Kovalent rabitəli molekulların həndəsi forması.
İon rabitəsi – əks işarəli ionların qarşılıqlı cəzbolunması nəticəsində əmələ gəlir. İonların əmələ gətirdiyi elektrik sahəsi simmetrik sfera formasındadır. Bu səbəbdən, ion rabitəsi fəzada hər hansı istiqamətə malik olmur.
Atomlar yaxınlaşanda onların elektron orbitallarının örtülməsi nəticəsində molekulyar orbitallar əmələ gəlir. Əgər rabitəni əmələ gətirən elektronlar aşağı enerjili molekulyar orbitalı əmələ gətirərlərsə, onda bu zaman kovalent rabitə əmələ gəlir. Pauli prinsipinə əsasən bu iki elektronun spinləri əks tərəflərə yönəlmiş olmalıdır . Atom orbitalları nə qədər çox örtülərsə, əmələ gələn molekulyar orbitalın rabitə xassəsi daha güclü olar. Belə ki, ən möhkəm rabitələr atom orbitallarının maksimum örtülməsinin təmin olunduğu hallarda yaranır. Bu səbəbdən kovalent rabitənin fəzada müəyyən istiqaməti olur. Kovalent rabitəli molekulların forması atomları birləşdirən rabitələr arasındakı bucaqlarla müəyyən olunur.
Bəs nəyə görə BeCl2 molekulu xətti quruluşa malikdir və onun dipol momenti sıfıra bərabərdir, amma SnCl2 molekulu bucaq quruluşludur ? Və ya, nəyə görə BCl3 molekulunda bütün atomlar bir müstəvi üzərində yerləşir, ammonyak molekulu isə piramida formasındadır ?
Yuxarıda deyilənlər o səbəbdən baş verir ki, Be və Sn - da (həmçinin B və N – də) rabitənin əmələ gəlməsində müxtəlif orbitallar iştirak edir.
Molekulların həndəsi quruluşunun sadə, lakin daha az dəqiqliklə izahı Sidcvik və Pauell tərəfindən 1940 – cı ildə təklif olunmuş nəzəriyyədə öz əksini tapmışdır. Bu nəzəriyyə valent elektronların itələnməsi nəzəriyyəsi adlanır. Onun müəllifləri BeCl2 , BCl3, NH3, NH4⁺ və CH4 kimi çox da böyük olmayan molekul və molekulyar ionların həndəsi quruluşunu tədqiq etməklə müəyyən nəticələrə gəldilər. Beləcə, müəyyən olundu ki, molekulda mərkəzi atom ətrafında elektron cütlərinin yerləşməsi bu elektron cütlərinin sayından asılıdır. Hər bir elektron cütü ilə hər hansı digər elektron cütü arasında qarşılıqlı elektrostatik itələmə qüvvələri mövcud olur ki, bu qüvvələr orbitalları bir – birindən mümkün qədər uzağa itələyir. Mərkəzi atomun bölünməmiş hər bir elektron cütü də öz orbitalında yerləşərək, rabitəni əmələ gətirən elektronları itələməklə molekulun həndəsi formasına öz təsirini göstərir.
Xətti molekullar. Qeyd olunduğu kimi, BeCl2 molekulu xətti quruluşludur. Berillium II qrupda yerləşir, valent təbəqəsində iki elektronu var və bunun sayəsində iki kovalent rabitə əmələ gətirə bilir. Molekulun xətti quruluşa malik olması elektron cütlərinin bir – birindən maksimum uzaqlıqda yerləşməsinə şərait yaradır. Həmçinin, C2H2 , HCN və CO2 kimi molekullar da xətti quruluşa malikdirlər.
Yastı üçbucaq molekullar. Əgər mərkəzi atom ətrafında 3 elektron cütü yerləşirsə, onda rabitələr bir müstəvi üzərində olacaq və onlar arasındak bucaq 120° təşkil edəcəkdir. 3 atom mərkəzi atom ətrafında, üçbucağın təpə nöqtələrində yerləşmişdir. Bu cür quruluşa yastı üçbucaq quruluş deyilir. Belə quruluşlu molekullara misal olaraq BCl3 molekulunu göstərmək olar. Qazşəkilli SnCl2 molekulu da oxşar quruluşa malikdir. Dipol momentinin sıfırdan fərqli olması bu molekulun xətti quruluşda olmadığını sübut edir. BCl3 – dən fərqli olaraq bu molekulda üçbucağın təpə nöqtələrindən birində bölünməmiş elektron cütləri yerləşir.
-
Bu o səbəbdən baş verir ki, bölünməmiş elektron cütü və Sn – Cl rabitəsini əmələ gətirən elektron cütləri bir – birindən qarşılıqlı itələnir və nəticədə üçbucaq quruluş əmələ gəlir. Belə quruluşda elektron cütləri arasındakı bucaqlar maksimum, itələmə qüvvələri isə minimum qiymət alır.
Yastı üçbucaq quruluşa malik olan digər molekullara misal olaraq etileni, NO3 ionunu və kükürd dioksidi göstərmək olar.
Tetraedrik molekullar. CH4 , NH3 , NH4⁺ və H2O kimi molekullarda mərkəzi atom ətrafında 4 elektron cütü yerləşmişdir. Bu elektronların bolünməmiş elektron cütləri və ya rabitədə iştirak edən elektron cütləri olmasından asılı olmayaraq, onlar arasında itələmə qüvvələri mövcud olur. Bu itələməni minimuma endirmək üçün orbitallar elə yerləşməlidir ki, onlar arasındakı bucaq maksimum olsun. Belə olan halda, rabitə elektronları və bölünməmiş elektron cütləri tetraedrin təpə nöqtələrinə tərəf istiqamətlənmiş olur.
Lakin təbii ki, heç də bütün molekullarda atomlar tetraedrin təpə nöqtələrində yerləşmir. Metan və NH4⁺ - də atomlar tetraedr əmələ gətirdiyi halda, ammonyakda üçüzlü piramida, su molekulunda isə bucaq quruluşu əmələ gətirir.
CH4 – də və NH4⁺ - də bütün rabitələr eynidir. Bu molekullar düzgün tetraedr formasındadır və rabitələr arasındakı bucaq 109,5° təşkil edir. NH3 – də bu bucaq 107° , H2O – da isə 104,5° - dir.
Gözlənilən qiymətlərdən kənaraçıxma hallarını izah etmək məqsədilə, Gillespi və Nayholm valent elektron cütlərinin itələnməsi nəzəriyyəsinə müəyyən düzəlişlər təklif etdilər: bölünməmiş elektron cütləri nüvəyə daha yaxın yerləşdikləri üçün onlar digər elektron cütlərindən daha güclü itələnir. Elektron cütləri arasındakı itələmə qüvvələri aşağıdakı sırada azalır:
Bölünməmiş cüt/bölünməmiş cüt > bölünməmiş cüt/rabitə cütü > rabitə cütü /rabitə cütü.
5, 6 və ya 7 valent elektronlu rabitələrin quruluşu. II qısa dövr və sonrakı dövrlərin elementlərinin əmələ gətirdiyi birləşmələrdə mərkəzi atom ətrafında 4 – dən artıq elektron cütü ola bilər. Belə quruluşa genişlənmiş oktet deyilir. 5 cüt rabitə elektronuna malik olan PCl5 molekulu üçüzlü bipiramida şəklindədir . Rabitələr arasındakı bucaq 90° və 120° təşkil edir. Xlor atomlarından ikisi təpə nöqtələrində, digər üçü isə ekvatorial müstəvi üzərində yerləşmişdir.
SF4 – də də elektron cütləri həmin sxem üzrə yerləşmişdir. Kükürd – VI qrup elementidir – öz 6 valent elektronundan dördünü rabitə əmələ gətirmək üçün istifadə edir və onun bir cüt bölünməmiş elektronu qalır. Bölünməmiş elektron cütü təpə nöqtəsində və ya ekvatorial müstəvidə yerləşə bilər. Bu elektron cütünün ekvatorial müstəvidə yerləşməsi Gillespi – Nayholmun ideyası ilə üst – üstə düşür. Belə ki, həmin fikrə əsasən, bölünməmiş elektron cütləri nüvəyə daha yaxın yerləşir, nəinki rabitə elektronları.
