Строение молекул. Химическая связь. Валентность элементов

При подготовке настоящего издания большинство разделов коренным образом переработано, а некоторые из них написаны заново, в частности глава П1, в которой дано строение атома с привлечением некоторых понятий квантовой механики. На основе представлений о закономерностях формирования электронных оболочек атомов рассматриваются периодический закон и периодическая система химических элементов. Изложение природы химической связи, валентности элементов, строения молекул тесно связано со строением атомов. Существенной переработке подверглись главы Скорость химических реакций. Химическое равновесие , Растворы. Электролитическая диссоциация. Электролиз . В эти главы включен ряд новых тем зависимость скорости реакции от температурь ) химическое равновесие, гидролиз солей и др. [c.3]

Строение молекул. Химическая связь. Валентность элементов 41 [c.1]

Строение атома Строение молекул Химическая связь Валентность и степень окисления элемента в соединении Периодический закон и периодическая система элементов Кристаллические решетки [c.53]

Рассмотрим теперь математическое представление реактантов, учитывающее явление геометрической изомерии. Отметим сразу, что современные формулы строения химических веществ непригодны для проведения расчетов на ЭВМ химических реакций, так как их нельзя непосредственно ввести в оперативную намять ЭВМ или записать на внешние носители информации. Далее, для этой цели нецелесообразно использовать и векторное представление молекул, которое строилось на основе их брутто-формул. Следовательно, требуются дальнейшие обобщения, связанные с представлением молекул в виде матриц определенной размерности, равной числу содержащихся в молекуле атомов. При формировании элементов этой матрицы, называемой В-матрицей, учитывается, что каждый атом состоит из атомного остова, составленного из ядра атома и внутренних электронов и имеющего некоторый формальный заряд, и электронов валентной оболочки. Последние менее сильно связаны с атомным остовом и участвуют в образовании химических связей. [c.174]

Валентность. Как мы только что видели, связь двух атомов в молекуле водорода осуществляется спариванием их обоих антипараллельных электронов. Гейтлер и Ло н дон обобщили этот факт на любые атомы. Валентные электроны атома могут также образовывать пары, находящиеся на одинаковом уровне, но с противоположными спинами обоих электронов. Избыточные неспаренные электроны способны спариваться с такими же электронами других атомов, осуществляя химическую связь. Валентность атома равна таким образом числу его неспаренных электронов. При образовании каждой новой пары валентность уменьшается на две единицы. Если число валентных электронов четное, то возможны лишь четные валентности (например 6, 4, 2 для фосфора) если оно нечетное, то возможны лишь нечетные валентности (например 7, 5, 3, 1 для хлора). Это правило валентности давно известно химикам. Число неспаренных электронов не может быть произвольным оно ограничено принципом Паули ( 80), согласно которому на одном и том же уровне могут разместиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если их спины различны. Руководясь строением электронной оболочки (табл. 11) и принципом Паули, можно рассчитать валентность разных элементов. В табл. 79 повторена табл. 11 в несколько ином размещении для того чтобы выделить значение спина, в ней квантовое число /га заменено числом = а квантовое число у — спиновым числом s = =t /2 ( 52) . [c.319]

Вопросы образования молекул из атомов, строения самих молекул и природы химической связи составляют одну из наиболее важных проблем физической химии. Однако эти вопросы стали успешнее разрабатываться только после того, как была раскрыта сложная структура атома и выяснен смысл понятия валентности. В начале XIX в. в результате изучения процессов электролиза в химии возникло представление об электрической природе валентных сил. Элементам, выделяющимся на катоде, приписывался положительный заряд и положительная валентность, а элементам, выделяющимся на аноде,— отрицательный заряд и отрицательная валентность. [c.25]

На базе теории А. М. Бутлерова о химическом строении развилась теория химических связей. Метод валентной связи дает возможность описать особенности химической связи, структуру и свойства большинства молекул, а также валентность элементов в соединениях. Более широкие возможности для объяснения химических связей и построения электронных структур предоставляет метод молекулярных орбиталей. Он достаточно сложен, особенно для многоатомных молекул, тем не менее широко используется в количественных расчетах с применением компьютеров. [c.113]

Далее он указывает на то, что идея механических типов постепенно изживает себя, так как соединения, содержащие несколько многоатомных элементов, можно относить к разным типам и, следовательно, типическая классификация становится излишней. Наоборот, атомность элементов начинает играть все большую роль, ибо химические свойства сложного тела условливаются преимущественно химическим отношением элементов, его составляющих . Далее А. М. Бутлеров дает определение химического строения в переводе с немецкого оно звучит так Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определенное и ограниченное количество химической силы (сродства), с которым он принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту химическую связь или способ взаимного соединения атомов в сложном теле . Применяя современную нам терминологию, можно сказать, что химическое строение молекулы сложного вещества — это определенный способ соединения между собой составляющих ее атомов, зависящий от их валентности. [c.219]

Глава III. СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА. ПРИРОДА ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ВАЛЕНТНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ [c.38]

Образование устойчивой электронной конфигурации может происходить несколькими способами и приводить к молекулам (и веществам) различного строения, поэтому различают несколько типов химической связи. Таковы ионная, ковалентная и донорно-акцепторная (координационная) связи. Кроме этих видов связей существуют другие, не относящиеся непосредственно к рассмотренным электронным оболочкам. Таковы водородная и металлическая связи. Далее мы рассмотрим каждый из указанных типов связи отдельно, но прежде необходимо рассмотреть понятие валентность элементов . [c.42]

Открытие сложности строения атома и его изменяемости (конец XIX и начало XX в.) вызвало к жизни целый ряд теорий химической связи и образования молекул. Было совершенно ясно, что образование химической связи идет только за счет электронов, окружающих атомное ядро, так как заряд ядра и место атома в периодической системе элементов в химических процессах не изменяются. Однако электронная теория валентности оказалась весьма сложной, и прошло много времени, прежде чем она стала современным учением о химической связи. [c.69]

В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью, т. е. молекулы имеют точное химическое строение. Углерод в органических соединениях четырехвалентен, т. е. соединен с четырьмя другими одновалентными атомами (атомы углерода могут соединяться с атомами различных элементов и друг с другом). Исследования строения атомов и природы химической связи показали, что атом углерода, образуя органическое соединение, переходит из обычного электронного состояния в возбужденное (см. раздел 9). Четыре орбитали атома углерода, содержащие неспаренные электроны, позволяют атому образовать четыре ковалентные связи. [c.152]

Квантово-механическая модель молекулы получила количественное подтверждение в экспериментальной химии, что позволило использовать метод валентных связей ( С), или электронных пар, для описания строения и энергетики более сложных молекул, образованных из атомов различных элементов периодической системы. Проведя расчет энергии химической связи в молекуле Н , Гейтлер и Лондон сделали попытку вычислить энергию присоединения к ней третьего атома водорода (Н ) + (Н) —>(Нд). Расчет показал, что этот процесс невозможен. Отсюда был сделан вывод о том, что химическая связь, возникающая в молекулах за счет появления общей пары электронов, имеет предел насыщения. Двухэлектронная химическая связь получила название ковалентной. [c.241]

Химическое строение. До работ А. М. Бутлерова не уделялось достаточного внимания представлениям о расположении атомов в молекулах, хотя атомно-молекулярное учение уже утвердилось в химии, А. М. Бутлеров ввел представление о химическом строении — строго определенном порядке расположения атомов в молекуле. В основу теории строения была положена валентность элементов — важное свойство атомов, характеризующее способность нх к образованию химических связей. Согласно теории Бутлерова в молекулах веществ атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью, т. е. молекулы имеют точное химическое строение. [c.294]

Если известны стехиометрические валентности обоих элементов в соединениях, то можно составить их химические суммарные формулы (пример см. в 1.8). Следует учесть, что ни сама стехиометрическая валентность, ни суммарные формулы ничего не говорят о типе химической связи в соединениях и тем более о наличии или строении молекул. [c.156]

Формулы той же математической структуры получаются при применении представлений феноменологической теории химического строения и классификации структурных элементов молекул (атомов, связей) по видам и разновидностям с учетом химической индивидуальности, валентности и валентных состояний атомов, кратности связей и учете закономерностей в геометрической конфигурации структурных элементов молекул, изложенных в 2 (см. [6, 11—18, 30, 31, 35, 51, 52]). [c.60]

Для изображения молекул органических соединений пользуются формулами строения, или структурными формулами, которые отражают порядок, последовательность соединения атомов в молекуле. В этих формулах символы (обозначения) элементов соединяют черточками. Каждая черточка означает химическую связь между атомами, а количество черточек соответствует их валентности. Атомы многовалентных элементов затрачивают на образование связей одну или несколько единиц валентности. Например, в органических веществах углерод, как правило, четырехвалентен. При соединении двух атомов углерода могут быть использованы одна, две и три валентности каждого из них. В зависимости от этого различают простую (или ординарную), двойную и тройную связи двойную и тройную связи называют часто кратными [c.15]

Представления о химической связи и о валентности вошли как элементы в важнейшее положение теории А. М. Бутлерова — положение об определенном порядке химической связи атомов в молекуле как основе ее химического строения. [c.27]

В классической теории химического строения в представление о порядке химической связи входили как элементы следующие представления представление о химической связи, представление о валентности атомов, представление об определенной последовательности химических связей атомов в молекуле и представление о кратности химических связей. [c.62]

I. Развивая основное положение теории А. М. Бутлерова о порядке химической связи атомов как основе химического строения молекулы, мы вводим в представление о порядке связи в качестве нового элемента представление о валентном состоянии атомов и представление о типах химических связей. Следовательно, мы можем сказать, что основные, главные черты химического строения углеводородов определяются не только последовательностью и кратностью связей атомов в молекуле — факторами, входящими в представление о порядке химической связи, вскрытыми в классической теории химического строения, но и типами связей, т. е. валентными состояниями атомов, участвующих в связи. [c.314]

В первой половине XIX в. характеристику химического сродства атомо1В стали искать в электрохимических свойствах элементов. В самом начале века появилась электрохимическая теория, развиваемая в трудах Г. Деви (1778— 1829) и Берцелиуса. Деви считал, что химически взаимодействующие частицы при контакте -приобретают противоположные электрические заряды, которые и обусловливают связь поэтому между химическими и электрическими процессами существует однозначная зависимость. Согласно Берцелиусу, атомы химических элементов полярны и в сво бодном состоянии, до контакта, и поэтому можно выявить различие между электроотрицательными, у которых преобладает отрицательный полюс, и электроположительными элементами. Между собой соединяются атомы с противоположными зарядами. Электрохимическая теория стала основой для дуалистической теории строения вещества Берцелиуса, которая довольно последовательно позволила объяснить взаимодействие многих веществ — оксидов, кислот, оснований, простых веществ — между собой. Однако уже к середине века эта теория встретилась с непреодолимыми трудностями на ее основе нельзя объяснить существование молекул нз одинаковых атомов (например Нз) или замещение электроположительного водорода иа электроотрицательный хлор в соединениях углерода. И на некоторое время попытки выяснить природу химической связи были оставлены. Химики просто признавали существование такой связи, и возникаемые теории валентности опирались лишь на экспериментальные факты, т. е. были эмпирическими. [c.105]

Нужно рассказать учащимся о жизни замечательного русского ученого А. М. Бутлерова. Необходимо также сообщить учащимся следующие сведения. Немецкий химик Кекуле в 1857 г. высказал мнение, что углерод в органических соединениях имеет валентность, равную 4. Затем в 1858 г. Кекуле и Купер предположили, что углеродные атомы могут соединяться с другими углеродными атомами, образуя цепи. Химические формулы Купера были весьма схожи с современными. Купер был первым химиком, использовавшим линии между символами элементов для обозначения валентных связей. Однако только А. М. Бутлерову удалось суммировать все разрозненные теоретические данные и сформулировать основные положения теории химической связи в ее современном виде. Термин химическое строение был впервые применен А. М. Бутлеровым в 1861 г. Им было установлено, что необходимо изображать структуру каждого вещества одной формулой, которая должна показывать, каким образом каждый атом в молекуле связан с другими. [c.42]

Причина возникновения связей между атомами в молекулах оставалась неизвестной до развития учения о строении атома. После открытия электрона и появления первых моделей атомов был сделан ряд попыток объяснить валентность строением атомов. В 1904 г. английский ученый Дж. Томсон связал валентность с перемещением электронов от одного атома к другому при образовании химических соединений. Позднее, в 1914 г., этот же вопрос был более детально разработан Л. В. Писаржевским. В 1915 г. немецкий химик Коссель предложи.л теорию химической связи, названную впоследствии теорией электровалентной связи. В своей теории он исходил из того факта, что атомы элементов нулевой группы периодической системы инертны, т. е. не вступают в химические реакции с другими атомами. Отсюда Коссель сделал вывод, что атомы инертных элементов имеют особо устойчивые электронные оболочки. В основу теории химической связи он положил представление о том, что одни атомы, химически свя-вываясь с другими атомами, теряют с внешнего энергетического [c.54]

Отличие строения атомов различных элементов от строения атомов инертных газов. Валентные электроны. Образование ионов и молекул с ковалентной и электровалентной связью. Понятие об ионизационном потенциале и сродстве к электрону. Перемена валентности элемента как окислительно-восстановительный процесс. Приемы составления уравнений окислительно-восстанови-тельных реакций электронная схема, ионное и молекулярное уравнения. Примеры окислительно-восстановительных реакций в кислой, нейтральной и щелочной среде. Окислительно-восстановительные процессы как источник электрического тока. Гальванические элементы. Нормальные окислительно-восстановительные потенциалы и их значение. Электролиз. Законы Фарадея. Электрохимический эквивалент и химический эквивалент. Расчет химических эквивалентов элементов и сложных веществ в окислительно-восстановительных реакциях. [c.73]

Как при возникновении понятия об ионной связи и электростатических теорий органической химии, так и при разработке теорий, о которых пойдет речь в этой главе, вопрос об электронной модели химической связи и целой молекулы был производны.м от вопроса о природе валентности элементов и, если идти еще дальше, от вопроса о строении атома. [c.56]

Хотя формулы химического отроения в определении Бутлерова уже встречались в работах Кекуле и Купера, а затем и Лошмидта, однако само понятие химического строения стало важнейшей составной частью теории только тогда, когда был поставлен вопрос о возможности связать химическое строение со свойствами молекул. Это и было сделано Бутлеровым в его теории химического строения, в которой положение о зависимости между химическим строением и свойствами молекул является отличающим его теорию от всех остальных и занимающим в ней центральное место. Формулировка этого основного положения теории химического строения содержит у Бутлерова одновременно и отказ от традиционной точки зрения Известное правило, гласящее, что натура сложной частицы определяется натурой, количеством и расположением элементарных составных частей, я считал бы возможным покамест изменить следующим образом химическая натура сложной частицы определя- етпся натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением [24, с. 70]. Здесь натура — свойства, сложная частица — молекула, элементарные составные части — атомы. Постулированная таким образом зависимость между химическими свойствами и химическим строением молекул открывала возможность для определения строения молекул химическим путем и заключения о химических свойствах молекул по их химическому строению. Это положение никак не вытекает из учения о валентности и химической связи и поэтому представляет собою новый принцип, из которого следует ряд фундаментальных выводов. Из него, в частности, вытекает объяснение изомерии различием химического строения изомеров из него следует, хотя и не так очевидно, что различие единиц сродства многовалентного элемента условливается , по выражению Бутлерова (1862), влиянием других атомов, [c.33]

Введение. Вопросы химической связи образования молекул из атомов и строения самих молекул относятся к важнейшим вопросам химии и давно привлекают к себе внимание. Однако пока не была раскрыта сложная структура атома и атомы считались неделимыми, нельзя было достичь правильного понимания этих вопросов. В течение прошлого века был накоплен весьма ценный экспериментальный материал, сделаны некоторые очень важные обобщения, физический смысл которых стал ясен только в наше время. Из них следует назвать в первую очередь ус таиов-ление понятия химического эквивалента и введение понятия о валентности как формальной численной характеристике способности атомов данного элемента соединяться с тем или другим определенным числом атомов другого элемента. [c.55]

Направленность ковалентной связи. Как указано выше, ковалентная связь имеет направленность. Квантовомеханическое объяснение направ.1енности ковалентной связи основано на учете формы различных орбиталей. Здесь отметим, что атомы элементов второго и последующих периодов можно рассматривать как состоящие из остова, содержащего внутренние электронные слои, и внешних (валентных) электронов, которые вносят основной вклад в образование химической связи. Поэтому далее при описании строения молекул принимаем во внимание только орбитали валентных электронов. [c.90]

Образование устойчивой электронной конфигурации может происходить несколькими способами и приводить к молекулам (и веществам) различного строения, поэтому различают несколько типов химической связи. Таковы ионная, ковалентная и донорно-акцепторная (координационная) связи. Кроме этих видов связей существуют другие, не относящиеся непосредственно к рассмотренным электронным оболочкам. Таковы водородная, металлическая и вандерваальсова связи. Далее мы рассмотрим каждый из указанных типов связи отдельно, но прежде нам необходимо рассмотреть понятие валентность элементов , так как имеет смысл говорить не просто о валентности элемента, но о валентности элемента в определенном химическом соединении. [c.70]

На страницах этой книги, рекомендованной кафедрой Общей химии Уфимского нефтяного института в качестве учебного пособия для студентов нехимических специальностей по теме Химическая связь и строение молекул , рассказывается о том, как наука подошла к современным представлениям о химической связи, основанным на принципах квантововолновой теории. В ней значительное внимание уделено методу валентных схем и обобщению на основе этой теории известных закономерностей структурной химии Р-элементов. Метод молекулярных орбиталей использован для объяснения характера химической связи в металлах. Брошюра может оказаться полезной также преподавателям химии средних школ и техникумов, аспирантам и научным работникам. [c.2]

Во второй половине XIX в. был сформулирован принцип четырех-валентности углерода, ставший фундаментом органической химии. В таком виде понятие валентности вошло в теорию строения А. М. Бутлерова (1861), согласно которой каждую химическую связь считали направленной и строго локализованной между двумя атомами. Молекулы при этом изображали в виде структурных формул, в которых штрих отождествлял единицу валентности. Периодический закон Д. И. Менделеева расширил понятие валентности, связав его о поло-женпем элементов в группах. Однако с рождением химии комплексных соединений представления о строго определенной валентности атомов оказались недостаточными. [c.263]

Данная глава посвящена физическим и химическим свойствам чистьк элементов и сходных с ними веществ. Строение этих веществ существенно отличается от рассмотренного нами ранее строения соединений с ионными и ковалентными связями. Металлические и неметаллические элементы существуют вследствие образования химической связи между одинаковыми атомами, что ограничивает число возможных молекулярных образований и способов расположения атомов в твердых веществах. Неметаллические элементы образуют неполярные ковалентные молекулы, начиная от двухатомных молекул типа Н2, О2, N2 или 2 и кончая гигантскими молекулами элементарного углерода и кремния. Ко всем этим системам вполне применимы те критерии, определяющие устойчивость молекул, которые были изложены в гл. 7 и 8. В этих системах все валентные атомные орбитали с достаточно низкой энергией заполнены связывающими или несвязывающими электронами а, геометрия молекул определяется отталкиванием валентных электронных пар. Поскольку атомы благородных газов обладают устойчивым электронным строением, эти элементы существуют в виде одноатомных молекул. Многие неметаллические элементы способны существовать в одной из двух или даже нескольких аллотропных форм в качестве примера можно привести углерод, существующий в виде алмаза и графита, а также кислород, элементарными формами которого являются О2 и О3 (озон). Размеры и строение молекул неметаллических элементов определяются теми же факторами, которые рассматривались в гл. 7 и 8. Некоторые из этих веществ будут подробно обсуждаться в разд. 22.5. [c.387]

Какие типы химических связей в молекулах lg, Na l, H l. Составьте электронные схемы строения молекул. Укажите валентность элементов в этих соединениях. В каком веществе значение дипольного момента равно нулю [c.120]

Термин валентность был введен в химию в 1853 г. английским химиком-орга-ником Франклендом для обоснования количественных соотношений атомов элементов в химических соединениях. Развитие учения о валентности в большой степени связано с открытием Д. И. Менделеевым Периодического закона (1869 г.). Им была установлена связь между валентностью элемента и его положением в Периодической системе, введено понятие о переменной валентности элементов в их соединениях с кислородом и водородом (см. 5.4), Учение о строении атомов и молекул способствовало разработке электронной теории валентности. [c.155]

Основные научные исследования посвяш,ены развитию электронных представлений в химии. Предложил (1916) статическую электронную теорию строения атомов и молекул, согласно которой а) атомы благородных газов обладают особенно устойчивой восьмиэлектронной внешней оболочкой (атом гелия — двухэлектронной) б) атомы других элементов во внешней оболочке имеют неполный электронный октет в) образование химического соединения происходит вследствие перехода электронов от атома одного элемента к атому другого элемента и появления ионной химической связи, то есть благодаря электростатическому притяжению. Наиболее устойчивыми должны быть те соединения, в которых валентные электроны распределяются так, чтобы каждый атом был окружен оболочкой, имитирующей электронную оболочку благородного газа. Гипотеза Косселя о гетерополярных связях легла в основу теории ионной связи и гетеровалентности. [22, 324[ [c.258]

Если бы не было определенной закономерности, в соответствии с которой атомы различных элементов соединяются, образуя молекулы и кристаллические соединения, то приходилось бы запоминать формулы тысяч соединений. Однако формулы различных веществ в значительной мере поддаются систематизации, в основе которой лежит тот факт, что некоторые элементы имеют вполне определенную способность образовывать соединения или обладают определенной валентностью (от латинского слова valentia — сила или способность), определяющей число других атомов, с которыми может соединяться атом данного элемента. Другие элементы, более слон<ные по своему поведению, могут проявлять одну из двух или большего числа присущих им валентностей. Данная глава посвящена вопросам природы валентности, валентности элементов и ее связи со строением атомов, систематизации валентностей и других свойств элементов, достигаемой периодической системой все эти вопросы — очень важная часть химической науки. [c.159]

В 70 и 80-х годах XIX столетия классическая теория химического строения была подвергнута очень резкой критике, особенно со стороны Кольбе, Бертло, Менделеева и Меншуткпна. Мы не будем входить в подробности полемики по этому вопросу, так как она нашла уже освешение в другой работе автора [37]. Напомним только, что основная критика была направлена на понятия, имевшие для классической теории строения фундаментальное значение,— на понятие о валентности (атомности) элементов и на понятие о химической связи. Правда, в конечном итоге противники структурной теории потерпели поражение, но это произошло вследствие ее исключительных успехов в истолковании свойств органических молекул и в предсказании новых соединений, но отнюдь не потому, что на гюднятые ее противниками вопросы были даны удовлетворительные ответы. [c.18]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология