Химиялық байланыс және зат қҰрылысы тақырыбына әдеби шолу
Химиялық байланыстың түрлері. Коваленттік байланыс
жүктеу/скачать 1,69 Mb.
|
| Химиялық байланыстың түрлері. Коваленттік байланыс
Коваленттік байланыс. 1916жылы американ ғалымы Льюис химиялық байланыстың электрондық теориясын ұсынды. Бұл теория бойынша екі атом бір–бірімен екеуіне ортақ электрон жұбы (қосағы) арқылы байланысады. Химиялық байланыстың түлері төмендегі кестеде көрсетілген (Кесте 3). Кесте 3
1. Cыртқы қабатында 2 немесе 8 электроны бар инертті газдар химиялық жағынан өте инертті демек, мұндай газдардың электрондық қабаты өте тұрақты. Атомдар молекула құып біріккенде ортақ электрон қосағын түзу арқылы өздерінің сыртқы қабаттарын инертті газдардікіндей етуге тырысады. 2. Химиялық байланыс әсерлесуші атомдардың екеіне де ортақ электрон жұбы арқылы жасалады. Бір электрон жұбын түзу үшін әр атом бір – бір электроннан жұмсайды. Бір болмаса бірнеше электрон жұптары арқылы түзілетін химиялық байланыс коваленттік байланыс деп аталады. Хлор және азот молекуласының түзілуін қарастырайық.Атомның сыртқы қабатынадғы әр электронды бір нүктемен белгілеп, хлор және азот молекулаларының түзілін мынадай схема түрінде көрсетуге болады. Хлор атомының сыртқы қабатында жеті электрон бар. Хлор молекуласы түзілгенде әр атом бір электроннан беріп, ортақ бір электрон жұбы түзіледі. Сөйтіп, молекуладағы әр атомның сыртқы қабаты инертті газдардікіндей оттекке (сегіз электрондық қабатқа) айналады. Азот молекуласы түзілгенде үш ортақ электрон қосағы пайда болып, молекула құрамындағы әрбір азот атомының сыртқы қабаты сегіз электрондық қабатқа айналады. Төменгі схемада Льюис теориясы бойынша су, аммиак және метан молеку-лаларының құрылыстары келтірілген. Молекула озара бір-бірімен байланысқан атомдардан тұрады. Атом-дардағы электрондарды өзара қарама-қарсы бағытқа бағытталған түрде көрсетеміз: ↑ және↓ Және бұл екі жұп екі атомның ядроларының ортасында орналасады. Екеуі де оң зарядталған атомдар ядролары теріс электрон жұбына, яғни бір-біріне тартылады: Міне, осылайша екі жеке атомдардан, қарапайым екі атомды молекула түзіледі. Мысалы, сутектің Н екі атомынан Н2 молекуласы түзіледі. H + H = H2 Не себептен екі электон бір-бірімен бірігіп электрондық жұп түзіледі? Бұл Сұраққа жауап беру үшін келесі мәселелерді ескеру қажет: Әрбір электрон, электрлік заряд секілді, магнитті моментке ие, сондықтан олар микроскопиялық магнит секілді әсер етеді. Қарама-қарсы бағытқа бағытталған екі электрон – қарама-қарсы бағытқа бағытталған полюсі бар екі микромагнит секілді. Сондықтан да, олар бір-біріне тартылады Оны келесі түрде бейнелеуге болады. Электрондық жұп түзілу үшін, атомдар өзара бір-бірімен жақындасып, ал олардың электрон бұлтшалары бір-бірімен қабысуы қажет. Химиктер бұл құбылысты атом «шаруашылығында» атомдық орбиталдардың қабысуы деп атайды. Мысал ретінде, сутек молекуласының сутек атомдарынан түзілуін қарастырайық. Екі шар тәрізді орбитальдар, екі электрон бұлтшалары бір-бірімен жанасып, бірі екіншісіне енеді, оны келесі 1-суреттен көруге болады: Сурет 1. Ковалентті байланыстың түзілу механизмі Электрон жұбы арқылы түзілетін химиялық байланысты ковалентті байланыс деп атаймыз. Кванттық химия тұрғысынан түсіндірер болсақ, келесі түрде өрнектеледі: Бұл химиялық байланысты алмасу механизімі бойынша түзілген. Дәл осы сутегі молекуласы басқа әдіспенде түзіле алады. Егер, сутегі катионы Н+ (бірде-бір электроны жоқ, тек қана бос орбитальі бар) мен сутегі анионы Н− (қос электрондық жұбы бар) өзара әрекеттесе: H+ + H− = H2 Энергетикалық диаграммада келесі түрде жазылады: Катионмен анион өзара әрекеттесіп түзілетін химиялық байланысты – ковалентті байланыстың донорлы акцепторлы механизмі деп атаймыз. Донор – электрон жұбын береді, ал акцепторда – бос орбитальі бар[8]. Су молекуласындағы оттек атомы сегіз электрондық қабатпен, ал сутек атомдары инертті газ гелий атомы тәрізді екі электрогндық қабатпен қоршалған. Аммиақ және метан молекулаларының құрамындағы сутек атомдары да екі электрондық қабатпен қоршалған. Кейбір қосылыстардың молекулаларындағы коваленттік полюсті байланыстардың түзілу сұлбасы төмендегі суретте көрсетілген (Сурет 2). Сурет 2. НСІ, Н2О, NH3 молекулаларындағы ковалентті полюсті байланыстардың түзілуі және кеңістіктегі құрылысы Оттек – екі валентті элемент, ортақ электрон жұбын түзуге екі электронын жұмсайды. Сутек – бір валентті элемент,ортақ электрон жұбын түзуге бір элек-трон жұмсайды. Демек, Льюис теориясы бойынша атомның валенттілігі ортақ электрон жұп түзуге берген санымен анықталады. Электрон бұлттары-ның өзара бүркесуі тәсілімен түзілетін ковалентті байланыс түрі де бар (Сурет 3).
Сурет 3. σ –, π- байланыстар σ – байланыс π-байланыстан беріктеу, π- байланыс σ-байланыс болғанда ғана түзіледі. Осы байланыстардан қос және үш байланыстар түзіледі. Полюсті ковалентті байланыс электртерістілігі әртүрлі атомдар арасында пайда болады. Электрондық бұлттардың қайта жабылу сипаты бойынша мына байланыстарды ажыратады: - (сигма) – байланыс, ол әрекеттесуші атомдардың центрін қосатын, ось бойымен электрондық бұлттардың қайта жабылу кезінде түзіледі (Сурет 3). Сигма-байланысы келесі орбиталбдардың қайта жабылуы кезінде пайда болады: s-s; s-p; p-p; d-d; d-s; d-p; f-f және т.б. бұл байланыс, әдетте, екі атомды қамтиды да олардың шегінен шықпайды, сондықтан екі центрлік локализденген байланыс болады. сигма-байланыс жалқы және ол бір сызықшамен белгіленеді; F O N CI Br S C P Si I As H Электртерістілігі төмендейді Льюис теориясы жарық көрген кезде электронның толқындық қасиеттері әлі белгісіз болатын. Электронның екі жақтылығы кванттық механикада ескеріледі. Сондықтан химилық байланыстың қазіргі кездегі теориясы кванттық механикаға негізделген, олар валенттілік деп те аталады. Кез келген валетттілік теориясы мынадай мәселелерді түсіндіре білуі қажет: 1.Не себептен атомдар молекула түзеді? Атомдарды байланыстыратын күштердің табиғаты қандай? 2. Неліктен атомдар белгілі бір қатынас бойынша ғана қосылысады? Мысалы, көміртек пен сутек молекуласын түзіп, ал не болмаса деген молекулаларды түзбейді? Бұл сұрақты басқаша былай қоюға да болады: валенттілік күштерінің қанығу себебі неде? 3. Молекуланың кеңістіктегі пішіні қандай? Мысалы, не себептен молекуласының құрылысы түзу сызықты, ал молекуласының құрылысы бұрышты болып келеді? Ковалеттік байланыс, атомды қоздыру нәтижесінде пайда болатын, жұптаспаған электрондар есебінен де түзіле алады. Бұл донорлы-акцепторлық механизм (координациялық байланыс) – коваленттік байланыс түзілуінің басқа да механизмінің бар болуымен байланысты. Бұл механизмнің мәні – атомдардың біреуі бөлінбеген электрондық жұбын (донор), ал басқасы бос орбиталын (акцептор) береді. Донорлы-акцепторлық механизмі аммоний ионының түзіруі сұлбасымен жақсы көрнекіленеді: Аммиак молекуласындағы азот атомында бөлінбеген электрон жұбы бар (донор), ал сутек атомында бос 1s-орбиталь (акцептор). Аммоний ионы түзілгенде азоттың бөлінбеген электрондар жұбы азот пен сутек атомдары үшін ортақ (жалпы) болады, яғни ковалентті төртінші байланыс пайда болады. сутек ионының заряды ортақ болады (ол делокализденген, яғни барлық атомдардың арасында таралған). әртүрлі механизмдер бойынша түзілген барлық Н-N байланыстары бірдей, яғни өзара тең. Бұл 2s- және 2р-электрондар орбитальдері байланыс түзген сәттегі азот атомы өзінің формасын өзгертуімен байланысты. Соңында формасы бойынша мүлдем бірдей төрт орбиталь пайда болады (sp3-будандасу жүреді). Егер элемент алмасу механизмі бойынша да, донорлы-акцепторлы механизм бойынша да ковалентті байланыс түзетін болса, онда оның валеттілігі жұптаспаған электрондар санынан үлкен және сыртқы электрондық қабаттағы орбитаоьдардың жалпы санымен анықталады. Оларға енетіндер: - жұптаспаған электрондары бар орбитальдар; - жұптаспаған электрондар жұбы бар орбитальдар; - бос орбитальдар. жүктеу/скачать 1,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|