે મુજબ છે:
$\frac{\delta_{HCl}}{\delta_{HI}} = \frac{\mu_{HCl}}{d_{HCl}} \times \frac{d_{HI}}{\mu_{HI}}$
આપેલ કિંમતો મૂકતા:
$\frac{\delta_{HCl}}{\delta_{HI}} = \frac{1.03 \times 1.6}{1.3 \times 0.38} = \frac{1.648}{0.494} \approx 3.33: 1$.
આમ,ગુણોત્તર આશરે $3.3: 1$ છે.

(D) આપેલ છે: અવલોકિત ડાયપોલ મોમેન્ટ $= 1.03 \ \text{D}$.
$HCl$ અણુની બંધ લંબાઈ,$d = 1.275 \ \text{Å} = 1.275 \times 10^{-8} \ \text{cm}$.
ઇલેક્ટ્રોનનો વીજભાર,$e = 4.8 \times 10^{-10} \ \text{esu}$.
સૈદ્ધાંતિક ડાયપોલ મોમેન્ટ $= e \times d = (4.8 \times 10^{-10} \ \text{esu}) \times (1.275 \times 10^{-8} \ \text{cm}) = 6.12 \times 10^{-18} \ \text{esu} \cdot \text{cm} = 6.12 \ \text{D}$.
ટકાવારી આયનીય લક્ષણ $= (\text{અવલોકિત ડાયપોલ મોમેન્ટ} / \text{સૈદ્ધાંતિક ડાયપોલ મોમેન્ટ}) \times 100$.
ટકાવારી આયનીય લક્ષણ $= (1.03 / 6.12) \times 100 = 16.83 \%$.

(C) શુદ્ધ આયનીય બંધની ડાયપોલ મોમેન્ટ $\mu_{\text{theoretical}} = q \times d$ તરીકે ગણવામાં આવે છે.
આપેલ છે: બંધ લંબાઈ $d = 1.25 \ \mathring{A}= 1.25 \times 10^{-8} \ cm$.
ઇલેક્ટ્રોનનો વીજભાર $q = 4.8 \times 10^{-10} \ esu$.
$\mu_{\text{theoretical}} = 1.25 \times 10^{-8} \ cm \times 4.8 \times 10^{-10} \ esu = 6.0 \times 10^{-18} \ esu \ cm = 6.0 \ D$.
આપેલ પ્રાયોગિક ડાયપોલ મોમેન્ટ $\mu_{\text{experimental}} = 1.0 \ D$.
ટકાવારી આયનીય ગુણધર્મ $= \frac{\mu_{\text{experimental}}}{\mu_{\text{theoretical}}} \times 100 = \frac{1.0}{6.0} \times 100 = 16.66 \%$.

(A) $CO$ અણુમાં,વિદ્યુતઋણતાનો તફાવત દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા સૂચવે છે,પરંતુ વાસ્તવિક દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા ખૂબ જ ઓછી $(0.11 \ D)$ છે.
આનું કારણ એ છે કે $C$ થી $O$ તરફનો $\sigma$-ઇલેક્ટ્રોન ડ્રિફ્ટ ($C$ પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મને કારણે) $O$ થી $C$ તરફ $\pi$-બંધ દ્વારા થતા $\pi$-ઇલેક્ટ્રોન બેક-ડોનેશન દ્વારા લગભગ સંપૂર્ણપણે નાબૂદ થાય છે.
આમ,ચોખ્ખી દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા લગભગ શૂન્ય છે,જે તેને વ્યવહારિક રીતે અધ્રુવીય બનાવે છે.

(A) જો અણુ ધ્રુવીય હોય,એટલે કે તેની ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટ $(\mu_{net})$ શૂન્ય ન હોય,તો તે કાયમી ડાયપોલ મોમેન્ટ ધરાવે છે.
$I$: $CH_{2}Cl_{2}$ (ડાયક્લોરોમિથેન) એ અસમપ્રમાણ ટેટ્રાહેડ્રલ અણુ છે. $C-H$ અને $C-Cl$ બંધની ડાયપોલ એકબીજાને નાબૂદ કરતી નથી,જેના પરિણામે ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટ શૂન્ય હોતી નથી $(\mu_{net} \neq 0)$.
$II$: $trans-1,2-dichloroethene$ એ સમપ્રમાણ અણુ છે જ્યાં બંધ ડાયપોલ એકબીજાને નાબૂદ કરે છે,પરિણામે $\mu_{net} = 0$.
$III$: $CCl_{4}$ (કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ) એ અત્યંત સમપ્રમાણ ટેટ્રાહેડ્રલ અણુ છે જ્યાં ચારેય $C-Cl$ બંધની ડાયપોલ એકબીજાને નાબૂદ કરે છે,પરિણામે $\mu_{net} = 0$.
$IV$: $1,2-dibromoethyne$ એ રેખીય,સમપ્રમાણ અણુ છે જ્યાં બંધ ડાયપોલ એકબીજાને નાબૂદ કરે છે,પરિણામે $\mu_{net} = 0$.
તેથી,કાયમી ડાયપોલ મોમેન્ટ ધરાવતું સંયોજન $I$ છે.

(C) અણુનો ડાયપોલ મોમેન્ટ એ વ્યક્તિગત બંધ ડાયપોલનો સદિશ સરવાળો છે. ક્લોરોબેન્ઝીન માટે,ડાયપોલ મોમેન્ટ $1.5 \ D$ છે. ધારો કે $C-Cl$ બંધનો ડાયપોલ મોમેન્ટ $\mu$ છે.
$o-$ડાયક્લોરોબેન્ઝીન માટે,બે $C-Cl$ બંધ એકબીજા સાથે $60^{\circ}$ ના ખૂણે છે.
પરિણામી ડાયપોલ મોમેન્ટ $\mu_{net} = \sqrt{\mu^2 + \mu^2 + 2\mu^2 \cos(60^{\circ})}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કારણ કે $\cos(60^{\circ}) = 0.5$,તેથી $\mu_{net} = \sqrt{2\mu^2 + 2\mu^2(0.5)} = \sqrt{3\mu^2} = \mu \sqrt{3}$.
આપેલ છે કે $\mu = 1.5 \ D$,તેથી $o-$ડાયક્લોરોબેન્ઝીનનો ડાયપોલ મોમેન્ટ $1.5 \times 1.732 \approx 2.54 \ D$ થશે.

(C) આપેલા અણુઓની ડાયપોલ મોમેન્ટ નીચે મુજબ છે:
$H_2S = 0.95 \ D$
$H_2O = 1.85 \ D$
$NF_3 = 0.23 \ D$
$NH_3 = 1.47 \ D$
$CHCl_3 = 1.04 \ D$
આ મૂલ્યોની સરખામણી કરતા,$NF_3$ ની ડાયપોલ મોમેન્ટ સૌથી ઓછી છે.
તેથી,અણુ $(X)$ એ $NF_3$ છે.
$NF_3$ માં,મધ્યસ્થ પરમાણુ નાઇટ્રોજન $(N)$ છે.
નાઇટ્રોજન પાસે $5$ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન છે. તે $3$ ફ્લોરિન પરમાણુઓ સાથે $3$ એકલ બંધ બનાવે છે,જેનાથી નાઇટ્રોજન પરમાણુ પર $1$ અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ બાકી રહે છે.
આમ,મધ્યસ્થ પરમાણુ પર અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મની સંખ્યા $1$ છે.