Molekullararası qarşılıqlı təsir. Hidrogen rabitəsi.
Dipol – dipol qarşılıqlı təsiri. Bərk maddələrdə polyar molekullar qarşılıqlı təsirdə olaraq nizamlı quruluş əmələ gətirirlər. Molekullar arasında yaranan dipol – dipol qarşılıqlı təsir nəticəsində onlar elə vəziyyətdə yerləşirlər ki, bir molekulun müsbət tərəfi digər molekulun mənfi yüklənmiş tərəfi ilə qonşuluq təşkil edir.
Polyar kristallar polyar həlledicilərdə həll olurlar. Kristalı təşkil edən rabitələrin qırılması üçün tələb olunan enerji həll olan maddənin polyar molekullarının həlledicinin polyar molekulları ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranan enerji hesabına ödənir. Bu qarşılıqlı təsirə solvatlaşma (həlledici su olarsa - hidratlaşma) deyilir.
Van der Vaals qüvvələri. Maddənin qaz haldan maye hala və ya maye haldan bərk hala keçməsi zamanı onun molekullarının bir – birinə yaxınlaşması üçün onlar arasında cazibə qüvvəsi olmalıdır. 1873 – cü ildə Van der Vaals qazların xassələrini öyrənərkən belə bir nəticəyə gəldi ki, molekullar arasında öz təbiətinə görə ion və kovalent rabitədə mövcud olan qüvvələrdən fərqlənən cazibə və itələmə qüvvələri mövcuddur. Belə qüvvələr müxtəlif mənşəli ola bilər. Buna baxmayaraq, onlara ümumiləşmiş halda Van der Vaals qüvvələri deyilir. Van der Vaals qüvvələrinə misal olaraq polyar molekullar arasında yaranan dipol – dipol qarşılıqlı təsiri göstərmək olar. Cazibə qüvvələri qeyri polyar molekullar arasında da mövcud ola bilər. Hətta təsirsiz qazların atomları da bir – birini zəif də olsa cəzb edirlər. Bunun da nəticəsində onları maye hala keçirmək mümkündür. Qeyri polyar molekullar arasında Van der Vaals qüvvələrinin xüsusi növü – dispersion və ya london qüvvələri mövcud olur. Bu qüvvələrin yaranma səbəbləri 1927 – ci ildə fizik London tərəfindən aşağıdakı kimi izah olunmuşdur :
Hər hansı, bir – birinə çox yaxın yerləşmiş iki A və B molekulu nəzərdən keçirək. Bu molekullar qeyri polyar olduğu üçün elektron sıxlığı demək olar ki, simmetrik paylanmışdır. Lakin, hər hansı verilmiş zaman anında molekullardan birində elektron sıxlığı asimmetrik ola bilər. Başqa sözlə, hər hansı ani məqamda bu molekul (A) müvəqqəti dipol momentinə malik olur və bunun da nəticəsində qonşu molekulun (B) elektron buludunu özünə tərəf çəkir. Belə olan halda, hər iki molekul elə dipol momentinə malik olur ki, molekullar bir – birinə tərəf cəzb olunur. Bir halda ki, elektronlar yüksək sürətlə hərəkət edirlər, onda bu cəzbetmə çox qısa müddətli olacaq. Bundan dərhal sonrakı zaman anında A molekulunun dipol momenti əks tərəfə yönəlir. Belə olan halda, B molekulunun induksiyalanmış dipol momenti də istiqamətini dəyişir və yenidən molekullar arasında cazibə yaranır. Dipol momentləri ani olaraq yaransalar da, onların qarşılıqlı təsir effekti fasiləsiz olaraq davam edir və cazibə qüvvəsi şəklində biruzə verilir.
Elektron buludunun nə dərəcədə asan deformasiyaya uğraya bilməsi və bunun da nəticəsində induksiyalanmış dipol momentinin yaranmasını polyarlaşma hadisəsi əyani olaraq göstərir. Molekulda nə qədər çox elektron olarsa, onun polyarlaşma qabiliyyəti də bir o qədər yüksək olar. Polyarlaşma - elektron buludunun, onu əhatə edən ionların və ya dipolların təsiri ilə deformasiyaya uğrayaraq formasını dəyişməsidir. Bu səbəbdən molekul kütləsi nə qədər çox olarsa, dispersion qarşılıqlı təsir bir o qədər güclü olar. Bu, ksenonun qaynama temperaturunun nəyə görə arqondan daha yüksək olmasını izah edir. Digər vacib amil – molekulun formasıdır. Uzun molekullarda elektron sıxlığının yerdəyişməsi daha asan baş verir, nəinki kiçik ölçülü, simmetrik molekullarda.
