Молекулааралық байланыстардың мысал сұрақтары және талқылауы
Молекулааралық байланыс химияда, әсіресе заттардың физикалық және химиялық қасиеттерін түсінуде маңызды тақырып болып табылады. Молекулааралық байланысқа Лондон дисперсия күштері, диполь-диполь күштері және сутектік байланыстар кіреді. Осы байланыс түрлерінің әрқайсысын және олардың өзара әрекеттесуін толық түсіну әртүрлі жағдайларда заттардың мінез-құлқын болжау үшін өте маңызды. Бұл мақалада осы тұжырымдаманы түсіндіруге көмектесетін бірнеше мысал есептері және олардың шешімдері талқыланады.
1. Лондон стилі (Диспертациялық күштер)
Лондон күштері - ван-дер-Ваальс күштерінің ең әлсіз түрі. Олар молекуланың электрон бұлтындағы электрондардың таралуы бір сәтте біркелкі болмаған кезде пайда болатын уақытша дипольдер арасындағы өзара әрекеттесуден пайда болады.
1-мысал сұрақ:
Сұрақ:
Екі полярлы емес молекуланың, айталық, He және Ne молекулаларының арасында Лондон күштері бар. Ne He-ден үлкен екенін ескере отырып, қайсысының Лондон күштері күштірек екенін түсіндіріңіз және неге?
Талқылау:
Молекуладағы электрондар саны артқан сайын Лондон күштері маңыздырақ болады, себебі бұл поляризацияны арттырады. Неонның (Ne) электрондары (10) тек 2 электроны бар гелийден (He) көп. Сондықтан Ne молекулаларының электрон бұлты үлкенірек және олар He молекулаларына қарағанда оңай поляризацияланады. Нәтижесінде, Ne молекулалары арасындағы Лондон күштері He молекулалары арасындағы күштерге қарағанда күштірек болады.
2. Диполь-диполь күші
Диполь-диполь күштері полярлық молекулалар арасында пайда болады, мұнда бір молекуланың ішінара оң заряды басқа молекуланың ішінара теріс зарядымен әрекеттеседі.
2-мысал сұрақ:
Сұрақ:
Екі полярлы молекула, HCl және HF, диполь-диполь күштеріне ие. HCl мен HF арасында қайсысының диполь-диполь күштері күштірек және неліктен?
Талқылау:
HF молекулаларында HCl-ге қарағанда диполь-диполь күштері күштірек. Себебі фтордың (F) электртерістігі өте жоғары, ал H мен F арасындағы электртерістік айырмашылығы H мен Cl арасындағыдан үлкен. Бұл HF молекуласында HCl-ге қарағанда күштірек диполь тудырады. Сондықтан HF молекулалары арасындағы диполь-диполь күштері HCl арасындағы күштерге қарағанда күштірек.
3. Сутектік байланыстар
Сутектік байланыс - диполь-дипольдік күшінің ерекше түрі және жоғары электронегативті атоммен (мысалы, F, O немесе N) ковалентті түрде байланысқан сутегі атомы басқа жоғары электронегативті атомдағы жалғыз электрон жұбымен әрекеттескенде пайда болады.
3-мысал сұрақ:
Сұрақ:
Келесі үш затты қарастырайық: су (H₂O), метанол (CH₃OH) және этанол (C₂H₅OH). Қайсысының сутектік байланысы ең күшті екенін анықтаңыз және неліктен?
Талқылау:
Аталған заттардың барлығы –OH топтарына ие болғандықтан, сутектік байланыстар түзе алады. Дегенмен, сутектік байланыстың беріктігі тек –OH тобының болуына ғана емес, сонымен қатар сутектік байланыстар түзе алатын орындардың саны мен орналасуына да байланысты.
– Су (H₂O) төрт сутектік байланыс түзе алады (екеуі Н атомы арқылы донор ретінде және екеуі О атомындағы жалғыз электрон жұбы арқылы акцептор ретінде).
– Метанол (CH3₃OH) және этанол (C3₂H3₅OH) әрқайсысы екі сутектік байланыс түзе алады (біреуі Н арқылы донор ретінде, ал екіншісі О-дағы жалғыз жұп арқылы акцептор ретінде).
Осылайша, су (H₂O) ең көп сутектік байланыс түзу мүмкіндігіне ие және сондықтан ең күшті сутектік байланыстарға ие.
4. Лондон күші мен Диполь-Диполь күштерінің үйлесімі
Кейбір заттарда Лондон және диполь-диполь күштерінің тіркесімі пайда болуы мүмкін және молекулааралық өзара әрекеттесудің жалпы күшіне ықпал етеді.
4-мысал сұрақ:
Сұрақ:
Хлороформның (CHCl₃) және көміртек тетрахлоридінің (CCl₄) қайнау температураларын салыстырыңыз және Лондон мен диполь-диполь күштерінің осыған байланысты рөлін түсіндіріңіз.
Талқылау:
– Хлороформ (CHCl₃) – электрондардың H атомдарына қатысты асимметриялық таралуына байланысты толық дипольдік моменті бар полярлы молекула.
– Көміртек тетрахлориді (CCl₄) жоғары электронтеріс Cl атомына ие болғанына қарамастан, симметриялы электрон таралуына байланысты полярлы емес молекула болып табылады.
CHCl₃ молекуласындағы диполь-диполь күштері молекуланың полярлығына байланысты күшті болады, ал CCl₄ сәл үлкенірек және поляризацияланатын электрон бұлтына ие болуы мүмкін болса да, Лондон күштері екі молекулада да маңызды болады.
Дегенмен, CHCl₃ құрамындағы Лондон күштері мен диполь-диполь күштерінің үйлесімі, олардың молекулалық салмағы салыстырмалы болғанымен, CCl₄-қа қарағанда жоғары қайнау температурасына ие етеді.
5. Ион-дипольдік өзара әрекеттесулер
Ион-дипольдік өзара әрекеттесулер су сияқты полярлық еріткіштерде тұздардың еруінде маңызды рөл атқарады. Бұл бөлімде ион зарядының және еріткіш молекуласының дипольдеріне жақын орналасуының маңыздылығына баса назар аударылады.
5-мысал сұрақ:
Сұрақ:
Неліктен натрий хлориді (NaCl) сияқты тұздар суда оңай ериді?
Талқылау:
Натрий хлориді Na⁺ және Cl⁻ иондарынан тұрады. Су (H₂O) - оттегіде ішінара теріс заряд және сутегіде оң заряд бар полярлы молекула. NaCl суда еріген кезде, Na⁺ иондары су молекуласының оттегі ұшымен әрекеттеседі, ал Cl⁻ иондары сутегі ұшымен әрекеттеседі. Бұл ион-дипольдік әрекеттесулер NaCl кристалындағы иондық күштерді жеңуге жеткілікті күшті, бұл тұздың диссоциациялануына және еруіне мүмкіндік береді.
Жабу
Лондон күштері, диполь-дипольдік өзара әрекеттесулер, сутектік байланыстар және ион-дипольдік өзара әрекеттесулер сияқты молекулааралық байланыстың әртүрлі түрлерін түсіну заттардың физикалық және химиялық қасиеттерін болжау және түсіндіру үшін өте маңызды. Осы мақалада келтірілген мысалдар мен талқылаулар молекулааралық байланыстың негізгі ұғымдарын айқынырақ көрсетеді және нығайтады деп үміттенеміз. Бұл білім тек теориялық ғылымда ғана емес, сонымен қатар материалтану, фармацевтика және қоршаған орта ғылымы сияқты практикалық қолданбаларда да маңызды.
