Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Харгиттаи И. -> "Симметрия глазами химика" -> 40

Симметрия глазами химика - Харгиттаи И.

Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика — М.: Мир, 1989. — 496 c.
ISBN 5-03-000276-6
Скачать (прямая ссылка): xagita.djvu
Предыдущая << 1 .. 34 35 36 37 38 39 < 40 > 41 42 43 44 45 46 .. 140 >> Следующая

-F
F
Рис. 3-51.
Конфигурация молекул OPF3 и OClF3.
144
Глава 3
Mo.'ickv.m.i. их форма и i соме i рическос строение
145
и именно эти электроны принимают участие в образовании химической связи. Химическая связь осуществляется парой электронов, для образования которой каждый из участвующих атомов дает по одному электрону. Эта электронная пара называется связывающей. В валентной оболочке атома могут быть также другие электронные пары, не участвующие в образовании химической связи и целиком принадлежащие только этому атому; такие пары электронов называются неподеленными. Вышеприведенный постулат обращает внимание на то, что для геометрии молекулы одинаково важны обе электронные пары - связывающие и неподеленные. В согласии со сказанным, эта модель называется «отталкиванием электронных пар валентной оболочки» или моделью ОЭПВО *. Ее основное положение формулируется следующим образом: координация связей атома А в молекулах АХ„, а следовательно, и геометрия этой молекулы таковыт-что валентные электронные пары располагаются на максимальном расстоянии друг от друга, т.е. так, если бы они взаимно отталкивались. Таким образом, получается, что электронные пары занимают в пространстве вокруг атома вполне определенные места в соответствии с концепцией локализованных молекулярных орбиталей.
Если допустить, что, находясь в молекуле, центральный атом сохраняет сферичность своей валентной оболочки, то все его электронные пары расположатся на равных расстояниях от ядра центрального атома. В таком случае возникнут следующие координации, при которых расстояния между электронными парами будут максимальны:
Число валентных Координация электронных пар
2 линейная
3 правильный треугольник
4 тетраэдр
5 тригональная бипирамида
6 октаэдр
В случае сферической симметрии каждую электронную пару можно представить в виде точки на поверхности шара. Далее, если соединить прямыми линиями эти точки, то возникнут указанные координации, как показано на рис. 3-52. Из трех многогранников, фигурирующих на рис. 3-52, только два-тетраэдр и октаэдр - являются правильными. Тригональная бипирамида не удовлетворяет условию правильности, поскольку ее ребра и вершины неэквивалентны, хотя шесть ее граней и состоят из правильных треугольников. Кстати, тригональная бипирамида - не единственное решение для задачи о пяти точках на сфере. Другим решением, которое энергетически только незначительно менее выгодно, является конфигурация квадратной пирамиды, а также многочисленные
* В англоязычной литературе эта модель имеет сокращенное название VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion).- Прим. перев.
Рис. 3-52.
Формы молекул, которые следуют из модели «точечные заряды на сфере».
промежуточные формы между тригональной бипирамидой и квадратной пирамидой.
Отталкивание, которое служит основой модели ОЭПВО, можно выразить в виде члена потенциальной энергии:
где К-постоянная, г0 - расстояние между точками / и у, а показатель п велик для сильного отталкивания, или «жесткого» взаимодействия, и мал для слабого отталкивания, или «мягкого» взаимодействия. Накопленный материал [63] свидетельствует о том, что п гораздо больше, чем в случае простого кулоновского взаимодействия. В действительности, если п > 3, то результаты становятся практически нечувствительными к истинной величине показателя. Это обстоятельство можно считать большой удачей, поскольку точное значение п не известно. Именно эта нечувствительность к выбору определяет широкую применимость модели ОЭПВО.
3.7.5.1. Аналогии. Легко представить себе следствия, вытекающие из модели ОЭПВО, в трехмерном пространстве и одинаково легко найти их проявления в реальной действительности. Для этого достаточно надуть несколько воздушных шаров, которыми забавляются дети [64]. Результирующие координации из двух: трех, четырех, пяти и шести шаров, связанных у оснований, показаны на рис. 3-53. Очевидно, что форма и симметрия отдельных связок определяются пространственными требованиями самих взаимно отталкивающихся шаров. Не составляет большого труда заметить, что два шара образуют линейную конфигурацию, три-плоский треугольник, четыре - правильный тетраэдр, пять-триго-нальную бипирамиду, а шесть-октаэдр. Таким образом, здесь воздушные шары играют роль валентных электронных пар.
Другая прекрасная аналогия с моделью ОЭПВО, которую можно найти в природе в готовом виде, показана на рис. 3-54. Это - зарисовки грецких орехов (см. [65]). Грозди, состоящие из двух, трех, четырех и пяти орехов, имеют точно такую конфигурацию, какую предсказывает модель ОЭПВО для валентных электронных пар, т. е. то же, что было и в
Ю-1553
46
Плана 3
Рис. 3-53. /
Связки различного количества воздушных шаров.
Рис. 3-54.
Грозди грецких орехов (рисунок Ференца Лантоша).
случае воздушных шаров. Одинаковые орехи размещаются так, чтобы найти наиболее выгодную конфигурацию, одновременно учитывающую потребности в пространстве всех участников. Кстати, воздушные шары и грецкие орехи можно рассматривать в виде прообразов «мягких» и «жестких» предметов, со слабыми и сильными взаимодействиями соответственно. Приятно отметить, что их результирующие конфигурации полностью совпадают.
Предыдущая << 1 .. 34 35 36 37 38 39 < 40 > 41 42 43 44 45 46 .. 140 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed