Электронные состояния сложного атома

При описании электронного состояния сложно построенных молекул указывают не только тип связи, соединяющей те или иные атомы, но электронные заряды, вызванные я-электронным облаком на отдельных атомах. Знание электронных зарядов дает возможность предвидеть, какой именно атом особенно легко будет присоединять электрон или протон, когда молекула вступает в химическое взаимодействие. [c.28]

Представления о донорно-акцепторном характере взаимодействия между ионом и молекулами растворителя общепризнаны. При сольватации иона происходит своеобразная нейтрализация и перераспределение его заряда по окружающим ион частицам растворителя. Отсюда ион можно представить как своеобразную нейтральную частицу или точнее сложный атом с заполненными электронными орбиталями. Указанная модель состояния иона в растворе оказалась настолько глубокой, что в конечном итоге собственно ион в растворе стало возможным уподоблять атому благородного газа, имеющему то же количество электронов и ту же массу. Такой подход оказался исключительно плодотворным. [c.240]

Начнем с обычного состояния, когда атом обладает наименьшей энергией. Можно было ожидать, что в этом случае все электроны находятся на самом близком расстоянии от ядра, т. е. на наиболее глубоком уровне. Но оказывается, что на каждом простом уровне может находиться только один электрон. Если электрон находится в состоянии, соответствующем простому уровню, то другие электроны в том же состоянии находиться не могут. На сложном уровне не может поэтому находиться электронов больше, чем число составляющих его простых уровней. На 5-уровнях наибольшее число электронов два, на р-уров-нях — 6, на -уровнях — 10 и на /-уровнях — 14. [c.35]

Итак, сложное движение электрона в атоме полностью описывается четырьмя квантовыми числами п, I, т и При переходе атома из одного состояния в другое меняются значения квантовых чисел, происходит перестройка электронного облака, и атом излучает или поглощает квант энергии — фотон. [c.36]

Считается, что атом на поверхности, не имеющий соседа с одной стороны, обладает иным сродством к электрону, нежели эквивалентный атом в объеме. Состояния, возникшие в результате неодинакового сродства к электрону, называются таммов-скими состояниями. Поверхностные атомы — катионы в кристаллах типа АВ — имеют свободные орбитали и обладают донорными свойствами. Видимо, эти явления будут происходить у кристаллов-диэлектриков более сложного состава. Если атомные орбитали валентной зоны — анионные, то возникающие поверхностные состояния будут обладать донорными свойствами (кислород). Таким образом, таммовские состояния могут представлять кислотные или основные центры Льюиса, т. е. акцепторные или донорные ионные поверхностные состояния . Иногда могут проявляться и донорные, и акцепторные состояния, в зависимости от условий, причем донорные и акцепторные свойства поверхностных атомов диэлектрика будут выражены сильнее, чем у полупроводников. [c.42]

Анализ ультрафиолетового спектра адсорбированных ароматических молекул с заместителями, имеющими атом со свободной парой электронов, значительно сложнее. В адсорбированном состоянии основная полоса 270,5 фенола более интенсивна по отношению к другим полосам и смещена в сторону коротких [c.270]

Несколько сложнее обстоит дело со щелочноземельными элементами, занимающими место во второй группе Периодической системы. Эти элементы имеют на 5-уровне по два электрона и, казалось бы, в твердом состоянии должны иметь целиком заполненные 5-зоны и пустые зоны более высоких энергий, исключающие перемещение электронов. На самом деле они обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Объяснение этого кроется в следующем. Уровни 5 и р лежат довольно близко друг от друга, так что при образовании твердого тела зоны 5 и р перекрываются между собой. Это можно видеть на рис. 1.1 (зоны 35 и Зр). Таким образом, объединенная 5—р-зона в щелочноземельных металлах, содержащая по 2 электрона на каждый атом, также оказывается заполненной частично, что и обеспечивает металлические свойства этих элементов. [c.14]

Многоэлектронные атомы. В атоме водорода электрон находится в силовом поле, которое создается только ядром. В многоэлектронных атомах на каждый электрон действует не только ядро, но и все остальные электроны. Прн атом электронные облака отдельных электронов как бы сливаются в одно общее многоэлектронное облако. Точное рещение уравнения Шредингера для таких слон ных систем связано с большими затруднениями и, как правило, недостижимо. Поэтому состояние электронов в сложных атомах и в молекулах определяют путем приближенного решения уравнения Шредингера. [c.85]

Экранировка модельно может быть представлена следующим образом. Наряду с валентными электронами, каждый атом содержит ряд других, более тесно связанных с ядром. Орбиты их в кристалле.принадлежат исключительно данному атому, В некоторых случаях, являясь внешними по отношению к орбитам валентных электронов, они оказывают экранирующее действие на энергетические переходы в смысле защиты от периодического поля кристалла. Этот эффект характерен для элементов с частично заполненными внутренними оболочками. Большинство технических активаторов принадлежит к числу именно таких элементов. Аналогичная картина распределения электронных состояний может иметь место и у более сложных атомных группировок и радикалов. [c.106]

Формально реакция 7 аналогична реакции 6 и является реакцией зарождения. Фактически, однако, она гораздо более эндотермична, и, так как скорость кТ крайне ничтожна ( Г <С Аб ), не является настоящей реакцией зарождения, а ее роль весьма незначительна при инициировании процесса во всем диапазоне исследованных параметров Т (800-2000) К, Р (10-2-20) ат, а (0,1-10,0). Теоретический расчет коэффициентов /с/ проводится так же, как и для реакции 6 [32, 142]. Однако в силу более сложного электронного строения исходных реагентов и активированного комплекса здесь необходимо учитывать вращательные состояния и электронное возбуждение, что особенно важно при высоких температурах. Эти обстоятельства обусловливают возможное увеличение [c.268]

I видимому, Л. Больцман. Тем не менее, большинство моделей этих систем детерминистские по своей сути. Другой недостаток, препятствующий моделированию сложных систем - стремление к описанию их на уровне взаимодействия элементарных частей системы. В сложных системах процессы являются стохастическими. Детерминированность таких систем кажущаяся. Квантовая теория изменила представления об атомах и молекулах. Одно из крупнейших достижений физики и химии XX века - теория гибридизации Л. Полинга, обычно понимается довольно узко как образование сложных электронных оболочек, хотя истинный смысл этой теории в том, что реальный атом в молекуле и изолированный атом таблицы Менделеева - разные вещества. То же относится к молекулам молекула в почве, лаборатории и организме - разные объекты. Состояние вещества зависит от среды. Природные геохимические и биогеохимические системы - почвы, нефти, водные биоценозы состоят из бесконечного числа компонентов. В природе нет и не может быть абсолютно чистого вещества. Понятие чистого вещества противоречит понятию памяти сред. В дальнейшем будет показано непостоянство закона постоянства состава. Кроме того, для таких систем характерны законы квантовой. логики. В конечном счете, это приводит к замыканию макромира таких систем [c.22]

Предсказание валентности. Если исходить из положения, что валентность атома равна числу неспаренных электронов его внешней оболочки, то атомы благородных газов не должны давать никаких соединений с другими атомами, поскольку в основном состоянии спины всех электронов спарены. Между тем открыты и исследованы соединения благородных газов с галогенами и кислородом, как Хер , ХеО 4, Хе 2 и др. Еще сложнее объяснить существование так называемых сэндвичевых соединений, например ферроцена, где атом железа связан с двумя циклическими молекулами СдН,, (рис. 17). Он должен был бы образовать связи с десятью атомами углерода, не обладая десятью электронами во внешней электронной оболочке. [c.57]

Более сложная картина имеет место при образовании связей атомом углерода. Кзк уже указывалось, этот атом в возбужденном состоянии обладает четырьмя неспаренными электронами — одним 5-электроном и тремя р-электронами. [c.163]

Более сложная картина наблюдается в том случае, когда в образовании связей данного атома принимают участие электроны разного вида, например 5- и р-типа. Рассмотрим молекулу СН4. Атом углерода в основном состоянии имеет конфигурацию 5 2з 2р , а в возбужденном состоянии имеет один 25- и три 2р-электрона. [c.28]

Основополагающим понятием современной химии является понятие о химическом элементе , т. е. виде атомов с определенной совокупностью свойств. Под свойствами изолированных атомов подразумеваются заряд ядра и атомная масса, особенности электронного строения, потенциалы ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность, атомные, орбитальные и ионные радиусы н т. д. Однако необходимо иметь в виду, что изолированные атомы как форма организации вещества могут существовать в природе лишь при достаточно высоких температурах в виде моноатомного пара. Единственным исключением являются благородные газы, для которых при любых условиях и в любом агрегатном состоянии структурной единицей является атом. Все остальные элементы существуют в природе в виде более сложных агрегатов молекул и кристаллов. Таким образом, следует строго различать понятия элемента как вида изолированных атомов и простого вещества как формы существования элемента в свободном состоянии. Следует особо подчеркнуть нетождественность этих понятий хотя бы потому, что один элемент может существовать в виде нескольких простых веществ (аллотропия) . [c.26]

Так как атом кислорода в отличие от водородного многоэлектронен, заранее можно предугадать, что учение о состояниях молекул О г будет более сложным. Основное состояние обычной нейтральной молекулы кислорода имеет следующую электронную конфигурацию [c.170]

Материал предыдущей главы показывает, что каждый атом представляет собой сложную систему из ядра и электронов, находящихся в различном энергетическом состоянии, способную перестраиваться в зависимости от энергии возбуждения. Недаром Н. Бор называл состояние электронов в атомах пляской электронов , понимая под этим их способность реагировать даже на сравнительно малые энергии возбуждения. [c.72]

В результате связывания с ферментом в субстрате могут индуцироваться напряжения разных типов [119]. Субстрат может быть связан таким образом, что нуклеофильный атом окажется на расстоянии, меньшем ван-дер-ваальсового контакта, от электрофильного центра, а также приводить к локальным деформациям углов связей, повышающим энергию основного состояния. К аналогичному результату приводит и связывание в менее выгодной конформации. Так, многие лактоны в 10 —10 раз реакционноспособнее обычных сложных эфиров [131], в основном за счет их закрепления в невыгодной г ис-конформации (83), в то время как ациклические сложные эфиры существуют в более стабильной гракс-конформации (84). Ни в том. ни в другом случае не происходит потери энергии делокализации сложноэфирной группы такой эффект приводил бы к гораздо более значительному приросту энергии основного состояния, как, например, в лак-таме (85) [132]. Каркасная структура этого соединения фиксирует неподеленную пару электронов азота в плоскости карбонильной группы, что делает делокализацию невозможной. В результате (85) ведет себя не как амид, а как амин с прилежащей электронооттягивающей группировкой. Так, для него характерна карбонильная полоса поглощения в ИК-спектре при 1762 см и гораздо большая по сравнению с подлинным амидом основность (рЛ а 5,33). Последнее свойство позволяет легко получить гидро- [c.526]

Существенно сложнее состояние химических связей С-О-Н в фенолах. В них атом кислорода не только оказывает сильное индукционное влияние на остаток углеводорода (-/-эффект), но и вступает с помощью р -электронной пары в ия-сопряжение с МО бензольного ядра. Она смещается в сторону НВМО бензольного ядра ( 1 ). Потеря электронной плотности на 0-атоме вследствие этого сдвига больще, чем ее пополнение за счет эффекта. Поэтому на 0-атоме размещается некоторый б+, а в орто- и пара-положениях локализуется 5- = 35. [c.420]

В случае атома углерода картина будет значительно сложней. В основном состоянии атом С имеет на своей внешней оболочке два спаренных -электрона и два неспаренных р-электрона. Согласно этим представлениям, углеродный атом должен быть всегда двухвалентным, каким он и является в некоторых соединениях, например в окиси углерода. Однако атом любого элемента, соединяющийся с атомами других элементов, стремится с затратой некоторого количества энергии максимально использовать электронные облака, на которых возможно перераспределение его электронов. Для углерода такое перераспределение представлено в табл. 2. [c.26]

Электронную конфигурацию устойчивого сложного атома, характеризующую размещение электронов по орбиталям, можно установить с помощью принципа наименьшей энергии, принципа Паули и некоторых правил, учитывающих возможную энергетическую неравноценность близких электронных состояний. Поскольку в устойчивом состоянии атом должен обладать наименьшей энергией, электроны занимают орбитали с самыми низкими аоалйожными энергиями. Число электронов на этих орбиталях [c.23]

Однако, если атом входит в состав молекулы, так что сферическая симметрия атома теряется, расчет становится более сложным. А. Сейка и К. Сликтер (19Е4 г.) предложили рассматривать общее экранирование как возникающее в результате сложения нескольких эффектов. Один из них — диамагнитное экранирование за счет электронов данного атома, которое можно рассчитать по формуле (38) для атомов. Однако вклад диамагнитного экранирования будет частично компенсирован вторым членом, парамагнитным, имеющим противоположный знак, хотя и обусловленым теми же самыми электронами. Этот член отражает тот факт, что молекула теряет сферическую симметрию и потому ноле, индуцируемое в направлении, противоположном Но, соответственно уменьшается. Иное положение состоит в том, что в присутствии магнитного поля будет иметь место некоторое смешение основного состояния молекулы с возбужденными электронными состояниями подходящей симметрии. В случае протонов вклад парамагнитной составляющей в константу экранирования является незначительным (им обычно пренебрегают), но при наблюдении магнитного резонанса на ядрах с низколежащими возбужденными уровнями (например, Р, и др.) парамагнитная составляющая может иметь большую величину. В 1957 году Дж. Гриффит и Л. Оргел, рассматривая химические сдвиги Со в октаэдрических комплексах Со +, получили парамагнитный вклад, который можно рассчитать по уравнению [c.64]

Начиная с углерода атомные состояния делаются более сложными. Углерод имеет два электрона на 2р-уровнях с составляю-, щими орбитального момента = +1,0—1. Два электрона могут быть различным образом распределены на этих уровнях (рис. 7). Как видно, всего имеется девять различных конфигураций. При каждом нз распределений полный спин равен 1 или О в зависимости от того, параллельны или антипараллельны спины р-электронов, соответственно чему атом находится в тр плетном или синглетном состоянии. Кроме того, каждая конфигурация имеет орбитальный момент, 2-компонента которого равна просто сумме орбитальных моментов обоих электронов. Он указан в нижней строке рис. 7. Чтобы найти атомные состояния, вспомним, что каждое состояние имеет орбитальный момент с составляющими т, = —I, —/ + 1,. . . О,. . . Л- I. Поэтому мы должны сгруппировать вместе те конфигурации, для которых различные знаг чения принадлежат одному и тому же значению /. [c.30]

В системе СН2=СН—СН=СН—Э, где Э — атом халькогеца, имеющий неподеленные электронные пары и вакантные -орбита-ли, реализуются и сложным образом взаимодействуют различные виды сопряжения (я—я, р—я, я—й). Эти эффекты влияют па энергию связи и управляют реакционной способностью, их относительные вклады зависят в первую очередь от природы халькогена. Характер ионизации и диссоциативного распада подобных соединений может дать важную информацию об электронном состоянии объекта и тенденциях его эволюции при возбуждении, а также о вероятных направлениях химических превращений. [c.93]

Конечно, атом лития — весьма простой пример. Нахождение термов основного и возбужденных состояний сложных электронных систем — более трудная задача. При этом существенную помощь может оказать составление таблицы возможных значений Мх, и Мв. Рассмотрим такую более универсальную процедуру на примере атома углерода. [c.32]

Более сложная зависнмость имеет место при образовании связей атомом углерода. Как уже указывалось, этот атом в возбужденном состоянии обладает четырьмя неспареннымн электронами— одним 5-электроном и тремя р-электронами. Рассуждая аналогично, можпо было бы ожидать, что атом углерода будет давать три связи, направленные под углом 90° друг к другу (р-электро-ны), и одну связь, образованную. -электроном, направление которой может быть произвольным, поскольку 5-орбиталь имеет сферическую симметрию. [c.85]

Такие понятия, как конфигурация и терм, являются характеристиками электронного строения молекулы, они неприменимы в строгом смысле к описанию состояния отдельных атомов в составе молекулы. Тем не менее с использованием соображений симметрии удается для некоторых молекул установить примерное строение электронной оболочки атома в составе молекулы. Хорошо известным примером в этом отношении может служить молекула метана, в которой, как это впервые показал Л. Полинг, эффективная конфигурация атома углерода есть Этот вопрос обсуждается, как правило, в литературе весьма подробно, см. [17], [8], [12], [20]. Рассмотрим подобную задачу на примере более сложной системы — комплекса №Уг, где в качестве У может быть взят атом кислорода. Симметрия комплекса предполагается Сзу Атомы переходных элементов имеют малую энергию возбуждения. Для атома N1 (см. гл. 3, 6) разность полных энергий АЕ = Е Зс 4х) — ( F, 3 4х ) составляет всего лишь 205 см" = 0,03 зВ. При столь незначительной величине АЕ орбитальные энергии 4s и Зй -злект-ронов претерпевают тем не менее существенные изменения. Например, для основного в конфигурации с F-тepмa = -0,70693, 45 = = -0,27624, в то время как для терма -0,45730 и = -0,23576. [c.218]

Материал предыдущей главы показывает, что каждый атом представляет собой сложную систему из ядра и электронов, нах,одящихся в различном энергетическом состоянии, способную перестраиваться в за- [c.69]

Замещение внутрициклического атома водорода ЫН-группировки НгП с образованием Ы-замещенных порфиринов дает в результате еще более сложное сочетание структурно-электронных изменений. Наряду со значительным искажением молекулы и поляризацией макрокольца К-заместителем ( /-эффект), здесь может наблюдаться частичная перегибридизация Н-замещенного атома азота (,5р р ) [84-86]. Факт смены гибридизации находит подтверждение в спектрах ПМР и данных РСА [85], а также в изменении реакционной способности молекул, которая не может быть объяснена лишь электронными эффектами Ы-заместителей. Перегибридизация оказывает дополнительное влияние на снижение электронной составляющей МЦЭ, поскольку повышает химическое средство пирролениновых (-Н=) атомов азота координационного центра молекулы НгП. Ы-замещенный атом азота приобретает в этом процессе свободную электронную пару и свойства, близкие к аминным. Как известно, амины обладают высокими электронодонорными свойствами, легко вступая в реакции протонирования и комплексообразования, однако образующиеся комплексы отличаются низкой термодинамической устойчивостью. Аналогичная картина наблюдается в случае Ы-замещенных порфиринов [85]. Данные табл. 7.11 показывают, что Ы-замещение приводит к возрастанию скорости комплексообразования НгТФП (7) в Ю -КУ раз. При этом энергии активации процесса снижаются вдвое, а степень сольватации переходного состояния увеличивается. [c.353]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология