Hybridisation Questions in Hindi

(C) $SF_{4}$ में,केंद्रीय परमाणु $S$ (सल्फर) है।
सल्फर के पास $6$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।
यह $4$ $F$ परमाणुओं के साथ $4$ $\sigma$-आबंध बनाता है।
एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्मों (lone pairs) की संख्या = $(6 - 4) / 2 = 1$ है।
स्टेरिक संख्या = ($\sigma$-आबंधों की संख्या) + (एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्मों की संख्या) = $4 + 1 = 5$ है।
$5$ की स्टेरिक संख्या $sp^{3}d$ संकरण को दर्शाती है।

(B) $XeO_3$ में,केंद्रीय परमाणु $Xe$ का संकरण $sp^3$ होता है।
$Xe$ के पास $3$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pairs) और $3$ $Xe=O$ द्वि-आबंध होते हैं।
$Xe=O$ द्वि-आबंध एक $\sigma$-आबंध और एक $d\pi-p\pi$ $\pi$-आबंध से बना होता है।
$\sigma$-आबंध $Xe$ के $sp^3$ संकरित कक्षकों और $O$ के $p_z$ कक्षक के अतिव्यापन ($sp^3-p$ अतिव्यापन) से बनता है।
$\pi$-आबंध $Xe$ के भरे हुए $d$-कक्षकों $(d_{xz}, d_{yz}, d_{xy})$ और $O$ के खाली $p$-कक्षकों के अतिव्यापन ($d\pi-p\pi$ अतिव्यापन) से बनता है।
अतः,$XeO_3$ में $sp^3+s$ अतिव्यापन मौजूद नहीं है।

(C) अभिक्रिया $BF_3 + F^{-} \to BF_4^{-}$ में,केंद्रीय परमाणु बोरॉन $(B)$ है।
$BF_3$ में,बोरॉन परमाणु के पास $3$ बंध युग्म और $0$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^2$ संकरण होता है।
$BF_4^{-}$ में,बोरॉन परमाणु के पास $4$ बंध युग्म और $0$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
अतः,इस अभिक्रिया में संकरण $sp^2$ से बदलकर $sp^3$ हो जाता है।

(A) इलेक्ट्रॉन युग्म ज्यामिति केंद्रीय परमाणु के संकरण द्वारा निर्धारित होती है।
$A$: $\underline{B}F_3$ $sp^2$ (त्रिकोणीय समतलीय) है और $BF_4^-$ $sp^3$ (चतुष्फलकीय) है। ज्यामिति बदलती है।
$B$: $\underline{N}H_3$ $sp^3$ (चतुष्फलकीय) है और $\underline{N}H_4^+$ $sp^3$ (चतुष्फलकीय) है। कोई परिवर्तन नहीं।
$C$: $\underline{S}O_2$ $sp^2$ (त्रिकोणीय समतलीय) है और $\underline{S}O_3$ $sp^2$ (त्रिकोणीय समतलीय) है। कोई परिवर्तन नहीं।
$D$: $H_2\underline{O}$ $sp^3$ (चतुष्फलकीय) है और $H_3\underline{O}^+$ $sp^3$ (चतुष्फलकीय) है। कोई परिवर्तन नहीं।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(A) $C_2H_4$ (एथीन) में,प्रत्येक कार्बन परमाणु $sp^2$ संकरित होता है।
कार्बन-कार्बन द्वि-बंध एक $\sigma$ बंध और एक $\pi$ बंध से बना होता है।
$\sigma$ बंध प्रत्येक कार्बन परमाणु के $sp^2$ संकरित कक्षकों के सीधे अतिव्यापन (head-on overlap) द्वारा बनता है,जिसे $sp^2-sp^2$ $\sigma$ बंध के रूप में दर्शाया जाता है।
$\pi$ बंध प्रत्येक कार्बन परमाणु पर मौजूद असंकरित $2p$ कक्षकों के पार्श्व (sideways) अतिव्यापन द्वारा बनता है,जिसे $2p\pi -2p\pi$ बंध के रूप में दर्शाया जाता है।

(D) अवधारणा: संकरण में अर्ध-पूरित,रिक्त या पूर्णतः पूरित कक्षक भाग ले सकते हैं। अतः,यह कथन कि केवल अर्ध-पूरित परमाणु कक्षक ही भाग लेते हैं,गलत है।

(B) ड्रेगो के नियम के अनुसार,समूह $15$ के तत्वों के हाइड्राइड $(PH_3, AsH_3, SbH_3)$ बहुत कम संकरण दिखाते हैं और उनके बंध कोण $90^{\circ}$ के करीब होते हैं क्योंकि वे बंध बनाने के लिए शुद्ध $p$-कक्षकों का उपयोग करते हैं।
जब ये अणु प्रोटोनेट होकर $XH_4^+$ बनाते हैं,तो केंद्रीय परमाणु चार बंधों को समायोजित करने के लिए $sp^3$ संकरण से गुजरता है,जिसके परिणामस्वरूप बंध कोण लगभग $109.5^{\circ}$ हो जाता है।
$NH_3$ पहले से ही $sp^3$ संकरित है और इसका बंध कोण $107^{\circ}$ है,जो $NH_4^+$ में $109.5^{\circ}$ हो जाता है,यानी $2.5^{\circ}$ की वृद्धि होती है।
$PH_3$ में,बंध कोण $\approx 93.5^{\circ}$ है,जो $PH_4^+$ में $109.5^{\circ}$ तक बढ़ जाता है,जो $\approx 16^{\circ}$ की वृद्धि है।
जैसे-जैसे हम समूह में नीचे जाते हैं,$XH_3$ का बंध कोण घटता है ($90^{\circ}$ के करीब),इसलिए $XH_4^+$ बनने पर होने वाली वृद्धि $PH_3$ के लिए काफी अधिक होती है।

(D) दिया गया अणु $CH_3-CH=CH-CH_3$ है।
कार्बन को बाएं से दाएं क्रमांकित करने पर:
$C_2$ कार्बन एक $H$ परमाणु,एक $C_1$ परमाणु (एकल बंध) और एक $C_3$ परमाणु (द्वि-बंध) से जुड़ा है। इसमें $3$ सिग्मा बंध हैं,इसलिए यह $sp^2$ संकरित है।
$C_4$ कार्बन तीन $H$ परमाणुओं और एक $C_3$ परमाणु (एकल बंध) से जुड़ा है। इसमें $4$ सिग्मा बंध हैं,इसलिए यह $sp^3$ संकरित है।
अतः,$C_2$ और $C_4$ का संकरण क्रमशः $sp^2$ और $sp^3$ है।

(C) अमोनियम आयन $(NH_4^+)$ का संयुग्मी क्षार एक प्रोटॉन $(H^+)$ को हटाकर प्राप्त किया जाता है:
$NH_4^+ \rightarrow NH_3 + H^+$.
अमोनिया अणु $(NH_3)$ में,नाइट्रोजन परमाणु $(N)$ तीन हाइड्रोजन परमाणुओं से बंधा होता है और इसमें एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) होता है।
$VSEPR$ सिद्धांत के अनुसार,स्टेरिक संख्या $3 \text{ (आबंध युग्म)} + 1 \text{ (एकाकी युग्म)} = 4$ है,जो $sp^3$ संकरण को दर्शाता है।
एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म की उपस्थिति के कारण,इसकी ज्यामिति चतुष्फलकीय से बदलकर पिरामिडल हो जाती है।

(A) $s$-लक्षण निर्धारित करने के लिए,हम प्रत्येक प्रजाति में केंद्रीय परमाणु का संकरण पहचानते हैं:
$(I) \, CO_3^{2-}: C$ का संकरण $sp^2$ है ($33.3\% \ s$-लक्षण)।
$(II) \, XeF_4: Xe$ का संकरण $sp^3d^2$ है ($16.6\% \ s$-लक्षण)।
$(III) \, I_3^-: I$ का संकरण $sp^3d$ है ($20\% \ s$-लक्षण)।
$(IV) \, NCl_3: N$ का संकरण $sp^3$ है ($25\% \ s$-लक्षण)।
$(V) \, BeCl_2: Be$ का संकरण $sp$ है ($50\% \ s$-लक्षण)।
प्रतिशत की तुलना करने पर: $sp^3d^2 (16.6\%) < sp^3d (20\%) < sp^3 (25\%) < sp^2 (33.3\%) < sp (50\%)$।
अतः,सही क्रम $(II) < (III) < (IV) < (I) < (V)$ है।

(A) $sp^3d^2$ संकरण में एक $s$ कक्षक,तीन $p$ कक्षक और दो $d$ कक्षकों का मिश्रण शामिल होता है।
अष्टफलकीय ज्यामिति के संदर्भ में,इसमें शामिल दो $d$ कक्षक अक्षीय $d$ कक्षक होते हैं,जो $d_{x^2 - y^2}$ और $d_{z^2}$ हैं।
ये कक्षक अक्षों पर स्थित होते हैं,जो अष्टफलकीय व्यवस्था में लिगेंड्स के साथ प्रभावी अतिव्यापन (overlap) की अनुमति देते हैं।

(A) $ClF_3$ का निर्माण $Cl$ की प्रथम उत्तेजित अवस्था में होता है।
क्लोरीन की मूल अवस्था (ground state) में संयोजकता कोश का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $3s^2 3p^5$ होता है।
प्रथम उत्तेजित अवस्था में,$3p$ कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन $3d$ कक्षक में स्थानांतरित हो जाता है,जिससे विन्यास $3s^2 3p^4 3d^1$ प्राप्त होता है।
यह तीन अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति सुनिश्चित करता है,जो $sp^3d$ संकरण के माध्यम से $ClF_3$ का निर्माण करते हैं।

(D) सल्फर $(S)$ की मूल अवस्था (ground state) का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[Ne] 3s^2 3p^4$ है।
प्रथम उत्तेजित अवस्था में,$3p$ कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन $3d$ कक्षक में चला जाता है,जिससे $3s^2 3p^3 3d^1$ विन्यास प्राप्त होता है। यह अवस्था $sp^3d$ संकरण के माध्यम से $SF_4$ बनाने में सक्षम है।
दूसरी उत्तेजित अवस्था में,$3s$ कक्षक से भी एक इलेक्ट्रॉन $3d$ कक्षक में चला जाता है,जिससे $3s^1 3p^3 3d^2$ विन्यास प्राप्त होता है। यह बंधन के लिए छह अयुग्मित इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है।
ये छह कक्षक $sp^3d^2$ संकरण से गुजरकर अष्टफलकीय ज्यामिति वाला $SF_6$ बनाते हैं।
अतः,$SF_6$ वह यौगिक है जो सल्फर की दूसरी उत्तेजित अवस्था में बनता है।

(A) दी गई प्रजातियों के लिए संकरण और बंध कोण इस प्रकार हैं:
$BeCl_{4}^{2-}: sp^{3}$ संकरण,बंध कोण $\approx 109^{\circ} 28'$
$BeCl_{3}^{-}: sp^{2}$ संकरण,बंध कोण $\approx 120^{\circ}$
$BeCl_{2}: sp$ संकरण,बंध कोण $= 180^{\circ}$
बंध कोणों की तुलना करने पर:
$BeCl_{4}^{2-} (109^{\circ} 28') \rightarrow BeCl_{3}^{-} (120^{\circ})$: बंध कोण बढ़ता है।
$BeCl_{3}^{-} (120^{\circ}) \rightarrow BeCl_{2} (180^{\circ})$: बंध कोण बढ़ता है।
$BeCl_{2} (180^{\circ}) \rightarrow BeCl_{4}^{2-} (109^{\circ} 28')$: बंध कोण घटता है।
अतः,सही आरेख $BeCl_{4}^{2-}$ से $BeCl_{3}^{-}$ तक वृद्धि,$BeCl_{3}^{-}$ से $BeCl_{2}$ तक वृद्धि,और $BeCl_{2}$ से $BeCl_{4}^{2-}$ तक कमी को दर्शाता है। यह विकल्प $A$ में दिए गए आरेख के अनुरूप है।

(A) केंद्रीय परमाणु के संकरण को निर्धारित करने के लिए सूत्र: $H = \frac{1}{2}(V + M - C + A)$ का उपयोग करते हैं।
$1$. $SO_2$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(6+0) = 3$ ($sp^2$ संकरण)।
$2$. $SO_3$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(6+0) = 3$ ($sp^2$ संकरण)।
$3$. $SO_4^{2-}$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(6+2) = 4$ ($sp^3$ संकरण)।
$4$. $SO_3^{2-}$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(6+2) = 4$ ($sp^3$ संकरण)।
$5$. $CH_4$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(4+4) = 4$ ($sp^3$ संकरण)।
$6$. $HCOOH$ के लिए: केंद्रीय कार्बन $sp^2$ संकरण में है।
अतः,$SO_2$ और $SO_3$ दोनों में संकरण समान $(sp^2)$ है। इसलिए सही विकल्प $A$ है।

(C) डाइबोरेन $(B_2H_6)$ में,प्रत्येक बोरॉन परमाणु दो टर्मिनल हाइड्रोजन परमाणुओं और दो ब्रिजिंग हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। बोरॉन परमाणु चार बंध बनाता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
बेरिलियम हाइड्राइड के डाइमर $((BeH_2)_n)$ में,प्रत्येक बेरिलियम परमाणु दो टर्मिनल हाइड्रोजन परमाणुओं और दो ब्रिजिंग हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है,जिससे कुल चार बंध बनते हैं। इस प्रकार,बेरिलियम परमाणु भी $sp^3$ संकरित होता है।

(C) $A)$ पिरिडीन: नाइट्रोजन परमाणु $sp^2$ संकरित है क्योंकि यह एरोमैटिक वलय का हिस्सा है और इसके $sp^2$ कक्षक में एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) है।
$B)$ पाइरोल: नाइट्रोजन परमाणु $sp^2$ संकरित है क्योंकि इसका एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म वलय के एरोमैटिक सेक्सटेट में भाग लेता है।
$C)$ $CH_2 = CH - NH_3^+$: नाइट्रोजन परमाणु चार परमाणुओं (तीन $H$ और एक $C$) से जुड़ा है और इसमें कोई एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म नहीं है,जिसके परिणामस्वरूप यह $sp^3$ संकरित है।
$D)$ $CH_2 = CH - NH_2$: नाइट्रोजन परमाणु $sp^2$ संकरित है क्योंकि इसका एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म निकटवर्ती द्वि-आबंध के साथ संयुग्मन (conjugation) में है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(C) संकरण और एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म निर्धारित करने के लिए,हम सूत्र का उपयोग करते हैं: $\text{Steric Number} = \frac{1}{2} (V + M - C + A)$,जहाँ $V$ संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या है,$M$ एकसंयोजक परमाणुओं की संख्या है,$C$ धनायन आवेश है,और $A$ ऋणायन आवेश है।
$(i)\ SF_4$: $\text{Steric Number} = \frac{1}{2} (6 + 4) = 5$ $(sp^3d)$। एकाकी युग्म $= 5 - 4 = 1$।
$(ii)\ [PCl_4]^+$: $\text{Steric Number} = \frac{1}{2} (5 + 4 - 1) = 4$ $(sp^3)$। एकाकी युग्म $= 4 - 4 = 0$।
$(iii)\ XeO_2F_2$: $\text{Steric Number} = \frac{1}{2} (8 + 2) = 5$ $(sp^3d)$। एकाकी युग्म $= 5 - 4 = 1$।
$(iv)\ ClOF_3$: $\text{Steric Number} = \frac{1}{2} (7 + 3) = 5$ $(sp^3d)$। एकाकी युग्म $= 5 - 5 = 0$ (क्योंकि $Cl$ परमाणु $O$ के साथ द्वि-आबंध और $F$ के साथ तीन एकल आबंध बनाता है)।
अतः,अणु $(i)$ और $(iii)$ शर्त को पूरा करते हैं।

(C) कार्बन-कार्बन बंध लंबाई इसमें शामिल कार्बन परमाणुओं के संकरण पर निर्भर करती है।
एथेन $(CH_3-CH_3)$ में, कार्बन परमाणु $sp^3$ संकरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बंध लंबाई लगभग $154 \ pm$ होती है।
एथिलीन $(CH_2=CH_2)$ में, कार्बन परमाणु $sp^2$ संकरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बंध लंबाई लगभग $134 \ pm$ होती है।
एसिटिलीन $(CH \equiv CH)$ में, कार्बन परमाणु $sp$ संकरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बंध लंबाई लगभग $120 \ pm$ होती है।
जैसे-जैसे $s$-लक्षण का प्रतिशत बढ़ता है ($sp^3 = 25\%$, $sp^2 = 33.3\%$, $sp = 50\%$), बंध लंबाई कम हो जाती है।
इसलिए, बंध लंबाई का क्रम $Ethane > Ethylene > Acetylene$ है।

(C) यह यौगिक बाइसाइक्लो[$4.2$.$0$]ऑक्टा$-1,3,5-$ट्राईन है।
दी गई संरचना में,$sp^2$ संकरित कार्बन परमाणु द्वि-बंध और वलय संलयन में शामिल हैं।
विशेष रूप से,$sp^2 - sp^2$ $\sigma$ बंध उन कार्बन परमाणुओं के बीच पाए जाते हैं जो दोनों $sp^2$ संकरित हैं।
संरचना को देखने पर:
$1$. छह-सदस्यीय वलय के दो द्वि-बंधों में दो $sp^2 - sp^2$ $\sigma$ बंध हैं।
$2$. छह-सदस्यीय वलय में दो द्वि-बंधों के बीच एक $sp^2 - sp^2$ $\sigma$ बंध है।
$3$. चार-सदस्यीय वलय के द्वि-बंध में एक $sp^2 - sp^2$ $\sigma$ बंध है।
कुल $sp^2 - sp^2$ $\sigma$ बंध $= 2 + 1 + 1 = 4$.

(C) बंध $a$ दो $sp$ संकरित कार्बन परमाणुओं के अतिव्यापन से बनता है ($sp-sp$ बंध)।
बंध $b$ एक $sp$ संकरित कार्बन परमाणु और एक $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु के अतिव्यापन से बनता है ($sp-sp^3$ बंध)।
बंध लंबाई इसमें शामिल संकरित कक्षकों के $s$-लक्षण पर निर्भर करती है।
अधिक $s$-लक्षण का अर्थ है छोटी परमाणु त्रिज्या और छोटी बंध लंबाई।
$sp$ कक्षक में $50\%$ $s$-लक्षण होता है,जबकि $sp^3$ कक्षक में $25\%$ $s$-लक्षण होता है।
इसलिए,$sp-sp$ बंध $(a)$ में $sp-sp^3$ बंध $(b)$ की तुलना में अधिक $s$-लक्षण होता है।
परिणामस्वरूप,बंध $a$,बंध $b$ से छोटा है,जिसका अर्थ है कि $b > a$।

(C) बंध $X$ एक द्वि-बंध में शामिल कार्बन परमाणु (जो $sp^2$ संकरित है) को चार एकल बंधों से जुड़े कार्बन परमाणु (जो $sp^3$ संकरित है) से जोड़ता है।
अतः,बंध $X$ का निर्माण $sp^2$ और $sp^3$ संकरित कक्षकों के अतिव्यापन से होता है।

(D) किसी परमाणु का संकरण उसके स्टेरिक नंबर द्वारा निर्धारित किया जाता है,जो सिग्मा बंधों और एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्मों (lone pairs) की संख्या का योग है।
$(u) H_2\underline{C}=CH-CH_3$: रेखांकित कार्बन में $3$ सिग्मा बंध और $0$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म हैं। स्टेरिक नंबर = $3$,इसलिए यह $sp^2$ संकरित है।
$(v) CH_2=\underline{C}=CHCl$: केंद्रीय कार्बन में $2$ सिग्मा बंध और $0$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म हैं। स्टेरिक नंबर = $2$,इसलिए यह $sp$ संकरित है।
$(w) CH_3-\underline{C}H_2^+$: कार्बोनियम आयन कार्बन में $3$ सिग्मा बंध और $0$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म हैं। स्टेरिक नंबर = $3$,इसलिए यह $sp^2$ संकरित है।
$(x) H-C \equiv C-H$: प्रत्येक कार्बन में $2$ सिग्मा बंध और $0$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म हैं। स्टेरिक नंबर = $2$,इसलिए यह $sp$ संकरित है।
$(y) CH_3-\underline{C} \equiv N$: कार्बन में $2$ सिग्मा बंध और $0$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म हैं। स्टेरिक नंबर = $2$,इसलिए यह $sp$ संकरित है।
$(z) (CH_3)_2C=\underline{N}-NH_2$: नाइट्रोजन में $2$ सिग्मा बंध और $1$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म है। स्टेरिक नंबर = $3$,इसलिए यह $sp^2$ संकरित है।
अतः,$v, x$ और $y$ में $sp$-संकरण है।

(A) $C-H$ बंध की सामर्थ्य कार्बन परमाणु की विद्युत ऋणात्मकता पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे संकरित कक्षक में $s$-लक्षण बढ़ता है,कार्बन परमाणु की विद्युत ऋणात्मकता बढ़ती है।
$sp, sp^2$ और $sp^3$ संकरित कक्षकों में $s$-लक्षण क्रमशः $50\%, 33.3\%$ और $25\%$ होता है।
इसलिए,विद्युत ऋणात्मकता का क्रम $sp > sp^2 > sp^3$ है।
अधिक विद्युत ऋणात्मकता का अर्थ है छोटा और मजबूत $C-H$ बंध।
अतः,बंध सामर्थ्य का सही क्रम $sp > sp^2 > sp^3$ है।

(B) ग्रेफाइट में,कार्बन $sp^2$ संकरित होता है। $p-$ कैरेक्टर का प्रतिशत $\frac{2}{3} \times 100 = 66.67\% \approx 67\%$ है।
हीरे में,कार्बन $sp^3$ संकरित होता है। $p-$ कैरेक्टर का प्रतिशत $\frac{3}{4} \times 100 = 75\%$ है।
अतः,मान क्रमशः $67\%$ और $75\%$ हैं।

(B) प्रत्येक विकल्प का विश्लेषण करते हैं:
$A) H_2O (sp^3, \text{बेंट}) \to H_3O^+ (sp^3, \text{पिरामिडल})$. संकरण $sp^3$ ही रहता है।
$B) BF_3 (sp^2, \text{त्रिकोणीय समतलीय}) \to BF_4^- (sp^3, \text{चतुष्फलकीय})$. संकरण और आकार दोनों बदलते हैं।
$C) CH_4 (sp^3, \text{चतुष्फलकीय}) \to C_2H_6 (sp^3, \text{चतुष्फलकीय})$. संकरण $sp^3$ ही रहता है।
$D) NH_3 (sp^3, \text{पिरामिडल}) \to NH_4^+ (sp^3, \text{चतुष्फलकीय})$. संकरण $sp^3$ ही रहता है।
अतः,सही रूपांतरण $BF_3 \to BF_4^-$ है।

(D) संकरण निर्धारित करने के लिए,हम केंद्रीय परमाणु के लिए स्टेरिक संख्या $(SN)$ की गणना करते हैं: $SN = \text{सिग्मा बंधों की संख्या} + \text{लोन पेयर की संख्या}$.
$(a)$ $BrF_5$ में,$Br$ के पास $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह $F$ परमाणुओं के साथ $5$ बंध बनाता है और इसमें $1$ लोन पेयर होता है। $SN = 5 + 1 = 6$,जो $sp^3d^2$ संकरण को दर्शाता है।
$(b)$ $SF_6$ में,$S$ के पास $6$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह $F$ परमाणुओं के साथ $6$ बंध बनाता है और इसमें $0$ लोन पेयर होते हैं। $SN = 6 + 0 = 6$,जो $sp^3d^2$ संकरण को दर्शाता है।
$(c)$ $[CrF_6]^{3-}$ में,$Cr^{3+}$ का विन्यास $d^3$ होता है। यह $F^-$ लिगेंड्स के साथ $6$ उपसहसंयोजक बंध बनाता है। इसका संकरण $d^2sp^3$ है,जो ज्यामिति के संदर्भ में $sp^3d^2$ (अष्टफलकीय) के समान है।
$(d)$ $PF_5$ में,$P$ के पास $5$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह $F$ परमाणुओं के साथ $5$ बंध बनाता है और इसमें $0$ लोन पेयर होते हैं। $SN = 5 + 0 = 5$,जो $sp^3d$ संकरण को दर्शाता है।
अतः,$PF_5$ संकरण $sp^3d^2$ प्रदर्शित नहीं करता है।

(B) हीरे में,प्रत्येक $C$ परमाणु चार अन्य $C$ परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध द्वारा जुड़ा होता है,जिससे एक चतुष्फलकीय इकाई बनती है। प्रत्येक $C$ परमाणु $sp^3$ संकरित होता है,और सभी चार संयोजी इलेक्ट्रॉन सिग्मा बंध बनाने में शामिल होते हैं,जिससे कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं बचता है। अतः,हीरा एक कुचालक है।
ग्रेफाइट में,प्रत्येक $C$ परमाणु तीन अन्य $C$ परमाणुओं के साथ त्रिकोणीय समतलीय ज्यामिति में सहसंयोजक बंध द्वारा जुड़ा होता है। प्रत्येक $C$ परमाणु $sp^2$ संकरित होता है। तीन संयोजी इलेक्ट्रॉन सिग्मा बंध बनाने में उपयोग किए जाते हैं,जबकि चौथा इलेक्ट्रॉन एक असंकरित $p$-कक्षक में रहता है,जो परतों पर विस्थानीकृत (delocalized) होता है। यह मुक्त इलेक्ट्रॉन ग्रेफाइट को विद्युत का अच्छा सुचालक बनाता है।
चूंकि विद्युत चालकता में अंतर सीधे संकरण और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपलब्धता के कारण है,इसलिए कारण कथन की सही व्याख्या है।

(B) एलीन की संरचना $CH_2=C=CH_2$ है।
अंतिम कार्बन परमाणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं और एक कार्बन परमाणु से द्वि-आबंध (double bond) द्वारा जुड़े होते हैं,जिससे वे $sp^2$ संकरित होते हैं।
केंद्रीय कार्बन परमाणु दो कार्बन परमाणुओं से दो द्वि-आबंधों द्वारा जुड़ा होता है,जिससे वह $sp$ संकरित होता है।
अतः,उपस्थित संकरण के प्रकार $sp^2$ और $sp$ हैं।

(B) $BF_3$ में,बोरॉन परमाणु $sp^2$ संकरित होता है और इसमें एक रिक्त $p_z$ कक्षक होता है।
जब $BF_3$,$NH_3$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो $NH_3$ में नाइट्रोजन परमाणु का एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) बोरॉन के रिक्त $p_z$ कक्षक में दान किया जाता है।
इस उपसहसंयोजक बंध के निर्माण से बोरॉन की ज्यामिति त्रिकोणीय समतलीय से चतुष्फलकीय हो जाती है।
परिणामस्वरूप,बोरॉन का संकरण $sp^2$ से बदलकर $sp^3$ हो जाता है।

(B) संकरण निर्धारित करने के लिए,हम सूत्र का उपयोग करते हैं: $H = \frac{1}{2}(V + M - C + A)$,जहाँ $V$ केंद्रीय परमाणु के संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या है,$M$ एकसंयोजक परमाणुओं की संख्या है,$C$ धनायन आवेश है और $A$ ऋणायन आवेश है।
$[IF_6]^-$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(7 + 6 + 1) = 7$,जो $sp^3d^3$ संकरण को दर्शाता है।
$[ICl_4]^-$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(7 + 4 + 1) = 6$,जो $sp^3d^2$ संकरण को दर्शाता है।
$[ICl_2]^-$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(7 + 2 + 1) = 5$,जो $sp^3d$ संकरण को दर्शाता है।
$[BrF_2]^-$ के लिए: $H = \frac{1}{2}(7 + 2 + 1) = 5$,जो $sp^3d$ संकरण को दर्शाता है।
अतः,$sp^3d^2$ संकरण वाला आयन $[ICl_4]^-$ है,जो विकल्प $B$ में है।

(B) $1$. $CO_2$: केंद्रीय परमाणु $C$ का संकरण $sp$ है और आकार रेखीय है।
$2$. $Br_3^-$: केंद्रीय परमाणु $Br$ का संकरण $sp^3d$ है ($3$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म + $2$ आबंध युग्म) और आकार रेखीय है।
$3$. चूंकि दोनों का आकार रेखीय है लेकिन संकरण भिन्न ($sp$ और $sp^3d$) है,इसलिए सही युग्म $CO_2, Br_3^-$ है।

(B) सल्फर $(S)$ का परमाणु क्रमांक $16$ है। इसका मूल अवस्था (ground state) इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $[Ne] 3s^2 3p^4 3d^0$ है।
$SF_4$ के निर्माण में,सल्फर $sp^3d$ संकरण (hybridization) से गुजरता है।
फ्लोरीन परमाणुओं के साथ $4$ बंध बनाने के लिए,सल्फर को $4$ अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है।
$3p_z$ कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन $3d_{z^2}$ कक्षक में उत्तेजित होता है।
उत्तेजित अवस्था का विन्यास $[Ne] 3s^2 3p^3 3d^1$ हो जाता है।
$sp^3d$ संकरण में,एक $3s$,तीन $3p$,और एक $3d$ कक्षक भाग लेते हैं।
सल्फर के संयोजी कोश में $3s, 3p,$ और $3d$ कक्षक होते हैं।
संयोजी कोश में कुल कक्षक $1 (3s) + 3 (3p) + 5 (3d) = 9$ हैं।
संकरण के बाद,$5$ कक्षकों का उपयोग बंध बनाने के लिए किया जाता है ($4$ $S-F$ बंधों के लिए और $1$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के लिए)।
संयोजी कोश में शेष रिक्त कक्षक $9 - 5 = 4$ रिक्त $3d$ कक्षक हैं।

(B) $CO_2$ में,कार्बन परमाणु $sp$ संकरित होता है।
यदि केंद्रीय कार्बन परमाणु संकरण के लिए $s$ और $P_x$ कक्षकों का उपयोग करता है,तो संकर कक्षक $x$-अक्ष के अनुदिश होते हैं।
परिणामस्वरूप,$\pi$ बंध शेष असंकरित $P_y$ और $P_z$ कक्षकों द्वारा बनते हैं।
यह कथन $(i)$ को संतुष्ट करता है।
चूंकि संकर कक्षक $x$-अक्ष पर हैं,इसलिए अणु $x$-अक्ष वाले किसी भी तल में हो सकता है,जैसे कि $XY$ तल (कथन $ii$) या $XZ$ तल (कथन $iii$)।
यह $YZ$ तल में नहीं हो सकता क्योंकि $x$-अक्ष $YZ$ तल के लंबवत है।
अतः,सही कथन $(i)$,$(ii)$ और $(iii)$ हैं।

(C) $SF_6$ में,संकरण $sp^3d^2$ है,जो अक्षीय $d-$ कक्षकों ($d_{z^2}$ और $d_{x^2-y^2}$) का उपयोग करता है।
$PCl_5$ में,संकरण $sp^3d$ है,जो अक्षीय $d_{z^2}$ कक्षक का उपयोग करता है।
$XeF_5^+$ में,संकरण $sp^3d^2$ है,जो अक्षीय $d-$ कक्षकों का उपयोग करता है।
$XeF_5^-$ में,संकरण $sp^3d^3$ है। इसमें $d_{xy}$,$d_{yz}$,और $d_{zx}$ कक्षक शामिल हैं,जो गैर-अक्षीय $d-$ कक्षक हैं।

(D) $s-$लक्षण निर्धारित करने के लिए,हम प्रत्येक अणु में नाइट्रोजन परमाणु के संकरण को देखते हैं:
$1$. $NH_3$ में,$N$ का संकरण $sp^3$ है ($25\% \ s-$लक्षण)।
$2$. $NH_4^+$ में,$N$ का संकरण $sp^3$ है ($25\% \ s-$लक्षण)।
$3$. $H_2N-NH_2$ (हाइड्राजीन) में,$N$ का संकरण $sp^3$ है ($25\% \ s-$लक्षण)।
$4$. $HN \equiv NH$ (डायज़ीन) में,नाइट्रोजन परमाणु $sp$ संकरित हैं।
$sp$ संकरण के लिए,$s-$लक्षण $\frac{1}{2} \times 100 = 50\%$ है।
चूंकि $50\% > 25\%$,इसलिए $HN \equiv NH$ में $N-H$ बंध में सबसे अधिक $s-$लक्षण है।

(D) $CO_2$ में,कार्बन परमाणु $sp$ संकरित होता है। यदि संकरण में $s$ और $p_x$ कक्षकों का उपयोग होता है,तो संकर कक्षक $x$-अक्ष के अनुदिश होते हैं।
चूंकि अणु रेखीय है,इसलिए $O-C-O$ आबंध अक्ष $x$-अक्ष होना चाहिए।
$\sigma$ आबंध $C$ के $sp$ संकर कक्षकों और $O$ परमाणुओं के $p_x$ कक्षकों के अतिव्यापन से बनते हैं।
$C$ के शेष $p_y$ और $p_z$ कक्षकों का उपयोग क्रमशः $O$ परमाणुओं के $p_y$ और $p_z$ कक्षकों के साथ $\pi$ आबंध बनाने के लिए किया जाता है।
चूंकि अणु रेखीय है और $x$-अक्ष पर स्थित है,इसलिए इसे $x$-अक्ष वाले किसी भी तल (जैसे $XY$ तल,$XZ$ तल,या $x$-अक्ष के चारों ओर घुमाया गया कोई भी तल) में मौजूद माना जा सकता है।
इसलिए,अणु अनंत तलों में उपस्थित है।

(A) संकरण निर्धारित करने के लिए,हम सूत्र $H = \frac{1}{2}(V + M - C + A)$ का उपयोग करते हैं,जहाँ $V$ संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या है,$M$ एकसंयोजक परमाणुओं की संख्या है,$C$ धनायन आवेश है,और $A$ ऋणायन आवेश है।
$1$. $H_3O^{+}$: $H = \frac{1}{2}(6 + 3 - 1 + 0) = 4$ ($sp^3$ संकरण)।
$2$. $NH_2^{-}$: $H = \frac{1}{2}(5 + 2 - 0 + 1) = 4$ ($sp^3$ संकरण)।
$3$. $NO_3^{-}$: $H = \frac{1}{2}(5 + 0 - 0 + 1) = 3$ ($sp^2$ संकरण)।
$4$. $ClF_3$: $H = \frac{1}{2}(7 + 3 - 0 + 0) = 5$ ($sp^3d$ संकरण)।
अतः,सही मिलान $A-R, B-R, C-Q, D-S$ है।

(C) $NCl_3$ और $N(CH_3)_3$ में,नाइट्रोजन परमाणु तीन परमाणुओं से जुड़ा होता है और इसमें एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) होता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण और पिरामिडल ज्यामिति होती है।
$N(SiH_3)_3$ में,नाइट्रोजन परमाणु पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म $p\pi-d\pi$ बैक-बॉन्डिंग के कारण सिलिकॉन परमाणु के रिक्त $d$-कक्षक में दान कर दिया जाता है।
यह बैक-बॉन्डिंग नाइट्रोजन परमाणु की ज्यामिति को पिरामिडल से समतलीय (planar) में बदल देती है,जिससे नाइट्रोजन परमाणु $sp^2$ संकरित हो जाता है।

(A) किसी अणु का आकार कोणीय (bent) होने के लिए,केंद्रीय परमाणु पर कम से कम एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) होना चाहिए और उसे दो अन्य परमाणुओं से बंधित होना चाहिए।
$sp$ संकरण में,ज्यामिति $180^{\circ}$ के बंध कोण के साथ रेखीय होती है।
$sp^2$ संकरण में,ज्यामिति त्रिकोणीय समतलीय होती है। यदि एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म मौजूद हो,तो आकार कोणीय हो जाता है (जैसे $SO_2$,$SnCl_2$)।
$sp^3$ संकरण में,ज्यामिति चतुष्फलकीय होती है। यदि दो एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म मौजूद हों,तो आकार कोणीय हो जाता है (जैसे $H_2O$)।
इसलिए,$sp$ संकरण में कोणीय आकार संभव नहीं है क्योंकि बंध कोण $180^{\circ}$ पर स्थिर होता है।

(C) $1$. नाइट्रोनियम आयन $(NO_2^ )$ में,$N$ परमाणु $sp$ संकरित होता है (रैखिक ज्यामिति)।
$2$. नाइट्रेट आयन $(NO_3^-)$ में,$N$ परमाणु $sp^2$ संकरित होता है (त्रिकोणीय समतलीय ज्यामिति)।
$3$. ट्राइसिलाइलएमाइन $(N(SiH_3)_3)$ में,$N$ परमाणु $sp^3$ संकरित होता है (पिरामिडल ज्यामिति),क्योंकि $N$ पर मौजूद लोन पेयर $Si$ के खाली $d$-ऑर्बिटल्स में दान कर दिए जाते हैं ($p\pi-d\pi$ बैक बॉन्डिंग)।
$4$. बोराज़ीन $(B_3N_3H_6)$ में,$N$ परमाणु $sp^2$ संकरित होते हैं।
$5$. अतः,ट्राइसिलाइलएमाइन में $N$ परमाणु $sp^3$ संकरित होता है।

(B) संकर कक्षकों की विद्युत ऋणात्मकता $(EN)$ संकर कक्षक में $s$-लक्षण के प्रतिशत के सीधे समानुपाती होती है।
$sp$ संकरण के लिए,$s$-लक्षण $50\%$ है।
$sp^2$ संकरण के लिए,$s$-लक्षण $33.3\%$ है।
$sp^3$ संकरण के लिए,$s$-लक्षण $25\%$ है।
अतः,विद्युत ऋणात्मकता का क्रम $sp (50\%) > sp^2 (33.3\%) > sp^3 (25\%)$ है।

(A, C) $BeCl_2$ में,केंद्रीय परमाणु $Be$ के पास $2$ बंध युग्म और $0$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp$ संकरण और रैखिक आकार होता है। अतः,विकल्प $A$ सही है।
$BCl_3$ में,केंद्रीय परमाणु $B$ के पास $3$ बंध युग्म और $0$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^2$ संकरण और त्रिकोणीय समतलीय आकार होता है। अतः,विकल्प $C$ भी सही है।

(D) $ICl^{+}_2$ में केंद्रीय परमाणु $I$ के संकरण को निर्धारित करने के लिए,हम स्टेरिक संख्या $(SN)$ के सूत्र का उपयोग करते हैं:
$SN = \frac{1}{2} [V + M - C + A]$
जहाँ:
$V$ = केंद्रीय परमाणु के संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या $(I = 7)$
$M$ = जुड़े हुए एकसंयोजक परमाणुओं की संख्या $(Cl = 2)$
$C$ = धनायनिक आवेश $(+1)$
$A$ = ऋणायनिक आवेश $(0)$
$SN = \frac{1}{2} [7 + 2 - 1 + 0] = \frac{8}{2} = 4$
$4$ की स्टेरिक संख्या $sp^3$ संकरण के अनुरूप है।
अतः,$ICl^{+}_2$ में केंद्रीय आयोडीन परमाणु $sp^3$ संकरित है।

(A) $BF_3$ में,केंद्रीय परमाणु $B$ के पास $3$ बंध युग्म और $0$ एकाकी युग्म हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^2$ संकरण होता है।
$H_3O^{+}$ में,केंद्रीय परमाणु $O$ के पास $3$ बंध युग्म और $1$ एकाकी युग्म हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
$NH_3$ में,केंद्रीय परमाणु $N$ के पास $3$ बंध युग्म और $1$ एकाकी युग्म हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
$PCl_3$ में,केंद्रीय परमाणु $P$ के पास $3$ बंध युग्म और $1$ एकाकी युग्म हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
अतः,$BF_3$ में $B$ का संकरण दूसरों से भिन्न है।

(B) $NH_3$ $(sp^3)$ $+ H^{+} \to NH_4^+$ $(sp^3)$ (कोई परिवर्तन नहीं)
$(b)$ $H_3BO_3$ $(sp^2)$ $+ OH^{-} \to [B(OH)_4]^-$ $(sp^3)$ (संकरण बदलता है)
$(c)$ $NH_3$ $(sp^3)$ $\to NH_2^-$ $(sp^3)$ (कोई परिवर्तन नहीं)
$(d)$ $H_2O$ $(sp^3)$ $+ H^{+} \to H_3O^+$ $(sp^3)$ (कोई परिवर्तन नहीं)
अतः,विकल्प $(b)$ में केंद्रीय परमाणु का संकरण बदल जाता है।

(A) मीथेन की दहन अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)$.
$CH_4$ में,कार्बन परमाणु चार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ एकल बंध द्वारा जुड़ा होता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
उत्पाद $CO_2$ में,कार्बन परमाणु दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ द्वि-बंध $(O=C=O)$ द्वारा जुड़ा होता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp$ संकरण होता है।
अतः,कार्बन परमाणु $sp^3$ से $sp$ संकरण में परिवर्तित हो जाता है।

(A) सही विकल्प $A$ है।
व्याख्या:
$1$. $IF_5$ के लिए: आयोडीन में $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह $F$ परमाणुओं के साथ $5$ सिग्मा बंध बनाता है और इसमें $1$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) होता है। कुल इलेक्ट्रॉन युग्म = $5 + 1 = 6$,जो $sp^3d^2$ संकरण को दर्शाता है।
$2$. $I_3^-$ के लिए: केंद्रीय आयोडीन परमाणु में $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं,साथ ही ऋण आवेश से $1$ इलेक्ट्रॉन,कुल $8$। यह अन्य $I$ परमाणुओं के साथ $2$ सिग्मा बंध बनाता है और इसमें $3$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म होते हैं। कुल इलेक्ट्रॉन युग्म = $2 + 3 = 5$,जो $sp^3d$ संकरण को दर्शाता है।
$3$. $I_3^+$ के लिए: केंद्रीय आयोडीन परमाणु में $7$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं,ऋण $1$ इलेक्ट्रॉन धन आवेश के कारण,कुल $6$। यह अन्य $I$ परमाणुओं के साथ $2$ सिग्मा बंध बनाता है और इसमें $2$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म होते हैं। कुल इलेक्ट्रॉन युग्म = $2 + 2 = 4$,जो $sp^3$ संकरण को दर्शाता है।

(C) $(A).$ $H_2O + CO_2 \longrightarrow H_2CO_3$. $CO_2$ में $C$ का संकरण $sp$ है,जबकि $H_2CO_3$ में यह $sp^2$ है। अतः,यह बदलता है।
$(B).$ $H_3BO_3 + OH^{-} \longrightarrow [B(OH)_4]^{-}$. $B$ का संकरण $sp^2$ से बदलकर $sp^3$ हो जाता है।
$(C).$ $BF_3 + NH_3 \longrightarrow F_3B \leftarrow NH_3$. $NH_3$ में $N$ का संकरण $sp^3$ है और संकुल $F_3B-NH_3$ में भी यह $sp^3$ ही रहता है।

(C) केंद्रीय परमाणु का संकरण बंधन में शामिल $d-$ कक्षकों को निर्धारित करता है।
$PBr^{+}_4$ के लिए,केंद्रीय परमाणु $P$ में $4$ बंधन युग्म और $0$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है।
$PCl^{-}_4$ के लिए,केंद्रीय परमाणु $P$ में $4$ बंधन युग्म और $1$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3d$ संकरण होता है।
$ICl^{-}_4$ के लिए,केंद्रीय परमाणु $I$ में $4$ बंधन युग्म और $2$ एकाकी युग्म होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3d^2$ संकरण होता है।
$sp^3d^2$ संकरण में,शामिल $d-$ कक्षक $d_{z^2}$ और $d_{x^2-y^2}$ हैं,जो $d-$ कक्षकों का अक्षीय सेट है।
इसलिए,$ICl^{-}_4$ सही प्रजाति है।