Sigma hole interactions
रसायन विज्ञान में, सिग्मा छेद अंतःक्रिया (या σ-छेद अंतःक्रिया) अंतर-आणविक बलों का एक परिवार है जो अणुओं के कई वर्गों के बीच हो सकता है और एक सकारात्मक-आवेशित स्थल, जिसे सिग्मा छेद कहा जाता है, और एक नकारात्मक-आवेशित स्थल, आमतौर पर एक अकेला जोड़ा, के बीच एक ऊर्जावान रूप से स्थिर अंतःक्रिया से उत्पन्न होता है, जो विभिन्न परमाणुओं पर होते हैं जो एक दूसरे के साथ सहसंयोजक रूप से बंधे नहीं होते हैं। इन अंतःक्रियाओं को आमतौर पर मुख्य रूप से फैलाव और स्थिरविद्युत आवेश-हस्तांतरण के माध्यम से तर्कसंगत बनाया जाता है, और एक मजबूत दिशात्मक वरीयता की विशेषता होती है जो उन्हें उन अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाती है जिनमें अतिआण्विक रसायन विज्ञान पर नियंत्रण वांछित है। परस्पर क्रिया का आणविक आधार एक सिग्मा छेद अंतःक्रिया का आधार विभिन्न परमाणुओं पर एक सकारात्मक आवेशित स्थल (सिग्मा छेद) और एक नकारात्मक आवेशित स्थल (एकल जोड़ी) के बीच एक ऊर्जावान रूप से स्थिर करने वाली अंतःक्रिया है। सकारात्मक स्थल सिग्मा छेद की मेजबानी करने वाले परमाणु और एक पड़ोसी परमाणु के बीच एक सहसंयोजक सिग्मा बंधन द्वारा उत्पादित होता है। बन्ध की उपस्थिति के परिणामस्वरूप मेजबान परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन घनत्व की विकृति होती है, घनत्व के साथ परमाणु के बारे में भूमध्यरेखीय रूप से (बंधन के संबंध में) बढ़ रहा है लेकिन बंधन के विस्तार के साथ घट रहा है। इस तंत्र के माध्यम से, सकारात्मक विद्युतस्थैतिक क्षमता के एक क्षेत्र, जिसे सिग्मा छेद कहा जाता है, को सिग्मा बंधन वाले परमाणु की सतह पर स्थानीयकृत किया जा सकता है। यह सिग्मा छेद तब एक नकारात्मक विद्युतस्थैतिक क्षमता से जुड़े एकल जोड़े के साथ विद्युतस्थैतिक अंतःक्रिया में संलग्न हो सकता है। ऊपर वर्णित स्थिरविद्युत अंतःक्रिया के अलावा, फैलाव बलों को भी समग्र अंतःक्रिया में एक भूमिका निभाने के लिए सोचा जाता है। अध्ययनों में पाया गया है कि इलेक्ट्रोस्टैटिक और फैलाव योगदान परिमाण में लगभग तुलनीय हैं, और प्रमुख योगदानकर्ता के लिए प्रणाली से प्रणाली में भिन्न होते हैं। वैकल्पिक रूप से, सिग्मा छेद जोड़ी अंतःक्रियाओं की अवधारणा आणविक कक्षीयों के मिश्रण के संदर्भ में की जा सकती है। बॉन्ड से जुड़े अधिकृत सिग्मा बंधन कक्षीय परमाणु के विपरीत चेहरे पर स्थित एक संबंधित खाली सिग्मा एंटीबॉन्डिंग कक्षीय को जन्म देगा। एकल जोड़ी से जुड़े एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल और ऑक्यूपाइड ऑर्बिटल के बीच मिश्रण के परिणामस्वरूप ऊर्जावान स्थिरीकरण होने की उम्मीद है। कई परमाणु, जिनमें वे भी शामिल हैं जो अपेक्षाकृत इलेक्ट्रोनेगेटिव हैं (जैसे क्लोरीन, ऑक्सीजन और यहां तक कि फ्लोरिन) सिग्मा छेद जोड़ी अंतःक्रियाओं में सकारात्मक स्थलों के रूप में कार्य कर सकते हैं। इसके विपरीत, यह तब भी हो सकता है जब सकारात्मक स्थल के रूप में कार्य करने वाले परमाणु में समग्र नकारात्मक आंशिक आवेश होता है। इस स्पष्ट विरोधाभास का समाधान सिग्मा बंधन की उपस्थिति द्वारा शुरू किए गए इलेक्ट्रॉन बादल में अनिसोट्रोपी में निहित है। यदि नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनिक आवेश समान रूप से वितरित नहीं होता है, तो इलेक्ट्रॉन की कमी के क्षेत्र में सिग्मा बंधन के विपरीत एक सकारात्मक आंशिक आवेश विकसित होना संभव है। यह आंशिक धनात्मक आवेश परमाणु सतह के अधिक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध क्षेत्रों से जुड़े बड़े परिमाण के आंशिक ऋणात्मक आवेश के साथ सह-अस्तित्व में है, जिसके परिणामस्वरूप समग्र ऋणात्मक आंशिक आवेश होता है। विशेषताओं की दिशा सिग्मा छेद अंतःक्रिया रैखिकता के लिए एक मजबूत वरीयता प्रदर्शित करती है। सैद्धांतिक अध्ययनों से पता चला है कि अंतःक्रिया सबसे अधिक स्थिर होती है जब नकारात्मक स्थल सिग्मा छेद को जन्म देने वाले बंधन के साथ कोलिनियर होता है। जैसे-जैसे इस बंधन और सिग्मा छेद अंतःक्रिया के बीच का कोण कम होता जाता है, अंतःक्रिया की ताकत आम तौर पर तेजी से कम होती पाई जाती है। यह खोज इस परिकल्पना के अनुरूप है कि सिग्मा छेद इलेक्ट्रॉनिक अनिसोट्रोपी से उत्पन्न होता है। ऐसे मामले हैं जिनमें अंतःक्रिया का कोण 180° से कुछ भिन्न होता है-इन मामलों में, अतिरिक्त अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं का प्रभाव समग्र ज्यामिति को निर्धारित करने में निहित होता है। कूलोम्ब के नियम के अनुरूप, सिग्मा छेद की परस्पर क्रिया से जुड़े ऊर्जावान स्थिरीकरण और सिग्मा छेद और एकल जोड़ी स्थलों से जुड़े इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमताओं के उत्पाद के बीच एक बहुत मजबूत संबंध है। इसलिए, जो कारक सिग्मा छेद की स्थिरविद्युत क्षमता को बढ़ाते हैं और एकल जोड़ी की स्थिरविद्युत क्षमता को कम करते हैं, उनके परिणामस्वरूप मजबूत अंतःक्रिया होती है। सिग्मा छिद्र की विद्युतस्थैतिक क्षमता में योगदान करने वाले मुख्य संरचनात्मक कारक मेजबान परमाणु की विद्युतऋणात्मकता, मेजबान परमाणु की ध्रुवीकरण क्षमता, और मेजबान परमाणु से बंधे समूह के इलेक्ट्रॉन का दान या वापसी चरित्र हैं, जिसमें कम विद्युतऋणात्मक और अधिक ध्रुवीकरण योग्य मेजबान परमाणु उच्चतम विद्युतस्थैतिक क्षमता से जुड़े अधिक इलेक्ट्रॉन वापस लेने वाले समूहों से बंधे होते हैं। नीचे दी गई तालिका विभिन्न कोणों पर तीन चयनित सिग्मा छेद अंतःक्रियाओं की संगणित शक्ति (के. सी. एल./एम. ओ. एल. में) को दर्शाती है। किसी भी कोण पर, यह देखा जा सकता है कि बातचीत तब अधिक मजबूत होती है जब सिग्मा छेद की मेजबानी करने वाला ब्रोमिन परमाणु एक मजबूत इलेक्ट्रॉन वापस लेने वाले साइनो समूह से बंधा होता है, जब यह परमाणु एक ट्राइफ्लोरोमेथिल समूह से बंधा होता है, जो केवल मध्यम रूप से इलेक्ट्रॉन वापस ले रहा होता है। दूसरी ओर, जब एक अमोनिया अणु एकल जोड़ी प्रदान करता है तो अंतःक्रिया अधिक मजबूत होती है, क्योंकि इस साइट से जुड़ी इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता हाइड्रोजन साइनाइड पर संबंधित साइट की तुलना में अधिक नकारात्मक होती है। सभी मामलों में, परस्पर क्रिया अधिक रैखिक कोणों पर मजबूत हो जाती है। स्थिरता जबकि एक सिग्मा छेद जोड़ी अंतःक्रिया का गठन ऊर्जावान स्थिरीकरण के साथ जुड़ा हुआ है, इस प्रक्रिया को अक्सर ऊष्मागतिकीय रूप से नापसंद किया जाता है क्योंकि ऊर्जावान स्थिरीकरण अक्सर प्रणाली की एन्ट्रापी में कमी से ऑफसेट होता है। यह दिखाया गया है कि अंतःक्रियाओं से जुड़े ऊर्जावान और एन्ट्रोपिक परिवर्तनों के बीच एक एन्थैल्पी-एन्ट्रापी क्षतिपूर्ति संबंध मौजूद है, जिसमें अधिक स्थिर अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप बड़ी एन्ट्रापी में कमी आती है। हालांकि, सिग्मा छेद अंतःक्रिया के गठन से जुड़ी एन्ट्रापी में कमी को एक सीमित मूल्य तक पहुंचने के लिए दिखाया गया है क्योंकि प्रक्रिया की ऊर्जावान अनुकूलता बढ़ जाती है, और इस तरह बहुत ऊर्जावान रूप से स्थिर करने वाली अंतःक्रियाएं ऊष्मागतिकीय रूप से अनुकूल होती हैं। ऐसे अतिरिक्त कारक हैं जो तरल और ठोस चरणों में ऊष्मागतिकीय स्थिरता में योगदान करते हैं, जिन्हें गैस चरण अंतःक्रियाओं के रूप में आसानी से मॉडल नहीं किया जा सकता है। इस प्रकार, तरल या ठोस चरण में दिए गए सिग्मा छेद अंतःक्रिया की अनुकूलता आवश्यक रूप से गैस चरण के समतुल्य से मेल नहीं खाती है। ज्यामिति और कंपनशील स्पेक्ट्रा एक सिग्मा छेद अंतःक्रिया के माध्यम से परस्पर क्रिया करने वाले परमाणु अक्सर अपने वैन डेर वाल्स त्रिज्या के योग की तुलना में करीब होते हैं। इसके अलावा, सिग्मा छेद अंतःक्रियाएं अक्सर सहसंयोजक बंधन की लंबाई और कंपन खिंचाव आवृत्तियों में परिवर्तन से जुड़ी होती हैं जो सिग्मा छेद को जन्म देती हैं। अंतःक्रिया में संलग्न प्रणाली के आधार पर, या तो एक "नीली पारी", जिसमें बंधन सिकुड़ता है और कंपन खिंचाव आवृत्ति बढ़ जाती है, या एक "लाल पारी", जिसमें बंधन लंबा हो जाता है और कंपन खिंचाव आवृत्ति कम हो जाती है, संभव है। इन प्रभावों की सीमा अंतःक्रिया की ताकत से संबंधित है, मजबूत अंतःक्रियाओं के साथ अंतःक्रिया करने वाले परमाणुओं और मजबूत लाल बदलावों के बीच कम अंतरपरमाण्विक दूरी पैदा करने की प्रवृत्ति है। दायरा सिग्मा छेद औपचारिकता को सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित स्थलों के बीच स्थिरविद्युत और फैलाव आकर्षण से जुड़ी अंतःक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू किया गया है। इन अंतःक्रियाओं को आम तौर पर परमाणु की पहचान के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है जो सकारात्मक रूप से आवेशित स्थल को होस्ट करता है। अंतःक्रिया प्रकार जिन्हें व्यापक रूप से सिग्मा छेद अंतःक्रिया के उपवर्गों के रूप में स्वीकार किया जाता है, उनमें टेट्रेल बंधन (जिसमें एक सिग्मा छेद समूह IV के परमाणु पर रहता है), निक्टोजेन बंधन (समूह V), चाल्कोजेन बंधन (समूह VI) और हैलोजन बंधन (समूह VII) शामिल हैं। यह कुछ बहस का विषय बना हुआ है कि क्या हाइड्रोजन बंधन को सिग्मा छेद अंतःक्रिया के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें सिग्मा छेद हाइड्रोजन परमाणु पर स्थित होता है, या अंतःक्रिया के एक अलग वर्ग के रूप में। जबकि समूह IV-VII के हाइड्रोजन बॉन्ड और सिग्मा होल इंटरैक्शन दोनों रैखिकता के प्रति दिशात्मक प्राथमिकताओं को प्रदर्शित करते हैं, हाइड्रोजन बॉन्ड की आदर्श 180° कोण से विचलित होने की क्षमता बहुत अधिक है। दूसरी ओर, यह तर्क दिया गया है कि दोनों अंतःक्रियाओं को निर्धारित करने वाला अंतर्निहित तंत्र समान है, और अभिविन्यासीय वरीयता में देखे गए अंतर को सिग्मा छेद के आकार में अंतर के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। सिग्मा छेद अंतःक्रियाओं के अनुप्रयोग विभिन्न क्षेत्रों में होते हैं। स्थिरीकरण और दृढ़ता से दिशात्मक अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं को प्रेरित करने की क्षमता, जिन्हें मामूली संरचनात्मक प्रतिस्थापनों के माध्यम से आसानी से ट्यून किया जा सकता है, इन अंतःक्रियाओं का उन क्षेत्रों में विशेष रूप से लाभ उठाता है जिनमें अतिआण्विक संगठन पर नियंत्रण वांछित है। इस प्रकार, सिग्मा होल इंटरैक्शन का उपयोग क्रिस्टल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में स्व-संयोजन के लिए आणविक निर्माण खंडों को डिजाइन करने, तरल क्रिस्टल के गुणों में सुधार करने और चुंबकीय सामग्री को डिजाइन करने के लिए किया गया है। संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम रासायनिक बंधन सुपरमोलिक्युलर रसायन विज्ञान आणविक जीव विज्ञान