химический каталог




Органическая химия

Автор О.Я.Нейланд

ОВОЙ ОРГАНИЧЕСКОЙ химии

Классическую теорию дополнила квантовая химия, которая основывалась на новых открытиях физики о двойственной. (корпускулярной и волновой) природе электрона. Была создана механика

?t/)vf=0.

микромира — волновая механика. Э. Шредингер (1926) вывел уравнение, связывающее волновую природу движущейся материальной частицы с ее пространственными координатами и энергией:

а'гр а;ч.1

В уравнении Шредингера ip является волновой функцией электрона. Ее физический смысл: 1|> (х, у, г) является функцией от пространственных координат, ее квадрат 1рг характеризует вероятность нахождения электрона в данной точке пространства; Е — полная энергия электрона; U — потенциальная энергия.

Решение уравнения дает значение энергии электрона Е (собственные значения) и выражения для волновой функции ij> (собственные функции). При решении уравнения для электрона в атоме водорода получается целый ряд возможных значений Е, характерных для электрона. Каждому значению Е отвечают свои выражения длялр игр'2, а следовательно, и область пространства, где вероятность нахождения электрона наибольшая. Так мы получаем представление о различных состояниях электрона (различных электронных орбиталях) в атоме (атомарных орбиталях АО). Ими являются известные нам из неорганической химии состояния s, р, d (s-, р-, d-орбитали и электроны). Эти состояния резко отличаются друг ох друга своими энергиями и конфигурацией той части пространства, где вероятность нахождения электрона наибольшая.

Для s-состояния (s-орбитали) характерна симметрия шара (рис.5). В отличие от радиуса атома водорода 0,058 нм, рассчитанного Бором, здесь граница поверхности шара находится на расстоянии 0,14 нм от атомного ядра (поверхность шара ограничивает ту часть пространства, в которой вероятность нахождения электрона составляет 90%).

+ У

Рис. 6. р-Обитали

Для р-состояния (р-орбитали) характерна цилиндрическая симметрия. Имеются три р-состояния — рх, ру, р2 (рис. 6).

поэтому различают + и — части. В схемах р-орбитали часто изображаются знаком J .

Имеется 5 d-состояний, характеризующихся своеобразными очертаниями пространства орбиталей.

Зная состояния электронов в атоме и их энергии, можно изобразить схемы распределения электронов (рис. 7).

Как в результате развития квантовой химии изменились представления об образовании химической связи? Классическая теория

%\ 2Р„ V

111 и 1

Н С N и.т.л.

Рис. 7. Схема распределения электронов в атомах

объяснила образование химической связи взаимодействием электронов атомов, в результате чего снижается энергия системы и частицы удерживаются вместе. Используя уравнение Шредингера, можно доказать это снижение энергии системы при взаимодействии электронов.

Чтобы охарактеризовать химическую связь при помощи уравнения Шредингера, необходимы некоторые исходные постулаты- Во-первых, нахождение электрона в химической связи (в простейшем случае между двумя атомами) или, в общем случае, в молекуле характеризуется молекулярной волновой функцией электрона — молекулярной орбиталью (МО). Эти молекулярные орбитали подобны атомным орбиталям электрона, только относятся к нескольким атомам одновременно. Если АО характеризует нахождение электрона в силовом поле ядра атома, то МО характеризует нахождение электрона в силовом поле двух или более ядер.

Во-вторых, МО выражается функцией от АО (базисных функций). Для расчета МО используют несколько приближений. Так, например, используют принцип линейной комбинации АО (ЛКАО). Для двухатомной молекулы

где ipi и т|)2 есть АО, a Ci и с2 — коэффициенты (собственные векторы), характеризующие долю каждой АО в МО. Вначале Ci и с2 неизвестны. Выражение для if подставляют в уравнение Шредингера и решают его, используя принцип минимизации энергии. Для двухатомной молекулы получаются две МО с различными энергиями — меньшей и большей по сравнению с исходным состоянием.

На рис. 8 изображены низкорасположениый уровень энергии — связывающая орбиталь, уровень энергии исходного состояния (АО) и высокорасположенный уровень энергии — разрыхляющая орби32

2 X: 517

33

таль. Электроны в химической связи размещаются на связывающей

МО. Как АО, так и МО характеризуются энергией орбитали, которая является наименьшей для связывающей МО (значения энергии

имеют знак «минус», а абсолютная величина энергии связывающей

АО мо АО М° больше энергии АО).

/—^ Разрыхляющая орбиталь Энергия орбиталей харак/ \ теризуется энергией иониt / \-|— Уровень энергии зации (потенциалом иониП \ / I ИСХОДНОГО СОСЮЯНИЯ -„ \ 4 „

\ / зации), соответствующей

NjJ-/ Свя3ывающая орбиталь т°й энергии, которую Heft обходимо приложить к моРис. S. Сравнительные энергии орбиталей лекУле. чтобы удалить

электрон от химической связи в бесконечность. Энергия ионизации равна энергии орбитали, взятой с обратным знаком. Отрывать электрон от связывающей МО химической связи труднее, чем от АО соответствующего атома.

Из решения уравнения Шредингера следуют также сведения о конфигурации той части пространства, которая соответствует МО и в которой вероятность нахождения электрона равна 90%. В зависимости от типа комбинирующихся АО получаются различные

и + и<^г иш 0 + © Рис. 9. Образование сг-связи (<т* — разрыхляющая~сГорбиталь)

МО. Одна из возможных МО обладает цилиндрической симметрией и называется о-орбиталью или о-связью. Она образуется при комбинации по оси х двух s-орбиталей, s- и рх- или р*- и р^-орбиталей. На рис. 9 изображена комбинация s-орбиталей (изображена только связывающая орбиталь). Разрыхляющая а-орбиталь обозначается о*.

Второй возможной МО является орбиталь с плоскостной симметрией. Такие МО могут образоваться при комбинации по оси х орбиталей рд и ру или рг и рг (рис. 10). МО этого типа называются я-орбиталями или я-связями. Для них характерна узловая плоскость, волновая функция меняет знак при переходе из одной части в другую.

В разрыхляющих орбиталях имеется узловая плоскость между атомами, поэтому нахождение электронов в этих орбиталях не вызывает силы связывания.

В органических соединениях а-связи встречаются наиболее часто. Между атомами первой образуется а-связь. В структурных формулах она обозначается одной черточкой, например С—С. Если создаются условия для образования второй связи между атомами, то ею может быть только я-связь. Обе связи в формулах обозначаются черточками, например С=С. Третья связь тоже может быть только я-связью. Все три связи в структурных формулах обозначают черточками, например С в С.

Рассмотренные выше теоретические рассуждения весьма трудно применять к углеродному атому, Несмотря на то что он имеет и е-эквивалентные орбитали (две р-орбитали и одну s-орбиталь с двумя электронами), в большинстве насыщенных соединений углеродный атом образует четыре одинаковые #гъ я-з и.

Это противоречие разрешают при помощи гипотезы о гибридизации. Принимается, что из нескольких АО с различной энергией и

t

34

tJ

с с*

Рис. 11, Распределение электронов

страница 11
< 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

Скачать книгу "Органическая химия" (10.88Mb)


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

 

 

Реклама
Jacques Lemans Sports 1-1695C
очаг panoramic 25fx
fissler
спектакль жениться вам надо барин

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
(18.01.2017)