Многоатомные системы Химическая связь

Многоатомные системы. Химическая связь [c.24]

Потенциальная поверхность. Равновесная конфигурация. Для многоатомной молекулы г эл.мол является функцией уже не одной, а нескольких пространственных координат Ri . Например, для описания расположения трех ядер линейной молекулы АБС нужны две независимые координаты R (A. — В) и — С), если угол АБС считать фиксированным (180°). Потенциальная энергия молекулы АБС при этом становится функцией двух указанных координат, = R. , и эта функция изобразится поверхностью в трехмерном пространстве потенциальная поверхность). Устойчивому состоянию молекулы отвечает минимальное значение ее энергии е(г 1, === эл.мол (АВС) и определенное относительное расположение ядер в пространстве, называемое равновесной конфигурацией молекулы с параметрами / (А— В) и г (В—С). Глубина потенциальной ямы определяет энергию химической связи связанную с энергией диссоциации молекулы или энергией атомизации соотношением (13.4). Для более сложной молекулы, чем линейная АВС, равновесная конфигурация и энергия равновесного состояния определяются положением минимума на потенциальной поверхности в многомерном пространстве. Если потенциальная поверхность имеет два (или более) минимума, для молекулы возможны два изомера или более, отличающиеся параметрами равновесной конфигурации и энергией. Если минимума на потенциальной поверхности нет, данная система нестабильна, при любом расположении ядер она распадается на невзаимодействующие атомы. [c.46]

Атомы большинства элементов могут взаимодействовать между собой или с атомами некоторых других элементов с образованием химических связей. В результате возникают более сложные системы — многоатомные частицы. Важнейшими типами многоатомных частиц являются молекулы, молекулярные ионы и свободные радикалы, а также различные комплексы. [c.52]

Для атомов элементов малых периодов периодической системы Д. И. Менделеева, равно как и для ряда элементов больших периодов, характерно образование определенного числа химических связей. Это число называется валентностью. Если в состав многоатомной частицы входит атом, образующий меньшее число химических связей, чем это соответствует его валентности, то говорят, что частица обладает свободной валентностью. Такие частицы называют свободными радикалами. При встрече двух свободных радикалов за счет их свободных валентностей между ними возникает новая химическая связь, и пара свободных радикалов превращается в молекулу. В силу этой тенденции к попарному объединению свободные радикалы не могут образовать соответствующее вещество. Например, существует и хорошо изучен свободный радикал ОН (свободный гидроксил, точкой сверху обозначено наличие свободной валентности), но не существует вещества гидроксила. [c.53]

Химическая связь возникает при взаимодействии атомов, обусловливающем образование химически устойчивой двух- или многоатомной системы (молекулы, кристалла и др.). [c.38]

Н и С1 происходит с поглощением тепла —АЕх- Наоборот, сближение отдельных атомов на весьма малые расстояния (1 —5A)—сопровождается уменьшением полной потенциальной энергии системы и может привести к образованию твердых и жидких соединений или многоатомных молекул. Выделяемая при этом энергия находится обычно в пределах 0,5—5эв в расчете на один из участвующих в процессе атомов. Основная часть этой энергии связана с образованием между атомами так называемых химических связей. [c.62]

Основу метода молекулярных орбиталей составляет понятие о нелокализованных химических связях, под которым подразумевается, что в многоатомных системах (молекулах, кристаллах) валентные электроны одновременно принадлежат всем связываемым атомам. [c.66]

Основным условием образования химической связи является понижение полной энергии многоатомной системы по сравнению с энергией изолированных атомов, т. е. Е й<.Е - -Ев в случае образования вещества АВ из атомо А и В. [c.55]

В многоатомных молекулах, в отличие от двухатомных, в колебательных движениях участвуют одновременно все атомы и химические связи. Поэтому в случае многоатомной молекулы линия в ИК-спектре определяет не частоту колебания какой-либо связи в ней, а всей молекулы в целом, всех ее связей, каждая из которых вносит в колебание свой вклад, т. е. имеем сложные колебания. Приведенная на рис. 4.8 кривая колебательных состояний характерна только лишь для двухатомной молекулы. В сложных молекулах подобные кривые существуют дня каждой из связей форму же сложной молекулярной кривой потенциальной энергии представить достаточно сложно. Можно лишь сказать, что для сложной молекулы существует система колебательных уровней энергии для валентных (симметричных и асимметричных), а также деформационных колебаний. Не все колебания проявляются в ИК-спектре по различным причинам. Поэтому полная расшифровка ИК-спектров является труднейшей задачей и требует привлечения теоретических расчетов колебательных состояний. Кроме того, существуют многочисленные экспериментальные методы, помогающие отнесению полос в ИК-спектрах молекул к отдельным связям и группировкам атомов. Твердо установлено, что колебания таких связей, как С-Н, М-Н, 0-Н, 8-Н, -С=С-, -С=С-, —С—С—, -N=0, —С=М— и др., а также функциональных [c.116]

Второе начало термодинамики формулирует общее правило существования любой системы — стремление к минимуму энергии Таким образом, любая многоатомная система (молекула, вещество) стремится к образованию максимального числа химических связей, к максимальному числу взаимодействий, что в конечном счете понижает общую энергию системы [c.48]

Излагаются основы квантовой механики и теории электронной оболочки атома. Рассматривается электронное строение двухатомных и многоатомных молекул. Специальные главы посвящены сопряженным системам, комплексным соединениям, связям в металлических и. неметаллических твердых телах, водородной связи и некоторым другим видам химических связей. [c.4]

В предыдущем разделе говорилось о применении одноэлектронной модели в теории атомов. Современная теория химической связи — метод молекулярных орбиталей (МО) и зонная теория твердого тела — представляет собой применение той же модели к многоатомным системам. Такое применение обычно предполагает два дополнительных допущения. [c.21]

Тепловая теорема Нернста не является необходимой для решения задач о тепловых машинах и других чисто физических проблем, но составляет неотъемлемую часть химической термодинамики. Первая вполне удовлетворительная формулировка третьего закона была дана Льюисом и Рэндаллом [379, стр. 448] Если принять энтропию всякого элемента в некотором кристаллическом состоянии при абсолютном нуле температуры равной нулю, то каждое вещество имеет конечную положительную энтропию-, однако при абсолютном нуле температуры энтропия может обращаться-в нуль и действительно становится равной нулю в случае совершенных кристаллических веществ . В связи с определением совершенного кристаллического вещества третий закон является единственным постулатом термодинамики, который требует по крайней мере частичного рассмотрения микроскопической природы вещества. Таким образом, при помощи методов классической термодинамики нельзя достичь полного понимания третьего закона для этого требуется применение квантовой статистики, о чем пойдет речь в следующем разделе. Коротко говоря, методами статистической термодинамики было показано, что энтропия системы непосредственно связана с ее количественно выражаемой вероятностью. Неупорядоченность в природе более вероятна, чем упорядоченность, а, следовательно, состояние максимальной упорядоченности имеет минимальную вероятность и об-ладает соответственно минимальной энтропией. Поэтому состояние нулевой энтропии соответствует совершенному порядку, достигаемому только при 0° К, так что совершенное кристаллическое вещество — это такое вещество, в котором не наблюдается какой бы то ни было неупорядоченности. Такое вещество имеет следующие характерные особенности а) абсолютная-химическая чистота б) упорядоченное расположение ионов, атомов или молекул в регулярной решетке в) упорядоченная ориентация всех многоатомных групп по отношению к решетке и г) упорядоченное положение магнитных моментов атомов. Многие факторы могут вызывать несовершенства реального состояния вещества вблизи абсолютного нуля. Любая неупорядоченность расположения молекул в узлах решетки приводит [c.12]

Теорию валентных связей рассмотрим первой, поскольку она наиболее понятна и проста. В настоящее время ее применяют сравнительно редко, но она прекрасно служила больше четверти века химии координационных соединений для объяснения некоторых свойств комплексов. Затем обсудим электростатическую теорию с акцентом на теорию кристаллического поля. Хотя она возникла в 1929 г., особый интерес к ней проявился у химиков в течение десяти лет—с 1952 по 1962 г. Эта теория помогает объяснить многие физико-химические свойства координационных соединений. Большое число ограничений и приближений привели к необходимости учета в чисто электростатической теории эффекта ковалентного связывания. В результате появилась теория поля лигандов, которая будет рассмотрена после теории молекулярных орбиталей в применении к комплексам. Теория молекулярных орбиталей является наиболее общей, все остальные можно рассматривать как ее частные случаи. Однако из-за сложности применения ее к многоатомным системам в большинстве случаев с ее помощью нельзя получить точную трактовку строения того или иного комплекса. [c.399]

При взаимодействии атомов между ними может возникать химическая связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной системы — молекулы, молекулярного иона, кристалла. Чем прочнее химическая связь, тем больше энергии нужно затратить для ее разрыва поэтому энергия разрыва связи служит мерой ее прочности. Энергия разрыва связи всегда положительна Б противном случае химическая связь самопроизвольно разрывалась бы с выделением энергии. Из этого следует, что при образовании химической связи энергия всегда выделяется за счег уменьшения потенциальной энергии системы взаимодействующих электронов и ядер . Поэтому потенциальная энергия образующейся частицы (молекулы, кристалла) всегда меньше, чем суммарная потенциальная энергия исходных свободных атомов. Таким образом, условием образования химической связи является уменьшение потенциальной энергии системы взаимодействующих атомов. [c.115]

Химическую связь обычно определяют как взаимодействие двух или нескольких атомов, обусловливающее образование химически устойчивой многоатомной системы (молекулы, радикала, молекулярного иона, комплекса, кристалла, хемосорбированного образования на поверхности и др.). Однако это определение не является строгим, ибо без дополнительных разъяснений непонятно, в каком случае систему следует считать химически устойчивой. В сущности, признав химическую связь некоторым видом взаимодействия, мы вводим для характеристики последнего новый термин — химически устойчивая система , который не более ясен, чем исходный.. [c.5]

Приведенное определение является достаточно строгим и надежно отличает химическую связь от, например, межмолекуляр-ной . Оно содержит требуемый от всякого научного определения экспериментальный критерий его идентификации перестройка электронных оболочек сказывается на всех основных физических и химических свойствах многоатомной системы и поэтому совокупность всех этих свойств составляет экспериментальный критерий проявления химической связи. При этом такая важная характеристика связи, как энергия, может оказаться менее чувствительной к электронному строению связи, чем, например, оптические спектры. Поэтому энергия связи сама по себе, как указывалось, не всегда может однозначно и достаточно полно характеризовать происхождение связи в ряде случаев наличие химической связи лучше всего обнаруживается по электронным спектрам. Кроме энергии связи и оптических спектров от химической связи сильно зависят колебательные спектры, спектры магнитного резонанса (электронного и ядерного), спектры ядерного квадрупольного резонанса и ядерного гамма-резонанса, магнитные и электрические свойства и др. [c.6]

Химический аспект в изучении электронного строения и связей в многоатомных системах выражается также в анализе зависимости этих связей от электронного строения и свойств связывающихся атомов, т. е. в исследовании генеалогии связей. [c.8]

Заметим, что удаление любого электрона из атома или молекулы требует затраты энергии и всегда увеличивает полную (отрицательную) эиергию системы. Энергия же химической связи может изменяться при этом различным образом. Кроме того, в случае многоатомных молекул уже нельзя говорить о связывающих и антисвязывающих МО вообще, но лишь о связывающем и разрыхляющем характере данной МО в области той или иной связи. [c.202]

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ — взаимодействие между атомами, обусловлива-ющее образование устойчивой многоатомной системы (молекулы, радикала, молекулярного иона, комплекса, кристалла и др.). Все химические превращения сопровождаются разрушением химической связи. X. с. возникает вследствие кулоновского притяжения между ядрами и электронным зарядом, распределение которого обусловлено динамикой поведения электронов и подлежит квантовомеханическим законам. Электронный заряд многоатомной системы возникает нри обобществлении атомных электронов. Различают ионную (гетерополяр-ную, электровалентную), ковалентную (гомеополярную, атомную) и металлическую X. с. X. с. н зыз 1ЮТионной, если она возникает вследствие практически полного перехода электронов с орбитали одного атома на орбиталь другого. Например, во время реакции натрия с хлором атомы натрия теряют, а атомы хлора присоединяют по одному электрону, превращаясь в ионы Ыа+ и С1 (электронный заряд локализован на атомах). Если ионная связь возникает между ионами и полярными (дипольными) молекулами, то ее называют ионно-ди-10 8-149 [c.273]

Естественно, что новые представления о химических система.х потребо[)али и нового подхода к исследованию структуры систем. Классические представления при этом были использованы в той мере, в какой это было необходимо для приведения в соответствие новых теоретических положений квантовой механики с наконлен-пым в рамках классической химии экспериментальным материалом. Главным в классической химии было учение о химической связи. При этом последняя рассматривалась как попарная межатомная связь С—С, С—И, О—Н, С—М, N—Н и т. д. в многоатомных молекулах типа [c.91]

Метод молекулярных орбиталей позволяет не только описывать, но и количественно рассчитывать характеристики связей. Основу метода молекулярных орбиталей составляет понятие о нелокализованных химических связях, под которым подразз евается, что в многоатомных системах (молекулах, кристаллах) валентные электроны одновременно принадлежат всем связываемым атомам. [c.82]

В многоатомных молекулах аналогичные зависимости установлены для равновесных межъядерных расстояний химических связей (Э - —. Э ) таких типов, в которых меняются химические индивидуальности атомов Э и по двум определенным подгруппам периодической системы при сохранении валентностей и распределения сродства по связям атома Э и атома Это соблюдается, например, для таблицы межъ- [c.15]

Таким образом, и вещества с дефицитом валентных электронов, по существу, выходят за границы применимости МВС. Факты, не объяснимые существующими теориями, — писал А. М. Бутлеров, — наиболее дороги для науки, от их разработки следует по преимуществу ожидать ее развития в ближайшем будущем . Другой метод квантовой химии — метод молекулярных орбиталей (ММО) — объясняет химическую связь в ковалентных веществах, а также в соединениях с избытком и с дефицитом валентных электронов, 36. Понятие о методе молекулярных орбиталей. Бо. 1ее универсальным квантовохнми-ческим методом описания химической связи служит метод молекулярных орбиталей (ММО), развитый в трудах Леннарда-Джонса, Г унда и особенно Малликена В этом методе состояние электронов в многоатомной системе описывается молекулярными орбиталями (МО), подобно тому как электроны в атомах характеризуются атомными орбиталями (АО). При этом и АО и МО представляют собой одноэлектронные волновые функции атома или молекулы соответственно. Разница заключается в том, что АО — одноцентро-Бые, а МО—многоцентровые орбитали. Итак, ММО — квантовохимический метод описания химической связи, рассматривающий молекулу и другие многоатомные системы, как многоядерный атом , в котором электроны заселяются по молекулярным орбиталям. [c.120]

Понятие о методе молекулярных орбиталей. Более универсальным квантово-химическим методом описания химической связи является метод молекулярных орбиталей (ММО), развитый в трудах Леннарда—Джонса, Гунда и особенно Малликена. В этом методе состояние электронов в многоатомной системе описывается молекулярными орбиталялт (МО), подобно тому, как электроны в атомах характеризуются атомными орбиталями (АО). При этом и. АО и МО представляют собой одноэлектронные волновые функции атома или молекулы соответственно. Разница заключается в том, что АО — одноцентровые, а МО — многоцентровые орбитали. Итак, ММО — квантово-химический метод описания химической связи, рассматривающий молекулу и любую многоатомную систему как многоядерный атом , в котором электроны заселяются по молекулярным орбиталям. [c.88]

При магнитной обработке водных сред, по мнению А. X. Мир-заджанзаде, С. Н. Колокольцева, А. Л. Бучаченко, Р. 3. Сагдеева, К. М. Салихова, сравниться с энергией теплового движения и упорядочить внутреннюю структуру могут только структурные химические связи, которые характеризуются взаимодействием двух или нескольких атомов. Они обусловливают образование устойчивой многоатомной системы и сопровождаются существенной перестройкой электронных оболочек связывающих атомов. При этом необходимо учитывать динамику процесса, ведь все электронные орбиты, составляющие оболочку, непрерывно совершают колебательные движения. Чтобы существовала устойчивая и стабильная связь атомов, необходима определенная корреляция в движении электронов, то есть колебания электронных орбит взаимодействующих атомов должны быть синхронны. Синхронность колебаний электронов в атомах свидетельствует о наличии дисперсионного взаимодействия между атомами. Дисперсионные силы имеют электромагнитную и квантовую природу и являются одной из разновидностей межмолекулярного взаимодействия, называемого силами Ван-дер-Ваальса. Дисперсионные силы возникают в результате колебаний электронов соседних атомов или молекул в одинаковой фазе, при этом взаимное притяжение приводит к сближению этих атомов или молекул и образованию между ними связи. [c.36]

Из всего этого видно, что и приведенные соотношения [211, 213, 355], и возможность решения обратной спектральной задачи обусловлены тем, что между частотами нормальных колебаний системы и вторыми производными от ее энергии по нормальным координатам существует определенная зависимость. Величина же энергии связи, как следует из современных представлений о химической связи, с частотами собственных колебаний явно никак пе связана. Поэтому, изучая положение полос voн кoлeбaний и лучше или хуже воспроизведя кинематику исследуемого комплекса, мы можем с большей или меньшей точностью находить только силовые постоянные связей. В то же время при изучении строения молекул или их комплексов обычно требуется знать энергии связей, а пе их силовые постоянные. Общая теория колебаний многоатомных молекул не дает никаких соотношений между энергией связей и ее производными. Не следует такого рода зависимость и из совре- [c.165]

В жидкости различают первичные соударения реагентов, встретившихся и попавших в результате диффузии в клетку растворителя , которые составляют вместе с ней диффузионную пару, и вторичные соударения частиц А и В в клетке . Если такие частицы друг с другом не взаимодействуют, то число соударений частиц А и В в клетке растворителя оценивается в 10 . Общее число соударений частиц А и В в растворе не зависит от вязкости растворителя и предполагается таким же, как в газовой фазе. В ходе столкновения многоатомных частиц А и В между ними первоначально возникают силы отталкивания (противодействия). Они связаны с отталкиванием электронных оболочек частиц А и В, с их поляризацией и растяжением химических связей, которые в составе А и В должны исчезнуть, когда частицы перейдут в С и В. Кроме преодоления сил отталкивания и растяжения химических связей энергия расходуется на частичную десольватацию А и В, если они растворены в сольватирующем растворителе. При движении реагирующей системы А + В к вершине потешдаального барьера, измеряемого свободной энергией активации АО или же только энергией активации Е (Е = АЯ" + КТ, где АН — энтальпия активации), наряду с силами противодействия по мере сближения частиц А и В начинают действовать силы взаимодействия. Постепенно баланс сил склоняется в пользу сил взаимодействия, и тогда система А + В достигает вершины потенциального барьера и оказывается в переходном состоянии [А...В], в котором индивидуальность частиц потеряна, а новые частицы С и В из них еще не возникли. В переходном состоянии те связи, которые должны быть разорваны в ходе превращения А и В, разрыхляются, существенно ослабевают, а те связи, которые вновь должны возникнуть в С и В, еще только наметились, но око1нчательно не сформировались. Движение от исходного состояния А + В в переходное состояние [А...В], которое длится около 10 с, по длительности эквивалентно времени единичного колебания химической связи в молекуле. [c.195]

Оценка межатомных расстояний в многоатомных молекулах может быть надежнее всего выполнена сравнительными методами [17]. Хорошие результаты дает использование закономерностей в межъядерных расстояниях для химических связей разных типов в многоатомных молекулах [85—87]. Межъядерные )асстояния можно рассчитать и используя системы радиусов атомов и ионов 20, 88, 89]. Для полярных молекул часто применяют эмпирическую формулу Шумейкера — Стивенсона [90], основанную на радиусах Полинга [c.33]

Такой метод решения уравнения Шредингера для. многоатолшой системы путем разложения собственных функций эффектпвног одноэлектронного гамильтониана в сумму АО называется методом линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). При этом в случае молекулярных систем говорят о методе МО ЛКАО, в случае кристаллов его часто называют также методом сильной связи. Естественно, что метод ЛКАО является особенно удобны .[ способолг исследования проблем химической связи, по крайней мере в том смысле, как они сформулированы во введении. Действительно, многоатомная система рассматривается здесь как состоящая из ато.мов (а не просто из электронов и ядер), и эта точка зрения непосредственно отражается в математическом аппарате теории, в котором решения уравнения Шредингера также рассматриваются как состоящие из атомных функций. [c.22]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология