Химиялык байланыс
Молекуладағы потенциалдық энергияның өзгеруі
жүктеу/скачать 1,26 Mb.
|
ХИМИЯЛЫК БАЙЛАНЫС 14,10,2020
| Молекуладағы потенциалдық энергияның өзгеруі. Валенттік байланыс әдісімен таныспастан бұрын сутек атомдары молекула кұрап, косылысқанда энергияның қалай өзгеретінін карасты- райық. Бірінен-бірі өте алшақ жатқан сутек атомдары өзара әсер- леспейді демек, мұндай жүйенің толык энергиясы жеке атомдар- дың энергияларының қосындысына тең болады (Етолык = Е На + + Е Н6). Мұндағы Е т о — жүйенің толык энергиясы, ЕНа және ЕНб — Ыа және Нб атомдарының энергиялары (25-сурет). Енді атомдар біріне-бірі жақындасканда олардың энергиясы бастапқы энергиямен салыстырғанда қалай өзгеретінін қарасты- райық. Бұл өзгерістерді график түрінде өрнектеген колайлы. Ол үшін ординаталар осінің бойына энергияның мәндерін, ал абцис- салар осінің бойына жақындасушы атомдардың ядроларының арақашықтығын саламыз. 24-суретте сутек молекуласының потен- циалдық энергиясының қисығы келтірілген. Энергияның нөлдік мәні есебіне өзара әсерлеспейтін, бірінен-бірі алшақ жатқан сутек атомдарының энергиясы алынған, яғни ЕНа + ЕН6 шартты түрде нөлге баланған. Энергияның оң мәндері атомдардың өзара тебісетінін, ал теріс мәндері атомдардың өзара тартылысаты- нын көрсетеді.
Сутек атомдары жакындай түсіп, белгілі бір аралыкка кел- генде біріне-бірі тартылыса бастайды. Соның салдарынан, систе- маның энергиясы белгілі бір Е0 мәніне дейін төмендейді. Атомдар- ды әрмен карай жакындастыратын болсак, тебісу күштері тар- тылысу күштерінен басым болып, жүйенің потенциалдык энергиясы күрт өсе бастайды. Демек, жүйенің потенциалдык энергиясының ядролар аракашыктығына тәуелділігін сипаттай- тын кисыкта минимум шығады. Минимум жеке атомдарға Кара ганда энергиясы азайған тұракты жүйе сутек молекуласының түзілгенін көрсетеді. Минимумге сәйкес келетін энергияның абсолют шамасы (Ео) молекуланы кайтадан атомдарға ыдырату үшін жұмсалатын энергияның мөлшерін, яғни түзілген байланыстың энергиясының шамасын көрсетеді. Еб = I Ео I мұндағы Еб — химиялык байланыстын энергиясы. Минимумге сәйкес келетін аракашыктык (R0) ядролардың тепе-теңдік аракашыкты- ғы деп аталады. RQ түзілген байланыс тын ұзындығын көрсетеді. Сутек моле- куласының тәжірибе жүзінде анықтал- ған байланыс энергиясы Eg =431,9 кДж/моль, ал байланыс ұзындығы = 0,074 нм. 24-сурет. Молекуладағы потенциалдық энергияның өзгеруі 1-с у те к а т о м д а р ы ж а қ ы н д а с қ а н д а э н е р г и я н ы қ ө згер у і; 2 — м о л е к у л а т ү зб ей т ін а т о м д а р ж ак ,ы н д асқ ан д а б а й қ а л а т ы н э н е р ги я ө згерістері Молекула түзбейтін екі атом біріне-бір жақындасқанда (мыса- лы, гелий атомдары), жүйенің потенциалдык энергиясы арақашыктық кішірейген сайын үздіксіз өседі (24-суреттегі 2- қисық). ВАЛЕНТТІК БАЙЛАНЫС ӘДІСІ Атомдар молекула түзгенде энергия ұтымы болады демек, молекула атомдарға Караганда тұрақты жүйе. Мысалы, сутек атомдары молекулаға біріккенде 431,9 кДж/моль энергия бөлініп шығады. Н + Н = Н2 ДН° = 431,9 кДж/моль энергия ұтымы не себептен және кандай жағдайларда болады*. Бұл мәселені сутек атомдарының сутек молекуласын түзуі мыса- лында қарастырамыз. Сутек атомының жалғыз s-электроны бар, Is1 [_tJ s-электрон бұлтының пішіні шар тәрізді. Сутектің екі атомы біріне-бірі жақындасқанда олардың арасында екі түрлі электростатикалық күштер туады: тартылу және тебілу күштері (25-сурет). Бір атомның электрон бұлты екінші атомның ядросына тартылады. Біздің мысалымызда На атомының электрон бұлты Н6 атомының ядросына және керісінше, Нб атомының электрон бұлты Ңг атомының ядросына тартылады. Ң, және Нб атомдарының ядролары өзара тебіседі, дәл осы сиякты олардың электрон бұлттары да бір-бірін тебеді. Валенттік байланыс (ВБ) әдісі бойынша сутек атомдары жақындасқанда тартылысу және тебісу күштерінің калай өзгере- тінін есептеп, жүйенің потенциалдык энергия кисығын салуға болады. Бірінші рет мұндай есептеуді 1927 жылы неміс ғалым- дары Гайтлер мен Лондон орындаған. Осындай есептеудің нәтижесінде мынадай жағдай анықталды. Электрондарының спиндері карама-карсы сутек атомдары жақындасканда, жүйенің потенциалдык энергия кисығында минимум 'пайда болады (24-сурет). Бұл жағдай сутек атомдарының өзара косылысып, молекула түзгенін көрсетеді. Электрондарының спиндері парал лель сутек атомдары жақындасқанда тебісу күштері тартылысу күштерінен басым болып, жүйенің потенциалдық энергиясы атомдар жақындасқан сайын үрдіксіз өседі (24-сурет. 2-қисык). Бұл жағдай спиндері параллель сутек атомдарының молекула құрап бірікпейтінін көрсетеді. Сонымен катар осы екі жағдайға сәйкес ядролар арасындағы кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздықтары да есептелінген. Спиндері антипараллель атомдар жақындасқанда ядролар ара- сындағы кеңістікте электрон бұлтының тығыздығы артады, яғни атомдардың электрон бұлттары өзара бүркеседі (25,а-суретін қара). Электрон бұлттарының өзара бүркесуінен ядролар ара- сындағы кеңістікте тығыз электрон зонасы пайда болады. Оң зарядталған ядролар осы теріс зарядты зонаға тартылып, тұрақты жүйе сутек молекуласы түзіледі. Электрондарының спиндері параллель атомдар жақындас- қанда ядролар арасындағы кеңістіктегі электрон бұлтының тыгыз- дығы нөлге жуық, яғни бұл жағдайда әсерлесуші атомдардың электрон бұлттары өзара бүркеспей керісінше тебіседі (25, б-су- рет). Сол себептен спиндері параллель атомдар жақындасканда химиялық байланыс түзілмейді. Сонымен кванттық механикаға негізделген есептеулердің нәтижесінде коваленттік байланыстын табиғаты түсіндірілді. Коваленттік байланыс атомдардың спиндері антипараллель электрон бұлттарының бүркесуі нәтижесінде түзіледі. Коваленттік байланыстын, беріктігі электрон бұлттарының (орбитальдардың) бүркесу дәрежесіне тәуелді. Орбитальдар неғұрлым жақсы бүркессе, байланыс соғұрлым берік болады. Байланыстың беріктігі байланыс энергиясының шамасымен сипат- талады. Байланыс энергиясы деп байланысты үзуге жұмсалатын энергияның шамасын айтады. Мысалы, сутек моле- куласындағы байланыс энергиясы 431,9 кДж/моль, фтор молеку- ласында 150,6 кДж/моль, азот молекуласында 937,2 кДж/моль. Су молекуласындағы оттек пен сутек арасындағы байланыстын энергиясы 464,4 кДж/моль. Байланысты сипаттайтын келесі маңызды шама — байланыс ұзындығы. Байланыс ұ з ы н- д ы F ы деп байланысқан атомдардың ядроларының арақашык- тыгын айтады. Мысалы, су молекуласындағы оттек пен сутек ядроларының арақашықтығы, яғни О — Н байланысының ұзын- дығы. 0,096 нм. Байланысқан атомдардың ядроларын жалгас- тыратын түзулердің арасындағы бұрыш валенттік бұрыш деп аталады. Су молекуласындағы валенттік бұрыш 105° демек, оның кұрылысын мынадай құрылымдық формуламен өрнектеуге болады:
жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|