ទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់

ទ្រឹស្តី​ចំណង​វ៉ាឡង់ស៍៖ ការវិភាគ​ស៊ីជម្រៅ

ទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់ស៍ (VBT) តំណាងឱ្យទ្រឹស្តីជាមូលដ្ឋានមួយនៅក្នុងវិស័យគីមីវិទ្យាកង់ទិច និងចំណងគីមី។ ទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់ស៍ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅដើមសតវត្សរ៍ទី 20 ជាចម្បងដោយ Linus Pauling និង John C. Slater ផ្តល់នូវក្របខ័ណ្ឌសំខាន់មួយសម្រាប់ការយល់ដឹងពីរបៀបដែលអាតូមផ្សំគ្នាដើម្បីបង្កើតជាម៉ូលេគុលតាមរយៈការត្រួតស៊ីគ្នានៃគន្លងអាតូម។ អត្ថបទនេះផ្តល់នូវការពិនិត្យដ៏ទូលំទូលាយនៃទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់ស៍ ដោយស៊ើបអង្កេតទៅលើការអភិវឌ្ឍប្រវត្តិសាស្ត្រ គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាន គោលគំនិតសំខាន់ៗ និងផលវិបាករបស់វានៅក្នុងគីមីវិទ្យាសហសម័យ។

ការអភិវឌ្ឍន៍ប្រវត្តិសាស្ត្រ

ប្រភពដើមនៃទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់អាចត្រូវបានតាមដានត្រឡប់ទៅវិស័យដែលកំពុងរីកចម្រើននៃមេកានិចកង់ទិចនៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1900។ មុនសម័យមេកានិចកង់ទិច ចំណងគីមីត្រូវបានពន្យល់ជាចម្បងដោយប្រើទ្រឹស្តីបុរាណដែលមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីពន្យល់ពីបាតុភូតដែលសង្កេតឃើញនៅមាត្រដ្ឋានអាតូម។ ការមកដល់នៃមេកានិចកង់ទិចបានផ្តល់នូវឧបករណ៍ចាំបាច់ដើម្បីស្វែងយល់កាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីធម្មជាតិនៃអន្តរកម្មអាតូម។

នៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1920 លោក Walter Heitler និងលោក Fritz London បានបង្កើតរបកគំហើញមួយដែលបានដាក់មូលដ្ឋានគ្រឹះសម្រាប់ VBT។ ពួកគេបានអនុវត្តមេកានិចកង់ទិចទៅលើម៉ូលេគុលអ៊ីដ្រូសែន ដោយបង្ហាញថាចំណងអាចត្រូវបានយល់ថាជាការត្រួតស៊ីគ្នានៃអនុគមន៍រលក។ បន្ទាប់ពីនេះ លោក Linus Pauling និងលោក John C. Slater បានកែលម្អទ្រឹស្តីបន្ថែមទៀត ដោយបញ្ចូលគោលគំនិតនៃការបង្កាត់ពូជនៃគន្លងអាតូម ដើម្បីពន្យល់ពីធរណីមាត្រនៃម៉ូលេគុលស្មុគស្មាញជាង។

គោលការណ៍គ្រឹះ

ទ្រឹស្តី​ចំណង​វ៉ាឡង់ស៍​គឺ​ផ្អែក​លើ​គោលការណ៍​សំខាន់ៗ​មួយ​ចំនួន៖

១. ការត្រួតស៊ីគ្នានៃអនុគមន៍រលក៖
ចំណុចស្នូលនៃ VBT គឺជាគោលគំនិតដែលថាចំណងគីមីកើតឡើងនៅពេលដែលគន្លងអាតូមត្រួតស៊ីគ្នា ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអេឡិចត្រុងត្រូវបានចែករំលែករវាងអាតូម។ ការត្រួតស៊ីគ្នានេះនាំទៅរកការបង្កើតចំណងស៊ីហ្គាម៉ា (σ) ដែលត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការត្រួតស៊ីគ្នាផ្នែកខាងមុខ ឬចំណង pi (π) ដែលបណ្តាលមកពីការត្រួតស៊ីគ្នាចំហៀងនៃគន្លង p ដែលមិនបានផ្សំគ្នា។

២. ការបង្កាត់ពូជ៖
ការធ្វើអ៊ីប្រ៊ីតាល់គឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការពន្យល់ពីរូបរាង និងមុំភ្ជាប់នៅក្នុងម៉ូលេគុល។ វាពាក់ព័ន្ធនឹងការរួមបញ្ចូលគ្នានៃគន្លងអាតូមនៅក្នុងអាតូមមួយ ដើម្បីបង្កើតជាគន្លងអ៊ីប្រ៊ីតាល់ថ្មីដែលចង្អុលទៅទិសដៅជាក់លាក់ ដោយហេតុនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានការត្រួតស៊ីគ្នាល្អប្រសើរបំផុតជាមួយគន្លងពីអាតូមផ្សេងទៀត។ ឧទាហរណ៍ អាតូមកាបូននៅក្នុងមេតាន (CH4) ឆ្លងកាត់ការធ្វើអ៊ីប្រ៊ីតាល់ sp³ ដែលបណ្តាលឱ្យមានគន្លងអ៊ីប្រ៊ីតាល់ sp³ សមមូលចំនួនបួនដែលរៀបចំជារាងតេត្រាអេដ្រាត។

៣. សំឡេងរំញ័រ៖
ម៉ូលេគុលមួយចំនួនមិនអាចពិពណ៌នាបានយ៉ាងហ្មត់ចត់ដោយរចនាសម្ព័ន្ធ Lewis តែមួយបានទេ។ ម៉ូលេគុលទាំងនេះបង្ហាញពីភាពរសើប ដែលរចនាសម្ព័ន្ធពិតប្រាកដគឺជាកូនកាត់នៃរចនាសម្ព័ន្ធច្រើន។ ឧទាហរណ៍បុរាណគឺ benzene (C6H6) ដែលអាចត្រូវបានពិពណ៌នាជាមួយនឹងចំណងទ្វេ និងចំណងទោលឆ្លាស់គ្នា ប៉ុន្តែរចនាសម្ព័ន្ធពិតរបស់វាគឺជាល្បាយស្មើគ្នានៃទម្រង់ភាពរសើបទាំងនេះ។

៤. ការផ្គូផ្គងបង្វិល៖
នៅក្នុង VBT អេឡិចត្រុងនៅក្នុងគន្លងភ្ជាប់ត្រូវបានផ្គូផ្គងជាមួយនឹងការវិលផ្ទុយគ្នា ដែលជាតម្រូវការដែលកើតចេញពីគោលការណ៍ដកចេញរបស់ Pauli ដែលចែងថាគ្មានអេឡិចត្រុងពីរនៅក្នុងអាតូមមួយអាចមានសំណុំលេខកង់ទិចដូចគ្នានោះទេ។ ការផ្គូផ្គងការវិលនៅក្នុងគន្លងដែលត្រួតស៊ីគ្នានាំឱ្យមានស្ថេរភាពនៃម៉ូលេគុល។

គំនិតសំខាន់

អ័រប៊ីតាល់ភ្ជាប់ និង អ័រប៊ីតាល់ប្រឆាំងចំណង៖
នៅពេលដែលអរប៊ីតាល់អាតូមពីរត្រួតស៊ីគ្នា ពួកវាបង្កើតជាអរប៊ីតាល់ម៉ូលេគុល ដែលអាចជាចំណង ឬអង់ទីចំណង។ អរប៊ីតាល់ចំណងកើតឡើងពីការជ្រៀតជ្រែកស្ថាបនានៃអរប៊ីតាល់អាតូម ដែលនាំឱ្យមានស្ថានភាពថាមពលទាប ហើយដូច្នេះចំណងមានស្ថេរភាព។ ផ្ទុយទៅវិញ អរប៊ីតាល់អង់ទីចំណងកើតឡើងពីការជ្រៀតជ្រែកបំផ្លិចបំផ្លាញ ដែលនាំឱ្យមានស្ថានភាពថាមពលខ្ពស់ ដែលអាចធ្វើឱ្យចំណងមិនមានស្ថេរភាព។

ការភ្ជាប់ក្នុងតំបន់៖
VBT សន្មតថាអេឡិចត្រុងត្រូវបានធ្វើមូលដ្ឋានីយកម្មរវាងស្នូលនៃអាតូមដែលភ្ជាប់គ្នា។ ទស្សនៈនេះផ្ទុយពីទ្រឹស្តីអ័រប៊ីតាល់ម៉ូលេគុល ដែលចាត់ទុកអេឡិចត្រុងថាត្រូវបានបំបែកចេញពីទីតាំងនៅទូទាំងម៉ូលេគុលទាំងមូល។

ប្រភេទនៃការបង្រួបបង្រួម៖
ការបង្កាត់ពូជដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការកំណត់ធរណីមាត្រម៉ូលេគុល។ ខាងក្រោមនេះគឺជាប្រភេទទូទៅមួយចំនួន៖
– sp អ៊ីប្រ៊ីឌីសិន៖ ធរណីមាត្រលីនេអ៊ែរដែលមានមុំចង 180° ដែលឃើញនៅក្នុងម៉ូលេគុលដូចជាអាសេទីលីន (C2H2)។
– sp² ការ​បង្កាត់​ពូជ៖ ធរណីមាត្រ​ប្លង់​ត្រីកោណ​ដែល​មាន​មុំ​ភ្ជាប់ 120° ដែល​ឃើញ​ក្នុង​អេទីឡែន (C2H4)។
– ការ​បង្កាត់​ពូជ sp³៖ ធរណីមាត្រ​តេត្រាហ៊ីដ្រាល​ដែល​មាន​មុំ​ចង 109.5° ដែល​ឃើញ​ក្នុង​មេតាន (CH4)។
– ការ​បង្កាត់​ពូជ sp³d និង sp³d²៖ ទាំងនេះ​ពាក់ព័ន្ធ​នឹង​ការ​ដាក់​បញ្ចូល​អ័រប៊ីតាល់ d ហើយ​ត្រូវ​បាន​គេ​ឃើញ​នៅ​ក្នុង​ម៉ូលេគុល​ដែល​មាន​អុកតេត​ដែល​បាន​ពង្រីក ដូចជា​ផូស្វ័រ​ប៉ង់តាក្លរីត (PCl5) និង​ស្ពាន់ធ័រ​ហិចសាហ្វ្លុយអូរីត (SF6)។

ការ​អនុវត្ត​និង​ផល​ប៉ះពាល់​

ទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់ស៍មានការអនុវត្តយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងការទស្សន៍ទាយ និងពន្យល់អំពីរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុល និងគំរូប្រតិកម្ម។ ឧទាហរណ៍ ការយល់ដឹងអំពីស្ថានភាពកូនកាត់នៃកាបូននៅក្នុងប្រតិកម្មសរីរាង្គអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកគីមីវិទ្យាទស្សន៍ទាយរចនាសម្ព័ន្ធ និងប្រតិកម្មនៃម៉ូលេគុលសរីរាង្គ។ លើសពីនេះ VBT អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីយល់អំពីរចនាសម្ព័ន្ធស្ថានភាពអន្តរកាល សារធាតុអន្តរកាលនៅក្នុងប្រតិកម្មគីមី និងអន្តរកម្មនៃម៉ូលេគុលជាមួយនឹងកាតាលីករ។

ទ្រឹស្ដីនេះក៏មានសារៈសំខាន់ផងដែរក្នុងការពន្យល់អំពីលក្ខណៈសម្បត្តិម៉ាញ៉េទិចរបស់ម៉ូលេគុល។ តាមរយៈការពិចារណាលើការផ្គូផ្គងអេឡិចត្រុង VBT អាចទស្សន៍ទាយថាតើម៉ូលេគុលមួយនឹងបង្ហាញប៉ារ៉ាម៉ាញ៉េទិច (អេឡិចត្រុងដែលមិនមានគូ) ឬដ្យាម៉ាញ៉េទិច (អេឡិចត្រុងទាំងអស់ដែលមានគូ)។

លើសពីនេះ VBT បានជះឥទ្ធិពលដល់ការអភិវឌ្ឍគីមីវិទ្យាកុំព្យូទ័រ។ ការយល់ដឹងដែលទទួលបានពី VBT ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលទៅក្នុងគំរូកុំព្យូទ័រ និងកម្មវិធីផ្សេងៗដែលប្រើសម្រាប់រចនាម៉ូលេគុល និងសម្ភារៈថ្មីៗ។

ដែនកំណត់

ទោះបីជាមានកម្មវិធីយ៉ាងទូលំទូលាយក៏ដោយ VBT មានដែនកំណត់។ វាពិបាកក្នុងការពន្យល់ពីបាតុភូតដែលពាក់ព័ន្ធនឹងអេឡិចត្រុងដែលបានបំបែកទីតាំង ដូចជាអ្វីដែលត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងប្រព័ន្ធផ្សំដូចជាសមាសធាតុអារ៉ូម៉ាទិច។ លើសពីនេះ VBT តម្រូវឱ្យមានការកែតម្រូវ និងការប៉ាន់ស្មាន ជាពិសេសនៅក្នុងស្មុគស្មាញដែលពាក់ព័ន្ធនឹងលោហធាតុអន្តរកាល ដែលការចូលរួម d-orbital ធ្វើឱ្យស្មុគស្មាញដល់គំរូ hybridization ត្រង់ៗ។

សន្និដ្ឋាន

ទ្រឹស្តីចំណងវ៉ាឡង់នៅតែជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃទ្រឹស្តីចំណងគីមី ដោយផ្តល់នូវក្របខ័ណ្ឌរឹងមាំសម្រាប់ការយល់ដឹងអំពីធម្មជាតិនៃចំណងគីមីតាមរយៈការត្រួតស៊ីគ្នានៃគន្លង ការបង្កាត់ពូជ និងការផ្គូផ្គងអេឡិចត្រុង។ ខណៈពេលដែលវាមានដែនកំណត់របស់វា VBT នៅតែជាឧបករណ៍ដ៏មានតម្លៃសម្រាប់អ្នកគីមីវិទ្យា ដោយផ្តល់នូវការយល់ដឹងអំពីរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុល ប្រតិកម្ម និងលក្ខណៈសម្បត្តិ។ គោលការណ៍របស់វាជាមូលដ្ឋាននៃគីមីវិទ្យាទំនើបជាច្រើន ដែលគូសបញ្ជាក់ពីមរតកដ៏យូរអង្វែងនៃការងារត្រួសត្រាយផ្លូវរបស់ Heitler, London, Pauling និង Slater។ នៅពេលដែលបច្ចេកទេសគណនាវិវឌ្ឍ ការរួមបញ្ចូល VBT ជាមួយគំរូមេកានិចកង់ទិចផ្សេងទៀតសន្យាថានឹងធ្វើឱ្យការយល់ដឹងរបស់យើងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីរបាំស្មុគស្មាញនៃអាតូម និងអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតបានជាពិភពម៉ូលេគុល។