химический каталог




Органическая химия

Автор З.Гауптман, Ю.Грефе, Х.Ремане

чески нейтральные частицы, не имеющие магнитного момента, называются молекулами, например Н2, RH, RI. Обладающие магнитным моментом электрически нейтральные частицы называются радикалами, например R. Если электрически заряженные частицы не обладают магнитным моментом, то они называются ионами (катионами или аннонами), например R+ или R~. Наконец, электрически заряженные частицы, имеющие магнитный момент, носят название ион-радикалов (катион-радикалы или анион-радикалы), например RH+\

RH • Поскольку вещества сами по себе электронейтральны, то могут быть построены лишь следующим образом:

?— из молекул, например RH, RY;

— из радикалов, например R«;

?— из катионов и анионов, например R+ CI", R~ Na+.

Дальнейшие рассуждения будут касаться только молекул, поскольку именно из них состоит подавляющее число органических соединений. Образование двухатомной молекулы представляют таким образом, как будто к одному, покоящемуся в какой-либо точке пространства атому из бесконечности приближается второй атом (рис. 1.2.1). При этом на определенном расстоянии в результате взаимодействия валентных электронов высвобождается энергия. Это взаимодействие можно представить таким образом, что между обоими атомами возникают силы притяжения. Однако, начиная с некоторого определенного расстояния, между положительно заряженными ядрами начинают проявлять себя и силы отталкивания. Поэтому потенциальная энергия Епс>т, являющаяся векторной суммой сил притяжения и отталкивания, внаТАБЛИЦА 1.2.1. Названия многоатомных химических частиц 1

Многоатомные химические Нейтральные Заряженные Обладает Не обладает

частицы магнитным магнитным

моментом моментом

Молекула ? О О

Радикал о О

Ион • О о

Ион-радикал о о

чале (при сближении атомов) падает, проходит через минимум, а затем резко возрастает. Таким образом, существует такое расстояние между атомами, которому соответствует минимум потенциальной энергии ?Пот и максимум выделяющейся энергии. Если речь идет о двух атомах водорода, то это расстряние равно 0,74-•Ю-10 м (0,074 нм), а освобождаемая энергия составляет величину 435 кДж-моль-1 = MART. Этот вклад энергии все еще заметно больше RT. При сближении же двух атомов аргона выделяется только 1,25 кДж-моль-1 = 0,5RT. Поэтому молекула Аг2 не может образоваться.

В общем случае границу проводят примерно при 50 кДж-моль-1. Если при образовании двухатомной молекулы из атгомов выделяется энергия больше этой величины, то между обоими атомами существует химическая связь. Выделяющаяся при этом энергия называется энергией связи, а расстояние между атомами — длиной связи. Поскольку для разрыва связи между атомами требуется такое же количество энергии, то ее называют энергией диссоциации связи. В многоатомных молекулах эти отношения сложнее (см. раздел 1.5.2). В общем случае считается, что связь тем прочнее, чем больше величина энергии связи. Энергия большинства связей лежит в пределах 400—600 кДж-моль-1 (табл. 1.2.2), причем наиболее прочной является тройная связь N==N с энергией 946 кДж-моль-1 (о методах экспериментального определения энергии связи см. раздел 1.5.2). При образовании многоатомных молекул из атомов в первом приближении энергии образования отдельны связей, взятые из табл. 1.2.2, можно складывать. Например, при образовании СНз-радикала из атома С и трех атомов и .освободится 3-415» « 1245 кДж-моль-1, а при аналогичном образовании молекул СН4 — энергия, равная 4-415 « 1660 кДж-моль-1 [1.2.1].

В многоатомной молекуле возможно, кроме того, взаимодействие атомов, не связанных между собой химической связью. Подобные несвязные взаимодействия сильно зависят от пространственной структуры частицы, энергия таких взаимодействий по большей части- меньше 50 кДж-моль-1. То же относится и к взаимодействию между молекулами (межмолекулярным взаимодействиям).

В сущности этими рассуждениями можно было бы и ограничиться. Классические структурные формулы дают строение отдельной химической частицы, которая или которые (катион + анион) и составляют соединение. Такая формула хорошо передает вид и число атомов и связывающих их связей. С помощью данных таблицы 1.2.2 можно на основе этой формулы оценить, какая энергия выделилась бы при образовании данного соединения из атомов в газовой фазе. Тем не менее оказалось, что значительную часть свойств органических соединений можно объяснить, только привлекая теории химической связи. Природа химической связи пока еще полностью не выяснена [1.2.2]. Ниже дается краткое изложение существенных для органической химии важнейших теоретических представлений, а также излагается качественное их применение для объяснения свойств некоторых классов соединений. В заключение разбираются несвязные и межмолекулярные взаимодействия.

1.2.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МО

(МАЛЛИКЕН, ХУНД, ХЮККЕЛ 1927—1931 гг.)

1.2.1.1. АТОМНЫЕ ОРБИТАЛИ v

Молекулярные орбитали ? (МО) образуются из атомных орбиталей (АО). Атомная орбиталь выражается через собственную функцию (волновую функцию) ib элекрона в пространстве, т. е. в зависимости от координат х, у и г, причем ядро атома находится в начале системы координат. Простейшим примером является атом водорода. Его АО определяются из независимого от времени уравнения Шредингера (1926 rf):

v (Гоп + Von) Ф = ?ф

где Топ — оператор кинетической энергии электрона:

Т°п 8mn2

h2 ( дг д2 д2

\дх2 т ду2 ^ дг2 )

m—масса электрона.

Von — оператор потенциальной энергии электрона. Для случая атома водорода имеем:

Т/оп==_?где е — элементарный заряд; г—расстояние между протоном и электроном.

В принципе параметр Е, представляющий полную энергию атома Н, может принимать любые значения. Однако математическое свойство подобного уравнения в частных производных таково, что функция г|э имеет одно или несколько действительных (собственных) решений лишь для строго определенных так называемых собственных значений Е. Таким образом, для построения АО необходимо решить .уравнение Шредингера, т.е. найти значения функции ib, удовлетворяющие уравнению для собственных значений Е. Тогда появляется возможность вычислить значения tb для любых точек х, у и z вблизи атомного ядра.

Физически функция ф представляет собой амплитуду стоячей волны, причем ее знак может быть положительным или отрицательным. ?ф2 — всегда положительна, она соответствует вероятности нахождения электрона в данной точке пространства и дает, таким образом, плотность электронного облака в данной точке. На рис. 1.2.2 даны графические изображения некоторых АО атома водорода. Главное квантовое число и указывает число узловых поверхностей, считая и внешнюю ограничивающую оболочку. Таким образом, и является приблизительной мерой энергии Е и размеров АО. Это значит, что энергия АО растет вместе с числом узловых поверхностей. Побочное квантовое число I определяет форму АО. Так, / = 0 означает, что электронное облако имеет шаровую симметрию, узловая поверхность представляет собой сферическую оболочку (s-AO). АО, имеющие /= 1, называются р-АО и имеют ось симметрии; АО при 1 = 2 на

страница 17
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237

Скачать книгу "Органическая химия" (28.0Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
лавочки парковые
печать на самоклеющейся виттринной пленке
прайс на обслуживание мультизональных систем кондиционирования
аренда видеопроектора

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(25.11.2017)