Avval o‘rganing: Davriy qonun va davriy sistema
Atomlar nega birikadi? Chunki kimyoviy bog‘ hosil bo‘lganda energiya ajraladi va sistema barqarorroq holatga o‘tadi: har bir atom barqaror (ko‘pincha sakkiz elektronli — oktet, vodorodda esa ikki elektronli) tashqi qobiqqa ega bo‘ladi. Bog‘ turi moddaning eng muhim xossalarini belgilaydi: qattiqligi, suyuqlanish va qaynash harorati, elektr o‘tkazuvchanligi, suvda eruvchanligi. Masalan, osh tuzi qattiq va yuqori haroratda suyuqlanadi, chunki unda ion bog‘ bor; metan esa oddiy sharoitda gaz, chunki molekulalari orasidagi tortishish juda kuchsiz. Bu mavzu "Atom tuzilishi" va "Davriy qonun" bilimlariga tayanadi hamda organik kimyoni tushunish uchun zarur.
§1. Kovalent bog‘lanish
Kovalent bog‘ ikki atom uchun umumiy bo‘lgan elektron juftlar hisobiga hosil bo‘ladi; odatda metallmas atomlari orasida. Bog‘ning qutbliligi atomlarning elektromanfiyligi farqiga bog‘liq.
- Qutbsiz kovalent bog‘ — bir xil atomlar orasida: H₂, Cl₂, O₂, N₂. Umumiy elektron jufti ikki yadro o‘rtasida simmetrik joylashgan.
- Qutbli kovalent bog‘ — elektromanfiyligi farq qiladigan metallmaslar orasida: HCl, H₂O, NH₃. Umumiy jufti elektromanfiyroq atomga siljiydi, atomlarda qisman zaryadlar δ+ va δ− paydo bo‘ladi. Elektromanfiylik farqi qancha katta bo‘lsa, bog‘ shuncha qutbli: HF > HCl > HBr > HI.
Bog‘ karraligi: H–H (bitta juft), O=O (ikkita), N≡N (uchta); karralik ortsa bog‘ qisqaradi va mustahkamlanadi
Kovalent bog‘ning asosiy xossalari: to‘yinuvchanlik (atom cheklangan sondagi bog‘ hosil qiladi, bu valentlikni belgilaydi) va yo‘nalganlik (bog‘lar fazoda ma’lum burchak ostida joylashadi, shuning uchun molekulalar ma’lum shaklga ega).
Donor-akseptor mexanizm: bir atom (donor) tayyor taqsimlanmagan elektron juftini, ikkinchisi (akseptor) bo‘sh orbitalini beradi: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺. Ammoniy ionida to‘rtta N–H bog‘i hosil bo‘lgach, ular uzunligi va energiyasi bo‘yicha mutlaqo bir xil bo‘ladi — farq faqat hosil bo‘lish mexanizmida. Gidroksoniy ioni H₃O⁺ va kompleks birikmalar ham shunday hosil bo‘ladi.
§2. σ- va π-bog‘lar
Orbitallar ikki atom yadrolarini tutashtiruvchi o‘q bo‘ylab qoplansa σ-bog‘, o‘qdan tashqarida yon tomondan qoplansa π-bog‘ hosil bo‘ladi. σ-bog‘ mustahkamroq; π-bog‘ kuchsizroq va reaksiyalarda birinchi bo‘lib uziladi (alkenlar va alkinlarning birikish reaksiyalari shunga asoslangan).
Har qanday bog‘da bitta σ; qo‘sh bog‘ = σ + π; uchbog‘ = σ + 2π
N₂ molekulasida 1 σ va 2 π bog‘, CO₂ da (O=C=O) 2 σ va 2 π bog‘ bor.
Misol
Propen CH₂=CH–CH₃ molekulasida nechta σ- va π-bog‘ bor?
- C–H bog‘lar: 2 + 1 + 3 = 6 ta, hammasi σ.
- C–C bog‘lar: bitta oddiy (σ) va bitta qo‘sh (σ + π).
- Jami: σ — 6 + 1 + 1 = 8, π — 1.
§3. Ion bog‘lanish
Tipik metall va tipik metallmas orasida (elektromanfiylik farqi taxminan 1,7 dan katta) elektron metalldan metallmasga deyarli to‘liq o‘tadi, hosil bo‘lgan qarama-qarshi zaryadli ionlar elektrostatik kuchlar bilan tortishadi.
Na⁰ − e⁻ → Na⁺, Cl⁰ + e⁻ → Cl⁻ → Na⁺Cl⁻
Ion bog‘ to‘yinmagan va yo‘nalmagan: har bir ion o‘zini qarama-qarshi zaryadli ionlar bilan har tomondan o‘rab oladi (NaCl kristalida har bir Na⁺ atrofida 6 ta Cl⁻). Ion birikmalar: tuzlar, ishqorlar, faol metallarning oksidlari va gidridlari. Ular qattiq, mo‘rt, yuqori haroratda suyuqlanadi, suyuqlanmasi va eritmasi tok o‘tkazadi.
Bitta moddada bir necha xil bog‘ bo‘lishi mumkin: NaOH da Na⁺ va OH⁻ orasida ion, O–H da kovalent qutbli bog‘; NH₄Cl da ion, kovalent qutbli va donor-akseptor bog‘lar; Na₂SO₄ da ion va kovalent qutbli bog‘lar.
Misol
Elektromanfiyliklar: Na 0,9; H 2,1; Cl 3,0. NaCl, HCl va Cl₂ dagi bog‘ turlarini aniqlang.
