Niyə atomlar bir-biri ilə birləşərək molekullar əmələ gətirir? Tamamilə fərqli kimyəvi elementlərin atomlarını ehtiva edən maddələrin mümkün mövcudluğunun səbəbi nədir? Bunlar müasir fiziki və kimya elminin fundamental konsepsiyalarına təsir edən qlobal məsələlərdir. Siz atomların elektron quruluşu haqqında təsəvvürə malik olmaqla və birləşmələrin əksər sinifləri üçün əsas əsas olan kovalent bağın xüsusiyyətlərini bilməklə onlara cavab verə bilərsiniz. Məqaləmizin məqsədi müxtəlif növ kimyəvi bağların əmələ gəlmə mexanizmləri və molekullarında onları ehtiva edən birləşmələrin xassələrinin xüsusiyyətləri ilə tanış olmaqdır.
Atomun elektron quruluşu
Materiyanın struktur elementləri olan elektronneytral hissəciklər günəş sisteminin quruluşunu əks etdirən bir quruluşa malikdir. Planetlər mərkəzi ulduzun - Günəşin ətrafında fırlandığı kimi, atomdakı elektronlar da müsbət yüklü nüvənin ətrafında hərəkət edir. xarakterizə etməkKovalent bağda son enerji səviyyəsində və nüvədən ən uzaqda yerləşən elektronlar əhəmiyyətli olacaqdır. Onların öz atomlarının mərkəzi ilə əlaqəsi minimal olduğundan, digər atomların nüvələri tərəfindən asanlıqla cəlb oluna bilirlər. Bu, molekulların əmələ gəlməsinə səbəb olan atomlararası qarşılıqlı təsirlərin baş verməsi üçün çox vacibdir. Nə üçün molekulyar forma planetimizdə maddənin əsas mövcudluğu növüdür? Gəlin öyrənək.
Atomların əsas xassələri
Elektrik cəhətdən neytral hissəciklərin qarşılıqlı təsir göstərmə qabiliyyəti, enerji qazanmasına səbəb olması onların ən mühüm xüsusiyyətidir. Həqiqətən, normal şəraitdə maddənin molekulyar vəziyyəti atom vəziyyətindən daha sabitdir. Müasir atom və molekulyar nəzəriyyənin əsas müddəaları həm molekulların əmələ gəlmə prinsiplərini, həm də kovalent rabitənin xüsusiyyətlərini izah edir. Xatırladaq ki, bir atomun xarici enerji səviyyəsində 1-dən 8-ə qədər elektron ola bilər, ikinci halda təbəqə tam olacaq, yəni çox sabit olacaqdır. Nəcib qazların atomları belə bir xarici səviyyəli quruluşa malikdir: arqon, kripton, ksenon - D. İ. Mendeleyevin sistemində hər dövrü tamamlayan inert elementlər. Burada istisna, sonuncu səviyyədə 8 deyil, yalnız 2 elektronu olan heliumdur. Səbəb sadədir: birinci dövrdə atomları tək elektron təbəqəyə malik olan cəmi iki element var. Bütün digər kimyəvi elementlərin sonuncu, natamam təbəqədə 1-dən 7-ə qədər elektronu var. Bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqə prosesində atomlar olacaqbir oktete qədər elektronlarla doldurulmağa çalışın və inert elementin atomunun konfiqurasiyasını bərpa edin. Belə bir vəziyyətə iki yolla nail olmaq olar: özünü itirməklə və ya xarici mənfi yüklü hissəcikləri qəbul etməklə. Bu qarşılıqlı təsir formaları reaksiyaya girən atomlar arasında ion və ya kovalent bağın yaranacağının necə təyin olunacağını izah edir.
Sabit elektron konfiqurasiyanın formalaşması üçün mexanizmlər
Təsəvvür edək ki, birləşmənin reaksiyasına iki sadə maddə daxil olur: metal natrium və qaz halında olan xlor. Duzlar sinfinin bir maddəsi əmələ gəlir - natrium xlorid. İon tipli kimyəvi bağa malikdir. Niyə və necə yarandı? Yenidən ilkin maddələrin atomlarının quruluşuna müraciət edək. Natriumun sonuncu təbəqəsində atomun böyük radiusuna görə nüvə ilə zəif bağlı olan yalnız bir elektron var. Natrium daxil olan bütün qələvi metalların ionlaşma enerjisi aşağıdır. Buna görə də, xarici səviyyənin elektronu enerji səviyyəsini tərk edir, xlor atomunun nüvəsi tərəfindən cəlb edilir və onun məkanında qalır. Bu, Cl atomunun mənfi yüklü ion formasına keçməsi üçün presedent yaradır. İndi biz artıq elektrik cəhətdən neytral hissəciklərlə deyil, yüklü natrium kationları və xlor anionları ilə məşğul oluruq. Fizika qanunlarına uyğun olaraq onların arasında elektrostatik cazibə qüvvələri yaranır və birləşmə ion kristal qəfəs əmələ gətirir. Bizim nəzərdən keçirdiyimiz kimyəvi bağın ion tipinin əmələ gəlmə mexanizmi kovalent rabitənin xüsusiyyətlərini və əsas xüsusiyyətlərini daha aydın şəkildə aydınlaşdırmağa kömək edəcək.
Paylaşılan elektron cütləri
Elektromənfiliyi baxımından çox fərqli olan elementlərin atomları, yəni metallar və qeyri-metallar arasında ion rabitəsi yaranarsa, kovalent tip eyni və ya müxtəlif qeyri-metal elementlərin atomları qarşılıqlı təsirdə olduqda meydana çıxır. Birinci halda, qeyri-polyar, digərində isə kovalent bağın qütb forması haqqında danışmaq adətdir. Onların əmələ gəlmə mexanizmi ümumidir: atomların hər biri cüt-cüt birləşən ümumi istifadə üçün qismən elektronlar verir. Lakin atomların nüvələrinə nisbətən elektron cütlərinin fəza düzülüşü fərqli olacaq. Bu əsasda kovalent bağların növləri fərqləndirilir - qeyri-qütblü və qütblü. Çox vaxt qeyri-metal elementlərin atomlarından ibarət kimyəvi birləşmələrdə əks spinli elektronlardan ibarət cütlər olur, yəni nüvələri ətrafında əks istiqamətdə fırlanır. Çünki kosmosda mənfi yüklü hissəciklərin hərəkəti elektron buludların əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır ki, bu da son nəticədə onların qarşılıqlı üst-üstə düşməsi ilə başa çatır. Bu prosesin atomlar üçün nəticələri nədir və bu nəyə gətirib çıxarır?
Kovalent bağın fiziki xassələri
Məlum olur ki, qarşılıqlı təsirdə olan iki atomun mərkəzləri arasında yüksək sıxlığa malik iki elektronlu bulud var. Mənfi yüklü buludun özü ilə atomların nüvələri arasında elektrostatik cazibə qüvvələri artır. Enerjinin bir hissəsi sərbəst buraxılır və atom mərkəzləri arasındakı məsafələr azalır. Məsələn, H2 molekulunun əmələ gəlməsinin başlanğıcında hidrogen atomlarının nüvələri arasındakı məsafə1,06 A, buludların üst-üstə düşməsi və ümumi elektron cütünün əmələ gəlməsindən sonra - 0,74 A. Yuxarıdakı mexanizmə uyğun olaraq əmələ gələn kovalent rabitə nümunələrinə həm sadə, həm də mürəkkəb qeyri-üzvi maddələr arasında rast gəlmək olar. Onun əsas fərqləndirici xüsusiyyəti ümumi elektron cütlərinin olmasıdır. Nəticədə, atomlar, məsələn, hidrogen arasında kovalent əlaqə yarandıqdan sonra onların hər biri inert heliumun elektron konfiqurasiyasını alır və nəticədə molekul sabit quruluşa malikdir.
Molekulun məkan forması
Kovalent bağın digər çox vacib fiziki xüsusiyyəti istiqamətlilikdir. Bu, maddə molekulunun məkan konfiqurasiyasından asılıdır. Məsələn, iki elektron sferik buludla üst-üstə düşdükdə, molekulun görünüşü xətti olur (hidrogen xlorid və ya hidrogen bromid). s- və p-buludlarının hibridləşdiyi su molekullarının forması bucaqlıdır və qaz halında olan azotun çox güclü hissəcikləri piramidaya bənzəyir.
Sadə maddələrin quruluşu - qeyri-metallar
Hansı bağın kovalent adlandığını, hansı əlamətlərə malik olduğunu öyrəndikdən sonra onun növləri ilə məşğul olmaq vaxtıdır. Eyni qeyri-metalın atomları - xlor, azot, oksigen, brom və s. Onların ümumi elektron cütləri yerdəyişmədən, atomların mərkəzlərindən eyni məsafədə yerləşir. Qeyri-qütblü kovalent bağa malik birləşmələr üçün aşağıdakı xüsusiyyətlər xasdır: aşağı qaynama nöqtələri vəərimə, suda həll edilməməsi, dielektrik xüsusiyyətləri. Daha sonra hansı maddələrin kovalent rabitə ilə xarakterizə olunduğunu və ümumi elektron cütlərinin yerdəyişməsinin baş verdiyini öyrənəcəyik.
Elektronmənfilik və onun kimyəvi bağ növünə təsiri
Kimyada müəyyən bir elementin başqa bir elementin atomundan elektronları cəlb etmək xüsusiyyətinə elektronmənfilik deyilir. L. Pauling tərəfindən təklif olunan bu parametr üçün dəyərlər miqyası qeyri-üzvi və ümumi kimya üzrə bütün dərsliklərdə tapıla bilər. Onun ən yüksək dəyəri - 4,1 eV - flüor, daha kiçik - digər aktiv qeyri-metallar, ən aşağı göstərici isə qələvi metallar üçün xarakterikdir. Elektromənfiliyi ilə fərqlənən elementlər bir-biri ilə reaksiya verərsə, qaçılmaz olaraq bir, daha aktiv, daha passiv bir elementin atomunun mənfi yüklü hissəciklərini nüvəsinə cəlb edəcəkdir. Beləliklə, kovalent bağın fiziki xassələri birbaşa elementlərin ümumi istifadə üçün elektron vermək qabiliyyətindən asılıdır. Nəticədə yaranan ümumi cütlər artıq nüvələrə nisbətən simmetrik olaraq yerləşmir, lakin daha aktiv elementə doğru sürüşürlər.
Qütb bağı olan birləşmələrin xüsusiyyətləri
Molekullarında birgə elektron cütləri atomların nüvələrinə nisbətən asimmetrik olan maddələrə hidrogen halogenidləri, turşular, xalkogenlərin hidrogen və turşu oksidləri ilə birləşmələri daxildir. Bunlar sulfat və nitrat turşuları, kükürd və fosfor oksidləri, hidrogen sulfid və s.hidrogen və xlorun qoşalaşmamış elektronları tərəfindən əmələ gəlir. Daha çox elektronmənfi element olan Cl atomunun mərkəzinə yaxınlaşır. Sulu məhlullarda qütb bağı olan bütün maddələr ionlara parçalanır və elektrik cərəyanı keçirir. Nümunələrini verdiyimiz qütb kovalent bağı olan birləşmələr də sadə qeyri-metal maddələrlə müqayisədə daha yüksək ərimə və qaynama nöqtələrinə malikdir.
Kimyəvi bağları qırma üsulları
Üzvi kimyada doymuş karbohidrogenlərin halogenlərlə əvəzetmə reaksiyaları radikal mexanizmə uyğun gedir. İşıqda və adi temperaturda metan və xlor qarışığı elə reaksiya verir ki, xlor molekulları qoşalaşmamış elektronları daşıyan hissəciklərə parçalanmağa başlayır. Başqa sözlə, ümumi elektron cütünün məhv edilməsi və çox aktiv -Cl radikallarının əmələ gəlməsi müşahidə olunur. Onlar metan molekullarına elə təsir göstərə bilirlər ki, karbon və hidrogen atomları arasındakı kovalent əlaqəni qırırlar. Aktiv hissəcik –H əmələ gəlir və karbon atomunun sərbəst valentliyi xlor radikalını alır və xlorometan reaksiyanın ilk məhsulu olur. Molekulların parçalanması üçün belə bir mexanizm homolitik adlanır. Ümumi elektron cütü tamamilə atomlardan birinin sahibliyinə keçirsə, sulu məhlullarda baş verən reaksiyalara xas olan heterolitik mexanizmdən danışırlar. Bu halda, qütb su molekulları həll olunmuş birləşmənin kimyəvi bağlarının məhv olma sürətini artıracaq.
İkiqat və üçqatbağlantılar
Üzvi maddələrin və bəzi qeyri-üzvi birləşmələrin böyük əksəriyyəti molekullarında bir deyil, bir neçə ümumi elektron cütünü ehtiva edir. Kovalent bağın çoxluğu atomlar arasındakı məsafəni azaldır və birləşmələrin sabitliyini artırır. Onlar adətən kimyəvi cəhətdən davamlı adlandırılır. Məsələn, bir azot molekulunda üç cüt elektron var, onlar struktur düsturda üç tire ilə göstərilir və onun gücünü təyin edirlər. Sadə azot maddəsi kimyəvi cəhətdən təsirsizdir və hidrogen, oksigen və ya metallar kimi digər birləşmələrlə yalnız qızdırıldıqda və ya yüksək təzyiqdə, həmçinin katalizatorların iştirakı ilə reaksiya verə bilər.
Doymamış dien karbohidrogenləri, eləcə də etilen və ya asetilen seriyasının maddələri kimi üzvi birləşmələrin belə siniflərinə ikiqat və üçlü bağlar xasdır. Çoxlu bağlar əsas kimyəvi xassələri müəyyən edir: onların qırılma nöqtələrində baş verən əlavə və polimerləşmə reaksiyaları.
Məqaləmizdə kovalent bağın ümumi təsvirini verdik və onun əsas növlərini araşdırdıq.
