Strain (chemistry)
کیمسٹری میں، ایک مالیکیول تناؤ کا تجربہ کرتا ہے جب اس کی کیمیائی ساخت کچھ تناؤ سے گزرتی ہے جو تناؤ سے پاک حوالہ مرکب کے مقابلے میں اس کی اندرونی توانائی کو بڑھاتا ہے۔ کسی مالیکیول کی اندرونی توانائی اس کے اندر جمع ہونے والی تمام توانائی پر مشتمل ہوتی ہے۔ تناؤ والے مالیکیول میں اندرونی توانائی کی اضافی مقدار ہوتی ہے جو کہ غیر دباؤ والے مالیکیول میں نہیں ہوتی۔ اس اضافی اندرونی توانائی، یا تناؤ کی توانائی کو کمپریسڈ اسپرنگ سے تشبیہ دی جا سکتی ہے۔ جس طرح ایک کمپریسڈ اسپرنگ کو اس کی ممکنہ توانائی کے اخراج کو روکنے کے لیے اپنی جگہ پر رکھنا ضروری ہے، اسی طرح ایک مالیکیول کو اس مالیکیول کے اندر موجود بانڈز کے ذریعے توانائی کے لحاظ سے ناموافق تشکیل میں رکھا جا سکتا ہے۔ تشکیل کو برقرار رکھنے والے بانڈز کے بغیر، تناؤ کی توانائی خارج ہو جائے گی۔ خلاصہ تھرموڈینامکس دو مالیکیولر کنفارمیشنز کے توازن کا تعین دونوں کنفارمیشنز کی گبز فری انرجی میں فرق سے ہوتا ہے۔ اس توانائی کے فرق سے، دونوں کنفارمیشنز کے لیے توازن مستقل کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ اگر گبز کی آزاد توانائی میں ایک حالت سے دوسری حالت میں کمی واقع ہوتی ہے، تو یہ تبدیلی بے ساختہ ہوتی ہے اور کم توانائی کی حالت زیادہ مستحکم ہوتی ہے۔ ایک انتہائی دباؤ والی، اعلی توانائی والی سالماتی تشکیل بے ساختہ کم توانائی والی سالماتی تشکیل میں تبدیل ہو جائے گی۔ اینتھالپی اور اینٹروپی کا تعلق مساوات کے ذریعے (مستقل درجہ حرارت پر) گبز فری انرجی سے ہے: اینتھالپی عام طور پر زیادہ مستحکم سالماتی تشکیل کا تعین کرنے کے لیے زیادہ اہم تھرموڈینامک فنکشن ہے۔ اگرچہ مختلف قسم کے تناؤ ہوتے ہیں، لیکن ان سب سے وابستہ تناؤ کی توانائی مالیکیول کے اندر بندھنوں کے کمزور ہونے کی وجہ سے ہوتی ہے۔ چونکہ اینتھالپی عام طور پر زیادہ اہم ہوتی ہے، اس لیے اینٹروپی کو اکثر نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔ یہ ہمیشہ ایسا نہیں ہوتا ہے ؛ اگر اینتھالپی میں فرق چھوٹا ہے، تو اینٹروپی توازن پر بڑا اثر ڈال سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، این-بیوٹین کی دو ممکنہ تشکیلات ہیں، اینٹی اور گاؤچے۔ اینٹی کنفارمیشن 0.1 کلو کیلوری mol−1 سے زیادہ مستحکم ہے۔ ہم توقع کریں گے کہ کمرے کے درجہ حرارت پر بیوٹین تقریبا 82 فیصد اینٹی اور 18 فیصد گاؤچ ہے۔ تاہم، دو ممکنہ گاؤچ کنفارمیشنز ہیں اور صرف ایک اینٹی کنفارمیشن۔ لہذا، اینٹروپی گوشے کی تشکیل کے حق میں 0.4 کلو کیلوری کا تعاون کرتی ہے۔ ہم دیکھتے ہیں کہ کمرے کے درجہ حرارت پر بیوٹین کی اصل تشکیلی تقسیم 70 فیصد اینٹی اور 30 فیصد گوچ ہوتی ہے۔ سالماتی تناؤ کا تعین کمپاؤنڈ کی تشکیل کی معیاری حرارت (δfH°) کو اینتھالپی تبدیلی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جب کمپاؤنڈ اس کے الگ الگ عناصر سے بنتا ہے۔ جب کسی مرکب کے لیے تشکیل کی حرارت پیش گوئی یا حوالہ مرکب سے مختلف ہوتی ہے، تو اس فرق کو اکثر تناؤ سے منسوب کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، سائکلوہیکسین کے لیے αfH°-29.9 کیلوری mol−1 ہے جبکہ میتھائل سائکلوپینٹین کے لیے αfH°-25.5 کیلوری mol−1 ہے۔ یکساں ایٹموں اور بندھنوں کی تعداد کے باوجود، میتھائل سائکلوپینٹین میں توانایٔی سائکلوہیکسین سے زیادہ ہوتی ہے۔ توانائی میں اس فرق کو پانچ رکنی رنگ کے رنگ اسٹرین سے منسوب کیا جا سکتا ہے جو سائکلوہیکسین میں موجود نہیں ہے۔ تجرباتی طور پر، تناؤ کی توانائی کا تعین اکثر دہن کی حرارت کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے جو عام طور پر انجام دینے کے لیے ایک آسان تجربہ ہوتا ہے۔ کسی مالیکیول کے اندر تناؤ کی توانائی کا تعین کرنے کے لیے تناؤ کے بغیر متوقع اندرونی توانائی کا علم درکار ہوتا ہے۔ ایسا کرنے کے دو طریقے ہیں۔ سب سے پہلے، کوئی بھی اسی طرح کے مرکب سے موازنہ کر سکتا ہے جس میں تناؤ کا فقدان ہے، جیسے کہ پچھلی میتھائل سائکلوہیکسن مثال میں۔ بدقسمتی سے، مناسب مرکب حاصل کرنا اکثر مشکل ہو سکتا ہے۔ ایک متبادل بینسن گروپ انکریمنٹ تھیوری کا استعمال کرنا ہے۔ جب تک کسی کمپاؤنڈ کے اندر ایٹموں کے لیے مناسب گروپ انکریمنٹ دستیاب ہوں، αfH° کی پیش گوئی کی جا سکتی ہے۔ اگر تجرباتی αfH° پیش گوئی شدہ αfH° سے مختلف ہے، تو توانائی میں اس فرق کو تناؤ توانائی سے منسوب کیا جا سکتا ہے۔ وان ڈیر والز تناؤ کی اقسام، وان ڈیر والز تناؤ، یا سٹیرک تناؤ، اس وقت ہوتا ہے جب ایٹموں کو ان کے وان ڈیر والز ریڈیائی کی اجازت سے زیادہ قریب ہونے پر مجبور کیا جاتا ہے۔ خاص طور پر، وان ڈیر والس تناؤ کو تناؤ کی ایک شکل سمجھا جاتا ہے جہاں تعامل کرنے والے ایٹم ایک دوسرے سے کم از کم چار بندھن دور ہوتے ہیں۔ اسی طرح کے مالیکیولز میں سٹیرک تناؤ کی مقدار تعامل کرنے والے گروپوں کے سائز پر منحصر ہوتی ہے۔ بڑے ٹیرٹ-بیوٹیل گروپ میتھائل گروپوں کے مقابلے میں بہت زیادہ جگہ لیتے ہیں اور اکثر زیادہ سٹیرک تعاملات کا تجربہ کرتے ہیں۔ ٹرائالکیلیمینز اور ٹرائمیتھائل بورون کے رد عمل میں سٹیرک تناؤ کے اثرات کا مطالعہ نوبل انعام یافتہ ہربرٹ سی براؤن اور دیگر نے کیا۔ انہوں نے پایا کہ جیسے جیسے امین پر الکل گروپوں کا سائز بڑھتا گیا، توازن مستقل بھی کم ہوتا گیا۔ توازن میں تبدیلی کو امائن کے الکائل گروپوں اور بورون پر میتھائل گروپوں کے درمیان سٹیریک تناؤ سے منسوب کیا گیا تھا۔ سن-پینٹین تناؤ ایسے حالات ہوتے ہیں جہاں بظاہر ایک جیسی تشکیل کشیدگی توانائی میں برابر نہیں ہوتی ہے۔ سن-پینٹین تناؤ اس صورتحال کی ایک مثال ہے۔ دونوں بانڈوں کو مرکزی این-پینٹین میں گاؤچے کی تشکیل میں ڈالنے کے دو مختلف طریقے ہیں، جن میں سے ایک 3 کیلوری مول −1 توانائی میں دوسرے سے زیادہ ہے۔ جب دو میتھائل متبادل بند مخالف سمتوں میں اینٹی سے گاؤچے میں گھمایا جاتا ہے، تو انو ایک سائکلوپینٹین جیسی تشکیل اختیار کرتا ہے جہاں دو ٹرمینل میتھائل گروپوں کو قربت میں لایا جاتا ہے۔ اگر بانڈز کو ایک ہی سمت میں گھمایا جائے تو ایسا نہیں ہوتا ہے۔ دو ٹرمینل میتھائل گروپوں کے درمیان سٹیریک تناؤ دونوں کے درمیان توانائی میں فرق کا سبب بنتا ہے، لیکن بہت مختلف تشکیلات۔ ایلیلیک تناؤ ایلیلیک تناؤ، یا A1,3 تناؤ سن-پینٹین تناؤ سے قریب سے وابستہ ہے۔ الیلک تناؤ کی ایک مثال مرکب 2-پینٹین میں دیکھی جا سکتی ہے۔ اولیفن کے ایتھائل متبادل کے لیے اس طرح گھومنا ممکن ہے کہ ٹرمینل میتھائل گروپ کو اولیفن کے ویسینل میتھائل گروپ کے قریب لایا جائے۔ اس قسم کے مرکبات عام طور پر متبادلات کے درمیان سٹیرک تناؤ سے بچنے کے لیے زیادہ لکیری تشکیل لیتے ہیں۔ 1, 3-ڈائیکسیل تناؤ 1,3-ڈائیکسیل تناؤ کی ایک اور شکل ہے جو سن-پینٹین سے ملتی جلتی ہے۔ اس صورت میں، تناؤ سائکلوہیکسین رنگ ('α') کے متبادلات کے درمیان سٹیریک تعاملات اور الفا متبادلات اور دونوں میتھلین کاربن کے درمیان گوشے تعاملات کی وجہ سے ہوتا ہے جو زیر بحث متبادلات سے دو بندھن دور ہوتے ہیں (اس لیے، 1,3-ڈائیکسیل تعاملات)۔ جب متبادل محوری ہوتا ہے، تو اسے محوری گاما ہائیڈروجن کے قریب لایا جاتا ہے۔ تناؤ کی مقدار بڑی حد تک متبادلات کے سائز پر منحصر ہوتی ہے اور متبادلات کو استوائی پوزیشن میں رکھ کر بڑی کرسی کی تشکیل کر کے اسے دور کیا جا سکتا ہے۔ تشکیل کے درمیان توانائی میں فرق کو اے ویلیو کہا جاتا ہے اور یہ بہت سے مختلف متبادلات کے لیے مشہور ہے۔ اے ویلیو ایک تھرموڈینامک پیرامیٹر ہے اور اسے اصل میں گبز فری انرجی مساوات کا استعمال کرتے ہوئے دوسرے طریقوں کے ساتھ ماپا گیا تھا اور، مثال کے طور پر، سائکلوہیکسانون/سائکلوہیکسانول (0.7 کیلوری مول−1) کی محوری بمقابلہ استوائی اقدار کی پیمائش کے لیے میروین-پونڈورف-ورلی کمی/اوپنور آکسیڈیشن توازن۔ ٹورسنل تناؤ بانڈ موڑنے کے خلاف مزاحمت ہے۔ چکور مالیکیولز میں، اسے پٹزر تناؤ بھی کہا جاتا ہے۔ ٹورسنل تناؤ اس وقت ہوتا ہے جب تین بندھنوں سے الگ ہونے والے ایٹموں کو زیادہ مستحکم اسٹیگرڈ تشکیل کے بجائے ایککلپسڈ تشکیل میں رکھا جاتا ہے۔ ایتھین کی متزلزل کنفارمیشنز کے درمیان گردش کی رکاوٹ تقریبا 2.9 کلو کیلوری مول−1 ہے۔ ابتدائی طور پر یہ خیال کیا جاتا تھا کہ گردش میں رکاوٹ ویسینل ہائیڈروجن کے درمیان سٹیرک تعاملات کی وجہ سے تھی، لیکن ہائیڈروجن کا وان ڈیر والس رداس اس صورت میں بہت چھوٹا ہے۔ حالیہ تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ ہائپر کنججٹیو اثر کی وجہ سے متزلزل تشکیل زیادہ مستحکم ہو سکتی ہے۔ متزلزل تشکیل سے دور گھومنا اس مستحکم قوت میں خلل ڈالتا ہے۔ زیادہ پیچیدہ مالیکیولز، جیسے کہ بیوٹین، میں ایک سے زیادہ ممکنہ بے ترتیب تشکیل ہوتی ہے۔ بیوٹین کی مخالف تشکیل تقریبا 0.1 کلو کیلوری mol−1 (3.8 کلو جے mol−1) گاؤچے کی تشکیل سے زیادہ مستحکم ہے۔ یہ دونوں متزلزل کنفارمیشنز چاند گرہن کی کنفارمیشنز سے کہیں زیادہ مستحکم ہیں۔ ہائپر کنججٹیو اثر کے بجائے، جیسے کہ ایتھین میں، بیوٹین میں تناؤ کی توانائی میتھائل گروپوں کے درمیان سٹیریک تعاملات اور ان تعاملات کی وجہ سے زاویہ تناؤ دونوں کی وجہ سے ہوتی ہے۔ مالیکیولر بانڈنگ کے وی ایس ای پی آر تھیوری کے مطابق، مالیکیول کی ترجیحی جیومیٹری وہ ہوتی ہے جس میں بانڈنگ اور نان بانڈنگ الیکٹران دونوں جتنا ممکن ہو اتنا دور ہوتے ہیں۔ مالیکیولز میں، ان زاویوں کا ان کی زیادہ سے زیادہ قیمت کے مقابلے میں کسی حد تک کمپریسڈ یا توسیع ہونا کافی عام ہے۔ اس تناؤ کو اینگل تناؤ، یا بایر تناؤ کہا جاتا ہے۔ زاویے کے تناؤ کی سب سے آسان مثالیں چھوٹے سائکلوالکین جیسے سائکلوپروپین اور سائکلوبوٹین ہیں، جن پر ذیل میں بحث کی گئی ہے۔ مزید برآں، چکور نظاموں میں اکثر چاند گرہن یا پٹزر تناؤ ہوتا ہے۔ ان اور ممکنہ ٹرانسانولر تعاملات کا خلاصہ ایچ سی براؤن نے ابتدائی طور پر اندرونی تناؤ، یا آئی-اسٹرین کے طور پر کیا تھا۔ مالیکیولر میکانکس یا فورس فیلڈ کے نقطہ نظر اس طرح کے تناؤ کی شراکت کا حساب لگانے کی اجازت دیتے ہیں، جن کا اس کے بعد باہمی تعلق ہو سکتا ہے۔ رد عمل کی شرح یا توازن کے ساتھ۔ ایلیسائکلک مرکبات کے بہت سے رد عمل، بشمول توازن، ریڈوکس اور سولولوسیس رد عمل، جو سبھی رد عمل کے مرکز میں ایس پی 2 اور ایس پی 3 حالت کے درمیان منتقلی کی خصوصیت رکھتے ہیں، متعلقہ تناؤ توانائی کے فرق ایس آئی (ایس پی 2-ایس پی 3) سے متعلق ہیں۔ اعداد و شمار بنیادی طور پر درمیانی رنگوں میں ناموافق ویسینل زاویوں کی عکاسی کرتے ہیں، جیسا کہ بڑھتی ہوئی ایس آئی (شکل 1) کے ساتھ کیٹون کی کمی کی شرحوں میں شدید اضافے سے ظاہر ہوتا ہے۔ ایک اور مثال منتقلی کی حالت کے لیے ایس پی 2-ماڈل کے طور پر متعلقہ برومائڈ مشتقات (ایس پی 3) اور کاربینیم آئن کے درمیان سٹیرک توانائی کے فرق کے ساتھ برج ہیڈ ٹوسیلیٹس کا سولولوسیس ہے۔ (شکل 2) اصولی طور پر، ایسائکلک مرکبات میں زاویے کا تناؤ ہو سکتا ہے، لیکن یہ رجحان نایاب ہے۔ چھوٹے حلقے سائکلوہیکسین کو سائکلوالکینوں میں دائرے کے تناؤ کا تعین کرنے میں ایک معیار سمجھا جاتا ہے اور عام طور پر یہ قبول کیا جاتا ہے کہ تناؤ کی توانائی بہت کم یا کوئی نہیں ہے۔ اس کے مقابلے میں، بڑھتے ہوئے تناؤ کی وجہ سے چھوٹے سائکلوالکین توانائی میں بہت زیادہ ہوتے ہیں۔ سائکلوپروپین مثلث سے مشابہت رکھتا ہے اور اس طرح اس کے بانڈ کے زاویے 60° کے ہوتے ہیں، جو ایس پی 3 ہائبرڈائزڈ کاربن کے ترجیحی 109.5 ° سے بہت کم ہوتے ہیں۔ مزید برآں، سائکلوپروپین میں موجود ہائیڈروجن گر جاتے ہیں۔ سائکلوبوٹین اسی طرح کے تناؤ کا تجربہ کرتا ہے، جس میں تقریبا 88° کے بند کے زاویے ہوتے ہیں (یہ مکمل طور پر ہموار نہیں ہوتا ہے) اور ہائڈروجین گر جاتے ہیں۔ سائکلوپروپین اور سائکلوبوٹین کی تناؤ توانائی بالترتیب 27.5 اور 26.3 کیلوری مول−1 ہے۔ سائکلوپینٹین بہت کم تناؤ کا تجربہ کرتا ہے، بنیادی طور پر چاند گرہن والے ہائیڈروجن سے ٹورسنل تناؤ کی وجہ سے: اس کی ترجیحی تشکیلات ایک عمل کے ذریعے آپس میں بدل جاتی ہیں جسے سیوڈوروٹیشن کہا جاتا ہے۔ سائیکلکلک سسٹمز میں رنگ اسٹرین کافی زیادہ ہو سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، بائیسکلبوٹین، C4H6، سب سے زیادہ تناؤ والے مرکبات میں سے ایک ہونے کے لیے مشہور ہے جو بڑے پیمانے پر الگ تھلگ ہے۔ اس کی تناؤ توانائی کا تخمینہ 63.9 کیلوری mol−1 (267 kJ mol−1) ہے۔ ٹرانسانولر تناؤ درمیانے درجے کے دائرے (7-13 کاربن) سائکلوہیکسین سے زیادہ تناؤ کی توانائی کا تجربہ کرتے ہیں، زیادہ تر مثالی ویسینل زاویوں، یا پٹزر تناؤ سے انحراف کی وجہ سے۔ مالیکیولر میکینکس کے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ ٹرانسانولر تناؤ، جسے پریلاگ تناؤ بھی کہا جاتا ہے، ایک اہم کردار ادا نہیں کرتا ہے۔ تاہم ٹرانسانولر رد عمل، جیسے سائکلو آکٹین متبادل رد عمل میں 1,5-شفٹ، معروف ہیں۔ بائی سائیکلک نظام بائی سائیکلک نظاموں میں تناؤ کی توانائی کی مقدار عام طور پر ہر انفرادی رنگ میں تناؤ کی توانائی کا مجموعہ ہوتی ہے۔ یہ ہمیشہ ایسا نہیں ہوتا ہے، کیونکہ بعض اوقات بجتوں کا فیوژن کچھ اضافی تناؤ پیدا کرتا ہے۔ ایلوسٹرک نظاموں میں تناؤ مصنوعی ایلوسٹرک نظاموں میں عام طور پر تناؤ کی شراکت کی وجہ سے استحکام کے فرق کے ساتھ دو یا زیادہ کنفارمر ہوتے ہیں۔ مثبت کوآپریٹیویٹی مثال کے طور پر ایک سبسٹریٹ A کے کنفورمر C2 کے ساتھ بڑھتے ہوئے بائنڈنگ کے نتیجے میں ہوتی ہے جو ایک ایفیکٹر مالیکیول E کے بائنڈنگ سے پیدا ہوتا ہے۔ اگر کنفورمر C2 میں ایک اور مساوی کنفورمر C1 کی طرح استحکام ہے جو کہ سبسٹریٹ A کے ذریعہ حوصلہ افزائی کرتا ہے تو ایفیکٹر E کی عدم موجودگی میں بھی A سے C2 کے بائنڈنگ کا باعث بنے گا۔ صرف اس صورت میں جب کنفورمر C2 کا استحکام نمایاں طور پر چھوٹا ہو، یعنی کہ ایک ایفیکٹر E کی عدم موجودگی میں C2 کی آبادی C1 سے بہت کم ہو، تو تناسب K2/K1 جو ایلوسٹرک سگنل کی کارکردگی کو ماپتا ہے بڑھے گا۔ تناسب K2/K1 کا براہ راست تعلق کنفارمرز C1 اور C2 کے درمیان تناؤ توانائی کے فرق سے ہو سکتا ہے۔ اگر یہ چھوٹا ہے تو A کی زیادہ تعداد براہ راست C2 سے جڑے گی اور ایفیکٹر E کو غیر موثر بنا دے گی۔ اس کے علاوہ، اس طرح کے ایلوسٹرک سوئچز کا رسپانس ٹائم کنفورمر انٹر کنورژن ٹرانزیشن اسٹیٹ کے تناؤ پر منحصر ہوتا ہے۔ مزید دیکھیں تناؤ (مواد سائنس) حوالہ جات سٹیریو کیمسٹری