Uglerod atomlari o'rtasida qanday bog'lanishlar bo'lishi mumkin. Atomlar orasidagi bog'lanish turlari, uglerodning valentlik holatlari va organik reaksiyalar mexanizmi haqida tushunchalar.
Davomi. Boshlanish uchun qarang № 15, 16/2004
5-dars
uglerodning atom orbitallari
Kovalent kimyoviy bog'lanish quyidagi turdagi umumiy bog'lanish elektron juftlari yordamida hosil bo'ladi:
Kimyoviy bog'lanish hosil qiling, ya'ni. faqat juftlashtirilmagan elektronlar boshqa atomdan "begona" elektron bilan umumiy elektron juftini yaratishi mumkin. Elektron formulalarni yozishda juftlashtirilmagan elektronlar orbital hujayrada birin-ketin joylashadi.
atom orbitali atom yadrosi atrofidagi fazoning har bir nuqtasida elektron bulutining zichligini tavsiflovchi funksiya. Elektron buluti - bu katta ehtimollik bilan elektronni topish mumkin bo'lgan fazo hududi.
Uglerod atomining elektron tuzilishini va bu elementning valentligini uyg'unlashtirish uchun uglerod atomini qo'zg'atish tushunchalari qo'llaniladi. Oddiy (qo'zg'atmagan) holatda uglerod atomida ikkita juftlashtirilmagan 2 mavjud R 2 elektron. Hayajonlangan holatda (energiya so'rilganda) 2 dan biri s 2-elektron erkin o'tishi mumkin R-orbital. Keyin uglerod atomida to'rtta juftlashtirilmagan elektron paydo bo'ladi:
Eslatib o'tamiz, atomning elektron formulasida (masalan, uglerod 6 C - 1 uchun s 2 2s 2 2p 2) harflar oldidagi katta raqamlar - 1, 2 - energiya darajasining sonini ko'rsatadi. Xatlar s va R elektron bulutining (orbitallarning) shaklini ko'rsatadi va harflar ustidagi o'ngdagi raqamlar ma'lum bir orbitaldagi elektronlar sonini ko'rsatadi. Hamma s- sharsimon orbitallar:
2 dan tashqari ikkinchi energiya darajasida s-uchta orbital bor 2 R-orbitallar. Bular 2 R-orbitallar dumbbelllarga o'xshash ellipsoid shaklga ega va fazoda bir-biriga 90 ° burchak ostida yo'naltirilgan. 2 R-Orbitallar 2 ni bildiradi p x, 2r y va 2 pz bu orbitallar joylashgan o'qlarga ko'ra.
Kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lganda, elektron orbitallar bir xil shaklga ega bo'ladi. Shunday qilib, to'yingan uglevodorodlarda bitta s-orbital va uchta R- to'rtta bir xil (gibrid) hosil qiluvchi uglerod atomining orbitallari sp 3-orbitallar:
Bu - sp 3 - duragaylash.
Gibridlanish- atom orbitallarini tekislash (aralashtirish) ( s va R) yangi atom orbitallarini hosil qilish bilan, deyiladi gibrid orbitallar.
Gibrid orbitallar biriktirilgan atom tomon cho'zilgan assimetrik shaklga ega. Elektron bulutlar bir-birini qaytaradi va kosmosda bir-biridan imkon qadar uzoqda joylashgan. Shu bilan birga, to'rtta o'qlari sp 3-gibrid orbitallar tetraedr cho'qqilariga (muntazam uchburchak piramida) yo'naltirilgan bo'lib chiqadi.
Shunga ko'ra, bu orbitallar orasidagi burchaklar tetraedral bo'lib, 109 ° 28" ga teng.
Elektron orbitallarning tepalari boshqa atomlarning orbitallari bilan ustma-ust tushishi mumkin. Agar elektron bulutlar atomlarning markazlarini bog'laydigan chiziq bo'ylab bir-birining ustiga tushsa, bunday kovalent bog'lanish deyiladi. sigma()-bog'. Masalan, C 2 H 6 etan molekulasida ikkita gibrid orbitalning ustma-ust tushishi natijasida ikki uglerod atomi o‘rtasida kimyoviy bog‘ hosil bo‘ladi. Bu aloqa. Bundan tashqari, uglerod atomlarining har biri uchtasi bilan sp 3-orbitallar bilan ustma-ust tushadi s-uchta vodorod atomining orbitallari, uchta -bog'lar hosil qiladi.
Hammasi bo'lib, uglerod atomi uchun har xil turdagi gibridlanishga ega bo'lgan uchta valentlik holati mumkin. Bundan tashqari sp 3-gibridlanish mavjud sp 2 - va sp- gibridlanish.
sp 2 -Gibridlanish- birini aralashtirish s- va ikkita R-orbitallar. Natijada, uchta gibrid sp 2 - orbitallar. Bular sp 2 -orbitallar bir tekislikda joylashgan (o'qlar bilan X, da) va orbitallari orasidagi burchak 120° boʻlgan uchburchakning uchlariga yoʻnaltirilgan. gibridlanmagan
R-orbital uch gibrid tekisligiga perpendikulyar sp 2 orbital (eksa bo'ylab yo'naltirilgan z). Yuqori yarmi R-orbitallar tekislik ustida, pastki yarmi tekislik ostida joylashgan.
turi sp Uglerodning 2-gibridlanishi qoʻsh bogʻli birikmalarda sodir boʻladi: C=C, C=O, C=N. Bundan tashqari, ikkita atom orasidagi bog'lanishlardan faqat bittasi (masalan, C=C) bog' bo'lishi mumkin. (Atomning boshqa bog'lovchi orbitallari qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan.) Ikkinchi bog'lanish gibrid bo'lmaganlarning bir-biriga yopishishi natijasida hosil bo'ladi. R-atomlar yadrolarini tutashtiruvchi chiziqning ikki tomonidagi orbitallar.
Kovalent bog'lanish lateral qoplama natijasida hosil bo'ladi R-qo'shni uglerod atomlarining orbitallari deyiladi pi()-bog’.
Ta'lim
|
Orbitallarning bir-birining ustiga tushishi kamroq bo'lganligi sababli, -bog' -bog'ga qaraganda kamroq kuchli.
sp-Gibridlanish birining aralashishi (shakl va energiya bo'yicha hizalanish). s- va bitta
R-ikki gibrid hosil bo'lgan orbitallar sp-orbitallar. sp- Orbitallar bir xil chiziqda (180 ° burchak ostida) joylashgan va uglerod atomining yadrosidan qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan. Ikki
R-orbitallar gibridlanmagan holda qoladi. Ular bir-biriga perpendikulyar joylashtiriladi.
yo'nalishlar - ulanishlar. Rasmda sp-orbitallar o'q bo'ylab ko'rsatilgan y, va gibridlanmagan ikkita
R-orbitallar - o'qlar bo'ylab X va z.
CC uch karrali uglerod-uglerod aloqasi bir-birining ustiga chiqqanda paydo bo'ladigan -bog'dan iborat
sp-gibrid orbitallar va ikkita -bog'lar.
Uglerod atomining biriktirilgan guruhlar soni, gibridlanish turi va hosil bo'lgan kimyoviy bog'lanish turlari kabi parametrlari o'rtasidagi bog'liqlik 4-jadvalda ko'rsatilgan.
4-jadval
Uglerodning kovalent aloqalari
| Guruhlar soni bog'liq uglerod bilan |
turi gibridlanish |
Turlari ishtirok etish kimyoviy bog'lanishlar |
Murakkab formulalarga misollar |
|---|---|---|---|
| 4 | sp 3 | To'rt - ulanishlar | |
| 3 | sp 2 | Uch - ulanishlar va biri ulanish |
|
| 2 | sp | Ikki - ulanish va ikkita ulanish |
H-CC-H |
Mashqlar.
1. Atomlarning qanday elektronlari (masalan, uglerod yoki azot) juftlashtirilmagan deb ataladi?
2. Kovalent bog'lanishga ega bo'lgan birikmalarda "umumiy elektron juftlari" tushunchasi nimani anglatadi (masalan, CH 4 yoki H 2 S )?
3. Atomlarning elektron holatlari qanday (masalan, C yoki N ) asosiy deyiladi va qaysi biri hayajonlanadi?
4. Atomning elektron formulasidagi raqamlar va harflar nimani anglatadi (masalan, C yoki N )?
5. Atom orbitali nima? C atomining ikkinchi energiya darajasida nechta orbital bor va ular qanday farq qiladi?
6. Gibrid orbitallar va ular hosil bo'lgan dastlabki orbitallar o'rtasidagi farq nima?
7. Uglerod atomi uchun gibridlanishning qanday turlari ma'lum va ular nima?
8. Uglerod atomining elektron holatlaridan biri uchun orbitallarning fazoviy joylashuvi rasmini chizing.
9. Kimyoviy bog'lanishlar qanday nomlanadi va nima? Belgilang-va-ulanishlardagi ulanishlar:
10. Quyidagi birikmalarning uglerod atomlari uchun quyidagilarni ko'rsating: a) duragaylanish turi; b) uning kimyoviy bog'lanish turlari; c) bog'lanish burchaklari.
1-mavzu uchun mashqlarga javoblar
5-dars
1. Har bir orbitalda bitta bo'lgan elektronlar deyiladi juftlanmagan elektronlar. Masalan, qo'zg'atilgan uglerod atomining elektron diffraktsiya formulasida to'rtta juftlashtirilmagan elektron mavjud va azot atomida uchta:
2. Bitta kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishida ishtirok etadigan ikkita elektron deyiladi umumiy elektron juftligi. Odatda, kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishidan oldin, bu juft elektronlardan biri bitta atomga, ikkinchi elektron esa boshqa atomga tegishli edi:
3. Elektron orbitallarni to'ldirish tartibi kuzatiladigan atomning elektron holati: 1 s 2 , 2s 2 , 2p 2 , 3s 2 , 3p 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4p 2 va boshqalar deb ataladi asosiy davlat. DA hayajonlangan holat atomning valent elektronlaridan biri yuqori energiyaga ega bo'lgan erkin orbitalni egallaydi, bunday o'tish juftlashgan elektronlarning ajralishi bilan birga keladi. Sxematik tarzda u quyidagicha yozilgan:
Agar asosiy holatda ikkita valentlik juftlanmagan elektron mavjud bo'lsa, qo'zg'atilgan holatda to'rtta shunday elektron mavjud.
5.
Atom orbitali - ma'lum atom yadrosi atrofidagi fazoning har bir nuqtasida elektron bulutining zichligini tavsiflovchi funktsiya. Uglerod atomining ikkinchi energiya darajasida to'rtta orbital mavjud - 2 s, 2p x, 2r y,
2pz. Bu orbitallar:
a) elektron bulutning shakli ( s- to'p, R- gantel);
b) R-orbitallar fazoda turli orientatsiyaga ega - o'zaro perpendikulyar o'qlar bo'ylab x, y va z, ular belgilanadi p x, r y,
pz.
6.
Gibrid orbitallar shakli va energiyasi bilan asl (gibrid bo'lmagan) orbitallardan farq qiladi. Masalan, s-orbital - sharning shakli; R- simmetrik sakkiz raqam, sp-gibrid orbital - assimetrik sakkiz raqam.
Energiya farqlari: E(s) < E(sp) < E(R). Shunday qilib, sp-orbital - boshlang'ichni aralashtirish natijasida olingan shakli va energiyasi bo'yicha o'rtacha orbital s-
va p-orbitallar.
7. Uglerod atomi uchun gibridlanishning uch turi ma'lum: sp 3 , sp 2 va sp (5-dars matniga qarang).
9.
-bog' - atomlar markazlarini tutashtiruvchi chiziq bo'ylab orbitallarning frontal qoplanishi natijasida hosil bo'lgan kovalent bog'.
-bog' - lateral qoplanish natijasida hosil bo'lgan kovalent bog'lanish R-atomlar markazlarini tutashtiruvchi chiziqning ikki tomonidagi orbitallar.
- Bog'lanishlar bog'langan atomlar orasidagi ikkinchi va uchinchi chiziqlar bilan ko'rsatilgan.
Asosiy holatda uglerod atomi C (1s 2 2s 2 2p 2) ikkita juftlashtirilmagan elektronga ega, buning natijasida faqat ikkita umumiy elektron juft hosil bo'lishi mumkin. Biroq, uning ko'pgina birikmalarida uglerod tetravalentdir. Buning sababi shundaki, uglerod atomi oz miqdordagi energiyani o'zlashtirib, 4 ta juftlashtirilmagan elektronga ega bo'lgan qo'zg'aluvchan holatga o'tadi, ya'ni. shakllantirishga qodir to'rtta kovalent bog'lanish va to'rtta umumiy elektron juftlik hosil bo'lishida ishtirok etadi:
6 C 1s 2 2s 2 2p 2 6 C * 1s 2 2s 1 2p 3.
| ↓ | ||||||||||||
| 1 | ↓ | p | ↓ | p | ||||||||
| s | s | |||||||||||
Qo'zg'alish energiyasi energiya chiqishi bilan sodir bo'ladigan kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishi bilan qoplanadi.
Uglerod atomlari elektron orbitallarning uch xil gibridlanishini hosil qilish qobiliyatiga ega ( sp 3, sp 2, sp) va o'zaro bir nechta (ikki va uch) bog'lanishning shakllanishi (2.2-jadval).
2.2-jadval
Gibridlanish turlari va molekulalarning geometriyasi
Oddiy (yagona) s-bog' qachon sodir bo'ladi sp 3-gibridlanish, bunda barcha to'rt gibrid orbital ekvivalent bo'lib, bir-biriga 109 ° 29 ' burchak ostida fazoviy yo'nalishga ega va muntazam tetraedrning uchlariga yo'naltirilgan (2.8-rasm).
Guruch. 2.8. Metan CH 4 molekulasining hosil bo'lishi
Agar uglerodning gibrid orbitallari sferik bilan ustma-ust tushsa s-vodorod atomining orbitallari, keyin eng oddiy organik birikma metan CH 4 hosil bo'ladi - to'yingan uglevodorod.
Uglerod atomlarining bir-biri bilan va boshqa elementlarning atomlari bilan bog'lanishini o'rganish katta qiziqish uyg'otadi. Etan, etilen va asetilen molekulalarining tuzilishini ko'rib chiqing.
Etan molekulasidagi barcha bog'lar orasidagi burchaklar deyarli bir-biriga teng (2.9-rasm) va metan molekulasidagi C - H burchaklaridan farq qilmaydi.
Shuning uchun uglerod atomlari holatda bo'ladi sp 3- gibridlanish.
Guruch. 2.9. Etan molekulasi C 2 H 6
Uglerod atomlarining elektron orbitallarining gibridlanishi to'liq bo'lmasligi mumkin, ya'ni. ikkitasini o'z ichiga olishi mumkin sp 2-gibridlanish) yoki bitta ( sp-gibridlanish) uchtadan iborat R-orbitallar. Bunday holda, uglerod atomlari o'rtasida hosil bo'ladi bir nechta obligatsiyalar (ikki yoki uch barobar). Ko'p bog'langan uglevodorodlar to'yinmagan yoki to'yinmagan deb ataladi. Qachonki qo'sh bog'lanish (C=C) hosil bo'ladi sp 2- gibridlanish.
Bunday holda, uglerod atomlarining har biri uchtadan biriga ega R-orbitallar duragaylanishda ishtirok etmaydi, natijada uchtasi hosil bo'ladi sp 2- bir tekislikda bir-biriga 120 ° burchak ostida joylashgan gibrid orbitallar va gibrid bo'lmagan 2 R-orbital bu tekislikka perpendikulyar. Ikki uglerod atomi bir-biriga bog'langan bo'lib, gibrid orbitallarning bir-birining ustiga chiqishi tufayli bitta s-bog' va bir-birining ustiga chiqishi tufayli bitta p-bog' hosil qiladi. R-orbitallar.
Uglerodning erkin gibrid orbitallarining 1 bilan oʻzaro taʼsiri s-vodorod atomlarining orbitallari etilen molekulasi C 2 H 4 (2.10-rasm) hosil bo'lishiga olib keladi - to'yinmagan uglevodorodlarning eng oddiy vakili.
Guruch. 2.10. Etilen molekulasining C 2 H 4 hosil bo'lishi
P-bog' bo'lgan taqdirda elektron orbitallarning bir-birining ustiga chiqishi kamroq bo'ladi va elektron zichligi oshgan zonalar atomlar yadrolaridan uzoqroqda joylashganligi sababli, bu bog'lanish s-bog'dan kamroq kuchliroqdir.
Uch bog'lanish bitta s-bog' va ikkita p-bog'dan hosil bo'ladi. Bunday holda, elektron orbitallar sp-gibridlanish holatida bo'lib, ularning shakllanishi bitta tufayli sodir bo'ladi. s- va bitta R-orbitallar (2.11-rasm).
Ikki gibrid orbital bir-biriga nisbatan 180 ° burchak ostida joylashgan, qolgan ikkita gibrid bo'lmagan. R-orbitallar ikkita o'zaro perpendikulyar tekislikda joylashgan. C 2 H 2 asetilen molekulasida uch tomonlama bog'lanish hosil bo'ladi (2.11-rasmga qarang).
Guruch. 2.11. Asetilen molekulasining C 2 H 2 hosil bo'lishi
Aromatik uglevodorodlarning eng oddiy vakili bo'lgan benzol molekulasi (C 6 H 6) hosil bo'lganda maxsus turdagi bog'lanish paydo bo'ladi.
Benzol bir siklda (benzol halqasi) bir-biriga bog'langan oltita uglerod atomini o'z ichiga oladi, har bir uglerod atomi esa sp 2 gibridlanish holatidadir (2.12-rasm).
Guruch. 2.12. sp 2 - benzol molekulasining orbitallari C 6 H 6
Benzol molekulasiga kiruvchi barcha uglerod atomlari bir tekislikda joylashgan. Sp 2 gibridlanish holatidagi har bir uglerod atomi juftlashtirilmagan elektronga ega bo'lgan boshqa gibrid bo'lmagan p-orbitalga ega bo'lib, u p-bog' hosil qiladi (2.13-rasm).
Bu kabi eksa R-orbital benzol molekulasi tekisligiga perpendikulyar joylashgan.
Barcha oltita gibrid bo'lmagan R-orbitallar umumiy bog'lovchi molekulyar p-orbitalni hosil qiladi va barcha olti elektron p-elektron seksetiga birlashadi.
Bunday orbitalning chegara yuzasi uglerod s-skelet tekisligidan yuqorida va pastda joylashgan. Dumaloq bir-birining ustiga chiqishi natijasida tsiklning barcha uglerod atomlarini qoplaydigan yagona delokalizatsiyalangan p-tizimi paydo bo'ladi (2.13-rasm).
Benzol sxematik ravishda ichkarida halqali olti burchak shaklida tasvirlangan, bu elektronlarning delokalizatsiyasi va tegishli bog'lanishlar mavjudligini ko'rsatadi.
Guruch. 2.13. -benzol molekulasidagi C 6 H 6 bog'lari
Ion kimyoviy bog'lanish
Ion aloqasi- qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning o'zaro elektrostatik tortishishi natijasida hosil bo'lgan kimyoviy bog'lanish, bunda barqaror holatga umumiy elektron zichligi ko'proq elektron manfiy element atomiga to'liq o'tish orqali erishiladi.
Sof ionli bog'lanish kovalent bog'lanishning cheklovchi holatidir.
Amalda, elektronlarning bir atomdan boshqa atomga bog' orqali to'liq o'tishi amalga oshirilmaydi, chunki har bir element katta yoki kichik (lekin nol emas) EOga ega va har qanday kimyoviy bog'lanish ma'lum darajada kovalent bo'ladi.
Bunday bog'lanish atomlarning ER darajasida, masalan, kationlar o'rtasida katta farq bo'lganda paydo bo'ladi. s-davriy sistemaning birinchi va ikkinchi guruhidagi metallar va VIA va VIIA guruhdagi nometallarning anionlari (LiF, NaCl, CsF va boshqalar).
Kovalent bog'lanishdan farqli o'laroq, ionli bog'lanishning yo'nalishi yo'q . Bu ionning elektr maydoni sferik simmetriyaga ega ekanligi bilan izohlanadi, ya'ni. har qanday yo'nalishda bir xil qonunga muvofiq masofa bilan kamayadi. Shuning uchun ionlar orasidagi o'zaro ta'sir yo'nalishga bog'liq emas.
Qarama-qarshi belgili ikkita ionning o'zaro ta'siri ularning kuch maydonlarining to'liq o'zaro kompensatsiyasiga olib kelmaydi. Shu sababli, ular boshqa yo'nalishlarda qarama-qarshi belgining ionlarini jalb qilish qobiliyatini saqlab qoladilar. Shuning uchun, kovalent bog'lanishdan farqli o'laroq, ionli bog'lanish ham to'yinmaganligi bilan ajralib turadi .
Ion bog'lanishning yo'nalishi va to'yinganligi yo'qligi ion molekulalarining bog'lanish tendentsiyasini keltirib chiqaradi. Qattiq holatdagi barcha ionli birikmalar ionli kristall panjaraga ega bo'lib, unda har bir ion bir nechta qarama-qarshi belgili ionlar bilan o'ralgan. Bunday holda, berilgan ionning qo'shni ionlar bilan barcha aloqalari ekvivalentdir.
metall aloqa
Metalllar bir qator maxsus xususiyatlar bilan ajralib turadi: elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi, xarakterli metall yorqinligi, egiluvchanligi, yuqori egiluvchanligi va yuqori mustahkamligi. Metalllarning bu o'ziga xos xususiyatlarini kimyoviy bog'lanishning maxsus turi bilan izohlash mumkin metall .
Metall bog'lanish - bu metallning kristall panjarasida bir-biriga yaqinlashib kelayotgan atomlarning bir-biriga yopishgan delokalizatsiyalangan orbitallari natijasidir.
Ko'pgina metallarda sezilarli miqdordagi bo'sh orbitallar va tashqi elektron sathida oz sonli elektronlar mavjud.
Shuning uchun elektronlarning lokalizatsiya qilinmagani, balki butun metall atomiga tegishli bo'lishi energiya jihatidan qulayroqdir. Metallning panjara joylarida metall bo'ylab tarqalgan elektron "gaz" ga botgan musbat zaryadlangan ionlar mavjud:
Men ↔ Men n + + n.
Musbat zaryadlangan metall ionlari (Me n +) va lokalizatsiyalanmagan elektronlar (n) o'rtasida moddaning barqarorligini ta'minlaydigan elektrostatik o'zaro ta'sir mavjud. Ushbu o'zaro ta'sirning energiyasi kovalent va molekulyar kristallarning energiyalari o'rtasida oraliqdir. Shuning uchun, sof metall bog'langan elementlar ( s-, va p-elementlar) nisbatan yuqori erish nuqtalari va qattiqligi bilan ajralib turadi.
Kristalning hajmi bo'ylab erkin harakatlana oladigan va metallning o'ziga xos xususiyatlarini ta'minlaydigan elektronlarning mavjudligi
vodorod aloqasi
vodorod aloqasi – molekulalararo o'zaro ta'sirning maxsus turi. Elektromanfiylik qiymati yuqori bo'lgan element atomiga kovalent bog'langan vodorod atomlari (ko'pincha F, O, N, shuningdek, Cl, S va C) nisbatan yuqori samarali zaryadga ega. Natijada, bunday vodorod atomlari ushbu elementlarning atomlari bilan elektrostatik ta'sir o'tkazishi mumkin.
Shunday qilib, bitta suv molekulasining H d + atomi yo'naltirilgan va shunga mos ravishda (uch nuqtada ko'rsatilgandek) O d atomi - boshqa suv molekulasi bilan o'zaro ta'sir qiladi:
Elektromanfiy elementlarning ikkita atomi orasida joylashgan H atomi tomonidan hosil bo'lgan bog'lanishlar vodorod bog'lari deyiladi:
d- d+ d-
A − H × × × B
Vodorod aloqasining energiyasi oddiy kovalent bog'lanish energiyasidan (150-400 kJ / mol) ancha past, ammo bu energiya mos keladigan birikmalar molekulalarining suyuq holatda to'planishi uchun etarli, masalan, suyuq vodorod ftorid HF (2.14-rasm). Ftorli birikmalar uchun u taxminan 40 kJ/mol ga etadi.
Guruch. 2.14. Vodorod aloqalari tufayli HF molekulalarining agregatsiyasi
Vodorod bog'ining uzunligi ham kovalent bog'ning uzunligidan kichikdir. Demak, polimerda (HF) n, F−H bog’lanish uzunligi 0,092 nm, F∙∙∙H bog’lanish esa 0,14 nm. Suv uchun O−H bogʻlanish uzunligi 0,096 nm, O∙∙∙H bogʻlanish uzunligi esa 0,177 nm.
Molekulyar vodorod aloqalarining shakllanishi moddalarning xususiyatlarining sezilarli o'zgarishiga olib keladi: yopishqoqlik, dielektrik o'tkazuvchanlik, qaynash va erish nuqtalarining oshishi.
Shunga o'xshash ma'lumotlar.
Aksariyat organik birikmalar molekulyar tuzilishga ega. Molekulyar turdagi tuzilishga ega bo'lgan moddalardagi atomlar har doim bir-biri bilan faqat kovalent bog'lanish hosil qiladi, bu organik birikmalarda ham kuzatiladi. Eslatib o'tamiz, kovalent bog'lanish atomlar o'rtasidagi bunday bog'lanish turi bo'lib, u atomlar olijanob gazning elektron konfiguratsiyasiga ega bo'lish uchun tashqi elektronlarining bir qismini ijtimoiylashtirishi tufayli amalga oshiriladi.
Ijtimoiylashgan elektron juftlar soniga ko'ra, organik moddalardagi kovalent bog'lanishlar bitta, ikki va uchlikka bo'linishi mumkin. Ushbu turdagi ulanishlar grafik formulada mos ravishda bir, ikki yoki uchta qatorda ko'rsatilgan:
Bog'lanishning ko'pligi uning uzunligining qisqarishiga olib keladi, shuning uchun bitta C-C bog'ning uzunligi 0,154 nm, qo'sh C=C bog'i - 0,134 nm, uchta C≡C bog'i - 0,120 nm.
Orbitallarning bir-birining ustiga chiqishiga ko'ra bog'lanish turlari
Ma'lumki, orbitallar har xil shaklga ega bo'lishi mumkin, masalan, s-orbitallar sharsimon, p-gantel shaklida. Shu sababli, bog'lanishlar elektron orbitallarning bir-birining ustiga chiqishi bilan ham farq qilishi mumkin:
t-bog'lar - orbitallarning bir-birining ustiga tushishi natijasida hosil bo'ladi, shunda ularning yopishgan hududi yadrolarni tutashtiruvchi chiziq bilan kesishadi. t-obligatsiyalarga misollar:
p-bog'lar - orbitallar bir-birining ustiga chiqqanda, ikki sohada - atomlar yadrolarini bog'laydigan chiziq ustida va pastda hosil bo'ladi. p obligatsiyalariga misollar:
Molekulada p- va t-bog'lar borligini qanday bilish mumkin?
Bog'lanishning kovalent turi bilan har qanday ikkita atom o'rtasida har doim t-bog' mavjud va u faqat ko'p (ikki, uch) bog'lanish holatida p-bog'ga ega bo'ladi. Bunda:
- Yagona bog'lanish - har doim t-bog'
- Qo'sh bog' har doim bitta t- va bitta p-bog'lardan iborat
- Uchlik bog'lanish har doim bir th va ikkita p bog'lardan hosil bo'ladi.
Keling, propinoik kislota molekulasidagi ushbu turdagi bog'lanishlarni ko'rsatamiz:
Uglerod atomi orbitallarining gibridlanishi
Orbital gibridlanish - bu dastlab har xil shakl va energiyaga ega bo'lgan orbitallarning aralashib, buning evaziga shakli va energiyasiga teng bo'lgan bir xil miqdordagi gibrid orbitallarni hosil qilish jarayonidir.
Masalan, birini aralashtirishda s- va uchta p- to'rtta orbital hosil bo'ladi sp 3-gibrid orbitallar:
Uglerod atomlari holatida gibridlanish doimo ishtirok etadi s- orbital va raqam p-gibridlanishda ishtirok eta oladigan orbitallar birdan uchgacha farq qiladi p- orbitallar.
Organik molekulada uglerod atomining gibridlanish turi qanday aniqlanadi?
Uglerod atomi qancha boshqa atomlar bilan bog'langanligiga qarab, u yoki holatda bo'ladi sp 3, yoki davlatda sp 2, yoki davlatda sp- gibridizatsiya:
Quyidagi organik molekula misolida uglerod atomlarining gibridlanish turini aniqlashni mashq qilaylik:
Birinchi uglerod atomi boshqa ikkita atom (1H va 1C) bilan bog'langan, shuning uchun u holatda bo'ladi. sp- gibridlanish.
- Ikkinchi uglerod atomi ikkita atomga bog'langan - sp- gibridlanish
- Uchinchi uglerod atomi to'rtta boshqa atomga (ikkita C va ikkita H) bog'langan - sp 3- gibridlanish
- To'rtinchi uglerod atomi uchta boshqa atomga (2O va 1C) bog'langan - sp 2- gibridlanish.
Radikal. Funktsional guruh
"Radikal" atamasi ko'pincha bitta vodorod atomi bo'lmagan har qanday uglevodorod molekulasining qoldig'i bo'lgan uglevodorod radikalini anglatadi.
Uglevodorod radikalining nomi tegishli uglevodorod nomi asosida qo'shimchani almashtirish orqali hosil bo'ladi. -an qo‘shimchasini olmoq - loy .
Funktsional guruh - organik molekulaning (atomlarning ma'lum bir guruhi) tarkibiy qismi, uning o'ziga xos kimyoviy xossalari uchun javob beradi.
Moddaning molekulasidagi funktsional guruhlardan qaysi biri eng keksa ekanligiga qarab, birikma u yoki bu sinfga kiradi.
R - uglevodorod o'rnini bosuvchi (radikal) belgisi.
Radikallar bir nechta bog'lanishlarni o'z ichiga olishi mumkin, ular funktsional guruhlar sifatida ham ko'rib chiqilishi mumkin, chunki bir nechta bog'lanishlar moddaning kimyoviy xossalariga hissa qo'shadi.
Agar organik molekulada ikki yoki undan ortiq funktsional guruhlar mavjud bo'lsa, bunday birikmalar polifunksional deyiladi.
Noorganik va organik moddalarning xilma-xilligi
Organik kimyo - bu kimyo uglerod birikmalari. Noorganik uglerod birikmalariga quyidagilar kiradi: uglerod oksidi, karbonat kislotasi, karbonatlar va bikarbonatlar, karbidlar. Ugleroddan boshqa organik moddalar tarkibida vodorod, kislorod, azot, fosfor, oltingugurt va boshqa elementlar mavjud. Uglerod atomlari uzun tarvaqaylab ketgan va tarvaqaylab ketgan zanjirlar, halqalar hosil qilishi, boshqa elementlarni biriktirishi mumkin, shuning uchun organik birikmalar soni 20 millionga yaqinlashdi, 100 mingdan bir oz ko'proq noorganik moddalar mavjud.
Organik kimyo rivojlanishining asosi A. M. Butlerovning organik birikmalar tuzilishi nazariyasidir. Organik birikmalarning tuzilishini tavsiflashda muhim rol atomlarning kimyoviy bog'lanish hosil qilish qobiliyatini tavsiflovchi va ularning sonini aniqlaydigan valentlik tushunchasiga tegishli. Organik birikmalardagi uglerod har doim tetravalent. A. M. Butlerov nazariyasining asosiy postulati moddaning kimyoviy tuzilishi, ya'ni kimyoviy bog'lanish haqidagi pozitsiyasidir. Ushbu tartib tizimli formulalar yordamida ko'rsatiladi. Butlerov nazariyasi har bir moddaga ega bo'lgan g'oyani bildiradi ma'lum kimyoviy tuzilish va moddalarning xossalari tuzilishiga bog'liq.
Organik birikmalarning kimyoviy tuzilishi nazariyasi A. M. Butlerova
Noorganik kimyo taraqqiyotining asosini D. I. Mendeleyevning kimyoviy elementlarning davriy qonuni va davriy tizimi tashkil etganidek, organik kimyo uchun ham u asosga aylandi.
Organik birikmalarning kimyoviy tuzilishi nazariyasi A. M. Butlerova Butlerov nazariyasining asosiy postulati - atomlarning molekulalarga o'zaro birikmasining tartibi, ketma-ketligi deb tushuniladigan moddaning kimyoviy tuzilishi haqidagi pozitsiyasi, ya'ni. kimyoviy bog'lanish.
Kimyoviy tuzilishi- molekuladagi kimyoviy elementlar atomlarining valentligiga ko'ra bog'lanish tartibi.
Ushbu tartibni strukturaviy formulalar yordamida ko'rsatish mumkin, ularda atomlarning valentliklari tire bilan ko'rsatilgan: bitta chiziqcha kimyoviy element atomining valentlik birligiga mos keladi. Masalan, CH 4 molekulyar formulasiga ega bo'lgan organik metan moddasi uchun struktura formulasi quyidagicha ko'rinadi:
A. M. Butlerov nazariyasining asosiy qoidalari:
Organik moddalar molekulalaridagi atomlar bir-biri bilan bog'langan ularning valentligiga ko'ra. Organik birikmalardagi uglerod har doim tetravalent bo'lib, uning atomlari bir-biri bilan qo'shilib, turli zanjirlarni hosil qiladi.
Moddalarning xossalari nafaqat ularning sifat va miqdoriy tarkibi bilan, balki molekuladagi atomlarning ulanish tartibi bilan ham belgilanadi, ya'ni. moddaning kimyoviy tuzilishi.
Organik birikmalarning xossalari nafaqat moddaning tarkibi va uning molekulasidagi atomlarning ulanish tartibiga, balki atomlarning o'zaro ta'siri va atomlar guruhlari bir-biriga.
Organik birikmalarning tuzilishi nazariyasi dinamik va rivojlanayotgan ta'limotdir. Kimyoviy bog'lanishning tabiati, organik moddalar molekulalarining elektron tuzilishining ta'siri haqidagi bilimlarning rivojlanishi bilan ular empirik va strukturaviy, elektron formulalardan tashqari, foydalana boshladilar. Ushbu formulalar yo'nalishni ko'rsatadi molekulada elektron juftlarining siljishi.
Kvant kimyosi va organik birikmalar strukturasi kimyosi kimyoviy bog'lanishlarning fazoviy yo'nalishi (sis- va trans izomerizm) nazariyasini tasdiqladi, izomerlardagi o'zaro o'tishlarning energiya xususiyatlarini o'rgandi, atomlarning o'zaro ta'sirini baholashga imkon berdi. turli moddalarning molekulalari izomeriya turlarini va kimyoviy reaktsiyalarning yo'nalishlari va mexanizmlarini bashorat qilish uchun zarur shart-sharoitlarni yaratdi.
Organik moddalar bir qator xususiyatlarga ega.
Barcha organik moddalarning tarkibi uglerod va vodorodni o'z ichiga oladi, shuning uchun yonganda ular hosil bo'ladi karbonat angidrid va suv.
· Organik moddalar qurilgan majmua va katta molekulyar og'irlikka ega bo'lishi mumkin (oqsillar, yog'lar, uglevodlar).
Organik moddalar tarkibi, tuzilishi va xossalari bo'yicha o'xshash qatorlarga joylashtirilishi mumkin gomologlar.
Organik moddalar uchun bu xarakterlidir izomerizm.
Organik moddalarning izomeriyasi va gomologiyasi
Organik moddalarning xossalari nafaqat ularning tarkibiga, balki ularga ham bog'liq molekuladagi atomlarning ulanish tartibi.
izomerizm- bu bir xil sifat va miqdoriy tarkibga ega, ya'ni bir xil molekulyar formulaga ega bo'lgan turli moddalar - izomerlarning mavjudligi hodisasi.
Izomeriyaning ikki turi mavjud: strukturaviy va fazoviy(stereoizomerizm). Strukturaviy izomerlar bir-biridan molekuladagi atomlarning boglanish tartibi bilan farqlanadi; stereoizomerlar - atomlarning fazoda joylashishi, ular orasidagi bog'lanishlarning bir xil tartibi.
Izomeriyaning asosiy turlari:
Strukturaviy izomeriya - moddalar molekulalardagi atomlarning bog'lanish tartibida farqlanadi:
1) uglerod skeletining izomeriyasi;
2) pozitsiya izomeriyasi:
- bir nechta obligatsiyalar;
- deputatlar;
- funktsional guruhlar;
3) gomologik qator izomeriyasi (sinflararo).
· Fazoviy izomeriya - moddalar molekulalari atomlarning bog'lanish tartibiga ko'ra emas, balki fazodagi holatiga ko'ra farqlanadi: cis-, trans-izomeriya (geometrik).
Organik moddalarning tasnifi
Ma'lumki, organik moddalarning xossalari ularning tarkibi va kimyoviy tuzilishi bilan belgilanadi. Shuning uchun organik birikmalarni tasniflash struktura nazariyasi - A. M. Butlerov nazariyasiga asoslansa ajab emas. Organik moddalarni molekulalarida atomlarning mavjudligi va bog'lanish tartibi bo'yicha tasniflang. Organik molekulaning eng bardoshli va eng kam o'zgaruvchan qismi uning skelet - uglerod atomlari zanjiri. Ushbu zanjirdagi uglerod atomlarining ulanish tartibiga qarab moddalar quyidagilarga bo'linadi asiklik, molekulalarda uglerod atomlarining yopiq zanjirlarini o'z ichiga olmaydi va karbotsiklik molekulalarda shunday zanjirlarni (sikllarni) o'z ichiga oladi.
Organik moddalar molekulalarida uglerod va vodorod atomlaridan tashqari boshqa kimyoviy elementlarning atomlari ham bo'lishi mumkin. Molekulalarida bu geteroatomlar deb ataladigan yopiq zanjirga kiritilgan moddalar geterotsiklik birikmalar deb tasniflanadi.
geteroatomlar(kislorod, azot va boshqalar) molekulalar va asiklik birikmalarning bir qismi bo'lishi mumkin, ularda funktsional guruhlar hosil qiladi, masalan,
gidroksil
karbonil
,
karboksil
,
amino guruhi
.
Funktsional guruh- moddaning eng xarakterli kimyoviy xossalarini va uning birikmalarning ma'lum bir sinfiga mansubligini belgilovchi atomlar guruhi.
Organik birikmalarning nomenklaturasi
Organik kimyo rivojlanishining boshida kashf etilgan birikmalar tayinlangan ahamiyatsiz ismlar, ko'pincha ularning ishlab chiqarish tarixi bilan bog'liq: sirka kislotasi (sharob sirkasi asosidir), butir kislotasi (sariyog'da hosil bo'ladi), glikol (ya'ni "shirin") va boshqalar. Yangi kashf etilgan moddalar soni ko'paygan sari, Ularning tuzilishi bilan assotsiatsiyalangan nomlarga ehtiyoj paydo bo‘ldi. Ratsional nomlar shunday paydo bo'ldi: metilamin, dietilamin, etil spirt, metil etil keton, ular eng oddiy birikma nomiga asoslanadi. Keyinchalik murakkab birikmalar uchun ratsional nomenklatura mos kelmaydi.
A. M. Butlerovning tuzilish nazariyasi organik birikmalarni strukturaviy elementlarga va uglerod atomlarining molekuladagi joylashishiga ko'ra tasniflash va nomenklaturasini yaratish uchun asos bo'ldi. Hozirgi vaqtda eng ko'p ishlatiladigan nomenklatura tomonidan ishlab chiqilgan Xalqaro sof va amaliy kimyo ittifoqi (IUPAC), bu nomenklatura deb ataladi IUPAC. IUPAC qoidalari nomlarni shakllantirishning bir nechta tamoyillarini tavsiya qiladi, ulardan biri almashtirish tamoyilidir. Bunga asoslanib, eng universal bo'lgan almashtirish nomenklaturasi ishlab chiqilgan. Bu erda almashtirish nomenklaturasining bir nechta asosiy qoidalari va ularning qo'llanilishini ikkita funktsional guruhni o'z ichiga olgan geterofunktsional birikma misolida ko'rib chiqing - aminokislota leysin:
1. Birikmalarning nomi asosiy tuzilishga asoslanadi (asiklik molekulaning asosiy zanjiri, karbotsiklik yoki geterotsiklik sistema). Ajdod tuzilmasining nomi ismning asosi, so‘zning o‘zagidir.
Bunday holda, ota-ona tuzilmasi bitta bog'lar bilan bog'langan beshta uglerod atomidan iborat zanjirdir. Shunday qilib, ismning ildiz qismi pentandir.
2. Belgilar guruhlari va o'rinbosarlari (struktura elementlari) prefiks va qo'shimchalar bilan belgilanadi. Xarakterli guruhlar ish staji bo'yicha bo'linadi. Asosiy guruhlarning ustuvorlik tartibi:
Katta xarakterli guruh aniqlanadi, bu qo'shimchada ko'rsatilgan. Boshqa barcha o'rinbosarlar alifbo tartibida prefiksda nomlanadi.
Bunday holda, yuqori xarakterli guruh karboksildir, ya'ni bu birikma karboksilik kislotalar sinfiga kiradi, shuning uchun biz nomning ildiz qismiga -oy kislotasini qo'shamiz. Ikkinchi eng katta guruh aminoguruh bo'lib, u amino- prefiksi bilan belgilanadi. Bundan tashqari, molekulada uglevodorod o'rnini bosuvchi metil- mavjud. Shunday qilib, nomning asosi aminometilpentanoik kislotadir.
3. Ism ildizdan keyin darhol keladigan qo'sh va uch bog'lanishning belgilanishini o'z ichiga oladi.
Ko'rib chiqilayotgan birikma bir nechta bog'lanishlarni o'z ichiga olmaydi.
4. Asosiy tuzilish atomlari raqamlangan. Raqamlash eng yuqori xarakterli guruhga yaqinroq bo'lgan uglerod zanjirining oxiridan boshlanadi:
Zanjirni raqamlash karboksil guruhining bir qismi bo'lgan uglerod atomidan boshlanadi, unga 1 raqami beriladi. Bu holda aminokislota 2 uglerodda, metil esa 4 uglerodda bo'ladi.
Shunday qilib, IUPAC nomenklatura qoidalariga ko'ra, tabiiy aminokislota leysin 2-amino-4-metilpentanoik kislota deb ataladi.
Uglevodorodlar. Uglevodorodlarning tasnifi
uglevodorodlar faqat vodorod va uglerod atomlaridan tashkil topgan birikmalardir.
Uglerod zanjirining tuzilishiga qarab, organik birikmalar ochiq zanjirli birikmalarga bo'linadi - asiklik(alifatik) va tsiklik- atomlarning yopiq zanjiri bilan.
Tsikllar ikki guruhga bo'linadi: karbotsiklik birikmalar(tsikllarni faqat uglerod atomlari hosil qiladi) va geterotsiklik(sikllarga kislorod, azot, oltingugurt kabi boshqa atomlar ham kiradi).
Karbotsiklik birikmalar, o'z navbatida, ikki qator birikmalarni o'z ichiga oladi: alitsiklik va aromatik.
Molekulalarning tuzilishi asosida aromatik birikmalar mavjud p-elektronlarning maxsus yopiq tizimiga ega planar uglerod o'z ichiga olgan davrlar, umumiy p-tizimni (yagona p-elektron buluti) hosil qiladi. Aromatiklik ko'pgina geterosiklik birikmalarga ham xosdir.
Boshqa barcha karbotsiklik birikmalar alitsiklik qatorga kiradi.
Asiklik (alifatik) va siklik uglevodorodlar bir nechta (ikki yoki uch) bog'lanishni o'z ichiga olishi mumkin. Bu uglevodorodlar deyiladi cheksiz(to'yinmagan), chegaralovchi (to'yingan) dan farqli o'laroq, faqat bitta aloqani o'z ichiga oladi.
Limitli alifatik uglevodorodlar deyiladi alkanlar, ular umumiy formulaga ega C n H 2n+2, bu erda n - uglerod atomlari soni. Ularning eski nomi bugungi kunda tez-tez ishlatiladi - parafinlar:
Tarkibida bitta qo`sh bog` bo`lgan to`yinmagan alifatik uglevodorodlar deyiladi alkenlar. Ular C n H 2n umumiy formulasiga ega:
Ikki qo'sh bog'langan to'yinmagan alifatik uglevodorodlar deyiladi alkadienlar. Ularning umumiy formulasi C n H 2n-2:
Bir uchlik bog'langan to'yinmagan alifatik uglevodorodlar deyiladi alkinlar. Ularning umumiy formulasi C n H 2n - 2:
Alitsiklik uglevodorodlarni cheklash - sikloalkanlar, ularning umumiy formulasi C n H 2n:
Uglevodorodlarning maxsus guruhi, aromatik yoki arenes(yopiq umumiy n-elektron tizimi bilan), umumiy formulasi C n H 2n - 6 bo'lgan uglevodorodlar misolidan ma'lum:
Shunday qilib, agar ularning molekulalarida bir yoki bir nechta vodorod atomlari boshqa atomlar yoki atomlar guruhlari (galogenlar, gidroksil guruhlari, aminokislotalar va boshqalar) bilan almashtirilsa, uglevodorod hosilalari hosil bo'ladi: galogen hosilalari, kislorodli, azotli va boshqalar. organik birikmalar.
Uglevodorodlarning gomologik qatori
Bir xil funktsional guruhga ega bo'lgan uglevodorodlar va ularning hosilalari gomologik qator hosil qiladi.
Gomologik seriyalar bir xil sinfga mansub bir qator birikmalar (homologlar) deyiladi, ularning nisbiy molekulyar og'irliklarining ortib borish tartibida joylashgan, tuzilishi va kimyoviy xossalari o'xshash, bu erda har bir a'zo avvalgisidan CH 2 gomologik farqi bilan farqlanadi. Masalan: CH 4 - metan, C 2 H 6 - etan, C 3 H 8 - propan, C 4 H 10 - butan va boshqalar. Gomologlarning kimyoviy xossalarining o'xshashligi organik birikmalarni o'rganishni ancha osonlashtiradi.
Uglevodorodlarning izomerlari
Berilgan moddalar sinfining eng xarakterli xususiyatlarini aniqlaydigan atomlar yoki atomlar guruhlari deyiladi funktsional guruhlar.
Uglevodorodlarning galogen hosilalari bir yoki bir nechta vodorod atomlarining uglevodorodlarida galogen atomlari bilan almashinish mahsuloti sifatida qaralishi mumkin. Shunga ko'ra, cheklovchi va cheksiz mono-, di-, tri- (umumiy holatda, poli-) bo'lishi mumkin. halogen hosilalari.
To'yingan uglevodorodlarning monogalogen hosilalarining umumiy formulasi:
va tarkibi formula bilan ifodalanadi
Bu erda R - to'yingan uglevodorod (alkan), uglevodorod radikalining qoldig'i (bu belgi organik moddalarning boshqa sinflarini ko'rib chiqishda qo'shimcha ravishda qo'llaniladi), G - halogen atomi (F, Cl, Br, I).
Masalan:
Mana digalogen hosilasining bir misoli:
Kimga kislorodli organik moddalar spirtlar, fenollar, aldegidlar, ketonlar, karboksilik kislotalar, efirlar va efirlarni o'z ichiga oladi. Spirtli ichimliklar uglevodorodlarning hosilalari bo'lib, ularda bir yoki bir nechta vodorod atomlari gidroksil guruhlari bilan almashtiriladi.
Spirtli ichimliklar, agar ularda bitta gidroksil guruhi bo'lsa, monohidrik, agar ular alkanlarning hosilalari bo'lsa, cheklovchi deb ataladi.
Cheklovning umumiy formulasi monohidrik spirtlar:
va ularning tarkibi umumiy formula bilan ifodalanadi:
Masalan:
Ma'lum misollar ko'p atomli spirtlar, ya'ni bir nechta gidroksil guruhlarga ega:
Fenollar- aromatik uglevodorodlarning hosilalari (benzol seriyasi), ularda benzol halqasidagi bir yoki bir nechta vodorod atomlari gidroksil guruhlari bilan almashtiriladi.
C 6 H 5 OH yoki formulali eng oddiy vakil
fenol deb ataladi.
Aldegidlar va ketonlar- atomlarning karbonil guruhini o'z ichiga olgan uglevodorodlarning hosilalari
(karbonil).
molekulalarda aldegidlar karbonilning bir aloqasi vodorod atomi bilan, ikkinchisi - uglevodorod radikali bilan bog'lanadi. Aldegidlarning umumiy formulasi:
Masalan:
Qachon ketonlar karbonil guruhi ikkita (umuman farqli) radikallar bilan bog'langan, ketonlarning umumiy formulasi:
Masalan:
Cheklovchi aldegidlar va ketonlarning tarkibi C 2n H 2n O formulasi bilan ifodalanadi.
karboksilik kislotalar- karboksil guruhlari bo'lgan uglevodorodlarning hosilalari
(yoki -COOH).
Agar kislota molekulasida bitta karboksil guruhi bo'lsa, u holda karboksilik kislota bir asosli hisoblanadi. To'yingan bir asosli kislotalarning umumiy formulasi:
Ularning tarkibi C n H 2n O 2 formulasi bilan ifodalanadi.
Masalan:
Efirlar kislorod atomi bilan bog'langan ikkita uglevodorod radikalini o'z ichiga olgan organik moddalar: R-O-R yoki R 1 -O-R 2 .
Radikallar bir xil yoki boshqacha bo'lishi mumkin. Efirlarning tarkibi C n H 2n+2 O formula bilan ifodalanadi.
Masalan:
Esterlar- karboksilik kislotalarda karboksil guruhining vodorod atomini uglevodorod radikali bilan almashtirish natijasida hosil bo'lgan birikmalar.
Efirlarning umumiy formulasi:
Masalan:
Nitro birikmalar- bir yoki bir nechta vodorod atomlari nitroguruh bilan almashtirilgan uglevodorodlarning hosilalari -NO 2 .
Cheklovchi mononitro birikmalarning umumiy formulasi:
tarkibi esa C n H 2n+1 NO 2 umumiy formula bilan ifodalanadi.
Masalan:
Arene nitro hosilalari:
Ominlar- vodorod atomlari uglevodorod radikallari bilan almashtirilgan ammiak (NH 3) hosilalari sifatida qaraladigan birikmalar. Radikalning tabiatiga qarab, aminlar alifatik bo'lishi mumkin, masalan:
va aromatik, masalan:
Radikallar bilan almashtirilgan vodorod atomlari soniga qarab quyidagilar mavjud:
birlamchi aminlar umumiy formula bilan:
ikkinchi darajali- umumiy formula bilan:
uchinchi darajali- umumiy formula bilan:
Muayyan holatda, ikkilamchi va uchinchi darajali aminlar bir xil radikallarga ega bo'lishi mumkin.
Birlamchi aminlarni uglevodorodlarning (alkanlarning) hosilalari sifatida ham ko'rib chiqish mumkin, ularda bitta vodorod atomi - NH 2 aminokislota bilan almashtiriladi. Cheklovchi birlamchi aminlarning tarkibi C n H 2n + 3 N formulasi bilan ifodalanadi.
Masalan:
Aminokislotalar uglevodorod radikaliga bog'langan ikkita funktsional guruhni o'z ichiga oladi: aminokislotalar -NH 2 va karboksil -COOH.
a-aminokislotalarning umumiy formulasi (ular tirik organizmlarni tashkil etuvchi oqsillarni yaratish uchun eng muhim hisoblanadi):
Bitta aminokislota va bitta karboksil bo'lgan chegaralovchi aminokislotalarning tarkibi C n H 2n+1 NO 2 formulasi bilan ifodalanadi.
Masalan:
Boshqa muhim organik birikmalar ma'lumki, ular bir nechta turli yoki bir xil funktsional guruhlarga, benzol halqalari bilan bog'langan uzun chiziqli zanjirlarga ega. Bunday hollarda moddaning ma'lum bir sinfga tegishliligini qat'iy ta'riflash mumkin emas. Ushbu birikmalar ko'pincha moddalarning o'ziga xos guruhlariga ajratiladi: uglevodlar, oqsillar, nuklein kislotalar, antibiotiklar, alkaloidlar va boshqalar.
Hozirgi vaqtda organik va noorganik deb tasniflanishi mumkin bo'lgan ko'plab birikmalar mavjud. x organoelement birikmalari deyiladi. Ularning ba'zilarini uglevodorodlarning hosilalari deb hisoblash mumkin.
Masalan:
Moddalarning tarkibini ifodalovchi bir xil molekulyar formulaga ega bo'lgan birikmalar mavjud.
Izomeriya hodisasi shundan iboratki, molekulalarning tarkibi bir xil, ammo tuzilishi har xil bo'lgan turli xil xususiyatlarga ega bo'lgan bir nechta moddalar bo'lishi mumkin. Bu moddalar izomerlar deyiladi.
Bizning holatlarimizda bular sinflararo izomerlar: sikloalkanlar va alkanlar, alkadienlar va alkinlar, to'yingan monohidrik spirtlar va efirlar, aldegidlar va ketonlar, to'yingan bir asosli karboksilik kislotalar va efirlar.
Strukturaviy izomeriya
Quyidagi navlar mavjud strukturaviy izomeriya: uglerod skeleti izomeriyasi, pozitsion izomeriyasi, turli sinf organik birikmalar izomeriyasi (sinflararo izomeriya).
Uglerod skeletining izomeriyasi bunga bog'liq uglerod atomlari orasidagi turli bog'lanish tartibi molekula skeletini tashkil qiladi. Yuqorida ko'rsatilganidek, C 4 H 10 molekulyar formulasi ikkita uglevodorodga mos keladi: n-butan va izobutan. Uglevodorod C 5 H 12 uchun uchta izomer mumkin: pentan, izopentan va neopentan.
Molekuladagi uglerod atomlari sonining ortishi bilan izomerlar soni tez ortadi. C 10 H 22 uglevodorod uchun allaqachon 75 ta, uglevodorod C 20 H 44 uchun - 366 319 ta.
Pozitsiya izomeriyasi molekulaning bir xil uglerod skeletiga ega bo'lgan ko'p bog'lanish, o'rnini bosuvchi, funktsional guruhning turli pozitsiyasi bilan bog'liq:
Har xil sinfdagi organik birikmalarning izomeriyasi (sinflararo izomeriya) bir xil molekulyar formulaga ega bo'lgan, ammo turli sinflarga mansub bo'lgan moddalar molekulalaridagi atomlarning turli joylashuvi va kombinatsiyasi bilan bog'liq. Shunday qilib, C 6 H 12 molekulyar formulasi to'yinmagan uglevodorod geksen-1 va siklik uglevodorod siklogeksanga mos keladi.
Izomerlar alkinlar bilan bog'liq uglevodorod - butin-1 va butadien-1,3 zanjirida ikkita qo'sh bog'langan uglevodorod:
Dietil efir va butil spirti bir xil molekulyar formulaga ega C 4 H 10 O:
Strukturaviy izomerlar C 2 H 5 NO 2 molekulyar formulasiga mos keladigan aminoasetik kislota va nitroetandir:
Ushbu turdagi izomerlar turli funktsional guruhlarni o'z ichiga oladi va moddalarning turli sinflariga kiradi. Shuning uchun ular uglerod skeleti izomerlari yoki pozitsion izomerlarga qaraganda fizik va kimyoviy xossalari jihatidan ancha farq qiladi.
Fazoviy izomeriya
Fazoviy izomeriya ikki turga bo'linadi: geometrik va optik.
Geometrik izomeriya birikmalarga xosdir, o'z ichiga qo'sh bog'lanishlar, va tsiklik birikmalar. Atomlarning qo'sh bog' atrofida yoki tsiklda erkin aylanishi mumkin emasligi sababli, o'rinbosarlar qo'sh bog'lanish yoki tsikl tekisligining bir tomonida (sis pozitsiyasi) yoki qarama-qarshi tomonlarda (transpozitsiya) joylashishi mumkin. Cis- va trans- belgilari odatda bir xil o'rnini bosuvchi juftlarni bildiradi.
Geometrik izomerlar fizik va kimyoviy xossalari bilan farqlanadi.
Optik izomeriya paydo bo'ladi agar molekula uning oynadagi tasviriga mos kelmasa. Bu molekuladagi uglerod atomida to'rt xil o'rinbosar mavjud bo'lganda mumkin. Bu atom assimetrik deyiladi. Bunday molekulaga a-aminopropion kislota (a-alanin) CH 3 CH(NH 2)OH molekulasi misol bo'la oladi.
a-alanin molekulasi hech qanday harakat ostida uning oyna tasviri bilan mos kela olmaydi. Bunday fazoviy izomerlar oyna, optik antipodlar yoki enantiomerlar deb ataladi. Bunday izomerlarning barcha fizik va deyarli barcha kimyoviy xossalari bir xil.
Optik izomerizmni o'rganish tanadagi ko'plab reaktsiyalarni ko'rib chiqishda zarur. Ushbu reaksiyalarning aksariyati fermentlar - biologik katalizatorlar ta'sirida bo'ladi. Ushbu moddalarning molekulalari qulfning kaliti kabi harakat qiladigan birikmalarning molekulalariga yaqinlashishi kerak, shuning uchun fazoviy tuzilish, molekulyar mintaqalarning nisbiy holati va boshqa fazoviy omillar bu reaktsiyalarning borishi uchun katta ahamiyatga ega. . Bunday reaktsiyalar stereoselektiv deb ataladi.
Ko'pgina tabiiy birikmalar individual enantiomerlar bo'lib, ularning biologik ta'siri (ta'm va hiddan dorivor ta'sirga qadar) laboratoriyada olingan optik antipodlarning xususiyatlaridan keskin farq qiladi. Biologik faollikning bunday farqi katta ahamiyatga ega, chunki u barcha tirik organizmlarning eng muhim xususiyati - metabolizm yotadi.
izomerizm Uglerod atomining elektron tuzilishi
Organik birikmalar tarkibiga kiruvchi uglerod doimiy valentlikni namoyon qiladi. Uglerod atomining oxirgi energiya darajasi o'z ichiga oladi 4 elektron, ulardan ikkitasi sharsimon shaklga ega bo'lgan 2s orbitalni va ikkita elektron gantel shakliga ega bo'lgan 2p orbitalni egallaydi. Qo'zg'alganda, 2s orbitaldan bitta elektron bo'sh 2p orbitallardan biriga o'tishi mumkin. Ushbu o'tish uchun ba'zi energiya xarajatlari (403 kJ / mol) talab qilinadi. Natijada, qo'zg'atilgan uglerod atomida 4 ta juftlashtirilmagan elektron mavjud va uning elektron konfiguratsiyasi 2s 1 2p 3 formulasi bilan ifodalanadi.. Shunday qilib, metan uglevodorod (CH 4) holatida uglerod atomi s bilan 4 ta bog'lanish hosil qiladi. -vodorod atomlarining elektronlari. Bunda s-s tipidagi 1 ta bog (uglerod atomining s-elektroni va vodorod atomining s-elektroni oʻrtasida) va 3 ta p-s bogʻ (uglerod atomining 3 p-elektroni va 3 ta s-elektron oʻrtasida). 3 ta vodorod atomi) hosil bo'lishi kerak edi. Bu uglerod atomi tomonidan hosil qilingan to'rtta kovalent bog'lanish ekvivalent emas degan xulosaga olib keladi. Biroq, kimyoning amaliy tajribasi shuni ko'rsatadiki, metan molekulasidagi barcha 4 ta bog'lanish mutlaqo ekvivalentdir va metan molekulasi valentlik burchaklari 109,5 0 bo'lgan tetraedr tuzilishga ega, agar bog'lanishlar ekvivalent bo'lmaganda bunday bo'lishi mumkin emas edi. Axir, faqat p-elektronlarning orbitallari fazoda o'zaro perpendikulyar x, y, z o'qlari bo'ylab yo'naltirilgan va s-elektronning orbitali sferik shaklga ega, shuning uchun bu elektron bilan bog'lanishning hosil bo'lish yo'nalishi quyidagicha bo'ladi. o'zboshimchalik bilan. Gibridlanish nazariyasi bu qarama-qarshilikni tushuntira oldi. L. Polling har qanday molekulalarda bir-biridan ajratilgan aloqalar yo'qligini ta'kidladi. Bog'lar hosil bo'lganda, barcha valentlik elektronlarning orbitallari bir-biriga yopishadi. Bir nechta turlari ma'lum elektron orbitallarning gibridlanishi. Metan va boshqa alkanlar molekulasida gibridlanishga 4 ta elektron kiradi, deb faraz qilinadi.
Uglerod atomi orbitallarining gibridlanishi
Orbitallarning gibridlanishi- bu kovalent bog'lanishning hosil bo'lishi paytida ba'zi elektronlarning shakli va energiyasining o'zgarishi, bu orbitallarning yanada samarali qoplanishiga va bog'lanish kuchining oshishiga olib keladi. Orbital gibridlanish har doim orbitallarning har xil turlariga mansub elektronlar bog'lanish hosil bo'lishida ishtirok etganda sodir bo'ladi.
1. sp 3 - gibridlanish(uglerodning birinchi valentlik holati). Sp 3 gibridlanishda qo'zg'aluvchi uglerod atomining 3 ta p-orbitali va bitta s-orbitali shunday o'zaro ta'sir qiladiki, energiya jihatidan mutlaqo bir xil va fazoda simmetrik joylashgan orbitallar olinadi. Ushbu transformatsiyani quyidagicha yozish mumkin:
Gibridlanish jarayonida orbitallarning umumiy soni o'zgarmaydi, faqat ularning energiyasi va shakli o'zgaradi. Ko'rsatilganki, orbitallarning sp 3 gibridlanishi uch o'lchamli sakkiz figuraga o'xshaydi, uning pichoqlaridan biri ikkinchisidan ancha katta. To'rt gibrid orbital markazdan muntazam tetraedrning uchlarigacha 109,5 0 burchak ostida cho'zilgan. Gibrid elektronlar hosil qilgan bog‘lar (masalan, s-sp 3 bog‘i) gibridlanmagan p-elektronlar (masalan, s-p bog‘) bilan tuzilgan bog‘lardan kuchliroqdir. Chunki gibrid sp 3 orbital gibridlanmagan p orbitalga qaraganda elektron orbital qoplamasining kattaroq maydonini ta'minlaydi. Sp 3 gibridizatsiyasi amalga oshiriladigan molekulalar tetraedral tuzilishga ega. Bularga metandan tashqari metan gomologlari, ammiak kabi noorganik molekulalar kiradi. Rasmlarda gibridlangan orbital va tetraedral metan molekulasi ko'rsatilgan.
Metanda uglerod va vodorod atomlari oʻrtasida paydo boʻladigan kimyoviy bogʻlanishlar s-bogʻlar turiga kiradi (sp 3 -s-bogʻ). Umuman olganda, har qanday sigma bog'lanish ikki o'zaro bog'langan atomlarning elektron zichligi atomlarning markazlarini (yadrolarini) bog'laydigan chiziq bo'ylab bir-biriga mos kelishi bilan tavsiflanadi. s-bog'lar atom orbitallarining maksimal mumkin bo'lgan qoplanish darajasiga to'g'ri keladi, shuning uchun ular etarlicha kuchli.
2. sp 2 - gibridlanish(uglerodning ikkinchi valentlik holati). Bitta 2s va ikkita 2p orbitallarning ustma-ust tushishi natijasida yuzaga keladi. Hosil bo'lgan sp 2 gibrid orbitallar bir tekislikda o'zaro 120 0 burchak ostida joylashgan va gibridlanmagan p orbital unga perpendikulyar. Orbitallarning umumiy soni o'zgarmaydi - ularning to'rttasi bor.
Sp 2 gibridlanish holati alken molekulalarida, karbonil va karboksil guruhlarida, ya'ni. qo'sh bog'langan birikmalarda. Demak, etilen molekulasida uglerod atomining gibridlangan elektronlari 3 ta s-bog` hosil qiladi (uglerod atomi bilan vodorod atomlari o`rtasida ikkita sp 2 -s tipidagi bog` va uglerod atomlari o`rtasida bitta sp 2 -sp 2 turdagi bog`). Bitta uglerod atomining qolgan gibridlanmagan p-elektroni ikkinchi uglerod atomining gibridlanmagan p-elektroni bilan p-bog' hosil qiladi. p bog'lanishning xarakterli xususiyati shundaki, elektron orbitallarning bir-birining ustiga chiqishi ikki atomni bog'laydigan chiziqdan tashqariga chiqadi. Orbital qoplama ikkala uglerod atomini bog'laydigan s-bog'dan yuqorida va pastda o'tadi. Shunday qilib, qo'sh bog' s- va p-bog'larning birikmasidir. Birinchi ikkita raqam etilen molekulasida etilen molekulasini tashkil etuvchi atomlar orasidagi bog'lanish burchaklari 120 0 (uchta sp 2 gibrid orbitalning kosmosdagi yo'nalishiga to'g'ri keladi) ekanligini ko'rsatadi. Raqamlar p bog'lanish hosil bo'lishini ko'rsatadi.
p-bog'lardagi gibridlanmagan p-orbitallarning qoplanish maydoni s-bog'lardagi orbitallarning qoplanish maydonidan kichik bo'lganligi sababli, p-bog' s-bog'ga qaraganda kuchliroq bo'lib, oson parchalanadi. kimyoviy reaksiyalar.
3. sp gibridlanishi(uglerodning uchinchi valentlik holati). Sp-gibridlanish holatida uglerod atomida bir-biriga 180 0 burchak ostida chiziqli joylashgan ikkita sp-gibrid orbital va ikkita o'zaro perpendikulyar tekislikda joylashgan ikkita gibridlanmagan p-orbital mavjud. sp gibridlanishi alkinlar va nitrillarga xosdir; uchlik bog'lanishni o'z ichiga olgan birikmalar uchun.
Demak, atsetilen molekulasida atomlar orasidagi boglanish burchaklari 180 o ga teng. Uglerod atomining gibridlangan elektronlari 2 ta s-bog'ni (uglerod atomi bilan vodorod atomi o'rtasida bitta sp-s bog'lanish va uglerod atomlari o'rtasida boshqa sp-sp tipidagi bog'lanish. Bir uglerod atomining gibridlanmagan ikkita p-elektroni ikkita p- bog'lanish) hosil qiladi. ikkinchisining gibridlanmagan p elektronlari bilan bog'langan p-elektron orbitallarning qoplanishi nafaqat s-bog'ning tepasida va pastida, balki old va orqasida ham boradi va umumiy p-elektron buluti silindrsimon shaklga ega.Shunday qilib, uchlik bog'lanish. bir s-bog' va ikkita p-bog'ning birikmasidir.Asetilen molekulasida kamroq kuchli ikkita p-bog'ning mavjudligi bu moddaning uchlik bog'ning uzilishi bilan qo'shilish reaksiyalariga kirishish qobiliyatini ta'minlaydi.
Sinovdan o'tish uchun ma'lumotnoma materiallari:
Mendeleev jadvali
Eruvchanlik jadvali
169375 0
Har bir atom ma'lum miqdordagi elektronga ega.
Kimyoviy reaktsiyalarga kirishgan atomlar elektronlarni beradi, oladi yoki ijtimoiylashtiradi va eng barqaror elektron konfiguratsiyaga erishadi. Eng past energiyaga ega konfiguratsiya eng barqaror hisoblanadi (asli gaz atomlarida bo'lgani kabi). Bu naqsh "okteta qoidasi" deb ataladi (1-rasm).
Guruch. bitta.
Bu qoida hamma uchun amal qiladi ulanish turlari. Atomlar orasidagi elektron aloqalar ularga eng oddiy kristallardan tortib, oxir-oqibat tirik tizimlarni tashkil etuvchi murakkab biomolekulalargacha barqaror tuzilmalarni shakllantirishga imkon beradi. Ular kristallardan uzluksiz metabolizmda farqlanadi. Biroq, ko'plab kimyoviy reaktsiyalar mexanizmlarga muvofiq davom etadi elektron transfer, bu organizmdagi energiya jarayonlarida muhim rol o'ynaydi.
Kimyoviy bog'lanish ikki yoki undan ortiq atomlar, ionlar, molekulalar yoki ularning har qanday birikmasini ushlab turadigan kuchdir..
Kimyoviy bog'lanishning tabiati universaldir: bu atomlarning tashqi qobig'idagi elektronlarning konfiguratsiyasi bilan belgilanadigan manfiy zaryadlangan elektronlar va musbat zaryadlangan yadrolar o'rtasidagi elektrostatik tortishish kuchi. Atomning kimyoviy aloqalar hosil qilish qobiliyati deyiladi valentlik, yoki oksidlanish darajasi. tushunchasi valent elektronlar- kimyoviy bog'larni hosil qiluvchi elektronlar, ya'ni eng yuqori energiyali orbitallarda joylashganlar. Shunga ko'ra, ushbu orbitallarni o'z ichiga olgan atomning tashqi qobig'i deyiladi valentlik qobig'i. Hozirgi vaqtda kimyoviy bog'lanish mavjudligini ko'rsatishning o'zi etarli emas, lekin uning turini aniqlashtirish kerak: ion, kovalent, dipol-dipol, metall.
Ulanishning birinchi turiionli ulanish
Lyuis va Kosselning elektron valentlik nazariyasiga ko'ra, atomlar barqaror elektron konfiguratsiyaga ikki yo'l bilan erishishi mumkin: birinchidan, elektronlarni yo'qotish orqali kationlar, ikkinchidan, ularni egallash, aylantirish anionlar. Elektron uzatish natijasida qarama-qarshi ishorali zaryadli ionlar orasidagi elektrostatik tortishish kuchi tufayli Kossel deb nomlangan kimyoviy bog'lanish hosil bo'ladi. elektrovalent(hozir chaqiriladi ionli).
Bunday holda, anionlar va kationlar to'ldirilgan tashqi elektron qobig'i bilan barqaror elektron konfiguratsiyani hosil qiladi. Odatda ionli bog'lanishlar davriy tizimning T va II guruhlari kationlaridan va VI va VII guruhlardagi metall bo'lmagan elementlarning anionlaridan (mos ravishda 16 va 17 kichik guruhlar) hosil bo'ladi. xalkogenlar va halogenlar). Ion birikmalaridagi bog'lanishlar to'yinmagan va yo'nalishsizdir, shuning uchun ular boshqa ionlar bilan elektrostatik o'zaro ta'sir qilish imkoniyatini saqlab qoladilar. Shaklda. 2 va 3 da Kossel elektron uzatish modeliga mos keladigan ionli bog'lanishlar misollari ko'rsatilgan.
Guruch. 2.
Guruch. 3. Natriy xlorid (NaCl) molekulasidagi ion aloqasi
Bu erda moddalarning tabiatdagi xatti-harakatlarini tushuntiruvchi ba'zi xususiyatlarni esga olish, xususan, kontseptsiyani ko'rib chiqish o'rinlidir. kislotalar va asoslar.
Bu moddalarning barchasining suvli eritmalari elektrolitlardir. Ular rangni turli yo'llar bilan o'zgartiradilar. ko'rsatkichlar. Ko'rsatkichlarning ta'sir qilish mexanizmini F.V. Ostvald. U indikatorlar zaif kislotalar yoki asoslar ekanligini ko'rsatdi, ularning dissotsilanmagan va dissotsilangan holatlarida rangi har xil.
Asoslar kislotalarni neytrallashi mumkin. Barcha asoslar suvda erimaydi (masalan, tarkibida -OH guruhlari bo'lmagan ba'zi organik birikmalar erimaydi, xususan, trietilamin N (C 2 H 5) 3); eruvchan asoslar deyiladi ishqorlar.
Kislotalarning suvli eritmalari xarakterli reaksiyalarga kiradi:
a) metall oksidlari bilan - tuz va suv hosil bo'lishi bilan;
b) metallar bilan - tuz va vodorod hosil bo'lishi bilan;
c) karbonatlar bilan - tuz hosil bo'lishi bilan, CO 2 va H 2 O.
Kislota va asoslarning xossalari bir qancha nazariyalar bilan tavsiflanadi. S.A. nazariyasiga muvofiq. Arrhenius, kislota - bu ionlarni hosil qilish uchun ajraladigan modda H+ , asos esa ionlarni hosil qiladi U- . Bu nazariya gidroksil guruhlarga ega bo'lmagan organik asoslarning mavjudligini hisobga olmaydi.
ga muvofiq proton Bronsted va Louri nazariyasiga ko'ra, kislota proton beruvchi molekulalar yoki ionlarni o'z ichiga olgan moddadir ( donorlar protonlar), asos esa protonlarni qabul qiluvchi molekulalar yoki ionlardan tashkil topgan moddadir ( qabul qiluvchilar protonlar). E'tibor bering, suvli eritmalarda vodorod ionlari gidratlangan shaklda, ya'ni gidroniy ionlari shaklida mavjud. H3O+ . Bu nazariya nafaqat suv va gidroksid ionlari bilan, balki erituvchisiz yoki suvsiz erituvchi bilan ham amalga oshiriladigan reaktsiyalarni tavsiflaydi.
Masalan, ammiak orasidagi reaksiyada NH 3 (zaif asos) va vodorod xlorid gaz fazasida qattiq ammoniy xlorid hosil bo'ladi va ikkita moddaning muvozanat aralashmasida har doim 4 ta zarra bo'ladi, ulardan ikkitasi kislotalar, qolgan ikkitasi esa asosdir:
Ushbu muvozanat aralashmasi ikkita konjuge juft kislota va asoslardan iborat:
1)NH 4+ va NH 3
2) HCl va Cl ‑
Bu erda har bir konjugatsiyalangan juftlikda kislota va asos bir proton bilan farq qiladi. Har bir kislota konjugat asosga ega. Kuchli kislota zaif konjugat asosga ega, kuchsiz kislota esa kuchli konjugat asosga ega.
Bronsted-Louri nazariyasi suvning biosfera hayotidagi beqiyos rolini tushuntirishga imkon beradi. Suv, u bilan o'zaro ta'sir qiluvchi moddaga qarab, kislota yoki asos xususiyatlarini ko'rsatishi mumkin. Masalan, sirka kislotaning suvli eritmalari bilan reaksiyalarda suv asos, ammiakning suvdagi eritmalari bilan esa kislota hisoblanadi.
1) CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 SOO- . Bu yerda sirka kislota molekulasi suv molekulasiga proton beradi;
2) NH3 + H 2 O ↔ NH4 + + U- . Bu erda ammiak molekulasi suv molekulasidan protonni qabul qiladi.
Shunday qilib, suv ikkita konjuge juft hosil qilishi mumkin:
1) H 2 O(kislota) va U- (konjugat asos)
2) H 3 O+ (kislota) va H 2 O(konjugat asos).
Birinchi holda, suv proton beradi, ikkinchisida esa uni qabul qiladi.
Bunday mulk deyiladi amfiprotonlik. Ham kislota, ham asos sifatida reaksiyaga kirisha oladigan moddalar deyiladi amfoter. Bunday moddalar ko'pincha tabiatda uchraydi. Masalan, aminokislotalar ham kislotalar, ham asoslar bilan tuzlar hosil qilishi mumkin. Shuning uchun peptidlar mavjud bo'lgan metall ionlari bilan osongina koordinatsion birikmalar hosil qiladi.
Shunday qilib, ionli bog'lanishning xarakterli xususiyati - bog'lovchi elektronlar to'plamining yadrolardan biriga to'liq siljishi. Bu ionlar orasida elektron zichligi deyarli nolga teng bo'lgan hudud mavjudligini anglatadi.
Ulanishning ikkinchi turikovalent ulanish
Atomlar elektronlarni almashish orqali barqaror elektron konfiguratsiyalarni hosil qilishi mumkin.
Bunday bog'lanish bir juft elektron bir vaqtning o'zida taqsimlanganda hosil bo'ladi. har biridan atom. Bunday holda, ijtimoiylashtirilgan bog'lanish elektronlari atomlar orasida teng taqsimlanadi. Kovalent bog'lanishga misol gomonuklear diatomik H molekulalari 2 , N 2 , F 2. Allotroplar bir xil turdagi bog'lanishga ega. O 2 va ozon O 3 va ko'p atomli molekula uchun S 8 va shuningdek heteronuklear molekulalar vodorod xlorid HCl, karbonat angidrid CO 2, metan CH 4, etanol Bilan 2 H 5 U, oltingugurt geksaflorid SF 6, asetilen Bilan 2 H 2. Bu molekulalarning barchasi bir xil umumiy elektronlarga ega bo'lib, ularning bog'lari bir xil tarzda to'yingan va yo'naltirilgan (4-rasm).
Biologlar uchun er-xotin va uch bog'lanishdagi atomlarning kovalent radiuslari bitta bog'lanishga nisbatan kamayishi muhimdir.
Guruch. 4. Cl 2 molekulasidagi kovalent bog'lanish.
Ion va kovalent bog'lanish turlari mavjud ko'plab kimyoviy bog'lanish turlarining ikkita cheklovchi holati bo'lib, amalda ko'pchilik bog'lanishlar oraliqdir.
Mendeleyev tizimining bir xil yoki turli davrlarining qarama-qarshi uchlarida joylashgan ikkita elementning birikmalari asosan ionli bog'lanishlarni hosil qiladi. Elementlar bir davr ichida bir-biriga yaqinlashganda, ularning birikmalarining ion tabiati pasayadi, kovalent xarakteri esa ortadi. Masalan, davriy jadvalning chap tomonidagi elementlarning galogenidlari va oksidlari asosan ionli bog'lanishlarni hosil qiladi ( NaCl, AgBr, BaSO 4 , CaCO 3 , KNO 3 , CaO, NaOH) va jadvalning o'ng tomonidagi elementlarning bir xil birikmalari kovalent ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenol C6H5OH, glyukoza C 6 H 12 O 6, etanol C 2 H 5 OH).
Kovalent bog'lanish, o'z navbatida, boshqa modifikatsiyaga ega.
Ko'p atomli ionlarda va murakkab biologik molekulalarda ikkala elektron ham faqatgina kelib chiqishi mumkin bitta atom. U deyiladi donor elektron juft. Ushbu juft elektronni donor bilan ijtimoiylashtiradigan atom deyiladi qabul qiluvchi elektron juft. Ushbu turdagi kovalent bog'lanish deyiladi muvofiqlashtirish (donor-akseptor, yokidating) aloqa(5-rasm). Ushbu turdagi bog'lanish biologiya va tibbiyot uchun juda muhimdir, chunki metabolizm uchun eng muhim d-elementlarning kimyosi asosan koordinatsion aloqalar bilan tavsiflanadi.
Rasm. besh.
Qoida tariqasida, murakkab birikmada metall atomi elektron juft qabul qiluvchi rolini bajaradi; aksincha, ion va kovalent bog'lanishlarda metall atomi elektron donor hisoblanadi.
Kovalent bog'lanishning mohiyati va uning xilma-xilligi - koordinatsion bog'lanishni GN tomonidan taklif qilingan boshqa kislotalar va asoslar nazariyasi yordamida oydinlashtirish mumkin. Lyuis. U Bronsted-Lowri nazariyasiga ko'ra "kislota" va "asos" atamalarining semantik tushunchasini biroz kengaytirdi. Lyuis nazariyasi kompleks ionlarning hosil boʻlish tabiatini va moddalarning nukleofil oʻrinbosar reaksiyalarida, yaʼni CS hosil boʻlishida ishtirokini tushuntiradi.
Lyuisning fikricha, kislota asosdan elektron juftini qabul qilib, kovalent bog'lanish hosil qila oladigan moddadir. Lyuis asosi - bu elektronlar berish orqali Lyuis kislotasi bilan kovalent bog'lanish hosil qiladigan yagona juft elektronga ega bo'lgan modda.
Ya'ni, Lyuis nazariyasi kislota-asos reaktsiyalari doirasini protonlar umuman ishtirok etmaydigan reaktsiyalarga ham kengaytiradi. Bundan tashqari, ushbu nazariyaga ko'ra, protonning o'zi ham kislotadir, chunki u elektron juftini qabul qilishga qodir.
Shuning uchun bu nazariyaga ko'ra, kationlar Lyuis kislotalari, anionlar esa Lyuis asoslaridir. Bunga quyidagi reaktsiyalar misol bo'la oladi:
Yuqorida ta'kidlanganidek, moddalarning ionli va kovalentlarga bo'linishi nisbiydir, chunki kovalent molekulalarda elektronning metall atomlaridan akseptor atomlariga to'liq o'tishi yo'q. Ion bog`li birikmalarda har bir ion qarama-qarshi belgili ionlarning elektr maydonida bo`ladi, shuning uchun ular o`zaro qutblanadi, qobiqlari deformatsiyalanadi.
Polarizatsiya qobiliyati ionning elektron tuzilishi, zaryadi va hajmi bilan aniqlanadi; u anionlar uchun kationlarga qaraganda yuqori. Kationlar orasida eng yuqori qutblanish qobiliyati kattaroq va kichikroq o'lchamdagi kationlar uchun, masalan, Hg 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Al 3+ , Tl 3+. Kuchli polarizatsiya ta'siriga ega H+ . Ion polarizatsiyasining ta'siri ikki tomonlama bo'lgani uchun ular hosil bo'lgan birikmalarning xususiyatlarini sezilarli darajada o'zgartiradi.
Uchinchi turdagi ulanish -dipol-dipol ulanish
Ro'yxatda keltirilgan aloqa turlaridan tashqari, dipol-dipol ham mavjud molekulalararo o'zaro ta'sirlar, deb ham ataladi van der Vaals .
Ushbu o'zaro ta'sirlarning kuchi molekulalarning tabiatiga bog'liq.
O'zaro ta'sirning uch turi mavjud: doimiy dipol - doimiy dipol ( dipol-dipol diqqatga sazovor joylar); doimiy dipol - induktsiyalangan dipol ( induksiya diqqatga sazovor joylar); oniy dipol - induktsiyalangan dipol ( dispersiya attraktsion yoki London kuchlari; guruch. 6).
Guruch. 6.
Faqat qutbli kovalent bog'langan molekulalar dipol-dipol momentga ega ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl) va bog'lanish kuchi 1-2 ga teng debye(1D \u003d 3,338 × 10 -30 kulon metr - C × m).
Biokimyoda bog'lanishning yana bir turi ajralib turadi - vodorod cheklovchi holat bo'lgan ulanish dipol-dipol diqqatga sazovor joy. Bu bog'lanish vodorod atomi va kichik elektronegativ atom, ko'pincha kislorod, ftor va azot o'rtasidagi tortishish natijasida hosil bo'ladi. Xuddi shunday elektronegativlikka ega bo'lgan yirik atomlar bilan (masalan, xlor va oltingugurt bilan) vodorod aloqasi ancha zaifdir. Vodorod atomi bitta muhim xususiyat bilan ajralib turadi: bog'lovchi elektronlar tortib olinganda, uning yadrosi - proton ochiladi va elektronlar tomonidan ekranga tushishni to'xtatadi.
Shuning uchun atom katta dipolga aylanadi.
Vodorod aloqasi, van der Vaals bog'idan farqli o'laroq, nafaqat molekulalararo o'zaro ta'sirlar paytida, balki bir molekula ichida ham hosil bo'ladi - intramolekulyar vodorod aloqasi. Vodorod aloqalari biokimyoda muhim rol o'ynaydi, masalan, a-spiral shaklidagi oqsillarning tuzilishini barqarorlashtirish yoki DNK qo'sh spiralini hosil qilish uchun (7-rasm).
7-rasm.
Vodorod va van der Vaals bog'lari ion, kovalent va koordinatsion bog'larga qaraganda ancha zaifdir. Molekulyar aloqalarning energiyasi Jadvalda ko'rsatilgan. bitta.
1-jadval. Molekulalararo kuchlar energiyasi
Eslatma: Molekulalararo o'zaro ta'sir darajasi erish va bug'lanish (qaynatish) entalpiyasini aks ettiradi. Ion birikmalari ionlarni ajratish uchun molekulalarni ajratishdan ko'ra ko'proq energiya talab qiladi. Ion birikmalarining erish entalpiyalari molekulyar birikmalarga qaraganda ancha yuqori.
To'rtinchi ulanish turi -metall bog'lanish
Va nihoyat, molekulalararo aloqalarning yana bir turi mavjud - metall: metallar panjarasining musbat ionlarining erkin elektronlar bilan bog'lanishi. Bunday aloqa turi biologik ob'ektlarda uchramaydi.
Bog'lanish turlarini qisqacha ko'rib chiqishdan bitta tafsilot paydo bo'ladi: metallning atomi yoki ionining muhim parametri - elektron donor, shuningdek atom - elektron qabul qiluvchisi. hajmi.
Tafsilotlarga kirmasdan shuni ta'kidlaymizki, atomlarning kovalent radiuslari, metallarning ion radiuslari va o'zaro ta'sir qiluvchi molekulalarning van-der-Vaals radiuslari davriy tizim guruhlarida ularning atom soni ortishi bilan ortadi. Bunday holda, ion radiuslarining qiymatlari eng kichik, van der Waals radiuslari esa eng katta. Qoidaga ko'ra, guruh bo'ylab pastga siljishda barcha elementlarning radiusi kovalent va van-der-vaals bo'yicha ortadi.
Biologlar va shifokorlar uchun eng muhimi muvofiqlashtirish(donor-akseptor) koordinatsion kimyo tomonidan ko'rib chiqiladigan bog'lanishlar.
Tibbiy bioanorganiklar. G.K. Barashkov
