Алкандар: метанның тетраэдрлік құрылысы, sp3-гибридтену, изомерия және номенклатура

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Алкандар физикалық қасиеттері

Метан және оның құрылысы. Заттардың алкандарға жататыны олардың құрылысына қарай анықталады. Алдымен қарапайым көмірсутек - метенның құрылысын қарастырайық.

Метан СН - түссіз және иіссіз газ, ауадан екі еседей жеңіл. Ол табиғатта өсімдіктер және жануарлар ағзалары қалдықтарының ауа жеткіліксіз жерде ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Сондықтан ол, мысалы, батпақты суларда, тас көмір шахталарында кездеседі. Метан қазір тұрмыста және өндірісте кең қолданылатын табиғи газда едәуір мөлшерде болады.

Метан молекуласындағы сутегі атомының көміртегі атомымен химиялық байланысы ковалентті сипат алады. Егер байланыс түзу кезінде жұптасып қаптасқан электрон бұлттарын екі нүктемен немесе валенттік сызықшамен белгілейтін болсақ, метанның құрылысын мынадай формуламен көрсетуге болады.

Органикалық химияда молекулалардың кеңістіктің құрылысы жөніндегі ілім дами бастағанда метан молекуласы біз қағаз бетінде құрылымдық формуласы түрінде бейнелеп жүргеніміздей жабық емес, шындығынды тетраэдр пішінді екені анықталды.

Метан молекуласының неліктен тетраэдр пішінді болатынын қарастырайық. Сірә, біз С - Н байланысын тузуге валенттік электрондары қатысатын көміртегі атомының құрылысына сүйенуіміз керек шығар. Бірақ мұнда біз қайшылыққа кездесеміз. Көміртегі атомының сыртқы электрон қабатында екеуі жұптасқан s-электрон болып табылатын төрт валенттік электроны бар - олар химиялық байланыс түзе алмайды. Химиялық байланыс тек жұптаспаған екі р-электрон арқылы түзілүі мүмкін. Бірақ оңай жағдайда метанның формуласы СН емес, СН болуы керек, ол шындыққа сай келмейді.

Көміртегі атомы сутегі атомымен өзара әрекеттескенде, ол қозған күйге ауысады; сыртқы қабаттағы s-электроедары ажырнап, олардың біреуі үшінші р-электронның бос орнын алады. Бұл электронның орбиталы басқа екі р-электрон орбиталына перпендикуляр болады. Енді төрт валенттік электронның барлығы да жұптаспаған болды - олар төрт химиялық байланыс түзуі мүмкін.

Бірақ жаңа қайшылықтар шығады. Үш р-электрон сутегі атомдарымен өзара перпендикуляр бағытта, яғни 90 бұрыш жасап, үш химиялық байланыс түзуі керек, ал s-электронның орбиталы сфералық пішінді болғандықтан, сутегінің төртінші атомы еркін бағытта қосыла алар еді. Мұндай байланыс қасикті бойынша өзгеше болар еді. Сөйткенмен, метан молекуласындағы С - Н байланысының барлығы бірдей екені белгілі және олар 109 28 бұрыш жасап орналасады. Бұл қайшылықты шегуге электрон орбитальдарының гибридтенуі жөніндегі түсінік көмектеседі.

Химиялық байланыс түзу кезінде көміртегі атомының барлық валенттік электрондарының орбитальдары теңесіп, бірдей болады. Бұл кезде олардың барлығы көлемдік сегіздік химиялық байланыс түзу бағытына созылған симметриясыз форма түзеді, егер байқап қараса s-орбиталымен де, р-орбиталымен де ортақтық байқалады. Тетраэдрдің төбесіне бағытталған мұндай орбитальдар сутегі атомының s-орбитальдарымен едәуір қаптасуы мүмкін, ол энергияның көп бөлінуіне және берік, қасиеттері жағынан бірдей химияляқ байланыстар түзілуіне әкеледі.

Мұндай жағдайда көміртегі атомының электрон бұлттары бірдей зарядталғандықтан, бір-бірінен максималды қашықта болады, ал сутегі атомының ядросы көлемі мен зарядтары бірдей болғандықтан, бірін-бірі бір қалыпты теуіп, кеңістікке симметриялы орналасады. Физиканың белгілі заңдылықтарын ескере отырып, сутегінің атомдарының біреуінің басқа элемент атомына алмасуы, метанның тетраэдрлік жүйесін бұрмалауға әкеліп соғатынын түсінуге болады.

Гибридтену орбитальдардың әр түрлі санына тарала алады. Қарастырылған жағдайда гибридтенуге, қозған атомдағы барлық сыртқы төрт электронның - бір s-электрон және үш р- қатысады. Гибридтенудің мұндай түрі sр -гибридтену деп аталады, эс-пэ-үш-гибридтену деп оқылады.

Құрылысы. Алкандар молекуласындағы әрбір көміртегі атомының барлық төрт валенттігі толықтай, яғни шегіне дейін сутегі және көміртегі атомдарымен қаныққан. Осыдан көмірсутектердің қаныққан немесе шекті көмірсутектер деген басқа атаулары шығады.

Алғашқы төрт заттың тарихи қалыптасқан атауы бар. Пен, таннан бастап көмірсутектердің атаулары көбінесе грекше сан атауларынан түзілген. Барлық қаныққан көмірсутектер атауының соңына -ан деген

жұрнақтары жалғанады.

Заттардың молекулалық формулаларын қарстыра отырып, сендер қатардың бір мүшесінен екіншісіне өткенде молекула құрамында үнемі СН атомдар тобына айырмашылығы болатынын сөзсіз байқадық. Егер молекуладағы көміртегі атомының санын n деп алсақ, онда осы көмірсутектердің барлығының құрамын мынадай жалпы формуламен С Н көрсетуге болады.

Алкандардың химиялық құрылысымен А. М. Бутлеров теориясы екенін білеміз. Бізге құрамы бірдей әр түрлі заттардың болуын қамтамасыз ететін молекуланың көмірсутектік қаңқасының изомериясы да белгілі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.