1. Atom elektron orbitallarining gibridlanishi Har qanday molekulaning energetik jihatdan turg’unlikka intilishi natijasida undagi bog’lar yo’nalishi ma’lum burchaklarga ega bo’lib yo’naluvchanlikni yuzaga keltirib chiqaradi. Shu bilan birga molekula geometriyasi atomlar orasidagi bog’ning uzunligi bilan ham bog’liq bo’ladi.
Har bir sistemaning minimal energiyaga ega bo’lishga intilishi natijasida elektron bulutlarning fazoviy joylashishi ma’lum vaziyatda bo’lishiga olib keladi. Shundagina molekulalardagi kovalent bog’ energiyasi maksimal qiymatlarga ega bo’ladi.
VB nazariyasi ayni bir energetik pog’onalar tarkibidagi turli simmetriyali (s-
p-, d-va hokazo) pog’onachalar elektronlarning to’lqin tabiati tufayli qo’shilishi
natijasida, simmetriyalari oraliq holatga ega bo’lgan yangi shakldagi gibrid orbitallar hosil bo’lishini tushuntirib beradi (L.Poling). Gibridlanishda bitta elektronga ega bo’lgan s- orbital bilan bitta, ikkita yoki uchta p- orbitallar qatnashgan fazoviy simmetriyalari turlicha bo’lgan gibrid orbitallar paydo bo’ladi. Kimyoviy bog’ yuzaga kelishi davomida turli xil gibridlangan orbitallar ishtirokida hosil bo’ladigan molekulalarning fazoviy geometriyasini, yoki boshqacha aytganda bog’larning yo’naluvchan xususiyatini tushuntirish uchun katta ahamiyatga ega. IX.2-rasimda bog’ hosil qiladigan markaziy atomda bittadan s- va p- orbital hisobiga ikkita sp-(<> deb o’qiladi) gibrid orbital hosil bo’lishi aks ettirilgan.
Agar bitta s- orbital bilan ikkita p- orbital gibridlanishda qatnashsa- uchta sp2 –gibrid (<>) orbital (IX.3-rasm), bitta s-orbital va uchta p-orbital qatnashsa to’rtta sp3- gibrid orbital (IX.4-rasm) hosil bo’ladi .
Gibridlanish jarayonida nechta atom orbitallar qatnashgan bo’lsa, yangi holatdagi gibrid orbitallar soni ham shuncha bo’ladi . 2- davrdagi elementlarning eng ko’pi bilan 4 ta (bir s- va 3 ta p-) orbitallari hisobiga faqat to’rtta gibrid orbitallar hosil bo’lishi mumkin, lekin ular turli vaziyatlarda bo’ladi .
1.Molekulani hosil qilishda sp3- gibrid orbitallar qatnashgan molekulada markaziy atomning hosil qilgan to’rttala bog’i orqali bog’langan atomlarning
fazoviy holati tetraedr shakliga ega bo’ladi. Markaziy atom atrofdagi bog’langan atomlar tetraedrning cho’qqilarida joylashgan. Agar bog’langan atomlar tabiati bir xil bo’lsa, bog’lar yo’nalishi orasidagi burchak 109°28 yoki 109,5° bo’ladi (masalan, CH4,CCl4 va boshqalar). Agar bog’langan atomlar turli tabiatga ega bo’lishsa, unday molekulaning geometriyasida muntazam tetraedr o’rniga xossalari bilan farq qiladigan atomlar bog’ining uzunligi qisqargan yoki uzunroq bo’lganligi sababli qisman o’zgargan shaklli tetraedr hosil bo’ladi. Masalan, metan molekulasidagi bitta vodorod atomi o’rniga yod atomi almashgan (metil yodid ) molekulasida yod atomining radiusi yoki hajmi katta bo’lishi tufayli molekulaning geometriyasi saqlanib qolgan bo’lsa ham metan molekulasiga nisbatan assimetriya kuzatiladi( CH3I molekulasidagi burchaklar
Molekulani hosil qilishda uchta sp2-gibrid orbitallar va bitta p –atom orbital (bu p-orbital π-bog’ hosil qilishda ishtirok etadi) qatnashganda markaziy atom atrofida bog’langan atomlar soni uchta bo’ladi, ulardan biri markaziy atom bilan qo’sh bog’ orqali bog’langan atomlar joylashgan yo’nalishlar orsidagi
burchak 120° ga teng bo’ladi (masalan etilen molekulasi benzol halqasidagi uglerod atomlari va h.k.).
3. Molekulani hosil qilishda ikkita sp –gibrid orbitallar va π-bog’ hosil qilishda ikkita p –atom orbitallar qatnashganda markaziy atom ikkita atom oralig’ida joylashadi, molekula chiziqli geometriyaga ega bo’ladi, yo’nalishlar orasidagi burchak 1800 bo’ladi (BeH2, BeF2 molekulalari). Markaziy atom bog’langan atomlarning biri bilan uchta bog’ ( 1 ta σ- va 2 ta π- ), yoki ikkalovi bilan qo’shbog’lar orqali bog’langan bo’ladi (ikkala holda ham markaziy atom 2 ta π-bog’ga ega bo’ladi). Bunday molekulalarga CO2 (O=C=O), asetilen (H-C≡C-H) va boshqalar misol bo’ladi.
Uglerod atomining valent qobig’da to’rtta elektron uchun asosiy holat 2s22p2 bo’lib, ulardan ikkitasi juftlashgan (2s- orbitalda) va yana ikkitasi toq holda 2p-orbitallarda joylashgan. To’rtta orbitalga ega bo’lgan uglerod atomi o’zining maksimal valentligini namoyon qilishda juft holdagi ikkita elektronning biri s-orbitaldan p- orbitalga ko’chib o’tadi ( buning uchun sarf qilinadigan energiyani
qo’zg’algan holatga o’tish energiyasi deb yuritiladi). Bu sarf qilingan energiya shu elektron ishtirokida hosil bo’lgan bog’lanish energiyasi hisobiga qoplanadi. Endi uglerod atomining elektron konfiguratsiyasi 2s12p3 bo’lib, yuqorida ko’rib o’tilgan 1, 2 va 3 holatlarni yuzaga keltirib chiqarishga imkon beradi:
to’rtta atom orbital hisobiga sp3- gibrid orbitallar hosil bo’lishi va uning
-uchta sp2- orbitallar va unga qo’shimcha π- bog’ hosil qilishda qatnashadigan p- orbital va molekula geometriyasi;
har bir uglerod atomi ikkita sp- gibrid orbitallar va ikkita π- bog’lar hosil
qilishda qatnashadigan holatlar va molekulaning geometriyasi.
Xulosa qilib aytganda, uglerod-uglerod bog’larini hosil qilishda 2,4 yoki 6 ta elektronlar juftlashib yakka, qo’sh yoki uch bog’ hosil qilishi mumkin, ko’pchilik hollarda bunday bog’lar energiyasi tegishli ravishda 346,602 va 835 kJ/molga yaqin bo’ladi.
Davriy sistemaning V, IV, VII guruhlarining bosh guruhchalarida joylashgan azot, kislorod va galogen elementlari atomlarida ham bitta s- va uchta p- orbitallar bo’lgani sababli ularning hammasida ham sp3- gibridlanish holati kuzatiladi. Gibridlanish jarayonida qatnashadigan atom orbitallarda bitta yoki ikkitadan elektronlar bo’lishi mumkin, lekin gibridlangan orbitallardagi faqat toq elektronlargina bog’ hosil qilishda qatnashsa, juft elektronlarga ega bo’lgan gibridlangan orbitallar donor- akseptor bog’ hosil qilishda qatnashishlari mumkin. Ammiak molekulasini hosil qilishda uchta sp3- gibrid orbitallar vodorod atomi bilan bog’ hosil qilishda qatnashadi va to’rtinchi sp3- gibrid orbital taqsimlanmagan erkin elektron (bog’ hosil qilishda qatnashmagan) jufti bilan band bo’ladi va bunday elektronlar jufti bog’ hosil qilishda qatnashmaydi. Bu elektron juft tetraedrning cho’qqilaridan biri tomon yo’nalgan va ma’lum sharoitda qo’shimcha bog’ hosil qilishda donorlik vazifasini bajaradi. Ammiak molekulasinng geometriyasi ( to’rtta atomning fazoviy holati) uchburchakli piramida shaklida bo’ladi.
Suv molekulasidagi kislorod atomining elektronlari ham to’rtta sp3- gibrid
orbitallar hosil qiladi, ulardan ikkitasi suv molekulasini hosil qilishda qatnashsa, qolgan ikkitasi taqsimlanmagan elektronlar jufti bilan band bo’ladi. Kislorod bilan vodorod atomlari orasidagi burchak tetraedrning qo’shni cho’qqilari orasidagi yo’nalishga ega bo’ladi. Erkin elektron juftlari tetraedrning qolgan ikki cho’qqisi tomon yo’nalgan bo’ladi.
Suv molekulasi protonga ega bo’lgan moddalar (masalan, xlorid kislota eritmasi) bilan reaksiyada qatnashsa, hosil bo’lgan gidroksoniy kationida kislorodning taqsimlanmagan sp3 –gibrid orbitallaridan biri donorlik, kislota protoni esa akseptorlik vazifasini bajaradi va gidroksoniy kationi ammiak molekulasi kabi shaklga ega bo’lishi kerak. Bunday ionda kislorod atomining valentligi uchga teng bo’ladi.
VII gruppa elementlarining vodorodli birikmalarida 4 ta sp3 – gibrid orbitallardan bittasi vodorod atomi bilan bog’ hosil qilishda qatnashsa, qolgan uchtasi erkin elektronlar jufti bilan ishg’ol etilgan, ulardagi elektronlar buluti tetraedrning qolgan uchta cho’qqilariga yo’nalgan bo’ladi.
Taqsimlanmagan elektronlar juftlari orasidagi o’zaro itarishuv kuchlari bog’ hosil qilishda qatnashgan bog’lovchi orbitallar orasidagi itarishishdan ko’ra kuchliroq bo’ladi, shu sababli CH4, NH4+ da burchak 109°28′, ammiakda 107,3° va suvda 104,5°bo’ladi.
Atomlar bog’lanishida har xil energetik pog’onadagi elektronlar qatnashadi. Mas: Ve 2s22p1, B 2s12p2, C 2s 2p3 Bunday vaqtda dastlabki elektronlar buluti formalari o’zaro o’zgarib yangi boshqa formadagi elektron bulut hosil qiladi. Bunda hosil bo’lgan bog’lar alohida olingan oddiy bog’lardan mustahkam bo’ladi. Bu hodisaga gibridlanish hodisasi deyiladi.
sp - gibridlanish
BeCl2 molekulasi
+4Be 1s2 2s2→2s2 2p1 2ta sp orbital
+
F Be F
o
180
Bunday gibridlanishda markaziy atom faqat ikkita sigma bog’ orqali bog’langan bo’ladi. Masalan, CO2, N2, CO, CS2
Bunday gibridlanishda markaziy atom faqat uchta sigma bog’ orqali bog’langan bo’ladi.
Masalan, AlCl3, , kabi molekulalar kiradi.
sp3 – gibridlanish
CH4 molekulasi
+6C 1s2 2s2 2p2→2s1 2p3
4 tasi sp3 orbital
H
+
+
+
C
H
109o28'
H
H
tetraedrik
Bunday gibridlanish markaziy atom 4 ta sigma bog’lanish orqali bog’langan molekulada kuzatiladi.
Masalan, SiO2, H2SO4, H3PO4, H2Cr2O7 sp3d – gibridlanish
PCl5 molekulasi
+15P 3s2 3p3→3s1 3p3 3d1 5ta sp3d orbital
Cl
Cl 90o
P Cl
++
+
+
Cl
120o
Cl
trigonal bipiramida
Bunda valent burchaklarning 3 tasi 120° 2 tasi 90° ga teng.
sp3d gibridlanish 5 ta sigma bog’ga ega barcha molekulalar uchun xos. sp3d2 – gibridlanish
SF6 molekulasi
+16S 3s2 3p4→3s1 3p3 3d2
F
F
F
++
+
+
+
S
90o
90o
F
F
oktaedrik
sp3d2 gibridlanish 6 ta sigma bog’li barcha molekulalar uchun xos. Valent burchaklar 6 tasi ham 90° dan.
Shuningdek gibridlanishda taqsimlanmagan elektron juftlari ham ishtirok etadi.
O
sp3
N
sp3
H
F sp3
S sp2
H
H
H
104,5o
o
H
oO
O
H 107
burchakli
uchburchakli
chiziqli100
piramida
F
H
3
3
spN+
sp
O+
F
Xe sp3d
O
sp3d
H
H
H
H
F
Kr
O
H
o
O
109 28''
H
tetraedr
F
uchburchakli
piramida
NH3 da < HNH - 3P bog’ hisobiga 90 0C burchak hosil bo’lishi kerak, lekin 107o chunki bog’lanish p- p emas, balki sp 3- gibridlanish hisobiga vujudga keladi. HOH da esa 90 0li burchak o’rniga105o41 ni hosil qiladi bu yerda sp3- gibridlanish hosil bo’lishi bilan tushuntiriladi. Gibridlanishning barqaror bo’lishi ularning energetik yaqinligiga va gibridlangan bulutlarning zichligiga bog’liq. Atomlar orasida doimo ozmi - ko’pmi qutbli bo’ladi.
Q’utblanish natijasida bog’ uzilib simmetrik va asimmetrik uzilish bo’lishi mumkin.
N + CI = N : CI: --> N+ + CI - ionlar hosil bo’ladi.
2. Molekulyar orbitallar metodi 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. Valent bog’lanishlar usuli quyidagi kamchiliklarga ega:
ba’zi moddalarda elektron juftlar yordamisiz bog’lanish yuzaga keladi.
Masalan, XIX asrning oxirida Tomson molekulyar vodorod ionini (H2+) molekulasini elektronlar bilan bombardimon qilib oldi. Bunga asoslanib 2 yadro bir- biri bilan elektron yordamida bog’lana 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 bera olmaydi;
erkin radikallar tarkibiga ham juftlashmagan elektronlar bo’ladi;
Molekula hosil bo’lishida toq elektronlarning rolini ko’rsatadigan nazariya molekulyar orbitallar nazariyasi nomini oldi. Bu metodga asosan molekula bir butun (kompleks) deb qaraladi va hamma elektronlar ham butun molekula uchun umumiy bo’ladi. Atomlardagi atom orbitallari, molekulalarda molekulyar orbitallar bo’lishi kerak. Atom orbitallari: s, p, d, f molekulyar orbitallari: , , ,
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 proyeksiyasini atom yadrolarini bo’shashtiruvchi o’qqa nisbatan kattaligini xarakterlash uchun magnit kvant soni m ga o’xshash molekulyar kvant son- λ kiritilgan. λ = 0, bunday holat σ- holat deyiladi, bu holatni qabul qiladigan elektronlarning maksimal soni 2 ga teng.
λ = ±1 bo’lsa, π- holat deyiladi. Bu holatda eng ko’pi bilan 6 ta elektron
joylanishi mumkin.
Molekulyar orbitallar ham Pauli prinsipi va Xund qoidasiga asosan hosil
bo’ladi. Molekulyar orbitallar usulida bog’lovchi orbitallardagi elektronlar soni bo’shashtiruvch orbitallardagi elektronlar sonidan ko’p bo’lsa, kimyoviy bog’ hosil bo’ladi. Kimyoviy bog’lar tartibi quyidagi formula bo’yicha hisoblanadi:
BT= nbog’ e – nbo’sh e /2
bunda: nbog’e – bog’lovchi orbitallardagi elektronlar soni; nbo’she - bo’shashtiruvchi orbitallardagi elektronlar soni.
Atom orbitallari bir xil markazli, molekulyar orbitallar esa ko’p markazli, shuning uchun ularning formasi murakkabroq.
Atom orbitaldan molekulyar orbital hosil bo’lishi uchun:
Ularning energiyasi yaqin bo’lishi kerak.
Orbitallari bir - birini ko’proq qoplashi kerak (0,7- 0,8%).
Molekulada bog’lanish chizig’iga nisbatan bir xil simmetriyada bo’lishi kerak.
Molekulyar orbital atom orbitallardan tarkib topgan. 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 deb ataladi.
Agar molekulyar orbitallar hosil bo’lishida atom orbitallari elektron bulut konsentrasiyasi yadrolaridan tashqarida hosil bo’lib unda hisoblanib, u nolga teng bo’ladi. Bu molekulyar orbitallar energiyasi dastlabki atom orbitallar energiyasidan yuqori bo’ladi va uni bo’shashtiruvchi deb ataladi.
Agar a va v elektron oralig’idagi masofani R deb olsak Ye ish R ga bog’liq bo’ladi. Bu shuni ko’rsatadiki, bo’lar bir - biriga yaqinlashganda ular oralig’ida tortishish kuchi hosil bo’ladi Ro da uning miqdori minimumga teng bo’lib, unda atom orbitali bog’lovchi molekulyar orbitali hosil qiladi. Ye da esa energiya oshib ketaveradi va R kamayishi bilan unda bir - birini itarishib bu holatni bo’shashtiruvchi holat deb ataydi qarama - qarshi bog’lanuvchi molekulyar orbital yadrolari orasida tekislik bo’limlardan iborat bo’lganligi sababli qirra hosil
qilmaydi. Eng yaxshi bog’ hosil qilish ( s, 2s, 2p,2p 2p 2p ) orbitallarda 2s va 2p orbital qatnashsa b - orbital tipida molekula silindrik simmetrik hosil bo’ladi.
Bularni belgilashda b1s ( 2 ta 1s bog’langan) bo’ladi, b2s( 2 ta 2s orbital bog’langan). Bo’shashtiruvchi orbital b 2s( 2 ta 2s orbital bir - biridan ajraladi. Agar ikkalasi teng bo’lsa atom holatida bo’lib qoladi. Bog’ hosil bo’lishi ko’p
orbitallar kompensasiyasi natijasida amalda kimyoviy bog’ hosil qilishi yoki
radikalni ko’rsatuvchi orbitallar qoladi.
Molekulyar orbitallarda 2 ta bog’lovchi orbital agar 2 ta bo’shashtiruvchi
orbital bilan kompensasiya qilinmagan bo’lsa, u holda bitta bog’ hosil qiladi.
Bunda bog’lovchi va bo’shashtiruvchi elektronlar sonining farqiga formal
bog’lanish soni deyiladi. ( f.b.s.) Mas: Li ( b1s) ( b1s) ( b2s ) valentligi 2s bilan
xarakterlanadi.
N ( b1s) ( b 1s) ( b 2s) ( b 2s) ( bpz) ( b2px) ( b2py)
3 valentli bo’lib ya’ni, 1 ta b - bog’, 2 ta P - bog’ hosil qiladi.
Kislorod molekulasining hosil bo’lishida qo’sh bog’ 1 ta - bog’ va 1 ta -bog’ hisobiga amalga oshadi ya’ni stasionar bo’lmagan elektron qoladi va u kislorodning paramagnit xossasini ko’rsatadi. Bog’lanish tartibi ( BT) ni topish uchun, bog’lovchi molekulalar ( - bog’) sonidan, bo’shashtiruvchi molekulalar (- bo’sh) sonini ayirish kerak. O2 molekulasining elektron tuzilishi MO metodi bilan tuziladi.
bu usul har qanday yadrolar sistemasi va elektronlar barqarorligini tushuntira oladi;
molekulyar orbitallar usuli molekulalarning va kompleks birikmalarning magnit va optik xossalarini to’g’ri tushuntiradi;
molekuladagi har bir elektronning holatini baholash imkoniyatini beradi.
izmada gibridlanish tushunchasini tarmoqlar usulida keltirdik va bu tamoqning bir qismini davom ettirdik. Vaholanki bu tarmoqning hammasini davom ettirib dars o’tilganda o’quvchi-talabalarning shu mavzu bo’yicha qancha tushunchaga ega ekanligini bilib olishingiz mumkin bo’ladi. Bu usulda mavzuga oid bo’lmagan tushunchalarni ham keltirib tarmoqni davom ettirishimiz mumkin bo’ladi. Bu o’quvchi-talabalarning qanchalik shu fandan bilim va tushunchaga ega ekanligiga bog`liq bo’ladi. Bu usulda baholashda tushunchalar soni va mavzuga taaluqli ekanligiga qarab baholashingiz mumkin bo’ladi.
F
, 
kabi molekulalar kiradi.
90o
Cl