Yuxarıda qeyd olunan dipol – dipol qarşılıqlı təsiri və london qüvvələrindən başqa, Van der Vaals qüvvələri ionlar və induksiyalanmış dipollar arasındakı və daimi dipollarla induksiyalanmış dipollar arasındakı qarşılıqlı təsiri də ehtiva edir. Kiçik molekullarda Van der Vaals qüvvələri çox zəifdir. Uzun zəncirli molekullarda bu qüvvələr daha güclü biruzə verilir. Çünki belə zəncirlərdə daha çox toxunma nöqtələri ola bilər. Bu səbəbdən, alkanların nümayəndələri olan etan normal şəraitdə qaz, heksan maye, oktadekan isə bərk haldadır. Şaxəli zəncirə malik olan karbohidrogenlər düz zəncirlilərlə müqaisədə daha uçucudur (daha aşağı qaynama temperaturuna malikdir). Polimer karbohidrogenlərdə molekullar, təkrar olunan minlərlə struktur vahidindən ibratədir. Polietilenin uzun, sapşəkilli molekulları elə formada düzülür ki, onların atomları arasında minlərlə toxunma nöqtəsi yaranır və bunun da nəticəsində çox güclü Van der Vaals qüvvələri mövcud olur. Bu qüvvələr də, polietileni bir material kimi çox dözümlü edir.
Hidrogen rabitəsi. Əvvəlki mövzularda qeyd olunduğu kimi, HF – də rabitə polyar kovalentdir. Əgər HF molekulları bir – birinə kifayət qədər yaxınlaşarsa, onda bu molekullardan birinin mənfi tərəfi ilə digərinin müsbət tərəfi arasında cəzbetmə baş verir. Bir molekulun hidrogeni ilə digər molekulun flüor atomu arasında cəzbetmə qüvvəsi iki hidrogen və ya iki flüor atomu arasında yaranan itələmə qüvvəsindən daha güclü olduğu üçün molekullar arasında rabitə yaranır. Bir molekulun hidrogeni ilə qonşu molekulun güclü elektromənfi elementinin (məs. flüor kimi) atomu arasında yaranan bu cür rabitəyə hidrogen rabitəsi deyilir. Hidrogen flüoridin maye halında molekullar məhz hidrogen rabitəsi ilə bir – birinə birləşmişdir. Daha güclü hidrogen rabitəsi həm də HF molekulu ilə flüor ionu arasında yarana bilər ki, nəticədə [F∙∙∙H∙∙∙F]⁻ tərkibli ion əmələ gəlir. Hidrogen flüoridin turş duzlarının ( məs. KHF2 ) tərkibində bu aniona rast gəlinir.
Hidrogen rabitəsi – hidrogen atomu ilə güclü elektromənfi element (flüor, xlor, oksigen və ya azot) atomu arasında yaranan kovalent rabitədir. Hidrogen rabitəsi digər polyar molekullarda mövcud olan dipol – dipol qarşılıqlı təsirindən fərqlənir. Belə ki, hidrogen atomunda rabitədə iştirak etməyən daxili elektronlar yoxdur. Bu səbəbdən digər atomların elektronları ilə qarşılıqlı itələmə hadisəsi baş vermir və bu rabitəni daha davamlı edir. Buna baxmayaraq, hidrogen rabitəsi adi kovalent rabitədən 10 – 20 dəfə daha zəifdir (Hidrogen rabitəsinin ölçülməsi).
Şəkildə hidrogen rabitəsinin mövcudluğuna dair tutarlı sübut olan qrafik verilmişdir. Qrafikdə F, O və N ilə eyni qrupa daxil olan digər elementlərin hidrogenli birləşmələrinin ərimə temperaturlarının hidrogen flüoridin, ammonyakın və suyun ərimə temperaturları ilə müqayisəsi təsvir olunmuşdur. Görünür ki, qeyd olunan maddələrin ərimə temperaturları bir qayda olaraq, həmin qrupa daxil olan digər elementlərin hidridlərinin ərimə temperaturundan daha yüksəkdir. Bu o deməkdir ki, HF, NH3 və H2O molekullarını bir yerdə saxlayan molekularası qüvvələr digər hidridlərin molekullarındakından daha güclüdür. Flüor, oksigen və azot ən elektromənfi elementlər olduğu üçün bu qüvvələr məhz hidrogen rabitələrini yaradan qüvvələrdir.
Karbon turşularının təcrübi yolla əldə edilmiş molekul kütlələri həmin turşuların formullarına əsasən hesablanmış molekul kütlələrindən əksər hallarda 2 dəfə böyük olur. Buna əsasən belə hesab olunur ki, üzvi turşular da hidrogen rabitəsi əmələ gətirməklə dimerləşə bilirlər.
Hidrogen rabitəsi və həllolma. Su – hidrogen rabitəsi ilə birləşmiş molekullardan təşkil olunmuşdur. Etanol kimi maddələr suda ona görə həll olur ki, bu maddələrin molekulları assosiatlarda su molekullarını əvəz edə bilirlər və etanol və su molekulları arasında hidrogen rabitəsi yaranır. Alkanların halogenli törəmələri, məsələn xloretan (C2H5Cl) su ilə hidrogen rabitəsi əmələ gətirmədikləri üçün onların suda həll olması azdır.
Qeyd edək ki, yuxarıda qeyd olunan maddələrdən başqa, zülal molekullarında və DNT - nin ikiqat zəncirinin əmələ gəlməsində də hidrogen rabitəsi iştirak edir.