Kimyoviy bog'lanish tushunchasi fan sifatida kimyoning turli sohalarida kichik ahamiyatga ega emas. Buning sababi shundaki, uning yordami bilan alohida atomlar molekulalarga birlasha oladi va har xil moddalarni hosil qiladi, bu esa o'z navbatida kimyoviy tadqiqotlar mavzusidir.
Atom va molekulalarning xilma-xilligi ular oʻrtasida har xil turdagi bogʻlanishlarning paydo boʻlishi bilan bogʻliq. Molekulalarning har xil sinflari elektronlar taqsimotining oʻziga xos xususiyatlari, demak, bogʻlanish turlari bilan tavsiflanadi.
Asosiy tushunchalar
Kimyoviy bogʻlanish - atomlarning bogʻlanishiga olib keladigan oʻzaro taʼsirlar yigʻindisi boʻlib, ular murakkabroq tuzilishdagi barqaror zarrachalar (molekulalar, ionlar, radikallar), shuningdek agregatlar (kristallar, oynalar va boshqalar) hosil boʻladi. Ushbu o'zaro ta'sirlarning tabiati elektr tabiatiga ega va ular yaqinlashib kelayotgan atomlarda valentlik elektronlarini taqsimlash jarayonida paydo bo'ladi.
Valentlik odatda atomning boshqa atomlar bilan ma'lum miqdordagi bog'lanish qobiliyati deb ataladi. Ionli birikmalarda valentlik qiymati sifatida berilgan yoki biriktirilgan elektronlar soni olinadi. DAkovalent birikmalarda u umumiy elektron juftlar soniga teng.
Oksidlanish darajasi deganda, agar barcha qutbli kovalent bogʻlanishlar ion boʻlsa, atomda boʻlishi mumkin boʻlgan shartli zaryad tushuniladi.
Bogʻlarning koʻpligi koʻrib chiqilayotgan atomlar orasidagi umumiy elektron juftlar soni.
Kimyoning turli sohalarida koʻrib chiqiladigan bogʻlanishlarni ikki xil kimyoviy bogʻlanishga boʻlish mumkin: yangi moddalar hosil boʻlishiga olib keladiganlar (molekulyar) va molekulalar oʻrtasida paydo boʻladiganlar (molekulalararo).
Asosiy aloqa xususiyatlari
Bogʻlanish energiyasi molekuladagi barcha mavjud aloqalarni uzish uchun zarur boʻlgan energiyadir. Bu, shuningdek, bog'lanish hosil bo'lishida ajralib chiqadigan energiyadir.
Bogʻ uzunligi - bu molekuladagi qoʻshni atom yadrolari orasidagi masofa boʻlib, unda tortishish va qaytarilish kuchlari muvozanatlanadi.
Atomlarning kimyoviy bogʻlanishining bu ikki xususiyati uning mustahkamligining oʻlchovidir: uzunligi qanchalik qisqa va energiya qanchalik katta boʻlsa, bogʻlanish shunchalik mustahkam boʻladi.
Bogʻlanish burchagi odatda atom yadrolari orqali bogʻlanish yoʻnalishida oʻtuvchi tasvirlangan chiziqlar orasidagi burchak deb ataladi.
Havolalarni tavsiflash usullari
Kvant mexanikasidan olingan kimyoviy bog'lanishni tushuntirishning eng keng tarqalgan ikkita yondashuvi:
Molekulyar orbitallar usuli. U molekulani atomlarning elektronlari va yadrolari to'plami deb hisoblaydi, har bir elektron boshqa barcha elektronlar va yadrolarning ta'sir maydonida harakat qiladi. Molekula orbital tuzilishga ega va uning barcha elektronlari shu orbitalar bo'ylab tarqalgan. Shuningdek, bu usul MO LCAO deb ataladi, bu "molekulyar orbital - atom orbitallarining chiziqli birikmasi" degan ma'noni anglatadi.
Valentlik bogʻlanish usuli. Molekulani ikkita markaziy molekulyar orbitallar tizimi sifatida ifodalaydi. Bundan tashqari, ularning har biri molekuladagi ikkita qo'shni atom o'rtasidagi bitta aloqaga mos keladi. Usul quyidagi qoidalarga asoslanadi:
- Kimyoviy bogʻlanishning hosil boʻlishi ikki koʻrib chiqilgan atomlar orasida joylashgan qarama-qarshi spinli elektronlar juftligi tomonidan amalga oshiriladi. Hosil bo'lgan elektron juftlik teng ravishda ikkita atomga tegishli.
- U yoki bu atom tomonidan hosil boʻlgan bogʻlar soni yerdagi va qoʻzgʻatilgan holatdagi juftlanmagan elektronlar soniga teng.
- Agar elektron juftlari bog’ hosil bo’lishida ishtirok etmasa, ular yolg’iz juftlar deyiladi.
Elektromanfiylik
Maddalardagi kimyoviy bog'lanish turini uning tarkibidagi atomlarning elektromanfiylik qiymatlari farqiga qarab aniqlash mumkin. Elektromanfiylik deganda atomlarning umumiy elektron juftlarini (elektron bulutini) jalb qilish qobiliyati tushuniladi, bu esa bog'lanish qutblanishiga olib keladi.
Kimyoviy elementlarning elektromanfiylik qiymatlarini aniqlashning turli usullari mavjud. Biroq, eng ko'p ishlatiladigan termodinamik ma'lumotlarga asoslangan shkala bo'lib, u 1932 yilda L. Pauling tomonidan taklif qilingan.
Atomlarning elektr manfiyligidagi farq qanchalik katta bo'lsa, uning ionligi shunchalik aniq bo'ladi. Aksincha, teng yoki yaqin elektronegativlik qiymatlari bog'lanishning kovalent xususiyatini ko'rsatadi. Boshqacha aytganda, ma'lum bir molekulada qaysi kimyoviy bog'lanish kuzatilganligini matematik tarzda aniqlash mumkin. Buni amalga oshirish uchun siz DX - atomlarning elektron manfiyligidagi farqni quyidagi formula bo'yicha hisoblashingiz kerak: DX=|X 1 -X 2 |.
- Agar DX>1, 7 bo'lsa, u holda bog' iondir.
- Agar 0,5≦DX≦1,7 bo’lsa, u holda kovalent bog’lanish qutblidir.
- Agar DX=0 yoki unga yaqin boʻlsa, u holda bogʻlanish kovalent qutbsizdir.
Ionik aloqa
Ionik - ionlar oʻrtasida yoki atomlardan biri umumiy elektron juftini toʻliq tortib olishi natijasida paydo boʻladigan bogʻlanish. Moddalarda bu turdagi kimyoviy bog'lanish elektrostatik tortishish kuchlari bilan amalga oshiriladi.
Ionlar elektronlarning ortishi yoki yoʻqolishi natijasida atomlardan hosil boʻlgan zaryadlangan zarralardir. Atom elektronlarni qabul qilganda, u manfiy zaryad oladi va anionga aylanadi. Agar atom valentlik elektronlarini bersa, u kation deb ataladigan musbat zaryadlangan zarraga aylanadi.
Bu tipik metallar atomlarining tipik nometall atomlari bilan oʻzaro taʼsiridan hosil boʻlgan birikmalarga xosdir. Bu jarayonning asosiysi atomlarning barqaror elektron konfiguratsiyalarni olishga intilishidir. Va buning uchun odatiy metallar va metall bo'lmaganlar faqat 1-2 elektronni berishi yoki qabul qilishi kerak,buni ular bemalol bajaradilar.
Molekulada ionli kimyoviy bog'lanishning hosil bo'lish mexanizmi an'anaviy ravishda natriy va xlorning o'zaro ta'siri misolida ko'rib chiqiladi. Ishqoriy metall atomlari halogen atomi tomonidan tortilgan elektronni osongina beradi. Natijada Na+ kationi va Cl- anioni hosil boʻlib, ular elektrostatik tortishish bilan birga ushlab turiladi.
Ideal ion aloqasi mavjud emas. Ko'pincha ion deb ataladigan bunday birikmalarda ham elektronlarning atomdan atomga yakuniy o'tishi sodir bo'lmaydi. Shakllangan elektron juftligi hali ham umumiy foydalanishda qolmoqda. Shuning uchun ular kovalent bog'lanishning ionlik darajasi haqida gapirishadi.
Ionik bogʻlanish bir-biriga bogʻliq boʻlgan ikkita asosiy xususiyat bilan tavsiflanadi:
- yoʻnalishsiz, yaʼni ion atrofidagi elektr maydon shar shakliga ega;
- Toʻyinmaganlik, yaʼni har qanday ion atrofida joylashishi mumkin boʻlgan qarama-qarshi zaryadlangan ionlar soni ularning oʻlchamlari bilan aniqlanadi.
Kovalent kimyoviy bog'
Metall bo'lmagan atomlarning elektron bulutlari bir-birining ustiga chiqqanda hosil bo'ladigan, ya'ni umumiy elektron jufti tomonidan amalga oshiriladigan bog'lanish kovalent bog'lanish deyiladi. Umumiy juft elektronlar soni bog'lanishning ko'pligini aniqlaydi. Shunday qilib, vodorod atomlari bitta H··H aloqasi bilan, kislorod atomlari esa qo'sh bog'lanish O::O hosil qiladi.
Uni shakllantirishning ikkita mexanizmi mavjud:
- Almashtirish - har bir atom umumiy juft hosil qilish uchun bitta elektronni ifodalaydi: A +B=A: B, shu bilan birga ulanish tashqi atom orbitallarini o'z ichiga oladi, ularda bitta elektron joylashgan.
- Donor-akseptor - bog'lanish uchun atomlardan biri (donor) elektron juftligini, ikkinchisi (akseptor) - uni joylashtirish uchun erkin orbital beradi: A +:B=A:B.
Kovalent kimyoviy bog'lanish hosil bo'lganda elektron bulutlarining bir-birining ustiga chiqishi ham har xil.
- Bevosita. Bulutning bir-biriga o'xshash hududi ko'rib chiqilayotgan atomlarning yadrolarini bog'laydigan to'g'ri xayoliy chiziqda yotadi. Bunda s-bog'lar hosil bo'ladi. Bu holda sodir bo'ladigan kimyoviy bog'lanish turi bir-biriga yopishgan elektron bulutlarning turiga bog'liq: s-s, s-p, p-p, s-d yoki p-d s-bog'lar. Zarrachada (molekula yoki ion) ikkita qo‘shni atom o‘rtasida faqat bitta s-bog‘bo‘lishi mumkin.
- Yon tomoni. U atomlarning yadrolarini bog'laydigan chiziqning har ikki tomonida amalga oshiriladi. Shunday qilib p-bog' hosil bo'ladi va uning navlari ham mumkin: p-p, p-d, d-d. s-bog'dan ajralgan holda, p-bog' hech qachon hosil bo'lmaydi, u bir nechta (ikki va uch) bog'larni o'z ichiga olgan molekulalarda bo'lishi mumkin.
Kovalent boglanish xususiyatlari
Ular birikmalarning kimyoviy va fizik xususiyatlarini aniqlaydi. Moddalardagi har qanday kimyoviy bog'lanishning asosiy xossalari uning yo'nalishi, qutblanishi va qutblanishi hamda to'yinganligidir.
Bog’ning yo’nalishi molekulyarning xususiyatlarini aniqlaydimoddalarning tuzilishi va molekulalarining geometrik shakli. Uning mohiyati shundaki, elektron bulutlarning eng yaxshi bir-biriga mos kelishi kosmosda ma'lum bir yo'nalish bilan mumkin. s- va p-bog'larni shakllantirish variantlari allaqachon yuqorida ko'rib chiqilgan.
Toʻyinganlik deganda atomlarning molekulada maʼlum miqdordagi kimyoviy bogʻlanish hosil qilish qobiliyati tushuniladi. Har bir atom uchun kovalent bog'lanishlar soni tashqi orbitallar soni bilan cheklangan.
Bog'ning qutbliligi atomlarning elektromanfiylik qiymatlari farqiga bog'liq. U atomlarning yadrolari orasidagi elektronlarning taqsimlanishining bir xilligini aniqlaydi. Shu asosda kovalent bog'lanish qutbli yoki qutbsiz bo'lishi mumkin.
- Agar umumiy elektron juftligi atomlarning har biriga teng tegishli boʻlsa va ularning yadrolaridan bir xil masofada joylashgan boʻlsa, u holda kovalent bogʻlanish qutbsizdir.
- Agar umumiy juft elektronlar atomlardan birining yadrosiga siljitsa, u holda kovalent qutbli kimyoviy bog’ hosil bo’ladi.
Polarizatsiyalilik tashqi elektr maydoni ta'sirida boshqa zarrachaga, xuddi shu molekuladagi qo'shni bog'larga tegishli bo'lishi mumkin bo'lgan yoki elektromagnit maydonlarning tashqi manbalaridan kelib chiqadigan bog'lanish elektronlarining siljishi bilan ifodalanadi. Shunday qilib, ularning ta'siri ostidagi kovalent bog'lanish uning qutbliligini o'zgartirishi mumkin.
Orbitallarning gibridlanishida kimyoviy bog`lanishning amalga oshirilishida ularning shakllarining o`zgarishi tushuniladi. Bu eng samarali qoplamaga erishish uchun kerak. Gibridlanishning quyidagi turlari mavjud:
- sp3. Bir s- va uchta p-orbitallar to'rtta hosil qiladibir xil shakldagi "gibrid" orbitallar. Tashqi tomondan, u o'qlari orasidagi burchagi 109 ° bo'lgan tetraedrga o'xshaydi.
- sp2. Bir s- va ikkita p-orbital oʻqlari orasidagi burchak 120° boʻlgan tekis uchburchak hosil qiladi.
- sp. Bitta s- va bitta p-orbital oʻqlari orasidagi burchak 180° boʻlgan ikkita “gibrid” orbital hosil qiladi.
Metal aloqa
Metal atomlari tuzilishining o'ziga xos xususiyati - bu juda katta radius va tashqi orbitallarda oz miqdordagi elektronlarning mavjudligi. Natijada, bunday kimyoviy elementlarda yadro va valentlik elektronlari orasidagi bog'lanish nisbatan zaif va oson uziladi.
Metal bog'lanish - bu delokalizatsiyalangan elektronlar yordamida amalga oshiriladigan metall atomlari-ionlari orasidagi shunday o'zaro ta'sir.
Metall zarrachalarda valentlik elektronlar tashqi orbitallarni osongina tark etishi, shuningdek ulardagi bo'sh joylarni egallashi mumkin. Shunday qilib, turli vaqtlarda bir xil zarracha atom va ion bo'lishi mumkin. Ulardan uzilib qolgan elektronlar kristall panjaraning butun hajmi bo‘ylab erkin harakatlanadi va kimyoviy bog‘hosil qiladi.
Bu turdagi bog'lanish ion va kovalent bilan o'xshashliklarga ega. Ion uchun bo'lgani kabi, ionlar ham metall bog'ning mavjudligi uchun zarurdir. Ammo agar birinchi holatda elektrostatik o'zaro ta'sirni amalga oshirish uchun kationlar va anionlar kerak bo'lsa, ikkinchisida manfiy zaryadlangan zarralar rolini elektronlar o'ynaydi. Agar metall bog'lanishni kovalent bog'lanish bilan solishtirsak, ikkalasining ham hosil bo'lishi uchun umumiy elektronlar kerak bo'ladi. Biroq, ichidaqutbli kimyoviy bog'lanishdan farqli o'laroq, ular ikki atom o'rtasida lokalizatsiya qilinmaydi, balki kristall panjaradagi barcha metall zarrachalariga tegishlidir.
Metalik aloqalar deyarli barcha metallarning maxsus xossalari uchun javob beradi:
- plastiklik, elektron gaz tutgan kristall panjaradagi atomlar qatlamlarining siljishi ehtimoli tufayli mavjud;
- elektronlardan yorug'lik nurlarining aks etishi tufayli kuzatiladigan metall yorqinligi (chang holatida kristall panjara yo'q va shuning uchun u bo'ylab harakatlanuvchi elektronlar);
- elektr o'tkazuvchanligi, bu zaryadlangan zarralar oqimi orqali amalga oshiriladi va bu holda kichik elektronlar katta metall ionlari orasida erkin harakatlanadi;
- elektronlarning issiqlik oʻtkazish qobiliyati tufayli kuzatiladigan issiqlik oʻtkazuvchanligi.
Vodorod aloqasi
Bu turdagi kimyoviy bogʻlanish baʼzan kovalent va molekulalararo oʻzaro taʼsir oʻrtasidagi oraliq deb ataladi. Agar vodorod atomi kuchli elektron manfiy elementlardan biri (masalan, fosfor, kislorod, xlor, azot) bilan bog'langan bo'lsa, u vodorod deb ataladigan qo'shimcha bog'lanish hosil qila oladi.
U yuqorida koʻrib chiqilgan barcha turdagi bogʻlanishlardan ancha zaifroq (energiya 40 kJ/mol dan ortiq emas), lekin uni eʼtiborsiz qoldirib boʻlmaydi. Shuning uchun diagrammadagi vodorod kimyoviy aloqasi nuqtali chiziqqa o'xshaydi.
Vodorod bogʻining paydo boʻlishi bir vaqtning oʻzida donor-akseptor elektrostatik oʻzaro taʼsiri tufayli mumkin. Qiymatlardagi katta farqelektronegativlik O, N, F va boshqa atomlarda ortiqcha elektron zichligi paydo bo'lishiga, shuningdek, vodorod atomida uning etishmasligiga olib keladi. Bunday atomlar o'rtasida kimyoviy bog'lanish mavjud bo'lmagan taqdirda, agar ular etarlicha yaqin bo'lsa, jozibador kuchlar faollashadi. Bunda proton elektron juft qabul qiluvchi, ikkinchi atom esa donor hisoblanadi.
Vodorod bogʻlanishi qoʻshni molekulalar, masalan, suv, karboksilik kislotalar, spirtlar, ammiak va molekula ichida, masalan, salitsil kislotasi oʻrtasida sodir boʻlishi mumkin.
Suv molekulalari oʻrtasida vodorod bogʻining mavjudligi uning bir qator noyob jismoniy xususiyatlarini tushuntiradi:
- Hisob-kitoblarga ko'ra uning issiqlik sig'imi, dielektrik o'tkazuvchanligi, qaynash va erish nuqtalari qiymatlari haqiqiydan ancha past bo'lishi kerak, bu molekulalarning bog'lanishi va sarf qilish zarurati bilan izohlanadi. molekulalararo vodorod aloqalarini uzish uchun energiya.
- Boshqa moddalardan farqli ravishda harorat pasayganda suv hajmi ortadi. Bu molekulalarning muzning kristall tuzilishida ma'lum bir pozitsiyani egallashi va vodorod bog'ining uzunligi bo'yicha bir-biridan uzoqlashishi bilan bog'liq.
Bu bog'lanish tirik organizmlar uchun alohida rol o'ynaydi, chunki uning oqsil molekulalarida mavjudligi ularning maxsus tuzilishini va shuning uchun xossalarini belgilaydi. Bundan tashqari, DNK qo'sh spiralini tashkil etuvchi nuklein kislotalar ham vodorod bog'lari bilan aniq bog'langan.
Kristallardagi aloqalar
Qattiq jismlarning katta qismi kristall panjaraga ega - maxsusularni hosil qiluvchi zarrachalarning o'zaro joylashishi. Bunday holda, uch o'lchovli davriylik kuzatiladi va atomlar, molekulalar yoki ionlar xayoliy chiziqlar bilan bog'langan tugunlarda joylashgan. Ushbu zarrachalarning tabiatiga va ular orasidagi bog'lanishga qarab, barcha kristall tuzilmalar atom, molekulyar, ion va metallga bo'linadi.
Ionli kristall panjara tugunlarida kationlar va anionlar mavjud. Bundan tashqari, ularning har biri faqat qarama-qarshi zaryadga ega bo'lgan qat'iy belgilangan miqdordagi ionlar bilan o'ralgan. Oddiy misol - natriy xlorid (NaCl). Ular odatda yuqori erish nuqtalari va qattiqlikka ega, chunki ularni sindirish uchun ko‘p energiya talab etiladi.
Kovalent bogʻlanish natijasida hosil boʻlgan moddalar molekulalari molekulyar kristall panjara tugunlarida joylashgan (masalan, I2). Ular bir-biri bilan zaif van der Vaals o'zaro ta'siri bilan bog'langan va shuning uchun bunday tuzilmani yo'q qilish oson. Bunday birikmalar past qaynash va erish nuqtalariga ega.
Atom kristall panjarasi yuqori valentlik qiymatlariga ega bo'lgan kimyoviy elementlarning atomlaridan hosil bo'ladi. Ular kuchli kovalent bog'lar bilan bog'langan, ya'ni moddalar yuqori qaynash, erish nuqtalari va yuqori qattiqlikka ega. Bunga misol olmos.
Shunday qilib, kimyoviy moddalarda uchraydigan barcha turdagi bog'lanishlar molekula va moddalardagi zarrachalarning o'zaro ta'sirining murakkabligini tushuntirib beradigan o'ziga xos xususiyatlarga ega. Aralashmalarning xossalari ularga bog'liq. Ular atrof-muhitdagi barcha jarayonlarni aniqlaydi.
