Sigma hole interactions
રસાયણશાસ્ત્રમાં, સિગ્મા છિદ્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ (અથવા σ-છિદ્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ) એ આંતરઆણ્વિક બળોનું એક કુટુંબ છે જે અણુઓના વિવિધ વર્ગો વચ્ચે થઇ શકે છે અને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળ, જેને સિગ્મા છિદ્ર કહેવાય છે, અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળ, સામાન્ય રીતે એકલ જોડી, જે એકબીજા સાથે સહસંયોજક રીતે બંધાયેલ નથી, વચ્ચે ઊર્જાસભર સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી ઉદ્ભવે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સામાન્ય રીતે મુખ્યત્વે વિખેરણ અને સ્થિરવિદ્યુત ચાર્જ-ટ્રાન્સફર દ્વારા તર્કસંગત બને છે, અને મજબૂત દિશાત્મક પસંદગી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે જે તેમને એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગી બનાવે છે જેમાં સુપ્રામોલેક્યુલર રસાયણશાસ્ત્ર પર નિયંત્રણ ઇચ્છિત છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો મોલેક્યુલર આધાર સિગ્મા છિદ્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો આધાર એ વિવિધ અણુઓ પર હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળ (સિગ્મા છિદ્ર) અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળ (એકલ જોડી) વચ્ચે ઊર્જાસભર રીતે સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. સકારાત્મક સ્થળ સિગ્મા છિદ્ર ધરાવતા અણુ અને પડોશી અણુ વચ્ચેના સહસંયોજક સિગ્મા બંધ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. બોન્ડની હાજરી યજમાન અણુની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતાની વિકૃતિમાં પરિણમે છે, જેમાં ઘનતા અણુની આસપાસ વિષુવવૃત્તીય રીતે (બોન્ડના સંદર્ભમાં) વધે છે પરંતુ બોન્ડના વિસ્તરણ સાથે ઘટે છે. આ પદ્ધતિ દ્વારા, સકારાત્મક વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષમતાનો વિસ્તાર, જેને સિગ્મા છિદ્ર કહેવાય છે, તેને સિગ્મા બંધ ધરાવતા અણુની સપાટી પર સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે. આ સિગ્મા છિદ્ર પછી નકારાત્મક વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષમતા સાથે સંકળાયેલ એકલ જોડી સાથે વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં જોડાઈ શકે છે. ઉપર વર્ણવેલ સ્થિરવિદ્યુત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઉપરાંત, ફેલાતા બળો પણ એકંદર ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભૂમિકા ભજવે છે તેવું માનવામાં આવે છે. અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે સ્થિરવિદ્યુત અને પ્રસરણશીલ યોગદાન પ્રમાણમાં આશરે તુલનાત્મક છે, અને પ્રભાવશાળી ફાળો આપનાર સિસ્ટમથી સિસ્ટમમાં બદલાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, સિગ્મા હોલ જોડીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સના મિશ્રણની દ્રષ્ટિએ કલ્પના કરી શકાય છે. બોન્ડ સાથે સંકળાયેલ ઓક્યુપાઇડ સિગ્મા બોન્ડિંગ ઓર્બિટલ અણુના વિરુદ્ધ ચહેરા પર આવેલા અનુરૂપ ઓક્યુપાઇડ સિગ્મા એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલને જન્મ આપશે. એન્ટિબોન્ડિંગ ઓર્બિટલ અને એકલ જોડી સાથે સંકળાયેલ ઓક્યુપાઇડ ઓર્બિટલ વચ્ચેનું મિશ્રણ ઊર્જાસભર સ્થિરીકરણમાં પરિણમે તેવી અપેક્ષા છે. કેટલાક અણુઓ, જેમાં પ્રમાણમાં ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ (જેમ કે ક્લોરિન, ઓક્સિજન અને ફ્લોરિન પણ) સિગ્મા હોલ જોડી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં હકારાત્મક સ્થળો તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. પ્રતિકૂળ રીતે, આ ત્યારે પણ થઈ શકે છે જ્યારે સકારાત્મક સ્થળ તરીકે કામ કરતા અણુમાં એકંદર નકારાત્મક આંશિક ચાર્જ હોય. આ સ્પષ્ટ વિરોધાભાસનો ઉકેલ સિગ્મા બોન્ડની હાજરી દ્વારા રજૂ કરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડમાં અનિસોટ્રોપીમાં રહેલો છે. જો ઇલેક્ટ્રોનિક ચાર્જ ન્યુક્લિયસની આસપાસ સમાનરૂપે વહેંચાયેલો ન હોય, તો ઇલેક્ટ્રોન અવક્ષયના પ્રદેશમાં સિગ્મા બોન્ડની વિરુદ્ધમાં હકારાત્મક આંશિક ચાર્જ વિકસાવવો શક્ય રહે છે. આ આંશિક હકારાત્મક ચાર્જ અણુ સપાટીના વધુ ઇલેક્ટ્રોન-સમૃદ્ધ પ્રદેશો સાથે સંકળાયેલા મોટા તીવ્રતાના આંશિક નકારાત્મક ચાર્જ સાથે સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે એકંદર નકારાત્મક આંશિક ચાર્જમાં પરિણમે છે. લાક્ષણિકતાઓ દિશા સિગ્મા હોલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ રેખીયતા માટે મજબૂત પસંદગી દર્શાવે છે. સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે જ્યારે નકારાત્મક સ્થળ સિગ્મા છિદ્રને જન્મ આપતા બંધન સાથે કોલિનિયર હોય ત્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સૌથી વધુ સ્થિર થાય છે. જેમ જેમ આ બોન્ડ અને સિગ્મા હોલની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વચ્ચેનો કોણ ઘટતો જાય છે, તેમ તેમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની શક્તિ સામાન્ય રીતે ઝડપથી ઘટતી જોવા મળે છે. આ તારણ એ પૂર્વધારણા સાથે સુસંગત છે કે સિગ્મા છિદ્ર ઇલેક્ટ્રોનિક અનિસોટ્રોપીમાંથી ઉદ્ભવે છે. એવા કિસ્સાઓ છે કે જેમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો કોણ 180° થી કંઈક અંશે અલગ હોય છે-આ કિસ્સાઓમાં, વધારાની આંતરઆણ્વિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો પ્રભાવ એકંદર ભૂમિતિ નક્કી કરવામાં સામેલ છે. કૂલોમ્બના નિયમ સાથે સુસંગત શક્તિ, સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે સંકળાયેલ ઊર્જાસભર સ્થિરીકરણ અને સિગ્મા છિદ્ર અને એકલ જોડી સાઇટ્સ સાથે સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પોટેન્શિયલના ઉત્પાદન વચ્ચે ખૂબ જ મજબૂત સંબંધ છે. તેથી, જે પરિબળો સિગ્મા છિદ્રની સ્થિરવિદ્યુત ક્ષમતામાં વધારો કરે છે અને એકલ જોડીની સ્થિરવિદ્યુત ક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે તે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પરિણમે છે. સિગ્મા છિદ્રની વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષમતામાં ફાળો આપતા મુખ્ય માળખાકીય પરિબળો યજમાન અણુની વિદ્યુતસ્થૈતિકતા, યજમાન અણુની ધ્રુવીકરણક્ષમતા અને યજમાન પરમાણુ સાથે બંધાયેલા જૂથના પાત્રને દાન અથવા પાછું ખેંચતા ઇલેક્ટ્રોન છે, જેમાં ઓછા વિદ્યુતસ્થૈતિક અને વધુ ધ્રુવીકરણક્ષમ યજમાન અણુઓ સૌથી વધુ વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષમતા સાથે સંકળાયેલા વધુ ઇલેક્ટ્રોન ઉપાડ જૂથો સાથે બંધાયેલા છે. નીચેનું કોષ્ટક વિવિધ ખૂણાઓ પર ત્રણ પસંદ કરેલા સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની ગણતરી કરેલ શક્તિ (કેસીએલ/મોલમાં) દર્શાવે છે. કોઈપણ ખૂણા પર, એવું જોઇ શકાય છે કે જ્યારે સિગ્મા છિદ્રને હોસ્ટ કરતો બ્રોમિન અણુ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોન ઉપાડતા સાયનો જૂથ સાથે બંધાયેલો હોય ત્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ મજબૂત હોય છે, જ્યારે આ અણુ ટ્રાઇફ્લોરોમેથિલ જૂથ સાથે બંધાયેલો હોય છે, જે ફક્ત મધ્યમ ઇલેક્ટ્રોન ઉપાડ કરે છે. બીજી બાજુ, જ્યારે એમોનિયા પરમાણુ એકલ જોડી પ્રદાન કરે છે ત્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ મજબૂત બને છે, કારણ કે આ સ્થળ સાથે સંકળાયેલ વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષમતા હાઇડ્રોજન સાયનાઇડ પર અનુરૂપ સ્થળ કરતાં વધુ નકારાત્મક હોય છે. તમામ કિસ્સાઓમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ રેખીય ખૂણાઓ પર મજબૂત બને છે. જ્યારે સિગ્મા છિદ્ર જોડીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની રચના ઊર્જાસભર સ્થિરીકરણ સાથે સંકળાયેલી હોય છે, ત્યારે આ પ્રક્રિયા ઘણીવાર થર્મોડાયનેમિક રીતે નાપસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે ઊર્જાસભર સ્થિરીકરણ ઘણીવાર સિસ્ટમની એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડા દ્વારા સરભર થાય છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે સંકળાયેલા ઊર્જાસભર અને એન્ટ્રોપિક ફેરફારો વચ્ચે એન્થાલ્પી-એન્ટ્રોપી વળતર સંબંધ અસ્તિત્વમાં છે, જેમાં વધુ સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ મોટા એન્ટ્રોપી ઘટાડામાં પરિણમે છે. જો કે, સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની રચના સાથે સંકળાયેલ એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડો મર્યાદિત મૂલ્યની નજીક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કારણ કે પ્રક્રિયાની ઊર્જાસભર અનુકૂળતા વધે છે, અને તેથી ખૂબ જ ઊર્જાસભર રીતે સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ થર્મોડાયનેમિકલી તરફેણ કરે છે. એવા વધારાના પરિબળો છે જે પ્રવાહી અને ઘન તબક્કાઓમાં થર્મોડાયનેમિક સ્થિરતામાં ફાળો આપે છે, જેને ગેસ તબક્કાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જેટલી સરળતાથી તૈયાર કરી શકાતી નથી. જેમ કે, પ્રવાહી અથવા નક્કર તબક્કામાં આપેલ સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની અનુકૂળતા ગેસ તબક્કાની સમકક્ષ સાથે મેળ ખાતી નથી. ભૂમિતિ અને કંપનશીલ વર્ણપટ સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા અણુઓ ઘણીવાર તેમની વાન ડેર વાલ્સ ત્રિજ્યાના સરવાળા કરતાં વધુ નજીક હોય છે. વધુમાં, સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ઘણીવાર સહસંયોજક બંધની લંબાઈ અને કંપનશીલ ખેંચાણ આવર્તનમાં ફેરફારો સાથે પણ સંકળાયેલી હોય છે જે સિગ્મા છિદ્રને જન્મ આપે છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં સંલગ્ન પ્રણાલીના આધારે, કાં તો "બ્લુ શિફ્ટ" શક્ય છે, જેમાં બોન્ડ સંકોચાય છે અને વાઇબ્રેશનલ સ્ટ્રેચિંગ ફ્રિક્વન્સી વધે છે, અથવા "રેડ શિફ્ટ", જેમાં બોન્ડ લંબાય છે અને વાઇબ્રેશનલ સ્ટ્રેચિંગ ફ્રિક્વન્સી ઘટે છે. આ અસરોની હદ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તાકાત સાથે સંબંધિત છે, જેમાં મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા અણુઓ અને મજબૂત લાલ પાળી વચ્ચે ટૂંકા આંતરપરમાણ્વિક અંતર પેદા કરવા તરફ વલણ ધરાવે છે. અવકાશ સિગ્મા છિદ્રની ઔપચારિકતા હકારાત્મક અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળો વચ્ચે સ્થિરવિદ્યુત અને વિખેરાયેલા આકર્ષણને સમાવતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની વિશાળ શ્રેણી પર લાગુ કરવામાં આવી છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સામાન્ય રીતે અણુની ઓળખ અનુસાર વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે જે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સ્થળને હોસ્ટ કરે છે. સિગ્મા છિદ્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પેટા વર્ગો તરીકે વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવતા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રકારોમાં ટેટ્રેલ બંધન (જેમાં સિગ્મા છિદ્ર જૂથ IV ના અણુ પર રહે છે), નિક્ટોજેન બંધન (જૂથ V), કેલ્કોજેન બંધન (જૂથ VI) અને હેલોજન બંધન (જૂથ VII) નો સમાવેશ થાય છે. તે કેટલીક ચર્ચાનો વિષય છે કે શું હાઇડ્રોજન બંધનને સિગ્મા છિદ્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે શ્રેષ્ઠ રીતે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જેમાં સિગ્મા છિદ્ર હાઇડ્રોજન અણુ પર આવેલું છે, અથવા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના એક અલગ વર્ગ તરીકે. જ્યારે હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ અને જૂથો IV-VII ની સિગ્મા હોલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ બંને રેખીયતા તરફ દિશાત્મક પસંદગીઓ દર્શાવે છે, ત્યારે હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સની આદર્શ 180° ખૂણાથી વિચલિત થવાની ક્ષમતા ઘણી વધારે છે. બીજી બાજુ, એવી દલીલ કરવામાં આવી છે કે બંને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને નિર્ધારિત કરતી અંતર્ગત પદ્ધતિ સમાન છે, અને ઓરિએન્ટેશનલ પસંદગીમાં જોવા મળેલો તફાવત સિગ્મા છિદ્રોના આકારમાં તફાવતને આભારી હોઈ શકે છે. સિગ્મા હોલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગો છે. સ્થિર અને મજબૂત દિશાસૂચક આંતરઆણ્વિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને પ્રેરિત કરવાની ક્ષમતા જે નાના માળખાકીય અવેજી દ્વારા સરળતાથી ટ્યુન કરી શકાય છે, આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ખાસ કરીને એવા ક્ષેત્રોમાં મૂલ્ય આપે છે જેમાં સુપ્રામોલેક્યુલર સંસ્થા પર નિયંત્રણ ઇચ્છિત છે. જેમ કે, સિગ્મા હોલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ સ્ફટિક ઇજનેરીના ક્ષેત્રમાં સ્વ-એસેમ્બલી માટે મોલેક્યુલર બિલ્ડિંગ બ્લોક્સની રચના કરવા, પ્રવાહી સ્ફટિકોના ગુણધર્મોમાં સુધારો કરવા અને ચુંબકીય સામગ્રીની રચના કરવા માટે કરવામાં આવે છે. સંદર્ભો વિકિપીડિયા વિદ્યાર્થી કાર્યક્રમ રાસાયણિક બંધન સુપરમોલેક્યુલર રસાયણશાસ્ત્ર મોલેક્યુલર બાયોલોજી