' G. P. Xomchenko, I. G. Xomchenko
K o‘p valentli atomlardan hosil bo'lgan kovalent bog'lanishlar
Download 6.95 Mb. Pdf ko'rish
|
|
K o‘p valentli atomlardan hosil bo'lgan kovalent bog'lanishlar doim o fazoviy yo'nalgan b o ‘ladi. B ogianishlar orasidagi burchaklar valent burchaklar deyiladi. K o ‘p in ch a k o v a len t b o g 'la n ish h o s il b o'Iish id a ishtirok etadigan elektronlar turli holatlarda, m asalan, biri -s, boshqasi ^-orbitallarda b o 'la d i. Bunda m olek u lad agi bog'lanishlarning puxtaligi ham turlicha bo'lishi kerak edi. Lekin tajriba ular teng qimmatli ekanligini k o‘rsatadi. Bu hodisa L. Poling tom onidan kiritilgan, atom orbitallarining gibridlanishi haqidagi qoida bilan tushuntiriladi. Valent orbitallarning gibridlanishini berilliy xlorid BeCl,, bor xlorid BCI 3
4
t
= 2
^
p, p. t
P, P, \£2s'2p^ n=I
1 t l 1 Re ls^ s 2 4 t l ,Be* 2
2
3.5-rasm. sp- gibrid orbital- ning shakli. 3.6- rasm. Valent orbitallarning sp-gibridlanishi. 3.7- rasm. BeCl2 ning chiziqsimon molekulasi. G ibrid orbitallarning elektronlari ishtirokida hosil b o ‘ladigan k im y o v iy b o g 'la n ish gibridm as (s o f) s- va p -o r b ita lla r n in g elektronlari ishtirokida hosil b o ‘lgan bog'lan ish d an puxtaroq bo'ladi, chunki gibridlanishda orbitallar bir-birini ko'proq qoplaydi. M uayyan atom ning bog'lanishlari hosil bo'Iishida turli tipdagi elektronlar (bizning misolimizda 5
gibridlanish amalga oshadi. Bunda gibrid orbitallar) ishtirok etganda gibridlanish amalga oshadi. Bunda gibrid orbitallar soni dastlabki orbitallar soniga teng bo'ladi. Shunday qilib, BeC l2 molekulasida kim yoviy bog'lanish hosil bo'Iishida markaziy atom ning, ya ’ni berilliyning bitta s- va bitta p-elektroni ishtirok etadi. Bu holda orbitallarning sp-gibridlanishi (es-p e-gib rid lan ish deb o'qiladi) sodir bo'ladi (3.6-rasm ). Ikkita gibrid orbital bir-biriga nisbatan 180° li burchak ostida joylashadi, ya ’ni B eC l2 molekulasi chiziqsi mon shaklda — uchala atom ning ham m asi bir chiziqda joylashgan (3.7-rasm ). Bor xlorid BC13 molekulasida markaziy atom orbitallarining sp2-gibridlanish (es-p e -ik k i-g ib r id la n ish deb o'qiladi) am alga oshadi. Bor atom ida (elektron tuzilishi \s22s22 p \ qo'zg'algan holatida 1 s2.s'2.s2) gibridlanishda bitta s- va ikkita p-elektronlarning orbitallari ishtirok etadi; buning natijasida bir-biriga nisbatan 120° li burchak ostida joylashgan uchta gibrid orbitallar hosil bo'ladi 3.8- rasm. Valent orbitallarning 5/?2-gibridlanishi. 3.9- rasm. BC13 ning yassi uchburchaksimon molekulasi. (3 .8 -r a s m ) . BC1 3
markazida В atomi joylashgan yassi teng tom onli uchburchak sh ak lid a b o 'la d i.G ib r id o r b i tallarning o'qlari orasidagi bur chak 1 2 0
° ni tashkil etadi, to'rtta atom ining hammasi bitta tekis- likda yotadi (3.9-rasm ). M etan m olekulasi hosil b o ' Iishida uglerod atomi qo'zg'algan holatga o'tadi, bunda juftlashgan 2s2- elektronlar bir-biridan ajra ladi, y a’ni ikki elektronli bulut bir e le k tr o n li b u lu tla rga a y lanadi: n =2 Ц Т Px Py Pz n=J [ t l ] 6C
ls22s12px'2p} № p ПШ
P r Pz 6C*
\f2s'2p'2py'2p7' Sxemadan ko'rinib turibdiki, uglerod atom ining asosiy holatida juftlashmagan ikkita elektroni bo'ladi (ikki valentli), qo'zg'algan holatida esa (yulduzcha bilan belgilangan) — to'rtta elektroni bo'ladi (to'rt valentli) va vodorodning to'rtta atom ini biriktirib olishi mumkin: 3.10- rasm. Valent orbitallarning sp- gibridlanishi. H
H
5
Gibrid orbitallarning o'qlari orasidagi valent burchak 109°28' ga teng. U glerod atom ining to'rtta gibrid sp-’-orbitallari bilan to'rtta vodorod atomi s-orbitallarining bir-birini qoplashi natijasida to'rtta bir xil bog'lanishli m ustahkam m etan m olekulasi hosil bo'ladi (3.11-rasm ). Suv va am miak molekulalaridagi bog'lanishlarning valent burchaklari tetraedrik m ole- kulalardagidan kichikligi ham orbi ta llarn in g gib rid lan ish i b ila n tu shuntiriladi (3.3 va 3.4-rasmlarga q.). M etan n in g hosil b o'lish id agi kabi suv va ammiak molekulalarining hosil b o 'Iish id a ham k islo ro d va a z o t atom lari atom orbitallarining sp 1- gib rid lan ish i sodir b o 'la d i. Lekin uglerod atomida to'rtta ^ -o rb ita ln in g hammasi bog'lovchi elektron juftlar bilan band (3.11-rasm ga q .), azot atom id a esa to'rttadan bitta sp3- orbitalni bog'lovchi bo'lm agan (taq- sim lan m a ga n ) elek tron juft eg a l- 3.11- rasm . M etanning tetraedrik molekulasida kimyoviy bog'lanishlarning hosil bo'lish sxemasi.
lagan (3.4-rasmga q.), kislorod atomida ikkita 5
shunday elektronlar egallagan (3.3-rasmga q.). Shunday qilib, burchakning tetraedrnikidan (109°28/) farq qilishida 5
bo'lm agan) elektron juftlarning itaruvchi ta’siri ko'rinadi: azot atomida esa ikkita (burchak 104,5°). Valent orbitallarning gibridlanishi haqidagi tasawurdan organik kimyoda keng ko'lamda foydalaniladi (III qismga q.). 3 .3 -§ . Ionli bog‘lanish Ionli bog'lanish vujudga kelishini natriy xlorid N aC l hosil bo'lishi misolida ko'rib chiqamiz. Shu birikmani hosil qilgan natriy va xlor atomlari elektrmanfiyligi jihatidan bir-biridan keskin farq qi ladi: natriy atomi uchun bu qiymat 0,9 ga, xlor atomi uchun 3,0 ga teng. Elektron formulalar N a l522522p63 il va Cl l522522/763523p5 dan ko'rinib turibdiki, bu atom larning tashqi elektron pog'onalari tugallanmagan. Tashqi pog'onasini tugallash uchun natriy atomi 7 elektron biriktirib olishidan ko'ra 1 elektron berishi oson , xlor atom i esa 7 elektron berishidan ko'ra 1 elektron biriktirib olishi oson. Tajriba shuni ko'rsatadiki, kimyoviy reaksiyalarda natriy atomi 1 elektron beradi, xlor atom i esa uni biriktirib oladi. Buni sxem a tarzida quyidagicha yozish mumkin: N a — ё = N a + С 1 + ё = СГ, ya’ni, N a atom ining elektron qobig'i nodir gaz N e ning barqaror elektron qobig'iga aylandi — ls22s22p6 (bu natriy -ion N a +), Cl atom ining qobig'i esa nodir gaz Ar atom ining qobig'iga aylandi — ls22s22p63s23pe (bu xlorid — ion СГ). N a + va С Г ionlari orasida elektrostatik tortishish kuchlari vujudga keladi, natijada N aC l birikma hosil bo'ladi. Ionlar orasida elektrostatik tortishuv tufayli vujudga keladigan kimyoviy bog'lanish elektrovalen t yoki ionli b o g ‘lanish deyiladi. Ionlarning bir-biriga tortilish yo'li bilan hosil boMgan birikmalar getero po lyar yoki ionli b irik m a la r deyiladi. Ionli birikmalarni elektrmanfiyligi jihatidan bir-biridan keskin farq q ila d ig a n a to m la r , m a sa la n , I va II g ru p p a lar b o sh gruppachalaridagi e le m e n tla m in g atom lari bilan VI va VII gaippalarning bosh gruppachalaridagi elem en tlam in g atom lari hosil qiladi. Ionli birikmalar nisbatan k o ‘p emas. Natriy xlorid N aC l molekulalari faqat bug 1
b o ‘ladi. Ionli birikmalar qattiq (kristall) holatda m a ’lum q o n u niyat bilan joylash g an m usbat va m an fiy ionlardan tarkib topadi. Bu holda m olekulalar b o‘lmaydi. (3 .7 -§ ga q.). Kovalent bog'lanish kim yoviy b og‘lanishning ancha um um iy turidir. B o g ‘lan ish nazariyasi io n li b o g ‘la n ish n in g k ova len t bog‘lanishdan vujudga kelishini um um iy elektron juftning haddan tashqari bir tom onlam a qutblanishi (siljishi) bilan tushuntiradi, bunda um um iy elektronlar jufti birikayotgan atomlardan bittasining ixtiyoriga o'tadi. Masalan: Na • + -Cl: = Na О СГ. so'ngra Na Q c i : = Na :C1: Keltirilgan misolda metallmaslik xossalarini nam oyon qiladigan (e le k tr m a n fiy lig i x c = 3 ,0 ) x lo r a to m i h ad d an tash q ari bir tom onlam a qutblanadi. M olekular elektron bulut (elektronlar jufti) batamom xlor atomiga siljigan bo'ladi. Bu hoi elektronning natriy atomidan xlor atom iga o'tganligi bilan barobardir. Ravshanki, qutbli kovalent bog‘lanishni kovalent bog'lanishning qisman bir tomonlama qutblangan turi (bog'lovchi elektron bulut nisbiy elektrmanfiyligi katta bo'lgan atom tom onga siljigan) sifatida qarash mumkin. U ionli va qutbsiz kovalent bog'lanishlar o'rtasida oraliq holatni egallaydi. Shunday qilib, qutbsiz kovalent, qutbli kovalent va ionli bog'lanishlarning vujudga kelish m exanizm ida m u h i m f a r q у о ' q . Ular bir-biridan um um iy elektron juftlarning q u t b 1 a n - g a n l i k darajasi (siljiganligi) bilan gina farq qildi. K im yoviy bog'lanish tabiati yagonadir. Elem entlar atom larining nisbiy elektrm anfiyligi qiymatlari asosida ( 2
2 -jadval) bog'lanishning qutbliligini oldindan aytish m u m k in . B o g 'la n g an atom larn in g n isbiy elek trm an fiylik lari orasidagi farq (uni Дх orqali belgilaym iz) qancha katta bo'lsa, qutblilik shuncha kuchli ifodalangan bo'ladi. C sF birikmada Дх eng katta qiymatga egadir (4,1 — 0 ,7 = 3,4). Shunday qilib, atom lar orasidagi kim yoviy bog'lanish Д х = 2 ga qadar ionli bo'ladi: Д х=0 bo'lsa — bu qutbsiz kovalent bog' lanish; oraliq holatlarda — qutbli kovalent. Haqiqatda bog'lanishlar 100% ionli bo'lm aydi. Shu sababli bog'lanishning ionlilik darajasi yoki hissasi haqida so'z yuritiladi. U tajriba y o ‘li bilan aniqlanadi. M a ’lum b o‘lishicha, hatto CsF birikmada ham ionli bog'lanish 89% ifodalangan ekan, xolos. K ovalent b og‘lanishdan farq qilib, ionli bog'lanish fazoda yo ‘nalmaganligi va to'yinmasligi bilan tavsiflanadi. Bog'lanishning y o ‘nalm aganligi shu bilan aniqlanadiki, har qaysi ion g o ‘yo zaryadlangan shar bo'lib, teskari ishorali ionni istalgan y o ‘nalishda o ‘ziga tortishi mumkin. Teskari ishorali ionlarning o'zaro ta’siri kuch maydonlarini kompensatsiyalashga olib kelmaydi: ularda o ‘ziga teskari ishorali ionlarni tortish xususiyati boshqa y o ‘nalishlarda saqlanib qoladi (to ‘yinmaganlik). Masalan, N aC l kristalida har qaysi N a + ion oltita C l- ion bilan o'zaro ta’sirlashadi (3.16-rasm ga q.). Shunday qilib, ionli bog'lanish to'yinm aganligi va yo'nalm a- ganligi tufayli, ionlardan tarkib topgan birikmalar ionli kristall panjarali qattiq moddalar bo'ladi. 3 .4 -§ . Qutbli va qutbsiz molekulalar Bir tom onlam a qutblanish molekulada elektron zichlikning notekis taqsimlanishiga olib keladi. Masalan, HC1 molekulasida elektron zichlik vodorod yadrosi atrofidagiga qaraganda xlor yadrosi atrofida katta bo'ladi. M olekulada musbat va manfiy zaryadlarning elektr markazlari bir nuqtada ustm a-ust tushm aydi, balki bir- biridan m a’lum /m asofada bo'ladi (3.12-rasm). M olekula um um iy neytral bo'lgani bilan xlor atomida — q zaryad va vodorod atomida + q zaryadli elektr dipoldan iborat.Bunday bog'lanish vamolekulalar qutbli deyiladi. Molekuladagi atomlarning zaryadi q, effektiv zaryadlar deyiladi (HC1 m olekulasida qa = ~ 18%, ^H= +18% elektronning a b so lu t zary ad iga te n g , b o g 'la - nishning ionlilik darajasi 18%). B o g 'la n ish va m o le k u la n in g qutblilik o'lchovi — dipolning elektr m om enti |л («myu») quyidagi k o ‘- paytmadan aniqlanadi: M - = ql, bunda q — effektiv zaryad; / — di polning uzunligi. Cl sistemasida d ip oln in g elektr m om enti birligi 3 ,3 3 T 0 -:!0
К Г m (kulon • metr) qiymat bilan ifoda lanadi. 3.12-rasm. Dipol elektr momenti o'zgarmas bo'lgan qutbli molekula.
D ipolning elektr m om enti — vektor kattalik.Uning y o ‘nalishi shartli ravishda musbat zaryaddan m anfiy zaryadga to m o n — bog'lovchi elektron bulutning siljish tom oniga y o ‘nalgan, deb qabul qilinadi. D ipollarning elektr momentlari turli bog'lanishlar vako'pgina moddalar uchun tajribada aniqlangan (ularning qiymatlari 0
3 6 ,6 -I0~3n KI ■ m gacha bo'ladi. M olekulaning qutbliligini bog'lanishning qutbliligidan farq q ilish kerak. AB tip id ag i ikki atom li m olekulalar u ch u n bu tushunchalarnin g m a ’nosi bir xil keladi, bu HC1 m olekulasi misolida ko'rsatib o'tilgan edi. Bunday molekulalarda elem entlaming elektrmanfiyliklari bir-biridan qancha ko'p farq qilsa, dipolnin g elektr m om enti shuncha katta bo'ladi. Ko'p atomli molekulalarda atomlar orasidagi bog'lanish qutbli bo'lishi mumkin. Molekulalarning o'zi esa fazoviy tuzilishiga qarab qutbli ham, qutbsiz ham bo'lishi mumkin. Bunday molekulalarda dipolning elektr momenti qutbli bog'lanishlar soni va ularning yo'nalganligi bilan aniqlanadi. Dipolning elektr momenti alohida bog'lanishlar dipol m om entlarining vektor yig'indisigateng. M asalan, C = 0 bog'lanish d ip o ln in g elektr m om enti 910~w Kl. m ga, CO, molekulasiniki esa nolga teng. Bunga sabab shuki, C 0 2 ning chiziqsim on m olekulasida bog'lanishlar vektorlari markazdan radial yo'nalgan, shu sababli natijalovchi moment ц nolga teng (3.13-rasm, a.). N ,0 ning burchaksimon molekulasida bog'lanishlar 104,5° burchak ostida joylashgan va ikkita bog'lanishning vektor yig'indisi jli parallelogrammning diagonali bilan ifodalanadi (vektorlar kuchlar parallelogrami qoidasiga muvofiq qo'shiladi, 3.13-rasm, b). Suv uchun |д.=6,М 0-311 Kl • m. Agar d ip o llar turli xil elektr m om entlari vektor- larning geom etrik yig'indisi nolga teng bo'lm asa, u holda molekula qutblangan bo'ladi. O 'z navbatida, ц ning qiymati va yo'nalishiga qarab molekulaning geometrik tuzilishi haqida m a’lum darajada fikr yuritish mumkin. Masalan, CO , molekulasi uchun |я=5,4-10"30 Kl • m. Ravshanki, u suv molekulasi kabi burchaksimon tuzilgan bo'lishi kerak. Qutbsiz kovalent bog'lanishli m olekulalar qutbsiz yoki gomeo- polyar m olekulalar deyiladi. Bunday m olekulalarda bog'lovchi 3.13-rasm. C 0 2 (a) vasuv (b) m olekulalaridabog'lanishlar dipol elektr m omentlarini geometrik qo'shish. С 0 a ^ 4. ^ b |
