химический каталог




Химическая связь

Автор Дж.Маррел, С.Кеттл, Дж.Теддер

лентных схем будут неправильны, если химическая интуиция подсказала неправильный ответ. Но часто ценны как раз те расчеты, результаты которых опровергают химическую интуицию.

В противоположность сказанному выше в методе молекулярных орбиталей не делается никаких предположений о способе спаривания орбиталей в молекуле: для заданной молекулярной геометрии он определяется из результатов расчета путем анализа порядков связей и заселенностей перекрывания (см. гл. 9).

Наиболее стабильные молекулы можно описать одной-един-ственной валентной структурой, и, следовательно, должен существовать способ отобразить ее одной-единственной волновой функцией метода валентных схем. Однако чтобы сделать это, необходимо ввести в теорию химической связи два новых понятия. Одно из них — это концепция валентного состояния атома и второе — гибридизация орбиталей. Гибридизация уже была рассмотрена в рамках метода молекулярных орбиталей, однако она будет рассмотрена также и в методе валентных схем, так как именно здесь она и была впервые введена.

13.2. Валентные состояния и гибридизация

Эти понятия очень хорошо можно проиллюстрировать на примере химической связи в соединениях углерода, но в равной мере подошел бы любой другой атом, за исключением водорода и щелочного металла. Наинизшая по энергии конфигурация атома углерода ls22s22p2. В ней неспаренными могут быть лишь два спина 2р-электронов. Исходя из этой конфигурации и метода валентных схем, следует ожидать, что углерод двухвалентен и угол между связями близок к 90°. Это было бы следствием связывания 2р-электронов, например одного на 2рх- и второго на 2р1Горбиталях с неспаренными электронами атомов, участвующих в химической связи. Углерод редко проявляет связь такого типа. Одним из примеров двухвалентного углерода является соединение CF2 (угол между связями 105°), которое обладает достаточным временем жизни для исследования его микроволнового спектра.

Углерод в своих соединениях почти исключительно четырехвалентен, а в методе валентных схем четыре ковалентные связи могут быть образованы лишь в том случае, если сначала расспа-рить спины двух электронов на 2$-орбитали. С минимальной затратой энергии это можно сделать путем промотирования электрона с 25-подоболочки на 2р-подоболочку, что даст электронную конфигурацию ls2s2p3. Теперь все электроны на 2р-орбита-лях и электрон на 25-орбитали могут иметь неспаренные спины.

Чтобы промотировать электрон с 2з-орбитали на 2р-орбиталь, необходимо значительное количество энергии. Из атомной спектроскопии известно, что оно составляет по крайней мере 400 кДж-моль"1. Однако эта энергия может быть скомпенсирована тем, что атом приобретает способность к образованию еще двух связей. Например, энергия СН-связи сама составляет ~400 кДж-моль-1, так что имеется вполне достаточное количество энергии для компенсации энергии промотирования электрона.

В гл. 11 было показано, что наинизшая по энергии конфигурация атома углерода приводит к спектроскопическим термам 3Р, lD и lS. Возбужденная конфигурация ls22s2p3 также приведет к ряду термов (55, 35, 3Р, 1Р, 3Д lD), из которых наинизшей энергией будет обладать терм 55. Однако химическую связь в соединениях углерода нельзя описать одной схемой валентных связей, основанной на терме 5S, поскольку это означало бы, что имеются три связи одного типа (образованные 2р-орбиталями), а четвертая связь отличается от них (и образована 2s-op6n-талью). Из химических и спектроскопических данных известно, что все четыре связи в молекуле СН4 идентичны. Отсюда заключаем, что состояние атома углерода в СН4 не соответствует определенному спектроскопическому состоянию (терму), а должно быть смесью спектроскопических состояний. Более того, эта смесь не обязательно ограничена состояниями одной конфигурации. Такое состояние называется валентным состоянием.

Валентное состояние не есть спектроскопическое состояние и, поэтому, непосредственно не наблюдаемо. Оно представляет собой понятие, введенное для описания природы атома в том состоянии, когда он связан в молекуле, причем эта связь представлена волновой функцией метода валентных схем. Было показано [2], что для атома углерода волновая функция валентного состояния имеет вид

~ [2 УГ (sp3: 5S) + 3 лЩ (sp3: Щ - лД (sp3: lD) +

+ 3(р4: 3Р) - Уз~ (р4: V3"(s2P2: lD)-3(s2p2: 3P)l (13.31)

а ее энергия, которую можно извлечь из данных для составляющих ее спектроскопических состояний, примерно на 670 кДж-моль-1 выше энергии основного состояния атома углерода.

Изложение способа нахождения волновой функции валентного состояния, например (13.31), выходит за рамки данной книги, отметим, однако, что для этого следует, в частности, конкретизировать тип орбитали атома, взятой для образования двухэлектронных связей, что и приводит к концепции гибридизации.

Чтобы структура валентных связей для СН4 соответствовала четырем эквивалентным СН-связям, четыре электронные орбитали, служащие для образования связей парами электронов, должны быть эквивалентны. Можно образовать комбинации

страница 106
< 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

Скачать книгу "Химическая связь" (3.31Mb)


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

 

 

Реклама
stone corner new fs25
ns 130 r датчик купить
jacob delafon сантехника
железный аргумент стеллажи

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
(21.01.2017)