Əsas vəziyyətdə karbon atomu C (1s 2 2s 2 2p 2) iki qoşalaşmamış elektrona malikdir, bunun sayəsində yalnız iki ümumi elektron cütü yarana bilər. Bununla belə, onun birləşmələrinin əksəriyyətində karbon tetravalentdir. Bu, az miqdarda enerji qəbul edən karbon atomunun 4 qoşalaşmamış elektrona malik olduğu həyəcanlı vəziyyətə keçməsi ilə izah olunur, yəni. formalaşdırmağa qadirdir dörd kovalent bağlar yaradır və dörd ümumi elektron cütünün əmələ gəlməsində iştirak edir:

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

↓

1

↓

səh

↓

səh

s

s

Həyəcan enerjisi enerjinin sərbəst buraxılması ilə baş verən kimyəvi bağların meydana gəlməsi ilə kompensasiya edilir.

Karbon atomları elektron orbitalların üç növ hibridləşməsini yaratmaq qabiliyyətinə malikdir ( sp 3, sp 2, sp) və öz aralarında çoxsaylı (ikiqat və üçlü) bağların əmələ gəlməsi (Cədvəl 2.2).

Cədvəl 2.2

Hibridləşmənin növləri və molekulyar həndəsə

Sadə (tək) s-əlaqəsi olduqda həyata keçirilir sp 3-hibridləşmə, burada bütün dörd hibrid orbital ekvivalentdir və kosmosda bir-birinə 109°29 ' bucaq altında yönəldilir və müntəzəm tetraedrin təpələrinə yönəldilir (şək. 2.8).

düyü. 2.8. Metan molekulunun CH 4 əmələ gəlməsi

Hibrid karbon orbitalları sferik olanlarla üst-üstə düşürsə s-hidrogen atomunun orbitalları, sonra ən sadə üzvi birləşmə metan CH 4 əmələ gəlir - doymuş karbohidrogen.

Karbon atomlarının bir-biri ilə və digər elementlərin atomları ilə əlaqələrinin öyrənilməsi böyük maraq doğurur. Etan, etilen və asetilen molekullarının quruluşunu nəzərdən keçirək.

Etan molekulundakı bütün bağlar arasındakı bucaqlar demək olar ki, bir-birinə tam bərabərdir (şək. 2.9) və metan molekulundakı C - H bucaqlarından fərqlənmir.

Beləliklə, karbon atomları bir vəziyyətdədir sp 3-hibridləşmə.

düyü. 2.9. Etan molekulu C 2 H 6

Karbon atomlarının elektron orbitallarının hibridləşməsi natamam ola bilər, yəni. iki ( sp 2-hibridləşmə) və ya bir ( sp-hibridləşmə) üç r-orbitallar. Bu zaman karbon atomları arasında əmələ gəlir çoxlu əlaqə (ikiqat və ya üçqat). Çoxlu bağları olan karbohidrogenlərə doymamış və ya doymamış deyilir. İkiqat bağ (C=C) olduqda əmələ gəlir sp 2-hibridləşmə.

Bu halda hər bir karbon atomunda üçdən birinə malikdir r-orbitallar hibridləşmədə iştirak etmir, nəticədə üç əmələ gəlir sp 2-bir müstəvidə bir-birinə 120° bucaq altında yerləşən hibrid orbitallar və hibrid olmayan 2 r-orbital bu müstəviyə perpendikulyar yerləşir. İki karbon atomu üst-üstə düşən hibrid orbitallar səbəbindən bir s-bağ və üst-üstə düşmə səbəbindən bir p-bağ yaratmaq üçün bir-birinə bağlanır. r-orbitallar.

Karbonun sərbəst hibrid orbitallarının 1 ilə qarşılıqlı təsiri s-hidrogen atomlarının orbitalları doymamış karbohidrogenlərin ən sadə nümayəndəsi olan etilen molekulunun C 2 H 4 (şəkil 2.10) əmələ gəlməsinə səbəb olur.

düyü. 2.10. Etilen molekulunun C 2 H 4 əmələ gəlməsi

Elektron orbitallarının üst-üstə düşməsi p-bağ vəziyyətində daha azdır və artan elektron sıxlığı olan zonalar atom nüvələrindən daha uzaqda yerləşir, ona görə də bu rabitə s-bağdan daha az güclüdür.

Üçlü bağ bir s-bağ və iki p-istiqqadından əmələ gəlir. Bu halda elektron orbitalları sp-hibridləşmə vəziyyətindədir, onların əmələ gəlməsi bir səbəblə baş verir. s- və bir r-orbitallar (şək. 2.11).

İki hibrid orbital bir-birinə nisbətən 180° bucaq altında, qalan hibrid olmayan iki r-orbitallar iki qarşılıqlı perpendikulyar müstəvidə yerləşir. Üçlü bağın əmələ gəlməsi asetilen molekulunda C 2 H 2 baş verir (bax. Şəkil 2.11).

düyü. 2.11. Asetilen molekulunun C 2 H 2 əmələ gəlməsi

Xüsusi bir bağ növü bir benzol molekulunun (C 6 H 6) meydana gəlməsi zamanı baş verir - ən sadə nümayəndə aromatik karbohidrogenlər.

Benzol bir halqada (benzol halqası) birləşmiş altı karbon atomundan ibarətdir, hər bir karbon atomu sp 2 hibridləşmə vəziyyətindədir (Şəkil 2.12).

düyü. 2.12. sp 2 – benzol molekulunun C 6 H 6 orbitalları

Benzol molekuluna daxil olan bütün karbon atomları eyni müstəvidə yerləşir. sp 2 hibridləşmə vəziyyətində olan hər bir karbon atomu qoşalaşmamış elektrona malik daha bir qeyri-hibrid p-orbitala malikdir ki, bu da p rabitəsini əmələ gətirir (şək. 2.13).

Ox belədir r-orbitallar benzol molekulunun müstəvisinə perpendikulyar yerləşir.

Altısının hamısı hibrid deyil r-orbitallar ümumi bağlayıcı molekulyar p-orbital əmələ gətirir və altı elektronun hamısı birləşərək p-elektron seksteti əmələ gətirir.

Belə orbitalın sərhəd səthi karbon s-skeletinin müstəvisinin üstündə və altında yerləşir. Dairəvi üst-üstə düşmə nəticəsində dövrün bütün karbon atomlarını əhatə edən vahid delokalizasiya olunmuş p-sistemi yaranır (şək. 2.13).

Benzol sxematik olaraq içərisində bir halqa olan altıbucaqlı şəklində təsvir edilmişdir ki, bu da elektronların və müvafiq bağların delokalizasiyasının baş verdiyini göstərir.

düyü. 2.13. -benzol molekulunda C 6 H 6 bağları

İon kimyəvi bağ

İon bağı- əks yüklü ionların qarşılıqlı elektrostatik cazibəsi nəticəsində əmələ gələn, ümumi elektron sıxlığının daha elektronmənfi elementin atomuna tam ötürülməsi ilə sabit vəziyyətə çatan kimyəvi bağ.

Sırf ion bağı kovalent bağın ekstremal halıdır.

Praktikada elektronların bir atomdan digər atoma bir əlaqə vasitəsilə tam ötürülməsi həyata keçirilmir, çünki hər bir element daha çox və ya daha az (lakin sıfır deyil) EO-ya malikdir və hər hansı bir kimyəvi bağ müəyyən dərəcədə kovalent olacaqdır.

Belə bir əlaqə atomların EO-da, məsələn, kationlar arasında böyük fərq olduqda baş verir. s-dövri sistemin birinci və ikinci qrup metalları və VIА və VIА qruplarının qeyri-metallarının anionları (LiF, NaCl, CsF və s.).

Kovalent bağdan fərqli olaraq, ion bağının istiqaməti yoxdur . Bu, ionun elektrik sahəsinin sferik simmetriyaya malik olması ilə izah olunur, yəni. istənilən istiqamətdə eyni qanuna görə məsafə ilə azalır. Buna görə də ionlar arasındakı qarşılıqlı təsir istiqamətdən asılı deyildir.

Əks işarəli iki ionun qarşılıqlı təsiri onların qüvvə sahələrinin tam qarşılıqlı kompensasiyasına səbəb ola bilməz. Bu səbəbdən onlar əks işarəli ionları başqa istiqamətlərə cəlb etmək qabiliyyətini saxlayırlar. Beləliklə, kovalent bağdan fərqli olaraq, ion bağı həm də doymamışlıqla xarakterizə olunur .

İon bağlarında istiqamətliliyin və doymanın olmaması ion molekullarının birləşmə meylini müəyyənləşdirir. Bərk vəziyyətdə olan bütün ion birləşmələri ion kristal qəfəsə malikdir, burada hər bir ion əks işarəli bir neçə ionla əhatə olunur. Bu halda verilmiş ionun qonşu ionlarla bütün bağları ekvivalentdir.

Metal əlaqə

Metallar bir sıra xüsusi xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur: elektrik və istilik keçiriciliyi, xarakterik metal parıltısı, elastiklik, yüksək çeviklik və böyük möhkəmlik. Metalların bu spesifik xüsusiyyətləri xüsusi bir növü ilə izah edilə bilər kimyəvi bağ, çağırdı metal .

Metal bağ metalın kristal qəfəsində bir-birinə yaxınlaşan atomların yersiz orbitallarının üst-üstə düşməsinin nəticəsidir.

Əksər metalların xarici elektron səviyyəsində əhəmiyyətli sayda boş orbital və az sayda elektron var.

Buna görə də elektronların lokallaşdırılmaması, bütün metal atomuna aid olması enerji baxımından daha əlverişlidir. Metalın qəfəs düyünlərində metal boyunca paylanmış elektron "qaz"ına batırılmış müsbət yüklü ionlar var:

Mən ↔ Mən n + + n .

Müsbət yüklü metal ionları (Me n +) və lokallaşdırılmamış elektronlar (n) arasında maddənin sabitliyini təmin edən elektrostatik qarşılıqlı təsir var. Bu qarşılıqlı təsirin enerjisi kovalent və molekulyar kristalların enerjiləri arasında aralıqdır. Buna görə də, sırf metal bağı olan elementlər ( s-, Və səh-elementlər) nisbətən yüksək ərimə nöqtələri və sərtliyi ilə xarakterizə olunur.

Kristalın bütün həcmi boyunca sərbəst hərəkət edə bilən elektronların olması metalın spesifik xüsusiyyətlərini təmin edir

Hidrogen bağı

Hidrogen bağı – molekullararası qarşılıqlı əlaqənin xüsusi növü. Yüksək elektronmənfilik dəyərinə malik olan elementin atomu ilə kovalent bağlanmış hidrogen atomları (əksər hallarda F, O, N, həm də Cl, S və C) nisbətən yüksək effektiv yük daşıyırlar. Nəticədə, belə hidrogen atomları bu elementlərin atomları ilə elektrostatik təsir göstərə bilər.

Beləliklə, bir su molekulunun H d + atomu yönləndirilir və müvafiq olaraq (üç nöqtə ilə göstərildiyi kimi) digər su molekulunun O d - atomu ilə qarşılıqlı təsir göstərir:

Elektromənfi elementlərin iki atomu arasında yerləşən H atomunun yaratdığı bağlara hidrogen deyilir:

d- d+ d-

A − H × × × B

Hidrogen rabitəsinin enerjisi adi kovalent bağın enerjisindən (150-400 kJ/mol) əhəmiyyətli dərəcədə azdır, lakin bu enerji müvafiq birləşmələrin molekullarının maye vəziyyətdə yığılmasına səbəb olmaq üçün kifayətdir, məsələn, maye hidrogen florid HF (Şəkil 2.14). Flüor birləşmələri üçün təxminən 40 kJ/mol-a çatır.

düyü. 2.14. Hidrogen bağlarına görə HF molekullarının aqreqasiyası

Hidrogen bağının uzunluğu da kovalent bağın uzunluğundan qısadır. Beləliklə, polimerdə (HF) n bağ uzunluğu F−H = 0,092 nm, əlaqə uzunluğu isə F∙∙∙H = 0,14 nm-dir. Su üçün rabitə uzunluğu O−H=0,096 nm, bağ uzunluğu isə O∙∙∙H=0,177 nm-dir.

Molekullararası hidrogen bağlarının əmələ gəlməsi maddələrin xassələrində əhəmiyyətli dəyişikliyə səbəb olur: özlülük, dielektrik sabitlik, qaynama və ərimə nöqtələrində artım.

Əlaqədar məlumat.

FƏSİL 2. ÜZVİ BİRLİKLƏRİNİN KİMYİ BAĞI VƏ ATOMLARIN QARŞILIĞI TƏSİRİ

FƏSİL 2. ÜZVİ BİRLİKLƏRİNİN KİMYİ BAĞI VƏ ATOMLARIN QARŞILIĞI TƏSİRİ

Üzvi birləşmələrin kimyəvi xassələri kimyəvi bağların növü, bağlanmış atomların təbiəti və onların molekulda qarşılıqlı təsiri ilə müəyyən edilir. Bu amillər, öz növbəsində, atomların elektron quruluşu və onların atom orbitallarının qarşılıqlı təsiri ilə müəyyən edilir.

2.1. Karbon atomunun elektron quruluşu

Atom fəzasının elektron tapma ehtimalının maksimum olduğu hissəsi atom orbitalı (AO) adlanır.

Kimyada karbon atomunun və digər elementlərin hibrid orbitalları anlayışından geniş istifadə olunur. Orbitalların yenidən təşkilini təsvir etmək üsulu kimi hibridləşmə anlayışı atomun əsas vəziyyətində qoşalaşmamış elektronların sayı yaranan bağların sayından az olduqda zəruridir. Buna misal olaraq, bütün birləşmələrdə özünü tetravalent element kimi göstərən, lakin orbitalları doldurma qaydalarına uyğun olaraq onun xarici elektron səviyyəsi 1s 2 2s 2 2p 2 əsas vəziyyətində yalnız iki qoşalaşmamış elektronu ehtiva edən karbon atomunu göstərmək olar (Şəkil 2). 2.1, A və Əlavə 2-1). Bu hallarda, enerji baxımından oxşar olan müxtəlif atom orbitallarının bir-biri ilə qarışaraq eyni forma və enerjiyə malik hibrid orbitallar əmələ gətirə biləcəyi güman edilir.

Hibridləşdirilmiş orbitallar, daha çox üst-üstə düşdüyünə görə, hibridləşməmiş orbitallarla müqayisədə daha güclü bağlar əmələ gətirirlər.

Hibridləşməyə girmiş orbitalların sayından asılı olaraq bir karbon atomu üç vəziyyətdən birində ola bilər.

düyü. 2.1.Yerdə (a), həyəcanlı (b) və hibridləşdirilmiş vəziyyətdə (c -) elektronların bir karbon atomunun orbitalları üzərində paylanması. sp3, g-sp2, d-sp)

hibridləşmə (bax. Şəkil 2.1, c-e). Hibridləşmə növü hibrid AO-ların kosmosda oriyentasiyasını və nəticədə molekulların həndəsəsini, yəni onların məkan quruluşunu müəyyənləşdirir.

Molekulların fəza quruluşu kosmosda atomların və atom qruplarının nisbi düzülüşüdür.

sp 3-Hibridləşmə.Həyəcanlanmış karbon atomunun dörd xarici AO (bax. Şəkil 2.1, b) - bir 2s və üç 2p orbitalı qarışdırıldıqda, dörd ekvivalent sp 3 hibrid orbital yaranır. Bıçaqlarından biri digərindən daha böyük olan üç ölçülü "səkkiz rəqəm" formasına malikdirlər.

Hər hibrid orbital bir elektronla doldurulur. sp 3 hibridləşmə vəziyyətində olan karbon atomu 1s 2 2(sp 3) 4 elektron konfiqurasiyasına malikdir (bax. Şəkil 2.1, c). Bu hibridləşmə vəziyyəti doymuş karbohidrogenlərdə (alkanlarda) və müvafiq olaraq alkil radikallarında olan karbon atomları üçün xarakterikdir.

Qarşılıqlı itələmə sayəsində sp 3-hibrid AO-lar fəzada təpələrə doğru yönəldilir. tetraedr, və onların arasındakı bucaqlar 109,5-dir? (ən sərfəli yer; Şəkil 2.2, a).

Məkan quruluşu stereokimyəvi düsturlardan istifadə etməklə təsvir edilmişdir. Bu düsturlarda sp 3 -hibridləşmiş karbon atomu və onun iki rabitəsi rəsm müstəvisində yerləşdirilir və qrafik olaraq nizamlı xəttlə göstərilir. Qalın bir xətt və ya qalın paz, rəsm müstəvisindən irəli uzanan və müşahidəçiyə doğru yönəlmiş bir əlaqəni göstərir; nöqtəli xətt və ya kölgəli paz (.........) - müşahidəçidən rəsm müstəvisindən kənara uzanan əlaqə -

düyü. 2.2.Karbon atomlarının hibridləşməsinin növləri. Mərkəzdəki nöqtə atomun nüvəsidir (şəkri sadələşdirmək üçün hibrid orbitalların kiçik fraksiyaları buraxılmışdır; hibridləşməmiş p-AO-lar rənglə göstərilmişdir)

xanım (Şəkil 2.3, a). Karbon atomu vəziyyətdədir sp 3-hibridləşmə tetraedral konfiqurasiyaya malikdir.

sp 2-Hibridləşmə.Birini qarışdırarkən 2s- və həyəcanlanmış karbon atomunun iki 2p-AO, üç ekvivalenti əmələ gəlir. sp 2-hibrid orbitallar və hibridləşməmiş 2p-AO olaraq qalır. Karbon atomu vəziyyətdədir sp 2-hibridləşmə elektron konfiqurasiyaya malikdir 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 (bax. Şəkil 2.1, d). Karbon atomunun bu hibridləşməsi vəziyyəti doymamış karbohidrogenlər (alkenlər), həmçinin bəzi funksional qruplar, məsələn, karbonil və karboksil üçün xarakterikdir.

sp 2 -Hibridləşmiş orbitallar eyni müstəvidə 120? bucaq altında, hibridləşməmiş AO isə perpendikulyar müstəvidə yerləşir (bax. Şəkil 2.2, b). Karbon atomu vəziyyətdədir sp 2-hibridləşmə var triqonal konfiqurasiya.İkiqat rabitə ilə birləşdirilən karbon atomları rəsm müstəvisindədir və onların müşahidəçiyə doğru və ondan uzaqlaşan tək rabitələri yuxarıda göstərildiyi kimi təyin olunur (bax. Şəkil 2.3, b).

sp-hibridləşmə.Həyəcanlanmış karbon atomunun bir 2s- və bir 2p-orbitalı qarışdıqda, iki ekvivalent sp-hibrid AO əmələ gəlir və iki p-AO hibridləşməmiş qalır. Sp-hibridləşdirilmiş vəziyyətdə olan karbon atomu elektron konfiqurasiyaya malikdir

düyü. 2.3.Metanın (a), etanın (b) və asetilenin (c) stereokimyəvi düsturları

1s 2 2(sp 2) 2 2p 2 (bax. Şəkil 2.1, d). Karbon atomunun bu hibridləşməsi vəziyyəti üçlü bağa malik olan birləşmələrdə, məsələn, alkinlərdə və nitrillərdə baş verir.

sp-hibridləşmiş orbitallar 180° bucaq altında, iki hibridləşməmiş AO isə qarşılıqlı perpendikulyar müstəvilərdə yerləşir (bax. Şəkil 2.2, c). Sp-hibridləşdirilmiş vəziyyətdə olan karbon atomu var xətti konfiqurasiya məsələn, bir asetilen molekulunda dörd atomun hamısı eyni düz xətt üzərindədir (bax. Şəkil 2.3, V).

Digər orqanogen elementlərin atomları da hibridləşmiş vəziyyətdə ola bilər.

2.2. Karbon atomunun kimyəvi bağları

Üzvi birləşmələrdə kimyəvi bağlar əsasən kovalent bağlarla təmsil olunur.

Kovalent bağ, bağlanmış atomlar arasında elektronların paylaşılması nəticəsində əmələ gələn kimyəvi bir bağdır.

Bu ortaq elektronlar molekulyar orbitalları (MOs) tutur. Bir qayda olaraq, MO çoxmərkəzli orbitaldır və onu dolduran elektronlar delokalizasiya olunur (dispersdir). Beləliklə, MO, AO kimi, bir elektron və ya əks spinli iki elektronla doldurulmuş boş ola bilər*.

2.2.1. σ- Vəπ - Əlaqələr

İki növ kovalent bağ var: σ (siqma) və π (pi) bağları.

σ-baq, AO-nun bu düz xətt üzərində maksimum üst-üstə düşməsi ilə iki bağlı atomun nüvələrini birləşdirən düz xətt (ox) boyunca üst-üstə düşdüyü zaman yaranan kovalent bağdır.

σ-bağ hər hansı bir AO, o cümlədən hibrid olanlar üst-üstə düşdüyü zaman baş verir. Şəkil 2.4-də karbon atomları arasında onların hibrid sp 3 -AO və σ bağlarının eksenel üst-üstə düşməsi nəticəsində σ bağının əmələ gəlməsi göstərilir. C-H yolu hibrid sp 3 -AO karbon və s-AO hidrogenin üst-üstə düşməsi.

* Ətraflı məlumat üçün bax: Popkov V.A., Puzakov S.A.Ümumi kimya. - M.: GEOTAR-Media, 2007. - Fəsil 1.

düyü. 2.4.AO-ların eksenel üst-üstə düşməsi ilə etanda σ bağlarının əmələ gəlməsi (hibrid orbitalların kiçik fraksiyaları buraxılıb və rənglə göstərilir) sp 3 -AO karbon, qara - s-AO hidrogen)

Eksenel üst-üstə düşmə ilə yanaşı, başqa bir üst-üstə düşmə növü mümkündür - p-AO-nun yanal üst-üstə düşməsi, π bağının meydana gəlməsinə səbəb olur (Şəkil 2.5).

p-atom orbitalları

düyü. 2.5.Etilendə yanal üst-üstə düşmə ilə π bağının əmələ gəlməsi r-AO

π-baq, atomların nüvələrini birləşdirən düz xəttin hər iki tərəfində maksimum üst-üstə düşmə ilə hibridləşməmiş p-AO-ların yanal üst-üstə düşməsi ilə əmələ gələn bağdır.

Üzvi birləşmələrdə tapılan çoxsaylı bağlar σ- və π- bağların birləşməsidir: ikiqat - bir σ- və bir π-, üçlü - bir σ- və iki π- bağlar.

Kovalent bağın xüsusiyyətləri enerji, uzunluq, qütblük və qütbləşmə kimi xüsusiyyətlərlə ifadə edilir.

Rabitə enerjisibir əlaqə yarandıqda və ya iki bağlı atomu ayırmaq üçün lazım olduqda ayrılan enerjidir. O, bağın gücünün ölçüsü kimi xidmət edir: enerji nə qədər yüksəkdirsə, bir o qədər də möhkəm olur (Cədvəl 2.1).

Bağlantı uzunluğubağlı atomların mərkəzləri arasındakı məsafədir. İkiqat istiqraz tək istiqrazdan, üçlü istiqraz isə ikiqat istiqrazdan qısadır (bax Cədvəl 2.1). Müxtəlif hibridləşmə vəziyyətlərində olan karbon atomları arasındakı bağlar ümumi bir nümunəyə malikdir -

Cədvəl 2.1.Kovalent rabitələrin əsas xüsusiyyətləri

Hibrid orbitalda s orbitalının payı artdıqca, bağ uzunluğu azalır. Məsələn, bir sıra birləşmələrdə propan CH 3 CH 2 CH 3, propen CH 3 CH=CH 2, propin CH 3 C=CH rabitəsinin uzunluğu CH 3 -C müvafiq olaraq 0,154-ə bərabərdir; 0,150 və 0,146 nm.

Rabitə polaritesi elektron sıxlığının qeyri-bərabər paylanması (qütbləşməsi) səbəbindən. Molekulun polaritesi onun dipol momentinin dəyəri ilə ölçülür. Molekulun dipol momentlərindən ayrı-ayrı bağların dipol momentlərini hesablamaq olar (Cədvəl 2.1-ə bax). Dipol momenti nə qədər böyükdürsə, bağ bir o qədər qütblüdür. Bağ polaritesinin səbəbi bağlanmış atomların elektronmənfilik fərqidir.

Elektromənfilik molekuldakı bir atomun valent elektronları saxlamaq qabiliyyətini xarakterizə edir. Atomun elektronmənfiliyi artdıqca rabitə elektronlarının onun istiqamətində yerdəyişmə dərəcəsi artır.

Bağ enerjilərinin qiymətlərinə əsaslanaraq, Amerika kimyaçısı L. Pauling (1901-1994) atomların nisbi elektronmənfiliyinin kəmiyyət xarakteristikasını təklif etdi (Paulinq şkalası). Bu miqyasda (seriya) tipik orqanogen elementlər nisbi elektronmənfiliyə görə (müqayisə üçün iki metal verilmişdir) aşağıdakı kimi yerləşdirilir:

Elektromənfilik elementin mütləq sabiti deyil. Bu, nüvənin effektiv yükündən, AO hibridləşməsinin növündən və əvəzedicilərin təsirindən asılıdır. Məsələn, sp 2 və ya sp hibridləşmə vəziyyətində karbon atomunun elektronmənfiliyi sp 3 hibridləşmə vəziyyətinə nisbətən daha yüksəkdir ki, bu da hibrid orbitalda s orbitalının nisbətinin artması ilə əlaqədardır. Atomların sp 3-dən sp 2-yə və daha sonra keçidi zamanı sp-hibridləşmiş vəziyyətdə, hibrid orbitalın ölçüsü tədricən azalır (xüsusilə σ bağının formalaşması zamanı ən böyük üst-üstə düşməyi təmin edən istiqamətdə), yəni eyni ardıcıllıqla maksimum elektron sıxlığı nüvəyə daha yaxın və daha yaxın yerləşir. müvafiq atomun.

Qeyri-qütblü və ya praktiki olaraq qeyri-qütblü kovalent rabitə vəziyyətində, bağlanmış atomların elektronmənfiliyindəki fərq sıfırdır və ya sıfıra yaxındır. Elektromənfilik fərqi artdıqca əlaqənin polaritesi də artır. 0,4-ə qədər fərq zəif qütb, 0,5-dən çox güclü qütblü kovalent rabitə, 2,0-dən çox isə ion rabitəsi deyilir. Qütb kovalent bağlar heterolitik parçalanmaya meyllidir

(3.1.1-ə baxın).

Bağ polarizasiyası xarici təsiri altında rabitə elektronlarının yerdəyişməsi ilə ifadə edilir elektrik sahəsi başqa reaksiya verən hissəcik də daxil olmaqla. Qütbləşmə qabiliyyəti elektronların hərəkətliliyi ilə müəyyən edilir. Elektronlar atomların nüvələrindən nə qədər uzaqda olsalar, daha mobil olurlar. Qütbləşmə qabiliyyətinə görə, π rabitəsi σ bağından əhəmiyyətli dərəcədə üstündür, çünki π rabitəsinin maksimum elektron sıxlığı bağlanmış nüvələrdən daha uzaqda yerləşir. Qütbləşmə qabiliyyəti əsasən molekulların qütb reagentlərinə qarşı reaktivliyini müəyyən edir.

2.2.2. Donor-akseptor bağları

İki bir elektron AO-nun üst-üstə düşməsi kovalent rabitə yaratmaq üçün yeganə yol deyil. Bir atomun (donor) iki elektronlu orbitalının digər atomun (akseptor) boş orbitalı ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində kovalent rabitə yarana bilər. Donorlar tək elektron cütü və ya π-MO olan orbitalları ehtiva edən birləşmələrdir. Tək elektron cütlərinin daşıyıcıları (n-elektron, ingilis dilindən. bağlanmayan) azot, oksigen, halogen atomlarıdır.

Tək elektron cütləri birləşmələrin kimyəvi xassələrinin təzahüründə mühüm rol oynayır. Xüsusilə, onlar birləşmələrin donor-akseptor qarşılıqlı təsirinə girmək qabiliyyətinə cavabdehdirlər.

Bağ partnyorlarından birinin elektron cütü ilə əmələ gələn kovalent rabitə donor-akseptor adlanır.

Yaranan donor-akseptor bağı yalnız əmələ gəlmə üsulu ilə fərqlənir; onun xassələri digər kovalent bağlarla eynidir. Bununla da donor atom müsbət yük alır.

Donor-akseptor bağları kompleks birləşmələr üçün xarakterikdir.

2.2.3. Hidrogen bağları

Güclü elektronmənfi elementə (azot, oksigen, flüor və s.) bağlanmış hidrogen atomu eyni və ya digər molekulun başqa kifayət qədər elektronmənfi atomunun tək elektron cütü ilə qarşılıqlı təsir göstərə bilir. Nəticədə, donor bağının bir növü olan hidrogen bağı yaranır.

qəbuledici bağ. Qrafik olaraq, bir hidrogen bağı adətən üç nöqtə ilə təmsil olunur.

Hidrogen rabitəsinin enerjisi aşağıdır (10-40 kJ/mol) və əsasən elektrostatik qarşılıqlı təsirlə müəyyən edilir.

Molekullararası hidrogen bağları üzvi birləşmələrin, məsələn, spirtlərin birləşməsini müəyyən edir.

Hidrogen bağları birləşmələrin fiziki (qaynama və ərimə nöqtələri, özlülük, spektral xüsusiyyətlər) və kimyəvi (turşu-əsas) xüsusiyyətlərinə təsir göstərir. Beləliklə, etanolun qaynama nöqtəsi C-dir 2 H 5 OH (78,3 ° C) eyni molekulyar çəkiyə malik olan və hidrogen bağları ilə əlaqəli olmayan dimetil eter CH 3 OCH 3 (-24 ° C) ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir.

Hidrogen bağları da molekuldaxili ola bilər. Salisilik turşu anionunda olan bu əlaqə onun turşuluğunun artmasına səbəb olur.

Hidrogen rabitələri yüksək molekullu birləşmələrin - zülalların, polisaxaridlərin, nuklein turşularının fəza quruluşunun formalaşmasında mühüm rol oynayır.

2.3. Konjugat sistemlər

Kovalent bağ lokallaşdırıla və ya delokallaşdırıla bilər. Lokallaşdırılmış bağ, elektronları əslində bağlanmış atomların iki nüvəsi arasında paylaşılan bir bağdır. Bağlayıcı elektronlar ikidən çox nüvə arasında bölüşdürülürsə, delokalizasiya edilmiş bir əlaqədən danışırlar.

Delokalizasiya olunmuş bağ, molekulyar orbitalı iki atomdan çox olan kovalent bağdır.

Delokalizasiya olunmuş istiqrazlar əksər hallarda π istiqrazlarıdır. Onlar birləşdirilmiş sistemlər üçün xarakterikdir. Bu sistemlərdə atomların qarşılıqlı təsirinin xüsusi bir növü - konyuqasiya baş verir.

Konjuqasiya (mesomerizm, yunan dilindən. mesos- orta) ideal, lakin mövcud olmayan bir quruluşla müqayisədə real molekulda (hissəcikdə) bağların və yüklərin düzülməsidir.

Konyuqasiyada iştirak edən delokalizasiya olunmuş p-orbitallar ya iki və ya daha çox π-bağlara, ya da π-bağlarına və p-orbitalı bir atoma aid ola bilər. Buna uyğun olaraq π,π-konjuqasiya və ρ,π-konjuqasiya arasında fərq qoyulur. Konjugasiya sistemi açıq və ya qapalı ola bilər və yalnız karbon atomlarını deyil, həm də heteroatomları ehtiva edir.

2.3.1. Açıq dövrə sistemləri

π,π - Cütləşmə. Karbon zəncirli π,π-birləşmiş sistemlərin ən sadə nümayəndəsi butadien-1,3-dür (şəkil 2.6, a). Karbon və hidrogen atomları və deməli, onun molekulundakı bütün σ bağları eyni müstəvidə yerləşir və yastı σ skeleti əmələ gətirir. Karbon atomları sp 2 hibridləşmə vəziyyətindədir.

Hər bir karbon atomunun hibridləşməmiş p-AO-ları σ-skelet müstəvisinə perpendikulyar və bir-birinə paralel yerləşmişdir ki, bu da onların üst-üstə düşməsi üçün zəruri şərtdir. Üst-üstə düşmə təkcə C-1 və C-2, C-3 və C-4 atomlarının p-AO-ları arasında deyil, həm də C-2 və C-3 atomlarının p-AO-ları arasında baş verir və nəticədə tək π əmələ gəlir. dörd karbon atomunu əhatə edən -sistem, yəni delokalizasiya olunmuş kovalent bağ görünür (bax. Şəkil 2.6, b).düyü. 2.6.

1,3 butadien molekulunun atom orbital modeli

Bu, molekuldakı bağ uzunluğundakı dəyişikliklərdə əks olunur. 1,3-butadiendə C-1-C-2, eləcə də C-3-C-4 bağlarının uzunluğu bir qədər artır və C-2 ilə C-3 arasındakı məsafə şərti ikiqat və C-3 arasındakı məsafə qısaldılır. tək istiqrazlar. Başqa sözlə, elektron delokalizasiya prosesi bağ uzunluqlarının bərabərləşməsinə gətirib çıxarır.

Bitki aləmində çoxlu sayda birləşmiş qoşa bağları olan karbohidrogenlər geniş yayılmışdır. Bunlara, məsələn, yerkökü, pomidor və s. rəngini təyin edən karotinlər daxildir. Açıq konyuqasiya sisteminə heteroatomlar da daxil ola bilər. Açıq bir nümunə zəncirdə heteroatom olan π,π-birləşmiş sistemlər 2 α,β-doymamış karbonil birləşmələri xidmət edə bilər. Məsələn, akrolein CH-dəki aldehid qrupu

=CH-CH=O üç sp 2 -hibridləşdirilmiş karbon atomunun və bir oksigen atomunun konyuqasiya zəncirinin iştirakçısıdır. Bu atomların hər biri tək π-sisteminə bir p-elektron verir.pn-qoşulma. r Bu tip konyuqasiya ən çox tərkibində -CH=CH-X struktur fraqmenti olan birləşmələrdə baş verir, burada X tək elektron cütü (əsasən O və ya N) olan heteroatomdur. Bunlara, məsələn, molekullarında ikiqat bağ birləşən vinil efirləri daxildir. r-oksigen atomunun orbitalı. Delokalizasiya olunmuş üç mərkəzli bağ iki p-AO sp 2 hibridləşdirilmiş karbon atomunun və bir karbon atomunun üst-üstə düşməsi ilə əmələ gəlir.

-Bir cüt n-elektronlu heteroatomun AO.

Elektron sıxlığının sürüşmə istiqaməti əyri ox ilə göstərilir.

Cütləşdirmə nəticələrini göstərmək üçün başqa qrafik üsullar da var. Beləliklə, asetat ionunun (I) strukturu yükün hər iki oksigen atomu üzərində bərabər paylanmasını nəzərdə tutur (şəkil 2.7-də göstərildiyi kimi, bu doğrudur).

(II) və (III) strukturlarından istifadə olunur rezonans nəzəriyyəsi. Bu nəzəriyyəyə görə, həqiqi molekul və ya hissəcik bir-birindən yalnız elektronların paylanması ilə fərqlənən müəyyən rezonans strukturları adlanan bir sıra ilə təsvir olunur. Birləşdirilmiş sistemlərdə rezonans hibridinə əsas töhfə π-elektron sıxlığının müxtəlif paylanmasına malik strukturlar tərəfindən verilir (bu strukturları birləşdirən ikitərəfli ox rezonans nəzəriyyəsinin xüsusi simvoludur).

Limit (sərhəd) strukturları əslində mövcud deyil. Bununla birlikdə, bu və ya digər dərəcədə, onlar məhdudlaşdırıcı strukturların superpozisiyasından əldə edilən rezonans hibrid kimi təmsil olunan bir molekulda (hissəcikdə) elektron sıxlığının real paylanmasına "töhfə" verirlər.

Karbon zəncirli ρ,π-birləşmiş sistemlərdə π bağının yanında hibridləşməmiş p-orbitalı olan karbon atomu olduqda konyuqasiya baş verə bilər. Belə sistemlər ara hissəciklər ola bilər - karbanionlar, karbokasyonlar, sərbəst radikallar, məsələn, alilik quruluşlu. Sərbəst radikal alilik hissələri lipidlərin peroksidləşməsi proseslərində mühüm rol oynayır.

Allil anionda CH 2 =CH-CH 2 sp 2 -hibridləşdirilmiş karbon atomu C-3 ümumi konjugata tədarük edir

düyü. 2.7.Penisilindəki COONa qrupunun elektron sıxlığı xəritəsi

sistem iki elektron, alilik radikal CH-də 2 =CH-CH 2+ - bir və alilik karbokatyonda CH 2 =CH-CH 2+ heç bir təmin etmir. Nəticədə, p-AO üç sp 2-hibridləşdirilmiş karbon atomunu üst-üstə düşdükdə, dörd (karbanionda), üç (də) olan delokalizasiya edilmiş üç mərkəzli bir əlaqə yaranır. sərbəst radikal) və müvafiq olaraq iki (karbokasiyada) elektron.

Formal olaraq, allil kationdakı C-3 atomu müsbət yük daşıyır, allil radikalında qoşalaşmamış elektron, allil anionda isə mənfi yük daşıyır. Əslində, belə birləşmiş sistemlərdə elektron sıxlığının delokalizasiyası (dağılması) baş verir ki, bu da bağların və yüklərin uyğunlaşmasına səbəb olur. Bu sistemlərdəki C-1 və C-3 atomları ekvivalentdir. Məsələn, allil kationda onların hər biri müsbət yük daşıyır+1/2 və C-2 atomu ilə bir yarımlıq əlaqə ilə bağlıdır.

Beləliklə, konjugasiya adi struktur formulları ilə təsvir edilən strukturlarla müqayisədə real strukturlarda elektron sıxlığının paylanmasında əhəmiyyətli fərqlə nəticələnir.

2.3.2. Qapalı dövrə sistemləri

Dövrlü birləşmiş sistemlər, birləşmiş olanlarla müqayisədə artan termodinamik sabitliyə malik birləşmələr qrupu kimi böyük maraq doğurur. açıq sistemlər. Bu birləşmələr həmçinin ümumi anlayış altında birləşən digər xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir aromatiklik. Bunlara belə formal doymamış birləşmələrin qabiliyyəti daxildir

əlavə, oksidləşdirici maddələrə və temperatura qarşı müqavimətdən daha çox əvəzetmə reaksiyaları ilə məşğul olurlar.

Aromatik sistemlərin tipik nümayəndələri arenlər və onların törəmələridir. Aromatik karbohidrogenlərin elektron quruluşunun xüsusiyyətləri benzol molekulunun atom orbital modelində aydın şəkildə özünü göstərir. Benzol çərçivəsi altı sp 2-hibridləşdirilmiş karbon atomundan əmələ gəlir. Bütün σ bağları (C-C və C-H) eyni müstəvidə yerləşir. Altı hibridləşməmiş p-AO molekulun müstəvisinə perpendikulyar və bir-birinə paralel yerləşir (şəkil 2.8, a). Hər biri r-AO iki qonşu ilə eyni dərəcədə üst-üstə düşə bilər r-AO.

Belə üst-üstə düşmə nəticəsində vahid delokalizasiya olunmuş π-sistem yaranır, ən yüksək elektron sıxlığı σ-skelet müstəvisinin üstündə və aşağıda yerləşir və dövrün bütün karbon atomlarını əhatə edir (bax. Şəkil 2.8, b). . π-elektron sıxlığı bütün siklik sistemdə bərabər paylanmışdır, bu dövr ərzində dairə və ya nöqtəli xətt ilə göstərilir (bax. Şəkil 2.8, c). Benzol halqasındakı karbon atomları arasındakı bütün bağlar eyni uzunluğa malikdir (0,139 nm), tək və ikiqat bağların uzunluqları arasında aralıqdır. Kvant mexaniki hesablamalara əsasən müəyyən edilmişdir ki, belə sabit molekulların əmələ gəlməsi üçün düz siklik sistemdə (4n + 2) π-elektron olmalıdır ki, burada n

= 1, 2, 3 və s. (Hückel qaydası, 1931). Bu məlumatları nəzərə alaraq, "aromatiklik" anlayışını müəyyən etmək olar.π Bir müstəvi halqası və konjugatı varsa, bir birləşmə aromatikdir-dövrün bütün atomlarını əhatə edən və ehtiva edən elektron sistem(4n

+ 2) π-elektronlar.

Hückel qaydası birdən çox atomun paylaşmadığı istənilən planar kondensasiya edilmiş sistemlərə aiddir.düyü. 2.8.

iki dövrə. Naftalin və başqaları kimi qatılaşdırılmış benzol halqaları olan birləşmələr aromatiklik meyarlarına cavab verir.

Birləşdirilmiş sistemlərin sabitliyi. Birləşdirilmiş və xüsusilə aromatik sistemin formalaşması enerji baxımından əlverişli bir prosesdir, çünki bu, orbitalların üst-üstə düşmə dərəcəsini artırır və delokalizasiya (dispersiya) baş verir. r-elektronlar. Bu baxımdan birləşmiş və aromatik sistemlər termodinamik sabitliyi artırmışdır. Onlar daxili enerjinin daha kiçik tədarükünü ehtiva edir və zəmin vəziyyətində birləşməyən sistemlərlə müqayisədə daha aşağı enerji səviyyəsini tuturlar. Bu səviyyələr arasındakı fərqdən birləşmiş birləşmənin termodinamik sabitliyini, yəni onun konjugasiya enerjisi(delokalizasiya enerjisi). Butadien-1,3 üçün kiçikdir və təxminən 15 kJ/mol təşkil edir. Birləşdirilmiş zəncirin uzunluğu artdıqca birləşmə enerjisi və müvafiq olaraq birləşmələrin termodinamik sabitliyi artır. Benzolun birləşmə enerjisi daha yüksəkdir və 150 ​​kJ/mol təşkil edir.

2.4. Əvəzedicilərin elektron effektləri 2.4.1. İnduktiv təsir

Molekulda qütb σ bağı yaxınlıqdakı σ bağlarının qütbləşməsinə səbəb olur və qonşu atomlarda qismən yüklərin yaranmasına səbəb olur*.

Əvəzedicilər təkcə özlərinin deyil, həm də qonşu σ bağlarının qütbləşməsinə səbəb olurlar. Atomların təsirinin bu cür ötürülməsinə induktiv effekt (/-effekt) deyilir.

İnduktiv effekt σ bağlarının elektronlarının yerdəyişməsi nəticəsində əvəzedicilərin elektron təsirinin ötürülməsidir.

σ bağının zəif qütbləşmə qabiliyyətinə görə dövrədə üç və ya dörd rabitədən sonra induktiv effekt sönür. Onun təsiri ən çox əvəzedicisi olan birinə bitişik olan karbon atomuna münasibətdə özünü göstərir. Əvəzedicinin induktiv təsirinin istiqaməti onu induktiv təsiri sıfır qəbul edilən hidrogen atomu ilə müqayisə etməklə keyfiyyətcə qiymətləndirilir. Qrafik olaraq, /-effektinin nəticəsi valentlik xəttinin mövqeyi ilə üst-üstə düşən və ucunu daha elektronmənfi atoma yönəldən ox ilə təmsil olunur.

/V\hidrogen atomundan daha güclü olduğunu nümayiş etdirirmənfiinduktiv təsir (-/- effekti).

Belə əvəzedicilər ümumiyyətlə sistemin elektron sıxlığını azaldırlar; elektronların çəkilməsi. Bunlara ən çox funksional qruplar daxildir: OH, NH 2, COOH, NO 2 və kation qrupları, məsələn -NH 3+.

Hidrogen atomu ilə müqayisədə elektron sıxlığını dəyişdirən bir əvəzediciσ -zəncirin karbon atomuna doğru bağlanır, nümayiş etdirirmüsbətinduktiv effekt (+/- effekti).

Belə əvəzedicilər zəncirdə (və ya halqada) elektron sıxlığını artırır və deyilir elektron donor. Bunlara sp 2 -hibridləşdirilmiş karbon atomunda yerləşən alkil qrupları və yüklü hissəciklərdəki anion mərkəzləri, məsələn -O - daxildir.

2.4.2. Mezomerik effekt

Birləşdirilmiş sistemlərdə elektron təsirin ötürülməsində delokalizasiya olunmuş kovalent rabitələrin π-elektronları əsas rol oynayır. Delokalizasiya olunmuş (birləşmiş) π-sisteminin elektron sıxlığının yerdəyişməsində təzahür edən təsir mezomerik (M effekti) və ya konyuqasiya effekti adlanır.

Mezomer effekt, əvəzedicilərin elektron təsirinin konjugasiya edilmiş sistem vasitəsilə ötürülməsidir.

Bu zaman deputat özü də birləşmiş sistemin iştirakçısıdır. O, konyuqasiya sisteminə ya π bağı (karbonil, karboksil qrupları və s.), ya da tək heteroatom elektron cütü (amino və hidroksi qrupları) və ya boş və ya bir elektronla dolu p-AO daxil edə bilər.

Birləşdirilmiş sistemdə elektron sıxlığını artıran bir əvəzedici nümayiş etdirirmüsbətmezomerik effekt (+M- effekti).

M-effekti tək elektron cütü (məsələn, anilin molekulunda amin qrupu) və ya tam mənfi yüklü atomları əhatə edən əvəzedicilər tərəfindən nümayiş etdirilir. Bu əvəzedicilər bacarıqlıdır

bir cüt elektronun ümumi konjugat sisteminə köçürülməsinə, yəni elektron donor.

Birləşdirilmiş sistemdə elektron sıxlığını azaldan bir əvəzedici nümayiş etdirirmənfimezomerik effekt (-M- effekti).

Birləşdirilmiş sistemdə M-effekti, akril turşusu və benzaldehid nümunəsində göstərildiyi kimi, bir karbon atomu ilə ikiqat əlaqə ilə bağlanan oksigen və ya azot atomları tərəfindən yaranır. Belə qruplar var elektronların çəkilməsi.

Elektron sıxlığının yerdəyişməsi əyri ox ilə göstərilir, başlanğıcı hansı p və ya π elektronların yerdəyişdiyini, sonu isə onların yerdəyişdiyi bağı və ya atomu göstərir. Mezomer effekt, induktiv effektdən fərqli olaraq, daha böyük məsafədə birləşmiş bağlar sistemi vasitəsilə ötürülür.

Əvəzedicilərin molekulda elektron sıxlığının paylanmasına təsirini qiymətləndirərkən nəticədə induktiv və mezomer effektlərin təsirini nəzərə almaq lazımdır (Cədvəl 2.2).

Cədvəl 2.2.Bəzi əvəzedicilərin elektron effektləri

Əvəzedicilərin elektron effektləri reaksiya verməyən molekulda elektron sıxlığının paylanmasını keyfiyyətcə qiymətləndirməyə və onun xassələrini proqnozlaşdırmağa imkan verir.

Qeyri-üzvi və üzvi maddələrin müxtəlifliyi

Üzvi kimya kimyadır karbon birləşmələri. Qeyri-üzvi karbon birləşmələrinə aşağıdakılar daxildir: karbon oksidləri, karbon turşusu, karbonatlar və bikarbonatlar, karbidlər. Karbondan başqa üzvi maddələr hidrogen, oksigen, azot, fosfor, kükürd və digər elementləri ehtiva edir.. Karbon atomları uzun şaxələnməmiş və budaqlanmış zəncirlər, halqalar əmələ gətirə və digər elementləri birləşdirə bilər, buna görə də üzvi birləşmələrin sayı 20 milyona yaxındır, qeyri-üzvi maddələrin sayı isə 100 mindən bir qədər çoxdur.

Üzvi kimyanın inkişafının əsasını A. M. Butlerovun üzvi birləşmələrin quruluşu nəzəriyyəsi təşkil edir. Üzvi birləşmələrin quruluşunun təsvirində mühüm rol atomların kimyəvi rabitə yaratmaq qabiliyyətini xarakterizə edən və onların sayını təyin edən valentlik anlayışına aiddir. Üzvi birləşmələrdə karbon həmişə tetravalent. A.M. Butlerovun nəzəriyyəsinin əsas postulatı maddənin kimyəvi quruluşu, yəni kimyəvi bağ haqqındakı mövqedir. Bu sıra struktur düsturlardan istifadə etməklə göstərilir. Butlerovun nəzəriyyəsi hər bir maddənin malik olduğu fikri ifadə edir xüsusi kimyəvi quruluş Və maddələrin xassələri quruluşundan asılıdır.

A. M. Butlerovun üzvi birləşmələrin kimyəvi quruluşu nəzəriyyəsi

Necə ki, qeyri-üzvi kimya üçün inkişafın əsasını Dövri Qanun və Dövri cədvəl kimyəvi elementlər D.I.Mendeleyev, üzvi kimya üçün əsas oldu.

A. M. Butlerovun üzvi birləşmələrin kimyəvi quruluşu nəzəriyyəsi

Butlerovun nəzəriyyəsinin əsas postulatı maddənin kimyəvi quruluşu ilə bağlı mövqedir, bu, atomların molekullara qarşılıqlı əlaqəsinin ardıcıllığını, ardıcıllığını, yəni. kimyəvi bağ.

Kimyəvi quruluş- molekulda kimyəvi elementlərin atomlarının valentliyinə görə birləşmə qaydası.

Bu sıra, atomların valentliklərinin tire ilə göstərildiyi struktur düsturlardan istifadə etməklə göstərilə bilər: bir xətt kimyəvi elementin atomunun valentlik vahidinə uyğundur. Məsələn, CH 4 molekulyar formuluna malik olan üzvi maddə metan üçün struktur formul belə görünür:

A. M. Butlerovun nəzəriyyəsinin əsas müddəaları:

Üzvi molekullardakı atomlar bir-birinə bağlıdır valentliyinə görə. Üzvi birləşmələrdə karbon həmişə dörd valentli olur və onun atomları bir-biri ilə birləşmək, müxtəlif zəncirlər əmələ gətirmək qabiliyyətinə malikdir.

· Maddələrin xassələri təkcə onların keyfiyyəti ilə müəyyən edilmir və kəmiyyət tərkibi, həm də molekuldakı atomların birləşmə sırası ilə, yəni. maddənin kimyəvi quruluşu.

· Üzvi birləşmələrin xassələri təkcə maddənin tərkibindən və onun molekulunda atomların birləşmə qaydasından deyil, həm də atomların qarşılıqlı təsiri və bir-birinin üstündəki atom qrupları.

Üzvi birləşmələrin quruluşu nəzəriyyəsi dinamik və inkişaf edən bir təlimdir. Kimyəvi bağların təbiəti və üzvi maddələrin molekullarının elektron quruluşunun təsiri haqqında biliklər inkişaf etdikcə, onlar empirik və strukturlarla yanaşı, elektron düsturlardan da istifadə etməyə başladılar. Belə formullar istiqaməti göstərir molekulda elektron cütlərinin yerdəyişməsi.

Kvant kimyası və üzvi birləşmələrin quruluşu kimyası kimyəvi bağların məkan istiqaməti (cis- və trans izomerizm) doktrinasını təsdiqlədi, izomerlərdə qarşılıqlı keçidlərin enerji xüsusiyyətlərini öyrəndi, atomların qarşılıqlı təsirini mühakimə etməyə imkan verdi. müxtəlif maddələrin molekulları izomerizm növlərini və kimyəvi reaksiyaların istiqamətlərini və mexanizmlərini proqnozlaşdırmaq üçün ilkin şərtlər yaratdı.

Üzvi maddələr bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir.

· Bütün üzvi maddələr karbon və hidrogen ehtiva edir, ona görə də yandıqda onlar əmələ gəlir karbon qazı və su.

Üzvi maddə kompleks şəkildə qurulmuşdur və böyük molekulyar çəkiyə (zülallar, yağlar, karbohidratlar) malik ola bilər.

· Üzvi maddələr tərkibinə, quruluşuna və xassələrinə görə oxşar cərgələrdə düzülə bilər homologlar.

· Üzvi maddələr üçün xarakterikdir izomerizm.

Üzvi maddələrin izomeriyası və homologiyası

Üzvi maddələrin xassələri təkcə onların tərkibindən deyil, həm də ondan asılıdır molekulda atomların birləşmə qaydası.

İzomerizm- bu, müxtəlif maddələrin - eyni keyfiyyət və kəmiyyət tərkibinə, yəni eyni molekulyar formulaya malik izomerlərin mövcudluğu hadisəsidir.

İki növ izomerizm var: struktur və məkan(stereoizomerizm). Struktur izomerlər bir-birindən molekuldakı atomların əlaqə sırasına görə fərqlənir; stereoizomerlər - atomların kosmosda düzülüşü, aralarında eyni əlaqə ardıcıllığı.

İzomerizmin əsas növləri:

· Struktur izomerizm - maddələr molekullarda atomların bağlanma ardıcıllığına görə fərqlənir:

1) karbon skeletinin izomeriyası;

2) mövqe izomerizmi:

• çoxsaylı istiqrazlar;
• deputatlar;
• funksional qruplar;

3) homoloji sıraların izomeriyası (siniflərarası).

· Məkan izomerizmi - maddələrin molekulları atomların bağlanma ardıcıllığına görə deyil, fəzadakı vəziyyətinə görə fərqlənir: cis-, trans-izomerizm (həndəsi).

Üzvi maddələrin təsnifatı

Məlumdur ki, üzvi maddələrin xassələri onların tərkibi və kimyəvi quruluşu ilə müəyyən edilir. Buna görə də təəccüblü deyil ki, üzvi birləşmələrin təsnifatının əsasını məhz struktur nəzəriyyəsi - A. M. Butlerovun nəzəriyyəsi təşkil edir. Təsnifat edin üzvi maddələr molekullarında atomların mövcudluğu və birləşmə qaydası ilə. Üzvi maddənin molekulunun ən davamlı və ən az dəyişkən hissəsi onun molekuludur skelet - karbon atomlarının zənciri. Bu zəncirdə karbon atomlarının birləşmə ardıcıllığından asılı olaraq maddələr bölünür asiklik, molekullarda karbon atomlarının qapalı zəncirləri olmayan və karbosiklik molekullarda belə zəncirlər (dövrlər) olan.

Karbon və hidrogen atomlarına əlavə olaraq, üzvi maddələrin molekullarında digər kimyəvi elementlərin atomları ola bilər. Molekullarında bu heteroatomlar qapalı zəncirə daxil olan maddələr heterosiklik birləşmələr kimi təsnif edilir.

Heteroatomlar(oksigen, azot və s.) molekulların və asiklik birləşmələrin bir hissəsi ola bilər, onlarda funksional qruplar əmələ gətirir, məsələn,

hidroksil

karbonil

,

karboksil

,

amin qrupu

.

Funksional qrup- maddənin ən xarakterik kimyəvi xassələrini və onun müəyyən birləşmələr sinfinə aid olmasını müəyyən edən atomlar qrupu.

Üzvi birləşmələrin nomenklaturası

Üzvi kimyanın inkişafının başlanğıcında kəşf ediləcək birləşmələr təyin edildi mənasız adlar, tez-tez onların alınma tarixi ilə əlaqələndirilir: sirkə turşusu(şərab sirkəsinin əsasını təşkil edir), butir turşusu (şərab sirkəsinin əsasını təşkil edir). kərə yağı), qlikol (yəni “şirin”)) və s. Rasional adlar belə ortaya çıxdı: ən sadə birləşmənin adına əsaslanan metilamin, dietilamin, etil spirt, metil etil keton. Daha mürəkkəb birləşmələr üçün rasional nomenklatura uyğun deyil.

A. M. Butlerovun quruluş nəzəriyyəsi üzvi birləşmələrin struktur elementlərinə görə təsnifatı və nomenklaturasına və molekulda karbon atomlarının düzülüşünə əsas verdi. Hal-hazırda ən çox istifadə edilən nomenklatura tərəfindən hazırlanmışdır Beynəlxalq Təmiz və Tətbiqi Kimya İttifaqı (IUPAC), buna nomenklatura deyilir IUPAC. IUPAC qaydaları adların formalaşması üçün bir neçə prinsipi tövsiyə edir, onlardan biri əvəzetmə prinsipidir. Buna əsaslanaraq, ən universal olan əvəzedici nomenklatura hazırlanmışdır. Əvəzedici nomenklaturanın bir neçə əsas qaydalarını təqdim edək və iki funksional qrupdan - amin turşusu lösindən ibarət heterofunksional birləşmə nümunəsindən istifadə edərək onların tətbiqini nəzərdən keçirək:

1. Birləşmələrin adları ana quruluşa (asiklik molekulun, karbosiklik və ya heterosiklik sistemin əsas zənciri) əsaslanır. Ana quruluşun adı adın əsasını, sözün kökünü təşkil edir.

IN bu halda ana quruluş tək bağlarla bağlanmış beş karbon atomundan ibarət bir zəncirdir. Beləliklə, adın kök hissəsi pentandır.

2. Xarakterik qruplar və əvəzedicilər (struktur elementlər) prefiks və şəkilçilərlə təyin olunur. Xarakterik qruplar iş stajına görə bölünür. Əsas qrupların üstünlük sırası:

Böyük xarakter qrupu müəyyən edilir, bu da şəkilçi ilə təyin olunur. Bütün digər əvəzedicilər əlifba sırası ilə prefiksdə adlanır.

Bu vəziyyətdə, böyük xarakterik qrup karboksildir, yəni bu birləşmə karboksilik turşular sinfinə aiddir, ona görə də adın radikal hissəsinə -ic turşusu əlavə edirik. İkinci ən qədim qrup amino- prefiksi ilə təyin olunan amin qrupudur. Bundan əlavə, molekulda karbohidrogen əvəzedicisi metil- var. Beləliklə, adın əsasını aminometilpentan turşusu təşkil edir.

3. Adı kökdən dərhal sonra gələn qoşa və üçlü bağın təyinatını ehtiva edir.

Sözügedən birləşmə çoxlu bağlardan ibarət deyil.

4. Ana quruluşun atomları nömrələnir. Nömrələmə ən yüksək xarakterik qrupun ən yaxın yerləşdiyi karbon zəncirinin sonundan başlayır:

Zəncirin nömrələnməsi karboksil qrupunun bir hissəsi olan karbon atomundan başlayır, ona 1 nömrəsi verilir. Bu halda amin qrupu karbon 2-də, metil qrupu isə karbon 4-də olacaqdır.

Beləliklə, təbii amin turşusu lösin, IUPAC nomenklaturasının qaydalarına görə, 2-amino-4-metilpentanoik turşusu adlanır.

Karbohidrogenlər. Karbohidrogenlərin təsnifatı

Karbohidrogenlər- Bunlar yalnız hidrogen və karbon atomlarından ibarət birləşmələrdir.

Karbon zəncirinin quruluşundan asılı olaraq, üzvi birləşmələr açıq zəncirli birləşmələrə bölünür - asiklik(alifatik) və tsiklik- qapalı atom zənciri ilə.

Siklik olanlar iki qrupa bölünür: karbosiklik birləşmələr(dövrləri yalnız karbon atomları əmələ gətirir) və heterosiklik(dövlələrə oksigen, azot, kükürd kimi digər atomlar da daxildir).

Karbosiklik birləşmələr, öz növbəsində, iki sıra birləşmələri ehtiva edir: alisiklik Və aromatik.

Molekulyar quruluşa əsaslanan aromatik birləşmələr var p-elektronların xüsusi qapalı sistemi ilə düz karbon tərkibli dövrlər, ümumi π-sistem (tək π-elektron buludu) əmələ gətirir. Aromatiklik bir çox heterosiklik birləşmələr üçün də xarakterikdir.

Bütün digər karbosiklik birləşmələr alisiklik sıraya aiddir.

Həm asiklik (alifatik), həm də siklik karbohidrogenlər çoxlu (ikiqat və ya üçlü) bağlardan ibarət ola bilər. Belə karbohidrogenlər adlanır limitsiz(doymamış) məhdudlaşdırıcıdan (doymuş) fərqli olaraq, yalnız tək bağları ehtiva edir.

Doymuş alifatik karbohidrogenlər adlanır alkanlar, onlar C n H 2n+2 ümumi düsturuna malikdirlər, burada n karbon atomlarının sayıdır. Onların köhnə adı bu gün tez-tez istifadə olunur - parafinlər:

Tərkibində bir qoşa bağ olan doymamış alifatik karbohidrogenlər deyilir alkenlər. Onların ümumi düsturu C n H 2n:

İki qoşa rabitəsi olan doymamış alifatik karbohidrogenlər adlanır alkadienlər. Onların ümumi düsturu C n H 2n-2-dir:

Bir üçlü rabitə ilə doymamış alifatik karbohidrogenlər adlanır alkinlər. Onların ümumi düsturu C n H 2n - 2-dir:

Doymuş alisiklik karbohidrogenlər - sikloalkanlar, onların ümumi formulu C n H 2n-dir:

Karbohidrogenlərin xüsusi qrupu, aromatik və ya arenalar(qapalı ümumi n-elektron sistemi ilə), ümumi formula C n H 2n - 6 olan karbohidrogenlər nümunəsindən məlumdur:

Beləliklə, əgər onların molekullarında bir və ya bir neçə hidrogen atomu başqa atomlar və ya atom qrupları (halogenlər, hidroksil qrupları, amin qrupları və s.) ilə əvəz olunursa, karbohidrogen törəmələri əmələ gəlir: halogen törəmələri, oksigen tərkibli, azot tərkibli və s. üzvi birləşmələr.

Karbohidrogenlərin homoloji seriyası

Eyni funksional qrupa malik olan karbohidrogenlər və onların törəmələri homoloji sıra əmələ gətirir.

Homoloji seriya Nisbi molekulyar kütlələrinin artan ardıcıllığı ilə düzülmüş, struktur və kimyəvi xassələrə görə oxşar olan, hər bir üzvün əvvəlkindən CH 2 homoloji fərqi ilə fərqləndiyi eyni sinfə (homoloqlar) aid olan birləşmələr seriyasını adlandırın. Məsələn: CH 4 - metan, C 2 H 6 - etan, C 3 H 8 - propan, C 4 H 10 - butan və s. Homoloqların kimyəvi xassələrinin oxşarlığı üzvi birləşmələrin öyrənilməsini xeyli asanlaşdırır.

Karbohidrogen izomerləri

Müəyyən bir sinif maddələrin ən xarakterik xüsusiyyətlərini təyin edən atomlar və ya atom qrupları deyilir funksional qruplar.

Karbohidrogenlərin halogen törəmələri karbohidrogenlərdə bir və ya bir neçə hidrogen atomunun halogen atomları ilə əvəzlənməsinin məhsulu hesab edilə bilər. Buna uyğun olaraq sonlu və doymamış mono-, di-, tri- (ümumi halda poli-) ola bilər. halogen törəmələri.

Doymuş karbohidrogenlərin monohalogen törəmələrinin ümumi düsturu:

və tərkibi düsturla ifadə edilir

burada R doymuş karbohidrogenin (alkan), karbohidrogen radikalının qalığıdır (bu işarə üzvi maddələrin digər siniflərini nəzərdən keçirərkən daha çox istifadə olunur), G halogen atomudur (F, Cl, Br, I).

Məsələn:

Dihalogen törəməsinin bir nümunəsi:

TO oksigen tərkibli üzvi maddələr spirtlər, fenollar, aldehidlər, ketonlar, karboksilik turşular, sadə və efirlər. Spirtlər bir və ya bir neçə hidrogen atomunun hidroksil qrupları ilə əvəz olunduğu karbohidrogen törəmələridir.

Spirtlər bir hidroksil qrupu varsa monohidrik, alkanların törəmələridirsə doymuş spirtlər adlanır.

Limit üçün ümumi düstur monohidrik spirtlər:

və onların tərkibi ümumi düsturla ifadə edilir:

Məsələn:

Məlum nümunələr polihidrik spirtlər, yəni bir neçə hidroksil qrupuna malikdir:

Fenollar- benzol halqasındakı bir və ya bir neçə hidrogen atomunun hidroksil qrupları ilə əvəz olunduğu aromatik karbohidrogenlərin törəmələri (benzol seriyası).

C 6 H 5 OH və ya düsturu ilə ən sadə nümayəndə

fenol adlanır.

Aldehidlər və ketonlar- karbonil qrupu atomları olan karbohidrogenlərin törəmələri

(karbonil).

Molekullarda aldehidlər bir karbonil bağı hidrogen atomu ilə, digəri isə karbohidrogen radikalı ilə birləşməyə gedir. Aldehidlərin ümumi formulu:

Məsələn:

halda ketonlar karbonil qrupu iki (ümumiyyətlə fərqli) radikalla bağlıdır, ketonların ümumi formulu:

Məsələn:

Doymuş aldehidlərin və ketonların tərkibi C 2n H 2n O düsturu ilə ifadə edilir.

Karboksilik turşular- tərkibində karboksil qrupları olan karbohidrogen törəmələri

(və ya -COOH).

Bir turşu molekulunda bir karboksil qrupu varsa, o zaman karboksilik turşu bir əsaslıdır. Doymuş monobazik turşuların ümumi formulası:

Onların tərkibi C n H 2n O 2 düsturu ilə ifadə edilir.

Məsələn:

Efirlər bir oksigen atomu ilə bağlanmış iki karbohidrogen radikalı olan üzvi maddələrdir: R-O-R və ya R 1 -O-R 2.

Radikallar eyni və ya fərqli ola bilər. Efirlərin tərkibi C n H 2n+2 O düsturu ilə ifadə edilir.

Məsələn:

Efirlər- karboksilik turşularda karboksil qrupunun hidrogen atomunu karbohidrogen radikalı ilə əvəz etməklə əmələ gələn birləşmələr.

Efirlərin ümumi formulası:

Məsələn:

Nitro birləşmələri- bir və ya bir neçə hidrogen atomunun nitro qrupu ilə əvəz olunduğu karbohidrogenlərin törəmələri -NO 2.

Doymuş mononitro birləşmələrinin ümumi formulası:

və tərkibi C n H 2n+1 NO 2 ümumi düsturu ilə ifadə edilir.

Məsələn:

Arenlərin nitro törəmələri:

Aminlər- hidrogen atomlarının karbohidrogen radikalları ilə əvəz olunduğu ammonyakın (NH 3) törəmələri hesab edilən birləşmələr. Radikalın təbiətindən asılı olaraq aminlər alifatik ola bilər, məsələn:

və aromatik, məsələn:

Radikallarla əvəz olunan hidrogen atomlarının sayından asılı olaraq aşağıdakılar fərqləndirilir:

ilkin aminlərümumi formula ilə:

ikinci dərəcəli- ümumi formula ilə:

ali- ümumi formula ilə:

Müəyyən bir vəziyyətdə, ikincili və üçüncü dərəcəli aminlər eyni radikallara malik ola bilər.

İlkin aminlər, həmçinin bir hidrogen atomunun bir amin qrupu -NH 2 ilə əvəz olunduğu karbohidrogenlərin (alkanların) törəmələri hesab edilə bilər. Doymuş ilkin aminlərin tərkibi C n H 2n + 3 N düsturu ilə ifadə edilir.

Məsələn:

Amin turşuları bir karbohidrogen radikalına bağlı iki funksional qrupdan ibarətdir: amin qrupu -NH 2 və karboksil -COOH.

α-amin turşularının ümumi formulası (onlar canlı orqanizmləri təşkil edən zülalların qurulması üçün ən vacibdir):

Tərkibində bir amin qrupu və bir karboksil olan doymuş amin turşularının tərkibi C n H 2n + 1 NO 2 düsturu ilə ifadə edilir.

Məsələn:

Bir neçə fərqli və ya eyni funksional qrupa, benzol halqaları ilə əlaqəli uzun xətti zəncirlərə malik olan digər mühüm üzvi birləşmələr məlumdur. Belə hallarda maddənin müəyyən bir sinfə aid olub-olmadığını dəqiq müəyyən etmək mümkün deyil. Bu birləşmələr çox vaxt xüsusi maddələr qruplarına təsnif edilir: karbohidratlar, zülallar, nuklein turşuları, antibiotiklər, alkaloidlər və s.

Hal-hazırda, həm üzvi, həm də qeyri-üzvi kimi təsnif edilə bilən bir çox birləşmələr də məlumdur. x üzvi element birləşmələri adlanır. Onların bəzilərini karbohidrogen törəmələri hesab etmək olar.

Məsələn:

Maddələrin tərkibini ifadə edən eyni molekulyar formulaya malik birləşmələr var.

İzomerizm hadisəsi ondan ibarətdir ki, müxtəlif xassələrə malik, eyni molekulyar tərkibə malik, lakin müxtəlif strukturlara malik bir neçə maddə ola bilər. Bu maddələrə izomerlər deyilir.

Bizim vəziyyətimizdə bunlar siniflərarası izomerlərdir: sikloalkanlar və alkanlar, alkadienlər və alkinlər, doymuş monohidrik spirtlər və efirlər, aldehidlər və ketonlar, doymuş monokarboksilik turşular və efirlər.

Struktur izomerizmi

Aşağıdakı növlər fərqlənir struktur izomerizmi: karbon skeletinin izomeriyası, mövqe izomeriyası, müxtəlif sinif üzvi birləşmələrin izomeriyası (sinflərarası izomerizm).

Karbon skeletinin izomerliyi buna bağlıdır karbon atomları arasında fərqli əlaqə sırası, molekulun skeletini təşkil edir. Artıq göstərildiyi kimi, molekulyar formula 4H10-a iki karbohidrogen uyğun gəlir: n-butan və izobutan. Karbohidrogen C5H12 üçün üç izomer mümkündür: pentan, izopentan və neopentan.

Molekulda karbon atomlarının sayı artdıqca izomerlərin sayı da sürətlə artır. Karbohidrogen C 10 H 22 üçün artıq 75, karbohidrogen C 20 H 44 üçün - 366,319 var.

Mövqe izomerizmi molekulun eyni karbon skeleti ilə çoxlu bağın, əvəzedicinin və funksional qrupun müxtəlif mövqeləri ilə əlaqədardır:

İzomerizm müxtəlif siniflərüzvi birləşmələr (siniflərarası izomerizm) eyni molekulyar formulaya malik olan, lakin müxtəlif siniflərə aid olan maddələrin molekullarında atomların müxtəlif mövqeləri və birləşmələri ilə əlaqədardır. Beləliklə, molekulyar formula C 6 H 12 doymamış karbohidrogen heksen-1 və siklik karbohidrogen sikloheksanla uyğun gəlir.

İzomerlər alkinlərlə əlaqəli bir karbohidrogendir - butin-1 və butadien-1,3 zəncirində iki qoşa bağı olan bir karbohidrogen:

Dietil eter və butil spirti eyni molekulyar formulaya malikdir C 4 H 10 O:

Struktur izomerləri C 2 H 5 NO 2 molekulyar formuluna uyğun olan aminasetik turşu və nitroetandır:

Bu tip izomerlər müxtəlif funksional qrupları ehtiva edir və müxtəlif maddələr sinfinə aiddir. Buna görə də, onlar karbon skeleti izomerlərindən və ya mövqe izomerlərindən daha çox fiziki və kimyəvi xassələrə görə fərqlənirlər.

Məkan izomerizmi

Məkan izomerizmi iki növə bölünür: həndəsi və optik.

Həndəsi izomerizm birləşmələr üçün xarakterikdir ikiqat bağlar və siklik birləşmələr ehtiva edir. Atomların qoşa bağ ətrafında və ya halqada sərbəst fırlanması qeyri-mümkün olduğundan, əvəzedicilər ya qoşa bağ və ya halqa müstəvisinin eyni tərəfində (cis mövqeyi) və ya əks tərəflərdə (trans mövqe) yerləşə bilər. Cis və trans təyinatları adətən bir cüt eyni əvəzediciyə aiddir.

Həndəsi izomerlər fiziki və kimyəvi xassələrinə görə fərqlənirlər.

Optik izomerizm baş verir əgər molekul güzgüdəki görüntüsü ilə uyğun gəlmirsə. Bu, molekuldakı karbon atomunun dörd fərqli əvəzedicisi olduqda mümkündür. Bu atom asimmetrik adlanır. Belə bir molekula misal olaraq α-aminopropion turşusu (α-alanin) molekulu CH 3 CH(NH 2)OH-ni göstərmək olar.

α-alanin molekulu heç bir hərəkət zamanı onun güzgü şəkli ilə üst-üstə düşə bilməz. Belə fəza izomerlərinə güzgü, optik antipodlar və ya enantiomerlər deyilir. Hamısı fiziki və demək olar ki, hamısı kimyəvi xassələri bu izomerlər eynidir.

Optik izomerizmin öyrənilməsi bədəndə baş verən bir çox reaksiyaları nəzərdən keçirərkən zəruridir. Bu reaksiyaların əksəriyyəti fermentlərin - bioloji katalizatorların təsiri altında baş verir. Bu maddələrin molekulları bir kilidin açarı kimi hərəkət etdikləri birləşmələrin molekullarına uyğun olmalıdır, buna görə də bu reaksiyaların gedişi üçün məkan quruluşu, molekulyar bölmələrin nisbi düzülüşü və digər məkan amilləri böyük əhəmiyyət kəsb edir; . Belə reaksiyalara stereoselektiv deyilir.

Təbii birləşmələrin əksəriyyəti fərdi enantiomerlərdir və onların bioloji təsirləri (dad və qoxudan dərman təsirinə qədər) onların laboratoriya şəraitində alınan optik antipodlarının xassələrindən kəskin şəkildə fərqlənir. Bioloji fəaliyyətdə belə bir fərq böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki bütün canlı orqanizmlərin ən vacib xüsusiyyətinin - maddələr mübadiləsinin əsasını təşkil edir.

İzomerizm

Karbon atomunun elektron quruluşu

Üzvi birləşmələrin bir hissəsi olan karbon sabit valentlik nümayiş etdirir. Karbon atomunun son enerji səviyyəsini ehtiva edir 4 elektron, bunlardan ikisi sferik formaya malik 2s orbitalı və iki elektron dumbbell formasına malik 2p orbitalı tutur. Həyəcanlandıqda, 2s orbitalından bir elektron boş 2p orbitallarından birinə keçə bilər. Bu keçid bəzi enerji xərcləri tələb edir (403 kJ/mol). Nəticədə, həyəcanlanmış karbon atomunda 4 qoşalaşmamış elektron var və onun elektron konfiqurasiyası 2s 1 2p 3 düsturu ilə ifadə edilir.. Beləliklə, metan karbohidrogen (CH 4) vəziyyətində karbon atomu s ilə 4 bağ əmələ gətirir. - hidrogen atomlarının elektronları. Bu vəziyyətdə 1 əlaqə qurulmalıdır s-s yazın(karbon atomunun s-elektronu ilə hidrogen atomunun s-elektronu arasında) və 3 p-s rabitəsi (karbon atomunun 3 p-elektronu və 3 hidrogen atomunun 3 s-elektronu arasında). Bu, karbon atomunun yaratdığı dörd kovalent bağın qeyri-bərabər olduğu qənaətinə gətirib çıxarır. Bununla belə, kimya üzrə praktik təcrübə göstərir ki, metan molekulunda olan 4 bağın hamısı mütləq ekvivalentdir və metan molekulunun əlaqə bucaqları 109,5 0 olan tetraedral quruluşa malikdir, əgər bağlar qeyri-bərabər olsaydı, belə ola bilməzdi. Axı, yalnız p-elektronların orbitalları kosmosda qarşılıqlı perpendikulyar x, y, z oxları boyunca istiqamətlənir və s-elektronunun orbitalı sferik formaya malikdir, ona görə də bu elektronla əlaqənin yaranma istiqaməti ixtiyari olmaq. Hibridləşmə nəzəriyyəsi bu ziddiyyəti izah edə bildi. L. Polling hər hansı molekulda bir-birindən təcrid olunmuş rabitələrin olmadığını irəli sürdü. Bağlar yarandıqda bütün valent elektronların orbitalları üst-üstə düşür. Bir neçə növ məlumdur elektron orbitalların hibridləşməsi. Güman edilir ki, metan və digər alkanların molekulunda hibridləşməyə 4 elektron daxil olur.

Karbon atomu orbitallarının hibridləşməsi

Orbital hibridləşmə kovalent rabitənin əmələ gəlməsi zamanı bəzi elektronların formasının və enerjisinin dəyişməsidir ki, bu da daha səmərəli orbital üst-üstə düşməyə və bağlanma gücünün artmasına səbəb olur. Orbital hibridləşmə, müxtəlif növ orbitallara aid elektronların bağların yaranmasında iştirak etdiyi zaman baş verir.

1. sp 3 -hibridləşmə(karbonun birinci valent vəziyyəti). sp 3 hibridləşməsi zamanı həyəcanlanmış karbon atomunun 3 p orbitalı və bir s orbitalı elə qarşılıqlı təsir göstərir ki, yaranan orbitallar enerji baxımından tamamilə eynidir və kosmosda simmetrik olaraq yerləşir. Bu çevrilmə belə yazıla bilər:

Hibridləşmə zamanı orbitalların ümumi sayı dəyişmir, yalnız onların enerjisi və forması dəyişir. Göstərilmişdir ki, sp 3 -hibridləşmə orbitalları üçölçülü səkkiz fiquruna bənzəyir, onların bıçaqlarından biri digərindən xeyli böyükdür. Dörd hibrid orbital mərkəzdən müntəzəm tetraedrin təpələrinə 109,5 0 bucaq altında uzanır. Hibrid elektronların yaratdığı bağlar (məsələn, s-sp 3 rabitəsi) hibridləşməmiş p elektronları (məsələn, s-p rabitəsi) ilə yaranan bağlardan daha güclüdür. Çünki hibrid sp 3 orbital hibridləşməmiş p orbitaldan daha böyük elektron orbital üst-üstə düşmə sahəsini təmin edir. Sp 3 hibridləşməsinin baş verdiyi molekullar tetraedral quruluşa malikdir. Bunlara metanla yanaşı, metan homoloqları, ammonyak kimi qeyri-üzvi molekullar da daxildir. Şəkillər hibridləşdirilmiş orbital və tetraedral metan molekulunu göstərir.

Karbon və hidrogen atomları arasında metanda yaranan kimyəvi bağlar σ-bağ tipindədir (sp 3 -s-bağ). Ümumiyyətlə, hər hansı bir siqma rabitəsi, bir-birinə bağlı olan iki atomun elektron sıxlığının atomların mərkəzlərini (nüvələrini) birləşdirən xətt boyunca üst-üstə düşməsi ilə xarakterizə olunur. σ-İstiqamətlər atom orbitallarının maksimum mümkün üst-üstə düşmə dərəcəsinə uyğundur, ona görə də onlar kifayət qədər güclüdürlər.

2. sp 2 -hibridləşmə(karbonun ikinci valentlik vəziyyəti). Bir 2s və iki 2p orbitalının üst-üstə düşməsi nəticəsində yaranır. Yaranan sp 2 -hibrid orbitallar eyni müstəvidə bir-birinə 120 0 bucaq altında yerləşir və hibridləşməmiş p-orbital ona perpendikulyardır. Orbitalların ümumi sayı dəyişmir - onlardan dördü var.

sp 2 hibridləşmə vəziyyəti alken molekullarında, karbonil və karboksil qruplarında, yəni. ikiqat bağ olan birləşmələrdə. Beləliklə, etilen molekulunda karbon atomunun hibridləşmiş elektronları 3 σ rabitəsi (karbon atomu ilə hidrogen atomları arasında iki sp 2 -s tipli rabitə və karbon atomları arasında bir sp 2 -sp 2 tip rabitə) əmələ gətirir. Bir karbon atomunun qalan hibridləşməmiş p-elektronu ikinci karbon atomunun hibridləşməmiş p-elektronu ilə π- rabitəsi əmələ gətirir. Xarakterik xüsusiyyətπ rabitəsi elektron orbitallarının üst-üstə düşməsinin iki atomu birləşdirən xəttdən kənarda baş verməsidir. Orbitalların üst-üstə düşməsi hər iki karbon atomunu birləşdirən σ bağının üstündə və altında baş verir. Beləliklə, ikiqat istiqraz σ və π bağlarının birləşməsidir. İlk iki rəqəm göstərir ki, etilen molekulunda etilen molekulunu əmələ gətirən atomlar arasındakı əlaqə bucaqları 120 0-dır (üç sp 2 hibrid orbitalının fəza oriyentasiyasına uyğundur). Şəkillər π bağının əmələ gəlməsini göstərir.

π bağlarındakı hibridləşməmiş p-orbitalların üst-üstə düşmə sahəsi σ bağlarındakı orbitalların üst-üstə düşmə sahəsindən kiçik olduğundan, π bağı σ bağından daha az güclüdür və kimyəvi reaksiyalarda daha asanlıqla qırılır.

3. sp hibridləşməsi(karbonun üçüncü valentlik vəziyyəti). Sp-hibridləşmə vəziyyətində karbon atomu bir-birinə 180 0 bucaq altında xətti yerləşən iki sp-hibrid orbital və iki qarşılıqlı perpendikulyar müstəvidə yerləşən iki hibridləşməmiş p-orbitallara malikdir. sp-hibridləşmə alkinlər və nitrillər üçün xarakterikdir, yəni. üçlü bağı olan birləşmələr üçün.

Beləliklə, bir asetilen molekulunda atomlar arasındakı əlaqə bucaqları 180 o-dur. Karbon atomunun hibridləşmiş elektronları 2 σ rabitəsi (bir karbon atomu ilə hidrogen atomu arasında bir sp-s bağı və karbon atomları arasında başqa bir sp-sp rabitəsi. Bir karbon atomunun iki hibridləşməmiş p elektronu hibridləşməmiş p ilə iki π rabitəsi əmələ gətirir. ikinci karbon atomunun elektronları p-elektron orbitallarının üst-üstə düşməsi yalnız σ bağının üstündə və altında deyil, həm də ön və arxada baş verir və p-elektronların ümumi buludları silindrik bir forma malikdir bir σ bağının və iki π bağının birləşməsi Asetilen molekulunda daha az güclü iki π bağının olması bu maddənin üçlü bağın parçalanması ilə əlavə reaksiyalara girmə qabiliyyətini təmin edir.

Test üçün istinad materialı:

Dövri cədvəl

Həlledicilik cədvəli

Davamı. Başlanğıcda baxın № 15, 16/2004

Dərs 5. Hibridləşmə
karbon atom orbitalları

Kovalent kimyəvi bağ, aşağıdakı kimi ortaq əlaqə elektron cütlərindən istifadə edərək formalaşır:

Kimyəvi bağ yaratmaq, yəni. Yalnız qoşalaşmamış elektronlar başqa bir atomdan gələn “yad” elektronla ümumi elektron cütü yarada bilər. Elektron düsturlar yazarkən qoşalaşmamış elektronlar orbital hüceyrədə bir-bir yerləşdirilir.
Atom orbital atom nüvəsi ətrafındakı fəzanın hər bir nöqtəsində elektron buludunun sıxlığını təsvir edən funksiyadır.
Elektron buludu, bir elektronun yüksək ehtimalla aşkar oluna biləcəyi kosmos bölgəsidir. r Karbon atomunun elektron quruluşunu və bu elementin valentliyini uyğunlaşdırmaq üçün karbon atomunun həyəcanlanması anlayışlarından istifadə olunur. Normal (həyəcanlanmamış) vəziyyətdə karbon atomunda iki qoşalaşmamış 2 olur s 2 elektron. r Həyəcanlı vəziyyətdə (enerji udulmuş zaman) 2-dən biri

2 elektron sərbəst gedə bilər s 2 2s 2 2səh-orbital. Sonra karbon atomunda dörd qoşalaşmamış elektron görünür: s Və r Yada salaq ki, atomun elektron düsturunda (məsələn, karbon 6 C – 1 üçün). s 2) hərflərin qarşısındakı böyük rəqəmlər - 1, 2 - enerji səviyyəsinin sayını göstərir. Məktublar

elektron buludunun (orbitalın) formasını, hərflərin yuxarısındakı sağdakı rəqəmlər isə verilmiş orbitaldakı elektronların sayını göstərir. Hamısı s- sferik orbitallar: r 2-dən başqa ikinci enerji səviyyəsində r- üç orbital var 2 r-orbitallar. Bu 2 -orbitallar dumbbelllərə bənzəyən ellipsoidal formaya malikdir və kosmosda bir-birinə 90° bucaq altında yönəldilmişdir. 2, 2-Orbitallar 2 işarə edir p x p y və 2

p z s bu orbitalların yerləşdiyi oxlara uyğun olaraq. r Kimyəvi bağlar yarandıqda elektron orbitalları eyni formanı alır. Beləliklə, doymuş karbohidrogenlərdə bir -orbital və üç- dörd eyni (hibrid) meydana gətirən karbon atomunun orbitalları

sp -orbital və üç 3-orbitallar:
Bu - 3 - hibridləşmə. s Və r Hibridləşmə - atom orbitallarının düzülməsi (qarışması) (.

) adlanan yeni atom orbitallarının əmələ gəlməsi ilə -orbital və üç 3-hibrid orbitallar Hibrid orbitallar asimmetrik formaya malikdir, birləşdirilmiş atoma doğru uzanır. Elektron buludlar bir-birini itələyir və kosmosda bir-birindən mümkün qədər uzaqda yerləşirlər.
Bu vəziyyətdə dördün oxları
hibrid orbitallar tetraedrin təpələrinə (müntəzəm üçbucaqlı piramida) doğru yönəldildiyi ortaya çıxdı. Müvafiq olaraq, bu orbitallar arasındakı bucaqlar tetraedraldır, 109°28"-ə bərabərdir. -orbital və üç 3-orbitallarla üst-üstə düşür s-üç hidrogen atomunun orbitalları, üç bağ əmələ gətirir.

Ümumilikdə, bir karbon atomu üçün müxtəlif növ hibridləşmə ilə üç valentlik vəziyyəti mümkündür. İstisna -orbital və üç 3-hibridləşmə mövcuddur -orbital və üç 2 - və -orbital və üç-hibridləşmə.
-orbital və üç 2 -Bu -- birini qarışdırmaq s- və iki r-orbitallar. Nəticədə üç hibrid əmələ gəlir -orbital və üç 2 -orbitallar. -orbital və üç Bunlar 2-orbitallar eyni müstəvidə yerləşir (oxları ilə, X saat
r) və orbitalları arasında 120° bucağı olan üçbucağın təpələrinə yönəldilir. Hibridləşməmiş -orbital və üç-orbital üç hibridin müstəvisinə perpendikulyardır 2-orbitallar (ox boyunca yönəldilmiş). z r). Üst yarım
-orbitallar müstəvidən yuxarıda, aşağı yarısı təyyarənin altındadır. -orbital və üç Növ r 2-karbonlu hibridləşmə qoşa rabitəli birləşmələrdə baş verir: C=C, C=O, C=N. Üstəlik, iki atom arasındakı bağlardan yalnız biri (məsələn, C=C) - rabitəsi ola bilər. (Atomun digər əlaqə orbitalları əks istiqamətə yönəldilmişdir.) İkinci rabitə hibrid olmayanların üst-üstə düşməsi nəticəsində əmələ gəlir.

-atom nüvələrini birləşdirən xəttin hər iki tərəfindəki orbitallar. r Yanal üst-üstə düşmə nəticəsində yaranan kovalent bağ -qonşu karbon atomlarının orbitalları adlanır.

pi () - əlaqə Təhsil

-kommunikasiyalar
-orbital və üç-Bu - Daha az orbital üst-üstə düşdüyünə görə, -bağ -bağdan daha az güclüdür. – bu, birinin qarışmasıdır (forma və enerji baxımından uyğunlaşma). s-
r və bir -orbital və üç-orbitallar iki hibrid əmələ gətirir -orbital və üç-orbitallar.
r-Orbitallar eyni xətt üzərində yerləşir (180° bucaq altında) və karbon atomunun nüvəsindən əks istiqamətə yönəldilmişdir. iki
-orbitallar hibridləşməmiş qalır. Onlar qarşılıqlı perpendikulyar yerləşdirilir -orbital və üçəlaqələrin istiqamətləri. Şəkildə -orbitallar ox boyunca göstərilmişdir y
r, və hibridləşməmiş iki 2-orbitallar eyni müstəvidə yerləşir (oxları ilə Və 2-orbitallar (ox boyunca yönəldilmiş)..

-orbitallar – oxlar boyu
sp Karbon-karbon üçlü bağı CC üst-üstə düşmə nəticəsində yaranan -bağdan ibarətdir
-hibrid orbitallar və iki -bağlar.

Birləşdirilmiş qrupların sayı, hibridləşmə növü və əmələ gələn kimyəvi bağların növləri kimi karbon atomunun parametrləri arasındakı əlaqə 4-cü cədvəldə göstərilmişdir.

Cədvəl 4

Kovalent karbon bağları Qrupların sayı əlaqəli	karbonla Növ	hibridləşmə Növlər iştirak edir	kimyəvi bağlar
4	sp 3	Mürəkkəb formulların nümunələri
3	sp 2	Dörd - əlaqə Üç - əlaqələr və
2	sp	bir - əlaqə İki - əlaqə	və iki - əlaqə

H–CC–H.

1. Məşqlər

2. Atomların hansı elektronları (məsələn, karbon və ya azot) qoşalaşmamış elektronlar adlanır? Kovalent rabitəsi olan birləşmələrdə (məsələn, CH 4) "ortaq elektron cütləri" anlayışı nə deməkdir və ya )?

3. H 2 S Atomların hansı elektron halları (məsələn, C və ya N

4. Bir atomun elektron düsturunda rəqəmlər və hərflər nə deməkdir (məsələn, C Atomların hansı elektron halları (məsələn, C və ya )?

5. Atom orbital nədir? C atomunun ikinci enerji səviyyəsində neçə orbital var? və onlar necə fərqlənirlər?

6. Hibrid orbitallar əmələ gəldikləri orijinal orbitallardan nə ilə fərqlənir?

7. Karbon atomu üçün hansı hibridləşmə növləri məlumdur və onlar nədən ibarətdir?

8. Karbon atomunun elektron vəziyyətlərindən biri üçün orbitalların fəza düzülüşü şəklini çəkin.

9. Kimyəvi bağlar nə adlanır və nə?-Müəyyən edin-Və

10. əlaqələrdəki əlaqələr:

Aşağıdakı birləşmələrin karbon atomları üçün göstərin: a) hibridləşmə növü; b) onun kimyəvi bağlarının növləri; c) əlaqə bucaqları.

Mövzu 1 üçün tapşırıqların cavabları

1. Dərs 5 Orbitalda bir-bir yerləşmiş elektronlara deyilir qoşalaşmamış elektronlar

2. . Məsələn, həyəcanlanmış bir karbon atomunun elektron difraksiya düsturunda dörd cütləşməmiş elektron, azot atomunda isə üç var: Bir kimyəvi rabitənin yaranmasında iştirak edən iki elektron deyilir ortaq elektron cütü

3. . Tipik olaraq, kimyəvi bağ yaranmazdan əvvəl bu cütdəki elektronlardan biri bir atoma, digər elektron isə başqa bir atoma aid idi: s 2 , 2s 2 , 2səh 2 , 3s 2 , 3səh 2 , 4s 2 , 3Elektron orbitallarının doldurulma ardıcıllığının müşahidə olunduğu atomun elektron vəziyyəti: 1 2 , 4səh d 2 və s. adlanırəsas vəziyyət . IN

həyəcanlı vəziyyət

5. atomun valent elektronlarından biri daha yüksək enerjiyə malik sərbəst orbital tutur; belə bir keçid qoşalaşmış elektronların ayrılması ilə müşayiət olunur; Sxematik olaraq belə yazılmışdır: s, 2Əsas vəziyyətdə cəmi iki qoşalaşmamış valent elektron var idisə, həyəcanlı vəziyyətdə dörd belə elektron var., 2-Orbitallar 2 işarə edir, 2p y Atom orbital, müəyyən bir atomun nüvəsi ətrafındakı kosmosun hər bir nöqtəsində elektron buludunun sıxlığını təsvir edən bir funksiyadır. Karbon atomunun ikinci enerji səviyyəsində dörd orbital var - 2
p x s. Bu orbitallar fərqlənir: r a) elektron buludunun forması (
- top, r- dumbbell); b), -orbitallar ox boyunca göstərilmişdir Və 2-orbitallar (ox boyunca yönəldilmiş).-orbitallar fəzada müxtəlif istiqamətlərə malikdir - qarşılıqlı perpendikulyar oxlar boyunca Əsas vəziyyətdə cəmi iki qoşalaşmamış valent elektron var idisə, həyəcanlı vəziyyətdə dörd belə elektron var., -Orbitallar 2 işarə edir, p y.

6. x s, təyin olunurlar r Hibrid orbitallar formasına və enerjisinə görə orijinal (qeyri-hibrid) orbitallardan fərqlənir. Məsələn, sp-orbital - kürə forması;
- simmetrik rəqəm səkkiz, -hibrid orbital – asimmetrik rəqəm səkkiz.(s) < -hibrid orbital – asimmetrik rəqəm səkkiz.(-orbital və üç) < -hibrid orbital – asimmetrik rəqəm səkkiz.(r Enerji fərqləri: sp E s- ). səh-orbitallar.

7. Beləliklə, sp 3 , sp-orbital – orijinalı qarışdırmaqla əldə edilən, forma və enerji baxımından orta ölçülü orbital sp (Və).

9. -bağ - atomların mərkəzlərini birləşdirən xətt boyunca orbitalların üst-üstə düşməsi nəticəsində yaranan kovalent rabitə.
-bağ – yanal üst-üstə düşmə nəticəsində əmələ gələn kovalent bağ r-atomların mərkəzlərini birləşdirən xəttin hər iki tərəfindəki orbitallar.
-Bağlar bağlı atomlar arasında ikinci və üçüncü sətirlərlə göstərilir.