ბიო.ქიმიის ძირითადი ობიექტები.

სასწავლო ობიექტებიბიოორგანული ქიმია არის ცილები და პეპტიდები, ნუკლეინის მჟავები, ნახშირწყლები, ლიპიდები, ბიოპოლიმერები, ალკალოიდები, ტერპენოიდები, ვიტამინები, ანტიბიოტიკები, ჰორმონები, ტოქსინები, აგრეთვე ბიოლოგიური პროცესების სინთეზური რეგულატორები: წამლები, პესტიციდები და ა.შ.

ორგანული ნაერთების იზომერიზმი, მისი ტიპები. იზომერიზმის ტიპების მახასიათებლები, მაგალითები.

არსებობს იზომერიზმის ორი ტიპი: სტრუქტურული და სივრცითი (ანუ სტერეოიზომერიზმი). სტრუქტურული იზომერები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან მოლეკულაში ატომების ბმების რიგითობით, სტერეოიზომერები - სივრცეში ატომების განლაგებით მათ შორის ბმების იგივე რიგით.

განასხვავებენ სტრუქტურული იზომერიზმის შემდეგ ტიპებს: ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი, პოზიციური იზომერიზმი, ორგანული ნაერთების სხვადასხვა კლასის იზომერიზმი (კლასთაშორისი იზომერიზმი).

ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი განპირობებულია ნახშირბადის ატომებს შორის კავშირის განსხვავებული რიგით, რომლებიც ქმნიან მოლეკულის ჩონჩხს. მაგალითად: მოლეკულური ფორმულა C4H10 შეესაბამება ორ ნახშირწყალბადს: n-ბუტანს და იზობუტანს. C5H12 ნახშირწყალბადისთვის შესაძლებელია სამი იზომერი: პენტანი, იზოპენტანი და ნეოპენტანი. C4H10 შეესაბამება ორ ნახშირწყალბადს: n-ბუტანს და იზობუტანს. C5H12 ნახშირწყალბადისთვის შესაძლებელია სამი იზომერი: პენტანი, იზოპენტანი და ნეოპენტანი.

პოზიციური იზომერიზმი განპირობებულია მრავალჯერადი ბმის, შემცვლელი, ფუნქციური ჯგუფის განსხვავებული პოზიციით მოლეკულის ერთი და იგივე ნახშირბადის ჩონჩხთან.

ინტერკლასობრივი იზომერიზმი არის ნივთიერებების იზომერიზმი, რომლებიც მიეკუთვნებიან ორგანული ნაერთების სხვადასხვა კლასს.

ორგანული ნაერთების თანამედროვე კლასიფიკაცია და ნომენკლატურა.

ამჟამად ფართოდ გამოიყენება სისტემატური ნომენკლატურა - IUPAC - საერთაშორისო ერთიანი ქიმიური ნომენკლატურა. IUPAC წესები ეფუძნება რამდენიმე სისტემას:

1) რადიკალურ-ფუნქციური (სახელი ეფუძნება ფუნქციური ჯგუფის სახელს),

2) დამაკავშირებელი (სახელები შედგება რამდენიმე თანაბარი ნაწილისგან),

3) ჩანაცვლება (სახელის საფუძველია ნახშირწყალბადის ფრაგმენტი).

კოვალენტური ბმები. პი და სიგმას ობლიგაციები.

კოვალენტური ბმაორგანულ ნაერთებში ბმის ძირითადი ტიპია.

ეს არის ბმა, რომელიც წარმოიქმნება ვალენტური ელექტრონული ღრუბლების წყვილის გადახურვით.

Pi ბმა არის კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება p ატომური ორბიტალების გადახურვით.

სიგმა ბმა არის კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება s-ატომური ორბიტალების გადახურვისას.

თუ ორივე s- და p-ბმა წარმოიქმნება ატომებს შორის მოლეკულაში, მაშინ წარმოიქმნება მრავალჯერადი (ორმაგი ან სამმაგი) ბმა.

6. თანამედროვე იდეები ორგანული ნაერთების აგებულების შესახებ. ცნება "ქიმიური სტრუქტურა", "კონფიგურაცია", "კონფორმაცია", მათი განმარტება. სტრუქტურის როლი ბიოლოგიური აქტივობის გამოვლინებაში.

1861 წელს ა. ბუტლეროვმა შემოგვთავაზა ორგანული ნაერთების ქიმიური სტრუქტურის თეორია, რომელიც საფუძვლად უდევს თანამედროვე იდეებს ორგანის სტრუქტურის შესახებ. ნაერთები, რომელიც შედგება შემდეგი ძირითადი დებულებებისაგან:

1. ნივთიერებების მოლეკულებში არსებობს ატომების ქიმიური შებოჭვის მკაცრი თანმიმდევრობა, რომელსაც ქიმიური სტრუქტურა ეწოდება.

2. ნივთიერების ქიმიური თვისებები განისაზღვრება ელემენტარული კომპონენტების ბუნებით, მათი რაოდენობითა და ქიმიური აგებულებით.

3. თუ ერთი და იგივე შემადგენლობისა და მოლეკულური წონის ნივთიერებებს განსხვავებული აგებულება აქვთ, მაშინ ხდება იზომერიზმის ფენომენი.

4. ვინაიდან სპეციფიკურ რეაქციებში იცვლება მოლეკულის მხოლოდ ზოგიერთი ნაწილი, პროდუქტის სტრუქტურის შესწავლა ხელს უწყობს ორიგინალური მოლეკულის სტრუქტურის დადგენას.

5. ცალკეული ატომების ქიმიური ბუნება (რეაქტიულობა) მოლეკულაში იცვლება გარემოდან გამომდინარე, ე.ი. სხვა ელემენტების რომელ ატომებთან არიან დაკავშირებული.

"ქიმიური სტრუქტურის" კონცეფცია მოიცავს მოლეკულაში ატომების კავშირის გარკვეული რიგის იდეას და მათ ქიმიურ ურთიერთქმედებას, რაც ცვლის ატომების თვისებებს.

14. კოვალენტური ბმის ძირითადი მახასიათებლები. კავშირის სიგრძე და ენერგია. გაჯერება და მიმართულება. კომუნიკაციის სიმრავლე. სიგმა და პი ობლიგაციები.

- ქიმიურ კავშირს, რომელსაც ახორციელებს საერთო ელექტრონული წყვილები, ეწოდება ატომურიან კოვალენტური.თითოეულ კოვალენტურ ქიმიურ ბმას აქვს გარკვეული ხარისხობრივი ან რაოდენობრივი მახასიათებლები. Ესენი მოიცავს:

ბმული სიგრძე

ბონდის ენერგია

გაჯერება

კომუნიკაციის მიმართულება

კომუნიკაციის პოლარობა

კომუნიკაციის სიმრავლე

- ბმული სიგრძეარის მანძილი შეკრული ატომების ბირთვებს შორის. ეს დამოკიდებულია ატომების ზომაზე და მათი ელექტრონული გარსების გადახურვის ხარისხზე. ბონდის სიგრძე განისაზღვრება ობლიგაციების რიგით: რაც უფრო მაღალია ობლიგაციების რიგი, მით უფრო მოკლეა მისი სიგრძე.

ბონდის ენერგიაარის ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ერთი ატომისგან მოლეკულის წარმოქმნის დროს. ის ჩვეულებრივ გამოიხატება ჯ/მოლში (ან კალ/მოლში). ბმის ენერგია განისაზღვრება კავშირის რიგით: რაც უფრო დიდია კავშირის რიგი, მით მეტია მისი ენერგია. კავშირის ენერგია მისი სიძლიერის საზომია. მისი ღირებულება განისაზღვრება იმ სამუშაოთი, რომელიც საჭიროა ბმის გასაწყვეტად, ან ენერგიის მომატებით ცალკეული ატომებიდან მატერიის წარმოქმნის დროს. სისტემა, რომელიც შეიცავს ნაკლებ ენერგიას, უფრო სტაბილურია. დიატომური მოლეკულებისთვის ბმის ენერგია უდრის დისოციაციის ენერგიას, აღებული საპირისპირო ნიშნით. თუ 2 სხვადასხვა ატომზე მეტი დაკავშირებულია მოლეკულაში, მაშინ საშუალო შეკავშირების ენერგია არ ემთხვევა მოლეკულის დისოციაციის ენერგიის მნიშვნელობას. იდენტური ატომებისგან შემდგარ მოლეკულებში ბმის ენერგია მცირდება ჯგუფებად ზემოდან ქვემოდან. ბონდის ენერგია იზრდება პერიოდის განმავლობაში.

- გაჯერება- გვიჩვენებს, რამდენი ბმა შეიძლება შექმნას მოცემულმა ატომმა სხვებთან საერთო ელექტრონული წყვილების გამო. ის უდრის საერთო ელექტრონული წყვილების რაოდენობას, რომლითაც ეს ატომი უკავშირდება სხვებს. კოვალენტური ბმის გაჯერება არის ატომის უნარი მონაწილეობა მიიღოს შეზღუდული რაოდენობის კოვალენტური ბმების ფორმირებაში.

ორიენტაციაარის შემაკავშირებელი ელექტრონული ღრუბლების გარკვეული ურთიერთგანლაგება. ეს იწვევს ქიმიურად შეკრული ატომების ბირთვების გარკვეულ განლაგებას სივრცეში. კოვალენტური ბმის სივრცითი ორიენტაცია ხასიათდება წარმოქმნილ ბმებს შორის არსებული კუთხეებით, რომლებიც ე.წ. ვალენტობის კუთხეები.

- კომუნიკაციის სიმრავლე.იგი განისაზღვრება ატომებს შორის კავშირში ჩართული ელექტრონული წყვილების რაოდენობით. თუ ბმა წარმოიქმნება ერთზე მეტი წყვილი ელექტრონის მიერ, მაშინ მას მრავალჯერადი ეწოდება. როგორც ბმის სიმრავლე იზრდება, ენერგია იზრდება და ბმის სიგრძე მცირდება. მრავალჯერადი ბმის მქონე მოლეკულებში ღერძის გარშემო ბრუნვა არ ხდება.

- სიგმა - და პი ობლიგაციები. ქიმიური ბმა გამოწვეულია ელექტრონული ღრუბლების გადახურვით. თუ ეს გადახურვა ხდება ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ, მაშინ ასეთ კავშირს სიგმა ბმა ეწოდება. ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს s-s ელექტრონებით, p-p ელექტრონებით, s-p ელექტრონებით. ქიმიურ კავშირს, რომელსაც ახორციელებს ერთი ელექტრონული წყვილი, ეწოდება ერთიანი ბმა. ერთჯერადი ობლიგაციები ყოველთვის სიგმა ობლიგაციებია. s ტიპის ორბიტალები ქმნიან მხოლოდ სიგმა ბმებს. მაგრამ ცნობილია ნაერთების დიდი რაოდენობა, რომლებშიც არის ორმაგი და თუნდაც სამმაგი ბმები. ერთი მათგანი სიგმა ბმაა, დანარჩენებს კი პი ბმები ეწოდება. როდესაც ასეთი ობლიგაციები იქმნება, ელექტრონული ღრუბლების გადახურვა ხდება სივრცის ორ რეგიონში, რომლებიც სიმეტრიულია ბირთვთაშორის ღერძთან.

15. ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაცია მოლეკულების მაგალითზე: მეთანი, ალუმინის ქლორიდი, ბერილიუმის ქლორიდი. მოლეკულის ვალენტობის კუთხე და გეომეტრია. მოლეკულური ორბიტალების მეთოდი (MO LCAO). ჰომო- და ჰეტერო-ბირთვული მოლეკულების ენერგეტიკული დიაგრამები (ნ2, კლ2, NH3, იყავი2).

- ჰიბრიდიზაცია.შერეული ორბიტალების ახალ კომპლექტს ჰიბრიდული ორბიტალები ეწოდება, ხოლო თავად შერევის ტექნიკას ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაცია.

ერთი s- და ერთი p-ორბიტალის შერევას, როგორც BeCl2-ში, ეწოდება sp-ჰიბრიდიზაცია. პრინციპში, s-ორბიტალის ჰიბრიდიზაცია შესაძლებელია არა მხოლოდ ერთი, არამედ ორი, სამი ან არამთლიანი რაოდენობის p-ორბიტალებით, ასევე ჰიბრიდიზაცია d-ორბიტალების მონაწილეობით.

განვიხილოთ წრფივი BeCl2 მოლეკულა. ბერილიუმის ატომს ვალენტურ მდგომარეობაში შეუძლია შექმნას ორი ბმა ერთი s- და ერთი p-ელექტრონის გამო. ცხადია, ამ შემთხვევაში ქლორის ატომებთან სხვადასხვა სიგრძის ორი ბმა უნდა მივიღოთ, ვინაიდან ამ ელექტრონების რადიალური განაწილება განსხვავებულია. რეალური BeCl2 მოლეკულა არის სიმეტრიული და წრფივი; მასში ორი Be-Cl ბმა ზუსტად იგივეა. ეს ნიშნავს, რომ ისინი უზრუნველყოფილნი არიან იმავე მდგომარეობის ელექტრონებით, ე.ი. აქ, ბერილიუმის ატომს ვალენტურ მდგომარეობაში აღარ აქვს ერთი s- და ერთი p-ელექტრონი, არამედ ორი ელექტრონი, რომლებიც განლაგებულია ორბიტალებში, რომლებიც წარმოიქმნება s- და p-ატომური ორბიტალების „ნარევით“. მეთანის მოლეკულას ექნება sp3 ჰიბრიდიზაცია, ხოლო ალუმინის ქლორიდის მოლეკულას ექნება sp2 ჰიბრიდიზაცია.

ჰიბრიდიზაციის სტაბილურობის პირობები:

1) თავდაპირველ ორბიტალურ ატომებთან შედარებით, ჰიბრიდული ორბიტალები უფრო მჭიდროდ უნდა გადაფარონ.

2) ჰიბრიდიზაციაში მონაწილეობენ ატომური ორბიტალები, რომლებიც ენერგეტიკულ დონეზე ახლოს არიან, ამიტომ პერიოდული სისტემის მარცხენა მხარეს უნდა ჩამოყალიბდეს სტაბილური ჰიბრიდული ორბიტალები.

ჰიბრიდიზაცია	მოლეკულის ფორმა	ვალენტობის კუთხე
	ხაზოვანი
	სამკუთხედი
	ტეტრაედონი

- მოლეკულის ვალენტობის კუთხე და გეომეტრია.თითოეულ შემთხვევაში, ჰიბრიდულ ორბიტალებს აქვთ გარკვეული ორიენტაცია, რაც ხელს უწყობს მოლეკულების წარმოქმნას გარკვეული კუთხით ობლიგაციებს შორის, ვალენტობის კუთხეებს შორის. ჰიბრიდიზაციის თითოეული ტიპი შეესაბამება ბმის სპეციფიკურ კუთხეს და მოლეკულის სპეციფიკურ ფორმას:

- MO LCAO. მოლეკულური ორბიტალები შეიძლება მოვიაზროთ, როგორც ატომური ორბიტალების წრფივი კომბინაცია. მოლეკულურ ორბიტალებს უნდა ჰქონდეს გარკვეული სიმეტრია. ატომური ორბიტალების ელექტრონებით შევსებისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული შემდეგი წესები:

1. თუ ატომური ორბიტალი არის რაიმე ფუნქცია, რომელიც არის შრედინგერის განტოლების ამოხსნა და აღწერს ელექტრონის მდგომარეობას ატომში, MO მეთოდი ასევე არის შრედინგერის განტოლების ამოხსნა, მაგრამ ელექტრონის მოლეკულაში.

2. მოლეკულური ორბიტალი გვხვდება ატომური ორბიტალების მიმატებით ან გამოკლებით.

3. მოლეკულური ორბიტალები და მათი რიცხვი უდრის რეაქციაში მყოფი ატომების ატომური ორბიტალების ჯამს.

თუ მოლეკულური ორბიტალებისთვის გამოსავალი მიიღება ატომური ორბიტალების ფუნქციების დამატებით, მაშინ მოლეკულური ორბიტალების ენერგია უფრო დაბალი იქნება, ვიდრე ორიგინალური ატომური ორბიტალების ენერგია. და ასეთ ორბიტალს ე.წ შემაკავშირებელი ორბიტალი.

ფუნქციის გამოკლების შემთხვევაში მოლეკულურ ორბიტალს აქვს დიდი ენერგია და მას ე.წ შესუსტება.

არსებობს სიგმა და პი ორბიტალები. ისინი ივსება ჰუნდის წესით.

ბმების რაოდენობა (ბმათა რიგი) უდრის სხვაობას შემაკავშირებელ ორბიტალში ელექტრონების საერთო რაოდენობასა და ანტიბმატური ორბიტალში ელექტრონების რაოდენობას შორის, გაყოფილი 2-ზე.

MO მეთოდი იყენებს ენერგეტიკულ დიაგრამებს:

16. კომუნიკაციის პოლარიზაცია. ბმის დიპოლური მომენტი. ურთიერთქმედება ატომების მახასიათებლები: იონიზაციის პოტენციალი, ელექტრონის აფინურობა, ელექტრონეგატიურობა. ბმის იონურობის ხარისხი.

- დიპოლური მომენტი- დამუხტული ნაწილაკების სისტემის ელექტრული თვისებების დამახასიათებელი ფიზიკური რაოდენობა. დიპოლის შემთხვევაში (ორი ნაწილაკი საპირისპირო მუხტით) ელექტრული დიპოლური მომენტი უდრის დიპოლის დადებითი მუხტის ნამრავლს და მუხტებს შორის მანძილს და მიმართულია უარყოფითი მუხტიდან დადებითზე. ქიმიური ბმის დიპოლური მომენტი განპირობებულია ელექტრონული ღრუბლის ერთ-ერთი ატომისკენ გადაადგილებით. ბმას ამბობენ, რომ პოლარულია, თუ შესაბამისი დიპოლური მომენტი მნიშვნელოვნად განსხვავდება ნულიდან. შესაძლებელია შემთხვევები, როდესაც მოლეკულაში ცალკეული ბმები პოლარულია, ხოლო მოლეკულის მთლიანი დიპოლური მომენტი ნულის ტოლია; ასეთ მოლეკულებს უწოდებენ არაპოლარულს (მაგ. CO 2 და CCl 4 მოლეკულები). თუ მოლეკულის დიპოლური მომენტი არ არის ნულოვანი, მოლეკულა პოლარულია. მაგალითად, H 2 O მოლეკულა. მოლეკულის დიპოლური მომენტის სიდიდის რიგი განისაზღვრება ელექტრონის მუხტის ნამრავლით (1.6.10 -19 C) და ქიმიური ბმის სიგრძით (10 რიგის). -10 მ).

ელემენტის ქიმიური ბუნება განისაზღვრება მისი ატომის უნარით დაკარგოს და მოიპოვოს ელექტრონები. ეს უნარი შეიძლება რაოდენობრივად განისაზღვროს ატომის იონიზაციის ენერგიით და მისი ელექტრონებთან კავშირით.

- იონიზაციის ენერგიაატომი არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ელექტრონის ამოუწურავი ატომიდან გასასვლელად. იგი გამოიხატება კილოჯოულებში თითო მოლზე. მრავალელექტრონული ატომებისთვის იონიზაციის ენერგიები E1, E2, E3, ..., En შეესაბამება პირველის, მეორეს და ა.შ. ელექტრონები. ამ შემთხვევაში, ყოველთვის E1

- ატომის მიდრეკილება ელექტრონის მიმართ- ნეიტრალურ ატომზე ელექტრონის მიერთების ენერგეტიკული ეფექტი მისი გარდაქმნის უარყოფით იონში. ატომის მიდრეკილება ელექტრონის მიმართ გამოიხატება კჯ/მოლში. ელექტრონის აფინურობა რიცხობრივად ტოლია, მაგრამ ნიშნით საპირისპიროა უარყოფითად დამუხტული იონის იონიზაციის ენერგიასთან და დამოკიდებულია ატომის ელექტრონულ კონფიგურაციაზე. მე-7 ჯგუფის p-ელემენტებს აქვთ ელექტრონების ყველაზე მაღალი აფინურობა. ატომები s2 (Be, Mg, Ca) და s2p6 (Ne, Ar, Kr) კონფიგურაციებით ან ნახევრად შევსებული p-ქვეფენებით (N, P, As) არ ამჟღავნებენ ელექტრონებთან კავშირს.

- ელექტრონეგატიურობაარის ნაერთში ატომის უნარის საშუალო მახასიათებელი, მიიზიდოს ელექტრონი. ამ შემთხვევაში, უგულებელყოფილია ატომების მდგომარეობების განსხვავება სხვადასხვა ნაერთებში. იონიზაციის პოტენციალისა და ელექტრონის აფინურობისგან განსხვავებით, ER არ არის მკაცრად განსაზღვრული ფიზიკური რაოდენობა, არამედ სასარგებლო პირობითი მახასიათებელი. ყველაზე ელექტროუარყოფითი ელემენტია ფტორი. EO დამოკიდებულია იონიზაციის ენერგიასა და ელექტრონის აფინურობაზე. ერთი განმარტების მიხედვით, ატომის ER შეიძლება გამოისახოს როგორც მისი იონიზაციის ენერგიისა და ელექტრონის აფინურობის ჯამის ნახევარი. ელემენტს არ შეიძლება მიენიჭოს მუდმივი EC. ეს დამოკიდებულია ბევრ ფაქტორზე, კერძოდ, ელემენტის ვალენტურ მდგომარეობაზე, ნაერთის ტიპზე, რომელშიც ის შედის და ა.შ.

17. პოლარიზაციის უნარი და პოლარიზებული მოქმედება. ნივთიერების ზოგიერთი ფიზიკური თვისების ახსნა ამ თეორიის თვალსაზრისით.

- პოლარიზაციის თეორია თვლის, რომ ყველა ნივთიერება არის წმინდა იონური. გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში, ყველა იონს აქვს სფერული ფორმა. როდესაც იონები ერთმანეთს უახლოვდებიან, კატიონის ველი გავლენას ახდენს ანიონის ველზე და ისინი დეფორმირდება. იონის პოლარიზაცია არის იონების გარე ელექტრონული ღრუბლის გადაადგილება მათ ბირთვთან შედარებით.

პოლარიზაციაშედგება ორი პროცესისგან:

იონის პოლარიზება

პოლარიზებული მოქმედება სხვა იონზე

იონის პოლარიზებადობა არის იონის ელექტრონული ღრუბლის უნარის დეფორმაცია გარე ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.

იონების პოლარიზაციის კანონზომიერებები:

ანიონები უფრო პოლარიზებულია ვიდრე კათიონები. ელექტრონის ჭარბი სიმკვრივე იწვევს ელექტრონული ღრუბლის დიდ დიფუზურობას, მსხვრევადობას.

იზოელექტრონული იონების პოლარიზებადობა იზრდება დადებითი მუხტების შემცირებით და უარყოფითი მუხტების გაზრდით. იზოელექტრონულ იონებს აქვთ იგივე კონფიგურაცია.

გამრავლებით დამუხტულ კატიონებში ბირთვული მუხტი ბევრად აღემატება ელექტრონების რაოდენობას. ეს ამკვრივებს ელექტრონულ გარსს, ის სტაბილიზდება, ამიტომ ასეთი იონები ნაკლებად მგრძნობიარეა დეფორმაციის მიმართ. კათიონების პოლარიზებადობა მცირდება 18 ელექტრონით სავსე იონებიდან შეუვსებელზე გადასვლისას და შემდგომ კეთილშობილ აირის იონებზე გადასვლისას. ეს გამოწვეულია იმით, რომ იმავე პერიოდის ელექტრონებისთვის d-ელექტრონული გარსი უფრო დიფუზურია, ვიდრე s- და p-ელექტრონული გარსები, რადგან d-ელექტრონები უფრო მეტ დროს ატარებენ ბირთვთან ახლოს. ამიტომ, d-ელექტრონები უფრო ძლიერად ურთიერთქმედებენ მიმდებარე ანიონებთან.

იონების - ანალოგების პოლარიზებადობა იზრდება ელექტრონული ფენების რაოდენობის მატებასთან ერთად. პოლარიზება ყველაზე რთულია მცირე და მრავალჯერ დამუხტული კატიონებისთვის, კეთილშობილი აირების ელექტრონული გარსით. ასეთ კათიონებს ხისტი ეწოდება. ყველაზე ადვილად პოლარიზებული არის ნაყარი გამრავლებით დამუხტული ანიონები და დაბალი დამუხტული ნაყარი კათიონები. ეს არის რბილი იონები.

- პოლარიზებული მოქმედება. ეს დამოკიდებულია გარე ელექტრონული ფენის მუხტებზე, ზომასა და სტრუქტურაზე.

1. კათიონის პოლარიზებული ეფექტი იზრდება მისი მუხტის მატებასთან და რადიუსის კლებასთან ერთად. მაქსიმალური პოლარიზებული ეფექტი დამახასიათებელია კატონებისთვის მცირე რადიუსებით და დიდი მუხტით, ამიტომ ისინი ქმნიან კოვალენტური ტიპის ნაერთებს. რაც უფრო დიდია მუხტი, მით მეტია პოლარიზებული კავშირი.

2. კათიონების პოლარიზებული ეფექტი იზრდება s-ელექტრონული ღრუბლით იონების არასრულზე და 18 ელექტრონულზე გადასვლისას. რაც უფრო დიდია კათიონის პოლარიზებული ეფექტი, მით მეტია კოვალენტური ბმის წვლილი.

- პოლარიზაციის თეორიის გამოყენება ფიზიკური თვისებების ასახსნელად:

რაც უფრო დიდია ანიონის პოლარიზებადობა (კატიონის პოლარიზებული ეფექტი), მით მეტია მისი კოვალენტური ბმის წარმოქმნის ალბათობა. ამრიგად, კოვალენტური ბმის მქონე ნაერთების დუღილისა და დნობის წერტილები უფრო დაბალი იქნება, ვიდრე იონური ბმის მქონე ნაერთებისთვის. რაც უფრო დიდია ბმის იონიურობა, მით უფრო მაღალია დნობის და დუღილის წერტილები.

ელექტრონული გარსის დეფორმაცია გავლენას ახდენს სინათლის ტალღების ასახვის ან შთანთქმის უნარზე. აქედან, პოლარიზაციის თეორიის პოზიციიდან, შეიძლება აიხსნას ნაერთების ფერი: თეთრი - ყველაფერი ასახავს; შავი - შთანთქავს; გამჭვირვალე - გადის. ეს გამოწვეულია: თუ გარსი დეფორმირებულია, მაშინ ელექტრონების კვანტური დონეები უახლოვდება ერთმანეთს, ამცირებს ენერგეტიკულ ბარიერს, ამიტომ მცირე ენერგიაა საჭირო აღგზნებისთვის. იმიტომ რომ შთანთქმა დაკავშირებულია ელექტრონების აგზნებასთან, ე.ი. მათი გადასვლით მაღალ დონეზე, შემდეგ მაღალი პოლარიზაციის არსებობისას, უკვე ხილულმა შუქმა შეიძლება აღაგზნოს გარე ელექტრონები და ნივთიერება აღმოჩნდება ფერადი. რაც უფრო მაღალია ანიონის მუხტი, მით უფრო დაბალია ფერის ინტენსივობა. პოლარიზებული ეფექტი გავლენას ახდენს ნაერთების რეაქტიულობაზე, ამიტომ ბევრი ნაერთებისთვის ჟანგბადის შემცველი მჟავების მარილები უფრო სტაბილურია, ვიდრე თავად მარილები. d-ელემენტების ყველაზე დიდი პოლარიზებული ეფექტი. რაც უფრო დიდია მუხტი, მით მეტია პოლარიზებული ეფექტი.

18. იონური ბმა, როგორც კოვალენტური პოლარული ბმის შემზღუდველი შემთხვევა. სხვადასხვა ტიპის ბმების მქონე ნივთიერებების თვისებები.

იონური ბმის ბუნება შეიძლება აიხსნას იონების ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით. ელემენტების უნარი შექმნან მარტივი იონები განპირობებულია მათი ატომების სტრუქტურით. კათიონები ყველაზე ადვილად ქმნიან ელემენტებს დაბალი იონიზაციის ენერგიით, ტუტე და ტუტე მიწის ლითონებით. ანიონები ყველაზე ადვილად წარმოიქმნება მე-7 ჯგუფის p-ელემენტებით მათი მაღალი ელექტრონებთან კავშირის გამო.

იონების ელექტრული მუხტი იწვევს მათ მიზიდულობას და მოგერიებას. იონები შეიძლება ჩაითვალოს დამუხტულ ბურთებად, რომელთა ძალის ველები თანაბრად არის განაწილებული სივრცეში ყველა მიმართულებით. ამიტომ, თითოეულ იონს შეუძლია საპირისპირო ნიშნის იონების მიზიდვა ნებისმიერი მიმართულებით. იონური ბმა, კოვალენტური ბმისგან განსხვავებით, არამიმართულოვანია.

საპირისპირო ნიშნის იონების ერთმანეთთან ურთიერთქმედება არ შეიძლება გამოიწვიოს მათი ძალის ველების სრული ურთიერთკომპენსაცია. ამის გამო ისინი ინარჩუნებენ უნარს, მიიზიდონ იონები სხვა მიმართულებითაც. ამიტომ, კოვალენტური ბმისგან განსხვავებით, იონური ბმა ხასიათდება უჯერობით.

19.ლითონის შეერთება. მსგავსება და განსხვავებები იონურ და კოვალენტურ ბმებთან

მეტალის ბმა არის ის, რომელშიც თითოეული ცალკეული ატომის ელექტრონები მიეკუთვნება კონტაქტში მყოფ ყველა ატომს. ენერგეტიკული სხვაობა ასეთ ბმაში „მოლეკულურ“ ორბიტალებს შორის მცირეა, ამიტომ ელექტრონებს შეუძლიათ ადვილად გადავიდნენ ერთი „მოლეკულური“ ორბიტალიდან მეორეში და, შესაბამისად, გადავიდნენ მეტალის უმეტესობაში.

ლითონები სხვა ნივთიერებებისგან განსხვავდებიან მაღალი ელექტროგამტარობითა და თბოგამტარობით. ნორმალურ პირობებში, ისინი წარმოადგენენ კრისტალურ ნივთიერებებს (ვერცხლისწყლის გარდა) ატომების მაღალი კოორდინაციის რაოდენობით. მეტალში ელექტრონების რაოდენობა ორბიტალებზე გაცილებით ნაკლებია, ამიტომ ელექტრონებს შეუძლიათ ერთი ორბიტალიდან მეორეში გადაადგილება. ლითონის ატომებს ახასიათებთ იონიზაციის მაღალი ენერგიით - ვალენტური ელექტრონები სუსტად ინარჩუნებენ ატომს, ე.ი. ადვილად გადაადგილება კრისტალში. კრისტალში ელექტრონების გადაადგილების უნარი განსაზღვრავს ლითონების ელექტროგამტარობას.

ამრიგად, კოვალენტური და იონური ნაერთებისგან განსხვავებით, მეტალებში ელექტრონების დიდი რაოდენობა ერთდროულად აკავშირებს ატომის ბირთვების დიდ რაოდენობას და თავად ელექტრონებს შეუძლიათ მეტალში გადაადგილება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ძლიერ დელოკალიზებული ქიმიური ბმა ხდება ლითონებში. მეტალის ბმას აქვს გარკვეული მსგავსება კოვალენტურ კავშირთან, რადგან იგი ემყარება ვალენტური ელექტრონების სოციალიზაციას. თუმცა, მხოლოდ ორი ურთიერთმოქმედი ატომის ვალენტური ელექტრონები მონაწილეობენ კოვალენტური ბმის ფორმირებაში, ხოლო მეტალის ბმის ფორმირებაში ყველა ატომი მონაწილეობს ელექტრონების სოციალიზაციაში. ამიტომაც მეტალის ბმას არ გააჩნია სივრცითი ორიენტაცია და გაჯერება, რაც დიდწილად განსაზღვრავს ლითონების სპეციფიკურ თვისებებს. მეტალის ბმის ენერგია 3-4-ჯერ ნაკლებია კოვალენტური ბმის ენერგიაზე.

20. წყალბადის ბმა. ინტერმოლეკულური და ინტრამოლეკულური. განათლების მექანიზმი. წყალბადის ბმის მქონე ნივთიერებების ფიზიკური თვისებების თავისებურებები. მაგალითები.

- წყალბადის ბმა არის ქიმიური ბმის განსაკუთრებული ტიპი. დამახასიათებელია წყალბადის ნაერთებისთვის ყველაზე ელექტროუარყოფითი ელემენტებით (ფტორი, ჟანგბადი, აზოტი და ნაკლებად ქლორი და გოგირდი).

წყალბადის ბმა ძალზე გავრცელებულია და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მოლეკულების გაერთიანებაში, კრისტალიზაციის, დაშლის, კრისტალური ჰიდრატების წარმოქმნის პროცესებში და ა.შ. მაგალითად, მყარ, თხევად და თუნდაც აირის მდგომარეობაში, წყალბადის ფტორის მოლეკულებია. დაკავშირებულია ზიგზაგის ჯაჭვში, რაც განპირობებულია სწორედ წყალბადური კავშირით.

მისი თავისებურება ის არის, რომ წყალბადის ატომი, რომელიც ერთი მოლეკულის ნაწილია, აყალიბებს მეორე, უფრო სუსტ კავშირს მეორე მოლეკულის ატომთან, რის შედეგადაც ორივე მოლეკულა გაერთიანებულია კომპლექსში. ასეთი კომპლექსის დამახასიათებელი თვისებაა ე.წ წყალბადის ხიდი – A – H...B–. ხიდში ატომებს შორის მანძილი უფრო მეტია, ვიდრე ატომებს შორის მოლეკულაში. თავდაპირველად, წყალბადის ბმა განიხილებოდა, როგორც ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება. ამჟამად, დასკვნა დადგინდა, რომ დონორი-მიმღები ურთიერთქმედება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წყალბადის კავშირში. წყალბადის ბმა იქმნება არა მხოლოდ სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულებს შორის, არამედ ერთი და იგივე ნივთიერების მოლეკულებში H2O, HF, NH3 და ა.შ. წყალბადის კავშირი ცნობილია მოლეკულებში, განსაკუთრებით ორგანულ ნაერთებში. მის ფორმირებას ხელს უწყობს A-H ჯგუფის A-H და დონორი ჯგუფის B-R არსებობა მოლეკულაში. A-H მოლეკულაში A არის ყველაზე ელექტროუარყოფითი ელემენტი. წყალბადის კავშირი პოლიმერებში, როგორიცაა პეპტიდები, იწვევს სპირალურ სტრუქტურას. დნმ-ს აქვს მსგავსი სტრუქტურები - დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა - მემკვიდრეობის კოდის მცველი. წყალბადის ბმები არ არის ძლიერი. ისინი ადვილად ყალიბდებიან და იშლება ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია ბიოლოგიურ პროცესებში. ცნობილია, რომ წყალბადის ნაერთებს უაღრესად ელექტროუარყოფითი არალითონებით აქვთ არანორმალურად მაღალი დუღილის წერტილი.

ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება. მიზიდულობის ძალები გაჯერებულ ატომებსა და მოლეკულებს შორის უკიდურესად სუსტია იონურ და კოვალენტურ ბმებთან შედარებით. ნივთიერებები, რომლებშიც მოლეკულები შენარჩუნებულია უკიდურესად სუსტი ძალებით, უფრო ხშირად არის აირები 20 გრადუსზე და ხშირ შემთხვევაში მათი დუღილის წერტილი ძალიან დაბალია. ასეთი სუსტი ძალების არსებობა აღმოაჩინა ვან დერ ვაალსმა. ასეთი ძალების არსებობა სისტემაში შეიძლება აიხსნას:

1. მუდმივი დიპოლის არსებობა მოლეკულაში. ამ შემთხვევაში, დიპოლების მარტივი ელექტროსტატიკური მიზიდვის შედეგად წარმოიქმნება სუსტი ურთიერთქმედების ძალები - დიპოლ-დიპოლი (H2O, HCl, CO).

2. დიპოლური მომენტი ძალიან მცირეა, მაგრამ წყალთან ურთიერთქმედებისას შეიძლება წარმოიქმნას ინდუცირებული დიპოლი, რომელიც ხდება მოლეკულების პოლიმერიზაციის შედეგად მიმდებარე მოლეკულების დიპოლებით. ეს ეფექტი შეიძლება დაემატოს დიპოლ-დიპოლურ ურთიერთქმედებას და გაზარდოს მიზიდულობა.

3. დისპერსიული ძალები. ეს ძალები მოქმედებს ნებისმიერ ატომსა და მოლეკულას შორის, მიუხედავად მათი სტრუქტურისა. ეს კონცეფცია ლონდონმა შემოიტანა. სიმეტრიული ატომებისთვის ერთადერთი მოქმედი ძალებია ლონდონის ძალები.

21. მატერიის აგრეგატული მდგომარეობები: მყარი, თხევადი, აირისებრი. კრისტალური და ამორფული მდგომარეობები. ბროლის გისოსები.

- ნორმალურ პირობებში ატომები, იონები და მოლეკულები ინდივიდუალურად არ არსებობს. ის ყოველთვის წარმოადგენს ნივთიერების უმაღლესი ორგანიზაციის მხოლოდ ნაწილებს, რომლებიც პრაქტიკულად მონაწილეობენ ქიმიურ გარდაქმნებში - აგრეგაციის ე.წ. გარე პირობებიდან გამომდინარე, ყველა ნივთიერება შეიძლება იყოს აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობაში - აირის, თხევადი, მყარი. აგრეგაციის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლას არ ახლავს ნივთიერების სტოქიომეტრიული შემადგენლობის ცვლილება, მაგრამ აუცილებლად ასოცირდება მისი სტრუქტურის მეტ-ნაკლებად ცვლილებასთან.

მყარი მდგომარეობაარის მდგომარეობა, რომელშიც მატერიას აქვს თავისი მოცულობა და თავისი ფორმა. მყარ სხეულებში ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალები ძალიან დიდია. თითქმის ყველა ნივთიერება არსებობს რამდენიმე მყარი სხეულის სახით. ამ სხეულების რეაქტიულობა და სხვა თვისებები, როგორც წესი, განსხვავებულია. იდეალური მყარი მდგომარეობა შეესაბამება ჰიპოთეტურ იდეალურ კრისტალს.

თხევადი მდგომარეობამდგომარეობა, რომელშიც მატერიას აქვს თავისი მოცულობა, მაგრამ არ აქვს საკუთარი ფორმა. სითხეს აქვს გარკვეული სტრუქტურა. სტრუქტურის თვალსაზრისით, თხევადი მდგომარეობა შუალედურია მკაცრად განსაზღვრული პერიოდული სტრუქტურის მყარ მდგომარეობასა და გაზს შორის, რომელშიც სტრუქტურა არ არის. აქედან გამომდინარე, სითხე ხასიათდება, ერთის მხრივ, გარკვეული მოცულობის არსებობით, ხოლო მეორეს მხრივ, გარკვეული ფორმის არარსებობით. ნაწილაკების უწყვეტი მოძრაობა სითხეში განსაზღვრავს მკვეთრად გამოხატულ თვითდიფუზიას და მის სითხეს. სითხის სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებები დამოკიდებულია მისი შემადგენელი ნაწილაკების ქიმიურ იდენტურობაზე.

აირისებრი მდგომარეობა. აირის მდგომარეობის დამახასიათებელი მახასიათებელია ის, რომ გაზის მოლეკულები (ატომები) არ არის ერთმანეთთან შეკავებული, მაგრამ თავისუფლად მოძრაობენ მოცულობაში. მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ძალები ჩნდება, როდესაც მოლეკულები ერთმანეთს უახლოვდებიან. სუსტი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება იწვევს აირების დაბალ სიმკვრივეს და მათ ძირითად დამახასიათებელ თვისებებს - უსასრულო გაფართოების სურვილს და გემების კედლებზე ზეწოლის უნარს, რაც ხელს უშლის ამ სურვილს. დაბალი წნევისა და მაღალ ტემპერატურაზე სუსტი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების გამო, ყველა ტიპიური აირი იქცევა დაახლოებით ერთნაირად, მაგრამ ჩვეულებრივ ტემპერატურასა და წნევაზეც კი, აირების ინდივიდუალურობა იწყება. გაზის მდგომარეობა ხასიათდება მისი ტემპერატურით, წნევით და მოცულობით. გაზი ითვლება ნ.ო. თუ მისი ტემპერატურა 0 გრადუსია და წნევა 1 * 10 Pa.

- კრისტალური მდგომარეობა. მყარ სხეულებს შორის მთავარია კრისტალური მდგომარეობა, რომელსაც ახასიათებს ნაწილაკების (ატომები, იონები, მოლეკულები) გარკვეული ორიენტაცია ერთმანეთთან შედარებით. ეს ასევე განსაზღვრავს ნივთიერების გარე ფორმას კრისტალების სახით. ერთკრისტალები - ერთკრისტალები არსებობს ბუნებაში, მაგრამ მათი მიღება შესაძლებელია ხელოვნურად. მაგრამ ყველაზე ხშირად, კრისტალური სხეულები პოლიკრისტალური წარმონაქმნებია - ეს არის დიდი რაოდენობით მცირე კრისტალების ნაერთები. კრისტალური სხეულების დამახასიათებელი თვისება, რაც მათი აგებულებიდან გამომდინარეობს, არის ანიზოტროპია. ის გამოიხატება იმაში, რომ კრისტალების მექანიკური, ელექტრული და სხვა თვისებები დამოკიდებულია კრისტალზე ძალების გარეგანი მოქმედების მიმართულებაზე. ნაწილაკები კრისტალებში ასრულებენ თერმულ ვიბრაციას წონასწორობის პოზიციის მახლობლად ან ბროლის გისოსის კვანძებთან.

ამორფული მდგომარეობა. ამორფული მდგომარეობა თხევადი მდგომარეობის მსგავსია. ახასიათებს ნაწილაკების ურთიერთგანლაგების არასრული მოწესრიგება. სტრუქტურულ ერთეულებს შორის ბმები არ არის ეკვივალენტური, ამიტომ ამორფულ სხეულებს არ აქვთ დნობის სპეციფიკური წერტილი - გათბობის პროცესში ისინი თანდათან რბილდებიან და დნება. მაგალითად, სილიკატური ჭიქების დნობის პროცესების ტემპერატურის დიაპაზონი 200 გრადუსია. ამორფულ სხეულებში ატომების განლაგების ბუნება პრაქტიკულად არ იცვლება გაცხელებისას. იცვლება მხოლოდ ატომების მობილურობა - იზრდება მათი ვიბრაცია.

- ბროლის გისოსები:

კრისტალური ბადეები შეიძლება იყოს იონური, ატომური (კოვალენტური ან მეტალის) და მოლეკულური.

იონური გისოსი შედგება საპირისპირო ნიშნის იონებისგან, რომლებიც მონაცვლეობენ კვანძებში.

ატომურ გისოსებში ატომები დაკავშირებულია კოვალენტური ან მეტალის ბმებით. მაგალითი: ბრილიანტი (ატომურ-კოვალენტური გისოსი), ლითონები და მათი შენადნობები (ატომურ-მეტალის გისოსები). მოლეკულური კრისტალური მედის კვანძები იქმნება მოლეკულებით. კრისტალებში მოლეკულები დაკავშირებულია მოლეკულური ურთიერთქმედებით.

კრისტალებში ქიმიური ბმის ტიპში განსხვავებები განსაზღვრავს მნიშვნელოვან განსხვავებებს ნივთიერების ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებში ყველა ტიპის კრისტალური გისოსებით. მაგალითად, ატომურ-კოვალენტური მედის მქონე ნივთიერებებს ახასიათებთ მაღალი სიმტკიცე, ხოლო ატომურ-ლითონის გისოსებს მაღალი პლასტიურობით. იონური მედის მქონე ნივთიერებებს აქვთ მაღალი დნობის წერტილი და არ არიან აქროლადი. ნივთიერებები მოლეკულური გისოსებით (ინტერმოლეკულური ძალები სუსტია) დნებადი, აქროლადია, მათი სიმტკიცე არ არის მაღალი.

22. რთული ნაერთები. განმარტება. ნაერთი.

რთული ნაერთები არის მოლეკულური ნაერთები, რომელთა კომპონენტების ერთობლიობა იწვევს რთული იონების წარმოქმნას, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფალი არსებობა, როგორც კრისტალში, ასევე ხსნარში. რთული იონები არის ცენტრალური ატომის (კომპლექსური აგენტი) და მიმდებარე ლიგანდების ურთიერთქმედების შედეგი. ლიგანდები არის როგორც იონები, ასევე ნეიტრალური მოლეკულები. ყველაზე ხშირად, კომპლექსური აგენტი არის ლითონი, რომელიც ლიგანდებთან ერთად ქმნის შიდა სფეროს. არის გარე სფერო. შიდა და გარე სფეროები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული იონური კავშირით.

არსებობს ორი სახის კოვალენტური ბმები: სიგმა და პი ბმები. სიგმა ბმა არის ერთჯერადი კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც AO გადაფარავს სწორი ხაზის (ღერძის) გასწვრივ, რომელიც აკავშირებს ორი შეკრული ატომის ბირთვებს ამ სწორ ხაზზე მაქსიმალური გადახურვით. სიგმა ბმა შეიძლება წარმოიშვას, როდესაც რომელიმე (s-, p- ჰიბრიდული) AO გადაფარავს. ორგანოგენებში (ნახშირბადი, აზოტი, ჟანგბადი, გოგირდი) ჰიბრიდულ ორბიტალებში შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ სიგმა ბმების ფორმირებაში, რაც უზრუნველყოფს უფრო ეფექტურ გადახურვას. გარდა ღერძული გადახურვისა, შესაძლებელია სხვა სახის გადახურვა - p-AO-ს გვერდითი გადახურვა, რაც იწვევს პი ბმის წარმოქმნას. პი-ბმა არის ბმა, რომელიც წარმოიქმნება არაჰიბრიდირებული p-AO-ს გვერდითი გადახურვით, მაქსიმალური გადახურვით ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის ორივე მხარეს. ორგანულ ნაერთებში ხშირად გვხვდება მრავალი ბმა არის სიგმა და პი ობლიგაციების ერთობლიობა; ორმაგი - ერთი სიგმა და ერთი პი, სამმაგი - ერთი სიგმა და ორი პი ბმული.

ბმის ენერგია არის ენერგია, რომელიც გამოიყოფა, როდესაც ბმა იქმნება ან საჭიროა ორი შეკრული ატომის განცალკევებისთვის. ის ემსახურება როგორც კავშირის სიძლიერის საზომს: რაც უფრო დიდია ენერგია, მით უფრო ძლიერია კავშირი.

კავშირის სიგრძე არის მანძილი შეკრული ატომების ცენტრებს შორის. ორმაგი ბმა უფრო მოკლეა, ვიდრე ერთი ბმა, ხოლო სამმაგი ბმა უფრო მოკლეა, ვიდრე ორმაგი ბმა. ჰიბრიდიზაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში ნახშირბადის ატომებს შორის კავშირები ხასიათდება ზოგადი ნიმუშით: ჰიბრიდულ ორბიტალში s-ორბიტალის პროპორციის მატებასთან ერთად ბმის სიგრძე მცირდება. მაგალითად, ნაერთების სერიაში პროპანი CH3-CH2-CH3, პროპენი CH3-CH=CH2, პროპინი CH3-C-=CH, CH3-C ბმის სიგრძეა, შესაბამისად, 0,154, 0,150 და 0,146 ნმ.

ქიმიაში ფართოდ გამოიყენება ნახშირბადის ატომისა და სხვა ელემენტების ჰიბრიდული ორბიტალების კონცეფცია. ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია, როგორც ორბიტალების გადაწყობის აღწერის საშუალება, აუცილებელია იმ შემთხვევებში, როდესაც ატომის ძირითად მდგომარეობაში დაუწყვილებელი ელექტრონების რაოდენობა ნაკლებია, ვიდრე წარმოქმნილი ბმების რაოდენობა. ვარაუდობენ, რომ მსგავსი ენერგეტიკული დონის მქონე სხვადასხვა ატომური ორბიტალები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და ქმნიან ჰიბრიდულ ორბიტალებს იგივე ფორმისა და ენერგიის მქონე. ჰიბრიდული ორბიტალები, უფრო დიდი გადახურვის გამო, ქმნიან უფრო ძლიერ ბმებს, ვიდრე არაჰიბრიდირებული ორბიტალები.

ჰიბრიდიზაციის ტიპი განსაზღვრავს ჰიბრიდული AO-ების ორიენტაციას სივრცეში და, შესაბამისად, მოლეკულების გეომეტრიას. ჰიბრიდიზაციაში შეყვანილი ორბიტალების რაოდენობის მიხედვით, ნახშირბადის ატომი შეიძლება იყოს ჰიბრიდიზაციის სამი მდგომარეობიდან ერთ-ერთში. sp3 ჰიბრიდიზაცია. sp3 ჰიბრიდიზაციის შედეგად ნახშირბადის ატომი ძირითადი მდგომარეობიდან 1s2-2s2-2p2, ელექტრონის 2s-დან 2p-ორბიტალში გადატანის გამო, გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში 1s2-2s1-2p3. აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ოთხი გარე AO-ის შერევა (ერთი 2s და სამი 2p ორბიტალი) წარმოშობს ოთხ ეკვივალენტურ sp ჰიბრიდულ ორბიტალს. მათ აქვთ რვა მოცულობის ფორმა, რომლის ერთი პირი მეორეზე ბევრად დიდია. ორმხრივი მოგერიების გამო sp3-ჰიბრიდული AO-ები სივრცეში მიმართულია ტეტრაედრის წვეროებზე და მათ შორის კუთხეები უდრის 109,5°-ს (ყველაზე ხელსაყრელი განლაგება). თითოეული ჰიბრიდული ორბიტალი ატომში ივსება ერთი ელექტრონით. ნახშირბადის ატომს sp3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია 1s2(2sp3)4.

ჰიბრიდიზაციის ასეთი მდგომარეობა დამახასიათებელია ნახშირბადის ატომებისთვის გაჯერებულ ნახშირწყალბადებში (ალკანებში) და, შესაბამისად, მათი წარმოებულების ალკილის რადიკალებში. sp2 ჰიბრიდიზაცია. sp2 ჰიბრიდიზაციის შედეგად, აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ერთი 2s- და ორი 2p-AO-ს შერევის შედეგად წარმოიქმნება სამი ეკვივალენტური sp2-ჰიბრიდული ორბიტალი, რომლებიც განლაგებულია იმავე სიბრტყეში 120' კუთხით. არაჰიბრიდირებული 2p-AO არის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ნახშირბადის ატომს sp2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია 1s2-(2sp2)3-2p1. ნახშირბადის ასეთი ატომი დამახასიათებელია უჯერი ნახშირწყალბადებისთვის (ალკენებისთვის), ასევე ზოგიერთი ფუნქციური ჯგუფისთვის, როგორიცაა კარბონილი, კარბოქსილი და სხვა. sp ჰიბრიდიზაციის შედეგად აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ერთი 2s და ერთი 2p ორბიტალების შერევის შედეგად წარმოიქმნება ორი ეკვივალენტური sp ჰიბრიდული AO, რომლებიც განლაგებულია წრფივად 180° კუთხით. ორი 2p-AO, რომლებიც რჩება არაჰიბრიდირებული, განლაგებულია ორმხრივ პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ნახშირბადის ატომს sp ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია 1s2-(2sp)2-2p2. ასეთი ატომი გვხვდება სამმაგი ბმის მქონე ნაერთებში, მაგალითად, ალკინებში, ნიტრილებში. სხვა ელემენტების ატომები ასევე შეიძლება იყოს ჰიბრიდულ მდგომარეობაში. მაგალითად, აზოტის ატომი ამონიუმის იონში NH4+ და, შესაბამისად, ალკილამონიუმის RNН3+ არის sp3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში; პიროლში და პირიდინში - sp2 ჰიბრიდიზაცია; ნიტრილებში - sp-ჰიბრიდიზაცია.



შედგება ერთი სიგმა და ერთი პი ბმა, სამმაგი - ერთი სიგმა- და ორი ორთოგონალური პი ბმა.

სიგმასა და პი ობლიგაციების კონცეფცია შეიმუშავა ლინუს პაულინგმა გასული საუკუნის 30-იან წლებში.

ლ. პაულინგის კონცეფცია სიგმასა და პი ობლიგაციების შესახებ გახდა ვალენტური ბმების თეორიის განუყოფელი ნაწილი. ამჟამად შემუშავებულია ატომური ორბიტალების ანიმაციური სურათების ჰიბრიდიზაცია.

თუმცა თავად ლ. პაულინგი არ დაკმაყოფილდა სიგმასა და პი ობლიგაციების აღწერით. კეკულეს ხსოვნისადმი მიძღვნილ სიმპოზიუმზე თეორიულ ორგანულ ქიმიაზე (ლონდონი, სექტემბერი 1958), მან მიატოვა σ, π აღწერა, შესთავაზა და დაასაბუთა მრუდი ქიმიური ბმის თეორია. ახალმა თეორიამ აშკარად გაითვალისწინა კოვალენტური ქიმიური ბმის ფიზიკური მნიშვნელობა.

ენციკლოპედიური YouTube

1 / 3

Pi-ბმები და ჰიბრიდირებული sp2 ორბიტალები

ნახშირბადის ატომის სტრუქტურა. სიგმა - და პი-ობლიგაციები. ჰიბრიდიზაცია. Ნაწილი 1

Ქიმია. კოვალენტური ქიმიური ბმა ორგანულ ნაერთებში. ფოქსფორდის ონლაინ სასწავლო ცენტრი

სუბტიტრები

ბოლო ვიდეოში ვისაუბრეთ სიგმა ბონდზე. ნება მომეცით დავხატო 2 ბირთვი და ორბიტალი. აი ამ ატომის sp3 ჰიბრიდული ორბიტალი, უმეტესობა აქ. და აქაც sp3-ჰიბრიდული ორბიტალი. აქ არის პატარა ნაწილი, აქ არის დიდი ნაწილი. სიგმა ბმა იქმნება იქ, სადაც ორბიტალები გადახურულია. როგორ შეიძლება აქ სხვა ტიპის კავშირი ჩამოყალიბდეს? ამას გარკვეული ახსნა დასჭირდება. ეს არის სიგმა ბმული. ის წარმოიქმნება ატომების ბირთვების დამაკავშირებელ ღერძზე 2 ორბიტალის გადახურვისას. სხვა ტიპის ბმა შეიძლება ჩამოყალიბდეს ორი p-ორბიტალით. დავხატავ 2 ატომისა და თითო p-ორბიტალის ბირთვს. აქ არის ბირთვები. ახლა ორბიტალებს დავხატავ. P ორბიტალი ჰანტელს ჰგავს. მე მათ ცოტათი დავახლოვებ ერთმანეთს. აქ არის p-ორბიტალი ჰანტელის ფორმის. ეს არის ატომის ერთ-ერთი p-ორბიტალი. მე უფრო მეტს დავხატავ მას. აქ არის ერთ-ერთი p-ორბიტალი. Ამგვარად. და ამ ატომს ასევე აქვს p-ორბიტალური პარალელი წინასთან. ვთქვათ, ეს ასეა. Ამგვარად. უნდა გამოესწორებინა. და ეს ორბიტალები ერთმანეთს ემთხვევა. Ის არის. 2 p-ორბიტალი ერთმანეთის პარალელურია. აქ ჰიბრიდული sp3-ორბიტალები მიმართულია ერთმანეთისკენ. და ესენი პარალელურია. ასე რომ, p-ორბიტალები ერთმანეთის პარალელურია. ისინი გადახურულია აქ, ზემოთ და ქვემოთ. ეს არის P-ბონდი. მოვაწერ ხელს. ეს არის 1 P ბმული. იწერება ერთი ბერძნული პატარა ასო „P“. კარგად, ან ასე: "P-კავშირი". და ეს - P ბმა იქმნება p-ორბიტალების გადახურვის გამო. სიგმას ობლიგაციები ჩვეულებრივი ერთჯერადი ბმებია და მათ ემატება P ობლიგაციები ორმაგი და სამმაგი ბმების შესაქმნელად. უკეთესი გაგებისთვის, განიხილეთ ეთილენის მოლეკულა. მისი მოლეკულა ასეა მოწყობილი. 2 ნახშირბადი, რომლებიც დაკავშირებულია ორმაგი ბმით, პლუს 2 წყალბადი. ბმის წარმოქმნის უკეთ გასაგებად, ჩვენ უნდა დავხატოთ ორბიტალები ნახშირბადის ატომების გარშემო. ესე იგი... ჯერ დავხატავ sp2 ჰიბრიდულ ორბიტალებს. ავხსნი რა ხდება. მეთანის შემთხვევაში, ნახშირბადის 1 ატომი უკავშირდება 4 წყალბადის ატომს, რითაც წარმოიქმნება სამგანზომილებიანი ტეტრაედრული სტრუქტურა, როგორც ეს. ეს ატომი ჩვენზეა მიმართული. ეს ატომი დევს გვერდის სიბრტყეში. ეს ატომი დევს გვერდის სიბრტყის მიღმა და ეს მაღლა დგას. ეს არის მეთანი. ნახშირბადის ატომი ქმნის sp3 ჰიბრიდულ ორბიტალებს, რომელთაგან თითოეული ქმნის ერთ სიგმა კავშირს წყალბადის ატომთან. ახლა დავწეროთ ნახშირბადის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია მეთანის მოლეკულაში. დავიწყოთ 1s2-ით. შემდეგი უნდა იყოს 2s2 და 2p2, მაგრამ სინამდვილეში ყველაფერი უფრო საინტერესოა. იხ. 1s ორბიტალზე არის 2 ელექტრონი და 2s და 2p ორბიტალების ნაცვლად, სულ 4 ელექტრონით, ექნებათ sp3 ჰიბრიდული ორბიტალი: აი ერთი, აი მეორე, აი მესამე sp3 ჰიბრიდული ორბიტალი და მეოთხე. იზოლირებულ ნახშირბადის ატომს აქვს 2s ორბიტალი და 3 2p ორბიტალი x ღერძის გასწვრივ, y ღერძის გასწვრივ და z ღერძის გასწვრივ. ბოლო ვიდეოში ვნახეთ, რომ ისინი ერთმანეთში ირევიან და ქმნიან ბმებს მეთანის მოლეკულაში და ელექტრონები ასე ნაწილდება. ეთილენის მოლეკულაში ნახშირბადის 2 ატომია და ბოლოს ირკვევა, რომ ეს არის ორმაგი ბმის მქონე ალკენი. ამ სიტუაციაში, ნახშირბადის ელექტრონული კონფიგურაცია სხვაგვარად გამოიყურება. აქ არის 1s ორბიტალი და ის მაინც სავსეა. მას აქვს 2 ელექტრონი. მეორე გარსის ელექტრონებისთვის კი სხვა ფერს ავიღებ. რა არის მეორე გარსზე? აქ არ არის s ან p ორბიტალი, რადგან ეს 4 ელექტრონი უნდა იყოს დაუწყვილებელი, რათა შეიქმნას ბმები. ნახშირბადის თითოეული ატომი აყალიბებს 4 ბმას 4 ელექტრონით. 1,2,3,4. მაგრამ ახლა s-ორბიტალი ჰიბრიდირებულია არა 3 p-ორბიტალთან, არამედ 2 მათგანთან. აქ არის 2sp2 ორბიტალი. S-ორბიტალი ერევა 2 p-ორბიტალს. 1s და 2p. და ერთი p-ორბიტალი იგივე რჩება. და ეს დარჩენილი p-ორბიტალი პასუხისმგებელია P-ბმაის ფორმირებაზე. P- ბმის არსებობა იწვევს ახალ ფენომენს. კომუნიკაციის ღერძის გარშემო ბრუნვის ნაკლებობის ფენომენი. ახლა გაიგებთ. ნახშირბადის ორივე ატომს დავხატავ მოცულობაში. ახლა ყველაფერს გაიგებ. ამისთვის ავიღებ სხვა ფერს. აქ არის ნახშირბადის ატომი. აქ არის მისი ბირთვი. C ასოთი მოვნიშნავ, ნახშირბადია. ჯერ მოდის 1s ორბიტალი, ეს პატარა სფერო. შემდეგ არის ჰიბრიდული 2sp2 ორბიტალები. ისინი დგანან იმავე სიბრტყეში, ქმნიან სამკუთხედს, კარგად ან "წყნარ ოკეანეში". მასშტაბით ვაჩვენებ. ეს ორბიტალი აქ მიუთითებს. ეს იქ არის მიმართული. აქვთ მეორე, პატარა ნაწილი, მაგრამ არ დავხატავ, რადგან უფრო ადვილია. ისინი p-ორბიტალების მსგავსია, მაგრამ ერთ-ერთი ნაწილი მეორეზე ბევრად დიდია. და ბოლო აქ არის. ცოტათი ჰგავს მერსედესის სამკერდე ნიშანს, თუ აქ წრეს დახაზავთ. ეს არის ნახშირბადის მარცხენა ატომი. მას აქვს 2 წყალბადის ატომი. აქ არის 1 ატომი. აი, ის აქ არის. ერთი ელექტრონით 1წმ ორბიტალზე. აქ არის მეორე წყალბადის ატომი. ეს ატომი აქ იქნება. ახლა კი სწორი ნახშირბადის ატომი. ახლა ჩვენ ვხატავთ მას. მე დავხატავ ნახშირბადის ატომებს ერთმანეთთან ახლოს. ეს არის ნახშირბადის ატომი. აქ არის მისი 1s ორბიტალი. მას აქვს იგივე ელექტრონული კონფიგურაცია. 1s ორბიტალი გარშემო და იგივე ჰიბრიდული ორბიტალები. მეორე გარსის ყველა ორბიტალიდან მე დავხატე ეს 3. P-ორბიტალი ჯერ არ დამიხატა. მაგრამ მე გავაკეთებ. ჯერ კავშირებს დავხატავ. პირველი იქნება ეს ბმა, რომელიც წარმოიქმნება sp2-ჰიბრიდული ორბიტალით. იმავე ფერით დავხატავ. ეს ბმა იქმნება sp2-ჰიბრიდული ორბიტალით. და ეს არის სიგმა ბმული. ორბიტალები გადახურულია ბმის ღერძზე. აქ ყველაფერი მარტივია. და არის 2 წყალბადის ატომი: ერთი ბმა აქ, მეორე ბმა აქ. ეს ორბიტალი ოდნავ უფრო დიდია, რადგან უფრო ახლოსაა. და ეს წყალბადის ატომი აქ არის. და ეს ასევე არის სიგმა ობლიგაციები, თუ შეამჩნევთ. S ორბიტალი გადაფარავს sp2-ს, გადახურვა დევს ორივე ატომის ბირთვების დამაკავშირებელ ღერძზე. ერთი სიგმა ბმა, მეორე. აქ არის კიდევ ერთი წყალბადის ატომი, რომელიც ასევე დაკავშირებულია სიგმა ბმით. ფიგურაში ყველა ბმა არის სიგმა ბმები. ტყუილად ვაწერ მათ ხელს. მათ მცირე ბერძნული ასოებით „სიგმა“ მოვნიშნავ. და აქაც. ასე რომ, ეს ბმული, ეს ბმული, ეს ბმული, ეს ბმული, ეს ბმული არის სიგმა ბმული. და რაც შეეხება ამ ატომების დარჩენილ p-ორბიტალს? მერსედესის ნიშნის სიბრტყეში არ წევენ, ზევით-ქვევით იჭერენ. მე ავიღებ ახალ ფერს ამ ორბიტალებისთვის. მაგალითად, იასამნისფერი. აქ არის p-ორბიტალი. აუცილებელია მისი დახატვა უფრო, ძალიან დიდი. ზოგადად, p-ორბიტალი არც ისე დიდია, მაგრამ მე ასე ვხატავ. და ეს p-ორბიტალი მდებარეობს, მაგალითად, z-ღერძის გასწვრივ, ხოლო დანარჩენი ორბიტალები დევს xy სიბრტყეში. z-ღერძი არის ზემოთ და ქვემოთ. ქვედა ნაწილები ასევე უნდა გადახურდეს. უფრო მეტ მათგანს დავხატავ. ასე და ასე. ეს არის p ორბიტალები და ისინი ერთმანეთს ემთხვევა. ასე ყალიბდება ეს კავშირი. ეს არის ორმაგი ბმის მეორე კომპონენტი. და აქ აუცილებელია რაღაცის ახსნა. ეს არის P-ბონდი და ისიც. ეს ყველაფერი ერთი და იგივე P-ბონდია. j ორმაგი ბმის მეორე ნაწილი. Რა არის შემდეგი? თავისთავად, ის სუსტია, მაგრამ სიგმა კავშირთან ერთად, ატომებს უფრო უახლოვდება, ვიდრე ჩვეულებრივი სიგმა ბმა. მაშასადამე, ორმაგი ბმა უფრო მოკლეა, ვიდრე ერთი სიგმა ბმა. ახლა გართობა იწყება. თუ არსებობდა ერთი სიგმა ბმა, ატომების ორივე ჯგუფი შეიძლება ბრუნავდეს ბმის ღერძის გარშემო. ბმის ღერძის ირგვლივ ბრუნვისთვის შესაფერისია ერთი ბმული. მაგრამ ეს ორბიტალები ერთმანეთის პარალელურია და გადახურულია და ეს P-ბმა არ იძლევა ბრუნვის საშუალებას. თუ ამ ჯგუფის ატომებიდან ერთი ბრუნავს, მეორე ბრუნავს მასთან ერთად. P-ბმა ორმაგი ბმის ნაწილია, ორმაგი ბმები კი ხისტია. და ეს 2 წყალბადის ატომ ვერ ბრუნავს დანარჩენი 2-ისგან განცალკევებით. მათი მდებარეობა ერთმანეთთან შედარებით მუდმივია. სწორედ ეს ხდება. იმედი მაქვს, ახლა გესმით განსხვავება სიგმასა და p ობლიგაციებს შორის. უკეთესი გაგებისთვის ავიღოთ აცეტილენის მაგალითი. ის ეთილენის მსგავსია, მაგრამ მას აქვს სამმაგი ბმა. თითო წყალბადის ატომი თითოეულ მხარეს. ცხადია, ეს ბმები არის სიგმა ბმები, რომლებიც წარმოიქმნება sp ორბიტალებით. 2s ორბიტალი ჰიბრიდირებულია ერთ-ერთ p ორბიტალთან, მიღებული sp ჰიბრიდული ორბიტალები ქმნიან სიგმა ბმებს, აი ისინი. დარჩენილი 2 ბმა არის P-ბმა. წარმოიდგინეთ კიდევ ერთი p-ორბიტალი, რომელიც ჩვენზე მიუთითებს და აქ მეორე, მათი მეორე ნახევრები მიმართულია ჩვენგან მოშორებით და ისინი ერთმანეთს ემთხვევა, აქ კი წყალბადის ერთი ატომი. იქნებ ამის შესახებ ვიდეო გადავიღო. იმედია ზედმეტად არ დაგაბნიე.

