Քիմիական կապի բևեռայնությունը և դիպոլային մոմենտը

Քիմիական կապի բևեռայնությունը և դիպոլային մոմենտը

Բևեռային կովալենտ կապը միջանկյալ դիրք է գրավում մաքուր կովալենտ կապի և իոնական կապի միջև: Ինչպես իոնական կապը, այն ևս կարող է գոյանալ միայն երկու տարբեր տիպի ատոմների միջև: Բևեռային կովալենտ կապերում էլեկտրոններն ատոմից ատոմ են շեղվում ոչ այնքան ուժեղ, որքան իոնական կապերի դեպքում: Դրա պատճան այն է, որ ատոմին էներգետիկորեն ձեռնտու չէ հեռու թողնել այն էլեկտրոններին, որոնք տրամադրվել են գործընկեր ատոմին՝ միասնական մոլեկուլային օրբիտալ ստեղծելու համար: Եթե ընդհանրացված էլեկտրոնները չափազանց շատ են շեղվում դեպի ատոմներից մեկը, ապա մոլեկուլային օրբիտալը դադարում է օկտետային օրբիտալի նմանվելուց: Միևնույն ժամանակ տարբեր ատոմների դոնորային և ակցեպտորային հատկությունները տարբեր են, ուստի կապակցող էլեկտրոնային զույգը տեղակայված չէ փոխազդող ատոմների ուղիղ կենտրոնում, ինչպես մաքուր կովալենտ կապի դեպքում էր: Որպես օրինակ դիտարկենք ջրի մոլեկուլի գոյացումը ջրածնի (Z = 1, 1s1) և թթվածնի (Z = 8, 1s1 2s2 2p4 ) ատոմների փոխազդեցության հետևանքով: Լյուիսի սխեմայի համաձայն՝ ջրի մոլեկուլի գոյացումը կարող ենք պատկերել այսպես` Թթվածնի ակցեպտորային հատկություններն ավելի ուժեղ են, քան ջրածնինը, ուստի ընդհանրացված էլեկտրոնները շեղված են - 132 - դեպի թթվածնի ատոմը: Կապը ջրի մոլեկուլում բևեռային կովալենտ է: Թթվածնի ատոմի վրա գոյանում են մասնակիորեն բացասական, իսկ ջրածինների ատոմների վրա` դրական լիցքեր: Իոնական և կովալենտ կապերով կապված նյութերի հատկություններն էականորեն տարբերվում են միմյանցից: Քանի որ մաքուր իոնական և մաքուր կովալենտ կապեր քիչ են հանդիպում, ուստի խոսում են կովալենտության տարբեր աստիճանի կամ, այլ կերպ ասած, քիմիական կապի բևեռայնության մասին: Քիմիական կապի գոյացման ժամանակ երբեմն լիցքերի բաշխումը հանգեցնում է նրանց մասնատման, որի հետևանքով առաջանում է էլեկտրական դիպոլ: Դա նշանակում է, որ մոլեկուլի մի ծայրը ձեռք է բերում թվացող բացասական լիցք, իսկ մյուսը` նույն չափի դրական լիցք: Օրինակ՝ ջրածնի և քլորի փոխազդեցության ժամանակ էլեկտրոնային զույգի ընդհանրացման հետևանքով գոյանում է կովալենտ կապ, սակայն քանի որ քլորի էլեկտրաբացասականությունն ավելի մեծ է, քան ջրածնինը, ուստի ընդհանրացված էլեկտրոնային զույգը շեղվում է դեպի քլորի ատոմը, որի հետևանքով նրա մոտ գոյանում է հավելորդային բացասական լիցք, իսկ ջրածնի ատոմի մոտ` հավելորդային դրական լիցք: Բևեռային կովալենտ կապերը շատ տարածված են: Կտրուկ սահման կովալենտ և իոնական կապերի միջև գոյություն չունի: Դրանք կարելի է դիտարկել որպես քիմիական կապերի սահմանային տեսակներ: Իոնական կապ տերմինն օգտագործվում է գերազանցապես իոնական համարվող կապերի բնորոշման համար, իսկ կովալենտ կապ տերմինը` ոչ բևեռային և բևեռային համարվող կապերը բնորոշելու համար: Քիմիական կապերի սխեմատիկ պատկերները ներկայացված են 3.5 նկարում: Դիպոլային մոմենտի առկայության շնորհիվ գոյանում են միջմոլեկուլային ուժեղ փոխազդեցություններ, որոնցից էլ կախված են երկու մոլեկուլների մերձեցման աստիճանը, մերձեցման ժամանակ նրանց ընդունած ամենահավանական կողմնորոշումները, ինչպես - 133 - նաև այն էներգիան, որն անհրաժեշտ կլինի կիրառել այդ մոլեկուլները դարձյալ միմյանցից հեռացնելու համար: Այդ գործոններն իրենց դերակատարումն են ունենում նյութի այնպիսի կարևորագույն հատկությունների ձևավորման համար, ինչպիսիք են նրա հալման, եռման և սառեցման ջերմաստիճանները, բյուրեղային կառուցվածքը, լուծելիությունը, ռեակցիոնունակությունը և այլն: Նյութի բևեռայնության վրա մեծ ազդեցություն է ունենում նաև մոլեկուլների երկրաչափական կառուցվածքը: Հնարավոր է, որ այն բաղկացած լինի բևեռային կառուցվածքով կապերից, սակայն նյութը՝ ամբողջովին վերցրած, դիպոլային մոմենտ չունենա, նայած թե ինչպիսին են այդ բևեռային խմբերի փոխդասավորությունները: Ոչ բևեռային մոլեկուլների կամ կապերի թվին են պատկանում այն մոլեկուլները, որոնք պարունակում են ոչ բևեռային կովալենտ կապեր (օրինակ` H Cl O F 2 2 22 , , , և այլն): Մոլեկուլի բևեռայնությունը որոշվում է դիպոլային մոմենտով: Այն սահմանվում է որպես լիցքի մեծության և դիպոլի երկարության 3.5. Քիմիական կապերի տեսակները. a - էլեկտրոնային ամպի սիմետրիկ դասավորությամբ կովալենտ կապ, b - բևեռային կովալենտ կապ. կապող էլեկտրոնների խտությունը ավելի մեծ է B ատոմի շուրջ, A ատոմի մոտ առկա է ոչ մեծ դրական լիցք ( )  , իսկ B ատոմի մոտ` ոչ մեծ բացասական լիցք ( )  , c - իոնական կապ. C -ի վրա էլեկտրոնային ամպը խաթարված չէ D -ի ազդեցությամբ, իսկ D –ի էլեկտրոնային ամպը` C -ի ազդեցությամբ: 3.5. Քիմիական կապերի տեսակները. a - էլեկտրոնային ամպի սիմետրիկ դասավորությամբ կովալենտ կապ, b - բևեռային կովալենտ կապ. կապող էլեկտրոնների խտությունը ավելի մեծ է B ատոմի շուրջ, A ատոմի մոտ առկա է ոչ մեծ դրական լիցք ( )  , իսկ B ատոմի մոտ` ոչ մեծ բացասական լիցք ( )  , c - իոնական կապ. C -ի վրա էլեկտրոնային ամպը խաթարված չէ D -ի ազդեցությամբ, իսկ D –ի էլեկտրոնային ամպը` C -ի ազդեցությամբ - 134 - (հավելորդային դրական և բացասական լիցքերի ծանրության կենտրոնների միջև եղած հեռավորության) արտադրյալ`   el : Պարզ մոլեկուլների դիպոլային մոմենտը համընկնում է նրանց կապի բևեռայնությանը: Բազմատոմ մոլեկուլների բևեռայնությունը կախված է նրանց երկրաչափական ձևից: Որոշ մոլեկուլներում առանձին կապերի դիպոլային մոմենտները կարող են կա՛մ ուժեղացնել միմյանց, կա՛մ համակշռել: Որպես արդյունք՝ մոլեկուլն ամբողջովին վերցրած կարող է ունենալ կամ չունենալ դիպոլային մոմենտ: Օրինակ՝ գծային կառուցվածքով В-А-В տիպի մոլեկուլը՝ ամբողջովին վերցրած, բևեռային չէ, որովհետև բաղադրիչ կապերի դիպոլային մոմենտներն ուղղված են միմյանց հակառակ, ուստի համակշռում են իրար: Բնականաբար, կապերի միջև եղած անկյան՝ 1800-ից տարբեր լինելու դեպքում մոլեկուլը՝ ամբողջովին վերցրած, կունենա դիպոլային մոմենտ: Այսպիսով` կարող ենք ընդհանրացնել փաստերը:   0 հետևյալ մոլեկուլների համար՝  միատոմ գազեր՝ Ne He Ar , , ... և այլն,

 սիմետրիկ երկատոմ մոլեկեւլներ ( A2 տիպի),

 սիմետրիկ եռատոմ գծային մոլեկուլներ ( B  A B  ),  սիմետրիկ տետրաէդրիկ մոլեկուլներ ( AB4 տիպի):   0 հետևյալ մոլեկուլների համար՝

 ոչ սիմետրիկ երկատոմ մոլեկուլներ`( A  B տիպի),

 ոչ սիմետրիկ գծային մոլեկուլներ` ( A  B  C տիպի),

 ոչ գծային մոլեկուլներ ( B AB և AB3 տիպի),

 սիմետրիկ տետրաէդրիկ մոլեկուլներ: