Kimyo · Kimyoviy bog‘lanish · 8-sinf

Kimyoviy bog‘lanish turlari

Nega osh tuzi qattiq kristall, suv suyuq, mis sim esa tok o‘tkazadi?

Vaziyat

Dasturxonda uch narsa: tuzdonda oq osh tuzi, stakanda suv va chiroq simining uchidagi mis tolalar. Tuz kristallari qattiq va mo‘rt, 801 °C dagina suyuqlanadi; suv xona haroratida suyuq, mis esa egiladi va tokni yaxshi o‘tkazadi. Uchalasi ham atomlardan tuzilgan — farq atomlarni bog‘lab turgan «yelim»da. Atomlar umumiy elektronlar uchun qanday «arqon tortishadi» va nega bir joyda kovalent, boshqa joyda ionli yoki metall bog‘ hosil bo‘ladi?

Mavzu

Kimyoviy bog‘lanish: kovalent, ionli, metall va vodorod bog‘. Osh tuzi, suv va mis sim: atomlar elektron jufti uchun «arqon tortishadi» — elektromanfiylik farqi bog‘ turini belgilaydi

Asosiy tushunchalar

Elektromanfiylik
Kovalent va ionli bog‘
Metall va vodorod bog‘

Formulalar

Δ χ = | χ_{A} - χ_{B} |

Elektromanfiylik farqi (Poling shkalasi): < 0,4 — qutbsiz kovalent, 0,4–1,7 — qutbli kovalent, > 1,7 — ionli (shartli chegara).

ionlik ulushi \approx 1 - e^{- Δ χ^{2} / 4}

Polingning taxminiy formulasi: Δχ = 1,7 da bog‘ taxminan 50 % ionli.

H \cdot + \cdot H ⟶ H : H

Kovalent bog‘: umumiy elektron jufti. H–H: 74 pm, uzish uchun 436 kJ/mol.

Na - e^{-} \overset{}{\to} Na^{+} Cl + e^{-} \overset{}{\to} Cl^{-}

Ionli bog‘: elektron o‘tadi, ionlar tortishadi.

NH_{3} + H^{+} \overset{}{\to} NH_{4}^{+}

Donor-akseptor bog‘: azotning bo‘linmagan jufti H⁺ ning bo‘sh orbitaliga beriladi.

Nazariya

Nisbiy elektromanfiylik (14-§)

Elektromanfiylik χ — atomning kimyoviy bog‘dagi umumiy elektronlarni o‘ziga tortish qobiliyati. Poling shkalasida eng kattasi — ftor (3,98), keyin O (3,44), N va Cl (3,04 va 3,16); eng kichiklari — ishqoriy metallar (Na 0,93, K 0,82). Davr bo‘ylab chapdan o‘ngga χ ortadi (yadro zaryadi ortadi, radius kichrayadi), guruhda pastga kamayadi. Bog‘ turini elektromanfiylik farqi Δχ belgilaydi: umumiy juft kuchliroq tortgan atom tomonga siljiydi, u yerda qisman manfiy zaryad δ⁻, ikkinchi atomda δ⁺ paydo bo‘ladi. Chegaralar shartli: 1,7 — Poling formulasi bo‘yicha bog‘ 50 % ionli bo‘ladigan farq.

Kovalent bog‘ (15-§)

Kovalent bog‘ — ikki atom orasidagi umumiy elektron jufti. Atomlar yaqinlashganda elektron bulutlari qoplanadi, energiya kamayadi; eng kichik energiyadagi masofa — bog‘ uzunligi (H₂: 74 pm), bog‘ni uzish uchun kerak energiya — bog‘ energiyasi (436 kJ/mol; egri chiziq chuqurligi — 458 kJ/mol, molekula eng past holatda ham tebrangani uchun bog‘ energiyasi biroz kichik). Bir xil atomlar orasida bog‘ qutbsiz (H₂, Cl₂, N₂), har xil atomlar orasida — qutbli (HCl, H₂O): molekula dipol bo‘ladi (H₂O 1,85 D). Juftlar soni — bog‘ karraligi: N≡N uchlamchi, juda mustahkam (945 kJ/mol). Donor-akseptor mexanizmi: bir atom tayyor juftini beradi (NH₃ — donor), ikkinchisi bo‘sh orbital beradi (H⁺ — akseptor); hosil bo‘lgan NH₄⁺ da to‘rttala N–H bog‘ bir xil.

Ionli bog‘ (16-§)

Δχ katta bo‘lsa elektron butunlay o‘tadi: natriy 3s elektronini beradi (ionlanish energiyasi 496 kJ/mol) va Ne konfiguratsiyali kation Na⁺ bo‘ladi, xlor uni qabul qilib (349 kJ/mol energiya ajraladi) Ar konfiguratsiyali anion Cl⁻ ga aylanadi. Qarama-qarshi ionlar elektrostatik tortishadi — bu ionli bog‘. Ionli moddada molekula yo‘q: NaCl kristallida har Na⁺ ni 6 ta Cl⁻ o‘rab turadi va aksincha, Na–Cl masofasi 282 pm, kubik yacheyka qirrasi 564 pm. Kristall panjara hosil bo‘lishida 787 kJ/mol ajraladi — shuning uchun ionli moddalar qattiq va qiyin suyuqlanadi (NaCl 801 °C), suyuqlanmasi va eritmasi tok o‘tkazadi.

Kristall panjaralar (17-§)

Panjara tugunlarida nima turganiga qarab: ionli (NaCl, KCl — ionlar, ionli bog‘: qattiq, mo‘rt, qiyin suyuqlanadi), atomli (olmos, kremniy, kvars — atomlar kovalent bog‘lar to‘ri: juda qattiq, juda qiyin suyuqlanadi), molekulyar (yod, oltingugurt, muz, CO₂ — molekulalar kuchsiz molekulalararo kuchlar bilan: yumshoq, oson suyuqlanadi yoki sublimatlanadi; yod 114 °C), metall (Cu, Fe — ionlar va erkin elektronlar: plastik, tok o‘tkazadi). 2-laboratoriya ishida KCl, oltingugurt va yod panjaralari modellari yasaladi; panjaralar geometriyasi batafsil fizika bo‘limidagi «Kristall panjaralar» tajribasida.

Metall va vodorod bog‘

Metall bog‘: metall atomlari tashqi elektronlarini osongina umumlashtiradi — panjarada musbat ionlar, ular orasida esa butun kristallga tegishli erkin elektronlar («elektron gaz») harakatlanadi. Kuchlanish berilsa elektronlar bir tomonga siljiydi — tok; qatlamlar bog‘ uzilmasdan siljiy oladi — metall egiladi, cho‘ziladi; erkin elektronlar yorug‘likni qaytaradi — yaltiroqlik. Vodorod bog‘: kuchli elektromanfiy atomga (F, O, N) birikkan vodorod qo‘shni molekuladagi shunday atomning bo‘linmagan jufti bilan qo‘shimcha tortishadi (suvda ≈ 21 kJ/mol — kovalent bog‘dan 20 marta kuchsiz). Shuning uchun suv 100 °C da qaynaydi, H₂S esa −60 °C da; vodorod bog‘ bo‘lmaganida suv taxminan −80 °C atrofida qaynagan bo‘lardi (H₂Te, H₂Se, H₂S qatoridan ekstrapolyatsiya). Muz panjarasi g‘ovak — muz suvdan yengil.

Gibridlanish va Gillespi nazariyasi (Univ.)

Valent bog‘lar nazariyasi: kovalent bog‘ atom orbitallarining qoplanishi; σ-bog‘ — o‘q bo‘ylab, π-bog‘ — yonma-yon (p-orbitallar). Bog‘ hosil qilishda markaziy atomning s, p (va d) orbitallari aralashib, bir xil gibrid orbitallar beradi: sp (180°, BeCl₂, C₂H₂), sp² (120°, BF₃, C₂H₄), sp³ (109,5°, CH₄), sp³d (uchburchakli bipiramida, PCl₅), sp³d² (oktaedr, SF₆). Gillespi (VSEPR) nazariyasi: markaziy atom atrofidagi elektron juftlar (AXₙEₘ) bir-biridan iloji boricha uzoqlashadi; bo‘linmagan juftlar ko‘proq joy egallaydi, shuning uchun burchak NH₃ da 106,7°, H₂O da 104,5°. Bog‘ karraligi ortsa uzunlik kamayadi, energiya ortadi: C–C 154 pm / 348 kJ/mol, C=C 134 / 614, C≡C 120 / 839. Model haqida: atom va ion o‘lchamlari sxematik (kristallarda sharlar kichraytirilgan), elektron bulut va «arqon» — tasvir; H₂ molekulasining tebranishi juda sekinlashtirilgan (haqiqiy davri ≈ 8 fs); qiymatlar — CRC, NIST va darslik jadvallaridagi o‘rtacha qiymatlar.

Bilasizmi?

Laynus Poling elektromanfiylik shkalasini 1932-yilda taklif qilgan; «kimyoviy bog‘ tabiatini o‘rgangani uchun» 1954-yilda kimyo bo‘yicha Nobel mukofotini olgan.
Muz suvdan yengil (zichligi ≈ 0,92 g/sm³): vodorod bog‘lar molekulalarni ochiq, g‘ovak panjarada ushlab turadi. Shuning uchun ko‘l va hovuzlar ustidan muzlaydi, tagida esa suv qoladi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Molekula: orbitallar, simmetriya — 1-kurs