თავი 2. ქიმიური ბმა და ატომების ორმხრივი გავლენა ორგანულ ნაერთებში

თავი 2. ქიმიური ბმა და ატომების ორმხრივი გავლენა ორგანულ ნაერთებში

ორგანული ნაერთების ქიმიური თვისებები განისაზღვრება ქიმიური ბმების ტიპით, შეკრული ატომების ბუნებით და მათი ურთიერთგავლენით მოლეკულაში. ეს ფაქტორები, თავის მხრივ, განისაზღვრება ატომების ელექტრონული სტრუქტურით და მათი ატომური ორბიტალების ურთიერთქმედებით.

2.1. ნახშირბადის ატომის ელექტრონული სტრუქტურა

ატომური სივრცის იმ ნაწილს, რომელშიც ელექტრონის პოვნის ალბათობა მაქსიმალურია, ატომური ორბიტალი (AO) ეწოდება.

ქიმიაში ფართოდ გამოიყენება ნახშირბადის ატომისა და სხვა ელემენტების ჰიბრიდული ორბიტალების კონცეფცია. ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია, როგორც ორბიტალების გადაწყობის აღწერის საშუალება, აუცილებელია, როდესაც ატომის ძირითად მდგომარეობაში დაუწყვილებელი ელექტრონების რაოდენობა ნაკლებია, ვიდრე წარმოქმნილი ბმების რაოდენობა. ამის მაგალითია ნახშირბადის ატომი, რომელიც ყველა ნაერთში ვლინდება როგორც ოთხვალენტიანი ელემენტი, მაგრამ მის გარე ელექტრონულ დონეზე ორბიტალების შევსების წესების შესაბამისად, მხოლოდ ორი დაუწყვილებელი ელექტრონი არის საწყის მდგომარეობაში 1s 2 2s 2 2p 2 (ნახ. 2.1, ადა დანართი 2-1). ამ შემთხვევებში, ვარაუდობენ, რომ ენერგიით დაახლოებული სხვადასხვა ატომური ორბიტალები შეიძლება შეერიონ ერთმანეთს და წარმოქმნან ერთი და იგივე ფორმისა და ენერგიის ჰიბრიდული ორბიტალები.

ჰიბრიდული ორბიტალები, უფრო დიდი გადახურვის გამო, ქმნიან უფრო ძლიერ ბმებს არაჰიბრიდულ ორბიტალებთან შედარებით.

ჰიბრიდირებული ორბიტალების რაოდენობის მიხედვით, ნახშირბადის ატომი შეიძლება იყოს სამი მდგომარეობიდან ერთ-ერთში.

ბრინჯი. 2.1.ელექტრონების განაწილება ორბიტალებში ნახშირბადის ატომში მიწაში (a), აღგზნებულ (b) და ჰიბრიდულ მდგომარეობებში (c - sp 3, გ-sp2, დ- სპ)

ჰიბრიდიზაცია (იხ. ნახ. 2.1, c-e). ჰიბრიდიზაციის ტიპი განსაზღვრავს ჰიბრიდული AO-ების ორიენტაციას სივრცეში და, შესაბამისად, მოლეკულების გეომეტრიას, ანუ მათ სივრცულ სტრუქტურას.

მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურა არის ატომების და ატომური ჯგუფების ურთიერთგანლაგება სივრცეში.

sp 3-ჰიბრიდიზაცია.აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ოთხი გარე AO-ს შერევისას (იხ. ნახ. 2.1, ბ) - ერთი 2s- და სამი 2p-ორბიტალი - წარმოიქმნება ოთხი ეკვივალენტური sp 3 -ჰიბრიდული ორბიტალი. მათ აქვთ სამგანზომილებიანი „რვიანის“ ფორმა, რომლის ერთი პირი მეორეზე გაცილებით დიდია.

თითოეული ჰიბრიდული ორბიტალი ივსება ერთი ელექტრონით. ნახშირბადის ატომს sp 3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია 1s 2 2(sp 3) 4 (იხ. ნახ. 2.1, c). ჰიბრიდიზაციის ასეთი მდგომარეობა დამახასიათებელია ნახშირბადის ატომებისთვის გაჯერებულ ნახშირწყალბადებში (ალკანებში) და, შესაბამისად, ალკილის რადიკალებში.

ორმხრივი მოგერიების გამო, sp 3 - ჰიბრიდული AOs მიმართულია სივრცეში წვეროებისკენ. ტეტრაედონი,და მათ შორის კუთხეებია 109,5? (ყველაზე ხელსაყრელი მდებარეობა; სურ. 2.2, ა).

სივრცითი სტრუქტურა გამოსახულია სტერეოქიმიური ფორმულების გამოყენებით. ამ ფორმულებში sp 3 ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომი და მისი ორი ბმა მოთავსებულია ნახატის სიბრტყეში და გრაფიკულად აღინიშნება რეგულარული ხაზით. სქელი ხაზი ან თამამი სოლი აღნიშნავს კავშირს, რომელიც ვრცელდება ნახატის სიბრტყიდან წინ და მიმართულია დამკვირვებლისკენ; წერტილოვანი ხაზი ან გამოჩეკილი სოლი (..........) - კავშირი, რომელიც მიდის დამკვირვებლისგან ნახატის სიბრტყის მიღმა.

ბრინჯი. 2.2.ნახშირბადის ატომის ჰიბრიდიზაციის სახეები. ცენტრში წერტილი არის ატომის ბირთვი (ჰიბრიდული ორბიტალების მცირე ფრაქციები გამოტოვებულია ფიგურის გასამარტივებლად; არაჰიბრიდირებული p-AOs ნაჩვენებია ფერით)

ჟა (ნახ. 2.3, ა). ნახშირბადის ატომი მდგომარეობაშია sp 3-ჰიბრიდიზაციას აქვს ტეტრაედრული კონფიგურაცია.

sp 2-ჰიბრიდიზაცია.ერთის შერევისას 2s-და აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ორი 2p-AO, სამი ექვივალენტი sp 2-ჰიბრიდული ორბიტალი და რჩება არაჰიბრიდირებული 2p-AO. ნახშირბადის ატომი მდგომარეობაშია sp 2-ჰიბრიდიზაციას აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 (იხ. ნახ. 2.1, d). ნახშირბადის ატომის ჰიბრიდიზაციის ეს მდგომარეობა დამახასიათებელია უჯერი ნახშირწყალბადებისთვის (ალკენებისთვის), ასევე ზოგიერთი ფუნქციური ჯგუფისთვის, როგორიცაა კარბონილი და კარბოქსილი.

sp 2 - ჰიბრიდული ორბიტალები განლაგებულია იმავე სიბრტყეში 120? კუთხით, ხოლო არაჰიბრიდირებული AO პერპენდიკულარულ სიბრტყეშია (იხ. სურ. 2.2, ბ). ნახშირბადის ატომი მდგომარეობაშია sp 2-ჰიბრიდიზაცია აქვს სამკუთხა კონფიგურაცია.ორმაგი ბმით შეკრული ნახშირბადის ატომები ნახაზის სიბრტყეშია და მათი ცალმხრივი ბმები, რომლებიც მიმართულია დამკვირვებლისკენ და მისგან მოშორებით, მითითებულია როგორც ზემოთ აღწერილი (იხ. სურ. 2.3, ბ).

sp ჰიბრიდიზაცია.როდესაც აგზნებული ნახშირბადის ატომის ერთი 2s და ერთი 2p ორბიტალი შერეულია, წარმოიქმნება ორი ექვივალენტი sp ჰიბრიდული AO, ხოლო ორი p AO რჩება არაჰიბრიდირებული. ნახშირბადის ატომს sp ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ელექტრონული კონფიგურაცია

ბრინჯი. 2.3.მეთანის (a), ეთანის (ბ) და აცეტილენის (c) სტერეოქიმიური ფორმულები

1s 2 2(sp 2) 2 2p 2 (იხ. ნახ. 2.1e). ნახშირბადის ატომის ჰიბრიდიზაციის ეს მდგომარეობა ხდება სამმაგი კავშირის მქონე ნაერთებში, მაგალითად, ალკინებში, ნიტრილებში.

sp-ჰიბრიდული ორბიტალები განლაგებულია 180? კუთხით, ხოლო ორი არაჰიბრიდირებული AO ორმხრივ პერპენდიკულარულ სიბრტყეშია (იხ. სურ. 2.2, გ). ნახშირბადის ატომს sp ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს ხაზის კონფიგურაცია,მაგალითად, აცეტილენის მოლეკულაში ოთხივე ატომი ერთსა და იმავე სწორ ხაზზეა (იხ. სურ. 2.3, in).

სხვა ორგანოგენული ელემენტების ატომები ასევე შეიძლება იყოს ჰიბრიდულ მდგომარეობაში.

2.2. ნახშირბადის ატომის ქიმიური ბმები

ორგანულ ნაერთებში ქიმიური ბმები ძირითადად წარმოდგენილია კოვალენტური ბმებით.

კოვალენტური ბმა არის ქიმიური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება შეკრული ატომების ელექტრონების სოციალიზაციის შედეგად.

ეს საერთო ელექტრონები იკავებენ მოლეკულურ ორბიტალებს (MOs). როგორც წესი, MO არის მულტიცენტრული ორბიტალი და მისი შემავსებელი ელექტრონები დელოკალიზებულია (დისპერსიული). ამრიგად, MO, ისევე როგორც AO, შეიძლება იყოს ვაკანტური, შევსებული ერთი ელექტრონით ან ორი ელექტრონით საპირისპირო სპინებით*.

2.2.1. σ- დაπ - კომუნიკაციები

არსებობს კოვალენტური ბმის ორი ტიპი: σ (სიგმა)- და π (პი)-ბმები.

σ-ბმა არის კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც AO გადაფარავს სწორი ხაზის (ღერძის) გასწვრივ, რომელიც აკავშირებს ორი შეკრული ატომის ბირთვებს ამ სწორ ხაზზე გადახურვის მაქსიმუმთან.

σ-ბმა წარმოიქმნება, როდესაც ნებისმიერი AO გადახურულია, მათ შორის ჰიბრიდული. სურათი 2.4 გვიჩვენებს σ-ბმაის წარმოქმნას ნახშირბადის ატომებს შორის მათი ჰიბრიდული sp 3 -AO და C-H σ-ბმების ღერძული გადახურვის შედეგად ნახშირბადის ჰიბრიდული sp 3 -AO და წყალბადის s-AO გადაფარვით.

* დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ: პოპკოვი V.A., Puzakov S.A.ზოგადი ქიმია. - M.: GEOTAR-Media, 2007. - თავი 1.

ბრინჯი. 2.4.ეთანში σ-ბმების წარმოქმნა AO-ს ღერძული გადახურვით (ჰიბრიდული ორბიტალების მცირე ფრაქციები გამოტოვებულია, ფერი გვიჩვენებს sp 3 -AOნახშირბადი, შავი - s-AO წყალბადი)

ღერძული გადახურვის გარდა, შესაძლებელია სხვა სახის გადახურვა - p-AO-ს გვერდითი გადახურვა, რაც იწვევს π ბმის წარმოქმნას (ნახ. 2.5).

p-ატომური ორბიტალები

ბრინჯი. 2.5.π-ბმის წარმოქმნა ეთილენში გვერდითი გადახურვით რ-აო

π-ბმა არის ბმა, რომელიც წარმოიქმნება არაჰიბრიდირებული p-AO-ების გვერდითი გადაფარვით, მაქსიმალური გადახურვით ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის ორივე მხარეს.

ორგანულ ნაერთებში ნაპოვნი მრავალჯერადი ბმა არის σ- და π- ბმაების კომბინაცია: ორმაგი - ერთი σ- და ერთი π-, სამმაგი - ერთი σ- და ორი π- ბმა.

კოვალენტური ბმის თვისებები გამოიხატება ისეთი მახასიათებლებით, როგორიცაა ენერგია, სიგრძე, პოლარობა და პოლარიზება.

ბონდის ენერგიაარის ენერგია, რომელიც გამოიყოფა კავშირის წარმოქმნის დროს ან საჭიროა ორი შეკრული ატომის გამოყოფისთვის. ის ემსახურება კავშირის სიმტკიცის საზომს: რაც უფრო დიდია ენერგია, მით უფრო ძლიერია კავშირი (ცხრილი 2.1).

ბმული სიგრძეარის მანძილი შეკრული ატომების ცენტრებს შორის. ორმაგი ბმა უფრო მოკლეა, ვიდრე ერთი ბმა, ხოლო სამმაგი ბმა უფრო მოკლეა, ვიდრე ორმაგი ბმა (იხ. ცხრილი 2.1). ჰიბრიდიზაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში ნახშირბადის ატომებს შორის კავშირებს აქვთ საერთო ნიმუში -

ცხრილი 2.1.კოვალენტური ბმების ძირითადი მახასიათებლები

ჰიბრიდულ ორბიტალში s-ორბიტალის ფრაქციის გაზრდით, ბმის სიგრძე მცირდება. მაგალითად, ნაერთების სერიაში, პროპანი CH 3 CH 2 CH 3, პროპენი CH 3 CH = CH 2, პროპინი CH 3 C = CH CH 3 ბმის სიგრძე -C, შესაბამისად, უდრის 0,154-ს; 0,150 და 0,146 ნმ.

კომუნიკაციის პოლარობა ელექტრონის სიმკვრივის არათანაბარი განაწილების (პოლარიზაციის) გამო. მოლეკულის პოლარობა განისაზღვრება მისი დიპოლური მომენტის მნიშვნელობით. მოლეკულის დიპოლური მომენტებიდან შეიძლება გამოითვალოს ცალკეული ბმების დიპოლური მომენტები (იხ. ცხრილი 2.1). რაც უფრო დიდია დიპოლური მომენტი, მით უფრო პოლარულია ბმა. ბმის პოლარობის მიზეზი არის შეკრული ატომების ელექტრონეგატიურობის განსხვავება.

ელექტრონეგატიურობა ახასიათებს მოლეკულაში ატომის უნარს, შეინარჩუნოს ვალენტური ელექტრონები. ატომის ელექტრონეგატიურობის მატებასთან ერთად, ბმის ელექტრონების გადაადგილების ხარისხი მისი მიმართულებით იზრდება.

ბმის ენერგიებზე დაყრდნობით, ამერიკელმა ქიმიკოსმა ლ. პაულინგმა (1901-1994) შემოგვთავაზა ატომების ფარდობითი ელექტრონეგატიურობის რაოდენობრივი მახასიათებელი (Pauling scale). ამ მასშტაბში (რიგში) ტიპიური ორგანული ელემენტები განლაგებულია ფარდობითი ელექტრონეგატიურობის მიხედვით (შედარებისთვის მოცემულია ორი ლითონი) შემდეგნაირად:

ელექტრონეგატიურობა არ არის ელემენტის აბსოლუტური მუდმივი. ეს დამოკიდებულია ბირთვის ეფექტურ მუხტზე, AO ჰიბრიდიზაციის ტიპზე და შემცვლელების ეფექტზე. მაგალითად, ნახშირბადის ატომის ელექტრონეგატიურობა sp 2 - ან sp-ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში უფრო მაღალია, ვიდრე sp 3 -ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში, რაც დაკავშირებულია s-ორბიტალის პროპორციის ზრდასთან ჰიბრიდულ ორბიტალში. . ატომების გადასვლის დროს sp 3 - sp 2 - და შემდგომში sp-ჰიბრიდულ მდგომარეობაში, ჰიბრიდული ორბიტალის სიგრძე თანდათან მცირდება (განსაკუთრებით იმ მიმართულებით, რომელიც უზრუნველყოფს ყველაზე დიდ გადახურვას σ-ბმას წარმოქმნის დროს), რაც ნიშნავს, რომ იმავე თანმიმდევრობით ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმი მდებარეობს ბირთვთან უფრო ახლოს. შესაბამისი ატომის.

არაპოლარული ან პრაქტიკულად არაპოლარული კოვალენტური ბმის შემთხვევაში, შეკრული ატომების ელექტრონეგატიურობაში სხვაობა ნულის ტოლია ან ნულთან ახლოს. ელექტრონეგატიურობის სხვაობა იზრდება, ბმის პოლარობა იზრდება. 0,4-მდე სხვაობით, ისინი საუბრობენ სუსტ პოლარზე, 0,5-ზე მეტზე - ძლიერ პოლარულ კოვალენტურ კავშირზე და 2,0-ზე მეტზე - იონურ კავშირზე. პოლარული კოვალენტური ბმები მიდრეკილია ჰეტეროლიზური გახლეჩისკენ

(იხ. 3.1.1).

კომუნიკაციის პოლარიზება გამოიხატება ბმის ელექტრონების გადაადგილებაში გარე ელექტრული ველის, მათ შორის სხვა მორეაქტიული ნაწილაკების გავლენის ქვეშ. პოლარიზება განისაზღვრება ელექტრონების მობილურობით. ელექტრონები უფრო მოძრავია, რაც უფრო შორს არიან ისინი ატომების ბირთვებისგან. პოლარიზადობის თვალსაზრისით, π-ბმა მნიშვნელოვნად აღემატება σ-ბმას, ვინაიდან π-ბმას ელექტრონის მაქსიმალური სიმკვრივე მდებარეობს შეკრული ბირთვებიდან უფრო შორს. პოლარიზება დიდწილად განსაზღვრავს მოლეკულების რეაქტიულობას პოლარულ რეაგენტებთან მიმართებაში.

2.2.2. დონორ-მიმღები ობლიგაციები

ორი ერთელექტრონიანი AO-ს გადახურვა არ არის კოვალენტური ბმის შექმნის ერთადერთი გზა. კოვალენტური ბმა შეიძლება წარმოიქმნას ერთი ატომის (დონორის) ორელექტრონული ორბიტალის მეორე ატომის (მიმღების) ვაკანტურ ორბიტალთან ურთიერთქმედებით. დონორები არის ნაერთები, რომლებიც შეიცავს ორბიტალებს მარტოხელა წყვილი ელექტრონებით ან π-MO. ელექტრონების მარტოხელა წყვილის მატარებლები (n-ელექტრონები, ინგლისურიდან. შეუსაბამო)არის აზოტის, ჟანგბადის, ჰალოგენის ატომები.

ელექტრონების მარტოხელა წყვილი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ნაერთების ქიმიური თვისებების გამოვლენაში. კერძოდ, ისინი პასუხისმგებელნი არიან ნაერთების უნარზე შევიდნენ დონორ-მიმღები ურთიერთქმედებაში.

კოვალენტურ კავშირს, რომელიც წარმოიქმნება ბმის ერთ-ერთი პარტნიორის ელექტრონების წყვილით, ეწოდება დონორ-მიმღები ბმა.

ჩამოყალიბებული დონორ-მიმღები ბმა განსხვავდება მხოლოდ ფორმირების გზით; მისი თვისებები იგივეა, რაც სხვა კოვალენტური ბმები. დონორი ატომი იძენს დადებით მუხტს.

რთული ნაერთებისთვის დამახასიათებელია დონორ-მიმღები ბმები.

2.2.3. წყალბადის ბმები

ძლიერ ელექტროუარყოფით ელემენტთან შეკრულ წყალბადის ატომს (აზოტი, ჟანგბადი, ფტორი და ა.შ.) შეუძლია ურთიერთქმედება იმავე ან სხვა მოლეკულის სხვა საკმარისად ელექტრონეგატიური ატომის მარტოხელა წყვილთან. შედეგად წარმოიქმნება წყალბადის ბმა, რომელიც ერთგვარი დონორია.

მიმღები ობლიგაცია. გრაფიკულად, წყალბადის ბმა ჩვეულებრივ წარმოდგენილია სამი წერტილით.

წყალბადის ბმის ენერგია დაბალია (10-40 კჯ/მოლი) და ძირითადად განისაზღვრება ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით.

წყალბადთაშორისი ბმები იწვევს ორგანულ ნაერთებს, როგორიცაა ალკოჰოლი.

წყალბადის ბმები გავლენას ახდენს ნაერთების ფიზიკურ (დუღილისა და დნობის წერტილები, სიბლანტე, სპექტრული მახასიათებლები) და ქიმიურ (მჟავა-ტუტოვანი) თვისებებზე. მაგალითად, ეთანოლის დუღილის წერტილი C 2H5 OH (78.3 ? C) მნიშვნელოვნად აღემატება იმავე მოლეკულური წონის დიმეთილის ეთერს CH 3 OCH 3 (-24 ? C), რომელიც არ არის დაკავშირებული წყალბადის ბმების გამო.

წყალბადის ბმები ასევე შეიძლება იყოს ინტრამოლეკულური. სალიცილის მჟავას ანიონში ასეთი კავშირი იწვევს მისი მჟავიანობის მატებას.

წყალბადის ბმები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მაკრომოლეკულური ნაერთების - ცილების, პოლისაქარიდების, ნუკლეინის მჟავების სივრცითი სტრუქტურის ფორმირებაში.

2.3. დაკავშირებული სისტემები

კოვალენტური ბმა შეიძლება იყოს ლოკალიზებული ან დელოკალიზებული. ბმას ეწოდება ლოკალიზებული, რომლის ელექტრონები რეალურად იყოფა შეკრული ატომების ორ ბირთვს შორის. თუ ბმული ელექტრონებს იზიარებს ორზე მეტი ბირთვი, მაშინ საუბარია დელოკალიზებულ კავშირზე.

დელოკალიზებული ბმა არის კოვალენტური ბმა, რომლის მოლეკულური ორბიტალი ორ ატომზე მეტს მოიცავს.

დელოკალიზებული ობლიგაციები უმეტეს შემთხვევაში არის π-ობლიგაციები. ისინი დამახასიათებელია დაწყვილებული სისტემებისთვის. ამ სისტემებში ხდება ატომების ურთიერთგავლენის განსაკუთრებული სახეობა - კონიუგაცია.

კონიუგაცია (mesomeria, ბერძნულიდან. მესოსი- საშუალო) არის ბმებისა და მუხტების განლაგება რეალურ მოლეკულაში (ნაწილაკში) იდეალურ, მაგრამ არარსებულ სტრუქტურასთან შედარებით.

დელოკალიზებული p-ორბიტალები, რომლებიც მონაწილეობენ კონიუგაციაში, შეიძლება მიეკუთვნებოდეს ორ ან მეტ π-ბმას, ან π-ბმას და ერთ ატომს p-ორბიტალით. ამის შესაბამისად, განასხვავებენ π,π-კონიუგაციასა და ρ,π-კონიუგაციას. კონიუგაციის სისტემა შეიძლება იყოს ღია ან დახურული და შეიცავდეს არა მხოლოდ ნახშირბადის ატომებს, არამედ ჰეტეროატომებსაც.

2.3.1. ღია მიკროსქემის სისტემები

π,π -დაწყვილება.π, π-კონიუგირებული სისტემების ნახშირბადის ჯაჭვის უმარტივესი წარმომადგენელია ბუტადიენი-1,3 (ნახ. 2.6, ა). ნახშირბადის და წყალბადის ატომები და, შესაბამისად, ყველა σ-ბმა მის მოლეკულაში დევს ერთ სიბრტყეში და ქმნის ბრტყელ σ-ჩონჩხს. ნახშირბადის ატომები sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია. თითოეული ნახშირბადის ატომის არაჰიბრიდირებული p-AO-ები განლაგებულია σ-ჩონჩხის სიბრტყის პერპენდიკულურად და ერთმანეთის პარალელურად, რაც მათი გადახურვის აუცილებელი პირობაა. გადახურვა ხდება არა მხოლოდ C-1 და C-2, C-3 და C-4 ატომების p-AO-ს შორის, არამედ C-2 და C-3 ატომების p-AO-ს შორის, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ერთი π, რომელიც მოიცავს ოთხ ნახშირბადის ატომს - სისტემა, ე.ი. წარმოიქმნება დელოკალიზებული კოვალენტური ბმა (იხ. ნახ. 2.6, ბ).

ბრინჯი. 2.6.1,3-ბუტადიენის მოლეკულის ატომური ორბიტალური მოდელი

ეს აისახება მოლეკულაში ბმის სიგრძის ცვლილებაში. ბმის სიგრძე C-1-C-2, ისევე როგორც C-3-C-4 ბუტადიენ-1,3-ში გარკვეულწილად გაიზარდა, ხოლო მანძილი C-2 და C-3-ს შორის შემცირებულია ჩვეულებრივ ორმაგ და ერთეულთან შედარებით. ობლიგაციები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტრონების დელოკალიზაციის პროცესი იწვევს ბმის სიგრძის გასწორებას.

ნახშირწყალბადები დიდი რაოდენობით კონიუგირებული ორმაგი ბმებით გავრცელებულია მცენარეთა სამყაროში. მათ შორისაა, მაგალითად, კაროტინები, რომლებიც განსაზღვრავენ სტაფილოს, პომიდვრის და ა.შ.

ღია კონიუგაციის სისტემა ასევე შეიძლება შეიცავდეს ჰეტეროატომებს. მაგალითი ღია π,π-კონიუგირებული სისტემები ჯაჭვში ჰეტეროატომითშეიძლება ემსახურებოდეს α, β-უჯერი კარბონილის ნაერთებს. მაგალითად, ალდეჰიდის ჯგუფი აკროლეინში CH 2 =CH-CH=O არის სამი sp 2-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომისა და ჟანგბადის ატომის შეერთების ჯაჭვის წევრი. თითოეული ამ ატომის წვლილი შეაქვს თითო p-ელექტრონს ერთ π- სისტემაში.

pn-დაწყვილება.ამ ტიპის კონიუგაცია ყველაზე ხშირად ვლინდება ნაერთებში, რომლებიც შეიცავს სტრუქტურულ ფრაგმენტს -CH=CH-X, სადაც X არის ჰეტეროატომი, რომელსაც აქვს ელექტრონების გაუზიარებელი წყვილი (ძირითადად O ან N). ეს მოიცავს, მაგალითად, ვინილის ეთერებს, რომელთა მოლეკულებში ორმაგი ბმა შეერთებულია რჟანგბადის ატომის ორბიტალი. დელოკალიზებული სამცენტრიანი ბმა წარმოიქმნება ორი p-AO sp 2 -ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომისა და ერთის გადაფარვით. რ-ჰეტეროატომის AO n-ელექტრონების წყვილით.

მსგავსი დელოკალიზებული სამცენტრიანი ბმის ფორმირება არსებობს კარბოქსილის ჯგუფში. აქ კონიუგაციაში მონაწილეობენ C=O ბმის π-ელექტრონები და OH ჯგუფის ჟანგბადის ატომის n-ელექტრონები. კონიუგირებული სისტემები სრულად გასწორებული ბმებითა და მუხტებით მოიცავს უარყოფითად დამუხტულ ნაწილაკებს, როგორიცაა აცეტატის იონი.

ელექტრონის სიმკვრივის ცვლის მიმართულება მითითებულია მრუდი ისრით.

არსებობს სხვა გრაფიკული გზები დაწყვილების შედეგების საჩვენებლად. ამრიგად, აცეტატის იონის (I) სტრუქტურა ვარაუდობს, რომ მუხტი თანაბრად ნაწილდება ჟანგბადის ორივე ატომზე (როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2.7-ზე, რაც მართალია).

სტრუქტურები (II) და (III) გამოიყენება რეზონანსული თეორია.ამ თეორიის მიხედვით, რეალური მოლეკულა ან ნაწილაკი აღწერილია გარკვეული ეგრეთ წოდებული რეზონანსული სტრუქტურების ერთობლიობით, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდება მხოლოდ ელექტრონების განაწილებით. კონიუგირებულ სისტემებში რეზონანსულ ჰიბრიდში ძირითადი წვლილი შეაქვს სტრუქტურებს სხვადასხვა π-ელექტრონული სიმკვრივის განაწილებით (ამ სტრუქტურების დამაკავშირებელი ორმხრივი ისარი რეზონანსული თეორიის განსაკუთრებული სიმბოლოა).

ზღვრული (სასაზღვრო) სტრუქტურები ნამდვილად არ არსებობს. თუმცა, ისინი გარკვეულწილად „წვლილს უწყობენ“ ელექტრონის სიმკვრივის რეალურ განაწილებას მოლეკულაში (ნაწილაკში), რომელიც წარმოდგენილია როგორც რეზონანსული ჰიბრიდი, რომელიც მიღებულია შემზღუდავი სტრუქტურების ზედმეტად (სუპერპოზიციით).

ρ,π-კონიუგირებულ სისტემებში ნახშირბადის ჯაჭვით, კონიუგაცია შეიძლება მოხდეს, თუ π-ბმასთან არის ნახშირბადის ატომი არაჰიბრიდირებული p-ორბიტალით. ასეთი სისტემები შეიძლება იყოს შუალედური ნაწილაკები - კარბანიონები, კარბოკაციონები, თავისუფალი რადიკალები, მაგალითად, ალილის სტრუქტურები. თავისუფალი რადიკალების ალილის ფრაგმენტები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ლიპიდების პეროქსიდაციის პროცესებში.

ალილ ანიონში CH 2 \u003d CH-CH 2 sp 2 - ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომი C-3 აწვდის საერთო კონიუგირებულს

ბრინჯი. 2.7.COONa ჯგუფის ელექტრონული სიმკვრივის რუკა პენიცილინში

ორი ელექტრონული სისტემა, ალილის რადიკალში CH 2=CH-CH 2+ - ერთი და ალილ კარბოკატიონში CH 2=CH-CH 2+ არ აწვდის არცერთს. შედეგად, როდესაც p-AO გადაფარავს სამ sp 2-ჰიბრიდულ ნახშირბადის ატომს, წარმოიქმნება დელოკალიზებული სამცენტრიანი ბმა, რომელიც შეიცავს ოთხს (კარბანიონში), სამს (თავისუფალ რადიკალში) და ორს (კარბოკატიონში) ელექტრონები, შესაბამისად.

ფორმალურად, C-3 ატომი ალილის კატიონში ატარებს დადებით მუხტს, ალილის რადიკალში მას აქვს დაუწყვილებელი ელექტრონი, ხოლო ალილის ანიონში - უარყოფითი მუხტი. სინამდვილეში, ასეთ კონიუგირებულ სისტემებში ხდება ელექტრონის სიმკვრივის დელოკალიზაცია (გაფანტვა), რაც იწვევს ბმებისა და მუხტების გასწორებას. ამ სისტემებში C-1 და C-3 ატომები ექვივალენტურია. მაგალითად, ალილ კატიონში თითოეული მათგანი ატარებს დადებით მუხტს+1/2 და დაკავშირებულია "ერთნახევარი" ბმით C-2 ატომთან.

ამრიგად, კონიუგაცია იწვევს რეალურ სტრუქტურებში ელექტრონის სიმკვრივის განაწილების მნიშვნელოვან განსხვავებას ჩვეულებრივი სტრუქტურის ფორმულებით წარმოდგენილ სტრუქტურებთან შედარებით.

2.3.2. დახურული მარყუჟის სისტემები

ციკლური კონიუგირებული სისტემები დიდ ინტერესს იწვევს, როგორც ნაერთების ჯგუფი გაზრდილი თერმოდინამიკური სტაბილურობით კონიუგირებული ღია სისტემებთან შედარებით. ამ ნაერთებს სხვა განსაკუთრებული თვისებებიც აქვთ, რომელთა მთლიანობას ზოგადი კონცეფცია აერთიანებს არომატულობა.ეს მოიცავს ასეთი ფორმალურად უჯერი ნაერთების უნარს

შედის ჩანაცვლების რეაქციებში და არა დამატების, ჟანგვის აგენტების და ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობის გაწევაში.

არომატული სისტემების ტიპიური წარმომადგენლები არიან არენები და მათი წარმოებულები. არომატული ნახშირწყალბადების ელექტრონული სტრუქტურის თავისებურებები აშკარად ვლინდება ბენზოლის მოლეკულის ატომურ ორბიტალურ მოდელში. ბენზოლის ჩარჩო იქმნება ექვსი sp 2 ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომისგან. ყველა σ-ბმა (C-C და C-H) ერთ სიბრტყეშია. ექვსი არაჰიბრიდირებული p-AO განლაგებულია მოლეკულის სიბრტყის პერპენდიკულარულად და ერთმანეთის პარალელურად (ნახ. 2.8, ა). თითოეული რ-AO შეიძლება თანაბრად გადაფაროს ორ მეზობელთან რ-აო. ამ გადახურვის შედეგად წარმოიქმნება ერთი დელოკალიზებული π- სისტემა, რომელშიც ელექტრონის უმაღლესი სიმკვრივე მდებარეობს σ-ჩონჩხის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ და მოიცავს ციკლის ყველა ნახშირბადის ატომს (იხ. სურ. 2.8, ბ). π-ელექტრონის სიმკვრივე თანაბრად ნაწილდება ციკლურ სისტემაში, რაც მითითებულია ციკლის შიგნით წრით ან წერტილოვანი ხაზით (იხ. სურ. 2.8, გ). ბენზოლის რგოლში ნახშირბადის ატომებს შორის ყველა ბმას აქვს იგივე სიგრძე (0,139 ნმ), შუალედური ერთჯერადი და ორმაგი ბმების სიგრძეებს შორის.

კვანტური მექანიკური გამოთვლების საფუძველზე დადგინდა, რომ ასეთი სტაბილური მოლეკულების ფორმირებისთვის, პლანშეტური ციკლური სისტემა უნდა შეიცავდეს (4n + 2) π-ელექტრონებს, სადაც ნ= 1, 2, 3 და ა.შ. (ჰუკელის წესი, 1931 წ.). ამ მონაცემების გათვალისწინებით შესაძლებელია „არომატიულობის“ ცნების დაკონკრეტება.

ნაერთი არის არომატული, თუ მას აქვს ბრტყელი რგოლი და კონიუგირებულიπ -ელექტრონული სისტემა, რომელიც მოიცავს ციკლის ყველა ატომს და შეიცავს(4n+ 2) π-ელექტრონები.

ჰუკელის წესი ვრცელდება ნებისმიერ პლანშეტურ კონდენსირებულ სისტემაზე, რომლებშიც არ არსებობს ატომები, რომლებიც საერთოა

ბრინჯი. 2.8.ბენზოლის მოლეკულის ატომური ორბიტალური მოდელი (წყალბადის ატომები გამოტოვებულია; იხილეთ ტექსტი განმარტებისთვის)

ორი ციკლი. ნაერთები შედედებული ბენზოლის რგოლებით, როგორიცაა ნაფტალინი და სხვა, აკმაყოფილებენ არომატულობის კრიტერიუმებს.

დაწყვილებული სისტემების სტაბილურობა. კონიუგირებული და განსაკუთრებით არომატული სისტემის ჩამოყალიბება ენერგეტიკულად ხელსაყრელი პროცესია, ვინაიდან ორბიტალების გადახურვის ხარისხი იზრდება და ხდება დელოკალიზაცია (დისპერსალიზაცია). რ- ელექტრონები. ამასთან დაკავშირებით, კონიუგირებულმა და არომატულმა სისტემებმა გაზარდეს თერმოდინამიკური სტაბილურობა. ისინი შეიცავენ უფრო მცირე რაოდენობით შიდა ენერგიას და ძირეულ მდგომარეობაში იკავებენ ენერგიის უფრო დაბალ დონეს არაკონიუგირებული სისტემებთან შედარებით. ამ დონეებს შორის სხვაობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონიუგირებული ნაერთის თერმოდინამიკური სტაბილურობის დასადგენად, ე.ი. კონიუგაციის ენერგია(დელოკალიზაციის ენერგია). ბუტადიენ-1,3-ისთვის ის მცირეა და შეადგენს დაახლოებით 15 კჯ/მოლ. კონიუგირებული ჯაჭვის სიგრძის მატებასთან ერთად იზრდება კონიუგაციის ენერგია და, შესაბამისად, ნაერთების თერმოდინამიკური სტაბილურობა. ბენზოლის კონიუგაციის ენერგია გაცილებით მაღალია და შეადგენს 150 კჯ/მოლს.

2.4. შემცვლელების ელექტრონული ეფექტები 2.4.1. ინდუქციური ეფექტი

პოლარული σ-ბმა მოლეკულაში იწვევს უახლოეს σ-ბმათა პოლარიზაციას და იწვევს ნაწილობრივი მუხტების გამოჩენას მეზობელ ატომებზე*.

შემცვლელები იწვევენ არა მხოლოდ საკუთარი, არამედ მეზობელი σ-ბმების პოლარიზაციას. ატომების გავლენის ამ ტიპის გადაცემას ინდუქციური ეფექტი (/-ეფექტი) ეწოდება.

ინდუქციური ეფექტი - შემცვლელების ელექტრონული ზემოქმედების გადატანა σ-ბმათა ელექტრონების გადაადგილების შედეგად.

σ-ბმა სუსტი პოლარიზადობის გამო, ინდუქციური ეფექტი სუსტდება წრეში სამი ან ოთხი ბმის შემდეგ. მისი მოქმედება ყველაზე გამოხატულია ნახშირბადის ატომთან მიმართებაში, რომელსაც აქვს შემცვლელი. შემცვლელის ინდუქციური ეფექტის მიმართულება თვისობრივად ფასდება წყალბადის ატომთან შედარებით, რომლის ინდუქციური ეფექტი აღებულია როგორც ნული. გრაფიკულად, /-ეფექტის შედეგი გამოსახულია ისრით, რომელიც ემთხვევა ვალენტობის ხაზის პოზიციას და მიმართულია უფრო ელექტროუარყოფითი ატომისკენ.

/ში\ვლინდება წყალბადის ატომზე ძლიერიუარყოფითიინდუქციური ეფექტი (-/-ეფექტი).

ასეთი შემცვლელები ზოგადად ამცირებს სისტემის ელექტრონის სიმკვრივეს, მათ უწოდებენ ელექტრონის ამოღება.ეს მოიცავს ფუნქციური ჯგუფების უმეტესობას: OH, NH 2, COOH, NO2 და კათიონური ჯგუფები, როგორიცაა -NH 3+.

შემცვლელი, რომელიც ცვლის ელექტრონის სიმკვრივეს წყალბადის ატომთან შედარებითσ -ბმები ჯაჭვის ნახშირბადის ატომთან, ექსპონატებიდადებითიინდუქციური ეფექტი (+/- ეფექტი).

ასეთი შემცვლელები ზრდის ელექტრონის სიმკვრივეს ჯაჭვში (ან რგოლში) და ე.წ ელექტრონის დონორი.ეს მოიცავს ალკილის ჯგუფებს, რომლებიც განლაგებულია sp 2-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომში და ანიონურ ცენტრებს დამუხტულ ნაწილაკებში, მაგალითად -O-.

2.4.2. მეზომერული ეფექტი

კონიუგირებულ სისტემებში ელექტრონული გავლენის გადაცემაში მთავარ როლს ასრულებენ დელოკალიზებული კოვალენტური ბმების π-ელექტრონები. ეფექტს, რომელიც გამოიხატება დელოკალიზებული (კონიუგირებული) π-სისტემის ელექტრონის სიმკვრივის ცვლაში, ეწოდება მეზომერული (M-ეფექტი) ან კონიუგაციის ეფექტი.

მეზომერული ეფექტი - შემცვლელების ელექტრონული ზემოქმედების გადატანა კონიუგირებული სისტემის გასწვრივ.

ამ შემთხვევაში შემცვლელი თავად არის კონიუგირებული სისტემის წევრი. მას შეუძლია შეიყვანოს კონიუგაციის სისტემაში π-ბმა (კარბონილის, კარბოქსილის ჯგუფები და ა. .

ჩნდება შემცვლელი, რომელიც ზრდის ელექტრონის სიმკვრივეს კონიუგირებულ სისტემაშიდადებითიმეზომერული ეფექტი (+M- ეფექტი).

შემცვლელებს, რომლებიც მოიცავს ატომებს მარტოხელა წყვილი ელექტრონით (მაგალითად, ამინო ჯგუფი ანილინის მოლეკულაში) ან მთლიანი უარყოფითი მუხტით, აქვთ M-ეფექტი. ამ შემცვლელებს შეუძლიათ

ელექტრონების წყვილი საერთო კონიუგირებულ სისტემაში გადატანას, ანუ ისინი არიან ელექტრონის დონორი.

ჩნდება შემცვლელი, რომელიც ამცირებს ელექტრონის სიმკვრივეს კონიუგირებულ სისტემაშიუარყოფითიმეზომერული ეფექტი (-M- ეფექტი).

კონიუგირებულ სისტემაში M-ეფექტს ფლობს ჟანგბადის ან აზოტის ატომები, რომლებიც ორმაგი ბმით არის შეკრული ნახშირბადის ატომთან, როგორც ეს ნაჩვენებია აკრილის მჟავისა და ბენზალდეჰიდის მაგალითზე. ასეთი დაჯგუფებებია ელექტრონის ამოღება.

ელექტრონის სიმკვრივის გადაადგილება მითითებულია მრუდი ისრით, რომლის დასაწყისი გვიჩვენებს რომელი p- ან π-ელექტრონების გადაადგილება ხდება, ხოლო დასასრული არის ბმა ან ატომი, რომელზეც ისინი გადაადგილდებიან. მეზომერული ეფექტი, ინდუქციური ეფექტისგან განსხვავებით, გადაიცემა კონიუგირებული ბმების სისტემაზე ბევრად უფრო დიდ მანძილზე.

მოლეკულაში ელექტრონის სიმკვრივის განაწილებაზე შემცვლელების გავლენის შეფასებისას აუცილებელია ინდუქციური და მეზომერული ეფექტების შედეგად მიღებული მოქმედების გათვალისწინება (ცხრილი 2.2).

ცხრილი 2.2.ზოგიერთი შემცვლელის ელექტრონული ეფექტები

შემცვლელების ელექტრონული ეფექტები შესაძლებელს ხდის არარეაქტიულ მოლეკულაში ელექტრონის სიმკვრივის განაწილების ხარისხობრივ შეფასებას და მისი თვისებების პროგნოზირებას.

გაგრძელება. დასაწყისისთვის იხ № 15, 16/2004

გაკვეთილი 5
ნახშირბადის ატომური ორბიტალები

კოვალენტური ქიმიური ბმა იქმნება ასეთი ტიპის საერთო შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილების გამოყენებით:

შექმენით ქიმიური ბმა, ე.ი. მხოლოდ დაუწყვილებელ ელექტრონებს შეუძლიათ შექმნან საერთო ელექტრონული წყვილი სხვა ატომის "უცხო" ელექტრონთან. ელექტრონული ფორმულების დაწერისას, დაუწყვილებელი ელექტრონები სათითაოდ განლაგებულია ორბიტალურ უჯრედში.
ატომური ორბიტალიარის ფუნქცია, რომელიც აღწერს ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს ატომის ბირთვის გარშემო სივრცის თითოეულ წერტილში. ელექტრონული ღრუბელი არის სივრცის რეგიონი, რომელშიც ელექტრონის პოვნა შესაძლებელია დიდი ალბათობით.
ნახშირბადის ატომის ელექტრონული სტრუქტურისა და ამ ელემენტის ვალენტობის ჰარმონიზაციისთვის გამოიყენება ნახშირბადის ატომის აგზნების ცნებები. ნორმალურ (გაუაღელვებელ) მდგომარეობაში ნახშირბადის ატომს აქვს ორი დაუწყვილებელი 2 რ 2 ელექტრონი. აღგზნებულ მდგომარეობაში (როდესაც ენერგია შეიწოვება) 2-დან ერთ-ერთი ს 2-ელექტრონს შეუძლია უფასოდ გადავიდეს რ- ორბიტალური. შემდეგ ოთხი დაუწყვილებელი ელექტრონი ჩნდება ნახშირბადის ატომში:

შეგახსენებთ, რომ ატომის ელექტრონულ ფორმულაში (მაგალითად, ნახშირბადისთვის 6 C - 1 ს 2 2ს 2 2გვ 2) ასოების წინ დიდი რიცხვები - 1, 2 - მიუთითებს ენერგიის დონის რაოდენობაზე. წერილები სდა რმიუთითეთ ელექტრონული ღრუბლის (ორბიტალების) ფორმა, ხოლო ასოების ზემოთ მარჯვნივ მდებარე რიცხვები მიუთითებს მოცემულ ორბიტალში ელექტრონების რაოდენობაზე. ყველა ს- სფერული ორბიტალები:

მეორე ენერგეტიკულ დონეზე, გარდა 2-ისა ს- არსებობს სამი ორბიტალი 2 რ-ორბიტალები. ეს 2 რ-ორბიტალებს აქვთ ელიფსოიდური ფორმა, ჰანტელების მსგავსი და ორიენტირებულია სივრცეში ერთმანეთის მიმართ 90 ° კუთხით. 2 რ- ორბიტალი აღნიშნავს 2-ს გვ x, 2რ წდა 2 პზიმ ღერძების მიხედვით, რომლებზეც ეს ორბიტალები მდებარეობს.

როდესაც წარმოიქმნება ქიმიური ბმები, ელექტრონული ორბიტალები იძენენ იმავე ფორმას. ასე რომ, გაჯერებულ ნახშირწყალბადებში, ერთი ს-ორბიტალური და სამი რ- ნახშირბადის ატომის ორბიტალი ოთხი იდენტური (ჰიბრიდი) ფორმირებისთვის. sp 3-ორბიტალი:

Ეს არის - sp 3 - ჰიბრიდიზაცია.
ჰიბრიდიზაცია- ატომური ორბიტალების გასწორება (შერევა) სდა რ) ახალი ატომური ორბიტალების წარმოქმნით, ე.წ ჰიბრიდული ორბიტალები.

ჰიბრიდულ ორბიტალებს აქვთ ასიმეტრიული ფორმა, წაგრძელებული მიმაგრებული ატომისკენ. ელექტრონული ღრუბლები ერთმანეთს მოგერიებენ და ერთმანეთისგან შეძლებისდაგვარად შორს მდებარეობენ სივრცეში. ამავე დროს, ცულები ოთხი sp 3-ჰიბრიდული ორბიტალებიაღმოჩნდება, რომ მიმართულია ტეტრაედრის წვეროებზე (რეგულარული სამკუთხა პირამიდა).
შესაბამისად, ამ ორბიტალებს შორის კუთხეები ოთხკუთხედია, უდრის 109°28"-ს.
ელექტრონული ორბიტალების ზედა ნაწილი შეიძლება გადაფაროს სხვა ატომების ორბიტალებთან. თუ ელექტრონული ღრუბლები გადახურულია ატომების ცენტრების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ, მაშინ ასეთ კოვალენტურ ბმას ე.წ. სიგმა() -ბმა. მაგალითად, C 2 H 6 ეთანის მოლეკულაში, წარმოიქმნება ქიმიური ბმა ნახშირბადის ორ ატომს შორის ორი ჰიბრიდული ორბიტალის გადაფარვით. ეს არის კავშირი. გარდა ამისა, ნახშირბადის ატომებიდან თითოეული თავისი სამით sp 3-ორბიტალი გადახურულია ს- წყალბადის სამი ატომის ორბიტალები, რომლებიც ქმნიან სამ ბმას.

საერთო ჯამში, ნახშირბადის ატომისთვის შესაძლებელია სამი ვალენტური მდგომარეობა სხვადასხვა ტიპის ჰიბრიდიზაციასთან ერთად. გარდა sp 3-ჰიბრიდიზაცია არსებობს sp 2 - და sp-ჰიბრიდიზაცია.
sp 2 -ჰიბრიდიზაცია- ერთის შერევა ს- და ორი რ-ორბიტალები. შედეგად, სამი ჰიბრიდი sp 2 -ორბიტალი. ესენი sp 2 -ორბიტალი განლაგებულია იმავე სიბრტყეში (ღერძებით X, ზე) და მიმართულია სამკუთხედის წვეროებზე, ორბიტალებს შორის კუთხით 120°. არაჰიბრიდირებული
რ-ორბიტალი პერპენდიკულარულია სამი ჰიბრიდის სიბრტყის მიმართ sp 2 ორბიტალი (ორიენტირებული ღერძის გასწვრივ ზ). ზედა ნახევარი რ-ორბიტალები სიბრტყის ზემოთაა, ქვედა ნახევარი სიბრტყის ქვემოთ.
ტიპი spნახშირბადის 2-ჰიბრიდიზაცია ხდება ორმაგი ბმის მქონე ნაერთებში: C=C, C=O, C=N. უფრო მეტიც, ორ ატომს შორის ბმადან მხოლოდ ერთი (მაგალითად, C=C) შეიძლება იყოს ბმა. (ატომის სხვა შემაკავშირებელი ორბიტალები მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით.) მეორე ბმა წარმოიქმნება არაჰიბრიდის გადახურვის შედეგად. რ-ორბიტალები ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზის ორივე მხარეს.

კოვალენტური ბმა წარმოიქმნება გვერდითი გადახურვით რ-მეზობელი ნახშირბადის ატომების ორბიტალი ეწოდება pi() -ბმა.

Განათლება - კომუნიკაციები

ორბიტალების ნაკლები გადახურვის გამო, -ბმა ნაკლებად ძლიერია ვიდრე -ბმა.
sp-ჰიბრიდიზაციაარის ერთის შერევა (ფორმისა და ენერგიის გასწორება). s-და ერთი
რ-ორბიტალები ორი ჰიბრიდის წარმოქმნით sp-ორბიტალები. sp- ორბიტალები განლაგებულია იმავე ხაზზე (180 ° კუთხით) და მიმართულია ნახშირბადის ატომის ბირთვიდან საპირისპირო მიმართულებით. ორი
რ-ორბიტალები რჩება არაჰიბრიდირებული. ისინი განლაგებულია ერთმანეთის პერპენდიკულურად.
მიმართულებები - კავშირები. სურათზე sp-ორბიტალები ნაჩვენებია ღერძის გასწვრივ წდა არაჰიბრიდული ორი
რ-ორბიტალები - ღერძების გასწვრივ Xდა ზ.

სამმაგი ნახშირბად-ნახშირბადის ბმა CC შედგება ბმისგან, რომელიც ხდება გადახურვისას
sp-ჰიბრიდული ორბიტალები და ორი ბმები.
ნახშირბადის ატომის ისეთ პარამეტრებს შორის ურთიერთობა, როგორიცაა მიმაგრებული ჯგუფების რაოდენობა, ჰიბრიდიზაციის ტიპი და წარმოქმნილი ქიმიური ბმების ტიპები, ნაჩვენებია ცხრილში 4.

ცხრილი 4

ნახშირბადის კოვალენტური ბმები

ჯგუფების რაოდენობა დაკავშირებული ნახშირბადით	ტიპი ჰიბრიდიზაცია	ტიპები მონაწილეობს ქიმიური ობლიგაციები	ნაერთის ფორმულების მაგალითები
4	sp 3	ოთხი - კავშირი
3	sp 2	სამი - კავშირები და ერთი არის კავშირი
2	sp	ორი - კავშირები და ორი კავშირი	H-CC-H

Სავარჯიშოები.

1. ატომების რომელ ელექტრონებს (მაგალითად, ნახშირბადს ან აზოტს) უწოდებენ დაუწყვილებელს?

2. რას ნიშნავს „საზიარო ელექტრონული წყვილების“ კონცეფცია კოვალენტური ბმის მქონე ნაერთებში (მაგალითად, CH 4 ან H 2 S )?

3. როგორია ატომების ელექტრონული მდგომარეობები (მაგალითად, C ანნ ) ეძახიან საბაზისო და რომელია აღელვებული?

4. რას ნიშნავს რიცხვები და ასოები ატომის ელექტრონულ ფორმულაში (მაგალითად, C ანნ )?

5. რა არის ატომური ორბიტალი? რამდენი ორბიტალია C ატომის მეორე ენერგეტიკულ დონეზე და რით განსხვავდებიან ისინი?

6. რა განსხვავებაა ჰიბრიდულ ორბიტალებსა და თავდაპირველ ორბიტალებს შორის, საიდანაც ისინი ჩამოყალიბდნენ?

7. რა სახის ჰიბრიდიზაციაა ცნობილი ნახშირბადის ატომისთვის და რა არის ისინი?

8. დახატეთ ორბიტალების სივრცითი განლაგების სურათი ნახშირბადის ატომის ერთ-ერთი ელექტრონული მდგომარეობისთვის.

9. რა ქიმიურ ბმებს უწოდებენ და რა? დააკონკრეტეთ-და-კავშირები კავშირებში:

10. ქვემოთ მოცემული ნაერთების ნახშირბადის ატომებისთვის მიუთითეთ: ა) ჰიბრიდიზაციის ტიპი; ბ) მისი ქიმიური ბმების სახეები; გ) ბმის კუთხეები.

პასუხები სავარჯიშოებზე 1 თემისთვის

გაკვეთილი 5

1. ელექტრონები, რომლებიც ერთ ორბიტალზეა, ეწოდება დაუწყვილებელი ელექტრონები. მაგალითად, აღგზნებული ნახშირბადის ატომის ელექტრონული დიფრაქციის ფორმულაში არის ოთხი დაუწყვილებელი ელექტრონი, ხოლო აზოტის ატომს აქვს სამი:

2. ერთი ქიმიური ბმის წარმოქმნაში მონაწილე ორ ელექტრონს ეწოდება საერთო ელექტრონული წყვილი. ჩვეულებრივ, ქიმიური ბმის წარმოქმნამდე, ამ წყვილის ერთი ელექტრონი ეკუთვნოდა ერთ ატომს, ხოლო მეორე ელექტრონი სხვა ატომს:

3. ატომის ელექტრონული მდგომარეობა, რომელშიც დაცულია ელექტრონული ორბიტალების შევსების თანმიმდევრობა: 1 ს 2 , 2ს 2 , 2გვ 2 , 3ს 2 , 3გვ 2 , 4ს 2 , 3დ 2 , 4გვ 2 და ა.შ მთავარი სახელმწიფო. AT აღელვებული მდგომარეობაატომის ერთ-ერთი ვალენტური ელექტრონი იკავებს თავისუფალ ორბიტალს უფრო მაღალი ენერგიით, ასეთ გადასვლას თან ახლავს დაწყვილებული ელექტრონების გამოყოფა. სქემატურად ასე წერია:

მაშინ როცა ძირითად მდგომარეობაში იყო მხოლოდ ორი ვალენტური დაუწყვილებელი ელექტრონი, აღგზნებულ მდგომარეობაში არის ოთხი ასეთი ელექტრონი.

5. ატომური ორბიტალი არის ფუნქცია, რომელიც აღწერს ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს მოცემული ატომის ბირთვის გარშემო სივრცის თითოეულ წერტილში. ნახშირბადის ატომის მეორე ენერგეტიკულ დონეზე ოთხი ორბიტალია - 2 ს, 2გვ x, 2რ წ, 2პზ. ეს ორბიტალებია:
ა) ელექტრონული ღრუბლის ფორმა ( ს- ბურთი, რ- ჰანტელი);
ბ) რ-ორბიტალებს აქვთ სხვადასხვა ორიენტაცია სივრცეში - ორმხრივი პერპენდიკულარული ღერძების გასწვრივ x, წდა ზ, ისინი აღინიშნება გვ x, რ წ, პზ.

6. ჰიბრიდული ორბიტალები განსხვავდება ორიგინალური (არაჰიბრიდული) ორბიტალებისგან ფორმისა და ენერგიით. Მაგალითად, ს-ორბიტალური - სფეროს ფორმა, რ- სიმეტრიული ფიგურა რვა, sp-ჰიბრიდული ორბიტალი - ასიმეტრიული ფიგურა რვა.
ენერგიის განსხვავებები: ე(ს) < ე(sp) < ე(რ). ამრიგად, sp-ორბიტალი - ორბიტალი, საშუალო ფორმისა და ენერგიის მიხედვით, მიღებული საწყისის შერევით ს- და გვ-ორბიტალები.

7. ნახშირბადის ატომისთვის ცნობილია ჰიბრიდიზაციის სამი ტიპი: sp 3 , sp 2 და sp (იხილეთ მე-5 გაკვეთილის ტექსტი).

9. -ბმა - კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება ორბიტალების შუბლის გადაფარვით ატომების ცენტრების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ.
-ბმა - კოვალენტური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება გვერდითი გადახურვით რ- ორბიტალები ატომების ცენტრების დამაკავშირებელი ხაზის ორივე მხარეს.
- ბმები ნაჩვენებია დაკავშირებულ ატომებს შორის მეორე და მესამე ხაზებით.

მიწისქვეშა მდგომარეობაში ნახშირბადის ატომ C (1s 2 2s 2 2p 2) აქვს ორი დაუწყვილებელი ელექტრონი, რის გამოც მხოლოდ ორი საერთო ელექტრონული წყვილი შეიძლება ჩამოყალიბდეს. თუმცა, მისი ნაერთების უმეტესობაში ნახშირბადი ოთხვალენტიანია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნახშირბადის ატომი, შთანთქავს მცირე რაოდენობით ენერგიას, გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში, რომელშიც მას აქვს 4 დაუწყვილებელი ელექტრონი, ე.ი. შეუძლია შექმნას ოთხიკოვალენტური ბმები და მონაწილეობენ ოთხი საერთო ელექტრონული წყვილის ფორმირებაში:

6 C 1 s 2 2s 2 2 p 2 6 C * 1 s 2 2s 1 2 p 3

↓

1

↓

გვ

↓

გვ

ს

ს

აგზნების ენერგია კომპენსირდება ქიმიური ბმების წარმოქმნით, რაც ხდება ენერგიის გათავისუფლებით.

ნახშირბადის ატომებს აქვთ უნარი შექმნან ელექტრონის ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის სამი ტიპი ( sp 3, sp 2, sp) და მათ შორის მრავალჯერადი (ორმაგი და სამმაგი) ბმის წარმოქმნა (ცხრილი 7).

ცხრილი 7

მოლეკულების ჰიბრიდიზაციის სახეები და გეომეტრია

მარტივი (ერთი) s - კომუნიკაცია ხორციელდება როდესაც sp 3-ჰიბრიდიზაცია, რომელშიც ოთხივე ჰიბრიდული ორბიტალი ექვივალენტურია და აქვთ სივრცითი ორიენტაცია 109 კუთხით, დაახლოებით 29' ერთმანეთის მიმართ და ორიენტირებულია რეგულარული ტეტრაედონის წვეროებზე.

ბრინჯი. 19. მეთანის მოლეკულის CH 4 წარმოქმნა

თუ ნახშირბადის ჰიბრიდული ორბიტალები გადაფარავს სფერულს ს-წყალბადის ატომის ორბიტალები, შემდეგ წარმოიქმნება უმარტივესი ორგანული ნაერთი მეთანი CH 4 - გაჯერებული ნახშირწყალბადი (სურ. 19).

ბრინჯი. 20. მეთანის მოლეკულაში ბმების ტეტრაედრული განლაგება

დიდი ინტერესია ნახშირბადის ატომების ერთმანეთთან და სხვა ელემენტების ატომებთან ბმების შესწავლა. განვიხილოთ ეთანის, ეთილენის და აცეტილენის მოლეკულების სტრუქტურა.

ეთანის მოლეკულაში ყველა ბმას შორის კუთხეები თითქმის ზუსტად ტოლია ერთმანეთის (ნახ. 21) და არ განსხვავდება მეთანის მოლეკულის C-H კუთხეებისგან.

ბრინჯი. 21. ეთანის მოლეკულა C 2 H 6

ამრიგად, ნახშირბადის ატომები მდგომარეობაშია sp 3-ჰიბრიდიზაცია.

ნახშირბადის ატომების ელექტრონული ორბიტალების ჰიბრიდიზაცია შეიძლება იყოს არასრული, ე.ი. შეიძლება მოიცავდეს ორს sp 2ჰიბრიდიზაცია) ან ერთი ( sp-ჰიბრიდიზაცია) სამი რ- ორბიტალები. ამ შემთხვევაში ნახშირბადის ატომებს შორის იქმნება მრავლობითი(ორმაგი ან სამმაგი) კავშირები. ნახშირწყალბადებს მრავალჯერადი ბმებით უწოდებენ უჯერი ან უჯერი. ორმაგი ბმა (C = C) იქმნება, როდესაც sp 2- ჰიბრიდიზაცია. ამ შემთხვევაში ნახშირბადის თითოეულ ატომს აქვს სამიდან ერთი რ- ორბიტალები არ მონაწილეობენ ჰიბრიდიზაციაში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება სამი sp 2- ჰიბრიდული ორბიტალები, რომლებიც მდებარეობს ერთ სიბრტყეში 120 კუთხით ერთმანეთის მიმართ და არაჰიბრიდული 2 რ-ორბიტალი ამ სიბრტყის პერპენდიკულარულია. ნახშირბადის ორი ატომი დაკავშირებულია ერთმანეთთან, ქმნიან ერთ s-ბმას ჰიბრიდული ორბიტალების გადახურვის გამო და ერთი p-ბმა გადახურვის გამო. რ-ორბიტალები. ნახშირბადის თავისუფალი ჰიბრიდული ორბიტალების ურთიერთქმედება წყალბადის ატომების 1s-ორბიტალებთან იწვევს ეთილენის მოლეკულის C 2 H 4 (ნახ. 22) წარმოქმნას, უჯერი ნახშირწყალბადების უმარტივესი წარმომადგენლის.

ბრინჯი. 22. ეთილენის მოლეკულის C 2 H 4 წარმოქმნა

ელექტრონული ორბიტალების გადაფარვა p-ბმების შემთხვევაში ნაკლებია და გაზრდილი ელექტრონის სიმკვრივის მქონე ზონები ატომების ბირთვებიდან უფრო შორს მდებარეობს, ამიტომ ეს ბმა ნაკლებად ძლიერია ვიდრე s-ბმა.

სამმაგი ბმა იქმნება ერთი s-ბმა და ორი p-ბმა. ამ შემთხვევაში, ელექტრონული ორბიტალები იმყოფებიან sp-ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში, რომლის ფორმირება ხდება ერთის გამო. ს- და ერთი რ- ორბიტალები (ნახ. 23).

ბრინჯი. 23. აცეტილენის მოლეკულის C 2 H 2 წარმოქმნა

ორი ჰიბრიდული ორბიტალი განლაგებულია ერთმანეთთან შედარებით 180 გრადუსიანი კუთხით, ხოლო დანარჩენი ორი არაჰიბრიდი რ-ორბიტალები განლაგებულია ორ ერთმანეთის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. სამმაგი ბმის ფორმირება ხდება აცეტილენის C 2 H 2 მოლეკულაში.

ბმის განსაკუთრებული ტიპი წარმოიქმნება ბენზოლის მოლეკულის (C 6 H 6) წარმოქმნის დროს - არომატული ნახშირწყალბადების უმარტივესი წარმომადგენელი.

ბენზოლი შეიცავს ექვს ნახშირბადის ატომს, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ციკლში (ბენზოლის რგოლი), ხოლო ნახშირბადის თითოეული ატომი sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია (ნახ. 24).

ბენზოლის მოლეკულაში შემავალი ნახშირბადის ყველა ატომი განლაგებულია იმავე სიბრტყეში. ნახშირბადის თითოეულ ატომს sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში აქვს კიდევ ერთი არაჰიბრიდული p-ორბიტალი დაუწყვილებელი ელექტრონით, რომელიც ქმნის p-ბმას (ნახ. 25).

ასეთი p-ორბიტალის ღერძი პერპენდიკულარულია ბენზოლის მოლეკულის სიბრტყის მიმართ.

ბრინჯი. 24. sp 2 - ბენზოლის მოლეკულის C 6 H 6 ორბიტალები

ბრინჯი. 25. - ბმები ბენზოლის მოლეკულაში C 6 H 6

ექვსივე არაჰიბრიდული p-ორბიტალი ქმნის საერთო შემაკავშირებელ მოლეკულურ p-ორბიტალს და ექვსივე ელექტრონი გაერთიანებულია p-ელექტრონულ სექსტეტში.

ასეთი ორბიტალის სასაზღვრო ზედაპირი მდებარეობს ნახშირბადის s-ჩონჩხის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ. წრიული გადახურვის შედეგად წარმოიქმნება ერთი დელოკალიზებული p- სისტემა, რომელიც მოიცავს ციკლის ყველა ნახშირბადის ატომს. ბენზოლი სქემატურად გამოსახულია ექვსკუთხედის სახით რგოლით შიგნით, რაც მიუთითებს ელექტრონების და შესაბამისი ბმების დელოკალიზაციაზე.

169375 0

თითოეულ ატომს აქვს ელექტრონების გარკვეული რაოდენობა.

ქიმიურ რეაქციებში შესვლისას ატომები ჩუქნიან, იძენენ ან ახდენენ ელექტრონების სოციალიზაციას, რაც აღწევს ყველაზე სტაბილურ ელექტრონულ კონფიგურაციას. ყველაზე დაბალი ენერგიის მქონე კონფიგურაცია ყველაზე სტაბილურია (როგორც კეთილშობილური აირის ატომებში). ამ შაბლონს ეწოდება "ოქტეტის წესი" (ნახ. 1).

ბრინჯი. ერთი.

ეს წესი ყველას ეხება კავშირის ტიპები. ატომებს შორის ელექტრონული ბმები მათ საშუალებას აძლევს შექმნან სტაბილური სტრუქტურები, უმარტივესი კრისტალებიდან რთულ ბიომოლეკულებამდე, რომლებიც საბოლოოდ ქმნიან ცოცხალ სისტემებს. ისინი განსხვავდებიან კრისტალებისაგან მათი უწყვეტი მეტაბოლიზმით. თუმცა, ბევრი ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს მექანიზმების მიხედვით ელექტრონული გადარიცხვა, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ორგანიზმში მიმდინარე ენერგეტიკულ პროცესებში.

ქიმიური ბმა არის ძალა, რომელიც აერთიანებს ორ ან მეტ ატომს, იონს, მოლეკულას ან მათ ნებისმიერ კომბინაციას..

ქიმიური ბმის ბუნება უნივერსალურია: ეს არის მიზიდულობის ელექტროსტატიკური ძალა უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებსა და დადებითად დამუხტულ ბირთვებს შორის, რომელიც განისაზღვრება ატომების გარე გარსში ელექტრონების კონფიგურაციით. ატომის უნარს, შექმნას ქიმიური ბმები, ეწოდება ვალენტობა, ან ჟანგვის მდგომარეობა. კონცეფცია ვალენტური ელექტრონები- ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან ქიმიურ ობლიგაციებს, ანუ ისინი, რომლებიც მდებარეობს ყველაზე მაღალი ენერგიის ორბიტალებში. შესაბამისად, ამ ორბიტალების შემცველი ატომის გარე გარსი ეწოდება სავალენტო გარსი. დღეისათვის საკმარისი არ არის ქიმიური ბმის არსებობის მითითება, მაგრამ აუცილებელია მისი ტიპის გარკვევა: იონური, კოვალენტური, დიპოლ-დიპოლური, მეტალიკი.

პირველი ტიპის კავშირი არისიონური კავშირი

ლუისისა და კოსელის ვალენტობის ელექტრონული თეორიის მიხედვით, ატომებს შეუძლიათ მიაღწიონ სტაბილურ ელექტრონულ კონფიგურაციას ორი გზით: პირველი, ელექტრონების დაკარგვით, გახდომით. კათიონებიმეორეც, მათი შეძენა, გადაქცევა ანიონები. ელექტრონის გადაცემის შედეგად, საპირისპირო ნიშნის მუხტის მქონე იონებს შორის მიზიდულობის ელექტროსტატიკური ძალის გამო, წარმოიქმნება ქიმიური ბმა, რომელსაც ეწოდება კოსელი. ელექტროვალენტური(ახლა დაურეკეს იონური).

ამ შემთხვევაში, ანიონები და კათიონები ქმნიან სტაბილურ ელექტრონულ კონფიგურაციას შევსებული გარე ელექტრონული გარსით. ტიპიური იონური ბმები წარმოიქმნება პერიოდული სისტემის T და II ჯგუფების კათიონებისგან და VI და VII ჯგუფების არალითონური ელემენტების ანიონებისგან (16 და 17 ქვეჯგუფი - შესაბამისად, ქალკოგენებიდა ჰალოგენები). იონურ ნაერთებში ბმები არის უჯერი და არამიმართული, ამიტომ ისინი ინარჩუნებენ ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების შესაძლებლობას სხვა იონებთან. ნახ. 2 და 3 ნაჩვენებია იონური ბმების მაგალითები, რომლებიც შეესაბამება კოსელის ელექტრონების გადაცემის მოდელს.

ბრინჯი. 2.

ბრინჯი. 3.იონური ბმა ნატრიუმის ქლორიდის (NaCl) მოლეკულაში

აქ მიზანშეწონილია გავიხსენოთ ზოგიერთი თვისება, რომელიც ხსნის ნივთიერებების ქცევას ბუნებაში, კერძოდ, განვიხილოთ კონცეფცია მჟავებიდა საფუძველი.

ყველა ამ ნივთიერების წყალხსნარი ელექტროლიტებია. ისინი ფერს სხვადასხვა გზით იცვლიან. ინდიკატორები. ინდიკატორების მოქმედების მექანიზმი აღმოაჩინა F.V. ოსტვალდი. მან აჩვენა, რომ ინდიკატორები არის სუსტი მჟავები ან ფუძეები, რომელთა ფერი არადისოცირებულ და დისოცირებულ მდგომარეობებში განსხვავებულია.

ფუძეებს შეუძლიათ მჟავების განეიტრალება. ყველა ბაზა არ არის წყალში ხსნადი (მაგალითად, ზოგიერთი ორგანული ნაერთი, რომელიც არ შეიცავს -OH ჯგუფებს, უხსნადია, კერძოდ, ტრიეთილამინი N (C 2 H 5) 3); ხსნად ფუძეებს უწოდებენ ტუტეები.

მჟავების წყალხსნარი შედის დამახასიათებელ რეაქციებში:

ა) ლითონის ოქსიდებთან - მარილისა და წყლის წარმოქმნით;

ბ) ლითონებთან - მარილისა და წყალბადის წარმოქმნით;

გ) კარბონატებთან - მარილის წარმოქმნით, CO 2 და ჰ 2 ო.

მჟავებისა და ფუძეების თვისებები აღწერილია რამდენიმე თეორიით. თეორიის შესაბამისად ს.ა. არენიუსი, მჟავა არის ნივთიერება, რომელიც იშლება იონების წარმოქმნით ჰ+ , ხოლო ფუძე ქმნის იონებს ᲐᲠᲘᲡ ᲘᲡ- . ეს თეორია არ ითვალისწინებს ორგანული ფუძეების არსებობას, რომლებსაც არ აქვთ ჰიდროქსილის ჯგუფები.

Შეესაბამება პროტონიბრონსტედისა და ლოურის თეორიით, მჟავა არის ნივთიერება, რომელიც შეიცავს მოლეკულებს ან იონებს, რომლებიც აძლევენ პროტონებს. დონორებიპროტონები), ხოლო ფუძე არის ნივთიერება, რომელიც შედგება მოლეკულებისგან ან იონებისგან, რომლებიც იღებენ პროტონებს ( მიმღებებიპროტონები). გაითვალისწინეთ, რომ წყალხსნარებში წყალბადის იონები არსებობს ჰიდრატირებული ფორმით, ანუ ჰიდრონიუმის იონების სახით. H3O+ . ეს თეორია აღწერს რეაქციებს არა მხოლოდ წყალთან და ჰიდროქსიდის იონებთან, არამედ განხორციელებულ რეაქციებს გამხსნელის არარსებობისას ან არაწყლიან გამხსნელთან.

მაგალითად, ამიაკის რეაქციაში NH 3 (სუსტი ფუძე) და წყალბადის ქლორიდი აირის ფაზაში წარმოიქმნება მყარი ამონიუმის ქლორიდი და ორი ნივთიერების წონასწორულ ნარევში ყოველთვის არის 4 ნაწილაკი, რომელთაგან ორი მჟავაა, დანარჩენი ორი კი ფუძე:

ეს წონასწორული ნარევი შედგება მჟავებისა და ფუძეების ორი კონიუგირებული წყვილისაგან:

1)NH 4+ და NH 3

2) HClდა კლ ‑

აქ, თითოეულ კონიუგირებულ წყვილში, მჟავა და ფუძე განსხვავდება ერთი პროტონით. ყველა მჟავას აქვს კონიუგირებული ბაზა. ძლიერ მჟავას აქვს სუსტი კონიუგირებული ფუძე, ხოლო სუსტ მჟავას აქვს ძლიერი კონიუგირებული ფუძე.

ბრონსტედ-ლოურის თეორია შესაძლებელს ხდის წყლის უნიკალური როლის ახსნას ბიოსფეროს სიცოცხლეში. წყალს, მასთან ურთიერთქმედების ნივთიერებიდან გამომდინარე, შეუძლია აჩვენოს მჟავის ან ფუძის თვისებები. მაგალითად, ძმარმჟავას წყალხსნარებთან რეაქციაში წყალი არის ფუძე, ხოლო ამიაკის წყალხსნარებთან – მჟავა.

1) CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 SOO- . აქ ძმარმჟავას მოლეკულა პროტონს აბარებს წყლის მოლეკულას;

2) NH3 + H 2 O ↔ NH4 + + ᲐᲠᲘᲡ ᲘᲡ- . აქ ამიაკის მოლეკულა იღებს პროტონს წყლის მოლეკულიდან.

ამრიგად, წყალს შეუძლია შექმნას ორი კონიუგირებული წყვილი:

1) H 2 O(მჟავა) და ᲐᲠᲘᲡ ᲘᲡ- (კონიუგირებული ბაზა)

2) H 3 O+ (მჟავა) და H 2 O(კონიუგირებული ბაზა).

პირველ შემთხვევაში წყალი ჩუქნის პროტონს, მეორეში კი იღებს მას.

ასეთ ქონებას ე.წ ამფიპროტონულობა. ნივთიერებებს, რომლებსაც შეუძლიათ რეაგირება როგორც მჟავების, ასევე ფუძეების სახით, ეწოდებათ ამფოტერული. ასეთი ნივთიერებები ბუნებაში ხშირად გვხვდება. მაგალითად, ამინომჟავებს შეუძლიათ შექმნან მარილები როგორც მჟავებთან, ასევე ფუძეებთან ერთად. ამიტომ, პეპტიდები ადვილად ქმნიან კოორდინირებულ ნაერთებს არსებულ მეტალის იონებთან.

ამრიგად, იონური ბმის დამახასიათებელი თვისებაა ერთ-ერთ ბირთვთან შემაკავშირებელი ელექტრონების მტევნის სრული გადაადგილება. ეს ნიშნავს, რომ იონებს შორის არის რეგიონი, სადაც ელექტრონის სიმკვრივე თითქმის ნულის ტოლია.

მეორე ტიპის კავშირი არისკოვალენტური კავშირი

ატომებს შეუძლიათ შექმნან სტაბილური ელექტრონული კონფიგურაციები ელექტრონების გაზიარებით.

ასეთი ბმა იქმნება, როდესაც ელექტრონების წყვილი ერთ დროს ნაწილდება. თითოეულიდანატომი. ამ შემთხვევაში, სოციალიზებული ბმის ელექტრონები თანაბრად ნაწილდება ატომებს შორის. კოვალენტური ბმის მაგალითია ჰომობირთვულიდიატომიური H მოლეკულები 2 , ნ 2 , ფ 2. ალოტროპებს აქვთ იგივე ტიპის ბმა. ო 2 და ოზონი ო 3 და პოლიატომური მოლეკულისთვის ს 8 და ასევე ჰეტერონუკლეარული მოლეკულებიწყალბადის ქლორიდი Hcl, ნახშირორჟანგი CO 2, მეთანი CH 4, ეთანოლი თან 2 ჰ 5 ᲐᲠᲘᲡ ᲘᲡგოგირდის ჰექსაფტორიდი სფ 6, აცეტილენი თან 2 ჰ 2. ყველა ამ მოლეკულას აქვს ერთი და იგივე საერთო ელექტრონები და მათი ბმები გაჯერებულია და მიმართულია იმავე გზით (ნახ. 4).

ბიოლოგებისთვის მნიშვნელოვანია, რომ ორმაგ და სამმაგ ბმებში ატომების კოვალენტური რადიუსი შემცირდეს ერთ კავშირთან შედარებით.

ბრინჯი. 4.კოვალენტური ბმა Cl 2 მოლეკულაში.

იონური და კოვალენტური ტიპის ობლიგაციები არის მრავალი არსებული ტიპის ქიმიური ბმის ორი შემზღუდველი შემთხვევა და პრაქტიკაში ობლიგაციების უმეტესობა შუალედურია.

ორი ელემენტის ნაერთები, რომლებიც განლაგებულია მენდელეევის სისტემის ერთიდაიგივე ან სხვადასხვა პერიოდის საპირისპირო ბოლოებზე, უპირატესად ქმნიან იონურ კავშირებს. როდესაც ელემენტები უახლოვდებიან ერთმანეთს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, მათი ნაერთების იონური ბუნება მცირდება, ხოლო კოვალენტური ხასიათი იზრდება. მაგალითად, პერიოდული ცხრილის მარცხენა მხარეს ელემენტების ჰალოიდები და ოქსიდები ქმნიან უპირატესად იონურ კავშირებს. NaCl, AgBr, BaSO4, CaCO3, KNO3, CaO, NaOH), და ცხრილის მარჯვენა მხარეს ელემენტების იგივე ნაერთები კოვალენტურია ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, ფენოლი C6H5OH, გლუკოზა C 6 H 12 O 6, ეთანოლი C 2 H 5 OH).

კოვალენტურ კავშირს, თავის მხრივ, აქვს კიდევ ერთი მოდიფიკაცია.

პოლიატომურ იონებში და რთულ ბიოლოგიურ მოლეკულებში ორივე ელექტრონი მხოლოდ შეიძლება მოვიდეს ერთიატომი. მას ეძახიან დონორიელექტრონული წყვილი. ატომს, რომელიც აკავშირებს ელექტრონების ამ წყვილს დონორთან, ეწოდება მიმღებიელექტრონული წყვილი. ამ ტიპის კოვალენტურ ბმას ე.წ კოორდინაცია (დონორი-მიმღები, ანდატივი) კომუნიკაცია(ნახ. 5). ამ ტიპის კავშირი ყველაზე მნიშვნელოვანია ბიოლოგიისა და მედიცინისთვის, რადგან მეტაბოლიზმისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი d-ელემენტების ქიმია ძირითადად აღწერილია კოორდინაციის ობლიგაციებით.

ნახატი 5.

როგორც წესი, კომპლექსურ ნაერთში ლითონის ატომი მოქმედებს როგორც ელექტრონული წყვილის მიმღები; პირიქით, იონურ და კოვალენტურ ბმებში ლითონის ატომი არის ელექტრონის დონორი.

კოვალენტური ბმის არსი და მისი მრავალფეროვნება - საკოორდინაციო ბმა - შეიძლება დაზუსტდეს მჟავებისა და ფუძეების სხვა თეორიის დახმარებით, შემოთავაზებული GN. ლუისი. მან გარკვეულწილად გააფართოვა ტერმინების "მჟავა" და "ბაზის" სემანტიკური კონცეფცია ბრონსტედ-ლოურის თეორიის მიხედვით. ლუისის თეორია ხსნის რთული იონების წარმოქმნის ბუნებას და ნივთიერებების მონაწილეობას ნუკლეოფილურ ჩანაცვლების რეაქციებში, ანუ CS-ის წარმოქმნაში.

ლუისის აზრით, მჟავა არის ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია შექმნას კოვალენტური ბმა ფუძიდან ელექტრონული წყვილის მიღებით. ლუისის ბაზა არის ნივთიერება, რომელსაც აქვს ელექტრონების მარტოხელა წყვილი, რომელიც ელექტრონების შემოწირულობით ქმნის კოვალენტურ კავშირს ლუისის მჟავასთან.

ანუ ლუისის თეორია ავრცელებს მჟავა-ტუტოვანი რეაქციების დიაპაზონს ასევე რეაქციებზე, რომლებშიც პროტონები საერთოდ არ მონაწილეობენ. უფრო მეტიც, თავად პროტონი, ამ თეორიის თანახმად, ასევე მჟავაა, რადგან მას შეუძლია მიიღოს ელექტრონული წყვილი.

ამრიგად, ამ თეორიის თანახმად, კათიონები არის ლუისის მჟავები, ხოლო ანიონები არის ლუისის ფუძეები. შემდეგი რეაქციები არის მაგალითები:

ზემოთ აღინიშნა, რომ ნივთიერებების დაყოფა იონურ და კოვალენტად შედარებითია, რადგან არ ხდება ელექტრონის სრული გადაცემა ლითონის ატომებიდან მიმღებ ატომებზე კოვალენტურ მოლეკულებში. იონური ბმის მქონე ნაერთებში, თითოეული იონი საპირისპირო ნიშნის იონების ელექტრულ ველშია, ამიტომ ისინი ურთიერთ პოლარიზებულნი არიან და მათი გარსი დეფორმირებულია.

პოლარიზებაგანისაზღვრება იონის ელექტრონული სტრუქტურით, მუხტითა და ზომით; ის უფრო მაღალია ანიონებისთვის, ვიდრე კატიონებისთვის. კათიონებს შორის ყველაზე მაღალი პოლარიზება არის უფრო დიდი მუხტისა და მცირე ზომის კატიონებისთვის, მაგალითად, for Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. აქვს ძლიერი პოლარიზებული ეფექტი ჰ+ . ვინაიდან იონის პოლარიზაციის ეფექტი ორმხრივია, ის მნიშვნელოვნად ცვლის მათ მიერ წარმოქმნილი ნაერთების თვისებებს.

მესამე ტიპის კავშირი -დიპოლი-დიპოლური კავშირი

კომუნიკაციის ჩამოთვლილი ტიპების გარდა, არსებობს დიპოლ-დიპოლებიც ინტერმოლეკულურიურთიერთქმედება, ასევე ცნობილი როგორც ვან დერ ვაალსი .

ამ ურთიერთქმედების სიძლიერე დამოკიდებულია მოლეკულების ბუნებაზე.

არსებობს სამი სახის ურთიერთქმედება: მუდმივი დიპოლი - მუდმივი დიპოლი ( დიპოლი-დიპოლურიმიმზიდველობა); მუდმივი დიპოლი - გამოწვეული დიპოლი ( ინდუქციამიმზიდველობა); მყისიერი დიპოლი - გამოწვეული დიპოლი ( დისპერსიამიმზიდველობა, ან ლონდონის ძალები; ბრინჯი. 6).

ბრინჯი. 6.

მხოლოდ პოლარული კოვალენტური ბმის მქონე მოლეკულებს აქვთ დიპოლ-დიპოლური მომენტი ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl), და კავშირის სიძლიერე არის 1-2 დაგემშვიდობე(1D \u003d 3,338 × 10 -30 კულონი მეტრი - C × m).

ბიოქიმიაში განასხვავებენ ბმის სხვა ტიპს - წყალბადის კავშირი, რაც შემზღუდველი შემთხვევაა დიპოლი-დიპოლურიმიმზიდველობა. ეს ბმა იქმნება წყალბადის ატომსა და მცირე ელექტროუარყოფით ატომს შორის მიზიდულობით, ყველაზე ხშირად ჟანგბადს, ფტორსა და აზოტს შორის. დიდი ატომებით, რომლებსაც აქვთ მსგავსი ელექტრონეგატიურობა (მაგალითად, ქლორთან და გოგირდთან), წყალბადის ბმა გაცილებით სუსტია. წყალბადის ატომი გამოირჩევა ერთი არსებითი მახასიათებლით: როდესაც შემაკავშირებელ ელექტრონებს შორდებიან, მისი ბირთვი - პროტონი - იხსნება და წყვეტს ელექტრონების სკრინინგს.

ამიტომ ატომი დიდ დიპოლად იქცევა.

წყალბადის ბმა, ვან დერ ვაალსის ბმასგან განსხვავებით, წარმოიქმნება არა მხოლოდ მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების დროს, არამედ ერთ მოლეკულაშიც - ინტრამოლეკულურიწყალბადის ბმა. წყალბადის ბმები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ბიოქიმიაში, მაგალითად, ცილების სტრუქტურის სტაბილიზაციისთვის a-სპირალის სახით, ან დნმ-ის ორმაგი სპირალის ფორმირებისთვის (ნახ. 7).

ნახ.7.

წყალბადისა და ვან დერ ვაალსის ბმები გაცილებით სუსტია ვიდრე იონური, კოვალენტური და საკოორდინაციო ბმები. ინტერმოლეკულური ბმების ენერგია ნაჩვენებია ცხრილში. ერთი.

ცხრილი 1.ინტერმოლეკულური ძალების ენერგია

შენიშვნა: მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ხარისხი ასახავს დნობისა და აორთქლების (დუღილის) ენთალპიას. იონურ ნაერთებს იონების გამოყოფისთვის გაცილებით მეტი ენერგია სჭირდება, ვიდრე მოლეკულების გამოყოფას. იონური ნაერთების დნობის ენთალპიები გაცილებით მაღალია, ვიდრე მოლეკულური ნაერთების.

მეოთხე ტიპის კავშირი -მეტალის ბმა

და ბოლოს, არსებობს სხვა ტიპის ინტერმოლეკულური ბმები - ლითონის: ლითონების გისოსების დადებითი იონების შეერთება თავისუფალ ელექტრონებთან. ამ ტიპის კავშირი არ ხდება ბიოლოგიურ ობიექტებში.

ობლიგაციების ტიპების მოკლე მიმოხილვიდან ერთი დეტალი ირკვევა: ატომის ან ლითონის იონის მნიშვნელოვანი პარამეტრი - ელექტრონის დონორი, ისევე როგორც ატომი - ელექტრონის მიმღები მისი. ზომა.

დეტალების შესწავლის გარეშე აღვნიშნავთ, რომ ატომების კოვალენტური რადიუსი, ლითონების იონური რადიუსი და ურთიერთმოქმედი მოლეკულების ვან დერ ვაალის რადიუსი იზრდება, როდესაც იზრდება მათი ატომური რიცხვი პერიოდული სისტემის ჯგუფებში. ამ შემთხვევაში, იონის რადიუსის მნიშვნელობები ყველაზე მცირეა, ხოლო ვან დერ ვაალსის რადიუსი ყველაზე დიდი. როგორც წესი, ჯგუფის ქვემოთ გადაადგილებისას იზრდება ყველა ელემენტის რადიუსი, როგორც კოვალენტური, ისე ვან დერ ვაალსი.

ბიოლოგებისა და ექიმებისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანია კოორდინაცია(დონორ-მიმღები) საკოორდინაციო ქიმიით განხილული ბმები.

სამედიცინო ბიოორგანიკა. გ.კ. ბარაშკოვი