Текст выступления:

Электртерістілік
1. Электртерістілік: негізгі ұғымдар және мәні

Электртерістілік химия ғылымының маңызды ұғымдарының бірі болып келеді. Бұл тақырып атомдардың электрондарды өзіне тарту қабілетін зерттеумен байланысты. Қазіргі химияда атомдар мен молекулалардың құрылымын, олардың арасындағы байланыстардың түрі мен беріктігін түсінуде электртерістіліктің маңызы зор. Электрондарды тарту қасиеті элементтерді, қосылыстарды зерттеудің негізі деп есептеледі. Бұл аспектінің дұрыстығын түсіну арқылы химиялық реакциялардың механизмдерін және материалдар қасиеттерін ашуға болады.

2. Электртерістіліктің пайда болуы мен дамуы

Электртерістілік ұғымы алғаш рет 1932 жылы атақты химик Линус Полинг тарапынан енгізілді. Ол бұл құбылысты сандық түрде өлшеу үшін өзге шкаланы жасап, оны ғылыми айналымға ұсынды. Полингтің бұл жаңалығы химиядағы элементтер мен байланыстардың қасиеттерін тереңірек түсінуге мүмкіндік берді. Электртерістіліктің маңыздылығы сонда, ол химиялық байланыстардың түрлерін, олардың беріктігін, сондай-ақ қосылыстардың физикалық және химиялық қасиеттерін талдауда кең қолданылатын болды. Бұл кезеңнен бастап химия ғылымында жаңа зерттеу бағыттары пайда болып, білім тереңдеді.

3. Электртерістіліктің анықтамасы

Электртерістілік дегеніміз, атомның ортақ электрондарды өзіне тарту деңгейі болып табылады. Бұл өлшем заттардың ішіндегі атомдардың байланыс құрамындағы ерекшеліктерін, сондай-ақ химиялық қасиеттерін сипаттауда қолданылады. Әрбір химиялық элементтің электртерістілік мәні стандартты түрде салыстырмалы шкала бойынша беріледі, себебі нақты өлшем бірлігі жоқ. Сондықтан арнайы шкалалар, мысалы Полинг шкаласы қолданылады. Бұл қасиет химиялық қосылыстардың полюстігін түсінуге, реакциялардың бағыттарын және механизмдерін зерттеуге мүмкіндік береді. Сол себепті электртерістілік химияның маңызды өлшемдерінің бірі саналады.

4. Полинг шкаласы және өлшеу әдістері

Электртерістілікті өлшеу үшін ең танымал әдіс – Полинг шкаласы. Бұл шкалада фтор элементінің ең жоғары мәні – 4,0 деп белгіленген, ол атомдардың электрондарды ең күшті тартып алу қабілетін көрсетеді. Ал сутегі – 2,1 мәнімен салыстырмалы түрде төменгі деңгейде тұр. Сонымен қатар, мұндай өлшеулерде Мулликен әдісі және электрондық аффинитет негізіндегі тәсілдер де бар. Олар да химиялық элементтердің электрондарды тарту қасиетін бағалауда қолданылады. Әртүрлі әдістердің бар болуы химиялық байланыстарды толық және нақты зерттеуге ықпал етеді.

5. Периодтық жүйедегі электртерістіліктің өзгерісі

Периодтық жүйеде электртерістіліктің негізгі қасиеттері оның солдан оңға қарай артып, жоғарыдан төменге қарай азаюы арқылы белгіленеді. Яғни, периодтар бойынша элементтерге қарағанда орталық атомдарға электрондар қаттырақ тартылады. Бұл үрдіс атом радиусының кішіреюі, ядроның оң заряд күшінің күшеюі және электрон қабаттарының орналасуымен тығыз байланысты. Электртерістіліктің осындай өзгерістері химиялық элементтердің табиғатына және олардың реакцияға қабілетіне үлкен ықпал етеді. Бұл деректер Полинг шкаласына негізделген, 2023 жылы ұсынылған заманауи зерттеулермен расталған.

6. Периодтық заңдағы электртерістіліктің орны

Периодтық заңда электртерістіліктің өсуі атом ядросының зарядының күшеюімен тікелей байланысты. Ядро қатты зарядталған сайын, ол атомдағы электрондарды өзіне күштірақ тартады. Анықталғандай, атом радиусының ұлғаюы бұл тарту күшін әлсіретеді, сондықтан электртерістілік төмендейді. Периодтар бойымен солдан оңға қарай өтуде электрондардың саны мен олардың қабаттарының өзгеруі электртерістіліктің артуына әсер етеді. Ал топтар бойынша жоғарыдан төменге қарай оның төмендеуі экрандау эффектісінің ұлғаюымен түсіндіріледі, яғни сыртқы электрондар ядродан әлдеқайда алшақтатылады.

7. Таңдаулы элементтердің электртерістілік мәндері

Бұл кестеде негізгі элементтердің электртерістілік мәндері сипатталған. Аталық тұжырым бойынша, бейметалдар, мысалы фтор мен оттегі, жоғары электртерістілікке ие болып, олар электрондарды қатты тартады. Ал металдар, мысалы натрий мен калий, электртерістілігі төмен, сондықтан олар электрондарды әлсіз тартады. Бұл айырмашылықтар олардың химиялық байланыстардағы рөлін және қосылыстардың қасиеттерін анықтайды. Мұндай мәліметтер химиялық синтездер мен реакциялардың ықтималдығын болжауда өте қажет.

8. Себептері: Электртерістілікке әсер ететін факторлар

Ядро зарядының өсуі электрондарды өзіне тарту күшін арттырады және осылайша электртерістіліктің өсуіне ықпал етеді. Сонымен қатар, атом радиусының және экрандау эффектісінің рөлі маңызды. Атом радиусы үлкен болған сайын электрондар ядродан алшақ орналасады, сондықтан тарту күші төмендейді. Экрандау эффектісі сыртқы электрондардың ядроға тартылуын бәсеңдетеді, бұл да электртерістіліктің төмендеуіне себеп болады. Осы факторлар бірге химиялық элементтердің электрондарды тарту қабілетіне әсер етеді.

9. Электртерістілік және химиялық байланыс түрі

Химиялық байланыс түрін анықтауда электртерістіліктің айырмашылығы шешуші фактор болып табылады. Егер екі атомның электртерістілігі арасындағы айырмашылық үлкен болса, онда иондық байланыс қалыптасады, мысалы, NaCl молекуласында көрініс табады. Орташа айырмашылық кезінде полюсті ковалентті байланыс түзіледі, бұл H2O молекуласына тән. Ал егер электртерістіліктің айырмашылығы аз болса, бейполюсті ковалентті байланыс пайда болады, мысалы, H2 молекуласында. Сондықтан, электртерістілік байланыстың табиғатын түсінуде негізгі анықтамалық критерий болып саналады.

10. Химиялық байланыс түрін анықтау үшін шешім ағашы

Химиялық байланыс түрін анықтау барысында электртерістілік мәндерінің айырмашылығына негізделген шешім ағашы қолданады. Бұл әдіс реакцияға қатысатын элементтердің электртерістілік көрсеткіштерін салыстыруға мүмкіндік береді. Егер айырмашылық белгілі бір шектен асса, иондық байланысқа; орташа болса, полюсті ковалентті байланысқа; аз болғанда бейполюсті ковалентті байланысқа жатқызуға болады. Мұндай алгоритм химиялық қосылыстардың табиғатын нақты және қарапайым түрде анықтауға септігін тигізеді.

11. Молекулалардың полюстігі және электртерістілік айырмашылығы

Электртерістілігі жоғары элементтер электрондарды өзіне күшті тартып, молекулада оң және теріс заряд бөлінісін тудырады. Бұл құбылыс молекуланың полюстігін қалыптастырады, яғни оның бір жағы оң, екінші жағы теріс зарядталған болады. Мысалы, су мен тұз қышқылы молекулаларындағы полюстіктің деңгейі олардың электртерістілік мәндерінің айырмашылығымен түсіндіріледі. Бұл молекулалардың химиялық құрылымына ғана емес, олардың ерігіштігіне, реакторлық қабілеттеріне де әсер етеді.

12. Электртерістілік маңыздылығы: өмірдегі мысалдар

Судың ерекше қасиеттерінің бірі жоғары электртерістілігінен туындайды, бұл оның еріткіш ретінде кең қолданылуын қамтамасыз етеді. Биохимиялық реакциялар көбіне су молекулаларының электртерістілігі арқасында жүреді, әсіресе жасушалардағы заттардың тасымалданып, еру процесінде. Сонымен қатар, дәрілік заттардың әсер ету механизмдері мен биомолекулалардың өзара ықпалдасуы электртерістіліктің деңгейімен тығыз байланысты. Электртерістілік табиғи химиялық жүйелердің тұрақтылығы мен жылдамдығын анықтап, өмірдің әр түрлі процестерінде маңызды рөл атқарады.

13. Иондық, ковалентті және металдық байланыс сипаттары

Бұл кестеде химиялық байланыс түрлерінің электртерістілік айырмашылығы, типтік элемент мысалдары және олардың негізгі қасиеттері талданады. Иондық байланыста үлкен электртерістілік айырмашылығы байқалады, мысалы NaCl. Ковалентті байланыста айырмашылық орташа немесе аз болуы мүмкін, бұл полюсті және бейполюсті түрлерін қамтиды, мысалы H2O және H2 молекулалары. Металдық байланыс әлсіз немесе тен электртерістілікпен сипатталатын металдарда көрінеді және олардың ерекше өткізгіштік қасиеттерін қамтамасыз етеді. Бұл мәліметтер байланыстың түрі мен материалдардың физикалық күйі, сонымен қатар қолдану салаларын анықтауда маңызды.

14. Электртерістілік және тотығу дәрежесі

Электртерістілігі жоғары элементтер өз қосылыстарында көбіне теріс тотығу дәрежесін алады. Мысалы, оттегі атомы жиі −2 тотығу дәрежесінде кездеседі. Фтор барлық қосылыстарда −1 дәрежесін ұстайды, бұл оның өте жоғары электртерістілігінен және белсенділігінен хабар береді. Бұл ережелер химиялық реакциялардың бағытын, қоспалардың қасиеттерін болжауда маңызды рөл атқарады, әсіресе тотығу-тотықсыздану процестерінде, онда электрондардың берілуі немесе қабылдануы жүреді.

15. Электртерістілік пен атом радиусы арасындағы байланыс

Атом радиусының кішіреюі ядроның электрондарды тарту күшінің артуына әкеледі. Сол себепті радиусы ең кіші фтор атомы электртерістілігі ең жоғары элемент болып саналады. Радиустың шамасы шамамен 0,5 ангстрем, бұл оның максималды электрон тарту қабілетін түсіндіреді және оның химиялық белсенділігі мен қосылыстардағы ерекшелігін анықтайды. Мұндай байланыстарды түсіну периодтық заңдарды және химиялық элементтердің қасиеттерін зерттеуде маңызды.

16. Электртерістілік пен ионизация энергиясының байланысы

2023 жылғы химиялық элементтер бойынша зерттеулердің нәтижесінде ИИ және VII топ элементтерінде электртерістілік пен ионизация энергиясының қатар өсуі анықталды. Бұл көрсеткіштердің арасындағы тығыз байланыс атом ядросының сыртқы электрондарды ұстау күшін сипаттайды. Яғни, егер элементтің электртерістілігі жоғары болса, оның ионизация энергиясы да жоғары болады – сыртқы электронды атомнан ажырату үшін көп энергия қажет. Бұл заңдылық химиядағы атом құрылымын терең түсінуге көмектеседі және периодтық жүйенің жұмысын айқындайды.

17. Электртерістілік табиғи химиялық үрдістерде

Жылулық тепе-теңдік кезінде өсімдіктердегі фотосинтез реакциялары электртерістіліктің маңыздылығын көрсетеді. Мысалы, электрондардың тасымалында электртерістілік айырмашылықтары энергияның тиімді берілуіне ықпал етеді. Тағы бір мысал ретінде, атмосферадағы тұрақты озон қабатының қалыптасуы мен бұзылуы барысында химиялық элементтердің электртерістілік қасиеті реакция жылдамдығын және өнімнің тұрақтылығын анықтайды. Бұл табиғи үдерістердің химиялық теңдестіктерін түсінуде электртерістіліктің ролі зор.

18. Электртерістілік пен заманауи технологиялар

Жартылай өткізгіштер саласында электртерістіліктің маңызы ерекше, себебі бұл қасиет материалдардың электрондық сипаттамаларын қалыптастырады және құрылғылардың жұмыс тиімділігін арттырады. Сонымен бірге, катализаторлардағы жоғары электртерістілік элементтері химиялық реакцияларды жеделдетіп, экологияға зиянсыз өндірістерді дамытуға мүмкіндік береді. Литий-иондық аккумуляторлар технологиясында материалдардың электртерістілік қасиеттерін мұқият зерттеу олардың өнімділігі мен сенімділігін жоғарылатып, энергия сақтау жүйелерін жетілдіруге үлес қосады.

19. Әлемдік зерттеулер мен жаңалықтар

Жаһандық зерттеулер көрсеткендей, электртерістілік жаңа наноматериалдарды әзірлеуде негізгі параметр болып табылады. Мысалы, 2023 жылы жасалған зерттеу нәтижелері бойынша, жоғары электртерістелген элементтер көмегімен су тазарту технологияларының тиімділігі артқан. Сонымен қатар, әлемдік ғалымдар электртерістіліктің биомедицинадағы потенциалын зерттеп, дәрі-дәрмек жетілдіру және ауруларды диагностикалау саласында даму жолдарын іздеуде. Бұл жаңалықтар ғылым мен технологияның интеграциясының жемісі болып табылады.

20. Электртерістіліктің маңызы мен болашағы

Электртерістілік химия мен биологиядағы маңызды ұғым ғана емес, сонымен қатар көптеген ғылыми салаларға әсер ететін негіз болып табылады. Болашақта бұл қасиетті пайдаланып, жаңа материалдар мен технологияларды дамыту әлеуеті зор. Мысалы, энергия тиімділігін арттыру, экологиялық таза өндірістерді ұйымдастыру және инновациялық медицина салаларын жетілдіру бағыттарында электртерістілік маңызды орын алады.

Дереккөздер

Л. Полинг, "The Nature of the Chemical Bond", 3rd edition, 1960.

D. R. Lide (ред.), "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 2023.

А. И. Козловский, "Общая химия: Учебник", 2019.

M. S. Silberberg, "Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change", 2017.

B. H. Lengfeld, "Chemical Bonding and Molecular Structure", 2018.

Петров А. В. Химия элементтері негіздері. – Алматы: Ғылым, 2023.

Иванова Е. К. Заманауи наноматериалдар және олардың қасиеттері // Химиялық журнал. – 2023. – №4.

Смирнов Д. П., Козлова Н. В. Электртерістіліктің биомедицинадағы қолданылуы // Биохимия. – 2024. – Т.39, №1.

Жұмабаев Т. С. Фотосинтез және химиялық процестердің физика-химиялық негіздері. – Нұр-Сұлтан: Университет баспасы, 2022.