Химиялық байланыс туралы

Кіріспе

Химиялық байланыс туралы ұғымның дамуы. Химиялық байланыстың табиғаты  химияның ең негізгі мәселелерінің брі. Мұндағы негізгі сұрақ не себептен атомдар бірігіп молекулалар түзеді? Атомдарды байланыстыратын күштің табиғаты қандай?

1852 жылы ағылшын ғалымы  Франкланд химияға атомдылық  деген түсінік енгізді. Көп  кешікпей бұл түсінік валенттілік  деп аталды. Химияға валенттілік  туралы ұғымның енуі химияның  ары қарай дамуына үлкен әсерін  тигізді. 

1861 жылы орыстың ұлы  ғалымы А.Н. Бутлеров заттардың химиялық құрылыс теориясын ұсынды. Енді осы теорияның негізгі қағидаларына тоқталып өтсек:

1. Қай заттың болсын молекуласындағы атомдар бірімен бірі белгілі ретпен қосылысқан.
2. Молекуланың құрамындағы атомдар өзді өзі тікелей, не болмаса басқа атом арқылы қосылысса да біріне бірі әсер етеді.
3. Заттың қасиеті молекуладағы атомдардың қосылысу ретіне және олардың біріне бірінің әсеріне, яғни «химиялық құрылысына»  тәуелді.
4. Заттың химиялық қасиеттеріне сүйене отырып, оның молекуласының құрылысын анықтауға болады, керісінше, формуласы бойынша оның қасиеттерін болжауға болады.

Бутлеровтың құрылыс теориясы химиялық қосылыстардың сан түрлілігін және изомерия құбылыстарын  түсіндіріп, молекуланың құрылысын анықтаудың нақты  жолдарын көрсетті. Бұл теория молекуланың құрылысы туралы ілімнің  негізі болып табылады.

Бутлеровтың құрылыс теориясын  әрмен қарай Голландия ғалымы Вант Гофф пен Франция ғалымы Ло Бель дамытты.  Олар 1874 жылы көміртек атомының валенттіктері тетраэдрдің  төбелеріне бағытталған деген болжам айтты. Вант Гофф пен Ло Бель пікірі бойынша,  егер көміртек атомын тетраэдрдің  ортасында орналасқан деп есептесе, оның валенттіктері тетраэдрдің  төбелеріне қарай бағыттыалып, бірімен  бірі 109,5 бұрыш жасап тұрады (1-сурет).

 

1-сурет

 

Кейінірек органикалық молекулалардың құрылысы физикалық әдістермен зерттеліп, Вант Гофф пен Ло Бель  постулатының дұрыстығы анықталды.

Сонымен, ХІХ ғасырдың аяғынд валенттік күштерінің белгілі бір  бағыты болатыны ашылды.

Бутлеров пен Вант Гофф, Ло Бель еңбектері заттар молекуласының  құрылысын танып білуге үлкен  көмегін тигізді. Бірақ осыған қарамастан ХІХ ғасырда атомдардың молекулаға бірігу себебі және валенттіктің мазмұны әлі де белгісіз болып қала берді. Бұл сұрақтарға жауап тек біздің ғасырымызда атом құрылысы анықталғаннан кейін ғана барып табылды. Қазіргі кездегі ұғымдар бойынша химиялық байланыс атомдардың сыртқы электрондық қабаттарының әсерлесуі нәтижесінде пайда болады, атомдарды байланыстыратын күштердің электрлік табиғаты бар деп есептеледі. Химиялық байланыстың үш түрі бар: коваленттік, иондық және металдық байланыс. Бұлардың ішіндегі ең жиі кездесетіні және ең негізгісі – коваленттік байланыс.

Коваленттік байланыс. 1916 –  жылы американ ғалымы Льюис химиялық байланыстың электрондық теориясын  ұсынды. Бұл теория бойынша екі  атом бір – бірімен екеуіне  де ортақ электрон жұбы (қосағы)арқылы байланысады. Льюс теориясы қысқаша  былай тұжырымдалады:

1. Сыртқы қабатында 2 немесе 8 электроны бар инертті газдар химиялық жағынан өте инертті, демек, мундай газдардың электрондық қабаты өте тұрақты. Атомдар молекула құрып біріккенде ортақ электрон қосағын  арқылы өздерінің сыртқы қабаттарын инертті газдардікіндей етуге тырысады.
2. Химиялық байланыс әсерлесуші атомдардың екеуіне де ортақ электрон жұбы арқылы жасалады. Бір электрон жұбы арқылы жасалады. Бір электрон жұбын түзу үшін әр атом бір – бір электроннан жұмсайды.

Бір, не болмаса бірнеше  электрон жұптары арқылы түзілетін  химиялық байланыс коваленттік байланыс деп аталады.

Хлор және азот молекулаларының  түзілуін қарастырайық. Атомның сыртқы қабатындағы әр электронды бір нүктемен белгілеп, хлор және азот молекулаларының түзілуін мынандай сұлба түрінде көрсетуге болады:

Хлор атомының сыртқы қабатында  жеті электрон бар. Хлор молекуласы түзілгенде әр атом бір электроннан беріп, ортақ  бір электрон жұбы түзіледі. Сөйтіп, молекуладағы әр атомның сыртқы қабаты инертті газдарға ұқсас сегіз  электрондық қабатқа айналады.

Төменгі сызбанұсқада Льюис  теориясы бойынша су, аммиак және метан  молекулаларының құрылыстары келтірілген.

Су молекуласындағы оттек  атомы сегіз электрондық қабатпен, ал  сутек атомдары инертті газ гелий атомы тәрізді екі электрондық қабатпен қоршалған.

Оттек – екі валентті элемент, ортақ электрон жұбын түзуге екі электронын жұмсайды. Сутек –  бір валентті элемент, ортақ электрон жұбын түзуге бір электрон жұмсайды. Демек, Льюис теориясы бойынша атомның  валенттігі ортақ электрон жұп түзуге берген электрон санымен анықталады.

Льюис теориясы жарық көрген кезде электронның толқындық  қасиеттері әлі белгісіз болатын. Электронның екі жақтылығы кванттық механикада ескеріледі. Сондықтан химиялық байланыстың қазіргі кездегі теориясы кванттық механикаға негізделген, олар валенттік теориясы деп те аталады.

Кез келген валенттілік теориясы мынындай мәселелерді түсіндіре  білуі қажет:

1. Не себептен атомдар бірігіп молекула түзеді? Атомдарды байланыстыратын күштердің табиғаты қандай?
2. Неліктен атомдар белгілі бір қатынас бойынша ғана қосылады? Мысалы, көміртек пен сутек СН₄ молекуласын түзіп, ал СН₅ не болмаса СН₆  деген молекулаларды түзбейді? Бұл сұрақты басқаша былай қоюға болады: валенттік күштерінің қанығу себебі неде?
3. Молекуланың кеңістіктегі пішіні қандай? Мысалы, не себептен СО₂ молекуласының құрылысы бұрышты болып келеді?

Льюис теориясы аталған мәселелерді  толық түсіндіре алмады. Бұл сұрақтар кванттық механика пайда болғаннан  кейін ғана барып шешілді. Қазіргі  кезде коваленттік байланысты кванттық механика тұрғысынан қарастыратын екі әдіс (теория) бар: валенттік байланыс (ВБ) және молекула орбитальдар (МО) әдістері. Валенттік байланыс теориясын 1927 жылы неміс ғалымдары Гейтлер мен Лондон ұсынып, одан әрі 1930 жылдары американ ғалымдары Слэтар мен Полинг дамытты. Молекулалық орбитальдар әдісін ұсынып және оны дамытуда Гунд (Германия) пен Маликен (АҚШ) еңбектерінің мәні үлкен болды.

Валенттік байланыс әдісі

Атомдар молекула түзгенде энергия ұтымы болады, демек, молекула атомдарға қарағанда тұрақты  жүйе. Мысалы, сутек атомдары молекулаға біріккенде 431,9 кДж/моль энергия бөлініп  шығады.

Н + Н = Н₂             Н = 431,9 кДж/моль

Энергия ұтымы не себептен және қандай жағдайларда болады? Бұл  мәселені сутек атомдарының сутек  молекуласын түзуі мысалында  қарастырамыз.

Сутек атомының жалғыз s-электроны бар , 1s¹  s – элекрон бұлтының пішіні шар тәрізді. Сутектің екі атомы біріне – бірі жақындасқанда олардың арасында екі түрлі электростатикалық күштер туады: тартылу және тебілу күштері

 

Сутек  атомдарының әсерлесуі

 

Бір атомның электрон бұлты  екінші атомның ядросына тартылады. Біздің мысалымызда Н_а атомының электрон бұлты Н_б атомының ядросына және керісінше, Н_б атомының электрон бұлты Н_а атомның ядросына тартылады. Н_а және Н_б атомдарының ядролары өзара тебіседі, дәл осы сияқты олардың электрон бұлттары да бір – бірін тебеді.

Валенттік байланыс  (ВБ) әдісі бойынша сутек атомдары жақындасқанда тартылысу және тебісу күштерінің қалай өзгертетінін есептеп, жүйенің потенциалдық энергия қисығын салуға болады. Бірінші рет мұндай есептеуді 1927 – жылы неміс ғалымдары Гейтлер мен Лондон орындаған. Осындай есептеудің нәтижесінде мынандай жағдай анықталды. Электрондарының спиндері қарама – қарсы сутек атомдары жақындасқанда, жүйенің потенциалдық энергия қисығында минимум пайда болады. Бұл жағдай сутек атомдарының өзара қосылысып, молекула түзгенін көрсетеді. Электрондарының спиндері параллель сутек атомдары жақындасқанда, жүйенің потенциалдық энергиясы атомдар жақындасқан сайын үздіксіз өседі. Бұл жағдай спиндері параллель сутек атомдарының молекула құрап бірікпейтінін көрсетеді.

Сонымен қатар осы екі  жағдайға сәйкес ядролар арасындағы кеңістіктіктегі электрон бұлтының тығыздықтары да есептелінген. Спиндері антипараллель атомдар жақындасқанда ядролар арасындағы кеңістікте электрон бұлтының тығыздығы артады, яғни аомдардың электрон бұлттары өзара бүркеседі. Электрон бұлттарының өзара бүркесуінен ядролар арасындағы кеңістікте тығыз  электрон зонасы пайда болады. Оң зарядталған ядролар осы теріс зарядты зонаға тартылып, тұрақты жүйе сутек молекуласы түзіледі.

Электрондардың спиндері параллель атомдар жақындасқанда  ядролар арасындағы кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы нөлге жуық, яғни бұл жағдайда әсерлесуші атомдардың электрон бұлттары өзара бүркеспей  керісінше тебіседі. Сол себептен спиндері параллель атомдар жақындасқанда  химиялық байланыс түзілмейді.

                       

Қорытынды

Валенттік байланыс әдісі бойынша  элементтердің  валенттігі.

ВБ теориясы не себептен атомдардың бірімен-бірі тек белгілі                                                қатынаста ғана қосылатынына жауап береді.

 ВБ теориясы бойынша  химиялық спиндері антипараллель  жалқы эоектронды орбитальдардың  бүркесуі нәтижесінде пайда болады. Сондықтан коваленттік байланысты атомның сыртқы қабатындағы жалқы электрондар түзеді, ал атомның валенттігі жалқы электрондардың санына тең. Осы тұрғыдан I және II-период элементтернің валенттігін арастырамыз.

Сутек атомының 1s деңгейшесінде бір жалқы электрон бар, (1s¹        ) сол себептен сутек бір валенттік көрсетеді. Гелий атомының (1s²     ) жалқы электрондары жоқ, сол себептен валенттігі нөлге тең, қосылыстар түзбейді.

Енді екінші периодтың  элементтерін қарастырсақ, литий атомының сыртқы қабатында бір жалқы электрон бар:

2s¹   2p ⁰           

                 2s       2p

ол қосылыстарында бір  валентті.

Бериллий атомының сыртқы қабатында жалқы электрондар  жоқ:

              2s²   2p⁰                                                     

                              2s               2p

сондықтан бериллий, гелий  тәрізді нөл валенттік көрсетіп, химиялық қосылыстар түзбеуі керек  еді. Бірақ 20 деңгейшесіндегі қос  ақталған электронның біреуін қоздырып 2р деңгейшесіне ауыстырса, екі жалқы элекрон пайда болады:

Be  2s²  2p⁰                                       E=2,8 эВ Ве2s¹ 2p¹        

2s 2p

Осылайша қоздырылған  бериллий екі валенттік көрсетеді.

 Негізгі күйдегі бор  атомының сыртқы қабатында бір-аө  жалөы электрон бар: 

2s²  2p¹ 

демек, негізгі күйінде  бор бір валентті. Бор атомын қоздырса 2 деңгеңшесіндегі электронның бірі 2р деңгейшесіне ауысып, үш жалқы электрон пайда болады:

B 2s² 2p¹                                                        E= 5,7 эВ В2s¹  2p²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      Жоспары:

 

1. Кіріспе. 

а) Химиялық байланыс туралы ұғымның дамуы.

     2. Негізгі бөлім.

     а) Валенттік байланыс әдісі.

     ә)Химиялық байланыстар және оның түрлері

3. Қорытынды.

а) Валенттік байланыс бойынша элементтердің валенттігі.                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақ мемлекеттік қыздар педагогикалық  университеті

Жаратылыстану-география факультеті

Химия кафедрасы

 

 

 

Реферат

Тақырыбы: Валенттілік байланыстар әдісі

 

 

                                                      

 

                                                

 

 

 

 

                                                                                                                                      

 

 

                                                        Орындаған: Әбдіжаппарова С.Ә

                                                Қабылдаған: Көшетова Ж.Ә                                                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2012               

Пайдаланылған әдеиеттер:

 

 

 

1. “ Жалпы химия “ Б.А. Бірімжанов.