Anorganik kimyo

atomi  qo'zg'algan  holatga o'tganda 

2

s holatda bir elektronga va 

2

p 

holatda bir elektronga ega bo'lib,  bu  elektron bulutlarning qo'shi- 

lishidan sp gibridlanish yuzaga  keladi.  Shunday qilib, berilliy xlorid 

molekulasi chiziqli tuzilishga ega. Valent bog'lar orasidagi  burchak 

180°  Shu tariqa yuzaga  kelgan  bog'Ianish sp-gibridlanish  (17- va 

18-rasmlar)  deyiladi.

17-rasm.

  BeF2  molekulasining hosil  bo'lishida  2s-  va  2p-orbitalIarining  qoplashi.

18-rasm.

  sp-gibrid  orbitallarining  alohida  hosil  bo'lish  sxemasi.

sp2 gibridlanish. 

Bor ftorid molekulasida esa  Is va 2p orbitaldan 

uchta  yangi  sp

2

  gibrid  orbitallar  hosil  bo'ladi.  Bu  yerda  bog'lar 

orasida  hosil bo'ladigan  burchak  120° bo'ladi.  Agar gibridlanish 

bitta 

s

  va  ikkita 

p

  orbitallar  ishtirokida  hosil  bo'lsa,  bunday 

gibridlanish  sp

2

  gibridlanish  deyiladi  (19-rasm).  BC13,  S 0 3, 

CH

2

=C H

2

  molekulalarida  sp

2

 gibridlanish  mavjud.

sp3-gibridlanish. 

Metan  va  uglerod  (IV)  xlorid  molekula­

larida esa bog'Ianish hosil qilishda markaziy atom uglerod bo'lib, 

u  qo'zg'algan  holatda  bir 

s

 va  uchta 

p

  elektronga  ega.  Shuning 

uchun  ham  metanda  markaziy atom  sp

3

 gibridlangan.  Molekula 

tetraedrik  tuzilishga  ega,  valent  burchaklar  esa  109°28'  ni 

tashkil  etadi.

(s+p+p)  orbital 

3  ta  sp

2

  orbital

(s+p+p+p)  orbital 

4  ta  sp

3

  orbital

19-rasm.

  Valent orbitallarining  gibridlanishi.

Markaziy  atomdagi  bo‘linmagan  elektronlar juftining  mole­

kula  tuzilishiga  ta’siri. 

Metan,  suv  va  ammiak  molekulalari 

(20-rasm) valent burchaklar qiymati  metanda  109°28',  ammiakda 

107,5° va suvda  104,5°

Valent bog'lanishlar 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 qisqarish kuzatiladi.  Markaziy atomning gibridlanishi 

va undagi bo'linmagan elektronlaming molekula tuzilishiga ta’siri 

23-jadvalda keltirilgan.

sp-  gibridlanish  kuzatilgan  BeF:,  C 0

2

  molekulalari  chiziqli 

tuzilishga ega valent burchaklar  180° ga teng. Agar markaziy atom

20-rasm.

  Metan,  suv va  ammiak  molekulasidagi  kimyoviy 

bog'larning  hosil  bo'lishi.

atrofida  EA

3

  holatda bog'Ianish amalga oshsa,  markaziy atomning 

hosil  qilgan  burchaklari  tekis uchburchak bo'lib,  burchak 

1 2 0

° ga 

teng.  Bunday  molekulalar,  odatda,  qutbsiz tabiatga ega.  Masalan, 

BF3,  S 0

3

  va  boshqalar.

2 3 - j a d v a l

Turli  molekulalarning geometrik shakli  va gibridlanish  turi

Gib­

ridi.

turi

Molerkulaning

geometrik

shakli

Markaziy

atomning

joylanishi*

Valent 

burchak,  о

Misollar

sp

Chiziqli

A-E-A

180

F-Be-F

sp

Chiziqli

A-E-A

180

o = c = o

sp

Chiziqli

A-E-B

180

H-C  N

sp

2

Tekis

EA.

1 2 0

b c i

3,  s o ,.

uchburchak

BF,

sp

2

Burch akli

EA,(:)

1 2 0

  dan

s o

2

ea

;

o

)

kam

sp

2

Burchakli

AEB  (:)

130

H ,s o

3

sp

2

Burch akli

EA,(:)

1 2 0

  dan

[N 0

2

1-

sp

3

Burchakli

EA3(::)

kam

sp

3

Burchakli

EAB(:-.)

1 2 0

sp 3

Trigonal

EA3(:)

104,5

h

2

o

sp

3

piramida

EA3(::)

104,

HOC1

Trigonal

107,3

NH ,,

sp

3

piramida

104,5;

H

3

0 +,  PC1

3

100

HC10

3

sp

3

Tetraedr

h a

4

106

CH4,  CF4,

109°28

CCI4,

Tetraedr

SiH4,  SiCI

4

EABCD

HC104,

109°28

н ,Р 0

4

dsp

2

Tekis  kvadrat

EA,B,

H

2

S 0

4

sp3d

Triginal

E A /

[Pt(NH

3

)

2

CI,]

sp

3

d

2

bipiramida

EA

6

PF5,  PCL

oktaedr

K,[FeCN

] 6

BaJXeOJ

(:)  bo'linmagan  elektronlar  jufti.

Agar markaziy atom atrofida ikkita bir xil atom joylashgan va 

markaziy  atomda  bir  juft  bo'linmagan  elektron  mavjud  (’.EA^

bo‘lsa,  burchaklar ozgarib molekula qutbli  bo‘lib qoladi.  Shunday 

bog'Ianish  S 0 2,  N 0 2,  H

2

S 0

3

 va  H N 0

2

 molekulalarida kuzatiladi.

sp

3

  gibridlanish  markaziy  atom  to'rtta  bir  xil  yoki  har  xil 

atomlar  bilan  o'ralganda  va  bog'lanmagan  elektronlar  jufti 

bo'lmaganda  hosil  bo'lsa  (CC14,  CF4,  CH4,  HC104,  H

2

S 0 4, 

H

3

P 0 4),  markaziy atom atrofida undan kamroq atomlar joylashsa 

ham  gibridlanish  sp3,  lekin  markaziy  atomdagi  bo'linmagan 

elektronlar jufti  hisobiga  valent burchaklarda o'zgarish  kuzatiladi 

(N H 3,  HC10,  HC102,  H

3

0 +,  PC13).

11.4.  Kimyoviy  bog‘ning  asosiy  tavsiflari

Kimyoviy  bog'ni  tavsiflaydigan  kattalikar  qatoriga  bog'ning 

uzunligi, bog'lar orasidagi burchak (valent burchaklar), bog'Ianish 

energiyasi va bog'Ianish tartibi  kiradi.

Bog'ning  uzunligi  bog'lanishda  ishtirok  etgan  atomlarning 

yadrolari  orasidagi  masofadir.  Bog'larning  uzunligi  nanometrda

о

(nm)  yoki  A  da o'lchanadi.

Atomlardagi  bog'lanishda  bir  atom  turli  xil  atomlar  bilan 

bog'langan  bo'lsa,  ularning  uzunligi  ham  o'zgaradi.  Masalan, 

C—F,  C—Cl,  С—Br,  С—I  bog'larida  eng  qisqa  bog'  C—F 

hisoblanib, uning uzunligi 0,138  nm, eng uzuni esa С—I hisoblanib, 

uning  uzunligi  0,214  nm  ga  teng.  Atomlar  orasidagi  bog'larning 

soni  ortgani  sari  ularning  qisqarishi  ko'rinib  turibdi  (23-jadvalga 

qarang).  Agar  oddiy  bog',  qo'sh  bog'  va  uch  bog'  solishtirilsa 

ularning  ichida  eng  qisqasi  uch  bog'  hisoblanadi  (С—С  da  0,154 

nm dan C=C da 0,120 nm  gacha o'zgaradi). Oddiy va qo'sh bog'lar­

ning o'zgarishi C—F,  H—H,  0 = 0  va N=N qatorda hisobga olinsa, 

bog'larning uzunligi 0,142; 0,074; 0,0121; 0,110 nm gacha kamayadi.

Bog'larni  hosil  qilishda  har  xil  atomlar  qatnashganda  ham 

ularning  orasidagi  bog'lar  uzunligi  har  xil  ekanligini  ko'rish 

mumkin:  С—О,  О—H,  S = 0 ,  N —H,  N = 0   bog'larining uzunligi 

mos  ravishda  0,116;  0,095;  0,143;  0,101;  0,115  nm  ni  tashkil  etadi.

Kimyoviy bog'ni  uzish uchun  zarur bo'ladigan eng kam  ener­

giyaga bog'Ianish energiyasi deyiladi.

Bog'Ianish  energiyasi  kJ/molda  o'lchanadi.  Bog'Ianish  ener­

giyasi qancha katta bo'lsa, bog' shuncha mustahkamdir. Agar oddiy, 

qo'sh bog'  va uch bog'  solishtirilsa ularning  ichida eng bog'Ianish 

eneigiyasi yuqorisi va mustahkami uch bog'  hisoblanadi.  Masalan, 

С—С,  C =C ,  О С   qatorida 486,2  kJ/mil dan 945,3  kJ/mol gacha 

o'zgaradi.  Agar  bog'lanuvchi  atomlarning  turi  o'zgarishi  bilan 

bog'ning barqarorligi  ham o'zgaradi.  Masalan, C—F va С—I bog'- 

larining  barqarorligi  solishtirilsa,  ularning  ichida  eng  barqarori 

C—F  bog'idir  (486,1  kJ/mol).

Kimyoviy  bog'lanishlar  orasidagi  burchak  valent  burchaklar 

deyiladi.

Kimyoviy  bog'lanishlar  yoki  valent  burchaklar  moleku- 

lalarning  fazoviy  tuzilishiga  bog'liq.  Molekulada  bog'lanmagan 

elektronlar  juftini  bo'lishi  valent  burchaklarga  ta’sir  etadi  (

2 0

- 

rasmga qarang).

Masalan,  suv  burchakli  tuzilishga  ega.  Valent  burchaklar 

104,5°  Suv  molekulasida  ikki juft bo'linmagan  elektronlar jufti 

bor.  Ammiakda  bo'linmagan  elektronlar  jufti  faqat  bir  juft, 

shunung  uchun  valent burchaklar  107,5°  Metan  molekulasida 

bo'lsa,  bo'linmagan  elektronlar  jufti  yo'q  shu  tufayli  valent 

burchaklar  109°28'  Markaziy  atomdagi  bo'linmagan  elek­

tronlar juftini  ortishi  valent  burchaklarning  kamayishiga  olib 

kelar  ekan.

2 4 - j a d v a l

Kimyoviy bog'larning uzunligi va bog'Ianish energiyasi

Bog'Ianish

Birikmalar

Bog'larning

Bog'Ianish

turlari

uzunligi,  nm

energiyasi,  kJ/mol

C -C

alkanlar

0,154

486,2

c = c

alkenlar

0,134

587,3

c = c

alkinlar

0 , 1 2 0

822,1

F - F

F,

0,142

155

H - H

H,

0,074

436

0 = 0

O,

0 , 1 2 1

493,6

N=N

N ,

0 , 1 1 0

945,3

C - F

C -C l

C -B r

C - I

CHF

3

CHCI,

CBr/

CI,

0,138

0,176

0,194

0,214

486,1

316,8

264,4

197,3

C - 0

C

° 2

0,116

798,8

O -H

H

, 0

0,095

460,2

s = o

S 0

2

0,143

526,2

N - H

n h

2

0 , 1 0 1

384,6

N

= 0

NO

0,115

624,5

Atomlarning  orasidagi  bog'lanishlar  soni  bog'ning  karra- 

ligidir.  Bunday  bog'lanishlar  bir  bog‘,  ikki  bog'(qo'sh  bog‘) 

yoki  uch  bog'  bo'lishi  mumkin.  Bog'Ianish karraligining  ortishi 

bog'ning qisqarishiga va uning bog'Ianish  energiyasining ortishiga 

olib  keladi.  Oddiy  bog'dan  ko'ra  qo'sh  bog',  undan  ko'ra  uch 

bog'ning  uzulishi  qiyin.  Shuning  uchun  ham  azot  molekulasi 

kimyoviy reaksiyalarga qiyin  kirishadi.  Uni uzish  ancha  mushkul 

hisoblanadi.

11.5.  Molekular  orbitallar  usuli

Valent  bog'lanishlar  usuli,  elektron  orbitallaming  gibrid­

lanish  usuli  bilan uyg'unlashgan holda turli-tuman moddalarning 

tuzilishi,  molekuladagi  valent  bog'larning  yo'nalishi,  mole- 

kulalarning  geometriyasini  juda  ko'p  moddalar  uchun  to'g'ri 

tushuntiradi. Valent bog'lanishlar usuli  quyidagi  kamchiliklarga 

ega:

—  ba’zi  moddalarda  elektron  juftlar  yordamisiz  bog'Ianish 

yuzaga  kelib  chiqadi.  Masalan,  XIX  asming  oxirida  Tomson 

molekular vodorod  ionini  vodorod  (H2+)molekulasini  elektronlar 

bilan  bombardimon  qilib  oldi.  Bunga  asoslanib  2  yadro  bir-biri 

bilan birgina elektron yordamida bog'lana oladi degan xulosa kelib 

chiqadi;

—  tarkibida  toq  elektronlar  bo'lgan  moddalargina  magnitga 

tortiladi.  Kislorodni  valent  bog'lanishlar usuliga  asoslanib,  unda

toq elektronlar borligini  ko'rsata olmaymiz.  Lekin kislorod qattiq 

holda magnitga tortiladi.  Buni valent bog'lanishlar usuli tushuntirib 

beraolmaydi;

—  erkin  radikallar  tarkibida  ham  juftlashmagan  elektronlar 

bo'ladi;

— benzolga o'xshash aromatik uglevodorodlarning tuzilishini 

valent bog'lanishlar tushuntirib  bera  olmaydi.

Molekula  hosil  bo'lishida  toq elektronlaming  rolini  ko'rsa- 

tadigan  nazariya  1932-yilda  Xund  va  Malliken  tomonidan 

yaratilgan  bo'lib,  bu  nazariya  molekular  orbitallar  nazariyasi 

nomini oldi.

Molekular  orbitallar  nazariyasini  yaratishda  atom  orbital­

laming  tuzilishi  haqidagi  kvant-mexanik  tasawurlami  molekula 

tuzilishi  uchun  qo'llash  mumkin  deb  hisoblandi.

Farqi  shundaki,  atom  bir  markazli  (bir  yadroli)  sistema 

bo'lsa,  molekula  ko'p  markazli  sistemadir.  Bu  nazariyaga  ko'ra, 

har  qaysi  elektron  molekuladagi  barcha  yadro  va  ko'p  markazli 

orbitallar ta’sirida bo'lishi e ’tiborga olinadi.

Molekular  orbitallar  (M O)  usulining  bir  necha  turlari 

bor. Atom orbitallarining chiziqli  kombinatsiya usuli  ( AOCHK) 

eng  ko'p  qo'llaniladi.  Bu  usulda  elektronning  molekular to 'l­

qin funksiyasi,  o'sha  molekulani  tashkil  etgan barcha atomlar­

dagi  elektronlaming  to'lqin  funksiyalaridan  kelib  chiqadigan 

chiziqli  kombinatsiya,  ya’ni  molekular orbitallarni  tasvirlovchi 

funksiyalarni  molekulani  tashkil  etgan  atomning  funksiya- 

larini  bir-biriga  qo'shish  va  bir-biridan  ayirish  natijasida 

topiladi.

Agar biz tarkibida bitta elektron va ikkita yadro bo'lgan moleku­

lani nazarda tutsak, ayni sistemada elektron harakatini  ikkita to'lqin 

funksiya bilan  izohlash  mumkin.

Bog'lovchi simmetrik funksiya: 

co

1

  =  

C , ( p ,  

+ 

C

2

cp

2

Bo'shashtiruvchi  antisimmetrik  funksiya:  co

2

  =  

C ^ , — C

2

cp

2

C , ,   C

2

 

—  koeffitsiyentlar;  cpp 

cp2 

—  ayni  elektronning  birin­

chi va ikkinchi yadroga oid  to'lqin funksiyalari;  w,  — simmetrik 

funksiya.

b>

  J»  1  

г;А

-

A

t

-

21-rasm.

  ls-atom   orbitallardan  bog'lovchi  (chapdagi  a  va b)  va 

bo'shashtiruvchi  (o'ngdagi  d  va  e)  orbitallaming  hosil  bo'lishi.

1

-simmetrik  funksiya  (

2 1

-  a  va  b  rasm); 

2

-  antisimmetrik 

funksiya 

( 2 1

 -  d va  e  rasm).

Agar elektron bog‘lanayotgan atomlar yadrolaridan tashqarida 

joylashgan bo‘lsa, elektron bulut yadrolar orasida zichlana olmaydi, 

binobarin yadrolar bir-biridan uzoqlashadi.  Elektronning bunday 

holatiga  bo‘shashtiruvchi  orbital  (

2 2

-  e,  f,  g  rasm)  mos  keladi. 

Bunday molekular orbitalda ikkita yadro oralig‘ida elektronlaming 

zichligi juda kichik bo‘ladi. Bunday orbital  molekulaning turg‘un- 

ligini kamaytiradi.

22-rasm.

  Ikki  atomli molekulalarning molekular  orbitallari: 

a, b, d —

 

bog'lovchi 

cp  —  molekular orbitallar; 

e, f g

  — 

bo'shashtiruvchi ap —molekular  orbitallar; 

d —

  bog'lovchi 

n -

 va  с  —  bo'shashtiruvchi 

—  orbitallar.

Agar  elektronning  harakati  simmetrik  funksiya  bilan  ifoda- 

lansa,  elektron  buluti  yadrolar orasida juda zich  holatni  egallaydi 

(

2 2

-  a,  b,  d  rasm),  buning  natijasida yadrolar bir-biriga  tortiladi 

va  ular  o ‘zaro  birikadi.  Bu  orbital  bog'lovchi  orbital  deb  atalib, 

bir  xil  zaryadga  ega  bo‘lgan  zarrachalar  -  yadrolarni  bir-biridan 

itarilishini  kuchsizlantirib,  kimyoviy  bog'lanishni  kuchaytiradi.

Molekulaning  barqaror yoki  barqaror emasligi  uning  tarki­

bidagi  bog'lovchi  va  bo'shashtiruvchi  elektron  orbitallaming 

nisbiy miqdoriga bog'liq bo'ladi. Agar sistemada birgina bo'shash­

tiruvchi  orbital hosil bo'lsa,  u  bir bog'lovchi  orbitalning ta’sirini 

yo'q qiladi.

Molekular  orbitallar  usulida  molekula  tarkibidagi  elektron­

laming o'zaro ta’siri e’tiborga olinmaydi. Atomda har qaysi elektron 

orbital  s,  p,  d,  f   harflar  bilan  ifodalangani  kabi,  molekular 

orbitallar ham ст, 

n, X

  va  harflari bilan belgilanadi. Atom orbitaldagi 

elektronning energiyasi.bosh va orbital kvant sonlarga bog'liq bo'lib, 

magnit kvant songa bog'liq emas.  Molekular orbitaldagi elektron­

ning  energiyasi  ayni  orbitalning  yo'nalishiga,  ya’ni  magnit kvant 

songa ham bog'liq, chunki  molekulada yadrolarni bir-biriga bog'lab 

turgan yo'nalish boshqa yo'nalishlardan farq qiladi.

Molekulada elektronning harakat momenti proyeksiyasini atom 

yadrolarini bo'shashtiruvchi o'qqa nisbatan kattaligini xarakterlash 

uchun  magnit  kvant  soni 

m

  ga  o'xshash  molekular  kvant  son 

X

  kiritilgan. 

X

  =   0,  bunday  holat 

a-

  holat  deyiladi,  bu  holatni 

qabul  qiladigan elektronlaming  maksimal soni 

2

 ga teng.

X  =

  ±1  bo'lsa, 

t i -  

holat deyiladi.  Bu  holatda eng  ko'pi  bilan 

6

  ta  elektron joylanishi  mumkin.

Molekular orbitallaming  elektronlar bilan  to'lib borishi  ham 

xuddi  atom orbitallardagi kabi  Pauli prinsipiga va Xund qoidasiga 

bo'ysunadi.  MO usulida bog'lovchi  orbitallardagi elektronlar soni