Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Леше А. -> "Физика молекул" -> 33

Физика молекул - Леше А.

Леше А. Физика молекул — М.: Мир, 1987. — 232 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikamolekul1987.djvu
Предыдущая << 1 .. 27 28 29 30 31 32 < 33 > 34 35 36 37 38 39 .. 75 >> Следующая


Рис. 4.1. Связь в молекуле с образованием восьмиэлектронных оболочек.

Оба вида связи, ионная связь, называемая также гетерополяр-ной, и гомеополярная, подтверждают эмпирически найденное условие насыщения сил связи, из которого следует, что атом не может быть связан с произвольным числом других атомов.

Более общее обоснование эта модель получила, однако, лишь в середине 20-х годов нашего столетия с открытием квантовой механики.

Принцип Паули позволил количественно сформулировать понятие заполненной оболочки: внутри отдельного атома может находиться не более одного электрона, состояние которого задается набором из четырех квантовых чисел: п, I, т, s (микросостояние). Отсюда следует вывод о том, что оболочка, соответствующая главному квайтовому числу п, может содержать не более 2п2 электронов. Для подоболочки, задаваемой азимутальным квантовым числом, далее следует:

s (Z = 0): 2 электрона, р (I = 1): 6 электронов, d (Z = 2): 10 электронов,

/(Z = 3): 14 электронов и т. д.

Действенность этого принципа образования заполненных оболочек, например из восьми электронов (инертный газ по Koc-селю), подтверждается тем, что подавляющее большинство всех молекул, находящихся в самом низком энергетическом состоянии, не обладает постоянным магнитным дипольным моментом.
Это объясняется тем, что в молекулах, содержащих электроны во всех возможных энергетических состояниях, т. е. с четным числом электронов, спиновые и орбитальные моменты взаимно компенсируются. Опыт показывает, что сумма положительных и отрицательных валентностей атома часто равна 8 (правило Абегга). Парамагнетизм обнаруживается лишь в атомах переходных элементов, имеющих незаполненные внутренние электронные оболочки. Отсюда можно сделать далее вывод о том, что в образовании химической связи участвуют лишь внешние оболочки. Радикалы также имеют постоянный магнитный дипольный момент; однако в них еще не использованы все возможные связи. Это еще не «готовые» молекулы, что часто проявляется также в ограниченности их времени жизни.

Волновая механика позволяет рассчитать состояния и энергию электронов в связанных молекулах. При этом гетерополяр-ные и гомеополярные связи являются предельными случаями, а реальные связи — их комбинациями. На это мы уже указывали в разд. 3.3 при сравнении измеренных экспериментально и рассчитанных электрических дипольных моментов. Точный количественный расчет, например, энергии связи возможен, однако лишь в небольшом числе простых случаев. Ведь речь идет о проблеме многих частиц, которая строго аналитически не разрешима. Поэтому необходимо искать приближенные методы, в чем, собственно, и состоит проблема.

Энергия связи, т. е. работа, которую необходимо совершить для разделения взаимодействующих атомов, имеет порядок ве-, личины 4,2-IO5 Дж/моль1) (Н—Н: 4,3168-IO5 Дж/моль; С—С:

6,0290-IO5 Дж/моль, С—Н: 3,3871-IO5 Дж/моль). Следовательно, на одну связь приходится 4,3 эВ, или 6,9-10~!3 эрг. Это значительно больше, чем среднее значение тепловой энергии kT при комнатной температуре или энергия фотона hv в видимой области. По этой причине связанная таким образом молекула при нормальных условиях стабильна. Такого рода связи, образованные в соответствии с упомянутыми выше теоретическими принципами, называют главными валентными связями.

Кроме этих связей между молекулами с заполненными главными валентными связями наблюдаются еще ненасыщающиеся взаимодействия, часто называемые силами Ван-дер-Ваальса, на

4) В литературе с химическим уклоном энергии связи выражаются в килокалориях на 1 моль. При переходе к международной ситеме единиц (СИ) килокалории заменяются джоулями: 1 кал — 4,187 Дж Зная число Авогадро и коэффициент пересчета килокалорий в электронвольты, можно рассчитать «Сергию для одной молекулы: 1 эВ соответствует 23,04 ккал/моль

(1 ккал/моль = 0,0434 эВ).
Теория химической связи

103

один-два порядка более слабые. Эти межмолекулярные взаимодействия определяют, например, образуют ли молекулы при заданной температуре газ, жидкость или молекулярный кристалл. Они имеют отношение к поверхностному натяжению, адгезии и когезии и определяют капиллярные силы. Межмолекулярные взаимодействия играют поэтому большую роль и в биологических процессах.

При теоретическом описании таких взаимодействий возникают большие трудности. Некоторые успехи с количественной точки зрения были достигнуты лишь в последние годы. На качественном уровне можно отметить различные причины образования связей. Так, например, при сближении двух молекул имеет место взаимное отталкивание их электронных оболочек. В результате оболочки деформируются, что является причиной возникновения сил притяжения между молекулами. Такое взаимодействие называют дисперсионным. Между молекулами, обладающими дипольными моментами, т. е. между полярными молекулами, действуют электростатические силы. Ho и между неполярными молекулами могут действовать дипольные силы, а именно если эти молекулы сближаются настолько, что начинают действовать моменты отдельных связей. В неполярных молекулах индуцируются моменты, которые затем вносят вклад во взаимодействие.
Предыдущая << 1 .. 27 28 29 30 31 32 < 33 > 34 35 36 37 38 39 .. 75 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed