Межатомные расстояния графита

Другой метод установления зависимости между межатомными расстояниями и характером связи принадлежит Пенни В этой трактовке, имеющей гораздо лучшее теоретическое обоснование, чем метод Паулинга, вводится понятие порядка связи, который определяют, принимая соответственно значения 1, 2 и 3 для чистых ординарной, двойной и тройной связей и линейную функцию энергии связи для связей промежуточного типа. Так, например, если бы в бензоле энергия резонанса была равна нулю, то каждая связь углерод-углерод имела бы порядок 1,5, так как при этом энергия каждой связи была бы в точности средней между энергиями чисто ординарной и чисто двойной связей. Но в действительности энергия резонанса стабилизует молекулу примерно на 36 ккал/моль, так что каждая связь углерод-углерод становится прочнее приблизительно на 6 ккал моль. Поэтому порядок связи несколько бЬльше, чем 1,5. Аналогично, порядок связи в графите несколько больше, чем 1 /з. Точные числовые значения порядков связи в этих и других веш,ествах можно найти только путе.м трудоемких, но все же весьма приближенных квантово-механических вычислений, описание которых здесь излишне. (См., однако, 3.5.) Полный процесс вычисления длин связей по Пенни включает следующие этапы. Порядки связей углерод-углерод в этане, графите, бензоле, этилене и ацетилене составляют (по определению или согласно вычислениям) соответственно 1,000 1,450 1,623 2,000 и 3,000, тогда как соответствующие расстояния равны 1,54 1,42 1,39 1,33 и 1,20 А. Нужно провести плавную кри-вую, изображающую зависимость между порядком и длиной связи. Тогда для какой-либо другой молекулы, как, например, для бутадиена, порядки различных связей вычисляют теоретически, а предсказанные длины находят из эмпирической кривой. Результаты, полученные этим методом для ряда углеводородов, приведены в табл. 4.5. В этой таблице приведены также результаты аналогичных расчетов, произведенных для некоторых веществ Коулсоном Эти добавочные значения порядков связей и их длин получены методом, который похож на метод Пенни, но отличается по квантово-механическим приближениям, введенным в теоретические вычисления порядков связей. Согласованность двух ме- [c.161]

Рис. 11. Зависимость между кратностью связи СС и межатомным расстоянием для связей между атомами углерода, находящимися в одном и том же валентном состоянии (имеющим плоскую систему валентных связей) /—этилен, 2—бензол,5—графит, —бутадиен

Однако кроме алмаза, обладающего наибольшей твердостью из всех твердых тел (за счет очень малых межатомных расстояний — 0,154 нм), углерод образует кристаллы графита. В его решетку входят тоже возбужденные атомы углерода, но с не полностью гибридизированными орбиталями, вследствие чего расстояния между атомами в кристаллической решетке графита (в плоскости й меж-плоскостном расстоянии) различны и в результате графит оказывается очень мягким, легко скалывающимся по плоскостям спайности. Графит применяется в машинах как высокотемпературная смазка, в то время как алмазные резцы обрабатывают самые твердые материалы. [c.105]

Первой задачей книги является ознакомление химиков с новыми математическими подходами и методами для их практического использования. Химическое строение молекул обладает основным свойством топологических структур сохранением целостности и непрерывности взаимодействия атомов в молекуле при всех изменениях геометрии, межатомных расстояний, валентных углов. Структура молекул может быть удобно изображена на языке теории графов, что, как выясняется, не просто приводит к новой формализации, но имеет эвристическое значение. Матричные представления молекулярных графов, естественно, связываются с матричными методами квантовой химии, в частности с методом расчетов по Хюк-келю. [c.6]

Важным специфическим фактором, определяющим каталитическую активность, является межатомное расстояние на поверхности катализа.-тора. Этот вопрос уже затрагивался в гл. XIV, разд. ХУ-4А, при обсуждении влияния расстояния С—<С в алмазе, графите и т.п. на энергию активации адсорбции водорода. Бик и др. [70] показали, что конденсированные на стеклянную пластинку никелевые пленки, поверх- [c.531]

Мы видели, что кристаллическая структура алмаза определяется в значительной степени тетраэдрической гибридизацией орбиталей sp это подтверждается тем, что межатомное расстояние в алмазе 1,54 А почти такое же, как в молекуле этана и в более тяжелых углеводородах. Естественно связать тригональную гибридизацию, рассмотренную в гл. 9 для ароматических молекул, со структурой графита. Действительно, строение графита (рис. 11.5), где каждый слой образован из шестиугольников, сильно напоминает высокомолекулярные ароматические соединения. Расстояние между соседними плоскостями слоев, равное 3,35 А, настолько велико, что может быть объяснено лишь действием сил Ван-дер-Ваальса. В каждой из плоскостей имеется набор локализованных а-связей, образованных тригонально гибридизованными sp -орбиталями остальные электроны (которые мы называли подвижными при рассмотрении бензола в гл. 9) занимают МО типа двойных баллонов , простирающихся на всю плоскость. Такая структура еще ближе к металлической структуре. Действительно, графит проявляет небольшую электропроводность вдоль своих базисных плоскостей, но не поперек их. Точные расчеты показывают, что порядок связи С—С равен [c.329]

Таким образом, уменьшение межатомного расстояния для центральной связи в бутадиене может быть вызвано изменением гибридизации атомов углерода. Если это так, то можно прийти к выводу, что сопряжение в молекуле бутадиена не играет существенной роли [17, 18]. В указанных доводах роль гибридизации, возможно, несколько преувеличена, тем не менее этот существенный фактор необходимо всегда учитывать при расчете межатомных расстояний. Таким образом, приведенную ранее кривую (рис. 42) следует заменить набором кривых, каждая из которых относится к определенному типу гибридизации. На рис. 43 приведены данные для некоторых ароматических углеводородов, включая бензол и графит. Экспериментальные значения межатомных расстояний представлены в виде функции от порядка связи, вычисленного по методу МО [19]. В этих молекулах все атомы углерода находятся, по-видимому, в состоянии 5р -гибридизации, так как валентные углы очень близки к 120°. [c.109]

Что касается вопроса о типах и подтипах связей С—С в конденсированных ароматических углеводородах, то здесь, по Татевскому, еще много неясного из-за отсутствия точных экспериментальных данных. Например, отвергая данные Робертсона по межатомным расстояниям в нафталине, Татевский на основании аналогии тех или иных связей в нафталине со связями в бензоле и графите приходит к выводу, что связи Ср—Ср в нафталине будут очень близки к связям в бензоле (1,39 А), в несколько меньшей степени будут близки к последним также связи Са—Ср длина центральной связи Су—Су в нафталине будет очень мало отличаться от длины связи в графите (1,42 А), о длине же связи Са—Су в нафталине сказать что-либо заранее нельзя [там же, стр. 72]. Ясно, что в вопросе о длинах связей в нафталине и других конденсированных ароматических углеводородах соображения Татевского оказались несостоятельными, тогда как метод Полинга позволил еще в 1935 г. сделать правильное предсказание о различии и о примерной длине связей С—С в нафталине (стр. 221). [c.187]

Как видно из табл. 1, можно заметить близкое соответствие значений межплоскостных и межатомных расстояний, даже если сравнивать совсем небольшую ароматическую молекулу с графитом. В этом смысле графит можно рассматривать как предельное образование из органических ароматических соединений различных гомологических рядов. Это позволяет сделать ряд важных выводов, которые будут обсуждены ниже. В четвертой колонке табл. 1 приведены значения возможных наикратчайших расстояний между парами молекул, симметрично расположенных относительно центра в кристалле. Во всех случаях эти пары наклонены по отношению к соседним парам под углом от 40 до 60°. [c.16]

Слоистая структура графита показана на рис. 6.17. Каждый атом образует две одинарные связи и одну двойную со своими тремя ближайшими соседями, как показано в нижней части рисунка. Эти связи резонируют между положениями в каждом слое таким образом, что каждая связь, имеет на две трети одинарный и на одну треть двойной характер. Межатомное расстояние в слое равно 1,42 А, что является средним значением между длиной одинарной связи 1,54 А и длиной двойной связи 1,33 А., Расстояние между слоями равно 3,4 А, т. е. более чем в два раза превышает длину связи в слое. Можно считать, что кристалл графита построен из гигантских плоских молекул, слабо связанных между собой в единую пачку. Слои легко разделяются вот почему графит мягок и даже может служить смазкой. Свойства графита, позволяющие использовать его в качестве смазки, в какой-то мере обусловливаются присутствием воды, однако механизм такой зависимости еще недостаточно выяснен. [c.190]

Связь атомов С в графите значительно прочнее связи в алмазе. В решетке алмаза межатомное расстояние составляет 1,54 А, в структуре графита расстояние С—С на плоскости перекрывания 5р -орбиталей равно 1,42 А. Каждый прекрасно знает, что графит по твердости не может сравниться с алмазом. Алмаз — самый твердый из встречающихся в природе веществ. Объясняется это тем, что хотя в плоскости перекрывания р -орбиталей атомы С связаны значительно прочнее, чем в алмазе, сами плоскости взаимодействуют друг с другом крайне слабо (силы Ван-дер-Ваальса) и расстояние между ними составляет 3,35 А. Слабость связи между плоскостями приводит к легкому скольжению плоскостей зр -тяб-ридных связей относительно друг друга и наблюдающейся мягкости графита. [c.203]

В табл. 2 приведены межатомные расстояния, характеризующие водородные связи в медном купоросе. В последней графе представлены смещения протонов с линий 0—0. По всей вероятности, можно считать, 4 0 такое смещение должно иметь предел, близкий к 0,25—0,28 А соответствующий угол Н—Ow—Оц составляет 12-13°. [c.101]

Для получения алмазов искусственным путем Муассан (1897), используя наблюдения, что расплавленное железо образует с углеродом соединение (см. раздел Железо ), которое разлагается при охлаждении, выделил углерод в виде графита. Поскольку графит имеет намного меньшую плотность, чем алмаз (как было установлено позднее, некоторые межатомные расстояния в графите намного больше, чем в алмазе), согласно принципу Ле Шателье, можно предположить, что при очень высоком давлении углерод должен выделиться из расплава в виде алмаза. Для создания такого давления расплавленное железо, насыщенное углеродом, резко охлаждали, чтобы середина массы подвергалась сжатию затвердевшей коры. Так, после растворения железа в кислотах были получены кристаллы алмаза, величина которых не превышала нескольких десятых миллиметра. Замена железа силикатом магния для воспроизведения условий образования алмаза в природе не привела к лучшим результатам. [c.463]

В отличие ог этого атомы углерода в алмазе и графите не образуют строго ограниченных в пространстве молекул. Так, например, каких бы размеров ни взять алмаз, все входящие в него атомы связаны друг с другом, образуя как бы единую молекулу. Каждый атом находится как бы в центре тетраэдра, будучи связан с четырьмя соседними атомами углерода, находящимися в четырех углах тетраэдра. Все межатомные расстояния равны 1,54 А. (см. рис. 17). Таким образом, разрушение алмаза связано с разрушением сил химического сродства, чем и объясняется его твердость. [c.43]

Примечание. Для соединений в графах 33 и 34 межатомные расстояния этого типа в статьях не приведены. [c.569]

При последующем термическом разложении карбоидные ядра продолжают укрупняться и уплотняться, так как атомные слои сближаются. В карбоидах расстояние между атомными слоями равно 3,47 А, а при предельном уплотнении в графите — 3,36 А. Казалось бы, что усиление теплового движения атомов при нагревании должно способствовать их разъединению и расстройству порядка, и этим препятствовать уплотнению молекулярной структуры кроме того, нет основания предполагать, что с повышением температуры увеличиваются силы межатомного притяжения. Однако при тепловом движении усиливаются соударения атомов углерода, которые закрепляются в тесно сбли- [c.82]

То, что нитрид бора и графит обладают многими сходными свойствами, и показывает, что различия в упаковке имеют второстепенное значение также близки друг к другу величины межатомных сил. Так как связь бор — азот имеет электрический дипольный момент, то различие упаковок вполне можно объяснить взаимодействиями диполей между слоями. Большое расстояние между слоями в с-направлении нитрида [c.222]

Интересное вешество — меллитовая кислота Се (СООН) е, найденная в минералах, согутствуюших бурому углю, может быть преврашена в известные производные бензола или получена из них. Кроме того, меллитовая кислота может образоваться при окислении графита или аморфного углерода азотной кислотой. Рентгенокристаллографический анализ (Дебай и Шерер, 1917) показал, что графит состоит из ряда взаимосвязанных сотообразных шестичленных углеродных колец (в графите, в отличие от алмаза, кольца плоские, см. 15.10). Так как графит коррелирует с бензо.дом, последний должен иметь шестичленную циклическую структуру. Позже прямым рентгеноструктурным анализом гексаметилбензола (Брэгг, Лонсдейл, 1922—1929) была не только подтверждена циклическая структура, но и определены межатомные расстояния в мол( куле. [c.120]

Используем теперь для установления корреляции с зонной структурой алмаза кулоновскне интегралы из табл. 3 и резонансные интегралы р и из табл. 4, пересчитав их для графита. Поскольку для ароматических соединений Р,, (1,39 А) —2,3 эВ, а для алмаза Р (1,54 А) —1,7 эВ, то при любом способе интерполяции Р,. (1,42 А) = (—2,1)—(—2,2) эВ и для определенности моигпо принять Р (графит) — 2,15 зВ. Аналогичным образом нетрудно определить II значение параметра Р, имея в виду, что различие между значениями Р в алмазе и в графите обусловлено, во-первых, различием в гибридизации орбиталей атомов С, а во-вторых — различием в межатомных расстояниях. Чтобы учесть эти два фактора, можно положить, например [c.117]

Рис. 10. Зависимость между степенью двоесвязности связи СС и межатомным расстоянием по Пиулингу / —этилен, 2 —бензол, —графит, 4—этан

При сближении изолированных атомов возможна сложная картина нерекрынания зон (рис. 147). Так, при сближении атомов углерода, на расстоянии 2,5 А зоны перекрываются, на расстоянии же 1,5 А имеет место громадный разрыв (рис. 147, 6). Поэтому кристалл алмаза, где межатомные расстояния равны 1,54 А и заполненные уровни распространяются до границ запрещённой области, является изолятором. В графите имеется два рода межатомных расстояний 3,5 и 1,45 А, в среднем 2,5 А. [c.215]

На рис. 1.50, б представлена диаграмма общей плотности состояний. Заштрихованная часть диаграммы отвечает полностью заполненным одноэлектронным уровням. Добавление в структуру графита дополнительных электронов будет приводить к заполнению верхней части зонной структуры, образованной за счет разрыхляющих я -взаимодействий. В этом случае следует ожидать значительного ослабления взаимодействия между находящимися в одной гексагональной плоскости атомами углерода. Экспериментально это подтвердилось при исследовании интеркалля-ционных соединений графита Мд.С (М = К, С5), в которых электроположительные атомы щелочных металлов, размещающиеся между гексагональными слоями, служат поставщиками электронов в разрыхляющие состояния зонной структуры графита. На рис. 1.51 представлена экспериментальная зависимость межатомного расстояния С—С ( /) от концентрации в графите щелочного металла. Из графика видно, что по мере увеличения содержания металла и, следовательно, концентрации введенных в графит электронов происходит монотонное увеличение межатомного расстояния. Это [c.71]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология