MÖVZU 4. KIMYƏVI RABITƏ

P L A N

1. Kimyəvi rabitə haqqında təlim.
2. Kimyəvi rabitənin tipləri: molekuldaxili və molekullararası.
3. Molekuldaxili kimyəvi rabitənin növləri: ion, kovalent metal rabitəsi.
4. Kovalent rabitənin əmələgəlmə mexanizmi: mübadilə və donor-akseptor mexanizmi.
5. Kovalent rabitənin xarakterik xassələri; rabitənin uzunluğu, rabitənin enerjisi, doymuşluq, rabitənin istiqamətliliyi.
6. Hibridləşmə və növləri.
7. Molekullararası kimyəvi rabitə və növləri:

          a) Elektrostatik qarşılıqlı təsir və tipləri.

                   b) Donor-akseptor qarşılıqlı təsir.

           c) Hidrogen rabitəsi, tipləri: molekullararası və molekuldaxili

• Kristal qəfəsin tipləri: atom, molekul, ion, metal.
• Maddənin kristal və amorf halı. Polimorf və izomorf maddələr

ƏDƏBİYYAT

1. Ş, Musayev və b. Ümumi kimya. I hissə. “Maarif” nəşr., Bakı, 1999.

2. Ə. Əliyev və b. Ümumi və qeyri-üzvi kimya. “Maarif” nəşr., Bakı, 1997.

3. Z. Qarayev. Qeyri-üzvi kimya. “Maarif” nəşr., Bakı. 1993.

4. Kimya vəsaiti. Bakı. 1993.

5. R. Mustafayev, L. Quliyeva. Qeyri-üzvi birləşmələrin kimyəvi xassələri.    Bakı. 2015.   

     6. V.  Abbаsоv  və  b.,  Kimyа. Bакı,  2015.

     7. V. Abbasov və b., Ümumi kimyanın əsasları. bakı, 2010.

     8. I. U. Lətifov   və b.    «Kimya».     Bakı,   2003.

Kimyəvi rabitə və tipləri.

    Kimyəvi rabitə haqqında təlim müasir kimyanın əsas problemlərindən biridir. Bu təlimi bilmədən

a) kimyəvi rabitənin əmələ gəlməsini

b) birləşmənin fiziki-kimyəvi xassələrini

c) birləşmənin quruluşunu

d) reaksiya qabiliyyətini və s.

anlamaq qeyri mümkündür.

               Kimyəvi rabitə atomların qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Bu zaman əmələ gələn molekulların təbiəti kimyəvi rabitənin növündən asılı olur.

               Kimyəvi rabitənin əmələ gəlməsi sistemdə qarşılıqlı təsirdə olan atomların potensial enerjisinin azalması hesabına başa gəlir.

               Kimyəvi rabitə əmələ gələrkən ayrılan enerji əmələgəlmə enerjisi, bu rabitənin qırılmasına tələb olunan enerji isə parçalanma enerjisi adlanır.

               Kimyəvi rabitənin 2 əsas tipi var:

                  1.Molekuldaxili kimyəvi rabitə

                  2.Molekullararası kimyəvi rabitə     

        Molekuldaxili kimyəvi rabitə 3 növə bölünür:

                  1.İon rabitəsi      

                  2.Kovalent rabitə 

                  3.Metal rabitəsi

         İon rabitəsi . İon rabitəsi elektromənfiliyinə görə bir-birindən kəskin fərqlənən atomlar arasında, yəni aktiv metallarla aktiv qeyri-metallar arasında əmələ gəlir.

         İon rabitəsinin əmələgəlmə mexanizmi 1916-cı ildə alman alimi

V. Kosselin irəli sürdüyü heteropolyar nəzəriyyə əsasında izah olunur.

               Bu nəzəriyyəyə görə ion rabitəsi elektronun bir atomdan başqa atoma keçdiyi zaman yaranır və nəticədə hər iki atom qonşu təsirsiz qazın davamlı konfiqurasiyasını yaradır.

                Belə ki, xarici elektron təbəqəsi, elektron verən atom üçün özündən əvvəl, elektron qəbul edən atom üçün isə özündən sonra gələn təsirsiz qazın elektron konfiqurasiyasına malik olur.

            Misal olaraq NaCl molekulunun əmələ gəlməsini nəzərdən keçirək: natrium və xlor atomlarının quruluşu aşağıdakı kimidir:

                               Na  +11;     2,8,1     və      Cl  +17;      2,8,7

    Buradan aydın olur ki, natrium və xlor atomları tamamlanmamış energetik səviyyəyə malikdir. Bunların öz energetik vəziyyətlərini tamamlaması üçün, natriumun 1 elektron verməsi 7 elektron almasından daha asandır.

   Bununla əlaqədar olaraq, xlor atomunun 1 elektron qəbul etməsi, 7 elektron verməsindən daha asandır.

   Deyilənləri sxematik olaraq aşağıdakı kimi yazmaq olar:

                                 Nəticədə natrium ionu xlor ionunu cəzb edir və NaCl molekulu əmələ gəlir.

                                         Na⁺  +Cl^– = NaCl

     İonların bir-birini cəzb etməsi yolu ilə əmələ gələn birləşmələrə heteropolyar və yaxud ion birləşmələri deyilir.

     Elektrostatik cəzbetmə ilə əmələ gələn ionlar arasındakı kimyəvi rabitəyə elektrovalent və ya ion rabitəsi deyilir.

     İon rabitəli birləşmələr qələvi və qələvi-torpaq metalları ilə halogenlər arasında daha asan əmələ gəlir. Burada da yenə atomlar arasında yaranan rabitə bütünlüklə ion rabitəsi olmur.

    Məsələn, rentgenoqrafik tədqiqatlara əsasən müəyyən edilmişdir ki, LİF  molekulunda elektron buludunun təxminən 0,1 hissəsi ionlararası sərhəddə qalır.

     Deməli, litiumla flüor arasında yaranan rabitənin 90% -i ion, 10%-i isə kovalent rabitədən   ibarətdir. Odur ki, həmin ionların  faktiki yükü +1 və -1 deyil, +0,9 və -0,9-dur.   Buna     Effektiv    Yük   deyilir.

     Kimyəvi rabitənin öyrənilməsində Kosselin nəzəriyyəsi böyük rol oynamışdır. Buna baxmayaraq hazırda onun tətbiqi məhduddur.

     Müəyyən edilmişdir ki, kimyəvi rabitənin davamlı olması üçün səkkiz elektronlu konfiqurasiya heç də zəruri deyil. Həqiqətən də reaksiya nəticəsində əmələ gələn bir çox yollar məlumdur ki, onların xarici elektron təbəqəsindəki elektronların sayı səkkiz, səkkizdən az, on səkkiz və ya on səkkizdən azdır.    

      Məsələn, ikivalentli manqan və sink ionlarının elektron konfiqurasiyası uyğun olaraq belədir: 

Mn-  2)   8)   13),                             Zn-   2)   8)   18).

               Bu ionlar nəinki birləşmədə, hətta məhlulda belə davamlıdır.

                Kovalent rabitə  (kovalent-ümumiləşmiş deməkdir).

              Kovalent rabitə  nəzəriyyəsinin də əsasını ion rabitəsində olduğu kimi    

     davamlı 8-elektronlu   təbəqənin yaranması təşkil edir.

                Lakin burada ion rabitəsindən fərqli olaraq davamlı elektron təbəqəsi

    yaranarkən elektron mübadiləsi baş vermir, hər  iki atom üçün eyni olan

     ümumi ortaq elektron cütü yaranır.

Kovalent Rabitə  Qeyri-Metal Atomları Arasında Yaranır.

     Bu atomlar eyni yaxud müxtəlif elementlərə məxsus ola bilər.

               Buna görə       kovalent rabitəni 2 tipə ayırırlar:

1. Qeyri-polyar kovalent rabitə  (QPKR)
2. Polyar kovalent rabitə   (PKR)

  QPKR-yaranmasında eyni elmentin, PKR-nin yaranmasında isə

            müxtəlif elementlərin atomları iştirak edir.

                      Kosselə görə H₂, N₂, Cl₂, H₂O,    CH₄ və s. molekulların  əmələ gəlmə mexanizmi izah edilmir.

                     Bu molekulların mövcud olmasını əsaslandırmaq üçün amerika alimi

         C.Lyuis  1916-ci ildə  öz nəzəriyyəsini irəli sürmüşdür. Onun bu

          nəzəriyyəsində rabitənin əmələ gəlməsinin əsasını təsirsiz qazlarda olduğu

         kimi 8 elektronlu (okted) təbəqənin yaranması təşkil edir.

                   Lakin Lyuisə görə  bu zaman, yəni belə halda rabitə, atomlar arasında əmələ gələn bir və ya bir   neçə elektron cütü hesabına yaranır.

                  Daha doğrusu ion rabitəsindən fərqli  olaraq davamlı təbəqə yaranarkan elektron mübadiləsi baş vermir, hər iki   atom üçün  eyni olan ümumi ortaq elektron cütü yaranır  və bunun hesabına atomlar  rabitə saxlayır.

                        Bunu xlor molekulunun əmələ gəlməsi misalı    əsasında izah edək.

     Aydın olmaq üçün xlor atomunun xarici elektronlarını nöqtələrlə

  göstərək  (:·), xlor atomlarının hər biri bir elektron ortaya qoyur və həmin  elektronlar hər iki xlor atomu üçün ortaq elektronlar olur və xlor atomlarının    hər iki nüvəsinin ətrafında fırlanır. 

          İkiqat və üçqat rabitəli atomlarda ortaq elektronların sayı 4 və 6         olur.

          Atomların arasındakı rabitələrin sayı artdıqca molekulun davamlılığı artır.

          Eyni adlı iki atoma məxsus olan ortaq elektron cütü vasitəsilə əmələ gəlmiş molekullara homopolyar (qeyri-polyar) və ya atom birləşmələri deyilir.

          Ortaq elektron cütü vasitəsilə əmələ gələn kimyəvi rabitəyə kovalent və ya atom rabitəsi deyilir. Qeyri-polyar rabitələrdə elektron cütü hər iki atoma eyni cür mənsub olur.

          Kovalent rabitə möhkəm olur, lakin bu tip birləşmələri qızdırdıqda parçalanır. Kovalent rabitə polyar xarakterdə ola bilər. Bu zaman polyar rabitələrdə elektron cütü birləşməni əmələ gətirən atomlardan birinə daha çox meyl edir. Bu tip birləşmələrə HCI, H₂O, HNO₃ və s. misal göstərmək olar.

         HCI molekulunun əmələgəlmə mexanizmini aşağıdakı sxem ilə göstərmək olar:

 Göründüyü kimi burada elektron cütü xlor atomuna doğru meyl edir.

 Müəyyən şəraitdə polyar rabitələr ion rabitəsinə çevrilə bilər, başqa sözlə, ümumi olan elektron cütü tamamilə atomlardan birinə keçə bilər. Məsələn, hidrogen –xloridin suda həll edilməsində olduğu kimi. Elektron cütünün bir tərəfə doğru meyl göstərməsi, molekulda müsbət və mənfi yüklərin qeyri-simmetrik paylanmasına səbəb olur. Bununla əlaqədar olaraq, molekulun bir qütbündə müsbət, digərində isə mənfi yüklər olur.

        Belə molekullar polyar-dipol   (müsbət və mənfi qütblərdən ibarət) adlanır.

       Qeyri-polyar molekulda elektrik yükləri simmetrik paylanmış olur. Buraya, yəni belə molekullara H₂, CI₂, F₂, N₂, O₂, CO₂, CH₄, C₆H₆ və s. aiddir.

       Kovalent rabitə iki mexanizm üzrə əmələ gəlir:

             1. Mübadilə mexanizmi

             2. Donor-akseptor mexanizmi

        Yuxarıda qeyd olunan QPKR və PKR-lər mübadilə mexanizmi üzrə yaranır.

        Donor-akseptor mexanizmi ilə əmələ gələn birləşmənin xarakter nümunəsi kimi ,

,  ionlarının yaranmasını göstərə bilərik.

         Rabitə əmələ gətirərkən öz elektron cütünü verən atom (N, : ) ─ donor, bu elektron cütünü alan atom (, ) ─ akseptor adlanır.

        Kovalent rabitənin belə növü donor-akseptor rabitəsi (DAR) adlanır. DAR-nin təbiətini Verner (alman, 1893) öyrənmişdir.

         Üç və daha çox elementdən ibarət olan birləşmələrdə kimyəvi rabitələr də qarışıq tipli ola bilər.

        Məsələn, Na₂SO₄ molekulunda natriumla oksigen arasında rabitə ion, oksigen ilə kükürd arasında rabitə isə kovalent rabitədir.

              Metal H₂ rabitəsi (polyar rabitə) .                                                                                              

              Polyar rabitə və polyar molekul anlayışlarını bir-birindən ayırmaq (fərqləndirmək) lazımdır.

              İki atomlu molekullarda bu anlayışlar uyğun gəlir. Məsələn, HCl molekulu buna misal ola bilər. 

        Üç atomlu molekullarda isə rabitə polyar olduğu halda , molekul qeyri-polyar ola bilər. Məsələn, CO₂ molekulunda rabitə polyar, molekul isə xətti quruluşa malik olduğundan qeyri-polyar olur.

         Kovalent rabitənin xarakter xassələri aşağıdakılardır: 

rabitənin uzunluğu, rabitə enerjisi, doymuşluq, rabitənin istiqamətliliyi.

         Rabitənin uzunluğu –  atom nüvələri arasındakı məsafədir.

         Rabitə enerjisi – rabitəni qırmaq üçün sərf olunan enerji miqdarıdır.

         Doymuşluq – atomun müəyyən sayda rabitə əmələ gətirə bilmək qabiliyyətidir. Məs, H-1, C-4 və s. rabitə əmələ gətirir.

Rabitənin istiqamətliliyi – molekulun fəza quruluşunu müəyyən edir.

         HCl molekulunun əmələ gəlməsində  H-atomunun  s, xlor atomunun bir p-orbitalı iştirak edir. Molekul xətti formadadır. Su  molekulu bucaq, NH₃ molekulu  piramida, CH₄ molekulu tetraedrik formadadır.

         Atom orbitallarının örtülməsi, istiqaməti və simmetriyasından asılı olaraq rabitələr  ( siqma) , (pi) və (delta) tiplərə bölünür.

         – rabitə-orbitalların düz xətt boyunca atom nüvələrini birləşdirilməsi nəticəsində əmələ gəlir: s-s, s-p, p-p, p-d və s.

         – rabitə orbitalların yandan bir-birini örtməsi nəticəsində əmələ gəlir: p-p,   p-d, d-d və s.

         – rabitə d-d orbitalların bir-birini özünə məxsus  formada örtməsi sayəsində əmələ gəlir.

• Metal rabitəsi. Metal rabitəsi metallarda mövcud olan rabitədir. Bu tip rabitə metallar və onların əmələ gətirdikləri xəlitələr ( ərintilər) üçün xarakterikdir.

         Metal rabitəsinin əmələgəlmə  mexanizmi təxminən belədir.

           Metal atomlarında valent elektronları nüvə tərəfindən zəif cəzb olunduğu üçün, atomlar onları asanlıqla itirərək müsbət yüklü iona çevrilirlər. Atomlardan qopmuş nisbətən sərbəst elektronlar ümumiləşib    “elektron qazı ”  şəklində kristal qəfəsinin müsbət ionları arasında hərəkət edərək onları birgə saxlayır. Metal rabitəsi kovalent rabitəyə oxşayır.

             Hər iki rabitə valent elektronlarının ümumiləşməsi hesabına əmələ gəlir. Lakin valent elektronları metalda bütün kristal üçün ümumi olduğu halda, kovalent rabitələri birləşmələrdə yalnız rabitə yaradan qonşu atomlar üçün ümumi olur.

Bu səbəbdən    metal     rabitəsi möhkəmliliyi  və istiqamətliliyi ilə  kovalent rabitədən fərqlənir.

   Metalların yüksək elektrik keçiriciliyi, istilik keçirməsi, yüksək ərimə temperaturu, işığı əks etdirilməsi xassələri  metal rabitəsi ilə əlaqəlidir.

                                              HİBRİDLƏŞMƏ

       Kovalent rabitənin əmələ gəlməsində müxtəlif vəziyyətlərdə olan elektronlar məs., s və p də iştirak edir.

       Belə güman etmək olar ki, bu rabitələr qiymətcə bir-birindən fərqli olar. Lakin təcrübə göstərir ki, onlar eyni qiymətlidir. Bu hadisə hibridləşmə hadisəsi adlanır.

        Deməli hibridləşmə – müxtəlif orbitallardan eyni enerji və formaya malik orbitalların əmələ gəlməsi prosesidir.

      Alınan orbitallar hibrid orbitallar adlanır.

       Valent orbitalların hibridləşməsinin BeCl₂, BCl₃, CH₄ molekullarının əmələ gəlməsi misalında nəzərdən keçirək.

1. BeCl₂.

₄ Be-un elektron konfiqurasiyası.

       a) Normal hal: 1s² 2s² 2p⁰

       b) Həyəcanlanmış hal: 1s² 2s¹

 s və p elektronlar arasında  hibridləşmə həyəcanlanmış halda baş verir.

        Belə hibrid vəziyyətində Be, iki  Cl atomu ilə  birləşərək BeCl₂ molekulunu əmələ gətirməlidir.

2.  BCl₃

             ₅ B-un elektron konfiqurasiyası

B atomunun hibridləşməsində bir s  və iki p – elektron iştirak edir.

Bu hibrid orbitalları üç  Cl atomı ilə BCl₃ molekulunu əmələ gətirir.

                  3. CH₄

 ₆ C-nun elektron konfiqurasiyası

C atomunun  hibridləşməsində bir s və üç p – elektronları iştirak edir.

  C atomu belə hibrid vəziyyətində üç H atomu ilə birləşərək CH₄ molekulunu əmələ gətirir.

Molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvəsinin  (MQTQ) ilk dəfə 1871-ci ildə

holland alimi Van-der Vaals  müşahidə etmişdir.

Bu qüvvələrin 3 tipi var:

1. Elektrostatik qarşılıqlı təsir (Van-der Vaals qüvvələri)- EQT
2. Dopnor-akseptor qarşılıqlı təsir –DAQT
3. Hidrogen rabitəsi –HR

1. EQT-nin 3 növü var:

a) Oriyentasiya qarşılıqlı təsir-OQT

b) İnduksiya qarşılıqlı təsir – İQT

c) Dispers qarşılıqlı təsir – DQT

        OQT- polyar molekullar arasında (Kis, 1912) , İQT- polyar və qeyri-polyar molekullar  (Debay, 1920) , DQT isə qeyri-polyar molekullar (London, 1930) arasında yaranır.

       MQTQ hesabına əmələ gələn birləşmələrə: H₂, N₂, O₂, SO₂, Hhal₂, CO₂, P₄, S₈,  və sair göstərə bilərik.

      2. DAQT- birində istifadə olunmamış elektron cütü , digərində sərbəst orbital olan molekullar arasında baş verir. Məs.,  (BeCl₂)_n,   (BCl₃)n,    (AlCl₃)_n. həmçinin; NH₃ və BF₃;   NH₃ və HCl;   CuSO₄ və NH₃;   AlCl₃ və NH₃  və s.

H₃N: + BF₃ → H₃N⁺: BF 

CuSO₄ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄] SO₄

  3. Hidrogen rabitəsi – bir birləşmənin H- atomu ilə digər birləşmənin elektromənfiliyi  böyük olan atomu arasında yaranır. Üç nöqtə ilə göstərilir:

H-F + HF + …→H-F…H-F …

Bu rabitə iki eyni, yaxud müxtəlif molekullar arasında eləcə də bir molekul daxilində baş verə bilər. Bu səbəbdən iki tipə bölünür:

1. Molekullararası HR:

• Molekuldaxili HR:

  Maddələr 4 aqreqat halda olur: bərk, maye, qaz və plazma.

    Bərk maddə kristal və amorf olur.

    Kristal maddələr müəyyən həndəsi formaya və anizatrop xassələrə

              (mexaniki, elektrik, optiki) və ərimə , qaynama temperaturuna, amorf

             maddələr isə bu xassələrə malik deyil və xüsusi özlülüyə qadirdirlər.

             (Məs., şüşə, rezin, yapışqan, kanifol, plastik kütlələr, mum və sair.).

    Kristal qəfəsin (KQ)  4 tipi var:

1. İon KQ
2. Atom KQ
3. Molekul KQ
4. Metal KQ

1. İKQ-in künclərində ionlar olur. Məs., əksər qeyri-üzvi birləşmələr , qələvi, qələvi-torpaq metalların hallogenidləri  və s.

• AKQ-ın künclərində atomlar olur. Məs., B, almaz, Si, Ge, Sn, Pb, AlN,  Zn və s. Atomlar arasında kovalent rabitə mövcuddur.

• MKQ-in künclərində molekullar olur. Məs., J₂, buz, S₈, P₄, təsisiz qazlar, H₂,N₂, HCl, CO₂, naftalin. Molekullar arasında  Van-der- Vaals qüvvələri mövcuddur.

•  MKQ-in künclərində növbə ilə metal atomu və ion olur, aralarında sərbəst elektronlar delokallaşmış rabitə yaradır.

             Kristallaşma şəraitindən asılı olaraq eyni maddə quruluş və forması müxtəlif olan kristallar əmələ gətirir.Bu hadisə- polimorfizm , maddələr-polimorf maddələr adlanır: CaCO₃, SiO₂ , Al₂O₃, NH₄NO₃ və s.

            Müxtəlif maddənin eyni quruluş və formaya malik kristal əmələ gətirməsi hadisəsi- izomorfizm , maddələr- izomorf maddələr adlanır:

KAl(SO₄)₂· 12 H₂O və KCr(SO₄)₂· 12 H₂O ;

BaSO₄ və RaSO₄  ; MgCO₃ və ZnCO₃