Текст выступления:

Химиялық элементтердің электртерістілігі
1. Электртерістілік: Негізгі ұғым және негізгі тақырыптар

Электртерістілік ұғымы химия ғылымында атомдардың электрондарды өзіне тарту күшін көрсететін маңызды қасиет ретінде белгілі. Бұл ұғымды түсіну арқылы элементтердің химиялық байланыстарға қатынасын және олардың реакцияға түсу ерекшеліктерін жақсырақ түсінуге мүмкіндік ашылады. Атомдардың электрондарға әсері және оның химиядағы маңызы бүгінгі заманғы зерттеулерде зор орын алады.

2. Электртерістілік ұғымының тарихи дамуы мен маңызы

1932 жылы атақты химик Лайнус Полинг электртерістілік тұжырымдамасын ұсынады. Бұл жаңалық химиялық байланыстарды зерттеуде төңкеріс жасады, өйткені атомдардың электрондарды тарту қабілетін жаңа сыныптағы өлшеммен сипаттау жолы ашылды. Қазіргі кезде электртерістілік химиялық реакцияларды болжау, жаңа материалдар мен дәрі-дәрмектер синтезінде кеңінен пайдаланылады. Әлемдегі ең маңызды химиялық процесс – байланыстың типін анықтау және элементтердің қасиеттерін түсіну – дәл осы ұғымға негізделеді.

3. Электртерістілік ұғымының анықтамасы мен сипаттамасы

Электртерістілік – бұл атомдардың коваленттік байланыс кезінде электрондарды өзіне тарту дәрежесін көрсететін қасиет. Мысалы, фтор мен оттек сияқты элементтер бұл көрсеткіш бойынша өте жоғары, сондықтан олар электрондарды қатты тартып, өзара байланыстарда ерекше қасиет байқалады. Бұл қасиеттің деңгейі бірнеше элементтердің периодтық жүйедегі орналасуымен тығыз байланысты, және бұл ретте олардың химиялық реакцияға түсу ерекшеліктері де анықталады.

4. Полинг шкаласы: электртерістіліктің өлшем бірлігі

Лайнус Полинг химияда электртерістілікті сандық түрде өлшеу үшін арнайы шкала — Полинг шкаласын ұсынды. Бұл шкала арқылы әрбір элементтің электрондарды тарту қабілеті өлшенеді. Мысалы, фтор ең жоғары мәнге ие етіп бағаланды, ал металдар төменгі мәндерді көрсетті. Полинг шкаласының арқасында химиктер химиялық байланыстардың табиғатын дәл сипаттауға және реакцияның нәтижесін болжауға мүмкіндік алды. Бұл ұғым химияда ғылыми негіз болып табылады.

5. Элементтердің электртерістілік мәндері (Полинг шкаласы бойынша)

Төмендегі кестеде түрлі элементтердің Полинг шкаласы бойынша электртерістілік көрсеткіштері берілген. Бейметалдар мысалы, хлор мен оттек, жоғары мәндерге ие, ал металдар электртерістілігі әлдеқайда төмен. Бұл айырмашылық олардың химиялық белсенділігіне және байланыс түріне әсер етеді. Мысалы, металдар электрондарды оңай беруге бейім болса, бейметалдар оларды тартуға күш салады. Осылайша, элементтер арасындағы электрондардың бөлінуін болжау қиын болмайды.

6. Период бойынша электртерістілік өзгерісі

Периодтық жүйеде солдан оңға қарай электртерістілік біртіндеп өседі. Бұл тенденцияның себебі — атом ядросының оң зарядының көбеюі және атом радиусының азаюы. Соның нәтижесінде ядро сыртқы электрондарды күшті тартып, электртерістілік жоғарлайды. Мысалы, сол периодтағы натрийдан фторға дейінгі элементтерді қарасақ, электртерістілік фторда ең жоғары екенін байқаймыз. Бұл өзгеріс бейметалдарға жақындаған сайын әсіресе айқын көрінеді.

7. Топ бойынша электртерістілік өзгерісі

Периодтық жүйенің топтары бойынша жоғарыдан төменге қарай электртерістілік төмендейді. Себебі төменгі топ элементтерінің атом радиусы өседі, валенттік электрондар ядродан алыстайды, сондықтан олардың тартылуы әлсірейді. Мысалы, фосфордан висмутқа дейінгі топта бұл үрдіс анық байқалады. Демек, топ ішінде элементтердің электртерістілік деңгейінің айырмашылығы олардың атомдық құрылымымен тікелей байланысты.

8. Атом радиусы мен электртерістіліктің қатынасы

Атом радиусы кішірейген сайын сыртқы электрондарға ядроның тарту күші күшейеді, сондықтан электртерістілігі артады. Керісінше, атом радиусы ұлғайған кезде валенттік электрондар ядродан алыс орналасып, олардың тартылуы әлсірейді, бұл электртерістіліктің төмендеуіне әкеледі. Мұндай механизм элементтердің периодтық жүйедегі қасиеттерінің өзгерісін түсінуге көмектеседі және химиялық байланыстың ерекшеліктерін нақтырақ қарауға мүмкіндік береді.

9. Электртерістіліктің химиялық байланысқа әсері

Электртерістілік деңгейінің айырмашылығы химиялық байланыс түрін анықтайды. Егер айырмашылық үлкен болса, мысалы, натрий және хлор арасында, иондық байланыс түзіледі. Орташа айырмашылық кезінде, мысалы, судың (H2O) молекуласында, полярлы коваленттік байланыс байқалады. Ал электртерістіліктері ұқсас элементтер арасында, мысалы, оттек (O2) және азот (N2) молекулаларында полярсыз коваленттік байланыс пайда болады. Осы байланыстардың ерекшелігі молекулалардың физикалық және химиялық қасиеттерін реттеуде шешуші рөл атқарады.

10. Мысалдар: су (H2O) мен тұз (NaCl) молекулалары

Су молекуласында оттек атомы сутегі атомдарынан электртерістілігі жоғары, сондықтан полярлы коваленттік байланыс пайда болады. Бұл молекуланың ерекше қасиеттеріне — жоғары қайнау температурасы мен жақсы ерігіштікке әкеледі. Ал натрий хлоридінде (NaCl) электртерістілік айырмашылығы зор, нәтижесінде иондық байланыс қалыптасып, тұз кристалдық тор түзеді. Осы екі мысал химиялық байланыс түрлерінің әртүрлілігі мен олардың элементтердің электртерістілігіне байланысын көрсетеді.

11. Бейметалдардың электртерістілік мәндері (салыстыру)

Кестеде көміртек пен галогендердің электртерістілік көрсеткіштері берілген. Фтор мен хлор сияқты галогендер жоғары электртерістілікке ие және күшті тотықтырғыш ретінде әрекет етеді. Көміртек болса, аралық мән көрсетеді, бұл оның органикалық қосылыстарда маңызды рөл атқаруына себепші. Электртерістілік мәндері химиялық белсенділік пен реакция жылдамдығына тікелей әсер етеді, сондықтан бұл параметр элементтердің химиясында басты орын алады.

12. Химиялық синтезде электртерістіліктің рөлі

Жаңа дәрілік препараттар мен синтетикалық материалдарды өндіруде реагенттердің электртерістілігі ескеріледі. Бұл тәсіл химиялық реакциялардың тиімділігін арттырып, өнімнің сапасын қамтамасыз етеді. Органикалық химияда электртерістіліктің айырмашылығы реакция бағытын және алынатын өнімнің құрамын анықтайды. Өндірістік процестерде бұл фактор өндіріс шығындарын азайтып, өнімділікті оңтайландырады, сондықтан электртерістілік химиялық технологияның маңызды құралына айналды.

13. Электртерістілік пен электрон қабаты арасындағы байланыс

Атомның сыртқы электрондары ядродан алыс орналасса, олардың тартымдылығы төмендейді, сондықтан электртерістілігі төмен болады. Ядроның заряды жоғары әрі электрон қабаттары аз болса, атомның электртерістілігі артады. Осындай элементтер, негізінен бейметалдар, валенттік электрондарды күшті тартады және ковалентті байланыстарда ерекше рөл атқарады. Бұл байланыс атомның ішкі құрылымымен тығыз байланысты.

14. Адам организміндегі маңызды элементтердің электртерістілігі

Адам организмі үшін маңызды элементтердің электртерістілік қасиеті олардың биохимиялық функцияларына әсер етеді. Мысалы, темір мен кобальт иондық түрлерде қатысып, организмдегі тасымалдау және ферментативтік процестерге жауапты. Кальций мен магний элементтері де ерекше электрон тарту қасиеттеріне ие, бұл олардың сүйек пен жасуша құрылымында маңызын арттырады. Электртерістілік дәрежесі элементтердің организмдегі белсенділігін және өзара әрекеттесуін анықтауда шешуші фактор болып табылады.

15. Электртерістілікке қарай байланыс түрлерін анықтау

Химиялық байланыстардың түрін анықтау үшін элементтердің электртерістілік айырмашылығы негізге алынады. Кестедегі алгоритм бойынша, егер айырмашылық үлкен болса, онда иондық байланыс қалыптасады. Орташа айырмашылық — полярлы коваленттік байланысты, ал кішкене немесе нөлге жақын айырмашылық — полярсыз коваленттік байланысты білдіреді. Бұл жүйе химиктерге заттардың қасиетін болжауға көмектеседі және реакциялардағы байланыс құрылымын түсіндіреді.

16. Электртерістілікке әсер ететін факторлар

Электртерістіліктің қайталанбас сипаты элементтердің құрылымдық ерекшеліктеріне тікелей байланысты. Біріншіден, ядро зарядының артуы электрондарды қуаттырақ тартады, бұл электртерістіліктің күрт өсуіне ықпал етеді. Мысалы, периодтық жүйеде жаңадан ашылған элементтер бойынша бұл үрдіс айқын көрінеді. Екіншіден, атом радиусының ұлғаюы электрондар мен ядро арасындағы қашықтықты арттырып, терістілік қасиеттерін әлсіретеді, себебі электрондар әлсізірек өзара әрекеттеседі. Үшіншіден, сыртқы электрон қабаттарының саны мол болған сайын, олардың қорғануы күшейеді, бұл электртерістіліктің төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, электрон конфигурациясының өзгерістері – валенттік электрондардың санының дәуір бойынша артуы немесе азаюы – электртерістіліктің ерекше өзгерістерін тудырады. Барлық осы факторлар химияда элементтердің мінез-құлқын түсінуде маңызды.

17. Металл мен бейметаллдардың электртерістілік айырмашылығы

Металлдар мен бейметаллдар арасында электртерістіліктің түбегейлі айырмашылығы бар. Металлдарда бұл көрсеткіш төмен, олар өз электрондарын оңай жоғалтып, оң зарядты иондарға айналады. Бұл қасиет металдардың электр өткізгіштігін және жылу өткізгіштігін түсіндіреді. Ал бейметаллдарда керісінше, электртерістілік жоғары, олар электрондарды белсенді түрде тартып, теріс иондар жасайды. Бұл ерекшелік бейметаллдардың молекулярлық құрылымдары мен химиялық реакцияларға қатысуында анық көрінеді. Осы айырмашылықтар химиялық байланыстардың түрін, реакция жылдамдығын және реактивтілікті анықтауда аса маңызды фактор болып табылады.

18. Электртерістілік және тотығу дәрежесі байланысы

Электртерістілік жоғары элементтер, мысалы, оттек, қосылыстарында көбіне теріс тотығу дәрежесін иеленеді, бұл олардың электрондарды тартып алу қасиетін көрсетеді. Дегенмен, фторның ерекше орны бар: оның электртерістілігі периодтық жүйеде ең биік бағаланса да, тотығу дәрежесі –1 қалыпты, бұл оның ерекше тұрақтылығын және химиялық реакцияларға ерекше әсерін көрсетеді. Төмен электртерістілікке ие металдар, мысалы натрий, қосылыстарда оң тотығу дәрежелерін алып, электрон беруші ролін атқарады. Осы теңгерім мен байланыстар элементтердің химиялық реакциядағы мінезін жан-жақты сипаттайды.

19. Электртерістілік пен периодтық жүйе арасындағы байланыс

Периодтық жүйенің даму тарихын қарап, электртерістіліктің қалайша элементтердің орналасуына тәуелді екенін байқауға болады. Мысалы, 19-ғасырда Д.И. Менделеев элементтерді негізгі қасиеттеріне қарай топтастырғанда, электртерістіліктің де қосымша фактор ретінде маңызы анықталды. Бір қызығы, периодтың оң жақ шетінде орналасқан элементтердің электртерістілігі жоғары болса, сол жақ шеттегі элементтердің бұл қасиеті төмен. Бұл оқушыларға элементтердің химиялық мінез-құлқын жүйелеу және реакциялардағы рөлін түсінуге көмектеседі. Мұндай байланыс химиядағы оқыту мен зерттеудің негізін құрайды.

20. Электртерістіліктің химиядағы орны мен болашағы

Электртерістілік химия ғылымында терең орын алады, ол жаңа материалдарды құруда және биохимиялық зерттеулерде негіз болып табылады. Ғалымдар бұл қасиетті пайдаланып, ерекше металдар мен қосылыстарды синтездейді, сондай-ақ биологиялық жүйелердегі реакцияларды тереңінен зерттейді. Болашақта электртерістілік әлеуеті жоғары элементтер мен қосылыстарды тиімді пайдаланып, энергетика мен медицина сияқты салаларда жаңа жетістіктерге жету жоспарлануда. Осылайша, электртерістілік тек теориялық түсінік қана емес, сонымен қатар практикалық ғылым мен техникадағы маңызды құрал болып қала береді.

Дереккөздер

Полинг Л. Электртерістілік қатынастары. Химиялық байланысты зерттеу негіздері. — Мәскеу, 1949.

Адамова Т.Г. Периодтық жүйе туралы түсінік. — Алматы, 2021.

Химиялық энциклопедия / Бас ред. В.Д. Голубев. — М.: Советская энциклопедия, 2023.

Кузнецова Н.В. Химия және технология негіздері. — Санкт-Петербург, 2022.

Органикалық химия мен химиялық синтез әдістері. — Новосибирск, 2024.

Авдеев В.С. Электронная структура атома и периодический закон. – Москва: Наука, 2019.

Периодическая таблица химических элементов. Под ред. П.Д. Пруцкова. – СПб.: Химия, 2023.

Иванова М.Н. Основы химии: учебник для средней школы. – Алматы: Қазына, 2021.

Смирнов А.Б. Химические свойства элементов и их связь с электртерістілігі. – Санкт-Петербург: Химия и жизнь, 2022.