Квантово-механическая теория ковалентной связи

Исследование природы химической связи и строения молекул развивалось параллельно с изучением строения атома. К началу двадцатых годов были разработаны основы электронной теории химической связи (Льюис, Коссель, Борн). Квантово-механическая теория ковалентной связи развита Гейтлером и Лондоном (1927). Тогда же получили развитие учение о полярной структуре молекул и теория межмолекулярного взаимодействия. [c.19]

Как образование ковалентной связи описывается квантово-механической теорией строения атома Почему перекрывание электронных облаков приводит к образованию химической связи Что удерживает ядра на расстоянии длины связи [c.126]

Метод ВС дал теоретическое объяснение важнейших свойств ковалентной связи, позволил понять строение большого числа молекул. Хотя этот метод не оказался универсальным и в ряде случаев не в состоянии правильно описать структуру и свойства молекул, все же он сыграл большую роль в разработке квантово-механической теории химической связи и не потерял своего значения до настоящего времени в качественном понимании природы химической связи. [c.103]

Теория валентных связей. Теория валентных связей была первой приближенной квантово-механической теорией, использованной для объяснения природы химических связей в комплексных соединениях. В основе ее применения лежала идея о донорно-акцепторном механизме образования ковалентной связи между комплексообразователем и лигандом. [c.375]

Представления о механизме образования химической связи, развитые Гейтлером и Лондоном на примере молекулы водорода, были распространены и на более сложные молекулы. Разработанная на этой основе теория химической связи получила название метода валентных связей (метод ВС). Метод ВС дал теоретическое объяснение важнейших свойств ковалентной связи, позволил понять строение большого числа молекул. Хотя, как мы увидим ниже, этот метод не оказался универсальным и в ряде случаев не в состоянии правильно описать структуру и свойства молекул (см. 45),—все же он сыграл большую роль в разработке квантово-механической теории химической связи и не потерял своего значения до настоящего времени. [c.121]

Квантово-механическая теория молекул позволила выяснить не только природу насыщаемости, но и направленность валентностей. Как выяснилось, в образовании химических связей могут принимать участие электроны (в многоэлектронной молекуле), находящиеся в различных состояниях, т. е. на различных энергетических подуровнях ( , р, , /), а следовательно, и отличающиеся друг от друга формой и распределением электронного облака в пространстве. Это соответственно определяет свойства образуемых ими ковалентных связей. [c.150]

Самым главным явлением в химии, к которому можно подойти таким образом с разных сторон, оказалась химическая связь, а односторонними теориями, дающими при частичных корректировках совпадающие или дополняющие друг друга правильные результаты, оказались электростатические ионные теории и квантово-механические теории ковалентной связи. Эти результаты, конечно, не случайны, они обусловлены тем, что реальные химические связи в большинстве случаев имеют промежуточный характер, т. е. являются ковалентными с той или иной степенью ионности очень редко (в некоторых кристаллах) осуществляется чисто ионная связь и только в простых веществах неметаллического характера — чисто ковалентная связь. Вследствие промежуточного характера реальных связей и возможен более или менее приближенный подход к ним с обеих сторон, причем в одних случаях важнее оказывается ионный, в других — ковалентный подход. Правда, в последнее время в теории молекулярных орбиталей снимается вообще противоречие ыежду двумя подходами, но и этот подход не отменяет возможности решения ряда вопросов с позиций электростатической теории и других — с позиций теории валентных связей. [c.24]

В этих случаях необходимо пользоваться теорией молекулярных орбиталей, являющейся более приближенной к действительности. Эта теория учитывает квантово-механическое поведение комплексообразователя и лигандов, которые образуют комплекс, С помощью ее можно количественно охарактеризовать степень ионности и ковалентности связи. Все остальные теории образования комплексных соединений, хотя и основываются на рассмотрении либо ковалентной, либо ионной связей, количественно не могут объяснить степень ионности или ковалентности. [c.136]

Любая теория твердого тела должна удовлетворительно объяснить наблюдающиеся огромные различия в электрической проводимости веществ, принадлежащих разным классам. К сожалению, ни теория ковалентной связи, рассматривающая электроны, принадлежащие лишь данной химической связи, как в ковалентных кристаллах, ни модель свободного электрона в металлах не в состоянии объяснить изменение электрической проводимости твердых тел больше чем на два порядка. С этой точки зрения применение в теории твердого тела квантово-механических представлений может быть весьма успешным. [c.72]

Квантово-механическая теория валентности указывает на формальный характер деления связи на ионную и ковалентную (полярную и неполярную). Провести границу между ионной и полярной ковалентными связями не всегда возможно, [c.99]

В рамках классической структурной теории ковалентная связь характеризуется строго определенным направлением в пространстве. С другой стороны, квантово-механические расчеты приводят к каноническим орбиталям, [c.42]

Понятие о ковалентной связи, об образовании химической связи электронной парой лежит и в основе многих современных представлений об электронном строении органических соединений. Таким образом, с первых теорий, основанных на этом понятии, начинается история наших современных взглядов на строение органических молекул. В настоящее время существуют два направления в этой области теоретической химии. Одно из них — квантово-механическое для него характерен количественный подход к изучению химических связей и электронного строения молекул в целом. Квантово-механическое направление относительно более молодое и, безусловно, ему принадлежит будущее. История количественных теорий, основанных на квантовой механике, будет изложена дальше. [c.55]

Ответ на эти вопросы был получен в ходе дальнейшего углубления в сущность строения атома, опытного установления двуединой корпускулярно-волновой природы элементарных частиц, открытия спина (момента собственного вращения) электрона, с возникновением и развитием на этой основе квантово-механической теории атома. Оказалось, что в основе образования как ионной, так и ковалентной связи лежит одно и то же явление — спаривание электронов. Оно имеет место только в случае электронов с антипараллельными спинами. Число не спаренных электронов в атоме указывает на возможное число образования химических связей, т. е. на валентность атома данного элемента. [c.257]

В монографии Паулинга читатель найдет современную теорию химической связи, которая пришла на смену прими-, тинным электростатическим и поляризационным представлениям. Паулингом создана теория направленных валентностей, резонанса гомеополярного и ионного состояний, резонанса валентных структур. Точка зрения Паулинга, рассматривающего химическую связь как наложение ковалентного и ионного состояний, является дальнейшим развитием квантово-механической теории валентности Гейтлера и Лондона. Вместе с тем Паулингу и его школе принадлежит большое количество существенных работ по применению физических методов исследования строения молекул и кристаллов (рентгенография кристаллов, электронография газовых молекул, магнетизм комплексов и т. д.). [c.3]

Представление о квантово-механическом резонансе в изолированной ковалентной связи молекулы водорода в начале тридцатых годов было перенесено Паулингом и другими авторами на сложные органические и неорганические соединения, содержащие двойные и тройные связи, необобщенные электронные пары и ионные заряды. Используя понятие о резонансе в сложных молекулах и о его стабилизирующем действии, удалось, по крайней мере качественно, объяснить непонятные ранее свойства непредельных й ароматических соединений. Теория квантово-механического резонанса в сложных молекулах имеет много общего с представлениями [c.24]

Задача квантовой механики состоит в нахождении волновой функции молекулярной орбиты, исходя из волновых функций атомов фд и Фв. При этом становится возможным рассчитать ряд физических свойств молекулы, например энергию связи, межатомное расстояние. Частоты спектра, возможность взаимодействия с другими атомами и т.д. Ввиду того что все эти свойства можно определить и экспериментальным путем, точные значения, найденные путем квантово-механического расчета, являются проверкой теории. При помощи этих расчетов можно надеяться получить новые сведения, касающиеся природы ковалентных связей, а также строения и энергии молекул. [c.65]

Практическим выводом, вытекающим из теорий и соображений, основанных на квантовой механике, является то, что строгое подразделение ковалентных связей на простые, двойные и тройные представляет собой крайне грубое упрощение действительности, так как, кроме этих типов, существуют всевозможные степени промежуточных типов. В молекуле бензола, которую, как было указано выше, можно довольно точно изобразить -двумя эквивалентными предельными структурами, связи С—С обладают на 50% характером простых связей и на 50% характером двойных. Положение более сложно у бутадиена, где связь мен<ду атомами 2 и 3 обладает, несомненно, некоторым характером двойной связи, величина которого не вытекает просто из качественной формы теории. В других сопряженных циклических системах, таких, как нафталин, антрацен и т.д., связи также обладают частичным характером двойных связей, который не представляет собой точно 50% от двойной связи. Существуют два пути для установления кратности связей в таких соединениях один — методом квантово-механического расчета, другой — основанный на эмпирической зависимости кратности от длины соответствующей связи (см. стр. 91). [c.81]

Характер водородной связи между молекулами спирта представляет, разумеется, особый теоретический интерес. Атом водорода ОН-группы не может образовать координационной связи (т. е. второй ковалентной связи) с парой неподеленных электронов атома кислорода другой молекулы, как предполагалось в более старой теории, ввиду того что, как было установлено квантово-механическим путем, атом водорода имеет только одну устойчивую орбиту и, следовательно, он может образовать только одну ковалентную связь. Поэтому в настоящее время общепринято, что водородная связь имеет электростатический характер. [c.434]

Теория ковалентной связи атомов водорода в водородной молекуле была разработана в 1927 г. Гейтлером и Лондоном. В основе ее лежит представление о квантово-механическом резонансе. Кван-тово-механический резонанс имеет аналогию (неполную) с резонансом в акустике (биения двух связанных между собой ка 1ертонов с различными периодами колебаний) и в электротехнике (взаимодействие электрических колебательных контуров). [c.21]

Теория ковалентной связи. Квантово-механическое истол-кова1Ние ковалентной связи мы рассмотрим на простейшем примере образования молекулы Ш из атомов. Начнем с рассмотрения формальных выводов из квантовой механики, не прибегая к ее сложному математическому аппарату. [c.222]

Этот результат находится в полном согласии с теорией Льюиса, если ее дополнить вытекающим из принципа Паули требованием противоположно направленных опинов у электронов каждой пары. Такое дополнение весьма существенно, так как без его нельзя было бы объяснить числа валентностей, характерные для разных элементов. Квантово-механическая теория идет дальше теории Льюиса еще и в том, что она объясняет причину ковалентной связи и позволяет вычислять величину ее энергии такое вычисление, правда, сейчас может быть точно сделано лишь для наиболее простых случаев. 1 [c.225]

Де Бройль предположил в 1924 г., по аналогии с корпускуляр-ньш характером фотона, что электрон также должен обладать волновыми свойствами. Волновая природа электрона была установлена в 1927 г. К. Дэвиссоном и Л. Джермером. Классическая механика и электродинамика не могли объяснить игру сил между одинаковыми атомами . Нужны были новые воззрения, могущие дать ответ на вопрос, каким образом благодаря взаимодействию двух электронов между атомами возникает сила притяжения. Понять причину взаимодействия двух электронов, образующих ковалентную связь, помогла только квантовая механика. Квантово-механическая теория валентности не только выяснила специфичность химических сил, их насыщаемость, но и наметила пути расчета (пока качественного или полуколичественного) величин химической связи. [c.343]

В 1926 г. Гейзенберг и Шредингер создали механику атомных и молекулярных систем, которая получила широкое применение в атомной и молекулярной физике. Необходимое дополнение в квантовую механику внес Паули, разработавший теорию электронных спинов. Это явилось фундаментом, на котором с учетом известного правила несовместимости (запрет Паули в атоме не может быть двух электронов, обладающих 4 одинаковыми квантовыми числами) было построено учение о химических силах, в принципе позволяющее понять и описать образование химических соединений. Сначала удалось интерп )етировать устойчивость электронных оболочек атомов инертных газов, благодаря чему нашло исчерпывающее объяснение понятие электровалентной связи, лежащее в основе теории Косселя. Затем получила квантово-механическое истолкование и ковалентная связь. Гейтлером и Лондоном было показано, что связь двух атомов в молекуле водорода может быть объяснена чисто электростатическими силами, если для этого использовать квантовую механику. Силы, связывающие два атома и два электрона, возникают благодаря тому, что оба электрона имеют антипараллельные спины и с большой степенью вероятности находятся между двумя атомными ядрами насыщаемость химических связей объясняется принципом Паули. Таким образом, представления Льюиса получили исчерпывающее физическое обоснование. [c.24]

Дри сближении же атомов водорода, у которых спины электронов параллелыш ХиЛ >. проявляется только отталкивание. Следовательно, церекрывание атомных орбиталей не происходит и молекула не образуется. Химическую связь, образованную в результате обобщения (перекрывания) электронной плотности, взаимодействующих атомов называется ковалентной (по Льюису ковалентная связь образуется за счет обобп1е-ния электронов). В настоящее время существует два подхода, используемые для объяснения ковалентной связи метод валентных схем (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). Представление Льюиса о связи посредством пары электронов находит квантово-механическое выражение в теории валентных связей. Как и МО, теория валентных связей является приближенным методом. Однако ее исходные положения [c.13]

Часто утверждают, что ковалентная связь является резуль-татом совершенно нового вида сил, нaзывae fыx обменными силами, которые не имеют аналогов в классической электромагнитной теории. Однако это не совсем верно. В действительности силы, обусловливающие ковалентную связь, это почти исключительно силы электростатического характера, а закон Кулона является основой квантово-механических вычислений (очень малыми магнитными взаимодействиями обычно можно пренебречь). Oб ieнныe силы , или, что то же самое, стабилизация, обусловленная резонансом (см. 2.4, 2.5 и 2.6), имеют следующий смысл. Среднее распределение заряда электрона по соседству с ковалентной связью отличается от того, которое возникло бы просто при перенесении двух атомов из бесконечности до наблюдаемого расстояния. Это вызвано тем, что каждый атом значительно поляризуется в сильном поле, которое создает второй атом. Когда говорят о том, что причиной ковалентной связи являются обменные силы, или стабилизация, обусловленная резонансом, то под этим подразумевают, что энергия молекулы может быть представлена в виде суммы двух членов энергии, которую молекула имела бы в отсутствие поляризации, и поправочного члена, обусловленного поляризацией. Обменный или резонансный эффект равноценен этому поправочному члену. Роль теории обменных сил, или резонанса, сводится только к тому, что она показывает, как поляризация изменяет энергию системы, и она не прибегает к каким-нибудь (реально не существующим) новым типам сил. [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология