Молекулярлық орбиталь теориясы мен будандастыру теориясының негізгі айырмашылығы мынада: молекулалық орбиталь теориясы байланыс және байланысқа қарсы орбитальдардың түзілуін сипаттайды, ал будандастыру теориясы гибридті орбитальдардың түзілуін сипаттайды.
Молекулалардың электрондық және орбиталық құрылымдарын анықтау үшін жасалған әртүрлі теориялар бар. VSEPR теориясы, Льюис теориясы, валенттік байланыс теориясы, будандастыру теориясы және молекулалық орбиталь теориясы осындай маңызды теориялар болып табылады. Олардың ішіндегі ең қолайлысы молекулалық орбиталь теориясы.
Молекулалық орбиталь теориясы дегеніміз не?
Молекулалық орбиталь теориясы - кванттық механиканы пайдалана отырып, молекулалардың электрондық құрылымын сипаттайтын әдіс. Бұл молекулалардағы химиялық байланысты түсіндірудің ең өнімді жолы. Бұл теорияны егжей-тегжейлі талқылайық.
Біріншіден, молекулалық орбитальдардың не екенін білуіміз керек. Екі атом ядросы мен олардың арасындағы электрондар арасындағы таза тартымдылық күші екі атом ядросы арасындағы электростатикалық тебілуден асып кетсе, екі атом арасында химиялық байланыс пайда болады. Негізінен, бұл екі атом арасындағы тартымды күштер осы екі атом арасындағы итеру күштерінен жоғары болуы керек дегенді білдіреді. Мұнда электрондар осы химиялық байланысты құру үшін «байланыстыру аймағы» деп аталатын аймақта болуы керек. Әйтпесе, электрондар атомдар арасындағы итеруші күшке көмектесетін «байланыстыруға қарсы аймақта» болады.
Алайда талаптар орындалса және екі атом арасында химиялық байланыс түзілсе, онда байланысқа қатысатын сәйкес орбитальдар молекулалық орбитальдар деп аталады. Мұнда біз екі атомның екі орбиталынан басталып, екі атомға да тиесілі бір орбитальмен (молекулалық орбиталь) аяқтала аламыз.
Кванттық механика бойынша атомдық орбитальдар біз қалағандай пайда болуы немесе жойылуы мүмкін емес. Орбитальдар бір-бірімен әрекеттескенде, олар сәйкесінше пішіндерін өзгертуге бейім. Бірақ кванттық механикаға сәйкес, олар пішінді өзгертуге еркін, бірақ орбитальдардың саны бірдей болуы керек. Содан кейін жетіспейтін орбитальды табу керек. Мұнда екі атомдық орбитальдың фазалық комбинациясы байланыстырушы орбиталды, ал фазадан тыс комбинация байланысқа қарсы орбиталды құрайды.
01-сурет: молекулалық орбиталь диаграммасы
Байланыс электрондары байланыс орбиталын алады, ал байланысқа қарсы орбитальдағы электрондар байланыс түзуге қатыспайды. Керісінше, бұл электрондар химиялық байланыстың түзілуіне белсенді түрде қарсы тұрады. Байланыс орбиталының потенциалдық энергиясы байланысқа қарсы орбитальға қарағанда төмен. Сигмалық байланысты қарастырсақ, байланыстыру орбиталының белгісі σ, ал байланысқа қарсы орбиталь σ болады. Біз бұл теорияны кейбір молекулалардың неге жоқ екенін (яғни He2) және молекулалардың байланыс ретін түсіндіру үшін күрделі молекулалардың құрылымын сипаттау үшін пайдалана аламыз. Осылайша, бұл сипаттама молекулалық орбиталь теориясының негізін қысқаша түсіндіреді.
Гибридтеу теориясы дегеніміз не?
Гибридтеу теориясы - молекуланың орбиталық құрылымын сипаттау үшін қолданатын әдіс. Гибридизация – екі немесе одан да көп атомдық орбитальдарды араластыру арқылы гибридті орбитальдардың түзілуі. Бұл орбитальдардың бағыты молекуланың геометриясын анықтайды. Бұл валенттік байланыс теориясының кеңеюі.
Атомдық орбитальдар пайда болғанға дейін олардың энергиялары әртүрлі, ал пайда болғаннан кейін барлық орбитальдардың энергиясы бірдей болады. Мысалы, s атомдық орбиталь және p атомдық орбиталь қосылып екі sp орбиталь құра алады. s және p атомдық орбитальдары әртүрлі энергияға ие (s энергиясы s < p энергиясы). Бірақ будандастырудан кейін ол бірдей энергияға ие екі sp орбиталь құрайды және бұл энергия жеке s және p атомдық орбиталь энергияларының энергиялары арасында жатыр. Сонымен қатар, бұл sp гибридті орбиталдың 50% s орбиталық сипаттамалары және 50% p орбиталық сипаттамалары бар.
02-сурет: Көміртек атомының гибридті орбитальдары мен сутегі атомдарының орбитальдары арасындағы байланыс
Алғаш рет будандастыру идеясы талқылауға енді, өйткені ғалымдар валенттік байланыс теориясы кейбір молекулалардың құрылымын дұрыс болжай алмағанын байқады, мысалы, CH4Мұнда көміртек атомының электронды конфигурациясына сәйкес тек екі жұпталмаған электроны болса да, ол төрт коваленттік байланыс түзе алады. Төрт байланыс құру үшін төрт жұпталмаған электрон болуы керек.
Олардың бұл құбылысты түсіндірудің жалғыз жолы көміртегі атомының s және p орбитальдары бір-бірімен қосылып, энергиясы бірдей гибридті орбитальдар деп аталатын жаңа орбитальдарды құрайды деп ойлау болды. Мұнда бір s + үш p 4 sp3 орбиталь береді. Сондықтан электрондар бұл гибридті орбитальдарды біркелкі толтырады (әр гибридтік орбитальға бір электрон), Хунд ережесіне бағынады. Сонда төрт сутегі атомы бар төрт коваленттік байланыс түзетін төрт электрон бар.
Молекулалық орбиталь теориясы мен будандастыру теориясының айырмашылығы неде?
Молекулалық орбиталь теориясы - кванттық механиканы пайдалана отырып, молекулалардың электрондық құрылымын сипаттайтын әдіс. Гибридизация теориясы - молекуланың орбиталық құрылымын сипаттау үшін қолданатын әдіс. Сонымен, молекулалық орбитальдар теориясы мен будандастыру теориясының негізгі айырмашылығы мынада: молекулалық орбиталь теориясы байланыс және байланысқа қарсы орбитальдардың түзілуін сипаттайды, ал будандастыру теориясы гибридті орбитальдардың түзілуін сипаттайды.
Сонымен қатар, молекулалық орбиталь теориясына сәйкес, екі атомның атомдық орбитальдарының араласуынан жаңа орбитальдық формалар, гибридизация теориясында бір атомның атомдық орбитальдарының араласуынан жаңа орбитальдық формалар пайда болады. Демек, бұл молекулалық орбиталық теория мен будандастыру теориясы арасындағы тағы бір айырмашылық.
Қорытынды – Молекулярлық орбиталь теориясы мен гибридтену теориясы
Молекуланың құрылымын анықтауда молекулалық орбиталық теорияның да, будандастыру теориясының да маңызы зор. Молекулярлық орбитальдар теориясы мен будандастыру теориясының негізгі айырмашылығы мынада: молекулалық орбиталь теориясы байланыс және байланысқа қарсы орбитальдардың түзілуін сипаттайды, ал будандастыру теориясы гибридті орбитальдардың түзілуін сипаттайды.
