Réamhrá ar Struchtúr agus a Thábhacht

Tá tuiscint ar leagan amach na n-adamh agus nádúr na mbannaí ceimiceacha laistigh de mhóilín riachtanach chun a iompar in imoibrithe agus idirghníomhaíochtaí ceimiceacha éagsúla a thuar. Chuir forbairt na teoirice nasctha ceimiceacha, lena n-áirítear Lewis Dot Symbols agus Valence Bond Theory, uirlisí luachmhara ar fáil chun struchtúir mhóilíneacha a léirshamhlú agus a thuar. Ina theannta sin, cuireann coincheapa na mbannaí comhfhiúsacha polacha, an leictridhiúltacht, agus na móimintí dépholacha lenár dtuiscint ar an gcaoi a n-idirghníomhaíonn móilíní lena chéile. Bíonn tionchar mór ag struchtúr móilíneach na gcomhdhúile atá i gceist freisin ar staidéar a dhéanamh ar aigéid agus bunanna, chomh maith lena neart agus a gcobhsaíocht. Go hachomair, tá tuiscint chuimsitheach ar struchtúr móilíneach bunúsach maidir le staidéar na ceimice agus a feidhmeanna éagsúla i dtaighde agus i dtionscal (Chemistry LibreTexts, nd).

Forbairt Teoirice um Cheimiceach Nascála agus Siombailí Lewis Dot

Bhí forbairt na Teoirice um Nascáil Cheimiceach ríthábhachtach chun struchtúr agus airíonna móilíní a thuiscint. Cloch mhíle shuntasach amháin san fhorbairt seo is ea tabhairt isteach Lewis Dot Symbols le Gilbert N. Lewis i 1916. Léiríonn na siombailí seo leictreoin valence an adaimh, atá ríthábhachtach chun líon agus cineálacha bannaí comhfhiúsacha laistigh de mhóilíní orgánacha a thuar. Trí úsáid a bhaint as Siombailí Lewis Dot, is féidir le poitigéirí an dáileadh leictreon timpeall ar adaimh a shamhlú agus an cruth móilíneach a chinneadh bunaithe ar theoiric Éirithe Péire Leictreon Valence Shell (VSEPR). Déanann an teoiric seo réamh-mheas ar shocrú na ngrúpaí leictreon i móilíní orgánacha coitianta, mar fhoirmíochtaí teitrihéadrach, plánacha triantánacha, nó líneacha. Mar thoradh air sin, tá Siombailí Lewis Dot agus teoiric VSEPR ina n-uirlisí riachtanacha chun nádúr bannaí ceimiceacha a thuiscint, go háirithe bannaí comhfhiúsacha, a bhaineann le leictreoin valence a roinnt idir adaimh. Chuir an tuiscint seo go mór chun cinn an staidéar ar struchtúr móilíneach agus imoibríocht, rud a réitigh an bealach le haghaidh tuilleadh forbairtí sa cheimic agus i réimsí gaolmhara (Chemistry LibreTexts, 2021).

Teoiric Bannaí Valence agus Bannaí Comhfhiúsacha

Is coincheap bunúsach sa cheimic í Teoiric Bannaí Valence (VBT) a mhíníonn foirmiú agus airíonna bannaí comhfhiúsacha. Cruthaítear bannaí comhfhiúsacha nuair a roinneann adaimh leictreoin valence chun cumraíocht leictreon chobhsaí a bhaint amach, ochtéad de ghnáth. Dearbhaíonn VBT go gcruthaítear nasc comhfhiúsach mar thoradh ar fhorluí na bhfithiseán adamhach ó dhá adamh, agus na leictreoin roinnte ag áitiú an réigiúin fhorluiteacha. Cuidíonn an teoiric seo le tuiscint a fháil ar nádúr treoch naisc chomhfhiúsacha agus ar chéimseata mhóilíneach na gcomhdhúile éagsúla.

Cinntear neart agus cobhsaíocht banna comhfhiúsach ag an méid forluí fithiseach agus an fuinneamh a scaoiltear le linn foirmiú bannaí. Tugann VBT cuntas freisin ar hibridiú fithiseán adamhach, ar próiseas é ina dtagann fithiseáin adamhach le chéile chun fithiseáin hibrideacha a fhoirmiú le céimseataí nua agus leibhéil fuinnimh. Tá ról ríthábhachtach ag hibridiú maidir le cruth móilíneach agus uillinneacha nasctha i gcomhdhúile comhfhiúsacha a chinneadh. Go hachomair, cuireann Teoiric Banna Valence creat cuimsitheach ar fáil chun foirmiú, airíonna agus iompar bannaí comhfhiúsacha i gcomhdhúile ceimiceacha éagsúla a thuiscint (McMurry, 2015; Housecroft & Sharpe, 2012).

Bannaí Comhfhiúsacha Polaracha: Leictrineatacht agus Cuimhneacháin Dhépholach

Tagann naisc chomhfhiúsacha polacha chun cinn nuair a roinneann adaimh le leictridhiúltachtaí éagsúla leictreoin i nasc comhfhiúsach. Is tomhas í an leictrineatacht ar chumas adaimh leictreoin a mhealladh chuige féin i gcomhdhúil cheimiceach. Nuair a bhíonn difríocht shuntasach i leictridhiúltacht idir dhá adamh nasctha, tarraingítear na leictreoin roinnte níos mó i dtreo an adaimh níos leictridhiúltaigh, rud a chruthaíonn lucht diúltach páirteach ar an adamh sin agus lucht deimhneach páirteach ar an adamh nach bhfuil chomh leictridhiúltach. Tá nasc comhfhiúsach polach mar thoradh ar an dáileadh míchothrom seo de dhlús leictreoin.

Is tomhas cainníochtúil iad móimintí dépholach ar pholaracht naisc nó móilín. Is cainníochtaí veicteora iad, a bhfuil méid agus treo araon acu. I móilín, is é an mhóimint dépholach suim veicteoireach na móimintí dépholach aonair. Má chealaíonn na móimintí dépholach naisc a chéile, ní bheidh aon mhóimint ghlan dépholach ag an móilín. Is féidir le láithreacht nóiméad dépholach i móilín tionchar suntasach a imirt ar a chuid airíonna fisiceacha agus ceimiceacha, cosúil le tuaslagthacht agus imoibríocht (Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Ceimic Fhisiceach: Teirmidinimic, Struchtúr, agus Athrú. Nua Eabhrac: WH Freeman and Company).

Muirir Fhoirmiúla agus a dTábhacht

Tá luchtanna foirmiúla riachtanach chun dáileadh na leictreon laistigh de mhóilíní a thuiscint, mar go soláthraíonn siad modh chun an lucht a shanntar d'adamh i móilín a chainníochtú. Baintear é seo amach trí ghlacadh leis go roinntear leictreoin i ngach nasc ceimiceach go cothrom idir adaimh, beag beann ar a leictridhiúltacht choibhneasta. Is é an tábhacht a bhaineann le luchtanna foirmiúla sa cheimic ná a gcumas cobhsaíocht agus imoibríocht móilíní a thuar, chomh maith lena gcumas bannaí ianacha nó comhfhiúsacha a fhoirmiú. Ina theannta sin, cuidíonn luchtanna foirmiúla le struchtúir athshondais a shainaithint, a chuireann síos ar dhílonnú leictreon laistigh de mhóilín, rud a chuireann lena chobhsaíocht iomlán. Go bunúsach, feidhmíonn muirir fhoirmiúla mar uirlis luachmhar do cheimiceoirí chun iompar móilíneach a anailísiú agus a thuar, ag éascú ar deireadh tuiscint níos doimhne ar imoibrithe ceimiceacha agus struchtúir mhóilíneacha (Chemistry LibreTexts, 2021; Brown et al., 2018).

Struchtúir Athshondais agus Leictreoin Díláraithe

Is éard atá i struchtúir athshondais ná sraith de dhá Struchtúr Lewis nó níos mó a chuireann síos le chéile ar an nascáil leictreonach i speiceas il-atamaíocha amháin, lena n-áirítear bannaí codánacha agus luchtanna codánacha. Tá na struchtúir seo riachtanach i gcásanna nach féidir le struchtúr Lewis amháin an nascadh idir adaimh chomharsanachta a léiriú go hiomlán i gcoibhneas leis na sonraí eimpíreacha maidir le fad bannaí iarbhír. Sainmhínítear glansuim struchtúir bhailí athshondais mar hibrideach athshondais, a léiríonn dílonnú iomlán na leictreon laistigh den mhóilín. Tá móilín ag a bhfuil roinnt struchtúr athshondais níos cobhsaí ná ceann amháin le níos lú.

Is éard atá i leictreoin díláraithe na leictreoin sin nach bhfuil baint acu le haon adamh amháin nó le nasc comhfhiúsach ach a dháiltear thar roinnt adamh cóngaracha. Is féidir le struchtúir athshondais cur síos éifeachtach a dhéanamh ar dhí-áitiú leictreon nach féidir a chur in iúl le foirmle Lewis amháin le líon slánuimhir de bhannaí comhfhiúsacha. Cuireann dílonnú leictreon laistigh de mhóilín lena chobhsaíocht, mar atá léirithe ag ózón, nuair is féidir an leictreon breise a chruthaíonn lucht diúltach ar ocsaigin teirminéil amháin a dhí-áitiú trí athshondas chuig an ocsaigin teirminéil eile, agus mar thoradh air sin tá móilín cobhsaí, neodrach (Chemistry LibreTexts). , 2021).

Rialacha maidir le Foirmeacha Athshondais agus Cobhsaíocht

Tá foirmeacha athshondais riachtanach chun cobhsaíocht móilíní a thuiscint, mar go léiríonn siad dílonnú leictreon laistigh de mhóilín. De réir na rialacha maidir le foirmeacha athshondais, caithfidh an líon céanna leictreon valence a bheith ag gach struchtúr, an lucht iomlán céanna a choinneáil, agus suíomhanna na núicléis adamhach a chaomhnú. Ina theannta sin, ba cheart go gcloífeadh struchtúir athshondais leis an riail octet, ina bhfuil gach adamh (seachas hidrigin) timpeallaithe ag ocht leictreon, agus struchtúir a bhfuil níos lú luchtanna foirmiúla acu níos cobhsaí.

Baineann cobhsaíocht mhóilín go díreach le líon agus nádúr a fhoirmeacha athshondais. Léiríonn móilíní le struchtúir iolracha athshondais cobhsaíocht mhéadaithe mar gheall ar dhílonnú leictreon, rud a íslíonn fuinneamh iomlán an mhóilín. Ina theannta sin, cuireann struchtúir athshondais le táillí foirmiúla íosta agus cloí níos fearr leis an riail octet le cobhsaíocht fheabhsaithe. Go bunúsach, dá mhéad athshondas foirmeacha atá ag móilín, agus dá cobhsaí na foirmeacha seo, is mó cobhsaíocht iomlán an mhóilín féin.

Foirmeacha Athshondais Líníochta agus Hibridí Athshondais

Nuair a chruthaítear foirmeacha athshondais agus hibridí athshondais do mhóilín ar leith ní mór tuiscint a fháil ar choincheap na leictreoin díláraithe agus a ndáileadh laistigh den mhóilín. Chun tús a chur leis, sainaithin struchtúr Leòdhais an mhóilín, a léiríonn leagan amach na n-adamh agus a leictreon valence. Ansin, cinntigh an bhfuil aon réigiúin laistigh den mhóilín inar féidir leictreoin a dhílárú, mar shampla i gcórais chomhchuingeacha nó timpeall adaimh le péirí aonair in aice le bannaí dúbailte nó trí-bhannaí.

Nuair a shainaithnítear na réigiúin díláraithe leictreon, cruthaigh struchtúir mhalartacha Lewis a sheasann do dháiltí éagsúla féideartha na leictreon seo. Ba cheart go leanfadh na struchtúir mhalartacha sin, ar a dtugtar foirmeacha athshondais, na rialacha maidir le hathshondas, amhail an líon céanna leictreon valence a choinneáil agus lucht iomlán an mhóilín a chaomhnú. Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara nach struchtúir aonair iad foirmeacha athshondais ach gur léiriú comhchoiteann iad de nascáil leictreonach an mhóilín.

Ar deireadh, chun an hibrideach athshondais a léiriú, comhcheangail na foirmeacha athshondais trí na leictreoin díláraithe a thaispeáint mar línte briste nó mar naisc pháirteacha. Léiríonn an struchtúr hibrideach seo an dáileadh foriomlán leictreon laistigh den mhóilín, ag soláthar léiriú níos cruinne ar a nascadh agus a chobhsaíocht ná aon fhoirm athshondais aonair amháin (McMurry, J., 2015. Ceimic Orgánach, 9ú eag. Boston: Cengage Learning).

Aigéid agus Bunanna: Sainmhínithe Brnsted-Lowry agus Lewis

Soláthraíonn sainmhínithe Brnsted-Lowry agus Lewis ar aigéid agus bunanna tuiscint chuimsitheach ar a n-iompraíocht cheimiceach. Sainmhíníonn sainmhíniú Brnsted-Lowry, a d'fhorbair go neamhspleách ag na poitigéirí Johannes Brnsted agus Martin Lowry i 1923, aigéid mar dheontóirí prótóin (H+ ian) agus bunanna mar ghlacadóirí prótóin. Leathnaíonn an sainmhíniú seo ar choincheap Arrhenius trí gan a cheangal ar uisce a bheith i láthair le go dtarlódh imoibrithe aigéad-bun (Chemistry LibreTexts, 2021).

Ar an láimh eile, cuireann sainmhíniú Lewis, a mhol Gilbert N. Lewis i 1923, peirspictíocht níos leithne ar fáil trí aigéid a shainiú mar ghlacadóirí leictreon-phéire agus bunanna mar dheontóirí leictreonphéire. Cuimsíonn an sainmhíniú seo raon níos leithne de speicis cheimiceacha, lena n-áirítear iad siúd nach bhfuil prótóin i gceist leo, agus tá sé thar a bheith úsáideach chun imoibrithe i dtuaslagóirí neamhuiscí agus sa cheimic chomhordaithe a thuiscint (Chemistry LibreTexts, 2021).

Go hachomair, díríonn sainmhíniú Brnsted-Lowry ar aistriú prótóin, agus cuireann sainmhíniú Lewis béim ar dheonú agus ar ghlacadh leictreon-phéire. Cuireann an dá sainmhíniú le tuiscint níos cuimsithí ar aigéid agus bunanna i gcomhthéacsanna ceimiceacha éagsúla.

Aigéad agus Bunneart: Tairisigh Dissociation agus Luachanna pKa

Tá an gaol idir neart aigéad agus bonn, tairisigh díthiomsaithe, agus luachanna pKa ríthábhachtach chun iompar comhdhúile ceimiceacha in imoibrithe éagsúla a thuiscint. Cinntear neart aigéad agus bonn ag a gcumas prótóin a bhronnadh nó a ghlacadh, faoi seach. Déanann an tairiseach díthiomsaithe (Ka) cainníochtú ar aigéadacht choibhneasta na gcomhdhúile nó na bhfeidhmghrúpaí éagsúla, rud a léiríonn a gcumas prótón a bhronnadh ar bhonn coiteann, amhail uisce, faoi choinníollacha comhionanna. Is tomhas aigéadacht níos áisiúla é an luach pKa, arb é logartamach diúltach an Ka é mar go soláthraíonn sé luach uimhriúil níos lú agus níos soláimhsithe. Léiríonn luach pKa níos ísle aigéad níos láidre, agus ciallaíonn luach pKa níos airde aigéad níos laige. Agus frithghníomhartha aigéad-bun á thuar, is féidir luachanna pKa a úsáid chun an chothromaíocht a fháil amach, rud a thabharfaidh taobh leis an aigéad is laige. Ina theannta sin, is féidir neart coibhneasta aigéid orgánach a thuar bunaithe ar chobhsaíocht a bhoinn chomhchuingeach, a bhfuil tionchar ag fachtóirí ar nós méid, leictridhiúltacht, éifeachtaí athshondais, éifeachtaí ionduchtaithe, agus éifeachtaí tuaslagtha (McMurry, 2015; Clayden et al. , 2012).

Imoibrithe Bhun Aigéad agus Aigéid agus Bhunáit Orgánacha a Thuar

Is féidir imoibrithe aigéad-bun agus iompar aigéid agus bunanna orgánacha a thuar trí luachanna pKa a úsáid agus trí thuiscint a fháil ar na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar chobhsaíocht bonn comhchuingeach. Is ionann an luach pKa agus tairiseach díthiomsaithe aigéid, a chainníochtaíonn a aigéadacht choibhneasta nó a chumas prótón a bhronnadh ar bhonn coiteann faoi choinníollacha comhionanna (LibreTexts, nd). Trí luachanna pKa a chur i gcomparáid, is féidir cothromaíocht imoibrithe aigéad-bun a chinneadh, rud a bheidh i bhfabhar an taobh leis an aigéad is laige.

In éagmais luachanna pKa, is féidir neart coibhneasta aigéid orgánach a thuar bunaithe ar chobhsaíocht an bhoinn chomhchuingeach a fhoirmíonn sé. Is é an t-aigéad a fhoirmíonn an bonn comhchuingeach níos cobhsaí ná an t-aigéad is láidre. I measc na bhfachtóirí a mbíonn tionchar acu ar chobhsaíocht an bhoinn chomhchuingeach tá méid agus leictridhiúltacht an adaimh a chaill an prótón, éifeachtaí athshondais, éifeachtaí ionduchtaithe, agus éifeachtaí tuaslagáin (LibreTexts, nd). Trí na fachtóirí seo a bhreithniú, is féidir iompar aigéid agus bunanna orgánacha in imoibrithe ceimiceacha éagsúla a thuar.

Fachtóirí a bhfuil Tionchar acu ar Chobhsaíocht Bhunáit Chomhchuingeach agus ar Neart Aigéid

Bíonn tionchar ag roinnt fachtóirí ar chobhsaíocht bonn comhchuingeach agus ar neart aigéid. Príomhfhachtóir amháin is ea méid agus leictridhiúltacht an adaimh a chaill an prótón. Is féidir le adaimh níos mó agus níos leictridhiúltacha an lucht diúltach a chobhsú níos fearr, rud a fhágann go mbeidh bonn comhchuingeach níos cobhsaí agus aigéad níos láidre. Fachtóir eile is ea éifeachtaí athshondais, nuair is féidir an lucht diúltach a dhí-áitiú thar adaimh iolracha, rud a mhéadaíonn cobhsaíocht an bhonn comhchuingeach agus an neart aigéad. Tá ról ag éifeachtaí ionduchtaithe freisin, toisc gur féidir le grúpaí tarraingthe siar leictreon an muirear diúltach ar an mbonn comhchuingeach a chobhsú, rud a fhágann go mbeidh an t-aigéad comhfhreagrach níos láidre. Ar deireadh, bíonn tionchar ag éifeachtaí tuaslagáin ar chobhsaíocht an bhoinn chomhchuingeaigh agus ar neart aigéad. Tá bonn comhchuingeach an-tuaslagtha níos cobhsaí, rud a fhágann go bhfuil aigéad níos láidre ann. Tá sé ríthábhachtach na fachtóirí seo a thuiscint chun iompar aigéid agus bunanna i imoibrithe agus i dtimpeallachtaí ceimiceacha éagsúla a thuar (Chemistry LibreTexts, 2021; Brown et al., 2018).