ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химическая связь из "Химия жизни" Физические законы, установленные при исследовании явлений макромира, т. е. в результате наблюдений над крупными объектами, состоящими из многих миллиардов атомов и молекул, оказались не в состоянии отразить все особенности поведения электронов и ядер в отдельно взятом атоме или молекуле. [c.24] Форма облака 8-электрона—сферическая гантелеобразные облака р-электронов могут быть расположены вдоль осей координат х, у, г. На рисунке показано только одно из пяги возможных облаков -электронов. [c.25] Совокупность законов, которым подчиняются явления микромира, т. е. мира атомных масштабов, составляет содержание квантовой механики и ее приложений, в частности квантовой химии. Наиболее важным открытием в этой сравнительно очень молодой области физики было утверждение принципа неопределенности смысл его заключается в том, что одновременно нельзя определить с любой степенью точности две характерные (сопряженные) для состояния частицы величины. Так, если мы определяем все более и более точно положение электрона, то все менее и менее точным делаются данные о величине его импульса. Импульс и координата электрона — сопряженные величины. Если же мы пожелаем иметь очень точные данные о значении импульса электрона, то его координата, т. е. местонахождение, станет довольно неопределенным — электрон, как говорят, размажется по пространству. [c.25] Плотность облака очень резко спадает по мере удаления от ядра, и поэтому можно с известным приближением говорить о форме электронного облака. В зависимости от ряда характерных для движения электрона величин (квантовых чисел) облако может иметь форму сферы (х-электроны), форму напоминающую гантель (р-электроны), или еще более сложную розеткообразную конфигурацию (с -электроны, рис. I). [c.26] Взаимодействие электронов разных типов приводит к явлению гибридизации, которое выражается в образовании электронных облаков, имеющих форму промежуточную (или гибридную — смешанную) между формами названных типов. Так, гибридизация облаков типа з м р (хр-гибридизация) приводит к возникновению облака, имеющего вид, показанный на рисунке 3. В атоме углерода в частности, могут гибридизоваться одна р- и одна х-орбита, или две р и одна 5 (хр -гибридизация), или, наконец, одна 5 и три р (хрЗ-гибридизация). Последний случай реализуется в молекуле метана, в которой все четыре валентности углерода одинаковы. [c.26] При возникновении между атомами химической связи электронные облака, как говорят, перекрываются , это значит, что имеется большая вероятность найти электрон в пространстве между двумя атомами. Если связь не возникает, то вероятность обнаружить электрон в этой области близка к нулю. [c.26] При перекрытии электронных облаков область наибольшей плотности заряда может расположиться вдоль линии центров (прямой, соединяющей центры атомов) или вне ее. [c.26] Атомы углерода С1, Са, Са, С4 имеют общее электронное облако, это т -связь. Атомы углерода С или Сз одинаково связаны со своими соседями. [c.27] Молекулу бензола поэтому часто изображают, как на рисунке 56, отмечая общим кружком электроны, участвующие в я-сопря-жении. В зависимости от характера распределения электронной плотности вокруг соединенных атомов химические связи относят к тому или иному типу. [c.28] В тех случаях, когда одна частица удерживает электрон гораздо сильнее, чем другая, между ними возникает ионная связь. Так например, анион карбоксила С00 может удерживать катион ЫНз+ — К по типу ионной связи. Если сродство к электрону у обеих взаимодействующих частиц одинаково или различие в значениях сродства невелико, то возникает ковалентная связь (сг- или я-связь). [c.28] Ковалентные связи очень распространены в органических соединениях и в химии клетки — это основной преобладающий тип связи. Примеоами могут служить связи между атомами углерода в цепи С — С — С (С С С), связь водорода с кислородом в группе О Н, связь азота с водородом в аммиаке МНз и т. д. [c.28] При описании электронного состояния сложно построенных молекул указывают не только тип связи, соединяющей те или иные атомы, но электронные заряды, вызванные я-электронным облаком на отдельных атомах. Знание электронных зарядов дает возможность предвидеть, какой именно атом особенно легко будет присоединять электрон или протон, когда молекула вступает в химическое взаимодействие. [c.28] Ковалентные связи образуются двумя электронами, которые после возникновения связи попадают на общую (молекулярную) орбиту (иногда термин орбита заменяют более точным термином орбиталь , обозначающим волновую функцию данного электрона, мы, однако, будем пользоваться прежним термином, вполне приемлемым для нащих целей). [c.28] Двух вполне одинаковых электронов в атоме и молекуле быть не может. Этот закон, найденный Паули (принцип Паули), ограничивает число электронов в электронных слоях атомов и на связях в молекулах. [c.28] Электронная плотность в ковалентной связи распределена вполне симметрично лишь в том случае, если атомы А] и Аг одинаковы, как например в молекуле водорода (рис.б). [c.28] Если атомы разные, то распределение неравномерно и связь оказывается поляризованной. Благодаря поляризации связей и молекула в целом может оказаться поляризованной. Так, наличие в сложных молекулах полярных групп ОН, СО, ННг и других приводит во многих случаях к проявлению полярности и у молекулы. [c.28] Энергия больше, чем энергия исходного состояния Е (связывающие орбиты) энергия Ег меньше, чем исходный уровень. Во втором случае получившееся электронное облако охватывает оба атома и образуется химическая связь. Электроны занимают связывающие орбиты. [c.29] Энергия водородной связи невелика (4—5 ккал моль), но общее действие многих связей весьма значительно. [c.30] Мы далее узнаем, как велика роль водородных связей в поддержании формы молекул белков и образовании сложных двойных спиралей полинуклеиновых кислот. [c.30] Вернуться к основной статье