1. Metan, uning tuzilishi

1. Metan, uning tuzilishi

Moddalarning to'yingan uglevodorodlar guruhiga mansubligi ularning tuzilishi tabiati bilan belgilanadi. Eng oddiy uglevodorod - metanning tuzilishini ko'rib chiqing.

Metan CH4 rangsiz va hidsiz gaz bo'lib, havodan deyarli ikki baravar engilroq. Tabiatda o'simlik va hayvon organizmlari qoldiqlari havo kirmasdan parchalanishi natijasida hosil bo'ladi. Shuning uchun uni, masalan, botqoqli suv omborlarida, ko'mir konlarida topish mumkin. Metan hozirgi kunda kundalik hayotda va sanoatda yoqilg'i sifatida keng qo'llaniladigan tabiiy gazda sezilarli miqdorda mavjud.
Metan molekulasida vodorod atomlarining uglerod atomi bilan kimyoviy aloqalari kovalentdir. Agar bog'lanishlar hosil bo'lishida juft-juft bo'lgan elektron bulutlar ikkita nuqta yoki valent chiziq bilan belgilansa, metanning tuzilishini quyidagi formulalar bilan ifodalash mumkin:


yoki

Molekulalarning fazoviy tuzilishini o'rganish organik kimyoda rivojlana boshlaganida, metan molekulasi aslida qog'ozda tasvirlaganimizdek tekis emas, tetraedral shaklga ega ekanligi aniqlandi.

Keling, nega metan molekulasi tetraedr ekanligini bilib olaylik. Biz, shubhasiz, uglerod atomining tuzilishidan boshlashimiz kerak. Ammo bu erda biz qarama-qarshilikka duch kelamiz. Uglerod atomlarida to'rtta valentlik elektron mavjud bo'lib, ulardan ikkitasi juftlashgan s-elektrondir, ular vodorod atomlari bilan kimyoviy bog'lanish hosil qila olmaydi. Kimyoviy bog'lanish faqat ikkita juftlashtirilmagan p-elektron tomonidan o'rnatilishi mumkin. Ammo keyin metan molekulasi CH4 emas, balki CH2 formulasiga ega bo'lishi kerak, bu to'g'ri emas. Bu qarama-qarshilik kimyoviy bog'lanishlarning hosil bo'lishini quyidagi talqin qilish orqali yo'q qilinadi.
Uglerod atomi vodorod atomlari bilan oʻzaro taʼsirlashganda undagi tashqi qatlamning s-elektronlari bugʻlanadi, ulardan biri uchinchi p-elektronning boʻsh oʻrnini egallaydi va sakkiz hajm koʻrinishidagi bulutni hosil qiladi. qolgan ikkita p-elektron bulutlari. Keyin atom, ular aytganidek, hayajonlangan holatga o'tadi. Endi barcha to'rtta valentlik elektronlar juftlashtirilmagan bo'lib, ular to'rtta kimyoviy bog'lanish hosil qilishi mumkin. Ammo yangi qarama-qarshilik paydo bo'ladi. Uchta p-elektron vodorod atomlari bilan o'zaro perpendikulyar yo'nalishda uchta kimyoviy bog'lanish hosil qilishi kerak, ya'ni. 90 ° burchak ostida va to'rtinchi vodorod atomi ixtiyoriy yo'nalishda biriktirilishi mumkin edi, chunki s-elektron buluti sferik shaklga ega va bu bog'lanishlar xossalari jihatidan farq qilishi aniq. Ayni paytda ma'lum metan molekulasidagi barcha CH bog'lari bir xil va 109°28' burchak ostida joylashganligi. Elektron bulutlarning gibridlanishi kontseptsiyasi bu qarama-qarshilikni hal qilishga yordam beradi.
Kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lish jarayonida uglerod atomining barcha valent elektronlarining bulutlari (bir s - va uchta p-elektron) tekislanadi, bir xil bo'ladi. Shu bilan birga, ular tetraedrning cho'qqilari tomon cho'zilgan assimetrik hajmli sakkizlik shaklini oladi (elektron zichligining assimetrik taqsimlanishi yadroning bir tomonida elektronni topish ehtimoli boshqasiga qaraganda kattaroq ekanligini anglatadi).
Gibrid elektron bulutlarning o'qlari orasidagi burchak 109°28' ga teng bo'lib chiqadi, bu esa xuddi shu nomdagi zaryadlangan holda bir-biridan imkon qadar uzoqlashishga imkon beradi. Tetraedrning cho'qqilarigacha cho'zilgan bunday bulutlar vodorod atomlarining elektron bulutlari bilan sezilarli darajada qoplanishi mumkin, bu esa energiyaning ko'proq chiqishiga va kuchli, bir xil kimyoviy bog'lanishlarning shakllanishiga olib keladi (1A-rasm).
Gibridlanish turli xil elektron bulutlarga tarqalishi mumkin. Bunday holda, uglerod atomi to'rtta vodorod atomi bilan kovalent bog'lanish hosil qilganda, gibridlanishda qo'zg'atilgan atomning barcha to'rtta tashqi elektronlari, bitta s-elektron va uchta p-elektron bulutlari ishtirok etadi. Uning bu turi sp3 gibridizatsiyasi deb ataladi.



1-rasm Metan molekulasidagi kovalent kimyoviy bog'lanishlar: A - uglerod atomi elektron bulutlarining vodorod atomlari bilan ustma-ust tushishi; B - CH bog'larining umumiy elektron bulutlarini hosil qilish.

Metan molekulasining tetraedral shakli shuning uchun kimyoviy birikmadagi uglerod atomining to'rtta gibrid elektron bulutlarining tetraedral yo'nalishi bilan bog'liq.

Kovalent bog'lanishlar hosil bo'lishida elektronlar ikkala yadroni qoplaydigan bog'langan atomlar uchun umumiy bulutlarni hosil qilganligi sababli, metan molekulasining elektron tuzilishini 1 B-rasmda ko'rsatilgandek tasvirlash mumkin.¹.