Молекул орбиталын онол ба эрлийзжих онолын гол ялгаа нь молекул орбитал онол нь бонд болон эсрэг орбитал үүсэхийг тодорхойлдог бол эрлийзжих онол нь эрлийз орбитал үүсэхийг тодорхойлдог.
Молекулуудын электрон болон тойрог замын бүтцийг тодорхойлох өөр өөр онолууд бий. VSEPR онол, Льюисийн онол, валентийн бондын онол, эрлийзжих онол, молекул орбитал онол зэрэг чухал онолууд юм. Тэдгээрийн дотроос хамгийн хүлээн зөвшөөрөгдөх онол бол молекулын тойрог замын онол юм.
Молекулын тойрог замын онол гэж юу вэ?
Молекулын тойрог замын онол нь квант механик ашиглан молекулуудын электрон бүтцийг тайлбарлах арга юм. Энэ нь молекул дахь химийн холбоог тайлбарлах хамгийн үр дүнтэй арга юм. Энэ онолыг дэлгэрэнгүй авч үзье.
Эхлээд молекул орбитал гэж юу болохыг мэдэх хэрэгтэй. Хоёр атомын цөм ба тэдгээрийн хоорондох электронуудын хоорондох цэвэр татах хүч нь хоёр атомын цөмийн хоорондох электростатик түлхэлтээс давсан тохиолдолд хоёр атомын хооронд химийн холбоо үүсдэг. Үндсэндээ энэ нь хоёр атомын хоорондох татах хүч нь эдгээр хоёр атомын хоорондох түлхэх хүчнээс өндөр байх ёстой гэсэн үг юм. Энд электронууд энэхүү химийн холбоог үүсгэхийн тулд "холбох бүс" гэж нэрлэгддэг мужид байх ёстой. Үгүй бол электронууд нь атомуудын хооронд түлхэх хүчийг бий болгоход туслах "анти-холбох бүсэд" байх болно.
Гэсэн хэдий ч шаардлагыг биелүүлж, хоёр атомын хооронд химийн холбоо үүсвэл холбоонд оролцдог харгалзах орбиталуудыг молекул орбитал гэнэ. Энд бид хоёр атомын хоёр орбиталаар эхэлж, хоёр атомд хамаарах нэг орбитал (молекулын орбитал) болж төгсөж болно.
Квант механикийн дагуу атомын орбиталууд бидний хүссэнээр гарч ирэх эсвэл алга болж чадахгүй. Орбиталууд бие биетэйгээ харилцан үйлчлэх үед тэдгээр нь хэлбэрээ өөрчлөх хандлагатай байдаг. Гэхдээ квант механикийн дагуу тэд хэлбэрээ чөлөөтэй өөрчлөх боломжтой боловч ижил тооны тойрог замтай байх шаардлагатай. Дараа нь бид алга болсон тойрог замыг олох хэрэгтэй. Энд хоёр атомын орбиталуудын фазын нэгдэл нь холболтын орбитал үүсгэдэг бол фазын гадуурх хослол нь холболтын эсрэг орбитал үүсгэдэг.
Зураг 01: Молекулын тойрог замын диаграм
Холбооны электронууд бондын тойрог замыг эзэлдэг бол эсрэг талын орбитал дахь электронууд холбоо үүсэхэд оролцдоггүй. Харин эдгээр электронууд химийн холбоо үүсэхийг идэвхтэй эсэргүүцдэг. Холболтын тойрог зам нь холболтын эсрэг орбиталаас бага потенциал энергитэй байдаг. Хэрэв бид сигма холбоог авч үзэх юм бол холболтын орбиталын тэмдэглэгээ нь σ, эсрэг холболтын орбитал нь σ байна. Бид энэ онолыг ашиглан зарим молекулууд яагаад байдаггүй (жишээ нь He2) болон молекулуудын бондын дарааллыг тайлбарлахын тулд нарийн төвөгтэй молекулуудын бүтцийг тайлбарлаж болно. Иймд энэхүү тайлбар нь молекулын тойрог замын онолын үндсийг товч тайлбарласан болно.
Эрлийзжүүлэх онол гэж юу вэ?
Эрлийзжүүлэх онол нь молекулын тойрог замын бүтцийг тодорхойлоход ашигладаг арга юм. Гибридизаци гэдэг нь хоёр ба түүнээс дээш атомын орбиталуудыг холих замаар эрлийз орбитал үүсэхийг хэлнэ. Эдгээр орбиталуудын чиглэл нь молекулын геометрийг тодорхойлдог. Энэ нь валентын бондын онолын өргөтгөл юм.
Атомын орбиталууд үүсэхээс өмнө өөр өөр энергитэй байдаг бол үүссэний дараа бүх орбиталууд ижил энергитэй байдаг. Жишээлбэл, s атомын орбитал ба p атомын орбитал нийлж хоёр sp орбитал үүсгэж болно. s ба p атомын орбиталууд өөр өөр энергитэй байдаг (s < энерги p). Харин эрлийзжүүлсний дараа ижил энергитэй хоёр sp орбитал үүсгэдэг бөгөөд энэ энерги нь бие даасан s ба p атомын тойрог замын энергийн хооронд оршдог. Түүнчлэн, энэхүү sp эрлийз тойрог зам нь 50% s тойрог замын шинж чанартай, 50% p орбитал шинж чанартай.
Зураг 02: Нүүрстөрөгчийн атомын эрлийз орбитал ба устөрөгчийн атомын орбитал хоорондын холбоо
Эрлийзжүүлэлтийн санаа анхлан хэлэлцүүлэгт орсон тул валентийн холбоо онол нь CH4 зэрэг зарим молекулын бүтцийг зөв таамаглаж чадаагүйг эрдэмтэд ажигласан. Энд хэдийгээр нүүрстөрөгчийн атом нь электрон тохиргооныхоо дагуу зөвхөн хоёр хосгүй электронтой боловч дөрвөн ковалент холбоо үүсгэж чаддаг. Дөрвөн холбоо үүсгэхийн тулд дөрвөн хосгүй электрон байх ёстой.
Тэдний энэ үзэгдлийг тайлбарлах цорын ганц арга бол нүүрстөрөгчийн атомын s ба p орбиталууд хоорондоо нийлж, ижил энергитэй эрлийз орбитал гэж нэрлэгддэг шинэ орбиталь үүсгэдэг гэж бодох явдал байв. Энд нэг s + гурван p нь 4 sp3 орбитал өгнө. Иймд электронууд эдгээр эрлийз орбиталуудыг жигд дүүргэж (эрлийз орбитал бүрт нэг электрон) Хундын дүрмийг дагаж мөрддөг. Дараа нь дөрвөн устөрөгчийн атомтай дөрвөн ковалент холбоо үүсгэх дөрвөн электрон байна.
Молекулын тойрог замын онол ба эрлийзжих онол хоёр юугаараа ялгаатай вэ?
Молекулын тойрог замын онол нь квант механик ашиглан молекулуудын электрон бүтцийг тайлбарлах арга юм. Гибридизацийн онол нь молекулын тойрог замын бүтцийг тодорхойлоход бидний ашигладаг арга юм. Тэгэхээр молекул орбитын онол ба эрлийзжих онол хоёрын гол ялгаа нь молекул орбитын онол нь бонд ба эсрэг орбитал үүсэхийг тодорхойлдог бол эрлийзжүүлэлтийн онол нь эрлийз орбитал үүсэхийг тайлбарладагт оршино.
Цаашилбал, молекулын тойрог замын онолын дагуу хоёр атомын атомын орбитал холилдсоноос шинэ тойрог хэлбэрүүд үүсдэг бол эрлийзжих онолд нэг атомын атомын орбиталууд холилдсоноор орбитал шинэ хэлбэрүүд үүсдэг. Тиймээс энэ нь молекул орбитын онол ба эрлийзжих онолын өөр нэг ялгаа юм.
Хураангуй – Молекулын тойрог замын онол ба Гибридизацийн онол
Молекулын тойрог замын онол ба эрлийзжих онол хоёулаа молекулын бүтцийг тодорхойлоход чухал үүрэгтэй. Молекулын тойрог замын онол ба эрлийзжүүлэлтийн онолын гол ялгаа нь молекул орбитал онол нь бонд болон эсрэг орбитал үүсэхийг тодорхойлдог бол эрлийзжих онол нь эрлийз орбитал үүсэхийг тодорхойлдог.
