Molekulalar va birikmalar

Atom bu – modda yoki materiyaning eng kichik birligi. Shu bilan birga atom elementning asosiy elektrokimyoviy xossalarini oʻzida saqlaydi. Kimyoning koʻp qismi atomlarning bir-biri bilan birikib kimyoviy birikma hosil qiladigan jarayonlarni oʻrganishga bagʻishlangan. Kimyoviy birikma bu kimyoviy bogʻlar bilan birlashgan atomlarning alohida yigʻindisi. Atom strukturasining birligi musbat zaryadlangan yadro hamda manfiy zaryadlangan elektronlarning elektrostatik tortishishi natijasida taʼminlangani kabi kimyoviy bogʻlarning barqarorligini ham elektrostatik tortishish taʼminlaydi. Aniqroq tasavvur shakllantirish uchun ikki asosiy bogʻlanish turini koʻrib chiqamiz: kovalent va ion bogʻlanishlari. Kovalent bogʻlanish ikkita atom elektron jufti boʻlishishidan hosil boʻlsa, ion bogʻlanishda elektronlar toʻliqligicha bir atomdan ikkinchi atomga oʻtgan boʻladi. Ushbu ikki bogʻlanish turini batafsilroq koʻrib chiqamiz.

Kovalent bogʻlanish ikki atomning elektron juftlari boʻlishishi natijasida hosil boʻladi. Ushbu bogʻlanish turida bogʻning barqarorligi ikkala atomning musbat zaryadlangan yadrolari hamda oʻrtada taqsimlangan manfiy zaryadlangan elektronlar orasida hosil boʻladigan elektrostatik tortishishidan kelib chiqadi.

Atomlar kovalent bogʻ hosil qilib birlashishi natijasidagi atomlar yigʻindisi molekula deyiladi. Demak, molekulani kovalent bogʻli moddaning eng sodda birligi deb atashimiz mumkin. Hozir esa molekulalarni turli yoʻllar bilan tasvirlash mumkinligini namoyish etamiz.

Kimyoviy formulalar yoki molekulyar formulalar bu molekulalarni ifodalashning eng sodda yoʻlidir. Kimyoviy formulada elementning davriy jadvaldagi belgisi ishlatilib, ushbu molekulada qaysi elementlar mavjudligi koʻrsatiladi. Pastki belgilar yoki indekslar yordamida esa har bir elementning nechtadan atomi molekula tarkibiga kirgani ifodalanadi. Misol uchun, bir dona ammiak NH$_\purpleC{3}$start subscript, start color #aa87ff, 3, end color #aa87ff, end subscript molekulasi bitta azot va uchta vodorod atomidan tashkil topgan. Aksincha, bir dona gidrazin N$_\blueD{2}$start subscript, start color #11accd, 2, end color #11accd, end subscriptH$_\redD{4}$start subscript, start color #e84d39, 4, end color #e84d39, end subscript molekulasida ikkita azot va toʻrtta vodorod atomi mavjud.

Nazorat savoli: sirkaning asosini tashkil qiladigan sirka kislotaning kimyoviy formulasi C$_2$start subscript, 2, end subscriptH$_4$start subscript, 4, end subscriptO$_2$start subscript, 2, end subscript. Ushbu kislotaning uchta molekulasida nechta kislorod atomi borligini hisoblang.

Kimyoni oʻrganish davomida kimyogarlar molekulyar formulalarni turli xil usullar bilan yozishganini koʻrishingiz mumkin. Masalan, hozir guvohi boʻlganimizdek, sirka kislotaning kimyoviy formulasi C$_2$start subscript, 2, end subscriptH$_4$start subscript, 4, end subscriptO$_2$start subscript, 2, end subscript; ammo koʻpincha uni CH$_3$start subscript, 3, end subscriptCOOH koʻrinishda ifodalangan formulasini uchratishimiz mumkin. Ikkinchi koʻrinishdagi formuladagi atomlarning yozilish ketma-ketligi sirka kislota molekulasining strukturasini namoyon etishga koʻmaklashadi bu – koʻpincha qisqartirilgan struktura formulasi deyiladi. Shu sababli CH$_3$start subscript, 3, end subscriptCOOH koʻrinishdagi formulani kimyoviy va struktura formulalari orasidagi kesishma deb qabul qilishimiz mumkin. Bu haqida keyinchalik yana toʻxtalib oʻtamiz.

Kimyoviy formulalar faqat molekula tarkibida har bir elementning nechtadan atomi borligi haqida maʼlumot beradi. Struktura formulalar esa atomlarning fazoda qanday bogʻlanganlarini ham namoyon etadi. Struktura formulalar yordamida biz atomlarni bogʻlab turgan kovalent bogʻlarni chizamiz, aslida. Avvalgi boʻlimda biz ammiakning NH$_3$start subscript, 3, end subscript kimyoviy formulasini oʻrgangan edik. Keling, endi uning struktura formulasini koʻrib chiqamiz:

Ikkala struktura formulalardan koʻrishimiz mumkinki, markaziy atom boʻlmish azot, har bir vodorod atomi bilan yakka kovalent bogʻ orqali bogʻlangan. Ammo yodingizda boʻlsin, atomlar va molekulalar borliqdagi barcha narsalar kabi uch oʻlchamda mavjud boʻladi – ularning uzunligi, eni va shu bilan birga balandligi mavjud. Chap tarafdagi struktura formulasida biz faqat molekulaning ikki oʻlchamdagi koʻrinishini koʻrmoqdamiz. Ammo oʻng tarafdagi aniqroq struktura formulasida oʻng tarafda joylashgan vodorod atomining kompyuter ekranimiz tekisligining orqasida joylashganini bildiruvchi kesilgan chiziq bilan; qalin ponasimon chiziq bilan esa markazdagi vodorod atomi ekranimiz tekisligining oldida joylashgani tasvirlangan. Azot atomi ustidagi ikkita nuqta esa taqsimlanmagan elektron jufti hech qanday kovalent bogʻ hosil qilishda ishtirok etmaganini bildiradi. Ushbu elektronlarning ahamiyati haqida boʻlimning oxirida toʻxtalib oʻtamiz. Ushbu uch oʻlchamli shaklni aniqroq namoyon etish uchun fazoviy qoplangan modellar hamda shar va tayoqcha modellarga tayansak boʻladi. Keling, ikkala modelni NH$_3$start subscript, 3, end subscript misolida koʻrib chiqamiz:

Chap tarafdagi tasvirda ammiakning fazoviy qoplangan modeli berilgan. Markazda joylashgan azot atomi yirikroq, koʻk rangli shar koʻrinishida va uning atrofida joylashgan uchta vodorod atomi kichikroq, oq rangli sharlar koʻrinishida tasvirlangan boʻlib, molekulaning koʻrinishi uch oyoqli shtativ shaklini eslatadi. Molekulaning umumiy shakli piramidasimon boʻlib, azot uning choʻqqisini tashkil qilsa, uchta vodorod atomi asosini tashkil qilgan. Kimyo kursida molekulalar shakli va molekulalar geometriyasini oʻrganayotganda ushbu turdagi tartiblashishni trigonal piramida deyilishiga guvohi boʻlasiz. Fazoviy qoplangan modelining eng katta ustunligi unda turli atomlarning nisbiy oʻlchami haqida tasavvurga ega boʻlishimiz mumkin – azotning atom radiusi vodorodnikidan kattaroq.

Oʻng tarafdagi tasvirda ammiakning shar va tayoqcha modeli berilgan. Anglab yetgan boʻlishingiz mumkin, sharlar atomlarni ifoda qilib, ularni bogʻlab turgan tayoqchalar esa atomlar orasidagi kovalent bogʻlarni ifoda qiladi. Bu turdagi modelning ustunligi shundaki, bizda kovalent bogʻlarni koʻrish imkoni bor va shu bilan birga molekulaning geometriyasini kuzatishimiz mumkin.

Kovalent bogʻlanish haqida tushunchaga ega boʻlganimizdan soʻng, kimyoviy bogʻlarning boshqa bir katta turi hisoblanadigan ion bogʻlanish haqida fikr yuritamiz. Elektron juftliklar atomlar orasida taqsimlanadigan kovalent bogʻdan farqli oʻlaroq, ion bogʻ ikki qarama-qarshi zaryadlangan ionlar bir-biriga tortilishidan hosil boʻladi. Buni aniqroq tasavvur qilish uchun ion bogʻlarning strukturasini va hosil boʻlishini koʻrib chiqishimiz kerak boʻladi.

Eslatib oʻtamiz, neytral atomlarda protonlar va elektronlar soni teng boʻladi. Buning natijasida protonlarning umumiy musbat zaryadi elektronlarning umumiy manfiy zaryadini yoʻqqa chiqaradi va shu bilan atomning umumiy zaryadi nolga teng boʻladi.

Ammo atom elektron qabul qilsa yoki yoʻqotsa, proton va elektron orasidagi muvozanat buziladi va atom zaryadga ega ionga aylanadi. Keling, oldin neytral atom elektron yoʻqotganda nima sodir boʻlishini koʻrib chiqamiz:

Yuqoridagi diagrammada biz neytral natriy Na atomi bitta elektron yoʻqotayotganini koʻrdik. Buning natijasida natriy ioni Na$^+$start superscript, plus, end superscript 11 ta protonli, biroq 10 elektronli boʻlib qoldi. Shunday qilib, natriy ionining zaryadi 1+ ga teng boʻldi va kationga – musbat zaryadli ionga aylandi.

Endi zaryadi manfiy boʻladigan ion – anionning hosil boʻlishini koʻrib chiqamiz.

Ushbu diagrammada natriy atomi misolidagi hodisaning teskarisiga guvoh boʻlmoqdamiz. Bu yerda neytral xlor atomi (Cl) bitta elektron qabul qilmoqda. Natijada hosil boʻlgan xlorid ioni Cl$^-$start superscript, minus, end superscript 17 ta protonga va 18 ta elektronga ega. Elektronlarning zaryadi 1- boʻlgani uchun qoʻshimcha elektron hisobiga xlorid ionining umumiy zaryadi 1- ga teng boʻladi va u anion yoki manfiy zaryadlangan ionga aylanadi.

Izoh: odatda neytral atomlar elektron(lar) qabul qilganida hosil boʻlgan anionlarni nomlash uchun ularga -id qoʻshimchasi qoʻshiladi. Masalan, Cl$^-$start superscript, minus, end superscript–xlorid , Br$^-$start superscript, minus, end superscript–bromid, O$^{2-}$start superscript, 2, minus, end superscript–oksid, N$^{3-}$start superscript, 3, minus, end superscript nitrid... va hokazo.

Avvalgi boʻlimda biz natriy qanday qilib bitta elektron yoʻqotib, Na$^+$start superscript, plus, end superscript kationi hosil qilishi va xlor bitta elektron qabul qilib, Cl$^-$start superscript, minus, end superscript anioni hosil qilishini koʻrib chiqdik. Ammo aslida ushbu jarayon bittagina bosqichda, natriy oʻzining elektronini xlorga berganda sodir boʻlishi mumkin! Buni quyidagicha tasvirlash mumkin:

Bu yerda biz elektron natriydan xlorga oʻtib, Na$^+$start superscript, plus, end superscript va Cl$^-$start superscript, minus, end superscript hosil boʻlayotganini koʻrishimiz mumkin. Ushbu ionlar hosil boʻlganidan soʻng, ularning orasida kuchli elektrostatik tortishuv paydo boʻladi va bu ion bogʻlanishining shakllanishiga olib keladi. Shuni taʼkidlashimiz mumkinki, ion va kovalent bogʻlanishlari orasidagi yirik farqlovchi omillardan biri bu ion bogʻlanishida elektronlarning atomlar orasida toʻliqligicha oʻtishi sodir boʻlib, kovalent bogʻlanishda esa elektronlar atomlar orasida taqsimlangan boʻlishidir.

Izoh: bogʻlanishlarni oʻrganish davomida shunga amin boʻlasizki, kovalent va ion bogʻlanishi orasidagi farq aslida unchalik aniq emas va ularni koʻproq bir turning ikki xil koʻrinishi deb atasa boʻladi. Biz toza ion bogʻlanishi haqida elektronlar toʻliqligicha teng boʻlinmagan bogʻ deyishimiz mumkin va toza kovalent bogʻlanish haqida esa elektronlar toʻliqligicha teng boʻlingan bogʻ deb atashimiz mumkin. Aslini olganda, koʻp kimyoviy bogʻlar ushbu ikki tasvirlangan holat oraligʻida boʻladi deyish adolatli boʻladi.

Biz hozir ion bogʻlarni turlicha chizish yoki tasvirlash yoʻllarini koʻrib chiqamiz. Misol tariqasida barchaga tanish boʻlgan ion modda, biz osh tuzi nomi bilan foydalanadigan natriy xloridni olib, koʻrib chiqamiz. Natriy xloriddagi yakka ion bogʻini quyidagicha tasvirlash mumkin:

Musbat zaryadlangan natriy kationi va manfiy zaryadlangan xlorid kationi oʻzaro elektrostatik tortishish sababli odatda yonma-yon joylashtiriladi. Boʻlishilgan elektronlar boʻlmagani sababli ion bogʻlanishni kovalent bogʻdan farqli oʻlaroq chiziqsiz ifoda etamiz. Biz shunchaki bu yerdagi taʼsir, yaʼni tortishish ionlarning qarama-qarshi zaryadlari tufayli sodir boʻladi deb qabul qilamiz.

Ammo yuqoridagi diagramma faqatgina modeldir. Tabiatda natriy xlorid bitta natriy kationi bilan bitta xlorid anioni bogʻlangan holda mavjud boʻlmaydi. Yuqorida taʼkidlab oʻtganimizdek, natriy xlorid bu osh tuzidir – agar bizda osh tuzini atom darajasida oʻrganish imkoniyatini beradigan super-kattalashtiruvchi mikroskop ishlatish imkoni boʻlganida quyidagiga oʻxshash strukturani koʻrar edik:

Ushbu diagrammadan koʻrishimiz mumkinki, aslida Na$^+$start superscript, plus, end superscript va Cl$^-$start superscript, minus, end superscript ionlari bir-birlarining umumiy elektrostatik tortishishi natijasida fazoda yonma-yon joylashgan boʻladi. Shunda ionlar bir-birlarini kuchli ion bogʻ evaziga ushlab turishadi. Yuqoridagi struktura kristal panjara deyiladi va natriy xlorid – koʻplab ion moddalar kabi – qattiq kristall moddadir. Bu haqida kengroq tushunchani keyinchalik qattiq moddalarning turlari darsida olasiz.

Kovalent va ion bogʻlanish asoslari haqida toʻxtalib oʻtganimizdan soʻng, baʼzi bir tafovutlarni keltirib oʻtishimiz kerak. Faqatgina kovalent bogʻlar bilan bogʻlangan atomlar guruhi molekula deb atalishini bilamiz. Ammo shuni taʼkidlab oʻtish kerakki, molekula soʻzi faqatgina kovalent moddalarga nisbatan qoʻllanishi kerak. Natriy xlorid kabi ion moddaga nisbatan natriy xloridning bitta molekulasi degan tushuncha qoʻllanmaydi. Buning sababi yuqoridagi diagrammada koʻrganimizdek, aslida natriy xlorid koʻplab natriy va xlorid ionlarining yirik kristall panjara tarkibida birga bogʻlangan holatda boʻladi. Shunday ekan, biz bir dona NaCl ga molekula deb emas, formula birligi sifatida yondashamiz. Yodingizda boʻlsin, yakka molekulalardan farqli oʻlaroq, yakka formula birliklari umuman olganda tabiatda mavjud emas – biz shunchaki ulardan tushuntirish qulay boʻlgani uchun foydalanmoqdamiz.

Nazorat savoli: qaysi turdagi moddalar molekulalardan tashkil topgan – ion yoki kovalent?

Barcha kimyoviy bogʻlanishlar elektrostatik tortishish evaziga hosil boʻladi. Atomlar kimyoviy bogʻlar orqali oʻzaro birikib modda (kimyoviy birikma) – bir yoki koʻproq atomlardan tashkil topgan muayyan strukturalarni hosil qilishadi. Moddaning sodda tarkibini kimyoviy formula orqali ifoda etish mumkin. Kimyoviy formulada davriy jadvaldagi belgilarni qoʻllab moddaning tarkibiga kiruvchi elementlar ifodalansa, indekslar yordamida har bir elementning soni koʻrsatiladi.

Moddalar kovalent yoki ion tabiatli boʻlishi mumkin. Kovalent moddalarda atomlar ikki yonma-yon atom yadrolari orasidagi taqsimlangan elektron juftliklardan tashkil topgan kovalent bogʻlarni hosil qilishadi. Kovalent moddaga ammiak misol boʻla oladi. Ammiakning kimyoviy formulasi NH$_3$start subscript, 3, end subscript bir dona ammiak molekulasida bitta azot atomi va uchta vodorod atomi borligini bildiradi. Kovalent moddaning strukturasi fazoviy qoplangan yoki shar va tayoqcha modellar yordamida ifoda qilinishi mumkin.

Ion moddalarda elektronlar toʻliqligicha bir atomdan ikkinchisiga oʻtgan boʻladi va buning natijasida musbat zaryadlangan ion – kation va manfiy zaryadlanga ion – anion hosil boʻladi. Yonma-yon kationlar va anionlar orasidagi kuchli elektrostatik tortishish ion bogʻi deyiladi. Osh tuzi sifatida barchaga maʼlum boʻlgan natriy xlorid (NaCl) ion modda sifatida keltiriladigan eng mashhur misoldir. Kovalent moddalardan farqli oʻlaroq, ion moddalar yakka molekula koʻrinishida boʻlmaydi. Sababi NaCl tabiatda alohida birlik sifatida mavjud boʻlmasdan, koʻplab Na$^+$start superscript, plus, end superscript va Cl$^-$start superscript, minus, end superscript ionlari fazoda ketma-ket tartibda joylashgan kristall panjara sifatida mavjud boʻladi. NaCl kimyoviy formulasi moddaning bir formula birligini ifoda etadi.