Форма и положение орбиталей

В связи с уменьшением числа часов, отводимых на чтение лекции по химии, возникла необходимость пересмотра материала лекций в сторону его сокращения. По программе тема Строение атома должна быть обязательно раскрыта, и на это приходится отводить не более чем полторы лекции. Целесообразно начать лекцию о составе атома, какие частицы входящего образуют, их зарядах, массах, когда они открыты и кем. Затем напомнить студентам о модели атома Резерфорда. Особенную трудность вызывает необходимость очень кратко и в то же время доходчиво изложить основные положения квантовой механики. При изложении вопроса о двойственной природе объектов микромира достаточно привести уравнение Де-Бройля (без вывода) и обсудить его, привести примеры, экспериментально доказывающие волновые свойства потока электронов. Рассказать, что О положении электрона в атоме можно судить только с точки зрения теории вероятности. Дать квантовомеханическую модель электрона как облака отрицательного электричества, имеющего определенную форму и размеры, рассказать, что означает понятие орбиталь . [c.170]

Особенности микромира. Основные положения квантовой механики. Квантование энергии. Корпускулярно-волновой дуализм. Принцип неопределенности. Волновая функция. Атомная орбиталь. Вероятность и плотность вероятности. Квантовые числа. Энергия, форма и расположение в пространстве атомных орбиталей. [c.17]

В книге теоретические положения органической химии рассмотрены с позиций электронной теории строения вещ,еств. В доступной форме автор раскрывает физический смысл квантовых чисел, на примерах рассматривает химическую связь в молекулах органических веществ, направленность, гибридизацию электронных орбиталей, строение (У- и я- связей. [c.2]

Образование химической связи сопровождается интерференцией электронных волн (перекрыванием орбиталей), т. е. образованием между атомами зон с повышенной плотностью электронного облака . Такая связь имеет пространственную направленность, определяемую формой и пространственным положением орбиталей взаимодействующих атомов. [c.249]

Положение электрона в структуре атома выражается четырьмя квантовыми числами главным, орбитальным, магнитным и спиновым. Они определяют энергию, размеры и форму электронных орбиталей, а также собственное вращение электрона (спин). Максимально возможное число электронов в каждом слое равно 2п , где п соответствует значениям главного квантового числа 1, 2, 3, 4.....Распределение электронов [c.28]

В квантовой механике сохраняются значения понятий массы частицы, энергии, импульса та и момента количества движения. Однако такое понятие, как траектория движения частицы, в ней отсутствует. По так называемому соотношению неопределенностей Гейзенберга одновременное определение местоположения частицы (например, координатой х) и ее количества движения (импульса р = ти) не может быть сделано с какой угодно степенью точности. Вероятностное описание движения электрона приводит к представлению о том, что электрон как бы размазан вокруг ядра и образует той или иной формы электронное облако, плотность которого в разных точках определяется вероятностью пребывания электрона в них. Если в настоящее время и пользуются термином орбита , то вместо линии какой-то определенной траектории, лежащей в плоскости, в современной теории в этот термин вкладывается смысл, отвечающий понятию совокупности положений электрона в атоме. В этом смысле вместо термина орбита стали все больше и больше употреблять термин орбиталь , которым мы и будем пользоваться в дальнейшем. [c.65]

Положение орбиталей и занимающих их электронов определяется квантовыми числам . Главное квантовое число п характеризует основной уровень энергии орбитали. Побочное (орбитальное) квантовое число I определяет форму орбитали. При 1=0 АО имеет сферическую форму и обозначается как (рис. 2.1). При 1= АО имеет форму объемной восьмерки. (два. рдц твр лепестка) и называется р-орбиталью. Она характеризуется наличие вой плоскости. Вероятность нахождения электрона в этой плос ° (наибо-Магнитное квантовое число т определяет ориентацию орбитал [c.29]

Форма и положение орбиталей [c.91]

Область пространства вокруг ядра атома, в которой наиболее вероятно пребывание электрона, называют атомной орбиталью. Орбитали различаются энергией, формой и положением относительно друг друга в пространстве. [c.19]

В химической теории особенно важным является выработка широких обобщений и создание достаточно простых качественных приемов определения электронного, пространственного строения и реакционной способности молекул. Это объясняется тем, что число известных химических соединений составляет уже несколько миллионов и растет со скоростью около 100 тыс. в год. Следовательно, получить данные точных количественных расчетов для каждого соединения просто не представляется возможным. Кроме того, вместо строгих расчетов важнее получить ответы на вопросы а) какова относительная устойчивость или реакционная способность в данном ряду соединений б) какой структурный признак определяет устойчивость (или неустойчивость) данной однотипной группы молекул в) каким образом отразится то или иное структурное искажение на положении энергетических уровней и форме орбиталей той или иной молекулы г) реакции какого типа должны быть характерны для данного соединения и при каких условиях их легче реализовать [c.331]

В своей наиболее простой форме качественная теория молекулярных орбиталей содержит следующие основные допущения и положения 1) рассматриваются орбитали только валентных электронов атомов, образующих данную молекулу 2) полная энергия молекулы или иона аппроксимируется суммой орбитальных энергией валентных электронов [c.332]

В 1965 г. Вудворд и Хоффман выдвинули чрезвычайно плодотворную идею анализа стереохимии и относительной оценки энергетических барьеров весьма широкого круга органических реакций, основанную на сопоставлении свойств симметрии орбиталей исходных реагентов и продуктов. В наиболее общей форме эта идея сводится к положению о том, что согласованные реакции, в которых заполненные орбитали системы реагирующих молекул и орбитали молекул — продуктов реакции полностью соответствуют друг другу по свойствам симметрии (коррелируют между собой), протекают в заданном электронном состоянии легче, чем согласованные реакции, в которых указанное -соответствие нарушается. Несколько упрощая, можно сократить формулировку до утверждения Вудворда и Хоффмана ...В согласованных реакциях сохраняется орбитальная симметрия . [c.312]

В 18-клеточной форме таблицы Менделеева (см. табл. 4) отчетливо виден переходный характер d-металлов, которые служат своеобразным связующим звеном между s- и sp-элементами (ПА— П1А группы). Дефектные / металлы в этой форме таблицы рассматриваются как аналоги лантана и актиния, хотя, строго говоря, в полной мере таковыми не являются. Чтобы отразить специфику /-элементов, целесообразно воспользоваться длиннопериодной таблицей (см. табл. 5), в которой лантаноиды и актиноиды представляют переход между ( -элементами П1В и IVB групп VI и VII периодов. Эта развернутая форма таблицы с выделенными связующими d- и /-рядами подтверждается характером периодичности изменения первого ионизационного потенциала в зависимости от атомного номера элемента (см. рис. 21). Действительно, из рис. 21 следует, что в рядах sp-элементов малых периодов ионизационный потенциал меняется очень резко. В четвертом периоде с появлением первой вставной Зй -декады (от Se до Zn) наблюдается более плавное изменение ионизационного потенциала, что обусловлено заполнением внутреннего энергетического уровня. Аналогичная картина имеется для элементов V периода, включающих Ad-декаду переходных элементов (от Y до d). В VI периоде имеются две области плавного изменения ионизационного потенциала. Первая из них в соответствии с табл. 5 отвечает заполнению 4/-орбиталей у 14 лантаноидов (от Се до Lu), а вторая область — заполнению 5с/-орбиталей у третьей вставной декады (Hf—Hg). Подобное же положение характерно для VII периода, в котором после актиния начинается застройка 5/-орбиталей у элементов семейства актиноидов. [c.367]

В настоящее время принято считать, что в галогеноводородах орбитали атомов галогенов подвержены р -гибридизации. Тогда только одна вершина тетраэдра занята атомом водорода, а три другие — совершенно одинаковыми гибридными электронными облаками (рис. 43). На первый взгляд может показаться излишним постулирование рЗ-гибридизации для объяснения формы двухатомной (линейной) молекулы НГ. Однако ковалентная связь, образованная в результате гибридизации, обладает большей прочностью и, самое главное, неподеленные пары электронов становятся совершенно идентичными. Если же допустить образование НГ чистой р-орбиталью (один неспаренный электрон) атома галогена, то оставшиеся неподеленные электронные пары будут разной симметрии пара электронов -состояния, а две пары — р-состояния. Между тем совокупность физических и химических свойств галогеноводородов свидетельствует о тождественности всех неподеленных электронных пар. Это же положение характерно и для воды, т.е. оставшиеся неподеленными две пары электронов центрального атома обладают одинаковой симметрией (гибридной). [c.83]

Однако при наличии вырожденных атомных орбиталей дело обстоит сложнее. Рассмотрим, например, набор из атомных 2р-орбиталей. Поскольку они имеют несферическую форму, взаимодействия между электронами на таких орбиталях зависят от ориентации последних. Локальная симметрия симметрия положения) потенциала, действие которого испытывает атом [c.226]

Две вышеизложенные модели электронного строения КНз предсказывают различные величины валентного угла Н—N—Н, но одинаковую форму молекулы. (Под формой молекулы мы понимаем положения атомов, которые могут быть установлены экспериментально, но не положение неопределенной пары электронов, о котором можно только строить предположения.) Обе модели связи в КНз позволяют утверждать, что эта молекула имеет тригонально-пирамидальную форму. Однако модель образования связей из 2р-орбиталей азота и 15-орбиталей водорода предсказывает, что валентный угол Н—N—Н имеет величину 90° (угол между р-орбиталями), тогда как, согласно модели образования связей из гибридных хр -ор-биталей азота и Ь-орбиталей водорода, валентный угол Н—N—Н имеет тетраэдрическое значение 109,5° (угол между гибридными 5р -орбиталя-ми). [c.561]

И может быть свободным. Опыт показывает, что при комнатной температуре это движение тормозится. Причина торможения, в основном, — отталкивание, возникающее от перекрывания орбиталей С—Н-связей двух фрагментов СН3 при их поворотах. Если СНз-груп-пы расположены так, как показано на рис. 43,а (шахматная форма), атомы Н максимально удалены друг от друга, их отталкивание минимально (молекула рассматривается вдоль связи С—С). Такое расположение ядер отвечает устойчивой равновесной конфигурации с минимумом потенциальной энергии. При затененной форме расположения (рис. 43, б) атомы И сближены до предела, отталкивание между двумя фрагментами СН3 максимально, и потенциальная энергия достигает наивысшего значения II 1/тах)- Величина Утах называется тормозящим потенциалом внутреннего вращения. Если энергия вращения фрагментов ниже Ушах, они совершают крутильные колебания около положения равновесия. Для молекулы этана тормозящий потенциал составляет всего - 13 кДж/моль и преодолевается легко при повышении температуры. Явление заторможенного внутреннего вращения наблюдается помимо этана в перекиси водорода, в молекулах замещенных углеводородов и многих других молекулах. [c.106]

Лучше это можно проследить на соединениях, содержащих ароматические радикалы, так как их спектры лежат в области доступной обычным спектральным приборам, и они лучше изучены. Пока атом серы отделен от ароматического хромофора несколькими насыщенными углеводородными звеньями, спектр почти количественно является суммой спектров поглощения алкилсульфида и алкиларила. При непосредственной связи атома серы с ароматическим радикалом тонкая структура спектра, характерная для последнего, исчезает, интегральная интенсивность поглощения резко возрастает. В большинстве случаев изменяется не только форма и интенсивность полос поглощения, но и их положение относительно соответствующих параметров монофункциональных соединений (насыщенных соединений серы и ароматических или непредельных углеводородов). Отсутствие аддитивности в ультрафиолетовых спектрах непредельных (в.том числе ароматических) органических соединений двухвалентной серы свидетельствует о наличии более или менее значительного взаимодействия 1г-связей с неподеленными Зр-электронами атома серы, осложненного, вероятно, влиянием Зй-орбиталей серы. Фрагмент структуры, состоящий из ненасыщенного элемента с присоединенной к нему серой становится новым хромофором, с характерным для него спектром, а присоединенные к нему углеводородные насыщенные радикалы действуют на спектр поглощения как ауксохромы. Вопрос же о характере взаимодействия электронной оболочки атома серы с тг-электронами ненасыщенных хромофоров в настоящее время еще не решен, теория явления стала предметом оживленной дискуссии, по-видимому, еще далекой от завершения. [c.162]

Есть и другое важное обстоятельство, которым до сих пор пренебрегали, вытекающее также из величин ЭСКП. Видно, что пики двух горбов наблюдаются для электронных конфигураций и d , а не для d и d , как наблюдали экспериментально. Объяснение этому несомненно вытекает из того факта, что для d - и -конфигураций, например для комплексов и Си , невозможна правильная октаэдрическая структура для комплексов этих ионов обычно имеет место тетрагонально искаженная октаэдрическая форма. Электронные конфигурации основных состояний спин-свободных комплексов dldy и указывают, что разрыхляющая -у-орбиталь вырождена и электрон может находиться либо на dx2 y2-, либо на йг2 -орбитали. Однако, согласно теореме Яна-Теллера, если основному состоянию системы соответствует несколько эквивалентных вырожденных энергетических уровней, искажение системы должно снять вырождение и понизить один из энергетических уровней системы. Если, как в рассматриваемом случае, есть два вырожденных уровня, энергия одного из них повышается, а энергия другого на столько же понижается. Мы знаем сейчао, по крайней мере для комплексов Си , что искажение сводится к приближению четырех лигандов в плоскости ху к иону меди и удалению двух лигандов, расположенных на оси z в транс-положении. Таким образом, dz2- и 2-( з-орбитали более не вырождены энергетически первая лежит ниже и она предпочтительно будет заполняться. Найденная для d - и -систем дополнительная устойчивость называется энергией стабилизации на — Теллера. Она равна величине А, увеличение которой обусловлено приближением четырех лигандов к центральному иону. Для гидратированного иона Си эта дополнительная энергия была оценена примерно в 8 ккал1моль. [c.292]

VI группы системы. Таким образом, можно отметить, что в принятой в настояш,ее время форме периодической системы не соблюдается последовательно принцип химической аналогии. Если придерживаться принципа, согласно которому положение элемента в периодической системе должно однозначно определяться типом и заселенностью валентных орбиталей, то водород (Isi) и гелий (Is ) должны находиться соответственно в IA- и ПА-группах, т. е. возглавлять группы s-элементов. Помещение же этих элементов в VIIА- и VIПА-группы (среди / -элементов) с учетом свойств простых веществ неоправдано. Речь идет о периодической системе элемен-то в, а не простых веществ, а потому ориентироваться на такие свойства, как агрегатное состояние, атомность молекулы и т. п., нецелесообразно. Напомним также, что существующая в паровой фазе молекула Naj обладает такой же ковалентной а -свя-зью, как и молекула водорода, а пар бериллия так же состоит из моноатомных молекул, как и газообразный гелий. [c.24]

Строение кольца бензола определяется формой гибридизации атомных орбиталей углеродного атома и, несмотря на наличие трех двойных связей, обладает очень в1э1С0К0Й устойчивостью. Если в молеку.- е бензола нет замещающих водород атомов или функциональных групп, то все атомы углерода в кольце бензола равноценны и л-связи, возникающие за счет р-орбиталей гибридизированных соседних атомов, могут мигрировать между парами атомов, создавая общую молекулярную л-орбиталь. На рис. 219 схематически показано строение цикла бензола. При наличии замещенных атомов водорода и возникновении более полярных связей распределение электронов в атомах, находящихся в различных положениях от замещенного атома водорода, изменяется. [c.461]

Осн. характеристики спектров ЭПР число линий, расстояния между ними (константы СТВ), относит, интенсииности линий и их ширины. По спектру ЭПР можно идентифицировать природу радикала. Для этой цели составлены атласы спектров ЭПР. По константам анизотропного и изотропного СТВ можно вычислять плотность неспарениого электрона на з- и р-орбиталях радикала, определять область делокализации неспарениого электрона и положения химически активных центров в радикале. Ширина и форма линий позволяют получить информацию о взаимод. частиц внутри в-ва, характере и скорости мол. движений и жидких и ТВ. телах (см. Парамагнитного зонда метод), внутри- и межмолекулярных обменных процессах, о структуре и конформации своб. радикалов, бирадикалов и частиц в триплетных состояниях (как основных, так и возбужденных). [c.702]

Рассмотрение я-орбиталей этилена на основе теории Хюккеля следует в точности той же схеме, что и в разд. 9.1 для молекулы Нг. Волновые функции и энергии даются уравР1ениями (9.I9), где ф в рассматриваемом случае представляет собой 2р-орбиталь атома углерода, а не 1 s-орбиталь атомов водорода. Взаимосвязь между атомными и молекулярными орбиталями иллюстрирует рпс. 9.1. Такие рисунки служат для того, чтобы показать положения узлов и относительные знаки волновой функции они не предназначены для точного воспроизведения формы функций. [c.192]

С.-с.в. электронов и ядер приводит к расщеплению зеемановских уровней и соответствующих линий спектра ЭПР-т. наз. сверхтонкое взаимодействие. Выделяют два осн. слагаемых диполь-дипольное С.-с.в. ядер и электронов и контактное взаимод. Ферми. Первое слагаемое аналогично по форме (1), но вместо одного из электронных спинов, напр. Лу, стоит спин ядра вместо Гу стоит расстояние между электроном г и ядром а, к множитель (д Ив) заменяется на ц = йеИв З.И). где ц -ядерный магнетон, з,-д-фактор для ядра а. Для атома диполь-дипольное С.-с.в. дает осн. вклад в гамильтониан при условии, что атом находится в любом состоянии (Р-, О-и т.д.), за. исключением 5-состояния (или, в одноэлектронном приближении,-за исключением тех состояний, в к-рых есть открытая оболочка, включающая л-орбиталь). При усреднении величин УЛ по всем положениям электронов получаются постоянные С.-с.в. [ , (постоянные сверхтонкого взаимод.), значения к-рых состмля-ют обычно иеск. десятков (до сотни) МГц (1 см = = 3-10 МГц). [c.403]

Эта ароматическая система (69) с шестью я-электронами родственна 1,2-дитиолу так же, как тропилиевый катион родственен циклогсптатриену она планарна и симметрична относительно оси, проходящей через углеродный атом в положении 4 и середину связи 5—5, что следует из рассмотрения структуры (69) [33]. Однако, как видно из канонических форм (71) и (72), а также из результатов расчетов по методу молекулярных орбиталей, атомы углерода в положениях 3 и 5 более электронодефицитны, чем в положении 4 [34]. Для таких катионов обычно используют названия дитиолилиевые и дитиолиевые хотя первое из них является более строгим, второе благозвучнее и применяется более широко. [c.304]

Атом — наименьшая электронейтральная частица химического элемента, являющаяся носителем епз свойств. Каждому химическому элементу соответствует определенный вид атомов. А. состоит из ядра и электронной оболочки. Масса А. сосредоточена в ядре, которое характеризуется положительным зарядом, численно равным порядковому номеру (атомному номеру). См. Ядро апюшюв. А. в целом электронейтра-лен, поскольку положительный заряд ядра компенсируетт я таким же числом электронов. См. Электрон. Электроны могут занимать в атоме положения, которым отвечают определенные (квантовые) энергетические состояния, называемые энергетическими уровнями. Число энергетических уровней определяется номером периода, в котором находится данный элемент. Число электронов, которые могут заселять данный энергетический уровень, определяется ло формуле N = 2п , щеп — номер уровня, считая от ядра. т.е. главное квантовое число. Согласно квантовой теории невозможно одновременно и абсолютно точно определить энергию и местоположение электрона. Можно лишь говорить о нахождении электрона в определенном объеме пространства, что собственно и представляет собой атомную орбиталь (АО). Электрон заполняет пространство вокруг атомного ядра в форме стоячей волны, которую можно представить как электронное облако. Плотность электронного облака, понимаемого как облако электрического заряда электрона, — электронная плотность, различна и зависит от того, насколько электрон удален от ядра. [c.38]

Каталитический акт проходит при взаимодействии возбужденных молекул углеводорода и каталитического центра. В зависимости от интенсивности предварительного возбуждения могут происходить следующие электронные переходы ст->а, я->л и п- л. При таких переходах образуются частицы с различными зарядами. УФ-излучение, вероятно, кратковременно активирует молекулы реагирующих веществ, у-излу-чение может активировать как молекулы реагирующих веществ, так и реакционные центры катализатора. Последнее предположение подтверждается тем, что в облученных -лучами жидких углеводородах количество возбужденных молекул незначительно, а возбужденные состояния в алюмосиликатных катализаторах существуют продолжительное время, и активность их в радиационно-каталитических процессах возрастает с увеличением продолжительности облучения. Механизм алкилирования может включать следующие стадии предварительно возбужденная молекула (или молекула, находящаяся в основном состоянии) бензола или олефина попадает в поле действия полиэдра, два диполя (наведенный в молекуле реагирующего вещества и по связи А1 — О полиэдра) при взаимодействии образуют промежуточное соединение, которое, возможно, удерживается в определенном положении электростатическими и вандерваальсовскими силами. На связях молекул реакционноактивного вещества с каталитическими центрами или на связях только молекул реагирующего вещества может флуктуировать энергия в форме колебательной или какой-либо другой. Роль поставщика этой избыточной энергии по сравнению со средней может выполнять твердое тело — масса катализатора, стенки сосуда и т. п. Избыточная энергия может возбуждать электроны реагирующих молекул, находящихся в адсорбированном слое, или возбуждать молекулы, находящиеся в основном состоянии. Можно представить, что электрон с верхней заполненной л -орбитали бензола (или олефина) переходит на я -орбиталь (разрыхляющую) бензола с последующим переходом на вакантную 5с -орбиталь [ЛЮ4] -тетраэдра. На этой стадии может образоваться катион-радикал и [АЮ4] -тетраэдр [c.70]

Этиленовые связи характеризуются тригонально гибридизованным атомом углерода в этом состоянии последний обладает тремя однократно занятыми р -орбиталями, способными к образованию связей, оси которых лежат в одной плоскости под углом 120 друг к другу, в то время как перпендикулярно к этой плоскости располагается однократно занятая р -орбиталь. Перекрывание двух коаксиальных гибридных орбиталей двух углеродных атомов приводит к образованию о-связи, п в положении с минимумом энергии происходит насколько это только возможно полное перекрывание р -орбиталей соседних углеродных атомов при этом осуществляется п-связь. В каждом случае в электронных нарах, образующих связь, спины электронов антп-параллельны. Для достижения максимального перекрывания в л-орбиталях требуется, чтобы оставшиеся четыре гибридные связи, соединенные с концевыми группами, насколько это возможно, лежали в одной плоскости. Вращение вокруг центральной а-связи поэтому затруднено, причем источником барьера вращения является последующее снижение перекрывания л-орбиталей. Отсюда возникает возможность стереоизомерии, поскольку поворот на 180° вокруг а-связи приводит к новому устойчивому плоскому расположению, что впервые было выведено Вант-Гоффом, хотя на основе других предпосылок II]. Отсюда следует, ято замещенные этилены могут сзгществовать в изомерных формах, обобщаемых формулами 1—4 [c.208]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология