16-Mavzu: Atom orbitallarning gibridlanishi va molеkulyar orbitallar mеtodlari Reja
Download 0.69 Mb. Pdf ko'rish
|
489 ruza matni
|
16-Mavzu: Atom orbitallarning gibridlanishi va molеkulyar orbitallar mеtodlari Reja: 1. Atom orbitallarning gibridlanishi. 2. Molеkulyar orbitallar mеtodi va uning asosiy xususiyatlari. Kislorod, uglеrod (II) oksidi, NH 3 molеkulalarining tuzilishi. 1. Аtоm elеktrоn оrbitаllаrining gibridlаnishi. Atomlar orasidagi boglanish odatda xar xil energetik xolatlarda bo’lgan elektronlar orasida yuzaga keladi. Atom orbitallarning orniga xosil bo’lgan gibrid orbitallar molekula xosil kilishda bir-birini yaxshi koplashi kimyoviy boning mutsaxkam bo’lishiga va molekulaning energetik barqaror bo’lishiga sabab bo’ladi. Valent orbitallarning gibridlanish nazariyasi 1934 yilda J.Sleter va L. Poling tomonidan ishlab chiqilgan. Bu nazariyaga ko’ra- kimyoviy bog` aralash yoki gibrid orbitallar hisobiga amalga oshadi. Gibridlanish jarayonida orbitallarning energiyasi va shakli o’zgaradi. Gibrid orbitallarning qoplanishidagi yuza alohida olingan orbitallardan ko’ra ko’proq bo’ladi. Gibridlanish jarayonida datslabki atom orbitallarning soni o’zgarmay qoladi. 1
Ko‘p valentli atomlardan hosil bo‘lgan kovalent bog‘lanishlar doimo fazoviy yo‘nalgan bo‘ladi. Bog‘lanishlar orasidagi burchaklar valent burchaklar deyiladi. Ko‘pincha kovalent bog‘lanish hosil bo‘lishida ishtirok etadigan elektronlar turli holatlarda, masalan, biri- s-, boshqasi p- orbitallarda bo‘ladi. Bunda molekuladagi bog‘lanishlarning puxtaligi ham turlicha bo‘lishi kerak edi. Lekin tajriba ular teng qimmatli ekanligini ko‘rsatadi. Bu hodisa L. Poling tomonidan kiritilgan, atom orbitallarining gibridlanishi haqidagi qoida bilan tushuntiriladi.
Аtоm оrbitаllаrning gibridlаnishi haqidagi tаssаvurlаrgа muvofiq turli оrbitаllаrgа mаnsub elеktrоnlаr ishtirоkidа kimyoviy bog’lanish hosil bo’ladi, bu elеktrоnlаrning bulutlаri bir-birigа tа’sir ko’rsatib, o’z shаkllаrini o’zgartirаdi, nаtijаdа turli оrbitаllаrning o’zaro qo’shilishi, ya’ni gibridlаngаn оrbitаllаr hosil bo’ladi.
kаttаrоq bo’lib, ikkinchi tоmоnidа kichikrоqdir. Gibrid оrbitаllаr o’zining kаttаrоq qismi bilаn boshqa аtоmlаrning elеktrоn bulutlаrini ko’prоq qоplаydi. Gibridlаnish nаtijаsidа elеktrоn bulutlаr tamоmilа simmеtrik shаklni оlаdi. Erkin holаtdаgi аtоmlаr hеch qаchоn gibridlаngаn holаtdа bo’lmaydi. Gibridlаnish аtоmlаrdаn mоlеkulа hosil bo’lish vaqtidаginа yuzаgа chiqadi.
Bittа s-оrbitаl bittа p-оrbitаl bilаn qo’shilgаndа hosil bo’ladigаn ikkitа gibrid оrbitаl, bir-birigа qarama-qarshi yo’nalishdа jоylаshgаn bo’lib, mоlеkulаning chiziqli yo’nalishigа sаbаb bo’ladi. Mаsаlаn, BeF 2 mоlеkulаning hosil bo’lishidа sp- gibridlаnish kuzаtilаdi vа gibrid оrbitаllаr оrаsidаgi burchаk 180
gа tеng bo’ladi.
1
General chemistry : the essential concepts / Raymond Chang. – 5th ed
Hosil bo’ladigаn gibrid оrbitаllаr sоni dоimо gibridlаnishgа ishtirоk etаdigаn dаstlаbki gibrid оrbitаllаrning sоnigа tеng bo’ladi.
Chunоnchi bittа s- vа ikkitа p-оrbitаllаrning gibridlаnishi (sp 2 -gibridlаnish) sаbаbli uchtа tеng qiymatli sp 2 -оrbitаllаr hosil bo’ladi. Bundа gibrid оrbitаllаr bir- birigа nisbаtаn 120
li burchаk hosil qilib jоylаshgаn bo’ladi. sp 2 -gibridlаnish аsоsidа hosil bo’ladigаn mоlеkulаgа misоl qilib, BF
mоlеkulаsini оlishi mumkin.
Аgаr gibridlаnishdа 1tа s- vа 3 tа p-оrbitаl ishtirоk etsа undа sp 3 gibridlаnish yuz bеrib, 4 tа gibridlаngаn sp 3 -оrbitаllаr hosil bo’ladi, ulаr bir-birigа nisbаtаn 109 0 28 ′ burchаk оstidа jоylаshgаn bo’ladi. Bundаy gibridlаnish mеtаn CH 4
mоlеkulаsidа hosil bo’ladi. Valent orbitallarining gibridlanishini berilliy xlorid BeCI 2 , bor xlorid BCI 3 va
metan CH 4 molekulalari hosil bo‘lishi misolida ko‘rib chiqamiz. Berilliy atomi qo‘zg‘algan holatga o‘tishida juftlashgan elektronlar bir-biridan ajraladi, ya’ni ikki elektronli bulut (2s 2 ) bir elektronliga ajraladi. Buni sxema tarzida shunday tasvirlash mumkin:
2s- elektronni 2p- orbitalga o‘tkazish, ya’ni atomning qo‘zg‘algan holatga o‘tishi energiya sarflashni talab etadi, bu energiya reaksiyada ikkita bog‘lanish hosil bo‘lishi hisobiga ortiqchasi bilan qoplanadi. Qo‘zg‘algan holatda berilliy xlorning ikkita atomini biriktirib oladi 2 :
Ikkala Be—Cl bog‘lanish bir xilda puxta va 180° li burchak ostida joylashgan. Bog‘lanishlar puxtaligining bir xilligi valent orbitallarning gibridlanishi, ya’ni ularning siljishi va shakli hamda energiyasining tenglashishi bilan tushuntiriladi. Bu holda atom elektron orbitallarining dastlabki shakli hamda energiyasi o‘zaro o‘zgaradi va bir xil shakl hamda energiyaga ega bo‘lgan elektron orbitallar hosil bo‘ladi. Gibrid orbital asimmetrik va yadrodan bir tomonga qattiq cho‘zilgan bo‘ladi.
bog‘lanish gibridmas sof s- va p- orbitallarning elektronlari ishtirokida hosil bo‘lgan bog‘lanishdan puxtaroq bo‘ladi, chunki gibridlanishda orbitallar bir-birini ko‘proq qoplaydi. Muayyan atomning bog‘lanishlari hosil bo‘lishida turli tipdagi elektronlar
2 Raymond Chang. General Chemistry: The Essential Concepts. 5 edition, England 2013. 313-314- betlar. (bizning misolimizda s- va p- elektronlar) ishtirok etganda gibridlanish amalga oshadi. Bunda gibrid orbitallar soni dastlabki orbitallar soniga teng bo‘ladi. Shunday qilib, BeCl 2 molekulasida kimyoviy bog‘lanish hosil bo‘lishida markaziy atomning, ya’ni berilliyning bitta s- va bitta pelektroni ishtirok etadi. Bu holda orbitallarning sp- gibridlanishi (es-pe-gibridlanish, deb o‘qiladi) sodir bo‘ladi (3.3- rasm). Ikkita gibrid orbital bir-biriga nisbatan 180° li burchak ostida joylashadi, ya’ni BeCl2 molekulasi chiziqsimon shaklda—uchala atomning hammasi bir chiziqda joylashgan (3.4- rasm).
Bor xlorid BCl 3, molekulasida markaziy atom orbitallari sp 2 -gibridlanadi (es- pe-ikki gibridlanish, deb o‘qiladi). Bor atomida (elektron tuzilishi 1s 2 2s 2 2p 1 ,
2 2s
1 2p 2 ) gibridlanishda bitta va ikkita p- elektronlar orbitallari ishtirok etadi; buning natijasida birbiriga nisbatan 120° li burchak ostida joylashgan uchta gibrid orbitallar hosil bo‘ladi (3.5-rasm). BCl 3 molekulasi markazida B atomi joylashgan yassi teng tomonli uchburchak shaklida bo‘ladi. Gibrid orbitallarning o‘qlari orasidagi burchak 120° ni tashkil etadi, to‘rtta atomning hammasi bitta tekislikda yotadi (3.6- rasm). SO 3 , CH 2 =CH
2 SO
2 , NO
2 , H
2 SO 3 va HNO
2 molekulalarida kuzatiladi 3 .
Metan molekulasi hosil bo‘lishida uglerod atomi qo‘zg‘algan holatga o‘tadi, bunda juftlashgan 2s 2 - elektronlar bir-biridan ajraladi, ya’ni ikki elektron bulut bir elektronli bulutlarga aylanadi.
3 Raymond Chang. General Chemistry: The Essential Concepts. 5 edition, England 2013. 315-316- betlar. Sxemadan ko‘rinib turibdiki, uglerod atomining asosiy holatida juftlashmagan ikkita elektroni bo‘ladi (2 valentli), qo‘zg‘algan holatida esa (yulduzcha bilan belgilangan)—to‘rtta elektroni bo‘ladi (4 valentli) va vodorodning 4 ta atomini biriktirib olishi mumkin:
Metan molekulasi hosil bo‘lishida uglerod atomida bitta s- va uchta p- elektronlarning orbitallari gibridlanadi hamda to‘rtta bir xil gibrid orbitallar hosil bo‘ladi(3.7- rasm). Bunday gibridlanish sp 3 -gibridlanish deyiladi (es-pe-uch gibridlanish, deb o‘qiladi). Gibrid orbitallarining o‘qlari orasidagi valent burchak 109°28′ ga teng. Uglerod atomining to‘rtta gibrid sp 3 - orbitallari bilan to‘rtta vodorod atomi sorbitallarini bir-birini qoplashi natijasida to‘rtta bir xil bog‘lanishli mustahkam metan molekulasi hosil bo‘ladi (3.8- rasm).
Metan va uglerod(IV ) xlorid, CCl 4 , CF 4 , CH
4 , HClO
4 , H
2 SO 4 , H 3 PO 4
molekulalarida esa bog`lanish hosil qilishda markaziy atom uglerod bo’lib, u ko’zalgan holatda bir s va uchta p elektronga ega. Shuning uchun ham metanda markaziy atom sp 3 (3.8-rasm) gibridlangan.
3 gibrid orbitallarining fazoda joylashishi Molekula tetraedrik tuzilishga ega, valent burchaklar bo’lsa 109 o 28′ ni tashkil etadi. Markaziy atomdagi bo’linmagan elektronlar juftining molekula tuzilishiga ta’siri. Metan, suv va ammiak molekulalari (3.10-rasm) valent burchaklar qiymati metanda 109 o 28′, ammiakda 107,5 o va suvda 104,5 o . Valent bolanishlar nazariyasiga ko’ra buning sababi, markaziy atomdagi bo’linmagan elektron juftlarning ta’siridir. Ammiak va suv qatorida markaziy atomdagi bo’linmagan elektronlar jufti bir juftdan to ikki juftgacha ortadi. Ana shu tufayli valent burchaklarda kiskarish kuzatiladi 4 . Markaziy atomning gibridlanishi va undagi bo’linmagan elektronlarning molekula tuzilishiga ta’siri -jadvalda keltirilgan.
bo`lishi. Turli molekulalarning geometrik shakli va gibridlanish turi
sp sp sp sp 2
sp 2
sp 2
sp 2
sp 3 sp 3
sp 3
sp 3
sp 3
sp 3
2
3 d sp 3 d 2 CHiziqli CHiziqli CHiziqli Tekis uchburchak Burchakli Burchakli Burchakli Burchakli Burchakli Trigonal piramida Trigonal piramida
Tetraedr Tetraedr
Tekis kvadrat Triginal bipiramida oktaedr
A-E-A A-E-A
A-E-B EA
3 EA
2 (:) EA2(:) AEB (:) EA
2 (:) EA 3
EAB(::) EA 3 (:) EA 3 ( : )
EA 4
EABCD
EA 2 B 2 EA 5 EA 6
180 180
180 120
120, 130 120 dan kam 120 104,5
104, 111 107,3
104,5; 100 106
109 o 28 109
o 28
F-Be-F O=C=O H-C
N BCl 3 ,SO
3 ,BF
3
SO 2 NO 2 H 2 SO 3
[NO 2 ] -
H 2 O HOCl,HClO 2
NH 3 , H 3 O + ,PCl 3
HClO 3
CH 4 ,CF 4 ,CCl
4 , SiH 4 ,SiCl
4
HClO 4 ,H 3 PO 4
H 2 SO 4 [Pt(NH
3 ) 2 Cl 2 ] PF 5 ,PCl 5
K 3 [FeCN]
6
Ba 2 [XeO
6 ]
4 Raymond Chang. General Chemistry: The Essential Concepts. 5 edition, England 2013. 328-329- betlar. 2. Valent bog’lanish metodi, elektron orbitallarning gibridlanish haqidagi g’oyalarga asoslanib moddalarning tuzilishi, molekulalarda valent bog’larning yo’nalishi va ko’pgina moddalarning molekulyar geometriyasini izoxlab bera oladi. Ammo ba’zi moddalarning tuzilishini bu nazariya asosida izohlab bermaydi. Ma’lum bo’lishicha ba’zi moddalarda elektron juftlar yordamisiz bog’lanish hosil bo’lishi aniqlandi. Masalan, XIX asrning oxirida Tomson vodorodni elektron oqimi bilan bombardimon qilish natijasida hosil bo’lgan molekulyar vodorod ioni H + 2 tarkibida faqat birgina elektron bor. Bu zarrachada yadrolararo masofa 1,06 A0 (0,106 nm), uning bog’lanish energiyasi 256 kJ∙mol-1 va H 2 + molekula ancha barqaror zarrachadir. Shuning uchun yadro, ikki yadro bir-biri bilan birgina elektron orqali bog’lana oladi, ya’ni bir elektronli bog’lanish ham mumkin ekan degan xulosaga kelish mumkin. Tekshirishlardan ma’lumki, faqat takibida toq elektron bo’lgan molekulalar magnitga tortiladi. Kislorod qattiq holatda magnitga tortiladi. Vaholanki, kislarodda toq elektronlar yo’q, ammo u magnitga tortiladi. Valent bog’lanishlar metodi kislarodning magnit hossalarini izohlay olmaydi. Vodorod molekulasining hosil bo’lishini kvantlar mexanikasi asosida izohlash uchun V.Geytler va F.London 1927 yilda taklif qilgan va L.Poling rivojlantirgan. Valent bog’lanishlar metodini quyidagi 2 prinsip orqali tushuntirish mumkin: Birinchi prinsip: Lokallashgan elektron bulutlari bog’larni hosil qiladi, atom orbitallar bir-birining ustini qoplaydi. Qarama-qarshi spinli elektron orbitallari bir- birini qoplaganda atom orbitallari orasida eng yuqori elektron bulut zichligi hosil bo’lib yadrolar tortishadigan zaryadlar hosil qiladi va sistema energiyasi kamayib bog’ hosil bo’ladi.
hosil bo’lishi ya‘ni, atom orbitallari qancha kuchli bir-birini shu yo’nalish bo`ylab hosil bo’ladi 5 . Atom orbitallar metodi elektron juftlarsiz bog`lanish hosil bo`lishini tushuntira olmaydi. 2. Bu hodisalarni tushintirish uchun molekulyar orbitallar (MO) nazariyasi yordamga keladi. Xund va Milliken bu nazariyani asoschilari hisoblanadi. MO nazariyasini yaratishda atomning elektron tuzilishi haqidagi kvant mehanik tasavvurlarni molekula tuzilish uchun xam qo’llash zarur deb topildi. Farqi shundaki, atom bir markazli (bir yadrosi) sistema bo’lsa, molekula ko’p markazli sistemadir. Demak, bu nazariyaga ko’ra har qaysi elektron molekuladagi barcha yadro va ko’p markazli orbitalar ta’sirida bo’lishi e’tiborga olinadi.
5 Raymond Chang. General Chemistry: The Essential Concepts. 5 edition, England 2013. 325-327- betlar. Bu metodga asosan molekula bir butun (kompleks) deb qaraladi va hamma elektronlar ham butun molekula uchun umumiy bo’ladi. Atomlardagi atom orbitalligi, molekulalarda molekulyar orbitallar bo’lishi kerak. Atom orbitallari: s, p, d, f Molekulyar orbitallari: ,
, , φ bilan belgilanadi. Molekulyar orbitallar ham Pauli principi va Xund av Klechkovskiy qoidalariga asosan hosil bo’ladi. Atom orbitallari bir xil markazli, molekulyar orbitallar esa ko’p markazi (mnogosentrovoy) shuning uchun ularning formasi murakkabroq. Atom orbitaldan molekulyar orbital hosil bo’lishi uchun: 1. Ularning energiyasi yaqin bo’lishi kerak. 2. Orbitallari bir-birini ko’proq qoplashi kerak (0,7-0,8%). 3. Molekulada bog’lanish chizig’iga nisbatan bir xil simmetriyada bo’lishi kerak. Agar elektron harakati simmetrik funksiya bilan ifodalansa, molekulyar orbital va atom orbitallarning yadrolarida zaryadlarining bir-biriga qoplanishi hisobiga bo’ladi shuning uchun bu molekula energiyasi atom orbitallaridagi energiyadan kam bo’ladi. Bu vaqtdagi atom orbitallarini bog’lovchi (svyazivayushiy) orbital deb ataladi.
6
Agar molekulyar orbitallar hosil bo’lishida elektron harakati antisimmetrik funksiya bilan ifodalansa, atom orbitallari elektron bulut kontsentraciyasi yadrolaridan tashqarida hosil bo’lsa, unda nolga teng bo’ladi. Bu molekulyar orbitallar energiyasi dastlabki atom orbitallar energiyasidan yuqori bo’ladi va uni,
Molekulyar orbitallar nazariyasining asoschilari Hund va Malliken hisoblanadi, bu nazariyaga ko`ra har qaysi electron molekuladagi barcha yadro va ko`p markazli orbitallar ta’sirida bo`lishi e’tiborga olinadi. Atom orbitallarning chiziqli kombinaciya usuli (AOChK) eng ko`p qo`llaniladi. Agar biz tarkibida 1 ta electron va 2 ta yadro bo`lga molekulani nazarda tutsak, ayni sistemada elektronning harakatini ikkita funkciya bilan ifpodalash mumkin bo`ladi. Birinchisi:
2 1 1 Ikkinchisi: B A C С 2 1 2
6
General chemistry : the essential concepts / Raymond Chang. – 5th ed Bunda, C 1 va C 2 – o`zgarmas koeffisiyentlar, ψ 1 va ψ
2 -ayni elektronning 1- va 2- yadroga oid funksiyalari, ya’ni ψ 1 - simmetrik, ψ 2 -antisimmetrik funksiyalar. Molekulyar orbitallar metodida kimyoviy bog`lanishning hosil bo`lishi
elektronlar sonidan bo`shashtiruvchi orbitallardagi elektronlar sonini ayirib, natijani ikkiga bo`linadi. 2 ` ` sh bo bog n n N Agar N ning qiymati noldan kata bo`lsa, u holda ikki atom ta’sirlashganda molekulalar hosil bo`ladi. Agar N ning qiymati nolga teng yoki noldan kichik bo`lsa molekula hosil bo`lmaydi 7 .
Masalan, 2 2 4 2 4 8 2 O N 3 2 6 2 4 10 2 N N 1 2 0 2 2 H N
Kislorod molekulasining hosil bo`lishida atomlarning 2s 2 2p 4 elektronlari ishtirok etadi:
Kislorod molekulasining 2π bo`sh orbitalida faqat 2 ta p-elektron bor, vaholanki bu orbitalda 4 ta elektron bo`lishi mumkin edi. Shu sababli Hund qoidasiga ko`ra 2 ta 2π bo`shashtiruvchi orbitalda 2p-elektron parallel spinlarga aga bo`lishi kerak. 2 ta toq elektroni borligi uchun kislorod paramagnit modda bo`lib, suyuq va kristall holda magnitga tortiladi 8 .
Rasm. Suyuq
va qattiq
holdagi kislorodning paramagnitlik xususiyati. 2 ta parallel spinli elektronlar hisobidan.
7 Аҳмеров Қ., Жалилов А., Сайфутдинов Р. Умумий ва анорганик кимё. Т.: Ўзбекистон. 2003. 134-138 бетлар.
8
Yoki, quyidagicha ifodalash mumkin:
H 2 molekula uchun energetik holatni quyidagicha yozish mumkin 9
Rasm 1.
Molekulyar
vodorod molekulasining hosil bo’lishi. Rasm 2. Vodorod ionini hosil bo’lishi. molekulasining hosil bo’lishi.
Bundan tashqari CO molekulasining MO metodi yordamida hosil bo`lishini ko`rish mumkin. CO molekulasida 6 ta bog`lovchi elektronlar borligi sababli, BT=3ga teng bo`ladi.
9 General chemistry : the essential concepts / Raymond Chang. – 5th e d. 343-348-betlar. Bundan tashqari NH 3 molekulasining MO metodi yordamida hosil bo`lishini ko`rish mumkin: Ammiak molekulasida azotning 1s-, 2s- orbitallarining energiyasi past ekanligini hisobga olib, undagi elektronlar bog`lanmaydi deb hisobga olsak, barcha orbitallarning soni 8 ta 5 ta azotda, 3 ta vododrodda, ulardan 3 ta bog`lovchi, uchta bo`shashtiruvchi, 2 ta bog`lanmaydigan MO hosil bo`ladi. Bu molekulada BT=3 ga teng
10 .
10
Парпиев Н.А., Раҳимов Ҳ.Р., Муфтахов А.Г. Анорганик кимё назарий асослари. Т.: Ўзбекистон. 2000. 179-186 бетлар.
Nazorat savollari: 1. Gibridlanish deganda nimani tushunish mumkin? 2. Gibridlanish qanday turlari mavjud? 3. sp-gibridlanish qanday hosil bo`ladi? 4. sp 2
5. Sp 3 -gibridlanish qanday hosil bo`ladi? 6. MO metodi qanday xususiyatlarga ega? 7. MO ning afzalligi nimada? 8. MO molekulalarning qaysi xususiyatlarini aniqlashga yordam beradi? 9. Oddiy va murakkab molekulalarning MO orqali hosil bo`lishida qanday farq kuzatiladi? 10. CO va HF hosil bo`lishini qanday izohlash mumkin? Foydalanilgan adabiyotlar: 1. Raymond Chang. General Chemistry: The Essential Concepts. 5 edition, England 2013. 313-340- betlar. 2. Парпиев Н.А., Раҳимов Ҳ.Р., Муфтахов А.Г. Анорганик кимё назарий асослари. Т.: Ўзбекистон. 2000. 179-186 бетлар. 3. Toshpulatov Yu.T., Raxmatullayev N.G. Anorganik kimyo (nazariy asoslari). T.: TDPU. 2005. 92-94-betlar. 4. Аҳмеров Қ., Жалилов А., Сайфутдинов Р. Умумий ва анорганик кимё. Т.: Ўзбекистон. 2003. 134-138 бетлар. Download 0.69 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|