Qeyri-üzvi və üzvi maddələrin molekullarının fəza quruluşu onların kimyəvi və fiziki xassələrinin təsvirində böyük əhəmiyyət kəsb edir. Əgər maddəni kağız üzərində hərf və rəqəmlər toplusu kimi qəbul etsək, həmişə düzgün nəticəyə gəlmək mümkün olmur. Bir çox hadisələri, xüsusən də üzvi kimya ilə bağlı olanları təsvir etmək üçün molekulun stereometrik quruluşunu bilmək lazımdır.
Stereometriya nədir
Stereometriya bir maddənin molekullarının xüsusiyyətlərini onun quruluşuna əsasən izah edən kimyanın bir sahəsidir. Üstəlik, burada molekulların məkan təmsili mühüm rol oynayır, çünki bir çox bioüzvi hadisələrin açarıdır.
Stereometriya, demək olar ki, hər hansı bir molekulun həcmli formada təmsil oluna biləcəyi əsas qaydalar toplusudur. Adi kağız üzərində yazılan ümumi formulun dezavantajı onun tədqiq olunan maddənin xassələrinin tam siyahısını açmaq iqtidarında olmamasıdır.
Nümunə olaraq iki əsaslı sinifə aid olan fumarik turşusu ola bilər. Suda zəif həll olunur,zəhərlidir və təbiətdə tapıla bilər. Bununla belə, COOH qruplarının məkan təşkilini dəyişdirsəniz, tamamilə fərqli bir maddə - malein turşusu əldə edə bilərsiniz. Suda çox həll olunur, yalnız süni yolla əldə edilə bilər və zəhərli xüsusiyyətlərinə görə insanlar üçün təhlükəlidir.
Vant Hoffun stereokimyəvi nəzəriyyəsi
XIX əsrdə M. Butlerovun hər hansı molekulun düz quruluşu haqqında fikirləri maddələrin, xüsusən də üzvi maddələrin bir çox xassələrini izah edə bilmirdi. Bu, Vant Hoffun M. Butlerovun nəzəriyyəsini bu sahədəki tədqiqatları ilə tamamladığı “Kosmosda kimya” əsərini yazmağa təkan oldu. O, molekulların fəza quruluşu anlayışını təqdim etdi, həmçinin kəşfinin kimya elmi üçün əhəmiyyətini izah etdi.
Beləliklə, üç növ laktik turşunun mövcudluğu sübut edilmişdir: ət-laktik, dekstrorotator və fermentləşdirilmiş laktik turşu. Bu maddələrin hər biri üçün bir kağız parçasında struktur formul eyni olacaq, lakin molekulların məkan quruluşu bu hadisəni izah edir.
Van't Hoffun stereokimyəvi nəzəriyyəsinin nəticəsi karbon atomunun düz olmadığının sübutu idi, çünki onun dörd valent bağı xəyali tetraedrin təpələrinə baxır.
Üzvi molekulların piramidal məkan quruluşu
Van't Hoffun tapıntılarına və onun araşdırmasına əsaslanaraq, üzvi maddələrin skeletindəki hər bir karbon tetraedr kimi təqdim edilə bilər. Bizdə beləbiz C-C bağlarının əmələ gəlməsinin 4 mümkün halını nəzərdən keçirə və belə molekulların quruluşunu izah edə bilərik.
Birinci hal, molekulun hidrogen protonları ilə 4 bağ əmələ gətirən tək karbon atomu olmasıdır. Metan molekullarının məkan quruluşu tetraedrin konturlarını demək olar ki, tamamilə təkrarlayır, lakin hidrogen atomlarının qarşılıqlı təsiri səbəbindən əlaqə bucağı bir qədər dəyişir.
Bir kimyəvi C-C bağının əmələ gəlməsi ümumi təpə ilə bir-birinə bağlanan iki piramida kimi təqdim edilə bilər. Molekulun belə bir konstruksiyasından görünə bilər ki, bu tetraedrlər öz oxu ətrafında fırlana və mövqelərini sərbəst dəyişə bilərlər. Bu sistemi etan molekulu nümunəsi ilə nəzərdən keçirsək, skeletdəki karbonlar həqiqətən də fırlana bilirlər. Bununla belə, Nyuman proyeksiyasındakı hidrogenlər üst-üstə düşmədikdə, iki xarakterik mövqedən enerji baxımından əlverişli olana üstünlük verilir.
Etilen molekulunun fəza quruluşu, iki tetraedrin bir ümumi üzü olduqda, CC bağlarının əmələ gəlməsinin üçüncü variantına misaldır, yəni. iki bitişik təpədə kəsişir. Aydın olur ki, molekulun belə stereometrik mövqeyinə görə karbon atomlarının öz oxuna nisbətən hərəkəti çətinləşir, çünki keçidlərdən birinin qırılmasını tələb edir. Digər tərəfdən, maddələrin sis- və trans-izomerlərinin əmələ gəlməsi mümkün olur, çünki hər karbondan iki sərbəst radikal ya aynalı, ya da çarpazlaşa bilər.
Cis- və molekulun transpozisiyası fumarik və maleik varlığını izah edirturşular. Bu molekullardakı karbon atomları arasında iki bağ əmələ gəlir və onların hər birində bir hidrogen atomu və bir COOH qrupu var.
Molekulların fəza quruluşunu xarakterizə edən sonuncu hal bir ümumi üzü olan və üç təpə ilə bir-birinə bağlanan iki piramida ilə təmsil oluna bilər. Buna misal olaraq asetilen molekulunu göstərmək olar.
Birincisi, belə molekulların cis və ya trans izomerləri yoxdur. İkincisi, karbon atomları öz oxu ətrafında fırlana bilmir. Üçüncüsü, bütün atomlar və onların radikalları eyni oxda yerləşir və əlaqə bucağı 180 dərəcədir.
Əlbəttə, təsvir edilən hallar skeletində ikidən çox hidrogen atomu olan maddələrə şamil edilə bilər. Belə molekulların stereometrik qurulması prinsipi saxlanılır.
Qeyri-üzvi maddələrin molekullarının məkan quruluşu
Qeyri-üzvi birləşmələrdə kovalent bağların əmələ gəlməsi mexanizminə görə üzvi maddələrinkinə bənzəyir. Əlaqə yaratmaq üçün ortaq elektron buludu yaradan iki atomda paylaşılmamış elektron cütlərinin olması lazımdır.
Kovalent rabitənin əmələ gəlməsi zamanı orbitalların üst-üstə düşməsi atom nüvələrinin bir xətti boyunca baş verir. Əgər atom iki və ya daha çox bağ əmələ gətirirsə, onda aralarındakı məsafə əlaqə bucağının dəyəri ilə xarakterizə olunur.
Bir oksigen atomu və iki hidrogen atomundan əmələ gələn su molekulunu nəzərə alsaq, əlaqə bucağı ideal olaraq 90 dərəcə olmalıdır. Lakineksperimental tədqiqatlar bu dəyərin 104,5 dərəcə olduğunu göstərdi. Molekulların məkan quruluşu hidrogen atomları arasında qarşılıqlı təsir qüvvələrinin olması səbəbindən nəzəri olaraq proqnozlaşdırılandan fərqlənir. Onlar bir-birini itələyir və bununla da aralarındakı əlaqə bucağını artırır.
Sp-hibridləşmə
Hibridləşmə molekulun eyni hibrid orbitallarının əmələ gəlməsi nəzəriyyəsidir. Bu fenomen mərkəzi atomda müxtəlif enerji səviyyələrində paylaşılmamış elektron cütlərinin olması səbəbindən baş verir.
Məsələn, BeCl2 molekulunda kovalent bağların əmələ gəlməsini nəzərdən keçirək. Berillium s və p səviyyələrində bölüşdürülməmiş elektron cütlərinə malikdir, bu da nəzəri olaraq qeyri-bərabər künc molekulunun meydana gəlməsinə səbəb olmalıdır. Bununla belə, praktikada onlar xətti olur və bağlanma bucağı 180 dərəcədir.
Sp-hibridləşmə iki kovalent bağın əmələ gəlməsində istifadə olunur. Bununla belə, hibrid orbitalların əmələ gəlməsinin başqa növləri də mövcuddur.
Sp2 hibridləşməsi
Hibridləşmənin bu növü üç kovalent bağı olan molekulların məkan quruluşundan məsuldur. Buna misal olaraq BCl3 molekulunu göstərmək olar. Mərkəzi barium atomunun üç paylaşılmamış elektron cütü var: ikisi p-səviyyəsində və biri s-səviyyəsində.
Üç kovalent rabitə eyni müstəvidə yerləşən molekulu əmələ gətirir və onun əlaqə bucağı 120 dərəcədir.
Sp3 hibridləşməsi
Mərkəzi atomda 4 paylaşılmamış elektron cütü olduqda hibrid orbitalların əmələ gəlməsi üçün başqa variant: p-səviyyəsində 3 və s-səviyyəsində 1. Belə bir maddəyə misal metandır. Metan molekullarının məkan quruluşu tetraerddir, valentlik bucağı 109,5 dərəcədir. Bucağın dəyişməsi hidrogen atomlarının bir-biri ilə qarşılıqlı təsiri ilə xarakterizə olunur.
