Екі атомды молекулалар: құрамы, түрлері және қасиеттері
Diatomic molecule
Диатомдық молекулалар: екі атомнан тұратын молекулалар, гомонуклеарлы (бір элементтен) немесе гетеронүклеарлы (әр түрлі элементтен). Мысалдар, қасиеттері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кез келген екі атомнан тұратын молекула.
Molecule composed of any two atoms
Диатомдық молекулалар – бір немесе әртүрлі химиялық элементтердің тек екі атомынан тұратын молекулалар. Егер диатомдық молекула сутек (H₂) немесе оттегі (O₂) сияқты бір элементтің екі атомынан құралса, онда ол гомоядролық деп аталады. Әйтпесе, егер диатомдық молекула екі түрлі атомнан құралса, мысалы, көміртек оксиді (CO) немесе азот оксиді (NO), молекула гетероядролық деп аталады. Гомоядролық диатомдық молекуладағы байланыс полярлы емес. Стандартты температура мен қысымда (СТП) (немесе 1 бар және 25 °C типтік зертханалық жағдайларда) тұрақты гомоядролық диатомдық молекулаларды құрайтын жалғыз химиялық элементтер – сутек (H₂), азот (N₂), оттегі (O₂), фтор (F₂) және хлор (Cl₂) газдары, сондай-ақ сұйық бром (Br₂). Асыл газдар (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон және радон) да СТП-де газдар болып табылады, бірақ олар моноатомды. Гомоядролық диатомдық газдар мен асыл газдар оларды химиялық қосылыстар болып табылатын басқа газдардан ажырату үшін «элементтік газдар» немесе «молекулалық газдар» деп аталады. Біршама жоғары температурада галогендер бром (Br₂) және йод (I₂) да диатомдық газдар түзеді. Астатин мен теннессиннен басқа барлық галогендер екі атомды молекулалар ретінде байқалды, олардың қасиеттері белгісіз. Басқа элементтер буланған кезде екі атомды молекулалар түзеді, бірақ бұл диатомдық түрлер суытылған кезде қайта полимерленеді. Элементтік фосфорды қыздыру («жарылу») дифосфорды (P₂) береді. Күкірт буы негізінен дисульф (S₂) болып табылады. Дилитий (Li₂) және динатрий (Na₂) газ фазасында белгілі. Дитунгстен (W₂) және димолибден (Mo₂) газ фазасында алты еселік байланыстармен түзіледі. Дирубидий (Rb₂) – екі атомды.
Diatomic molecules are molecules composed of only two atoms, of the same or different chemical elements. If a diatomic molecule consists of two atoms of the same element, such as hydrogen (|H2) or oxygen (|O2), then it is said to be homonuclear. Otherwise, if a diatomic molecule consists of two different atoms, such as carbon monoxide (|CO) or nitric oxide (|NO), the molecule is said to be heteronuclear. The bond in a homonuclear diatomic molecule is non polar. The only chemical elements that form stable homonuclear diatomic molecules at standard temperature and pressure (STP) (or at typical laboratory conditions of 1 bar and 25 °C) are the gases hydrogen (|H2), nitrogen (|N2), oxygen (|O2), fluorine (|F2), and chlorine (|Cl2), and the liquid bromine (|Br2). The noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon) are also gases at STP, but they are monatomic. The homonuclear diatomic gases and noble gases together are called "elemental gases" or "molecular gases", to distinguish them from other gases that are chemical compounds. At slightly elevated temperatures, the halogens bromine (|Br2) and iodine (|I2) also form diatomic gases. All halogens have been observed as diatomic molecules, except for astatine and tennessine, which are uncertain. Other elements form diatomic molecules when evaporated, but these diatomic species repolymerize when cooled. Heating ("cracking") elemental phosphorus gives diphosphorus (|P2). Sulfur vapor is mostly disulfur (|S2). Dilithium (|Li2) and disodium (|Na2) are known in the gas phase. Ditungsten (|W2) and dimolybdenum (| Mo2) form with sextuple bonds in the gas phase. Dirubidium (|Rb2) is diatomic.
Гетероядролық молекулалар
Қалған барлық диатомдық молекулалар екі түрлі элементтен тұратын химиялық қосылыстар болып табылады. Көптеген элементтер температура мен қысымға байланысты әртүрлі ядролы диатомдық молекулалар құруға қабілетті. Мысалы, көміртек монооксиді (CO), азот оксиді (NO) және хлорсутек (HCl) газдары. Көптеген 1:1 екілік қосылыстар бөлме температурасында полимерлі болғандықтан, әдетте диатомдық деп есептелмейді, бірақ олар буланғанда диатомдық молекулалар түзеді, мысалы, газ тәрізді MgO, SiO және тағы да басқалары.
All other diatomic molecules are chemical compounds of two different elements. Many elements can combine to form heteronuclear diatomic molecules, depending on temperature and pressure. Examples are gases carbon monoxide (CO), nitric oxide (NO), and hydrogen chloride (HCl). Many 1:1 binary compounds are not normally considered diatomic because they are polymeric at room temperature, but they form diatomic molecules when evaporated, for example gaseous MgO, SiO, and many others.
Пайда болуы
Жердің ортасында, зертханада және жұлдыздық кеңістікте жүздеген екіатомды молекулалар анықталды. Жер атмосферасының шамамен 99%-ы екі түрлі екіатомды молекуладан тұрады: азот (78%) және оттегі (21%). Жер атмосферасындағы сутегінің (H2) табиғи мөлшері миллионнан бір бөліктен аспайды, бірақ H2 – ғаламдағы ең көп таралған екіатомды молекула. Жұлдыздық кеңістікте сутегі атомдары басым.
Hundreds of diatomic molecules have been identified in the environment of the Earth, in the laboratory, and in interstellar space. About 99% of the Earth's atmosphere is composed of two species of diatomic molecules: nitrogen (78%) and oxygen (21%). The natural abundance of hydrogen (H2) in the Earth's atmosphere is only of the order of parts per million, but H2 is the most abundant diatomic molecule in the universe. The interstellar medium is dominated by hydrogen atoms.
Молекулалық геометрия
Барлық екі атомды молекулалар сызықты және бір ғана параметрмен сипатталады – екі атом арасындағы байланыс ұзындығы немесе қашықтығы. Екі атомды азот үш байланыстан тұрады, екі атомды оттегі екі байланыстан тұрады, ал екі атомды сутек, фтор, хлор, йод және бромның барлығы бір байланыстан тұрады.
All diatomic molecules are linear and characterized by a single parameter which is the bond length or distance between the two atoms. Diatomic nitrogen has a triple bond, diatomic oxygen has a double bond, and diatomic hydrogen, fluorine, chlorine, iodine, and bromine all have single bonds.
Тарихи маңызы
Диатомдық элементтер 19-шы ғасырда элемент, атом және молекула түсініктерін анықтауда маңызды рөл атқарды, себебі сутек, оттегі және азот сияқты ең көп таралған элементтердің кейбіреулері диатомдық молекулалар түрінде кездеседі. Джон Далтонның бастапқы атомдық гипотезасы барлық элементтер моноатомдық және қосылыстардағы атомдар бір-біріне қатысты ең қарапайым атомдық қатынастарға ие болады деп есептеді. Мысалы, Далтон судың формуласын HO деп қарастырды, бұл ретте оттегінің атомдық салмағын сутегінен сегіз есе ауыр деп есептеді, қазіргі шамамен 16-ға қарағанда. Соның салдарынан, атомдық салмақтар мен молекулалық формулалар бойынша шатасу шамамен жарты ғасырға созылды. 1805 жылы Гей-Луссак пен фон Гумбольдт судың екі көлем сутегі мен бір көлем оттегіден тұратынын көрсетті, ал 1811 жылға қарай Амедео Авогадро судың құрамын дұрыс түсіндірді, бұл қазір Авогадро заңы деп аталады және диатомдық элементтік молекулалар туралы болжамға негізделген. Алайда, бұл нәтижелер 1860 жылға дейін көбінесе назардан тыс қалды, себебі бір элементтің атомдарының сол элементтің басқа атомдарына химиялық тартымдылығы болмайды деген сенім болды, сондай-ақ, Авогадро заңына кейінірек ғана түсіндірілген көзге көрінетін ерекшеліктер де болды. 1860 жылы Карлсруэде өткен атомдық салмақтар жөніндегі конгресте Канниццаро Авогадроның идеяларын жаңартып, оларды қазіргі заманғы мәндермен сәйкес келетін атомдық салмақтардың дәйекті тізімін жасау үшін пайдаланды. Бұл салмақтар Дмитрий Менделеев пен Лотар Майердің периодтық заңды ашуының маңызды алғышарты болды.
Diatomic elements played an important role in the elucidation of the concepts of element, atom, and molecule in the 19th century, because some of the most common elements, such as hydrogen, oxygen, and nitrogen, occur as diatomic molecules. John Dalton's original atomic hypothesis assumed that all elements were monatomic and that the atoms in compounds would normally have the simplest atomic ratios with respect to one another. For example, Dalton assumed water's formula to be HO, giving the atomic weight of oxygen as eight times that of hydrogen, instead of the modern value of about 16. As a consequence, confusion existed regarding atomic weights and molecular formulas for about half a century. As early as 1805, Gay Lussac and von Humboldt showed that water is formed of two volumes of hydrogen and one volume of oxygen, and by 1811 Amedeo Avogadro had arrived at the correct interpretation of water's composition, based on what is now called Avogadro's law and the assumption of diatomic elemental molecules. However, these results were mostly ignored until 1860, partly due to the belief that atoms of one element would have no chemical affinity toward atoms of the same element, and also partly due to apparent exceptions to Avogadro's law that were not explained until later in terms of dissociating molecules. At the 1860 Karlsruhe Congress on atomic weights, Cannizzaro resurrected Avogadro's ideas and used them to produce a consistent table of atomic weights, which mostly agree with modern values. These weights were an important prerequisite for the discovery of the periodic law by Dmitri Mendeleev and Lothar Meyer.
Эксикацияланған электрондық күйлер
Диатомдық молекулалар әдетте ең төменгі немесе негізгі күйде болады, бұл күй ретінде де белгілі. Энергиялық электрондармен бомбаланғанда диатомдық молекулалардан тұратын газдың кейбір молекулалары жоғары электрондық күйлерге өтеді, мысалы, табиғи полярлық шамыларда, жоғары биіктіктегі ядролық жарылыстарда және ракетамен тасымалданатын электрондық қару эксперименттерінде осылай болады. Бұл потенциалдар бірнеше тербеліс әсерлерін ескергендіктен, энергия деңгейлерін дәлірек анықтайды. Тарихқа келсек, кванттық механиканы қолданып диатомдық молекулаларды алғаш зерттеген Люси Менсинг болды, бұл 1926 жылы жасалды.
Diatomic molecules are normally in their lowest or ground state, which conventionally is also known as the state. When a gas of diatomic molecules is bombarded by energetic electrons, some of the molecules may be excited to higher electronic states, as occurs, for example, in the natural aurora; high altitude nuclear explosions; and rocket borne electron gun experiments. These potentials give more accurate energy levels because they take multiple vibrational effects into account. Concerning history, the first treatment of diatomic molecules with quantum mechanics was made by Lucy Mensing in 1926.
Ротациялық және тербеліс энергиясының арақашықтығын салыстыру
Дірілдеу энергия деңгейлері арасындағы аралық және типтік спектроскопиялық ауысудың энергиясы, айналу энергия деңгейлері арасындағы типтік ауысудан шамамен 100 есе артық.
The spacing, and the energy of a typical spectroscopic transition, between vibrational energy levels is about 100 times greater than that of a typical transition between rotational energy levels.
Құс ішектері
Диатомдық молекуланың жақсы кванттық сандары мен айналу энергия деңгейлерінің жақсы жуықтамаларын Хунд жағдайларын қолданып молекуланы модельдеу арқылы алуға болады.
The good quantum numbers for a diatomic molecule, as well as good approximations of rotational energy levels, can be obtained by modeling the molecule using Hund's cases.
Мемоника
"Бринклхоф", "Хонклбриф", "Хоберфинкл" және "Хофбринкл" деп аталатын еске түсіру құралдары (мнемоникалар) диатомдық элементтер тізімін жаттауға көмектеседі. Ағылшын тілінде сөйлейтін адамдар үшін тағы бір әдіс – "Never Have Fear of Ice Cold Beer" ("Мұз суық сырадан қорқудың қажеті жоқ") деген сөйлемді азот, сутек, фтор, оттегі, йод, хлор және бромды білдіру үшін пайдалану.
The mnemonics BrINClHOF, pronounced "Brinklehof", HONClBrIF, pronounced "Honkelbrif", “HOBrFINCl”, pronounced “Hoberfinkel”, and HOFBrINCl, pronounced "Hofbrinkle", have been coined to aid recall of the list of diatomic elements. Another method, for English speakers, is the sentence: "Never Have Fear of Ice Cold Beer" as a representation of Nitrogen, Hydrogen, Fluorine, Oxygen, Iodine, Chlorine, Bromine.