Kötésrend

A kötésrend – ahogyan a fogalmat Linus Pauling bevezette – a kötések és a lazítókötések közötti különbségként van definiálva.

A kötésszám maga a két atom közötti elektronpárok (kötések) számát fejezi ki.^[1] Például a kétatomos N≡N nitrogénmolekulában a kötésszám 3, míg a H−C≡C−H (acetilén) esetén a két szénatom között a kötésszám 3, a C−H kötés esetén pedig 1. A kötésszám a kötés erősségéről ad információt. Az izoelektronos (vagyis azonos elektronszámmal rendelkező) részecskék kötésszáma megegyezik.^[2]

Rezonanciával vagy hagyományostól eltérő kötéssel bíró molekuláknak a kötésszáma nem feltétlenül egész szám. Jó példa erre a benzolmolekulában található szénatomok közötti kötés, mivel a 6 szénatomon delokalizált molekulapályákon 6 π-elektron helyezkedik el, így ez egy fél π-kötést jelent. A σ-kötésekkel együtt tehát a kötésszám 1,5. Ugyanakkor bonyolultabb helyzetekben például 1,1-es kötésszám is előfordulhat, ami a kötés erősségét jelzi az 1-es kötésrendű kötés esetéhez képest.

Kötésrend a molekulapálya-elméletben

A molekulapálya-elméletben a kötésrendet a lenti egyenlet szerint, a kötő- és lazítóelektronok különbségének feleként számítják ki.^[3][4] A kötésrend a kötés erősségének is fokmérője, és kiterjedten használják a vegyértékkötés-elméletben is.

${\displaystyle {\text{kötésrend}}={\frac {{\mbox{kötőelektronok száma}}-{\text{lazítóelektronok száma}}}{2}}\ }$

Általánosságban véve minél nagyobb a kötésrend, a kötés annál erősebb. A 0,5 értékű kötésrend stabilis lehet, amint azt a H+2 (kötéshossz 106 pm, kötési energia 269 kJ/mol) és a He+2 (kötéshossz 108 pm, kötési energia 251 kJ/mol) stabilitása mutatja.^[5]

Egyéb definíciók

A kötésrend fogalmát használják a molekuláris dinamikában és a kötésrend-potenciálban is. A kötésrend nagysága a kötéshossz mértékével függ össze. Linus Pauling 1947-es eredménye szerint a kötésrend kísérletileg az alábbi összefüggéssel adható meg:

${\displaystyle s_{ij}=\exp {\left[{\frac {d_{1}-d_{ij}}{b}}\right]}}$

ahol ${\displaystyle d_{1}}$ az egyszeres kötés hossza, ${\displaystyle d_{ij}}$ a kísérletileg mért kötéshossz, ${\displaystyle b}$ a kötésben részt vevő atomoktól függő állandó. Szén–szén kötések esetén Pauling ${\displaystyle b}$ értékére 0,353 Å-öt javasolt az eredeti egyenletben:

${\displaystyle d_{1}-d_{ij}=0,353~{\text{ln}}s_{ij}}$

A kötésrend fenti definíciója némileg alkalomszerű, és csak kétatomos molekulákra alkalmazható egyszerűen. A Hückel-féle molekulapálya-elmélet egy másik megközelítést kínál a kötésrend megállapítására, amely a molekulapályák együtthatóin alapul. Mivel az elmélet felosztja a kötéseket egy szigma- és egy pi-keretrendszerre, a Hückel-definíció csak az egy síkon fekvő, delokalizált π-kötéssel rendelkező molekulákra alkalmazható. Ha 1-es kötésrendet feltételezünk a szigma-komponensnek, akkor a benzol kötésrendjére 1,67-es összesített (σ + π) értéket kapunk a gyakran említett 1,5-tel szemben. Ez némi félreérthetőséget jelez a kötésrend definícióját illetően. A standard, kvantummechanikai alapokon nyugvó definícióról hosszú viták folytak.^[6] 2017-ben publikáltak egy átfogó módszert a kötésrend kiszámolására kvantumkémiai kalkulációk alapján.^[7]

Jegyzetek

1. bond number, A kémiai terminológia kompendiuma – Arany könyv (internetes kiadás). International Union of Pure and Applied Chemistry
2. Dr. S.P Jauhar. Modern's abc Chemistry
3. Organic Chemistry, 2nd, Oxford University Press, 91. o. (2012. november 4.). ISBN 978-0-19-927029-3
4. Inorganic Chemistry, 4th, Prentice Hall, 35-37. o. (2012). ISBN 978-0-273-74275-3
5. Bruce Averill and Patricia Eldredge, Chemistry: Principles, Patterns, and Applications (Pearson/Prentice Hall, 2007), 409.
6. bond order, A kémiai terminológia kompendiuma – Arany könyv (internetes kiadás). International Union of Pure and Applied Chemistry
7. (2017) „Introducing DDEC6 atomic population analysis: part 3. Comprehensive method to compute bond orders”. RSC Adv. 7 (72), 45552–45581. o. DOI:10.1039/c7ra07400j.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Bond order című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

• Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap