Molekulyar orbitallar usuli

Molekulyar orbitallar nazariyasini yaratishda atom orbitallarning tuzilishi haqidagi kvant-mexanik tasavvurlarni molekula tuzilishi uchun qo’llash mumkin deb hisoblandi.

Molekulyar orbitallar nazariyasini yaratishda atom orbitallarning tuzilishi haqidagi kvant-mexanik tasavvurlarni molekula tuzilishi uchun qo’llash mumkin deb hisoblandi.
Farqi shundaki, atom bir markazli (bir yadroli) sistema bo’lsa, molekula ko’p markazli sistemadir. Bu nazariyaga ko’ra, har qaysi elektron molekuladagi barcha yadro va ko’p markazli orbitallar ta’sirida bo’lishi e’tiborga olinadi.
Molekulyar orbitallar (MO) usulining bir necha variantlari bor. Atom orbitallarining chiziqli kombinatsiya usuli (LKAO yoki AOCHK) eng ko’p qo’llaniladigan variant. Bu usulda elektronning molekulyar to’lqin funktsiyasi, o’sha molekulani tashkil etgan barcha atomlardagi elektronlarning to’lqin funktsiyalaridan kelib chiqadigan chiziqli kombinatsiya, ya’ni molekulyar orbitallarni tasvirlovchi funktsiyalarni molekulani tashkil etgan atomning funktsiyalarini bir-biriga qo’shish va bir-biridan ayirish natijasida topiladi.
Valent bog’lanishlar usuli, elektron orbitallarning gibridlanish usuli bilan uyg’unlashgan holda turli tuman moddalarning tuzilishi, molekuladagi valent
Bog’larning yo’nalishi, molekulalarning geometriyasini juda ko’p moddalar uchun to’g’ri tushuntiradi.
Ba’zi moddalarda elektron juftlar yordamisiz boglanish yuzaga kelib chiqadi. Masalan, XIX asrning oxirida Tomson molekulyar vodorod ionini vodorod (H₂⁺)molekulasini elektronlar bilan bombardimon qilib oldi.
Bunga asoslanib 2 yadro bir-biri bilan birgina elektron yordamida boglana oladi degan xulosa kelib chiqadi.
Tarkibida toq elektronlar bo’lgan moddalargina magnitga tortiladi. Kislorodni valent bog’lanishlar usuliga asoslanib unda toq elektronlar borligini ko’rsata olmaymiz. Lekin kislorod qattiq holda magnitga tortiladi. Buni valent bog’lanishlar usuli tushuntirib beraolmaydi.
Erkin radikallar tarkibida ham juftlanmagan elektronlar bo’ladi.
Benzolga o’xshash aromatik uglevodorodlarning tuzilishini valent bog’lanishlar tushuntirib bera olmaydi. Molekula hosil bo’lishida toq elektronlarning rolini ko’rsatadigan nazariya 1932 yilda Xund va Malliken tomonidan yaratilgan bo’lib, bu nazariya molekulyar orbitallar nazariyasi nomini oldi.
Molekulyar orbitallar nazariyasini yaratishda atom orbitallarning tuzilishi haqidagi kvant-mexanik tasavvurlarni molekula tuzilishi uchun qo’llash mumkin deb hisoblandi.
Farqi shundaki, atom bir markazli (bir yadroli) sistema bo’lsa, molekula ko’p markazli sistemadir. Bu nazariyaga ko’ra, har qaysi elektron molekuladagi barcha yadro va ko’p markazli orbitallar ta’sirida bo’lishi e’tiborga olinadi.
Molekulyar orbitallar (MO) usulining bir necha variantlari bor. Atom orbitallarining chiziqli kombinatsiya usuli (LKAO yoki AOCHK) eng ko’p qo’llaniladigan variant. Bu usulda elektronning molekulyar to’lqin funktsiyasi, o’sha molekulani tashkil etgan barcha atomlardagi elektronlarning to’lqin funktsiyalaridan kelib chiqadigan chiziqli kombinatsiya, ya’ni molekulyar orbitallarni tasvirlovchi funktsiyalarni molekulani tashkil etgan atomning funktsiyalarini bir-biriga qo’shish va bir-biridan ayirish natijasida topiladi.
Agar biz tarkibida 1ta elektron va 2 yadro bo’lgan molekulani nazarda tutsak, ayni sistemada elektron harakatini 2 ta funktsiya bilan izohlash mumkin.
Birinchisi w ₁ = C₁ j₁ + C₂ j₂
Ikkinchisi w₂ = C₁ j₁ - C₂ j₂
C₁, C₂ - koeffitsientlar
W ₁ j₁ - ayni elektronning I va II yadroga oid funksiyalari
J₁ - simmetrik funksiya
J₂ - antisimmetrik funksiya
Agar elektron bog’lanayotgan atomlar yadrolaridan tashqarida joylashgan bo’lsa,, elektron bulut yadrolar orasida zichlana olmaydi, binobarin yadrolar
Bir-biridan uzoqlashadi. Elektronning bunday holatiga bo’shashtiruvchi orbital
Mos keladi. Bunday molekulyar orbitalda 2 ta yadro oralig’ida elektronlarning zichligi juda kichik bo’ladi. Bunday orbital molekulaning turgunligini kamaytiradi.
Agar elektronning harakati simmetrik funktsiya bilan ifodalansa, elektron buluti yadrolar orasida juda zich holatni egalllaydi, buning natijasida yadrolar bir-biriga tortiladi va ular o’zaro birikadi. Bu orbital bog’lovchi orbital deb atalib, bir xil zaryadga ega bo’lgan zarrachalar - yadrolarni bir-biridan itarilishini kuchsiz-
Lantirib, kimyoviy bog’lanishni kuchaytiradi.
Molekulaning barqaror yoki barqaror emasligi uning tarkibidagi bog’lovchi va bo’shashtiruvchi elektron orbitallarning nisbiy miqdoriga bog’liq bo’ladi. Agar sistemada 1 ta bo’shashtiruvchi orbital hosil bo’lsa, u 1 ta bog’lovchi orbitalning ta’sirini yo’q qiladi.
Molekulyar orbitallar usulida molekula tarkibidagi elektronlarning o’zaro ta’siri e’tiborga olinmaydi. Atomda har qaysi elektron orbital s, p, d, f harflar bilan ifodalangani kabi, molekulyar orbitallar ham j,p, l va s harflari bilan belgilanadi.
Atom orbitaldagi elektronning energiyasi bosh va orbital kvant sonlarga bog’liq bo’lib, magnit kvant songa bog’liq emas. Molekulyar orbitaldagi elektronning energiyasi ayni orbitalning yo’nalishiga, ya’ni magnit kvant songa ham bog’liq, chunki molekulada yadrolarni bir-biriga bog’lab turgan yo’nalish boshqa yo’nalishlardan farq qiladi.
Molekulada elektronning harakat momenti proektsiyasini atom yadrolarini bo’shashtiruvchi o’qqa nisbatan kattaligini xarakterlash uchun magnit kvant soni
M ga o’xshash molekulyar kvant son - l kiritilgan.
L = 0, bunday holat s holat deyiladi, bu holatni qabul qiladigan lektronlarning maksimal soni 2ga teng.
L = ±1 bo’lsa, p holat deyiladi. Bu holatda eng ko’pi bilan 4ta elektron bo’lishi mumkin.
Molekulyar orbitallarning elektronlar bilan to’lib borishi ham xuddi atom orbitallardagi kabi Pauli printsipiga va Xund qoidasiga bo’ysunadi. MO usulida bog’lovchi orbitallardagi elektronlar soni bo’shashtiruvchi orbitallardagi elektronlar sonidan ko’p bo’lsa, kimyoviy bog’ hosil bo’ladi. Kimyoviy bog’lar sonini quyidagi formula bo’yicha hisoblanadi.

Аtоm elеktrоn оrbitаllаrining gibridlаnishi. Atomlar orasidagi boglanish odatda xar xil energetik xolatlarda bo’lgan elektronlar orasida yuzaga keladi. Atom orbitallarning orniga xosil bo’lgan gibrid orbitallar molekula xosil kilishda bir-birini yaxshi koplashi kimyoviy boning mutsaxkam bo’lishiga va molekulaning energetik barqaror bo’lishiga sabab bo’ladi. Valent orbitallarning gibridlanish nazariyasi 1934 yilda J.Sleter va L. Poling tomonidan ishlab chiqilgan. Bu nazariyaga ko’ra- kimyoviy bog` aralash yoki gibrid orbitallar hisobiga amalga oshadi. Gibridlanish jarayonida orbitallarning energiyasi va shakli o’zgaradi. Gibrid orbitallarning qoplanishidagi yuza alohida olingan orbitallardan ko’ra ko’proq bo’ladi. Gibridlanish jarayonida datslabki atom orbitallarning soni o’zgarmay qoladi.1 Ko‘p valentli atomlardan hosil bo‘lgan kovalent bog‘lanishlar doimo fazoviy yo‘nalgan bo‘ladi. Bog‘lanishlar orasidagi burchaklar valent burchaklar deyiladi. Ko‘pincha kovalent bog‘lanish hosil bo‘lishida ishtirok etadigan elektronlar turli holatlarda, masalan, biri- s-, boshqasi p- orbitallarda bo‘ladi. Bunda molekuladagi bog‘lanishlarning puxtaligi ham turlicha bo‘lishi kerak edi. Lekin tajriba ular teng qimmatli ekanligini ko‘rsatadi. Bu hodisa L. Poling tomonidan kiritilgan, atom orbitallarining gibridlanishi haqidagi qoida bilan tushuntiriladi. Аtоm оrbitаllаrning gibridlаnishi haqidagi tаssаvurlаrgа muvofiq turli оrbitаllаrgа mаnsub elеktrоnlаr ishtirоkidа kimyoviy bog’lanish hosil bo’ladi, bu elеktrоnlаrning bulutlаri bir-birigа tа’sir ko’rsatib, o’z shаkllаrini o’zgartirаdi, nаtijаdа turli оrbitаllаrning o’zaro qo’shilishi, ya’ni gibridlаngаn оrbitаllаr hosil bo’ladi. Sp-gibrid оrbitаllаrdа elеktrоn bulutining zichligi yadrоning bir tоmоnidа kаttаrоq bo’lib, ikkinchi tоmоnidа kichikrоqdir. Gibrid оrbitаllаr o’zining kаttаrоq qismi bilаn boshqa аtоmlаrning elеktrоn bulutlаrini ko’prоq qоplаydi. Gibridlаnish nаtijаsidа elеktrоn bulutlаr tamоmilа simmеtrik shаklni оlаdi. Erkin holаtdаgi аtоmlаr hеch qаchоn gibridlаngаn holаtdа bo’lmaydi. Gibridlаnish аtоmlаrdаn mоlеkulа hosil bo’lish vaqtidаginа yuzаgа chiqadi.

Valent bog’lanish metodi, elektron orbitallarning gibridlanish haqidagi g’oyalarga asoslanib moddalarning tuzilishi, molekulalarda valent bog’larning yo’nalishi va ko’pgina moddalarning molekulyar geometriyasini izoxlab bera oladi. Ammo ba’zi moddalarning tuzilishini bu nazariya asosida izohlab bermaydi. Ma’lum bo’lishicha ba’zi moddalarda elektron juftlar yordamisiz bog’lanish hosil bo’lishi aniqlandi. Masalan, XIX asrning oxirida Tomson vodorodni elektron oqimi bilan bombardimon qilish natijasida hosil bo’lgan molekulyar vodorod ioni H+ 2 tarkibida faqat birgina elektron bor. Bu zarrachada yadrolararo masofa 1,06 A0 (0,106 nm), uning bog’lanish energiyasi 256 kj∙mol-1 va H2 + molekula ancha barqaror zarrachadir. Shuning uchun yadro, ikki yadro bir-biri bilan birgina elektron orqali bog’lana oladi, ya’ni bir elektronli bog’lanish ham mumkin ekan degan xulosaga kelish mumkin. Tekshirishlardan ma’lumki, faqat takibida toq elektron bo’lgan molekulalar magnitga tortiladi. Kislorod qattiq holatda magnitga tortiladi. Vaholanki, kislarodda toq elektronlar yo’q, ammo u magnitga tortiladi. Valent bog’lanishlar metodi kislarodning magnit hossalarini izohlay olmaydi. Vodorod molekulasining hosil bo’lishini kvantlar mexanikasi asosida izohlash uchun V.Geytler va F.London 1927 yilda taklif qilgan va L.Poling rivojlantirgan. Valent bog’lanishlar metodini quyidagi 2 prinsip orqali tushuntirish mumkin: Birinchi prinsip: Lokallashgan elektron bulutlari bog’larni hosil qiladi, atom orbitallar bir-birining ustini qoplaydi. Qarama-qarshi spinli elektron orbitallari birbirini qoplaganda atom orbitallari orasida eng yuqori elektron bulut zichligi hosil bo’lib yadrolar tortishadigan zaryadlar hosil qiladi va sistema energiyasi kamayib bog’ hosil bo’ladi. Ikkinchi princip: Atom orbitallarining maksimal qoplanishi natijasida bog’ hosil bo’lishi ya‘ni, atom orbitallari qancha kuchli bir-birini shu yo’nalish bo`ylab hosil bo’ladi5. Atom orbitallar metodi elektron juftlarsiz bog`lanish hosil bo`lishini tushuntira olmaydi. 2. Bu hodisalarni tushintirish uchun molekulyar orbitallar (MO) nazariyasi yordamga keladi. Xund va Milliken bu nazariyani asoschilari hisoblanadi. MO nazariyasini yaratishda atomning elektron tuzilishi haqidagi kvant mehanik tasavvurlarni molekula tuzilish uchun xam qo’llash zarur deb topildi. Farqi shundaki, atom bir markazli (bir yadrosi) sistema bo’lsa, molekula ko’p markazli sistemadir. Demak, bu nazariyaga ko’ra har qaysi elektron molekuladagi barcha yadro va ko’p markazli orbitalar ta’sirida bo’lishi e’tiborga olinadi.

Bu metodga asosan molekula bir butun (kompleks) deb qaraladi va hamma elektronlar ham butun molekula uchun umumiy bo’ladi. Atomlardagi atom orbitalligi, molekulalarda molekulyar orbitallar bo’lishi kerak. Atom orbitallari: s, p, d, f Molekulyar orbitallari: , , , φ bilan belgilanadi. Molekulyar orbitallar ham Pauli principi va Xund av Klechkovskiy qoidalariga asosan hosil bo’ladi. Atom orbitallari bir xil markazli, molekulyar orbitallar esa ko’p markazi (mnogosentrovoy) shuning uchun ularning formasi murakkabroq. Atom orbitaldan molekulyar orbital hosil bo’lishi uchun: 1. Ularning energiyasi yaqin bo’lishi kerak. 2. Orbitallari bir-birini ko’proq qoplashi kerak (0,7-0,8%). 3. Molekulada bog’lanish chizig’iga nisbatan bir xil simmetriyada bo’lishi kerak. Agar elektron harakati simmetrik funksiya bilan ifodalansa, molekulyar orbital va atom orbitallarning yadrolarida zaryadlarining bir-biriga qoplanishi hisobiga bo’ladi shuning uchun bu molekula energiyasi atom orbitallaridagi energiyadan kam bo’ladi. Bu vaqtdagi atom orbitallarini bog’lovchi (svyazivayushiy) orbital deb ataladi.6 Agar molekulyar orbitallar hosil bo’lishida elektron harakati antisimmetrik funksiya bilan ifodalansa, atom orbitallari elektron bulut kontsentraciyasi yadrolaridan tashqarida hosil bo’lsa, unda nolga teng bo’ladi. Bu molekulyar orbitallar energiyasi dastlabki atom orbitallar energiyasidan yuqori bo’ladi va uni, bo`shashtiruvchi (razrixlyayushiy) orbital deb ataladi. Molekulyar orbitallar nazariyasining asoschilari Hund va Malliken hisoblanadi, bu nazariyaga ko`ra har qaysi electron molekuladagi barcha yadro va ko`p markazli orbitallar ta’sirida bo`lishi e’tiborga olinadi. Atom orbitallarning chiziqli kombinaciya usuli (aochk) eng ko`p

Kimyoviy bog‘lanish haqida tushuncha X1X asrning boshlarida molekulani hosil bo‘lishi kimyoviy bog‘lanish tabiatini o‘rganish olimlar oldida turgan asosiy muammolardan biri edi. 1807 yili ingliz fizigi G.Devi atomlarni o‘zaro birikib molekulani hosil qilishida elektrokimyo nazariyasini yaratdi. Keyinchalik bu nazariya 1812-1818 yillarda I.Ya.Berceilus tomonidan rivojlantiriladi. Ular quyidagicha tushuntirishadi. Hamma atomlarda 2 ta qutb bor + va – qutb. Ba’zi atomlarda + qutb kuchliroq bo‘lsa, ba’zi atomlarda –qutb kuchliroq bo‘ladi. Shu qutblarning o‘zaro tortishish evaziga birikadi deb qaraydi. Ba’zan shu qutblarda to‘liq neytrallanmagan molekulalar ham bo‘lish mumkin (H₂, O₂ molekulasiin tushuntura olmadi). 1852 yili buyuk ingliz olimi Frankled metalorganik birikmalarni o‘rganib, shuni sezdiki: har bir metal faqat ma’lum sonda karbon radikalini biriktira olishi mumkin.

Masalan, rna R₂Mg. Buni tushuntirishda «Atomlik» termini kiritiladi. Uning fikricha atomlik ayni element atomining ma’lum sonini biriktirib olish qobiliyatidir.

Atomlik hozirgi tushunchada valentlikdir. Valentlik lotincha bo‘lib, «qiymmat» deganidir. Bu qiymat o‘zgaruvchanmi yoki doimiymi degan fikrda olimlar katta ishlar qilishgan. Doimiy valentlik organik kimyoning rivojlanishida katta rol o‘ynagan, o‘zgaruvchan valentlik esa noorganik kimyoni rivojlanishida aloxida o‘rin to‘tadi. Yuqoridagi fikrlar kimyoviy bog‘lanish nazariyasini rivojlanishida aloxida o‘rin tutgan bo‘lsa ham, uni to‘liq tushuntirib bera olmadi. Hozirgi vaqtda kimyoviy bog‘lanish, molekulani hosil bo‘lishi kvant mexanikasi orqali tushuntiriladi. Kimyoviy birikmalar molekulasi hosil bo‘lishda atomlararo ta’sir etuvchi va ularni birgalikda ushlab turuvchi kuchga kimyoviy bog‘lanish deyiladi.

Kimyoviy bog‘lanish modda molekulasini hosil qiluvchi elementlarni elektromanfiyligiga bog‘liq ravishda bir necha turga bo‘linadi.
1916 yilda amerikalik fizik-kimyogari J.Lyuis va nemis olimi Kossel tomonidan kimyoviy bog‘lanish nazariyasi yaratildi.

Koalent bog‘lanish. Lyuis nazariyasi Atomlarning elektron juftlari orqali bog‘lanish kovalent bog‘lanish deyiladi. Bunday bog‘lanishni elektromanfiyligi o‘zaro teng yoki ozgina farq qiladigan element hosil qiladi. H₂, Cl₂, O₂, N₂, CH₄ molekulalari orasidagi bog‘lanish kovalent bog‘lanish misol bo‘la oladi. Atomlar orasidagi kovalent bog‘lanish hosil bo‘lishi turlicha, ya’ni:
1) Elektronlarni umumlashtiruvini ko‘rsatish orqali,