იდეები ქიმიური ბმის ფორმირების მექანიზმის შესახებ, წყალბადის მოლეკულის მაგალითის გამოყენებით, ასევე ვრცელდება სხვა მოლეკულებზე. ამის საფუძველზე შექმნილ ქიმიური კავშირის თეორიას ეწოდა ვალენტური ბმების მეთოდი. (MVS).

ძირითადი დებულებები:

1) კოვალენტური ბმა წარმოიქმნება ორი ელექტრონული ღრუბლის გადახურვის შედეგად საპირისპიროდ მიმართული სპინებით, ხოლო წარმოქმნილი საერთო ელექტრონული ღრუბელი ეკუთვნის ორ ატომს;

2) რაც უფრო ძლიერია კოვალენტური ბმა, მით უფრო მეტად ურთიერთქმედებენ ელექტრონული ღრუბლები. ელექტრონული ღრუბლების გადახურვის ხარისხი დამოკიდებულია მათ ზომაზე და სიმკვრივეზე;

3) მოლეკულის წარმოქმნას თან ახლავს ელექტრონული ღრუბლების შეკუმშვა და მოლეკულის ზომის შემცირება ატომების ზომასთან შედარებით;

4) ბმის ფორმირებაში მონაწილეობენ გარე ენერგეტიკული დონის s- და p-ელექტრონები და წინა გარე ენერგიის დონის d-ელექტრონები.

ქლორის მოლეკულაში, მის თითოეულ ატომს აქვს რვა ელექტრონის დასრულებული გარე დონე s 2 p 6, და მათგან ორი (ელექტრონული წყვილი) თანაბრად ეკუთვნის ორივე ატომს. ელექტრონის ღრუბლების გადახურვა მოლეკულის წარმოქმნის დროს ნაჩვენებია სურათზე.

ქლორის Cl 2 (a) და წყალბადის ქლორიდის HCl (b) მოლეკულებში ქიმიური ბმის წარმოქმნის სქემა.

ქიმიურ ბმას, რომლისთვისაც ატომის ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზი არის შემაკავშირებელი ელექტრონული ღრუბლის სიმეტრიის ღერძი, ე.წ. სიგმა (σ) -ბმა. ეს ხდება ატომური ორბიტალების "შუბლის" გადახურვისას. ბმები გადაფარვით s-s-ორბიტალებით H 2 მოლეკულაში; p-p ორბიტალები Cl 2 მოლეკულაში და s-p ორბიტალები HCl მოლეკულაში არის სიგმა ბმები. ატომური ორბიტალების შესაძლო „გვერდითი“ გადახურვა. ბმის ღერძზე პერპენდიკულარულად ორიენტირებული p-ელექტრონული ღრუბლების გადახურვისას, ე.ი. y- და z-ღერძების გასწვრივ წარმოიქმნება გადახურვის ორი უბანი, რომლებიც მდებარეობს ამ ღერძის ორივე მხარეს.

ამ კოვალენტურ კავშირს ე.წ პი (პ) -ბმა. ელექტრონული ღრუბლების გადაფარვა π ბ ბმის წარმოქმნისას ნაკლებია. გარდა ამისა, გადახურვის არეები ბირთვებიდან უფრო შორს მდებარეობს, ვიდრე σ-ბმა წარმოქმნის. ამ მიზეზების გამო, π-ბმა ნაკლებად ძლიერია, ვიდრე σ-ბმა. ამრიგად, ორმაგი ბმის ენერგია ორჯერ ნაკლებია ერთი ბმის ენერგიაზე, რომელიც ყოველთვის არის σ ბმა. გარდა ამისა, σ-ბმას აქვს ღერძული, ცილინდრული სიმეტრია და არის ატომური ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზის გარშემო ბრუნვის სხეული. პირიქით, π-ბმას არ აქვს ცილინდრული სიმეტრია.

ერთი ბმა ყოველთვის არის სუფთა ან ჰიბრიდული σ ბმა. ორმაგი ბმა შედგება ერთი σ- და ერთი π- ბმებისაგან, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთის პერპენდიკულარულად. σ-ბმა უფრო ძლიერია, ვიდრე π-ბმა. მრავალჯერადი ბმის მქონე ნაერთებში ყოველთვის არის ერთი σ-ბმა და ერთი ან ორი π-ბმა.