Химийн холбоо

Бодисын бүтцийн тухай сургааль нь химийн нэгдлүүдийн олон янз болох, тэдгээрийн найрлага, молекулын бүтэц, бодисын байгууламж зэргийг тайлбарладаг. Атомууд химийн холбоогоор нэгдэж молекул хэрхэн үүсдгийг орчин үед атомын бүтцийн электроны онолын үндсэн дээр тайлбарлаж байна. Химийн хувьд тогтвортой олон атомт систем бүрдүүлж байгаа хоёр ба түүнээс дээш тооны атомын хоорондох харилцан үйлчлэлийг химийн холбоо гэнэ.

Атом буюу молекулуудын хоорондын бусад төрлийн үйлчлэлээс химийн холбооны ялгагдах үндсэн онцлог гэвэл нэгдэж байгаа атомуудын электрон бүрхүүлийн төрх өөрчлөгдөх явдал юм. Иймээс химийн холбоог электрон бүрхүүлийн өөрчлөлттэй явагдах атомуудын харилцан үйлчлэл гэж үзэж болно.

Бодисууд хоорондоо нэгдэж химийн нэгдэл үүсэх явцад энерги ялгарна. Хэдий чинээ их энерги ялгарна, төдийчинээ батжилтай нэгдэл үүснэ. Иймээс холбоог задлах энерги уг химийн нэгдлийн батжилын хэмжүүр болно. Химийн холбоо үүсэхэд холбоонд орж байгаа электрон ба цөмөөс тогтсон системийн потенциал энергийн багассанаас ямагт энерги ялгарна. Иймээс холбоонд орсон хэсгүүдийн нийлбэр потенциал энерги, хэсэг тус бүрийн анхны потенциал энергийн нийлбэрээс ямагт бага байна. Ийм замаар харилцан үйлчлэлцэж байгаа атомуудаас тогтсон системийн потенциал энерги багасах нь химийн холбоо үүсэх гол нөхцөл болно.

Атомын бүтцийн онолын үүднээс химийн холбоог молекул болон нэгдэж байгаа атомуудын электроны байгууламж ба төрх байдлаар нь ангилдаг. Олон атомт системийг бүхэлд нь хамарсан молекул орбиталийн онол бол электроны байгууламжийг зөв тусгахад гол төсөөлөл болж өгдөг. Энэ онолын үүднээс химийн холбоонд нэгдэж байгаа атомуудын хооронд электрон бүрхүүл бөөгнөрөн төвлөрөх процесс юм.

Химийн холбоог ангилсан хэд хэдэн ангилал байдаг. Химийн холбоог ионы, ковалентийн, донор акцепторын, устөрөгчийн, металлын холбоо гэж ангилдаг.

Ковалент холбоо нь нэгдэж байгаа хоёр атомын сондгой электронууд ерөнхий хос электрон үүсгэсний үр дүнд үүснэ. Хэрэв тухайн молекул нэг элементийн хоёр атомаас тогтсон байвал тэдгээрээс үүссэн хос электроны үүл харилцан нэвчиж, тэнд электроны нягтрал болсон хэсэгт татагдан тогтвортой молекул үүснэ. Устөрөгчийн атомын электрон байгууламж 1s¹ бөгөөд электроны давхраандаа сондгой ганц электронтой учир ийм хоёр атомаас молекул үүсэхэд s-орбиталууд харилцан нэвчиж түүнд хоёр цөм татагдаж устөрөгчийн молекул үүснэ.

Химийн холбооны чухал тоон үзүүлэлт бол холбооны энерги ба холбооны урт байдаг. 1 моль устөрөгчийн молекул үүсэхэд 435кж энерги ялгарна. Өөрөөр хэлбэл 1 моль устөрөгчийн молекулыг задалж атом болоход 433 кж энерги шаардагдана. Үүнийг холбооны энерги гэнэ. Устөрөгчийн атомын радиус 0,53 А° бөгөөд хоёр атомын цөмийн хоорондох зай 1,06 А° байх байтал молекул үүсэх процесст орбиталууд нэвчиж хоёр цөм ойртсоноос тэдгээрийн хоорондын зай 0,74А° болсон байдаг. Молекул үүсгэж байгаа цөмүүдийн хоорондын зайг холбооны урт гэнэ. Холбооны урт хэчнээн бага байна, химийн холбоо төдийчинээ батжилтай байна. Өөрөөр хэлбэл холбооны урт багасах тутам холбооны энерги ихэснэ. Нэг элементийн хоёр атомаас тогтсон молекулын электрон үүл хоёр цөмийн дунд ижил зайд орших учир нэмэх, хасах цэнэгийн ямар нэгэн туйлшрал үүсэхгүй. Ийм холбоог туйлгүй ковалент холбоо, уг молекулыг туйлгүй молекул гэнэ.

Хэрэв молекул янз бүрийн элементийн атомуудаас тогтсон байвал ерөнхий электроны үүл аль нэг атомын тал руу хазайж тэгш хэмт байдал алдагдана. Ийм тохиолдолд туйлшрал үүснэ. Туйлт молекул үүсгэж байгаа холбоог туйлт ковалентийн холбоо гэнэ.

Жишээ нь, устөрөгч хлороос устөрөгч үүсгэхэд электроны хос хлорын зүг рүү хазайснаар хлор байгаа талд хасах туйл, устөрөгчийн талд нэмэх туйл үүснэ. Үүнийг туйлт молекул гэнэ.

Ингэж электронуудын ерөнхий хос үүсгэн нэгдэж байгаа атомуудын холбоог ковалент холбоо гэнэ. Өөртөө электроны ерөнхий хосыг татах атомын чадварыг түүний цахилгаан сөрөг чанар гэнэ. Атомын цахилгаан сөрөг чанар хичнээн их байна, тэр нь электроны хосыг хүчтэй татна.

Холбооны чиглэл: Ковалент холбоо нь харилцан үйлчилж байгаа атомуудын электроны үүл дээд хэмжээгээр нэвчсэн чиглэлд үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл тодорхой чиглэлд холбоо үүснэ. Үүнийг холбооны чиглэлт чанар гэнэ. Холбооны энэ чиглэл нь үйлчилж байгаа атомын тоо ба электронуудын төрлөөс хамаарна. Хоёр s–орбитал , p-орбитал, эсвэл s, p-орбиталууд нэвчиж s¹-s¹, p¹-p¹, s¹-p¹ электронуудын хослолоор үүссэн холбоо нэгдэж байгаа атомуудын төвийг дайрсан шулуун дээр байрлана. Жишээ нь : Устөрөгчийн молекул s¹-s¹, HCl –ийн молекул s¹-p¹ , Cl-ийн молекул p¹-p¹ гэсэн электронуудын хослолоор үүснэ. Ийм төрлийн молекулийг шугаман хэлбэртэй молекул гэнэ. Түүний чиглэлийг шугаман чиглэл гэнэ.

Цахилгаан сөрөг чанараар эрс ялгаатай элементүүдийн нэгдэл үүсэхэд, өөрөөр хэлбэл жинхэнэ металл ба металл бишүүд нэгдэхэд тэдгээрийн электроны ерөнхий хос цахилгаан сөрөг чанараар илүү атомт бүрэн шилжинэ. Үүний үр дүнд ион үүснэ. Жишээ нь, хлор дотор натрийг шатаахад натрийн атомын сондгой 3s – электрон хлорын мөн сондгой 3-р электронтой нийлж электроны хос үүсгэнэ. Энэ ерөнхий хос хлорын атом уруу бүрэн шилжсэний дүнд Na+,Cl- ионууд үүснэ. Ингэж электрон өгөх буюу эсвэл нэгдүүлэх замаар буй болсон цахилгаан цэнэгтэй жижиг хэсгүүдийг ион гэнэ. Эсрэг цэнэгтэй ионууд таталцсаны үр дүнд үүссэн нэгдлийг ионы нэгдэл, ионуудын хоорондын холбоог ионы холбоо гэнэ.

Нэг атомын хос электрон, нөгөө атoмын хоосон орбиталын хооронд үүссэн холбоог донор акцептор холбоо гэнэ. Үүнд : хос электроноо өгч байгаа хэсгийг донор, хоосон орбиталдаа электроны хосыг хүлээж авч байгаа хэсгийг акцептор гэнэ. Жишээ нь :

А: + В = А В Н3 N : + H + = NH4+

Азотын атом донор, устөрөгчийн ион акцептор болно.

Хоёр хүчтэй цахилгаан сөрөг атом устөрөгчийн атомаар дамжин холбогдсон холбоог устөрөгчийн холбоо гэнэ. Устөрөгчийн холбоотой бодисууд гэвэл ус, мөс, шингэн аммиак,шингэн фторт устөрөгч, цууны хүчил г.м. олон бодисууд байна.