Электронные представления в теории строения, и электронные структурные формулы

В истории электронных теорий органической химии теория резонанса заняла промежуточное положение между качественной теорией электронных смещений и количественными методами квантовой химии, в первую очередь методом валентных связей. Здесь надо сразу заметить, что теорией резонанса называли в разное и даже в одно и то же время отнюдь не одинаковые теоретические представления. У Полинга первоначально теория резонанса как бы но сути явилась продолжением взглядов Льюиса, поскольку резонирующие электронные структуры у Полинга представляют собой подобие электронных таутомеров Льюиса. С другой стороны, у Уэланда, как и у большинства сторонников теории резонанса, резонирующие структуры — это, так сказать, модели реально, как правило, неосуществимого распределения электронов в молекуле. В этом отношении они подобны тем двум предельным состояниям, которые согласно теории мезомерии Ингольда в результате взаимного возмущения дают мезомерное состояние, отвечающее распределению электронов в реальной частице. Таким образом, в этом варианте теория резонанса отличается от теории мезомерии в основном лишь тем, что в ней реальное электронное строение частицы может быть представлено как промежуточное не только между двумя, но и между большим числом предельных состояний резонансных структур , выражаемых сходными с обычными структурными формулами, иногда оснащенными знаками + и — (у Ингольда — стрелками). При объяснении химических свойств принимается, что каждая из мыслимых [c.69]

До открытия электрона невозможно было понять природу химической связи. Правда, понятие о валентности существовало уже в 1852 г. и в эти же годы существовали некоторые представления о геометрических формах молекул. Вант Гофф и Лебель установили тетраэдрическую структуру атома углерода, а Вернер создал стереохимию комплексных ионов. Очевидно, для того чтобы молекула имела определенную геометрическую форму, должны существовать какие-то связывающие силы между ее частями. В структурных формулах такую химическую связь между связанными атомами изображали черточкой. Она указывала на существование связи, но, разумеется, не давала никакого описания ее природы. Незадолго до открытия электрона Аррениус предположил существование свободных ионов. На основе этого предположения были сделаны многочисленные попытки найти объяснение силам, связывающим атомы. Хотя эти попытки были неудачными, они содействовали представлению об электрическом заряде как основе образования связи. После открытия электрона стало возможно дальнейшее развитие теории связи. В течение немногих лет, основываясь на положительно и отрицательно заряженных атомах, было предлол<ено много разных объяснений образованию связи, но почти не было попыток связать заряды атома с его строением. В 1916 г. Льюис предложил свою теорию валентности. С тех пор было много сделано в области применения математики в теории валентности, но в основе представления о химической связи лежит по-прежнему теория Льюиса. Согласно Полингу , химическая связь возникает между двумя атомами в том случае, если связывающая атомы сила настолько велика, что приводит к образованию достаточно устойчивого агрегата, чтобы обеспечить его существование в виде самостоятельной частицы. Обычно различают пять типов химической связи ионная, ковалентная, металлическая, связь, обусловленная силами Ван-дер-Ваальса, и водородная, причем три первых очень прочны. Все эти связи одинаково важны, но металлическая связь здесь не будет рассмотрена о ней можно прочесть в других источниках . [c.134]

В начале двадцатых годов, когда стало известно ядерно-электронное строение атома, выяснилось, что химическая связь заключается во взаимодействии электрически заряженных частиц. Физический смысл штриха в структурных формулах попытался расшифровать в 1916 г. Г. Льюис, на основе теории строения электронной оболочки атома Н. Бора. Согласно представлениям Г. Льюиса, атомы в молекулах связаны между собой за счет образования общих электронных пар, принадлежащих обоим связанным атомам. Количество электронов, расходуемое атомом на образование электронных пар и равное числу общих пар, которыми этот атом связан с другими атомами, определяет его валентность. Таким образом, черточка в структурной формуле, отвечающая единице валентности, обозначает [c.127]

На основе периодического закона Менделеева и открытия электрона в конце 19-го века была создана теория строения атома. В этой теории была установлена зависимость свойств элементов от строения их атома, была дана физическая интерпретация периодического закона. Теория строения атома легла в основу электронных представлений в органической химии. Первоначальной задачей электронной теории в химии было электронное толкование химических связей и структурных формул. В дальнейшем была сделана попытка подойти к решению кардинальных вопросов органической химии, а именно вопроса о природе реакционной способности органических соединений и вопроса о взаимном влиянии атомов в молекуле. [c.8]

Структурные формулы органических соединений, принятые в современной органической химии, дают четкое представление о последовательности расположения атомных ядер в молекуле. Так как валентные углы и ковалентные радиусы, характеризующие отдельные атомы, входящие в состав молекул, известны, можно без труда представить строение органической молекулы в отношении распределения в ней ядер атомов. Однако на основании структурных формул не всегда можно сделать вывод о распределении облаков валентных электронов и тг-электронов по связям. Так как электронная теория во многих случаях позволяет понять связь между некоторыми закономерностями в поведении органических соединений и электронным строением молекул, возникла необходимость иметь удобный простой и по возможности четкий метод изображения органических соединений, позволяющий отобразить в формулах не только взаимное расположение ядер, но приближенно и распределение облака валентных электронов. [c.156]

Если мы сравним наше современное представление о строении органических соединений, приняв во внимание все то, что мы можем сказать об их геометрии и электронном строении, с понятием о химическом строении в классической его формулировке, то последнее нам будет представляться как безусловно верная, но в то же время чрезвычайно упрощенная модель действительного строения химических частиц. Но если эта модель верно отражает одну из сторон объективной действительности — распределение, межатомных связей в органических соединениях, становятся понятными не только те огромные успехи, которые были достигнуты при ее помощи в структурный период, но и возможность ее применения тогда, когда нет необходимости или возможности применить более сложную модель или когда приближенное изучение какого-либо объекта должно по логике вещей предшествовать его более глубокому исследованию. Действительно, квантовохимические расчеты и вообще электронные представления можно применить к огромному больпшнству органических соединений лишь тогда, когда известно их химическое строение. Изучение геометрии молекул, особенно сложных, также в большинстве случаев невозможно без предварительного знания их химического строения. Таким образом, классическая теория химического строения остается руководителем химика-органика, а также и физика, прилагающего свои методы к органической химии, на первых шагах любой их работы. Когда химик-органик собирается получить новое вещество, он руководствуется его планом — формулой химического строения, во вторую очередь — стереохимической формулой когда же он встречается с новым веществом — природ- [c.15]

Благодаря развитию стереохимии структурная химия перешла от изображения формул веществ на плоскости к их изображению в трехмерном пространстве. Экспериментальное подтверждение и дальнейшее успешное развитие стереохимических представлений стали возможными лишь благодаря открытию электрона и созданию теории строения атомного ядра. [c.70]

При рассмотрении взаимного влияния атомов в молекуле, а также строения молекул, связи в которых значительно отличаются от двухцентровых двухэлектронных связей, мы сталкиваемся с необходимостью более точного и детального изображения строения органической молекулы, чем это можно сделать При ло-мощи классических структурных формул. Для описания распределения электронной плотности в молекуле органического соединения в советской литературе наиболее часто используются представления и символика метода электронных смещений, когда перераспределение электронной плотности изображается при помощи стрелок и дробных зарядов на атомах. Наряду с этим методом в зарубежной научной литературе широко применяется символика, основанная на концепции электронного резонанса, введенной в органическую химию Л. Полингом. Фактически как метод электронного резонанса, так и метод электронных смещений не являются самостоятельными теориями, а представляют собой только различные способы описания распределения электронной плотности в молекуле в рамках единой электронной теории строения органических соединений. [c.25]

Строение азотистоводородной кислоты. Классическая структурная формула (по Тиле — Анжели) содержит один пятивалентный атом азота, что по электронной теории химической связи невозможно (см. стр. 98). Согласно этой теории, возможны две структуры, в которых соблюдено правило октета. Обе содержат раздельные заряды и отличаются по расположению двух пар электронов. Как и в других подобных случаях, теория предусматривает, что ни одна из этих структур не представляет распределения электронов в реальной молекуле, поскольку последняя является промежуточной между двумя представленными формулами (сопряжение, мезомерия или резонанс см. стр. 98). [c.408]

Теперь мы подошли к понятию валентной схемы. Этим понятием представлен следущий шаг в эволюции химической символики. Валентные схемы формулируются фактически в том же самом алфавите, что и обычные структурные формулы. Однако грамматика у них несколько иная. Символика валентных схем опирается на положения теории химического строения, дополненные электронными представлениями. [c.44]

Второй путь сохраняет для определенного химического соединеиия одну формулу. Это достигается нри помощи существенного усложнения химического алфавита за счет стрелочек, крючочков и т. д., регулирующих электронную плотность в молекуле. Таким образом строились формулы в теории электронных смещений органической химии. Впрочем, в ней же применялся и первый способ представление строения группой формул. В квантовой химии способ изображения молекулы одной формулой применяется в виде так называемых молекулярных диаграмм. Правда, в молекулярных диаграммах отсутствуют дополнения к химическому алфавиту, вроде стрелочек и крючочков, в них также отсутствуют знаки двойной и тройной связей. Молекулярные диаграммы — это структурные формулы, на которые нанесены индексы свободной валентности и порядки связей [c.95]

В действительности же представление о молекуле бензола, как о равностороннем шестиугольнике с равномерным распределением электронных зарядов, то есть о единой формуле строения бензола, хотя и отличной от классических структурных формул, является подтверждением и дальнейшим развитием бутлеровской теории. [c.425]

В рабочий язык химии прочно вощли льюисовы представления и элек-тронно-точечные структурные формулы. Если известна льюисова структура молекулы, можно кое-что сказать об устойчивости, порядке, энергиях и длинах связей этой молекулы. А если воспользоваться методом ОВЭП, часто удается предсказать и геометрическое строение молекулы. В данной главе будет показано, что можно продвинуться еще дальще в определении электронного строения молекул, исходя из рассмотрения пространственной направленности и энергии валентных атомных орбиталей, принимающих участие в образовании химической связи. Этот более глубокий метод анализа известен под названием теории молекулярных орбиталей. [c.509]

Не следует забывать, что химия исследует вещество только в одном из аспектов. Изучая состав, химические свойства, способы получения твердых веществ, мы не можем обходиться без представления об их электронной конфигурации, кристаллической структуре, без знания закономерностей, которым подчиняются изменения физических свойств с изменением энергетического состояния вещества, словом без физической теории и без физических экспериментов. Химия, физика твердого тела и молекулярная биология — по определению физика-теоретика айскопфа — являются непосредственным следствием квантовой теории движения электронов в кулоновском поле атомного ядра. Все многообразие химических соединений, минералов, изобилие видов в мире организмов обусловливается возможностью расположения в достаточно стабильном положении сравнительно небольшого количества первичных структурных единиц — атомов — огромным количеством способов, диктуемых пространственной конфигурацией электронных волновых функций. Длина связи, т. е. межатомное расстояние,— это диаметр электронного облака, определяемый амплитудой колебания электрона в основном состоянии. Поскольку масса ядра во много раз больше массы электрона, соответствующая амплитуда колебания ядра во много раз (корень квадратный из отношения масс) меньше. Поэтому, как отмечает Вайскопф, ядра способны образовывать в молекулах и кристаллах довольно хорошо локализованный остов, устойчивость которого измеряется энергией порядка нескольких электронвольт, т. е. долями постоянной Ридберга. Местоположения ядер атомов, образующих остов кристалла, с большой точностью определяются методом рентгеноструктурного анализа. Таким образом, бутлеровская теория строения, структурные формулы в наше время получили ясное физическое обоснование. [c.4]

Знание физических свойств органических соединений позволяет изучить структуру молекулы значительно глубже и разностороннее, чем это возможно на основании классической структурной формулы. Тем не менее все те знания, которые имеются о взаимосвязи между строением и физическими свойствами, еще не решают последней проблемы органической химии — проблемы химической связи. Между тем классическое структурное учение создало представление о сцеплении атомов. Сцепление атомов и четы-рехвалентность углерода — два основных представления, на которых основывается классическое учение о структуре. Четырехвалентность углерода нашла ныне свое истолкование в факте наличия четырех валентных электронов у углерода. Однако тот подход к рассмотрению связи между строением и физическими свойствами, который применялся до сих пор, не дает возможности решить вопрос о том, каким образом осуществляется сцепление атомов при посредстве этих четырех электронов углеродного атома, взаимодействующих с электронами других атомов с образованием простых, двойных и тройных связей. Удалось, правда, сделать важные выводы о роли СВЯЗУЮЩИХ электронов, изображаемых в структурной формуле в виде черточки-связи. В этом и заключается наиболее значительное продвижение вперед, которое достигнуто по сравнению с классической структурной теорией в результате изучения зависимости между строением и физическими свойствами. Выводимый из диэлектрической постоянной дипольный момент дает обобщенное представление о распределении электронов в молекуле относительно центров тяжести атомных ядер. Оказывается даже возможным ПОЛУЧИТЬ некоторые сведения не только о молекуле в целом, но и [c.358]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология