Основы органической химии для студентов нехимических специальностей - Тейлор Г.
ISBN 5-03-000281-2
Скачать (прямая ссылка):
Практически определяемая величина относительной атомной массы элемента — это среднее значение, обусловленное распространенностью в природе изотопов (например, хлор состоит из приблизительно 75% изотопа 35С1 и 25% изотопа 37С1, относительная атомная масса хлора — 35,5; аналогично бром состоит из приблизительно равных количеств изотопов 79Вг и 81Вг, относительная атомная масса брома 80).
Электроны находятся в сравнительно большом пространстве вокруг атомного ядра. Довольно часто для наглядности электроны представляют крошечными сферическими телами, движущимися по концентрическим траекториям. Эта концепция совершенно неверна и может ввести в заблуждение, так как предполагает точное определение положения электрона в пространстве в любой момент времени. На самом деле все, чего удается достичь,— это оценить вероятность нахождения электрона в какой-либо части пространства.
В многоэлектронных атомах не все электроны эквивалентны. Прежде всего их можно разделить на группы, называемые уровнями (оболочками) и сильно различающиеся по энергии. Каждый уровень в состоянии вместить различное, строго определенное число электронов. Уровни обычно обозначаются квантовым числом 1, 2, 3 и т. д.**, причем уровень с квантовым числом 1 обладает самой низкой энергией, уровень с квантовым числом 2 — чуть большей энергией и т. д. Многоэлектронный атом можно построить, взяв ядро и заполняя вакантные оболочки электронами из бесконечности (где их энергия равна нулю) приблизительно в таком порядке, в каком заполняется набор выдвижных ящиков, начиная с нижнего. Первые два электрона размещаются на оболочке с самой низкой энергией (п= 1), тем самым занимая ее целиком. Далее заполняется вторая оболочка (8 электронов), третья оболочка (18 электронов) и т. д. до тех пор, пока будет добавлено столько электронов, сколько необходимо, чтобы сделать атом электронейтральным.
Как уже было сказано, первое различие между электронами, находящимися в атоме, связано с тем, что они могут быть расположены на разных уровнях. Но даже в пределах этих уровней электроны не являются эквивалентными, так как уровень в свою очередь делится на орбитали, каждая из которых
* Известны радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем.
** Иногда обозначаются К, L, М, где /С^1, L=2 и т.д.
12
Глава 1
заполняется только двумя электронами и отличается от другой орбитали этого же уровня своей геометрией. Орбиталью можно назвать математически определенную часть пространства, где вероятность нахождения электрона наибольшая.
Энергия
3(18 электронов) 2(8 электронов)
1 (2 электрона)
Сечения s- и р-орбиталей. Вероятность нахождения электрона на орбитали максимальна в наиболее заштрихованной области, с малой вероятностью электрон может находиться и вне этих зон.
Для нас представляют интерес атомные орбитали только первых двух уровней (т. е. первых десяти элементов периодической системы). Это два типа орбиталей, обозначаемые символами s и р. s-Орбиталь имеет сферическую симметрию относительно ядра, а р-орбиталь симметрична относительно проходящих через ядро оси и перпендикулярной к ней плоскости. Орбитали обычно обозначаются цифрой, соответствующей номеру оболочки, и буквой, указывающей на тип атомной орбитали, например 2s, 2р.
плоскость •—симметрии
I
^т-ось
^*«aSF симметрии
2 р
Схематическое изобретение распределения электронов на первых трех энергетических уровнях в атоме.
15
2.S
В атомах водорода и гелия электроны находятся на 1 s-орбитали, которая является единственно возможной на первом уровне, и только она ответственна за образование химических связей. При построении атомов элементов от лития до неона (атомные номера 3—10) первоначально заполняется первый уровень, а затем — вакантные орбитали второй оболочки. В распоряже-
Строение атомов и молекул
13
три 2/?-op5umayiu соотношение 2.S- и 2рх-^2р-
и 2.pz~ орбиталей
нии второго уровня имеются четыре орбитали: одна s и три р. р-Орбитали отличаются друг от друга только ориентацией своих осей симметрии, расположенных взаимно перпендикулярно (см. приведенную ниже схему), эти орбитали обозначаются подстрочным индексом: рх, ру и рг.
Вследствие незначительного различия между энергиями 2s-и 2р-орбиталей первой заполняется 25-орбиталь, а затем — все 2р-орбитали (табл. 1.2). Второй малый период заканчивается неоном, у которого полностью заполнены все орбитали второго уровня.
1.2. Строение молекул
Образование химического соединения из элементов происходит при соединении атомов в группы (молекулы), структура которых индивидуальна для каждого вещества. Остановимся на не-
Таблица 1.2. Электронное строение атомов первого и второго периодов
