Balentziaz eta lotura kimikoaz (eta II)

Oinarrizko kontzeptuez

Kimikari batzuen ustez, balentziaren teoria, eta hartan oinarritutako egiturarena, ez ziren teoria dotoreak. Itxura ematen zuen atomoen arteko balentzia bidezko konexioak aipatzean atomoen artean “krokadura” moduko helduleku batzuk zeudela, edo bestela, “kola” moduko bat, eta ezkutuan gelditzen zela benetako ideia, alegia, elkarrekin eusten dituena indar natural isotropiko bat dela, grabitatearen handitasuna eta indar elektrikoaren eraginkortasuna daukana.

Frankland kimikariak konexio horiei “loturak” deitzera iritsi zen, baina ez zuen haien deskribapena asko garatu. Bestalde, grabitazioa, itxuraz, baztertu egin behar zen balentziaren eragile gisa, konposatu kimikoen konplexutasun eta egonkortasuna kontuan hartuta; erakarpen elektrikoa ere baztertu egin zen, elementu beraren atomoak elkarrekin lotu zitezkeenetik. Hortaz, bazirudien balentziaren ideia ontzat emateak berekin zekarrela uko egitea afinitate kimikoa ulertzeari indar makroskopiko ezagun batek sortua bezala. Kimikotasun bereziko kontzeptu baten aurrean zeuden, XIX. mendearen amaierako fisikak deskribatu gabe zeukana.

lotura
Irudia: Elementu baten balentzia beste atomo batzuekin konbinatzeko duen gaitasunaren neurketa da, konposatu kimikoak edo molekulak eratzen dituenean. (Argazkia: Anandasandra – erabilera publikoko irudia. Iturria: pixabay.com)

Guztiagatik ere, balentziaren teoria sendo ari zen bidea egiten, garapen teoriko eta esperimental berrien eskutik. Kekulé kimikariaren bentzenoaren ereduaren anomalia ez azalduek ondorioak ekarri zituen. Besteak beste, Lothar Meyer, Henry Edward Armstrong eta F.K. Johannes Thiele kimikariak balentzia-lotura partzial edo lotura zentripetoei buruz hitz egiten hasi ziren. 1874an, J.H. van’t Hoff eta Joseph le Bel balentzia-loturak hiru dimentsiotan aztertzen hasi ziren. Mendearen azken hamarkadan, Alfred Werner-ek balentzia-teoria aldatu bat erabiltzen zuen ―zeinari gehitzen baitzion Svante Arrhenius fisikariaren teoria ioniko berria― zuzen irudikatzen lortzeko koordinazio-konposatuak deituriko zenbait substantzia ez-organikoren molekula osaera.

1897an J.J. Thomson fisikariak elektroiaren existentzia frogatu zuenean, fisikari eta kimikari batzuk berehala ohartu ziren partikula horrek balentzia ulertzeko era berri bat eskain zezakeela. 1904an, Thomsonek berak atomo-teoria bat garatu zuen, eta horren arabera elektroiak atomoaren kanpo-geruzetan higitu ahal ziren. Urte horrexetan, Richard Abegg kimikariak arau askoz esplizituago bat formulatu zuen: “zortziaren araua”. Bat zetorren atomoen balentzietan ikusitako erregulartasun periodikoekin.

Lehen Mundu Gerra bitartean, eta gerraren ondo-ondoren, Walther Kossel fisikaria eta Gilbert N. Lewis kimikaria lotura kimikoaren teoria elektronikoak garatzen hasi ziren, nor bere aldetik; geroxeago Irving Langmuir fisikariak arrakastaz zabaldu zuen kontzeptu hori. Atomo neutroek kopuru berean zituzten elektroiak nukleotik kanpo eta protoiak nukleoaren barruan. Teoria berriaren arabera, taula periodikoaren bigarren eta hirugarren periodoetan –zortzina elementu baitaukate– periodo bakoitzeko atomo-zenbaki handiena duenak elektroi-“zortzikote” bat dauka, egonkorra dena eta loturetan parte hartzen ez duena (gas nobleak). Zortzikote osoak dituzten geruzak baino harago zortzi elektroi baino gutxiagoko geruzak egon daitezke, “balentzia-elektroiak”, alboko atomoekin parteka daitezkeenak lotura kimikoak osatzeko. Horrela, 13 atomo-zenbakia duen aluminio elementua, adibidez, lehen gas noblea den helioa baino hamaika toki harago dago, edo lehen zortzikote osoa (neoiarena) baino hiru toki harago; beraz, aluminioaren balentzia 3 da, hiru elektroi aske dauzkalako partekatzeko kanpoko geruzan.

Langmuirrek bereizi egiten zituen, gainera, lotura “ionikoa” ―non “tokialdatzea” gertatzen baitzen atomo elektropositibo batetik atomo elektronegatibo batera― eta berak “lotura kobalentea” deitzen zuena ―non bi elektroi, lotura osatzen zuten atomo bakoitzeko bat, partekatzen ziren berdintasunez, gutxi gorabehera―. Lehen kasuan, erakarpen elektrostatikoak eusten zien atomoei loturik; bigarren kasuan, “elektrizitateak” hartzen zuen parte, mekanika kuantikoa garatu arte fenomenoa ongi ulertu ez bazen ere.

Bien bitartean, Niels Bohr fisikariak eta bere kolaboratzaileek garatua zuten atomoen egitura elektronikoaren teoria, taula periodikoaren ereduak erabilita. Teoria horrek espektro atomikoak azaltzen zituen, printzipio ez-jarraikiak (kuantikoak) erabilita. Louis de Broglie eta Erwin Schrödinger fisikariek, bakoitzak bere aldetik, egin zuten lanak azalpen teorikoak ematen hasi zen lotura kimikoen hiru dimentsioko izatasun direkzionalaz.

XX. mendeko 20ko hamarraldiaren amaieran eta 30ekoaren hasieran, Walter Heitler, Fritz London eta John Slater fisikariek, Linus Pauling kimikariak eta beste batzuek “balentzia-loturaren teoria” sortu zuten, Erwin Schrödinger eta Werner Heisenberg-ek aldi berean garatutako mekanika kuantiko berriaren aplikazio gisa. Horrek zekarren ondorio bat zen uhin-funtzioak eraiki behar zirela lotura kobalente baten elektroi-pareak Lewisen erara irudikatzeko. Ia aldi berean, Robert Mulliken kimikariak lotura kimikoa ulertzeko teknika mekanokuantiko alternatibo bat garatu zuen, berak “orbital molekularrak” deiturikoetan oinarritua.

Erich Hückel fisikariak bi metodoak aplikatu zizkion ―balentzia-lotura eta orbital molekularra― konposatu aromatikoen arazoari, eta ondorioztatu zuen Mullikenen metodoa hobea zela. Orbital molekularraren metodoak modelo garbiagoa eta asegarriagoa eskaintzen zuela zirudien, eta, ondorioz, Bigarren Mundu Gerraren ondoren bazter utzi zuen balentzia-loturaren eredua, Pauling aurka azaldu bazen ere.

Bai balentzia-loturak bai orbital molekularrak “erresonantziaren” kontzepturantz bideratu dituzte zientzialariak: bentzeno-eraztunaren karbono-atomoen arteko loturak ezin ziren hartu ez lotura bakuntzat ez bikoiztzat, baizik eta halako “hibrido erresonante”tzat, bi egoeren arteko erdibidean. Erresonantziak lortu egin du azaltzea konposatu aromatikoen lotura bikoitzek duten pasibotasun bitxia adizio-erreakzioaren aurrean, eta hedatu egin du “aromatikotasun” kontzeptua konposatu ez-bentzenikoetara.

Guztiagatik ere, kimikariek oraindik modelo teoriko asko sortu beharra dute molekuletan ikusi den jokaera kimikoa azaltzeko.


Egileaz:

Cesár Tomé López (@EDocet) zientzia dibulgatzailea da eta Mapping Ignorance eta Cuaderno de Cultura Cientifica blogen editorea.


Itzulpena:

Leire Martinez de Marigorta

Hizkuntza-begiralea:

Xabier Bilbao

Utzi erantzuna

Zure e-posta helbidea ez da argitaratuko. Beharrezko eremuak * markatuta daude