ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение и свойства химических соединений из "Курс неорганической химии" Соединения рассмотренных до сих пор эледхентов построены, как правило, очень просто. Металлы главных подгрупп I и II групп периодической системы образуют преимущественно соли или солеобразные соединения, т. е. соединения, по своей структуре соответствующие солям. Подлинные соли построены из полонштельных и отрицательных ионов. Поскольку при этом речь идет об ионах, по своему строению подобных атомам инертных газов, т. е. обладающих такими же электронными конфигурациями, как и инертные газы, то образованные ими соединения состава АВ или АВг, как было показано на ряде примеров, обладают большей частью очень простой структурой. Все рассмотренные до сих пор соли и солеобразные соединепия очень близки по свойствам, если только не учитывать их различную растворимость. Соединения металлов главных подгрупп I и II групп, не имеющих солеобразного характера, т. е. их гомеополярные соединения, также построены очень просто и состоят из двух- или трехатомных молекул — АВ или АВг,— в которых атомы связаны менаду собой парой валентных электронов. Соединения этого типа мало различаются по своим свойствам и поведению. Из рассмотренных до сих пор соединений только в отдельных случаях встречались такие, например, гидриды бериллия и магния, которые по своим свойствам и поведению не укладывались полностью в эту простую схему. [c.287] В то же время соединения, рассмотрению которых будут посвящены следующие главы, проявляют в своих свойствах и поведении чрезвычайное многообразие. Этим веществам присущи, помимо уже ранее рассмотренных, также и другие типы связи, причем следует указать, что их свойства и поведение определяются не только составом, но и в значительной степени строением. Поэтому, прежде чем приступить к рассмотрению элементов следующих групп периодической системы и их соединений, необходимо остановиться на зависимости между строением и свойствами веществ. Исследование этой зависимости является одной из важнейших задач химии, ибо познание ее позволяет варьировать желаемым образом свойства веществ, изменяя их состав, или каким-либо иным образом предсказывать существование, поведение и условия, при которых можно получить не известные еще соединения и путем систематического синтеза создавать вещества с желаемыми свойствами. В то время как в органической химии такие задачи успешно разрешаются уже в течение многих лет, в неорганической химии лишь начинаются исследования, направленные к достижению этой цели. [c.287] Гетерополярная связь обусловлена силами притяжения, которые действуют между противоположно заряженными ионами. Величина этих сил, если рассматривать ионы как шары, на поверхности которых равномерно распределены заряды, определяется по закону Кулона (ср. стр. 97). Эти силы могут значительно возрастать при искажениях, сдвигах в распределении зарядов (деформация, поляризация, стр. 143 и 218). [c.288] На рис. 65 кривая II показывает зависимость потенциальной энергии двух атомов И, связанных между собой гомеополярной связью, от расстояния между ними, рассчитанного на основе квантово-механических представлений. Для сравнения на рисунке приведена кривая I, отражающая изменение потенциальной энергии молекулы Нг, построенной из противоположно заряженных ионов Н и Н . Кривая рассчитана на основе закона Кулона с учетом сил отталкивания между ионами, проявляющихся при очень сильном сближении. Из рис. 65 видно, что минимум энергии на этой кривой лежит намного выше, чем минимум энергии на кривой II, так что стабильной оказывается молекула На, построенная из атомов, а не из ионов. Как уже было отмечено ранее (см. стр. 139 и сл.), гомеополярная связь осуществляется путем спаривания электронов. [c.289] Из теории металлического состояния известно (см. т. II, гл. 1), что в веществах с металлическим типом связи между положительно заряженными атомами более или менее подвижно располагаются оторвавшиеся от них влектроны. [c.289] Вандерваальсовым называют такой тип связи, который основан на силах, вызывающих отклонение газов от законов идеального состояния и их ожижение при достаточном понижении температуры. Так как эти силы действуют между валентнонасыщенными в обычном смысле молекулами, то такие связи называют также межмолекулярными связями . [c.289] В химических соединениях перечисленные выше типы связей часта проявляются не в чистом виде появляются промежуточные формы, которые не соответствуют строго ни одному из этих типов связи. [c.290] например, потенциальная кривая (см. рис. 65) для ионной молекулы А+В лежит немного выше потенциальной кривой для атомной молекулы А В, то, как это следует из квантовой механики, возможность перехода в ионное состояние значительно повышает стабильность атомной молекулы, т. е. упрочняет связь . Если, наоборот, ионная связь стабильнее, чем атомная, то возможность перехода молекулы в атомное состояние также будет способствовать ее упрочению. Долю, которую ионное состояние вносит в общую энергию связи, обозначают, согласно Малликену (1936), как ионность соответствующей связи. [c.290] В качестве чисто гетерополярных следует рассматривать такие связи, ионность которых практически составляет 100%, а в качестве чисто гомеополярных — связи, ионность которых близка к нулю. Все молекулы, обладающие дипольными моментами, заметно отличающимися от нуля (см. стр. 310), имеют и заметно отличающуюся от нуля ионность связи. [c.290] Промежуточные формы суш,ествуют не только между гетерополярной и гомеополярной связями, но и между указанными связями и металлическим типом связи. [c.290] Вандерваальсовы силы в принципе существуют всегда. Но если одновременно с ними действуют другие валентные силы, то они, как правило, полностью перекрывают вандерваальсовы, которые поэтому обычно пе обнаруживаются. Целый ряд водородсодержаш их соединений — прежде всего такие, которые имеют водород, связанный с кислородом или азотом,— проявляют особенно сильную склонность к ассоциации, приводящей к тому, что эти соединения ассоциированы в значительной степени не только в жидком состоянии, но также и в растворе в индифферентном растворителе и даже в газовом состоянии. Связь, на которой основано объединение простых молекул этих соединений в ассоциированные молекулы — так называемые сверхмолекулы , обозначается как связь, обусловливаемая водородными мостиками или просто водородная связь. Водородные мостики могут связывать не только одинаковые, но и различные молекулы. На этом основано, например, взаимодействие НгО и КНз, а также, вероятно, связывание воды щавелевой кислотой в гидрат щавелевой кислоты. [c.290] Из того, что явление мезомерии было первоначально рассмотрено на примере бензола, не следует делать заключение, что оно присуще главным образом органическим соединениям. Мезомерия очень часто встречается и среди неорганических веществ, за исключением чисто солеобразных. [c.292] Кроме этих шести мезомерных форм, соответствующих формуле II, и двух, соответствующих формулам I и III, необходимо учитывать еще четыре промежуточные формы между I и II с рдной двойной связью и тремя простыми связями и четыре промежуточные между II и III с тремя двойными связями и одной простой. Таким образом, для [SOj - HOHa всего получается 16 форм, мезомерию между которыми следует рассматривать как вероятную. К этому добавляется еще возможность резонанса между формами с чисто гомеополярными связями, т. е. такими формами, в которых валентные электроны равномерно распределены между связанными атомами и формами, в которых атомы в известной степени противоположно заряжены, так как электроны, посредством которых осуществляется связь, теснее связаны с одними атомами, чем с другими. [c.292] Структура и строение. Свойства веществ определяются массами и зарядами ядер атомов, из которых они построены, пространственным расположением атомных ядер и типом связи, существующим между атомами в молекулах этого вещества. Массы атомов (за исключением водорода — дейтерия) существенны только для очень немногих свойств веществ, в первую очередь для удельных весов. Большинство свойств зависит в основном только от пространственного расположения атомных ядер и от числа и состояний электронов, которые в конечном счете опять-таки определяются зарядами ядер. Закономерность в расположении атомных ядер в веществе называют его структурой. От структурных данных отличают данные, относящиеся к электронным состояниям молекул (распределение электронов у различных атомов, характер их взаимодействия или тип связи, пространственное расположение связей) эти результаты рассматривают как данные о строении молекул. [c.293] Теория резонанса была подвергнута в советской литературе критике, и было показано, что понятие энергии резонанса и электронного резонанса является результатом неправильной трактовки приближенных квантово-механических методов расчета молекул и не отражает их реального строения. [c.293] Сведения о строении, если они являются исчерпывающими, всегда содержат сведения о структуре. Но во многих случаях в неорганической химии данным о пространственном расположении атомов или ионов, участвующих в образовании соединения, придается подчиненное значение по сравнению с данными о характере связи между его отдельными частями. Поэтому часто удовлетворяются неполными сведениями о строении, отражающими только взаимное расположение составных частей молекулы, как, например, в обычных формулах строения комплексных соединений. Формула K2[Ni( N)4] свидетельствует лишь о том, что четыре группы N связаны с никелем и что образовавшийся таким образом комплекс электровалентно связан с двумя ионами калия. Какова природа связей между Ni и N — гетерополярная она или гомеополярная, как группы N в комплексе расположены около Ni (тетраэдрически или плоско), как ионы К+ в кристалле этого соединения располагаются между ионами [Ni( N)4] — на все эти вопросы такая формула не дает ответа . Вообще в случае комплексных соединений в огромном большинстве случаев полные структуры их еще не известны. Однако для многих неорганических соединений известны их структуры, хотя их строение полностью еще не выяснено. [c.294] Влияние структуры на свойства веществ проявляется, например, при полиморфных превращениях вследствие зависимости свойств веществ от особенностей модификаций, в которых они существуют. Особенно отчетливо выражено это влияние в случае алмаза — графита. Здесь изменение структуры сопровождается существенным изменением типа связи (см. ниже). Значительное влияние типа связи на свойства иллюстрируется примером иодид цезия — -латунь (Zn u). Оба соединения обладают совершенно одинаковой структурой, но в свойствах у них нет ничего общего. Сравнительно простые соотношения между структурой и свойствами могут быть установлены для силикатов (ср. стр. 479). [c.294] Вещества, обладающие одинаковым составом и структурой и одинаковым числом электронов, но различающиеся расположением электронов, называют электромерами (сокращение от электроизомеры ). Обычно из различных мыслимых электромерных форм существуют только наиболее стабильные. Если имеются различные формы, энергетически не отличающиеся или мало отличающиеся от наиболее стабильной, то тогда наиболее стабильным оказывается промежуточное состояние, возникающее вследствие резонанса между отдельными формами. Следовательно, возникает явление мезомерии. [c.294] Имеется, однако, много случаев, когда вещество существует в различных формах, не резонирующих между собой и не склонных к взаимному превращению (см. т. II, гл. 18). [c.294] Вернуться к основной статье