ЖӘне молекула ҚҰрлысы. Молекула аралыҚ Өзара Әрекеттесу.

Әрекеттеуші атомдардың әрекеттесуі нәтижесінде екі немесе одан да көп атомдардан тұратын тұрақты жүйенің түзілуін химиялық байланыс дейді. Химиялық байланыс коваленттік, иондық, металдық және сутектік болып бөлінеді.

Коваленттік байланыс әрекеттеуші атомдардың электрондық бұлттарының бүркелісуінен түзіледі. Коваленттік байланыс полюссіз және полюсті болып екіге бөлінеді. Бір элементтің екі атомының арасында түзілетін байланыс полюссіз коваленттік байланыс.

Мысалы: H ₂, N ₂. Электртерістіктері әр түрлі элемент атомдарының арасында түзілетін байланыс полюсті коваленттік байланыс. Мысалы: HCl, HF.

Коваленттік байланыстың түзілуі екі әдіспен түсіндіріледі:

1. Валеннттік байланыс әдісі.

2. Молекулалық орбиталь әдісі.

Валенттік байланыс әдісі (спинваленттілік) коваленттік байланыс жұпталмаған дара электрондардың жұптасуы арқылы түзіледі деп түсіндіреді.

Мысалы сутек молекуласының түзілуі. Сутек молекуласы екі атомнан тұрады - H ₂. Сутек атомының электрондық формуласы:

Сутек молекуласының түзілуінің графикалық түрі:

	­
H1s	­		Н2
		®	­¯
H1s	­

Электрондарды нүктемен белгілеп электрондық формула түрінде көрсетуге болады:

H · + H · → H: H.

Жұптаспаған дара электрондардың жұптасуынан бір коваленттік байланыс түзіледі, оны сызықша арқылы белгілеуге болады Н – Н.

Электрондық бұлттардың кеңістікте әр түрлі бүркелісуіне байланысты σ -, π - және δ - байланыстар түзіледі. Бұл коваленттік байланыстың бағытын сипаттайды.

Элемент атомының түзетін коваленттік байланысының шектік мөлшерін коваленттік байланыстың қаныққандығы дейді. Бірініші периодтағы элемент атомының қаныққандығы бірге, екінші периодтағы элемент атомдарының қаныққандығы төртке, үшінші периодтан ары қарай тоғызға тең.

Коваленттік байланыс түзуге сутегі молекуласындағыдай тек s – s электрондар қатыспай әр түрлі энергетикалық деңгейде орналасқан s – p электрондар да қатысады. Оның нәтижесінде гибридтелген орбитальдар түзіледі. Гибридтелу дегеніміз электрондық бұлттың бір жағынан екінші жағына ығысуы. Химиялық байланыцс түзуге s- және р - электрондар қатысқанда sp-, sp ² - және sp ³ - гибридтелген орбитальдар түзіледі.

Мысалы көміртек атомын қарастырайық:

	2 р	­	­		– қалыпты жағдайда;
2 s	­¯
	2 p	­	­	­	– қозған жағдайда.
2 s	­

Көміртек атомының химиялық байланыс түзуге бір s-, үш р - электрондар қатысады, сондықтан ол sp ³ - гибрдтелген орбиталь түзеді.

Донорлы-акценторлық механизм бойынша коваленттік байланыс дайын жұп электронды бос орбитальға беру арқылы түзіледі. Мысалы: аммоний катионының (NH ) түзілуі:

,

мундағы: NH ₃ – донор; H ⁺ – акцептор.

Молекулалық орбиталь әдісі (MO) коваленттік байланыстың түзілуіне әрекеттесуші атомдардың ядролары және барлық электрондары қатысуы деп түсіндіреді. Молекуланың түзілуін молекулалық орбитал әдісінде энергетикалық диаграммамен түсіндіруге және байланыс еселігін есептеуге болады. Мысалы сутек молекуласының түзілуінің энергетикалық диаграммасын қарастырайық.

Байланыс еселігі:

Сутек молекуласындағы байланыс еселігі:

1 мысал. Валенттік байланыс әдісімен азот молекуласының түзілуін және неше σ -, π - байланыстар түзілетінін график түрінде көрсетіңіз.

Шешуі:

Азот атомының электрондық формуласын жазып валенттік электрондарын квантық ұяшықтарға орналастырамыз:

	2 р	­	­	­
2 s	­¯

Электрондарды нүкте арқылы белгілеп жұптаспаған дара электрондардың жұптасуы арқылы үш коваленттік байланыстың түзілуін көреміз:

немесе N ≡ N.

x осіндегі р-электрондар жұптасқанда σ - байланыс, y және z осьтерінде жұптасқан электрондар екі π – байланыс түзеді.

График түрінде:

2 мысал. HCl молекулсының түзілуінің электрондық схемасын құрастырыңыз. HCl, HBr және HJ қатарында химиялық байланыстың полярлығы қалай өзгереді?

+17 Сl...3 s ^23 р ^5		3 р	­¯	­¯	­
3 s	­¯

1 s	­

НСI, НВг, НJ қатарында байланыстың полярлығы кемиді. Бұның себебі сутек атомымен Cl, Br, J атомдарының электр терістіктерінің айырмасы азаяды. Хлор, бром, иод жетінші топтың негізгі топшасында орналасқан. Топта жоғарыдан төмен қарай электр терістік кемиді. Хлордың электр терістігі 3-ке, бромның электр терістігі 2,8-ге, иодтың электр терістігі 2,6-ға тең. Айырмасы:

3 мысал. Фосфордың қалыпты және қозған жағдайдағы жұпталмаған тақ электрондарының санына (спинваленттік) байланысты көрсететін валенттілігі нешеге тең?

Шешуі:

Фосфордың сыртқы энергетикалық денгейіндегі электрондардың …3 s ²3 p ³ (хунда ережесін еске алып – 3 s ²3 p _x3 p_y 3 p_z) кванттық ұяшықтарға орналасуы төмендегідей болады:

		S		P			d
n=3p^0	­¯	­	­	­

Фосфор атомында бос d -орбиталь болғандықтан қозған жағдайда 3 s -орбитальдан бір электрон 3 d -орбитальға ауысады:

		S		P			d
n=3p^*	­	­	­	­	­

Жоғарыда көрсетілген желіге қарай отырып фосфор атомында қалыпты жағдайда үш, қозған жағдайда бес электрон бар екенін көреміз. Осыған байланысты фосфордың валенттігі (спинвалентілігі) үшке және беске тең.

4 мысал. Валенттік орбитальдың гибридтелуі деген не? Егер химиялық байланыс А атомы орбитальінің sp -, sp ²-, sp ³- гибридтелуі арқылы түзілетін болса, АВ_n молекуласының құрлысы қандай болады?

Шешуі:

Валенттік байланыс (ВБ) теориясы бойынша коваленттік байланыс түзуге тек «таза атомдық орбиталь (АО)» ғана қатыспай гибридтелген атомдық орбиталь (АО) – «аралас» атомдық орбиталь қатысады. Гибридтелген кезде бастапқы орбитальдың кескіні, энергиясы өзгеріп кескіні, энергиясы бірдей жаңа орбиталь (электрондық бұлт) түзіледі. Гибридтелген орбитальдың саны бастапқы орбитальдың санына тең. Қойылған сұрақтың жауабы 4-кестеде келтірілген.

4-кесте

Орбитальдардың гибридтелуі және молекуланың кескіні

Моле-куланың түрі	А -атомының бастапқы орбиталі	Гибрид-телудің түрі	Атомның гибридтелген орбитальінің саны	Молекуланың кеңістіктегі кескіні
АВ 2 АВ 3 АВ 4	s+p s+p+p s+p+p+p	sp sp ^2 sp ^3		түзу сызықты үш бұрышты тетраэдрлы

5 мысал. [ CrCl ₆]^3- – кешенді ионының құрылысын талдаңыз. Донорды және акцепторды көрсетіңіз. Осы ионның октаэдрлік құрылысын валенттік байланыс (В.Б.) әдісі қалай түсіндіреді?

Шешуі:

Хром атомының валенттік электрондарының формуласын жазып кванттық ұяшықтарға орналастырамыз:

+24Cr...3 d ^54 s ^1	3 d 4 s 4 p
	­	­	­	­	­	­

Хром атомы 4 s -энергетикалық деңгейдегі бір, 3 d -деңгейдегі екі электронын беріп Cr ³⁺ – ионына айналады. Хром ионында бос алты орбитал пайда болады: екі – d -орбитал және үш р -орбиталь. Осылардың арқсында d ² sp ³-гибридтелген орбиталь түзіледі. Алты хлор ионының әрқайсысы жұпталған электрондарымен хромның бос орбиталдарына орналасып кешендік ион түзеді. Кешендік ионның тотығу дәрежесі 3-, құрылысы октаэдр. Cl^- – ионы донор, Cr ³⁺ – ионы акцептор.

Дата добавления: 2015-11-16