Периодтық жүйеде элементтердің орналасуы.

Химиялық элементтердің периодтық жү йесі (Менделеев кестесі) — Элементтердің ә ртү рлі қ асиеттерінің атом ядросы зарядына тә уелділігін белгілейтін химиялық элементтердің жіктелу реті. Жү йе атақ ты орыс химигі Д. И. Менделеевтің 1869 жылы ашқ анпериодтық заң ының графикалық тү рде бейнеленуі болып табылады. Оның бастапқ ы нұ сқ асын Д. И. Менделеев 1869-1871 жылдары шығ арғ ан еді жә не бұ л нұ сқ асында элементтердің қ асиеттерінің олардың атомдық салмағ ына (қ азіргіше, атомдық массасына) тә уелділігін кө рсеткен еді.

Периодтық жү йені суреттеудің (аналитикалық қ исық сызық тар, кестелер, геометриялық фигуралар, жә не т.с.с) барлығ ы бірнеше жү здеген ^[1] (кітабында 400-ден астам деп айтылады) нұ сқ асы ұ сынылғ ан. Жү йенің қ азіргі кездегі нұ сқ асында элементтерді екіө лшемді кестеге жинақ тау қ арастырылады. Мұ ндағ ы ә рбір бағ ана (периодтық жү йенің тобы) негізгі физико-химиялық қ асиеттерді анық таса, қ атарлар периодтық жү йенің периодын қ ұ райды жә не белгілі мө лшерде бір-біріне ұ қ сас боп келеді. Периодтық жү йенің бірнеше тү рі бар.

Алғ ашқ ы кестеде Менделеев ә лі ашылмағ ан бірнеше элементтер бар екенін болжап, оларғ а кестеде тиісті орын қ алдырып, кейбір қ асиеттерін кү ні бұ рын айтып берді. Сондай болжанғ ан “экоалюминий” (1875 ж. француз химигі П.Лекок де Буабордан ашқ ан қ азіргі галлий Ga), “экабор” (швед ғ алымы Л.Нильсон 1879 ж. ашқ ан скандий Sc) жә не “экасилиций” (1886 ж. неміс ғ алымы К.Винклир ашқ ан германий Ge) элементтері кейін ашылды. Сонымен қ атар Менделеев марганецке (қ азіргі технеций Тс жә не рений Re), теллурге (полоний Ро), йодқ а (астат At), цезийге (франций Fr), барийге (радий Ra), танталғ а (протактиний Ра) ұ қ сас элементтердің бар екенін айтқ ан. Кү ні бұ рын болжанғ ан қ асиеттер мен анық талғ ан қ асиеттердің дә л келуі Менделеевтің периодты заң ын дү ние жү зі ғ алымдарына танытты. Радиоактивтік ыдыраудың (1806), рентген сә улелерінің (1895) ашылуы, неміс физигі М.Планктің сә уле шығ арудың кванттық теориясын (1900), ағ ылшын физигі Э.Резерфордтың атомның планетарлық моделін (1911) жасауы, Н.Бордың атомның қ ұ рылыс теориясын ұ сынуы (1913) атомның кү рделі табиғ аты мен периодтық жү йе қ ұ рылымының физ. мә нін тү сіндірді. Ағ ылшын физигі Г.Мозли ең бектерінің нә тижесінде Менделеев ұ сынғ ан ә р элементтің рет нө мерінің оның ядро зарядымен тең болуы, сондай-ақ атомдағ ы электрондар санының анық талуы, олардың орналасуындағ ы периодтық заң ның тұ тастай ішкі сырын ашты. Бор теориясын ә рі қ арай неміс физигі А.Зоммерфельдтің дамытуы, кейін швейцариялық физик В.Паули принципінің шығ уы электрондық ә р қ абық та орналасу заң дылығ ын анық тады. Қ азіргі Э. п. ж.126 хим. элементті қ амтиды, олардан трансуран элементтері (Z – 93 – 110) жә не кейбір элементтер Z – 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At), 87 (Fr) жасанды жолмен алынғ ан. Менделеев периодтық жү йені жасағ аннан бері оны кең істікте немесе жазық тық та орналастырудың графиктік ә р тү рлі нұ сқ алары ұ сынылғ анмен, Менделеевтің ық шамды қ ысқ а жә не ұ зын периодты кесте тү ріндегі нұ сқ асы кө бірек қ олданылады.

Қ азіргі кездегі периодтық жү йеде барлық элементтер рет бойынша нө мірленген. Элементтердің нө мерін реттік немесе атомдық нө мер деп атайды. Химиялық элементтердің периодтық жү йесін қ ұ растырудағ ы негізгі принцип – барлық элементтердегі периодтар мен топтарғ а бө ліп орналастыру. Ә р топ ө з кезегіндегі негізгі (а) жә не қ осымша (б) топшаларғ а бө лінеді (периодты кестенің ұ зын тү рін қ ара). Топшалардағ ы элементтер ө зара химиялық қ асиеттері жағ ынан ө те ұ қ сас.

Периодтар [ө ң деу]

Период деп сілтілік металдан басталып инертті газбен аяқ талатын элементтер тобын айтады. Периодтар горизонталь қ атардан тұ рады. Периодтық жү йеде 7 период бар, олар рим сандарымен белгілеген, I, II жә не III периодтар бір қ атардан тұ рады жә не кіші периодтар деп аталады, ал IV, V, VI, VII периодтар екі қ атардан тұ рады, оларды ү лкен периодтар деп атайды. Бірінші периодта-2 элемент, екінші жә не ү шіншіде-8-ден, тө ртінші мен бесіншіде-18-ден, алтыншыда-32, жетіншіде(аяқ талмағ ан)-32 элемент бар. Ә рбір период, біріншіден басқ асы, сілтілік металдан басталып, инертті элементпен аяқ талады.

Ә р периодта 2, 8, 18, 32 элемент болады.

· Бірінші периодтың ерекшелігі – онда екі элемент қ ана Н, Не орналасқ ан. Сутектің сілтілік металдарғ а да, галогендерге де ұ қ сайтын ортақ қ асиетіне байланысты оны кө біне Іa кейде VІҚ а топшағ а да орналастырады.

· Екінші периодтта 8 элемент (Lі – Ne) бар. Ол сілтілік металл литийден Lі басталады, одан кейінгі ІІ валентті Ве металл, ал ІІІ валентті В элементтінің металдық қ асиеті кеміп, ІV валентті кө міртектен бейметалдар басталады, олардың (N, О, F) тотығ у дә режелері теріс. Период инертті газ – неонмен (Ne) аяқ талады.

· Ү шінші периодта да 8 элемент орналасқ ан (Na – Ar). Олардың қ асиеттерінің ө згеру сипаты екінші период элементтеріне ұ қ сас, дегенмен Mg-мен Al-дің Ве-мен В-ғ а қ арағ анда металдық қ асиеті басымдау, сондай-ақ бейметалдар – P, S, Cl-дың екінші периодтағ ы “ұ қ састардан” айырмашылығ ы олар ө здеріне тә н ең жоғ ары оң валенттіктерін кө рсете алады. Менделеев 2 жә не 3-период элементтерін типтік элементтер деп атағ ан, себебі олардың бә рі де табиғ атта кең таралғ ан.

Алғ ашқ ы 3 периодтың элементтері негізгі топшаларғ а (а) ғ ана кіреді. Қ азіргі технологиялар бойынша бұ л периодтардың алғ ашқ ы екі элементі (сілтілік жә не сілтілік-жер металдар) Қ а-, ІҚ а- топшаларды қ ұ райтын s-элементтерден тұ рады (кестеден қ ызыл тү ске боялғ ан), қ алғ ан алтауы (B – Ne, Al – Ar) ІІҚ а, VІІҚ а-топшаларды қ ұ райтын р-элементтерден тұ рады (кестеде сары тү сті). Кіші периодтар деп аталғ ан бұ л ү ш период элементтерінің рет нө мірі артқ ан сайын атом радиустары кішірейіп, кейінгі атомның сыртқ ы қ абығ ындағ ы электрондар саны кө бейгенде, олардың ө зара ығ ысуының кү шеюінен атом радиустары ұ лғ ая бастайды. Ең ү лкен радиус периодтың басында орналасқ ан сілтілік металғ а тә н. Осындай заң дылық иондар радиусының ө згеруінен де байқ алады.

· Тө ртінші периодта 18 элемент бар (К – Кr), ол – ү лкен периодтардың алғ ашқ ысы. Мұ нда сілтілік жә не сілтілік-жер металдардан кейін ауыспалы деп аталатын 10 элемент (Sc – Zn) орналасады. Бұ ларды d – элементтер деп атайды (кестеде кө к тү сті), олар да қ осымша топшаларғ а кіреді. Ауыспалы элементтер тү гелдей металдар, Fe – Co – Nі триадасынан басқ асы ө здеріне тә н ең жоғ ары валенттіктерін кө рсетеді. Соң ғ ы алты p-элементтер (Ga – Kr) негізгі топшағ а (a) кіреді, қ асиеттерінің ө згеруі бұ рын айтқ ан ІІ жә не ІІІ период элементтеріне ұ қ сас.

· Бесінші периодта 18 элемент (Rb – Xe) бар, қ ұ рылысы тө ртінші периодқ а ұ қ сас. Одан айырмашылығ ы ауыспалы элементтер де, ксенон да (Xe) ө зіне тә н ең жоғ ары оң валенттіктерін кө рсете алады. Соң ғ ы галоген – иодта аздағ ан металдық қ асиет пайда болады.

· Алтыншы периодта 32 (Cs – Rn) элемент бар. Онда ауыспалы 10 элементпен (La, Hf – Hg) қ атар 14 f – элементтер, лантаноидтар (кестеде жасыл тү сті) орналасқ ан.

· Жетінші периодта да францийден (Fr) басталатын 32 элемент болуғ а тиісті, бірақ ол ә лі аяқ талмағ ан (12 элемент ә лі табылғ ан жоқ).

· Мұ нда да алтыншы периодтағ ыдай 89-элементтен кейін 14 f – элементтер – актиноидтар орналасқ ан (Th – Lr). Олардың тотығ у дә режесі лантаноидтардан де жоғ ары болады (ІІІ – VІІ). Лантаноидтар мен актиноидтар кестенің тү рі ық шамды болу ү шін тө менірек жеке екі қ атар етіп орналастырылғ ан. Оларды кестедегі ө здерінің заң ды орнына қ ойып горизонталь периодтарды ұ зартсақ периодтық тү р шығ ады. Онда атомдардың электрондық қ ұ рылымына сай ұ қ састығ ын анығ ырақ байқ ауғ а болады. Қ ысқ а кестедегі топ нө мірі, жалпы алғ анда, ондағ ы элементтердің валенттігі электрондар санына сай келеді. Бір топшадағ ы элементтердің ұ қ састығ ы олардың валенттік қ абаттарының электрондық конфигурациясының периодты тү рде қ айталанып келіп отырғ андығ ымен тү сіндіріледі. Элементтер қ асиеттерінің периодты тү рде қ айталануы олардың электрондық қ ұ рылымының периодты қ айталануымен сай келетіні де осыдан. Атомдардағ ы электрондық конфигурацияның қ алыптасуын жалпы былай кө рсетуге болады:

Қ атарлар [ө ң деу]

Периодтарда араб сандарымен белгіленген 10 қ атар кіреді. Ү лкен периодтардың жұ п қ атарларында (тө ртінші, алтыншы, сегізінші жә не оныншы) тек металдар тұ р жә не бұ л қ атарлардағ ы элементтердің қ асиеттері аздап қ ана ө згереді. Ү лкен периодтардың тақ қ атарларындағ ы (бесінші, жетінші, тоғ ызыншы) элементтің қ асиеттері қ атардағ ы типтік эдменттердегі сияқ ты солдан оң ғ а қ арай ө згереді.

Менделеев II жә не III период элементтерін типтік деп атады. Бұ л элементтердің қ асиеттері типтік металдан екідайлы элементтерге одан бейметалл мен инертті газғ а қ арай заң дылық пен ө згереді. Сонымен қ атар периодтарда элемент қ осылыстарының қ асиеттері жә не формалары да заң дылық пен ө згереді.

Ү лкен периодтардың элементтері тотығ у дә режелері бойынша (Менделеевтің кезінде-валенттілік бойынша) екі қ атарғ а бө лінген. Мысалы IV периодтағ ы элементтердің тотығ у дә режелері жұ п) екі қ атарғ а бө лінген. Мысалы IV периодтағ ы элементтердің тотығ у дә режелері жұ п қ атарда K-ден Mn-ке қ арай +1 –ден +7-ге дейін артады, оғ ан жалғ асып сегізінші топта Fe, Co, Ni триадасы келеді, содан соң қ айтадан тотығ у дә режелерінің артуы тақ қ атардағ ы Cu-тан Br-ғ а дейінгі элементтерде байқ аладаы. Қ алғ ан ү лкен периодтарда да дә л осылай болады.
VI периодта лантаннан кейін реттік нө мерлері 58-71-ге тең 14 элементтері лантаноидтар деп атайды (лантанғ а ұ қ састар). Лантаноидтар кестенің тө менгі жағ ында жеке орналастырылғ ан, олардың жү йеде орналастыру кезектестігі ұ яшық та былайша кө рсетілген La-Lu. Лантаноидтардың химиялық қ асиеттері ө те ұ қ сас.
VII периодта реттік нө мерлері 90-103-ке дейін 14 элементті актоноидтар деп атайды. Оларды лантаниодтардың тө менгі жағ ынан жеке орналастырады, ал сә йкес ұ яшық та олардың жү йеде орналасу кезектестігі кө рсетілген: Ac-Lr. Кө птеген актонидтар радиоактивті.

Топтар [ө ң деу]

Тігінен орналасқ ан элементтердің қ атарын топтар деп атайды. Периодтық жү йеде сегіз топ бар, олардың нө мері рим сандарымен белгіленген. Топ нө мері элементтің ең жоғ арғ ы тотығ у дә режесіне сә йкес келеді. Фтордың тотығ у дә режесі ә рқ ашан -1-ге тең, мыс, кү міс, алтынның тотығ у дә режелері +1, +2, +3-ке тең, ал VIII топ элементтерінен +8 тотығ у дә режесі тек осмий, рутений, ксенонғ а тә н.

Ә рбір топ-негізгі(A) жә не қ осымша (Б) деп екі топшағ а бө лінеді. Негізгі топшаны табиғ и ұ ялас элементтер қ ұ райды; оғ ан типтік элементтер (II жә не III период элементтері) жә не химиялық қ асиеттері соларғ а ұ қ сас ү лкен периодтардың элементтері кіреді. Қ осымша топшаны ү лкен периодтың элементтері –металдар ғ ана қ ұ райды.

VIII топ қ алғ ан топтардан ерекшеленеді. Инертті газдарың негізгі топшасынан басқ а, онда ү ш қ осымша топша бар: темір топшасы, кобальт топшасы, никель топшасы, оларда кө лденің інен алғ анда триада деп атайды, мә селен, темір триадасы: Fe, Co, Ni.

Негізгі жә не қ осымша топша элементтері химиялық қ асиеттерімен ерекшеленеді. Мысалы, VII топтың негізгі топшасын бейметалл галогендер: F, Cl, Br, I, At, ал қ осымша топшасын металдар: Mn, Tc, Re Топшалар ө зара ұ қ сас элементтерді біріктіреды.

Бір топта орналасқ ан элементтер ұ қ сас отттекті қ осылыстар тү зеді. Периодтық жү йеде ә рбір топтың астында элементтердің жоғ арғ ы оксидтерінің жалпы формуласы берілген: R2O, RO, R2O3, RO2, R2O5, RO3, R2O7, RO4 мұ ндағ ы R сол топтың элементі. Жоғ арғ ы оксидтерінің формулалары топтың барлық элементтеріне қ атысты, тек қ ана элемент топтың нө меріне тең тотығ у дә режесінкө рсетпейтін кезде ғ ана бұ л формула сә йкес келмейді.

Блоктар [ө ң деу]

Тік сызық тар кестеде периодтарды бө ліп тұ рады. Паули принципіне сай ә рбір электрон қ абығ ының сыйымд. 2п2, ал ондағ ы орбиталдар сыйымд. 2(2l+1). Бұ дан ә рбір периодтың сыйымд. 2, 8, 8, 18, 32, 32... Ә р периодтың басы жаң а мә ніне сай келетін s – элементтен басталады (Қ а-, ІҚ а-топшалар), соң ы р – элементтермен аяқ талады (ІІҚ а-VІІІa-топшалар). Ү лкен периодтарда (ІV – VІІ) олардың арасына 10 d – элементтер (Іб-VІІІб-топшалар) кіреді. Ауыспалы элементтердің соң ғ ы электрондары ішкері жатқ ан п-1 қ абаттың d – орбиталарын толтырады, ал сыртқ ы қ абатында s2 электрондар сақ талады. Сондық тан олар металдық қ асиет кө рсетеді. Лантаноидтар мен актиноидтардың соң ғ ы электрондары ішкеріден де ішкерірек жатқ ан п-2 қ абаттың f – орбиталарына толады. f – элементтер де тү гелдей металдар. Э. п. ж-ның жоғ ары шегі анық талмағ ан. Рет нө мірі 101-ден асқ ан элементтердің ө мірі тым қ ысқ а. Теор. болжамдар 114, 126, 164, 184 элементтер атомдарының ядролары біршама берік болуғ а тиіс деп санайды. Сондық тан оларды қ олдан синтездеу мү мкіндігі бар. Периодтағ ы элементтердің қ асиеттері былайша ө згереді: ә р период (І-ден басқ асы) кү шті сілтілік s – металмен басталады, ә рі қ арай металдық қ асиет кеміп, амфотерлі қ асиеті бар элементтер басталады, одан бейметалдарғ а ауысып, бейметалдық қ асиет артып, олардың ең кү штілері галогендерде байқ алады да, инертті элементпен бітеді. Ү лкен периодтарда металдық қ асиет ө те баяу кемиді, ө йткені оларда s-тен соң d жә не f – металдар орналасады, тек соң ында ғ ана бейметалл p-элементтер орналасқ ан. Негізгі топшалардағ ы элементтердің металдық қ асиеті жоғ арыдан тө мен қ арай атом радиустары ұ лғ айғ ан сайын кеміп, керісінше бейметалдық қ асиет артады. Қ осымша топшалардағ ы элементтерде жоғ арыдан тө мен қ арай металдық қ асиет аз ғ ана артып, немесе аса кө п ө згіріске ұ шырамайды. Атомдардың электрондық қ ұ рылымына тә уелді периодты ө згеретін қ асиеттер мен сипаттамалар кө п, олардың бастылары: атом радиустары, ион радиустары, иондалу потенциялы, электрон тартқ ыштық, теріс электрлік, валенттілік, оптик. жә не магн. қ асиеттері, т.б. Элементтерді жай зат ретінде қ арасақ, периодты қ айталанатын қ асиеттердің саны артады, жай заттардың соғ ылғ ыштығ ы, қ аттылығ ы, ұ лғ аю жә не сыну коэфф-тері, тығ ыздығ ы, стандартты тотығ у-тотық сыздану потенциалдары, т.б. периодты ө згеретін қ асиеттер элементтер қ осылыстарында да кең таралғ ан. Э. п. ж. – периодтық заң ның графиктік бейнесі, олар ө зара тығ ыз байланысты, бірін-бірі толық тыра тү седі. Екеуі де хим. элементтерді материя дамуының бір сатысы деп қ арап, олардың арасындағ ы табиғ и байланысты ашады. Периодты заң химия ғ ылымына ғ ана жатпайды, ол бү кіл жаратылыстану жә не табиғ и ғ ылымдардың ортақ заң ы, сондық тан ғ ылыммен бірге дамып, оны байыта тү седі.

Химиялық элементтердің периодтық жү йесі маң ызы

Химиялық элементтердің периодтық жү йесі – периодтық заң ның графиктік бейнесі, олар ө зара тығ ыз байланысты, бірін-бірі толық тыра тү седі. Екеуі де хим. элементтерді материя дамуының бір сатысы деп қ арап, олардың арасындағ ы табиғ и байланысты ашады. Периодты заң химия ғ ылымына ғ ана жатпайды, ол бү кіл жаратылыстану жә не табиғ и ғ ылымдардың ортақ заң ы, сондық тан ғ ылыммен бірге дамып, оны байыта тү седі.

Химиялық элементтердің периодтық жү йесі ашылғ ан кезде кө птеген элементтер белгісіз еді. Д. И. Менделеев аса ү лкен болжампаздық пен олардың кейбіреулерінің қ асиеттерін сипаттағ ан болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер).

Ғ алымның кө зінің тірісінде ол болжағ ан элементтер ашылып, периодтық заң ның дұ рыстығ ының айғ ағ ы болды.

Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. Д. И. Менделеев есептеу жолымен анық тағ ан сипаттамалары олардың тә жірибе жү зінде анық талғ ан шамаларына сә йкес келеді. Периодтық заң ашылғ ан кезде белгісіз бекзат газдар да қ асиеттеріне қ арай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды.

Заң ның ашылғ ан кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұ рыс анық талмағ ан еді. Элементтердің қ асиеттерінің ө згеру заң дылық тары сақ талатындай етіп, Менделеев бериллийдін, (Be), торийдің (Тһ), церийдің (С1), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын тү зетті.

