Квантово-механическая теория химической связи

Квантово-механические методы исследования строения молекул показали, что из всех существующих в природе сил для образования химической связи имеют значения силы взаимодействия электрических зарядов электронов и ядер атомов и волновые свойства электронов. Основные положения квантово-механической теории химической связи хорошо иллюстрируются на примере образования молекулы водорода из атомов [c.11]

Исследование природы химической связи и строения молекул развивалось параллельно с изучением строения атома. К началу двадцатых годов были разработаны основы электронной теории химической связи (Льюис, Коссель, Борн). Квантово-механическая теория ковалентной связи развита Гейтлером и Лондоном (1927). Тогда же получили развитие учение о полярной структуре молекул и теория межмолекулярного взаимодействия. [c.19]

Метод ВС дал теоретическое объяснение важнейших свойств ковалентной связи, позволил понять строение большого числа молекул. Хотя этот метод не оказался универсальным и в ряде случаев не в состоянии правильно описать структуру и свойства молекул, все же он сыграл большую роль в разработке квантово-механической теории химической связи и не потерял своего значения до настоящего времени в качественном понимании природы химической связи. [c.103]

Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантово-механической теории химических связей. По современным представлениям все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в вр -гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует а-связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащие в одной плоскости. Валентные углы между тремя а-связями равны 120°. Таким образом, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник (а-скелет молекулы бензола). [c.333]

Как образование ковалентной связи описывается квантово-механической теорией строения атома Почему перекрывание электронных облаков приводит к образованию химической связи Что удерживает ядра на расстоянии длины связи [c.126]

Элементарные сведения о квантово-механической теории строения атома, молекулы и химической связи [c.218]

Представления о механизме образования химической связи, развитые Гейтлером и Лондоном на примере молекулы водорода, были распространены и на более сложные молекулы. Разработанная на этой основе теория химической связи получила название метода валентных связей (метод ВС). Метод ВС дал теоретическое объяснение важнейших свойств ковалентной связи, позволил понять строение большого числа молекул. Хотя, как мы увидим ниже, этот метод не оказался универсальным и в ряде случаев не в состоянии правильно описать структуру и свойства молекул (см. 45),—все же он сыграл большую роль в разработке квантово-механической теории химической связи и не потерял своего значения до настоящего времени. [c.121]

Изучение химической связи показало, что в большинстве случаев длина, прочность, ориентация, полярность одной и той же химической связи в разных соединениях имеют приблизительно одинаковые значения, приведенные в табл. 4.2. Отсюда следует, что взаимодействия, приводящие к образованию данной связи между атомами, имеют одинаковую природу в разных молекулах. Квантово-механические теории химической связи дают объяснение этому факту. [c.167]

Длины и энергии связи, валентные углы, а также экспериментально определяемые магнитные, оптические, электрические и другие свойства веществ непосредственно зависят от характера распределения электронной плотности. Окончательное заключение о строении вещества делают после сопоставления информации, полученной разными методами. Совокупность экспериментально полученных данных о строении вещества обобщает квантово-механическая теория химической связи. [c.48]

Ответ на эти вопросы суждено было дать квантово-механической теории химической связи, разработанной в 1927 г. для молекулы водорода. Прошло немало времени, пока эта физическая теория, связанная со специальным математическим аппаратом, была применена к сложным молекулам и проникла в органическую химию [c.8]

Квантово-механическая теория химической связи [c.503]

Дать ответ на этот вопрос пока нельзя. Работа по собиранию данных, необходимых для анализа, далеко не завершена, а интерпретация данных с единой точки зрения только еще началась. Достоверно только одно наилучшие результаты, которых мы можем добиться на этом пути создания количественной теории, будут базироваться в основном на эмпирических данных, а квантово-механические расчеты могут использоваться только для интерпретации опытных данных. Для того чтобы понять, что такое положение сопряжено с некоторыми осложнениями, предположим, что мы располагаем эмпирическим набором чисел, которые позволяют согласовать все свойства связей с помощью метода Б. Какой смысл будет иметь такой набор чисел с точки зрения точной квантово-механической теории химической связи, т. е. теории, основанной полностью на методе А. [c.380]

Дальнейшая разработка теории координационной связи была осуществлена Н. Сиджвиком (1927), развившем представления о донорно-акцепторном взаимодействии центрального атома с лигандами в комплексных соединениях. Квантово-механическая трактовка химической [c.270]

Поскольку понятие кратности химической связи успешно используется в классической теории строения и играет там. существенную роль, по-видимому, для тех рядов соединений, для которых могут быть введены квантово-механические аналоги химических связей классической теории, будет возможно и вероятно полезно установить в определенном приближении (несколько условно) и квантово-механический аналог кратности связи классической теории. Естественно, этот аналог, а Следовательно, и само понятие кратность классической теории, теоретической основой которого является его квантово-механический аналог, является ограниченным, приложимым в определенной области (для определяемых состояний и определенных рядов химических частиц), приближенным (в том смысле, что может быть установлен только при определенных приближениях) и в большей или меньшей мере условным (имеющим однозначное определение и значение только при дополнительных условиях, не вытекающих из основных положений квантовой механики). [c.134]

Самым главным явлением в химии, к которому можно подойти таким образом с разных сторон, оказалась химическая связь, а односторонними теориями, дающими при частичных корректировках совпадающие или дополняющие друг друга правильные результаты, оказались электростатические ионные теории и квантово-механические теории ковалентной связи. Эти результаты, конечно, не случайны, они обусловлены тем, что реальные химические связи в большинстве случаев имеют промежуточный характер, т. е. являются ковалентными с той или иной степенью ионности очень редко (в некоторых кристаллах) осуществляется чисто ионная связь и только в простых веществах неметаллического характера — чисто ковалентная связь. Вследствие промежуточного характера реальных связей и возможен более или менее приближенный подход к ним с обеих сторон, причем в одних случаях важнее оказывается ионный, в других — ковалентный подход. Правда, в последнее время в теории молекулярных орбиталей снимается вообще противоречие ыежду двумя подходами, но и этот подход не отменяет возможности решения ряда вопросов с позиций электростатической теории и других — с позиций теории валентных связей. [c.24]

Для теории Льюиса — Лангмюра характерно то, что она в первую очередь занимается гомеополярными соединениями, в то время как теория Косселя, наоборот, исходит из гетерополярных соединений. Теперь не подлежит никакому сомнению, что для типично гетерополярных соединений взгляды Косселя по существу оправдываются. В область же менее ярко выраженных гетерополярных соединений они могут быть распространены лишь с осторожностью. Для чисто гомеополярной связи Косселем были развиты представления, которые сродни представлениям Льюиса и Лангмюра. Как оказалось впоследствии, теория Льюиса — Лангмюра дает весьма плодотворный подход к пониманию гомеополярной связи. Лежащие в ее основе положения были подтверждены квантово-механической трактовкой химической связи. Однако нельзя не отметить того, что формулы, основанные исключительно на теории Льюиса — Лангмюра без учета дополнений и углублений, возможных при использовании положений волновой механики, и без использования экспериментального контроля, обладают чисто гипотетическим характером и что выводы из этих формул следует делать с осторожностью. [c.139]

Объясните электронную природу химической связи атомов в органических молекулах с точки зрения современной квантово-механической теории. [c.87]

Квантово-механическая теория молекул позволила выяснить не только природу насыщаемости, но и направленность валентностей. Как выяснилось, в образовании химических связей могут принимать участие электроны (в многоэлектронной молекуле), находящиеся в различных состояниях, т. е. на различных энергетических подуровнях ( , р, , /), а следовательно, и отличающиеся друг от друга формой и распределением электронного облака в пространстве. Это соответственно определяет свойства образуемых ими ковалентных связей. [c.150]

Вторая система — структурных теорий — возникает с появлением атомно-молекулярной концепции строения вещества. Проблема реакционноспособности решается теперь на основе не только знания химического состава вещества, но и его строения. В современной химии — это квантово-механические теории строения атома, химической связи и строения вещества (гл. 4, 6, 7, 11-12, 16). [c.28]

Новый этап в развитии физической химии, охватывающий четыре последних десятилетия, характеризуется установлением связи между макроскопическими характеристиками процесса и их микроскопической основой. Конкретным результатом этой связи является создание более совершенных методов исследования — статистических и квантово-механических. Применение этих методов привело не только к дальнейшему расширению и углублению основных положений физической химии, но и к созданию ряда новых ее разделов, важнейшими из которых являются статистическая термодинамика, теория атомной и молекулярной спектроскопии, теория химической связи, теория цепных реакций, теория гетерогенного катализа и др. На основе законов современной физической химии можно предвидеть не только конечный результат физико-химического процесса, но и скорость, с которой может быть достигнут этот результат. В этом состоит огромное практическое значение физической химии. [c.7]

Как мы видели выше, и как это можно было бы показать более подробно и детально, в квантово-механической теории строения химических частиц непосредственно понятие химической связи с тем содержанием, которое вкладывалось в это понятие в классической теории, вообще не возникает. Квантово-механическая теория непосредственно не приводит к необходимости введения такого понятия как химическая связь для произвольных систем из ядер и электронов и принципиально может обойтись без этого понятия. [c.118]

Введение представлений о химических связях для одних пар атомов молекулы и об отсутствии химических связей между другими парами атомов не только непосредственно не вытекает из квантовой механики, но представляет для квантово-механической теории известную трудность. [c.119]

Однако понятие химическая связь в классической теории строения является одним из фундаментальных. Плодотворность классической теории строения, основанной в значительной мере на понятии химическая связь, говорит о том, что оно имеет объективную значимость и отображает существенные черты отнощений электронов и ядер в широких рядах химических частиц. Поскольку в общей квантово-механической теории оно не возникает непосредственно и нет необходимости его введения в общем случае, очевидно, что понятие химическая связь является ограниченным и приближенным. Однако.успехи применения классической теории строения, естественно, должны и могут объясняться только тем, что это понятие может быть введено для определенных рядов химических частиц или определенных классов их электронных состояний как приближенное, имеющее значение не в общем случае (не для любых систем из ядер и электронов и не для любых их состояний), но для многих рядов химических частиц и многих их электронных состояний. Следовательно, должно быть возможно дать квантово-механическую интерпретацию понятия химическая связь классической теории, указать его квантово-механический аналог, условия, при которых можно ввести это понятие в квантовой [c.119]

В классической теории химического строения с/ и Vq могут быть только положительными целыми числами, в частности, кратность связи может принимать только значения 1, 2, 3..., поэтому V тоже всегда целое положительное число. Если ввести квантово-механические аналоги числа химических связей, образуемых данным атомом (ядром) в химической частице, и кратности этих связей, как указано в предшествующем параграфе, то, по-видимому, единственным путем введения квантово-механического аналога классического понятия числа валентности является использование формулы (87), в которой V и 9 определены как квантово-механические аналоги числа связей, образуемых данным атомом в частице, и кратности этих связей. Тогда квантово-механический аналог числа валентности (обозначим его V) будет выражаться формулой, внешне совпадающей с (87), [c.136]

Как видно, в этой работе имеется определенное развитие теории резонанса. То же самое можно сказать и о другой работе тех же авторов [45]. В ней Сыркин и Дяткина в связи с вопросом о свойствах нафталина прекрасно характеризуют отношение между квантовой химией и эмпирическими обобщениями химиков-органиков Мы не думаем, что в настоящее время можно дать исчерпывающее объяснение всех перечисленных выше особенностей нафталина и его производных. Однако применение квантово-механических соображений позволяет понять ряд закономерностей, которые раньше казались странными и для объяснения которых химики-органики с присущей им большой интуицией сформулировали ряд гипотез. Теперь наиболее ценные из этих гипотез могут рассматриваться как прямые следствия квантово-механической теории строения молекул. Но квантовая химия не только вскрывает физический смысл химических гипотез и, так сказать, узаконивает то, что химикам известно, но позволяет глубже понять и предвидеть новые эффекты [там же, стр. 627]. Эту правильно поставленную задачу Сыркин и Дяткина стремятся в данном случае решить при помощи теории резонанса Конечно, нет надобности отказаться от обычной формулы нафталина. Нужно только учесть дополнительные свойства, которые появляются в отличие от бензола благодаря резонансу в двух кольцах [там же]. Как далее объясняют авторы, их работа вызвана тем, что из квантово-химических расчетов нафталина до сих пор извлекли не все химические выводы . [c.241]

Ответ на эти вопросы был получен в ходе дальнейшего углубления в сущность строения атома, опытного установления двуединой корпускулярно-волновой природы элементарных частиц, открытия спина (момента собственного вращения) электрона, с возникновением и развитием на этой основе квантово-механической теории атома. Оказалось, что в основе образования как ионной, так и ковалентной связи лежит одно и то же явление — спаривание электронов. Оно имеет место только в случае электронов с антипараллельными спинами. Число не спаренных электронов в атоме указывает на возможное число образования химических связей, т. е. на валентность атома данного элемента. [c.257]

Квантово-химические представления. В последнее время в электронной теории химической связи были выдвинуты новые идеи на основе квантово-механических воззрений, вытекающих из положения современной физики о двойственной природе электрона, в единстве сочетающего свойства микрочастицы и волны. По этим воззрениям движение электронов может быть рассмотрено с учетом принципа вероятности и описано уравнениями волновой механики. [c.25]

Если бы квантово-механическая теория химических связей была вполне совершенной, она должна была бы объяснить все отличия, которые имеются между различными связями. Ниже мы рассмотрим некоторые из попыток, которые делались в этом направлении укажем также на некоторые трудности, с которыми теория должна столкнуться в этих вопросах. Но и до этого следует указать, что во многих случаях некоторые из этих свойств с трудом поддаются определению. Так, например, во всех молекулах, кроме двухатомных, на энергию диссоциации связи сильно влияют атомы, находящиеся рядом с этой связьнэ. Таким образом, говоря об энергии связи С—С в этане, необходимо точно охарактеризовать состояние метильных групп после разрыва связи. Термохимическое измерение теплоты диссоциации этана на два метильных радикала дает значение энергии, необходимой для образования метильных радикалов, в их наиболее устойчивом состоянии, которое, по-видимому, является плоским. Но с теоретической точки зрения более целесообразно рассматривать энергию, требуемую для разрыва связи С —С без изменения длин связей С — Н и валентных углов в двух образую-. щихся метильных группах. Эти две энергии, вероятно, сильно отличаются одна от другой. Аналогично силовая постоянная связи в многоатомной молекуле определяется при анализе нормальных колебаний молекулы, но оказывается (за исключением, конечно, случая двухатомных молекул), что имеются взаимодействия между деформациями отдельных связей, которыми шкак нельзя пренебречь, что усложняет оценку силовой постоянной данной связи. На дипольный момент связи в многоатомной молекуле влияют поляризационные эффекты и другие взаимодействия с остальными связями, [юэтому выделить собственный), дипольный момент данной связи также уюжет быть затруднительно. Таким образом, уже перед тем, как приступить к созданию теории изменения химических связей между различными атомами, мы наталкиваемся на трудности в однозначной формулировке ( пактов, подлежащих объяснению. [c.366]

В этом аспекте значительный интерес представляют отечественные работы В. М. Клечковского, изложенные в его книге [3], работы С. А. Щукарева, М. Л. Ченелевецкого, В. И. Спицына, И. П. Селинова и др.— по периодичности атомных ядер работы Я. К. Сыркина, М. Е. Дяткиной и др. по проблеме валентности и квантово-механической теории химической связи. [c.117]

Феноменологические теории явлений, протекающих на поверхностях, должны исходить из основных представлений об элементарных процессах на поверхности твердой фазы. Так как для решения проблем катализа весьма важны прежде всего те явления, которые связаны со значительными энергетическими эффектами, то необходимо теорию соответствующих явлений выработать па основе квантово-механического рассмотрения химической связи. Целью квантово-механического изучения поверхностных состояний и хемосо-рбции является прежде всего разработка общей теории, которая не была бы связана с лишними ограничивающими предположениями. В таком случае можно считать представления об элементарных процессах хорошо обоснованными. Второй целью является постепенная разработка такого расчетного метода, при помощи которого можно было бы в будущем проводить расчет некоторых простых случаев. [c.34]

Уже доэлектронные теории химической связи выдвинули представление о том, что ее механизм должен включать две противоположных характеристики дискретность, отражающую целочисленную валентность атомов и непрерывность, проявляющуюся в остаточном сродстве, взаимном влиянии удаленных атомов, ароматичности. Первые электронные теории в химии, рассматривавшие электрон в виде заряженного шарика, искали объяснение дискретности связи в дискретности заряда и массы самого элект1юна, а объяснение непрерывности химического взаимодействия искали в механических сдвигах, перемещениях электрона. Квантовая механика показала, что отмёченный подход принципиально ошибочен, что самому электрону органически присущи свойства дискретности и непрерывности. Основатели квантовой механики Бор, Шрёдингер, Гейзенберг установили [c.31]

В 1925 г. был заложен фундамент квантовой механики и с этого времени начался период интенсивного развития учения о химической связи. А в 1927 г. В. Гейтлер и Ф. Лондон, используя квантово-механическую теорию, вычислили энергию связи в молекуле водорода и равновесное расстояние атомов в ней. Это событие можно считать датой рождения нового раздела знания — квантовой химии. В процессе развития этого учения была создана квантово-механическая теория строения, объяснены направленность, причины возникновения кратных (двойных, тройных) связей и другие их особенности. Однако 1 оявились и разочарования. Оказалось невозможным дать точное решение задачи об энергии связен в молекуле более сложной, чем Н2, а приближенные методы приводили к результатам, существенно отличающимся от экспериментальных. И тем не менее стало ясно, что теоретическая химия находится на верном пути и количесгвенное решение проблемы химической связи является реальной целью будущего. [c.235]

Теория валентных связей, разработанная Л. Полингом (1930) явилась первой квантово-механической теорией, позволяющее исследовать химические связи в комплексных соединениях. Со гласно теории валентных связей при образовании комплексо возникают донорно-акцепторные связи за счет неподеленны электронных пар лигандов. Эти электронные пары поступаю- в общее пользование лиганда и центрального иона, занимаз при этом свободные гибридные орбитали комплексообразователя [c.136]

Следовательно, число химических связей, образуемых данным ядром с другими ядрами в разных частицах, если и может быть введено для определенных состояний определенных рядов частиц, то оно, во-первых, всегда будет условно, в силу сказанного выше, во-вторых, по своему численному значению оно определяется не непосредственно, а для каждой возможной системы из ядер и электронов из условий ее устойчивости в-третьйх, его приложимость ограничена некоторым кругом состояний определенных рядов частиц. Вообще говоря, в общей квантово-механической теории любых возможных химических частиц понятие о числе химических связей, образуемых данным ядром с другими (в смысле, указанном выше), [c.129]

Для квантово-механического расчета энергии связи, равновесного межатомного расстояния и некоторых других свойств молекулы водорода непосредственно из опыта заимствуется только тот факт, что каждый из атомов водорода состоит из электрона и протона с присущими им свойствами. Вычисленные при этом значения хорошо совпадают с опытными данными. Таким же образом были произведены расчеты энергии взаимодействия двух молекул водорода, а также двух атомов гелия, и показано, п соответствии с хорошо известными фактами, что при сближении этих частиц их энергия увеличивается и, следовательно, химической связи между ними не образуется. Этим самым было показано, что насыщаемость химических связей является следствием квантовых свойств элехстронов. Успешность этих расчетов, а также расчетов некоторых других простейших молекул (На+, ЫН, и др.) подтвердила применимость квантовой механики к решению задач теории химической связи. [c.28]

Я утверждаю, что точка зрения Энгельса полностью сохраняет свое значение и сейчас. Конечно, химия к физике не сводима, и никто этого серьезно не утверждает. При химическом движении имеют место специфические превращения, сопровождающиеся изменением связей, изменением состава молекул, В химических превращениях, в химических реакциях происходят изменения связей, но в основе химического движения лежит движение физическое электрическое и механическое. Значит ли это, что химическое движение к нему сводится Я думаю, что не сводится примерно в такой же мере, как тепловое движение (ото пе полная аналогия) не сводится к движению механическому. Химическое движение — более сло/К-ное, иного качества, чем физическое движение, механическое, и электрическое, которое лежит в его основе. Однако в основе химической формы движения лежит, как я уже сказал, физическое. Следовательно, основой теории химических связей является современная физика микрообъектов, микропроцессов, т, е. квантовая механика, Утвернодение проф, Челинцева, что существуют особые, никак не связанные с физикой химические соединительные движения,— которые, несмотря на все его декларации, получаются разыгрывающимися вне пространства и времени, напоминают утверждения виталистов в области биологии. [c.349]