- NaCl: farq 3,0 − 0,9 = 2,1 — 1,7 dan katta, bog‘ ion.
- HCl: farq 3,0 − 2,1 = 0,9 — noldan katta, lekin 1,7 dan kichik, bog‘ kovalent qutbli.
- Cl₂: farq 0 — kovalent qutbsiz bog‘.
Bu chegara (1,7) shartli: bog‘ ionlilik darajasi farq ortishi bilan asta-sekin ortadi, toza ion yoki toza kovalent bog‘lar orasida keskin chegara yo‘q. Shuning uchun ion bog‘ni qutbli kovalent bog‘ning chekka holati deb qarash mumkin.
§4. Metall va vodorod bog‘lanish
- Metall bog‘ — metall kation-atomlari va ular orasida erkin harakatlanuvchi umumlashgan elektronlar ("elektron gaz") orasidagi bog‘. Natijada metallar elektr va issiqlikni yaxshi o‘tkazadi, bolg‘alanuvchan, cho‘ziluvchan va yaltiroq bo‘ladi.
- Vodorod bog‘ — kuchli elektromanfiy atomga (F, O, N) bog‘langan vodorod atomi bilan boshqa (yoki o‘sha) molekuladagi elektromanfiy atom orasidagi kuchsiz tortishish; u kovalent bog‘dan taxminan 10–20 marta kuchsiz. Shu sababli suv (100 °C) H₂S dan (taxminan −60 °C) ancha yuqori haroratda qaynaydi, HF HCl dan yuqori haroratda qaynaydi, spirtlar va karbon kislotalar suvda yaxshi eriydi, muzning zichligi suvnikidan kichik. Oqsillarning ikkilamchi tuzilishi va DNK qo‘sh spirali ham vodorod bog‘lar bilan tutib turiladi.
§5. Kristall panjaralar
Ion (NaCl), atom (olmos, SiO₂), molekulyar (muz, yod, CO₂ — quruq muz), metall (Fe, Cu)
Panjara turi tugunlardagi zarrachalar va ular orasidagi ta’sir bilan belgilanadi. Atom panjarali moddalar eng qattiq va qiyin suyuqlanadi (olmos — eng qattiq tabiiy modda), chunki tugunlar mustahkam kovalent bog‘lar bilan bog‘langan. Molekulyar panjaralilar oson suyuqlanadi va uchuvchan, chunki molekulalar kuchsiz molekulalararo kuchlar bilan tutiladi (yod sublimatlanadi). Ion panjaralilar qattiq, mo‘rt va qiyin suyuqlanadi; metall panjaralilar plastik va elektr o‘tkazuvchan.
§6. Gibridlanish va molekula shakli
Bog‘ hosil bo‘lishida atomning turli (s, p) orbitallari aralashib, shakli va energiyasi bir xil gibrid orbitallar hosil qiladi.
sp — chiziqli, 180° (BeCl₂, CO₂, C₂H₂); sp² — tekis uchburchak, 120° (BF₃, C₂H₄); sp³ — tetraedr, 109,5° (CH₄)
NH₃ (107°) va H₂O (104,5°) ham sp³ gibridlangan, lekin taqsimlanmagan elektron juftlar bog‘lovchi juftlarni itarib, burchakni kichraytiradi: ammiak — trigonal piramida, suv — burchakli molekula. Molekulaning qutbliligi bog‘lar qutbliligiga ham, shakliga ham bog‘liq. Qutbli moddalar qutbli erituvchilarda (suvda), qutbsizlari qutbsiz erituvchilarda yaxshi eriydi.
Misol
CO₂ da bog‘lar qutbli, ammo molekula qutbsiz. Nima uchun?
- O=C=O molekulasi chiziqli (sp, 180°).
- Ikki qutbli bog‘ning dipollari teng va qarama-qarshi yo‘nalgan, bir-birini so‘ndiradi.
- Natija: molekula qutbsiz. H₂O esa burchakli, dipollar so‘nmaydi — molekula qutbli.
O‘zingizni tekshiring
- Qaysi moddada ion bog‘ bor: HCl, KCl, Cl₂, CCl₄?
- C₂H₂ molekulasida nechta σ- va π-bog‘ bor?
- Qaysi moddaning kristall panjarasi atom panjara: qattiq CO₂, SiO₂, NaCl, I₂?
- NH₄⁺ ionidagi nechta bog‘ donor-akseptor mexanizmda hosil bo‘ladi?
- Nima uchun HF ning qaynash harorati HCl nikidan yuqori?
- BF₃ molekulasining shakli qanday?
- Qaysi bog‘ eng qutbli: H–F, H–Cl, H–Br, H–I?
- Metan molekulasidagi uglerod qanday gibrid holatda?
Ko‘p uchraydigan xatolar
- Metallmaslar orasidagi har qanday bog‘ni ion deb hisoblash: HCl — kovalent qutbli.
- Qutbli bog‘ bor bo‘lsa, molekula ham albatta qutbli deb o‘ylash: CO₂, CH₄ — qutbsiz.
- Vodorod bog‘ni molekula ichidagi kovalent O–H bog‘ bilan adashtirish.
- NH₄⁺ dagi donor-akseptor bog‘ni boshqalaridan farq qiladi deb yozish.
- Qo‘sh bog‘ ikkita σ-bog‘dan iborat deb hisoblash: u σ va π dan iborat.
Natija: 0 / 8 to‘g‘ri (yechildi: 0)