Периодтық заң табиғ аттың дамуы мен бірлігін кө рсететін жалпы заң дарғ а жатады. Бұ л заң ның қ ұ рылымдық кескіні болып табылатын периодтық жү йеде периодтар бойынша элементтердің сыртқ ы қ абаттарында электрондар санының біртіндеп ө суінен (1-8) металдық қ асиет екідайлылық арқ ылы бейметалдық қ а ауысады. Бұ л заң дылық табиғ аттың санның сапағ а ауысу заң ының бір кө рінісі. Табиғ аттың тағ ы бір жалпы заң ы — терісті терістеу бір периодтан екіншісіне ө ткенде байқ алады. Ә рбір келесі периодтың элементі ө зіне ұ қ сас алдың ғ ы периодтың (III—> 11) элементінің (К—> Na, CI—> Ғ) қ асиетін қ айталағ анымен, оның касиеті алдың ғ ы элементтікінен аздап ө згешеленеді, яғ ни олардың белсенділігі жоғ арырақ екенін кө реміз. Қ арама-қ арсылық тың кү ресі мен бірлігі - периодтың басынан аяғ ына жеткенде байқ алады (Na - CI; К - Вг).

Периодтық заң ғ а сү йеніп радиобелсенді элементтер ашылды, бұ л ең бектер ә лі де жалғ асуда. Осы айтылғ андардың барлығ ы Менделеевтің периодтық заң ды ашуы сә ті тү скен іс емес, терең ғ ылыми танымдық маң ызы бар табиғ аттың іргелі заң дарының бірі екенін дә лелдейді

Ван-дер-Ваальс кү штері. Иондық байланыс. Атомдық (алмасулық немесе коваленттік) байланыс. Металдық байланыс. Сутектік байланыс. Ә р тү рлі байланыс тү рлерін салыстыру.

Ван-дер-Ваальс кү штері - реал газ молекулалары арасында ә сер етуші тартылыс кү штері

Кристалдық тордың тү йіндеріндегі орналасқ ан бө лшектердің табиғ атынан тә уелділігіне қ арай жә не бө лшектердің бір-бірімен ө зара ә серлесуіне байланысты қ ристалдық тордың тө рт тү рі ажыратылады жә не соғ ан тиісті кристалдың тө рт: иондық, атомдық, металдық жә не молекулалық тү рлері болады.

І.Иондық кристалдар. Бү л тү рдегі кристалдарда тордың тү йінің де ә р тү рлі таң балы иондар орналасады. Олардың арасындағ ы ө зара ә серлесу кү штерінің табиғ аты электрлік болады (кулондық кү штер). Ө зара ә серлесу кү штері ара қ ашық тық тың квадратына кері пропорционал ө згереді. Мұ ндай тү рдегі байланысты гетерополярлық немесе иондық деп атайды.

1 — тартылыс энергиясы U_п;

2 — тебілу энер­гиясы U_or;

3 — қ орытқ ы байланыс энергиясы U

2. 4. Сурет - Иондардың байланыс энергиясының арақ ашық тық қ а тә уелділігі

Иондық кристалдың мысалы ретінде ас тү зының кристалын алуғ а болады. Оның кристалдық торы -суретінде келтірілген. Тордың бұ л тү рі қ арапайым кубтық (текше) жү йесіне жатады. Кө рсетілген суреттегі ақ тү сті дө ң гелектер оң зарядталғ ан натрий иондары да, қ аралары теріс зарядталғ ан хлор иондары сонымен бірге ә рбір натрий ионы алты хлор иондарымен қ оршалғ ан, ал ә рбір хлор ионы алты натрий иондарымен қ оршалғ ан.

Химияда тү здар деп аталатын кө птеген заттардың кристалдары иондық кристалдар болып табылады. Мұ ндай кристалдар ә р тү рлі зарядталғ ан иондарды олардың арасың дағ ы тарту кү шімен " ұ стап" тү рады. Иондық кристалдардың балқ у нү ктелері ө те жоғ ары (NаСl 800°С, КСl 790°С)болады.

Na⁺ жә не Сl^- иондары бір-біріне тартылу энергиясы:

мұ ндағ ы r - ио­ндар арақ ашық тығ ы. 2.4 Суретте r-дің азаюменэнергия ү здіксіз арттады жә не r®0 жағ дайда ® ¥ ұ мтылады. Тебілу кү штері иондардың максимал жақ ындауына кедергі жасайды№ Бұ л кү штер аз қ ашық тық та байқ алып, арақ ашық тық тың азаюмен кү рт ө седі.

