19-кылымдагы атомдордун жана молекулалардын түзүлүшү жөнүндөгү билим деңгээли атомдордун башка бөлүкчөлөр менен белгилүү бир сандагы байланыш түзүшүнүн себебин түшүндүрүүгө мүмкүндүк берген эмес. Бирок илимпоздордун идеялары өз доорунан алдыда болгон жана валенттүүлүк дагы эле химиянын негизги принциптеринин бири катары изилденүүдө.
"Химиялык элементтердин валенттүүлүгү" түшүнүгүнүн тарыхынан
19-кылымдын көрүнүктүү англиялык химиги Эдвард Франкланд атомдордун бири-бири менен өз ара аракеттенүү процессин сүрөттөө үчүн «байланыш» терминин илимий колдонууга киргизген. Окумуштуу кээ бир химиялык элементтер башка атомдордун саны менен кошулмаларды түзөөрүн байкаган. Мисалы, азот аммиактын молекуласына үч суутек атомун бириктирет.
1852-жылы май айында Франкланд атом башка майда бөлүкчөлөр менен түзө турган химиялык байланыштардын белгилүү бир саны бар деп гипотеза жасаган. Франкланд кийинчерээк валенттүүлүк деп атала турган нерсени сүрөттөө үчүн "байланыштыруучу күч" деген сөздү колдонгон. Британиялык химик канча экенин аныктадыхимиялык байланыштар 19-кылымдын ортосунда белгилүү болгон айрым элементтердин атомдорун түзөт. Франкланддын эмгеги заманбап структуралык химияга маанилүү салым болгон.
Мамилелерди өнүктүрүү
Германиялык химик Ф. А. Кекуле 1857-жылы көмүртектин тетрабазалуу экенин далилдеген. Анын эң жөнөкөй кошулмасында - метанда 4 суутек атому бар байланыштар бар. Окумуштуу башка бөлүкчөлөрдүн катуу аныкталган санын бириктирүү үчүн элементтердин касиетин белгилөө үчүн "негиздик" терминин колдонгон. Россияда заттын түзүлүшү жөнүндөгү маалыматтарды А. М. Бутлеров (1861) системалаштырган. Химиялык байланыш теориясы элементтердин касиеттеринин мезгил-мезгили менен өзгөрүшү жөнүндөгү окуунун аркасында андан ары өнүгүүгө ээ болду. Анын автору дагы бир көрүнүктүү орус химиги Д. И. Менделеев. Ал химиялык элементтердин кошулмалардагы валенттүүлүгү жана башка касиеттери алардын мезгилдик системада ээлеген орду менен байланыштуу экендигин далилдеди.
Валенттүүлүктүн жана химиялык байланыштын графикалык көрүнүшү
Молекулаларды визуалдык көрсөтүү мүмкүнчүлүгү валенттүүлүк теориясынын талашсыз артыкчылыктарынын бири болуп саналат. Биринчи моделдер 1860-жылдары пайда болуп, 1864-жылдан баштап ичинде химиялык белгиси бар тегерекчелер болгон структуралык формулалар колдонула баштаган. Атомдордун символдорунун ортосундагы сызык химиялык байланышты көрсөтүп турат жана бул сызыктардын саны валенттүүлүктүн маанисине барабар. Ошол эле жылдарда биринчи топ жана таяк моделдери жасалган (солдогу сүрөттү караңыз). 1866-жылы Кекуле атомдун стереохимиялык чиймесин сунуш кылган.тетраэдр түрүндөгү көмүртек, ал өзүнүн Органикалык химия окуу китебине киргизген.
Химиялык элементтердин валенттүүлүгүн жана байланыштардын пайда болушун Г. Льюис изилдеп, 1923-жылы электрон ачылгандан кийин эмгектерин жарыялаган. Бул атомдордун кабыкчаларынын бир бөлүгү болгон эң кичинекей терс заряддуу бөлүкчөлөрдүн аталышы. Льюис китебинде валенттик электрондорду көрсөтүү үчүн химиялык элементтин символунун төрт тарабындагы чекиттерди колдонгон.
Суутек жана кычкылтек үчүн валенттүүлүк
Мезгилдик система түзүлгөнгө чейин бирикмелердеги химиялык элементтердин валенттүүлүгү, адатта, белгилүү болгон атомдор менен салыштырылган. Стандарт катары суутек жана кычкылтек тандалып алынган. Башка химиялык элемент H жана O атомдорунун белгилүү санын өзүнө тартып же алмаштырды.
Ушундай жол менен бир валенттүү суутек менен кошулмаларда касиеттер аныкталган (экинчи элементтин валенттүүлүгү рим цифрасы менен көрсөтүлгөн):
- HCl - хлор (I):
- H2O - кычкылтек (II);
- NH3 - азот (III);
- CH4 - көмүртек (IV).
оксиддерде K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 кошулган O атомдорунун санын эки эсеге көбөйтүү менен металлдардын жана металл эместердин кычкылтек валенттүүлүгүн аныктады. Төмөнкү маанилер алынды: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Химиялык элементтердин валенттүүлүгүн кантип аныктоого болот
Жалпы электрондук катышкан химиялык байланыштын пайда болушунун мыйзам ченемдүүлүктөрү баржубайлар:
- Суутектин типтүү валенттүүлүгү I.
- Адаттагы кычкылтек валенттүүлүгү - II.
- Металл эмес элементтер үчүн эң төмөнкү валенттүүлүк 8 формуласы боюнча – алар мезгилдик системада жайгашкан топтун саны менен аныкталышы мүмкүн. Эң чоңу, мүмкүн болсо, топтун номери менен аныкталат.
- Кошумча подгруппалардын элементтери үчүн максималдуу мүмкүн болгон валенттүүлүк алардын мезгилдик таблицадагы тобунун номери менен бирдей.
Бирикменин формуласы боюнча химиялык элементтердин валенттүүлүгүн аныктоо төмөнкү алгоритм боюнча жүргүзүлөт:
- Химиялык белгинин үстүндөгү элементтердин биринин белгилүү маанисин жаз. Мисалы, Mn2O7 ичинде кычкылтектин валенттүүлүгү II.
- Жалпы маанини эсептеңиз, ал үчүн валенттүүлүктү молекуладагы бир эле химиялык элементтин атомдорунун санына көбөйтүү керек: 27=14.
- Белгисиз экинчи элементтин валенттүүлүгүн аныктаңыз. 2-кадамда алынган маанини молекуладагы Mn атомдорунун санына бөлүңүз.
- 14: 2=7. Марганецтин жогорку оксидиндеги валенттүүлүгү VII.
Туруктуу жана өзгөрмө валенттүүлүк
Суутек жана кычкылтек үчүн валенттик маанилери ар кандай. Мисалы, H2S кошулмасындагы күкүрт эки валенттүү, ал эми SO3 формуласында алты валенттүү. Көмүртек кычкылтек менен CO оксиди жана диоксид CO2 түзөт. Биринчи кошулмада С валенттүүлүгү II, экинчисинде IV. Метандагы бирдей маани CH4.
Көпчүлүкэлементтер туруктуу эмес, өзгөрүлмө валенттүүлүк көрсөтөт, мисалы, фосфор, азот, күкүрт. Бул кубулуштун негизги себептерин издөө химиялык байланыш теорияларынын, электрондордун валенттүү катмары жана молекулалык орбитальдар жөнүндөгү идеялардын пайда болушуна алып келди. Бир эле касиеттин ар кандай маанилеринин болушу атомдордун жана молекулалардын түзүлүшүнүн позициясынан түшүндүрүлгөн.
Валенттүүлүк жөнүндө заманбап идеялар
Бардык атомдор терс заряддуу электрондор менен курчалган оң ядродон турат. Алар түзгөн сырткы кабык бүтө элек. Аякталган структура эң туруктуу, анын курамында 8 электрон бар (октет). Жалпы электрон жуптарынан улам химиялык байланыштын пайда болушу атомдордун энергетикалык жактан жагымдуу абалына алып келет.
Кошулмалардын пайда болушунун эрежеси - бул электрондорду кабыл алуу же жупташтырылбагандарды берүү аркылуу кабыктын бүтүшү - кайсы процесс оңой болгонуна жараша. Эгерде атом жуптары жок терс бөлүкчөлөрдүн химиялык байланышын түзүүнү камсыз кылса, анда ал жупташкан электрондоруна жараша көп байланыш түзөт. Заманбап концепциялар боюнча химиялык элементтердин атомдорунун валенттүүлүгү – белгилүү сандагы коваленттик байланыштарды түзүү жөндөмдүүлүгү. Мисалы, H2S күкүрттүү суутек молекуласында күкүрт II (–) валенттүүлүккө ээ болот, анткени ар бир атом эки электрон жуптун пайда болушуна катышат. “–” белгиси электрондук түгөйдүн көбүрөөк электр терс элементке тартылышын көрсөтөт. Азыраак электр терс үчүн валенттүүлүктүн маанисине “+” кошулат.
Донор-акцептор механизми менен процесске бир элементтин электрон жуптары жана башка элементтин эркин валенттүү орбиталдары катышат.
Валенттүүлүктүн атомдун түзүлүшүнөн көз карандылыгы
Көмүртек менен кычкылтектин мисалын карап көрөлү, химиялык элементтердин валенттүүлүгү заттын түзүлүшүнөн кандай көз каранды. Мезгилдик таблица көмүртек атомунун негизги мүнөздөмөлөрү жөнүндө түшүнүк берет:
- химиялык белгиси - C;
- элемент номери - 6;
- негизги заряд - +6;
- ядродогу протондор - 6;
- электрондор - 6, анын ичинде 4 тышкы, анын ичинен 2 жупту түзөт, 2 жупташкан эмес.
Эгер CO оксидиндеги көмүртек атому эки байланыш түзсө, анда аны колдонууга 6 гана терс бөлүкчө келет. Октетти алуу үчүн түгөйлөр 4 тышкы терс бөлүкчөлөрдү түзүшү керек. Көмүртектин диоксидде IV (+) валенттүүлүгү жана метанда IV (–) бар.
Кычкылтектин катарлык саны 8, валенттүү кабыкчасы алты электрондон турат, алардын 2си жуп түзбөйт жана башка атомдор менен химиялык байланышка жана өз ара аракеттенүүгө катышат. Кычкылтектин типтүү валенттүүлүгү II (–).
Валенттүүлүк жана кычкылдануу абалы
Көп учурларда "кычкылдануу деңгээли" түшүнүгүн колдонуу ыңгайлуураак. Бул атомдун зарядына берилген ат, эгерде бардык байланыш электрондору электр терс касиети (ЭО) жогору болгон элементке өткөрүлсө. Жөнөкөй заттагы кычкылдануу санынөл. “–” белгиси көбүрөөк ЭО элементинин кычкылдануу даражасына, ал эми азыраак электр терсине “+” белгиси кошулат. Мисалы, негизги подгруппалардын металлдары үчүн кычкылдануу даражалары жана иондук заряддар типтүү, "+" белгиси менен топтун номерине барабар. Көпчүлүк учурларда бир эле кошулмадагы атомдордун валенттүүлүгү жана кычкылдануу даражасы сан жагынан бирдей. Көбүрөөк электр терс атомдор менен өз ара аракеттенгенде гана кычкылдануу даражасы оң, ал эми ЭО төмөн болгон элементтерде терс болот. "Валенттүүлүк" түшүнүгү көбүнчө молекулярдык түзүлүштөгү заттарга гана колдонулат.