2. 4 суретте тебілу энер­гиясы U_om 2 сызық пен кө рсетілген. Борн жә не басқ а зерттеушілер тебілу энер­гиясын келесі формуламен анық тағ ан:

мұ ндағ ы В жә не п — тұ рақ тылар.

2. 4 суреттегі 3 қ исығ ы иондардың байланыстарының қ орытқ ы энергиясы кө рсетілген:

r=r_Q кездеэбұ л қ исық минимумнан ө теді. Оның терең дігі NaCl молекуласының байланыс энергиясын анық тайды, ал г₀— осы молекуладағ ы иондардың тепе-тең дік арақ ашық тығ ы. Иондардың тартылу кү ші:

Ал тебілу кү ші:

r₀ қ ашық тық та бұ л кү штер тең:

Осыдан:

Бұ л NaCl молекуласындағ ы иондардың байланыс энергиясы.

NaCl молекуласының пайда болу кезіндегі шығ арылатын энергия U-дан натрий жә не хлордың бейтарап атомдарынан Na⁺ жә не Сl^- иондарының пайда болуына қ ажетті жұ мысы, яғ ни Q _i - Q_s шамасынан кем болады:

2. Атомдық кристалдар. Атомдық кристалдардың тү йіндерінде бейтарап (нейтраль) атомдар орналасады. Мү ндай тү рдегі кристаддардың тү зілуі, атомдар арасындағ ы коваленттік (гомеополярлық) байланыстар арқ ылы жү реді.

Коваленттік байланыстар тек атомдық кристалдарғ а ғ ана тә н емес, олар бірқ атар екі атомды (Н₂, О₂, N ₂ жә не т.б.) қ осылыстарғ ада тә н. Мұ ндай байланыс ә рбір атомның бір электронының коллективтенуінен (бірлесуінен) туады. Сыртқ ы валенттік электрондары бірлескен екі атомдардың арасында ө те кү шті электрлік ө зара тартылыс кү ші пайда болады. Мұ ндай байланыс атомдардың валенттілігіне сә йкес бір, екі, ү ш жө не тө рт қ ос электрондармен жү реді. Мысалы, алмас, кремний жә не германий элементтерінде, атомдардың барлық тө рт валенттік электрондары коваленттік байланысты жасауғ а қ атынасады. 64.2-суретінде кремний кристалдарының коваленттік байланыстары кө рсетілген. Ә рбір кремний атомының тө рт валенттік электрондары кремнийдің жақ ын орналасқ ан тө рт атомдардың электрондарымен (ә рбір атомнан бір электроннан бір байланысқ а) бірлескен. Электрондарды осылай қ оғ амдастыру атомдардың валенттік қ абық шаларын толтыруғ а ә келіп соғ ады (қ абық шадағ ы электрондар саны сегізге тең болады). Коваленттік байланыс ө те мық ты болады, оның дә лелі алмаз жә не кремний секілді заттардың қ аттылығ ы ө те жоғ ары жә не жоғ ары балқ у температурасы болатындығ ында. Алмас жә не кремний химиялық табиғ аты жағ ынан ұ қ сас (екеуі де кө міртегі атомдарынан қ ұ рылғ ан), бірақ кристалдық қ ұ рылымдары жағ ынан ө згешелігі бар. а-суретінде алмастың торы, ал б-суретте графиттің торы кө рсетілген. Бұ л мысалдан заттың қ асиетінде кристалдық қ ұ рылымының ә сері анық кө рінеді. Тә жірибенің кө рсетуіне қ арағ анда, катализатордың қ атысуымен графиттен алмасқ а ө ту ө те жоғ ары 1700° С температурада жә не ерекше ү лкен қ ысымда (10¹⁰ Па -ғ а дейін) жү реді.

Сурет а- алмастың торы, б- графиттің торы

Бұ л байланыстың табиғ атын сутегі молекуласы мысалында қ арастырайық.

Бір-бірінен r арақ ашық тық та орналасқ ан сутегінің екі атомы бар делік: а ядродан жә не 1 электроннан тұ ратын А атомы, жә не b ядродан жә не 2 электроннан тұ ратын В атомы (рис. 2. 5).

2. 5. Сурет Сутегінің екі атомы:

А жә не В — сутегінің атомдары; а жә не b— олардың ядролары; 1 — A ато­мының электроны; 2 — В ато­мының электроны; r_а1 жә не r_b2 —1 жә не 2 электрондардың ө з ядроларынан арашық тығ ы

Ү лкен арақ ашық тық та (мысалы r≈ 50 Å) атомдарды жеке қ арастырады жә не ондай жү йенің энергияся 2 Е ₀ (Е ₀ – жекеленген қ алыпты жағ дайдағ ы атомның энергиясы).

Атомдардың жақ ындауымен электрондардың «бө тен» ядроларғ а ауысу ық тималдығ ы артады. r ≈ 2 Å кезде атомдардың электрондық қ абық шаларының қ аптасуы байқ алады жә не электрондардың ауысу жиілігі 10¹⁴ сек^-1 дейін артуы мү мкін. Одан ары жақ ындау барысында электрондар екі ядроғ а қ атар жататын кү йге келеді, яғ ни атомдар бірлеседі.

2.6 суретте ү здікті 1 сызық тармен жекеленген атомдардың электрондық бұ лтарының тығ ыздығ ы кө рсетілсе, жұ қ а тұ тас 2 сызық пен — жекеленген атомдардың электрондық бұ лтарының жә й қ аптасуы кезіндегі қ орытқ ы тығ ыздығ ы кө рсетілген, ал жуан 3 сызығ ымен — электрондардың атомдарды бірлестіруі кезіндегі тығ ыздық ү лестірілуі берілген. Яғ ни атомдық байланыс ядролардың арасындағ ы электрондық бұ лтарының жоғ ары тығ ыздығ ының ә серінен тартылу кү штерінің пайда болуымен тү сіндіріледі. Осы кезде жү йенің энергиясы аз мә нге ие болады.

2.6 Сурет

3. Металдық кристалдар. Металдық кристалдардың, кристалдық тор-ларының тү йіндерінде оң иондар орналасады да, осы иондар арасындағ ы бос кең істікте еркін электрондар қ озғ алып жү реді. Мұ ндай кристалдардағ ы байланысты барлық жү йенің еркін электрондары жү зеге асырады. Бұ л электрондар оң иондарды бірге біріктіріп ұ стап тұ ратын " цементтің " ролін атқ арады. Бұ лай болмағ ан кү нде, иондар арасындағ ы тебілу кү шінің ә серінен тор шашылып қ алар еді. Сонымен қ атар, кристалдық тордың аумағ ында бұ л иондар электрондарды ұ стап тұ рады, сондық тан да электрондар одан сытылып кете алмайды.

Еркін электрондар металдың кө лемінде, кристалдық тордың тү йіндеріндегі иондардың бар жоғ ына кө ң іл аудармай, қ озғ алып жү реді. Демек, металдардың ө те жоғ ары электр ө ткізгіштігі осымен тү сіндіріледі.

2. 8. Сурет Магний торының тү йін арасындағ ы электрондық тығ ыздық тың ү лестірілуі

4. Молекулалық заттар. Кристалдық торлардың тү йіндерінде белгілі ретпен бағ ытталғ ан молекулалар (егер олар кө п атомды болса) орналасады. Бұ л жағ дайдағ ы байланыс кү штері молекулааралық Ван-дер-Ваальс кү штері болады. Молекулалық торлар, мысалы тө мендегідей заттарды: Н₂, N₂, О₂, СО₂, Н₂О- ны тү зеді. Сонымен кә дімгі мұ з, сол сияқ ты қ ұ рғ ақ мұ з (қ атты кө мірқ ышқ ыл) молекулалық кристалл болып табылады

Алғ аш рет бұ л кү штер нақ ты газдардың идеал газдар тең деулерінен ауытқ уын тү сіндіру ү шін енгізілген.

Ван-дер-Ваальс тең деуінде:

Бұ л кү штер a/V² ө згертпені анық тайды. b ө згертпесі тебілу кү штерінің ә серін ескереді.

Ван-дер-Ваальс кү штерінің тамаша қ асиеті - олар электр нейтральды жү йелермен электрлік моменті жоқ жү йелер арасында пайда болады. Инерттік газдардың ә серлесуі кезінде Ван-дер-Ваальс кү штері сол заттардың сұ йық жә не қ атты кү йлерінің болу мү мкіндігінің жалғ ыз себебші кү штері болып табылады.