Современная теория валентности и химической связи

Книга всесторонне и доходчиво, а самое главное методологически правильно знакомит с теорией химической связи и результатами ее применения к описанию строения и свойств соединений различных классов. Сначала изложены доквантовые идеи Дж. Льюиса о валентных (льюис овых) структурах и показано, что уже на основе представлений об обобществлении электронных пар и простого правила октета при помощи логических рассуждений о кратности связей и формальных зарядах на атомах удается без сложных математических выкладок, как говорится на пальцах , объяснить строение и свойства многих молекул. По существу, с этого начинается ознакомление с пронизывающими всю современную химию воззрениями и терминами одного из двух основных подходов в квантовой теории химического строения-метода валентных связей (ВС). К сожалению, несмотря на простоту и интуитивную привлекательность этих представлений, метод ВС очень сложен в вычислительном отношении и не позволяет на качественном уровне решать вопрос об энергетике электронных состояний молекул, без чего нельзя судить о их строении. Поэтому далее квантовая теория химической связи излагается, в основном, в рамках другого подхода-метода молекулярных орбиталей (МО). На примере двухатомных молекул вводятся важнейшие представления теории МО об орбитальном перекрывании и энергетических уровнях МО, их связывающем характере и узловых свойствах, а также о симметрии МО. Все это завершается построением обобщенных диаграмм МО для гомоядерных и гете-роядерных двухатомных молекул и обсуждением с их помощью строения и свойств многих конкретных систем попутно выясняется, что некоторые свойства молекул (например, магнитные) удается объяснить только на основе квантовой теории МО. Далее теория МО применяется к многоатомным молекулам, причем в одних случаях это делается в терминах локализованных МО (сходных с представлениями о направленных связях метода ВС) и для их конструирования вводится гибридизация атомных орбиталей, а в других-приходится обращаться к делокализованным МО. Обсуждение всех этих вопросов завершается интересно написанным разделом о возможностях молекулярной спектроскопии при установленни строения соединений здесь поясняются принципы колебательной спектро- [c.6]

В большинстве учебников, вплоть до современных, валентность определяется как способность атома образовывать различное число химических связей с другими атомами. Современные представления о природе химической связи основаны на электронной (спиновой) теории валентности (наибольший вклад в развитие этой теории внесли Г.Льюис и В.Коссель), в соответствии с которой атомы, образуя связи, стремятся к достижению наиболее устойчивой (т.е. имеющей наименьшую энергию) электронной конфигурации. При этом электроны, принимающие участие в образовании химических связей, называются валентными. [c.43]

На современном уровне рассмотрены основные понятия и законы химии строение вещества, химическая связь (метод молекулярных орбиталей, метод валентных связей, зонная теория кристаллов), важнейшие положения химической термодинамики и химической кинетики, методы исследования структуры веществ. [c.2]

С момента своего возникновения квантовая химия была связана главным образом с изучением электронного строения молекул, т.е. электронного распределения в стационарных состояниях, а также состава входящих в волновую функцию молекулярных орбиталей, взаимного расположения уровней энергии занятых и виртуальных орбиталей и т.п. Были предприняты многочисленные попытки интерпретировать такие понятия классической теории, как валентность, химическая связь, кратность химической связи и др. Одновременно были введены и многие новые понятия, такие как гибридизация, а- и л-связи, трехцентровые связи и т.д., часть из которых прочно вошла в язык современной химической науки, тогда как другие оказались менее удачными и сейчас уже хорошо забыты. К тому же и содержание большинства понятий, возникающих внутри квантовой химии, заметно трансформировалось с течением времени. В квантовой химии было введено большое число различных корреляций между экспериментально наблюдаемыми для вещества и вычисляемыми для отдельных молекул величинами. Сама по себе химия является в существенной степени корреляционной наукой, базирующейся прежде всего на установлении соответствия между свойствами соединений и их строением и последующем предсказании требуемой информации для других соединений. По этой причине богатейший набор информации о строении, в том числе электронном строении соединений, предоставляемый квантовой химией, оказался как нельзя кстати для дальнейшего активного развития химической науки. Так, на основе квантовохимических представлений была развита качественная теория реакционной способности молекул, были сформулированы правила сохранения орбитальной симметрии, сыгравшие важную роль при исследовании и интерпретации реакций химических соединений. [c.4]

Современная теория вулканизации, получившая всеобщее признание, объясняет происходящее при вулканизации изменение свойств каучука образованием сложной пространственной сетчатой структуры вулканизата. Под влиянием нагревания, а также воздействия серы, кислорода или других структурирующих веществ происходит усложнение молекулярной структуры каучука в результате образования поперечных химических связей между молекулами, т. е. структурирование каучука. Это могут быть химические связи посредством атомов серы, кислорода или валентные химические связи атомов углерода отдельных цепей. Кроме того, в результате вулканизации увеличивается межмолекулярное взаимодействие. [c.77]

КВАНТОВАЯ ХИМИЯ - учение о строении и физико-химических свойствах молекул, ионов, радикалов, комплексов. Основывается на представлениях современной квантовой теории, в частности, на применении квантовой механики. К. X. охватывает учение о природе химической связи, валентность, электронную структуру молекул, спектроскопические, электрические и магнитные свойства молекул, силу взаимодействия и реакционную способность молекул. К. х. является теоретической дисциплиной, находящейся на стыке физики и химии, и тесно смыкается с теоретической атомной и молекулярной физикой. [c.124]

В основе современного учения о химической связи лежат две теории теория валентных связей (Полинг) и теория молекулярных орбиталей (Малликен). В современных взглядах на строение моле- [c.70]

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]

Классическая теория химического строения в определении химической связи поступает весьма осторожно. Исходя из своего основного принципа, она определяет химическую связь как такое взаимоотношение атомов, которое обеспечивает устойчивый порядок их взаимодействия в молекуле. Теория не ограничивает себя признанием какого-либо определенного механизма связи, постоянной валентности атомов, графической схемы. Поэтому, когда в результате открытия ароматических соединений, свободных радикалов стал колебаться догмат четырехвалентности углерода, принципы теории строения Бутлерова никак не могли быть поколеблены. Напротив, и духу теории строения и подлинной химической реальности больше отвечает современное начертание [c.29]

Современная теория валентности и химической связи заимствовала общее направление первых двух теорий. Она развилась на основе квантово-механических расчетов, произведенных немецкими физиками Гейтлером и Лондоном (1927), строения молекулы водорода. Расчеты показали, что если спины электронов в атомах водорода параллельны, то между атомами при их сближении электронная плотность уменьшается и должны возникать силы отталкивания (рис. 21). При сближении же атомов, имеющих валентные электроны с антипараллельными спинами, электронные оболочки под влиянием обоих ядер деформируются так, что образуется единое электронное облако молекулы и между атомами возникают силы притяжения. Эти силы в молекуле [c.61]

Во второй главе, в рамках современных теорий, рассматривается химическая связь между атомами как проявление их электронных структур. Объясняется типичная валентность элементов, пространственная структура и другие свойства молекул и кристаллов. [c.2]

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]

К та шм атомам, как хлор, и электроотрицательным по отношению к таким атомам, как водород. Эти смешанные функции атом углерода выполняет одновременно по отношению к разным атомам, с которыми он связан По теории Беркенгейма химическая связь осуществляется одним электроном В неорганических соединениях этот электрон может полностью перейти от одного атома к другому, после чего атомы будут удерживаться только электростатическими силами В органических молекулах валентный электрон полностью не переходит от одного атома к другому, а только смещается по направлению к одному из них (по современной терминологии—к более электроотрицательному атому). [c.97]

В монографии рассмотрена природа мен атомных связей в металлах. Введено новое представление о возможности перекрывания и взаимодействия оболочек ионов с возникновением обменных направленных орбитальных связей между внешними электронами заполненных оболочек. Валентные электроны считаются при этом коллективизированными и взаимодействующими с решеткой. Такая принципиально новая постановка вопроса представляет распространение идеи направленной валентной связи, составляющей основу квантовой химии, на область металлического состояния при сохранении важнейшей концепции физики металлов об осуществлении металлической связи электронной плазмой. Привлечение современной теории валентности позволяет, исходя из электронного строения, качественно объяснить конкретные структуры металлов и их полиморфизм. Такой физический подход к природе направленной связи в металлах, по-видимому, может содействовать развитию научных основ теории металлов, сплавов и металлургических процессов. Распределение лантаноидов и актиноидов по группам ориентирует исследователя на поиски новых свойств этих металлов, особенно в химии сверхвысоких температур и давлений. Тонкие смещения элементов могут дать ключ к пониманию сложных закономерностей физико-химических свойств металлов, сплавов и соединений. [c.6]

До конца XIX в. влияние физики на развитие структурной теории в органической химии носило весьма ограниченный характер, но после открытия электрона (Вихерт, 1897 г.) картина резко изменилась. Классическая теория химического строения, обогащенная теорией сродствоемкости, получила дальнейшее развитие, которое позволяет говорить о возникновении современной теории химического строения. Смысл произошедшего здесь перелома заключается в том, что такие основные понятия теории химического строения, как валентность, химическая связь, взаимное влияние атомов, приобрели вещественность, наполнившись электронным содержанием. [c.348]

Начиная с этой главы весь последующий материал книги посвящен изложению современных представлений о химической связи в некоторых важных классах молекул. Особое внимание будет уделено теории молекулярных орбиталей, хотя мы часто будем сравнивать выводы, полученные на основании этой теории, с результатами метода валентных связей. Среди большого количества исследователей, способствовавших развитию обеих этих теорий, следует особо отметить имена Р. С. Малликена (теория молекулярных орбиталей) и Лайнуса Полинга (метод валентных связей). [c.51]

СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ ВАЛЕНТНОСТИ И ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ [c.61]

Современная теория строения органических соединений для объяснения природы химических связей использует два основных метода метод молекулярных орбиталей и метод валентных связей (см. гл. И). Более наглядным является метод валентных связей, в котором исполь- [c.255]

Роль отдачи и присоединения электронов в образовании химической связи впервые рассмотрена немецким ученым Косселем в 1916 г. В том же году американским ученым Льюисом предложена теория образования химической связи с помощью электронных пар, одновременно принадлежащих двум атомам. На базе работ Косселя и Льюиса развилось современное учение о химической связи. Химическая связь осуществляется валентными электронами у 8- и р-элементов внешними электронами, у -электронов внешними пз и предвнешними (п— 1) электронами, у /-элементов пз, (п— 1) и (и— 2)/ электронами. По современным представлениям химическая связь имеет электрическую природу. Но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химических связей ковалентную, ионную и металлическую. [c.77]

Зонная модель и понятие о полупроводниках. В современной физике широкое распространение получила так называемая зонная теория. Для этой теории характерна следующая терминология. Система электронов, образующих невозбужденные химические связи, называется валентной зоной, а система возбужденных связей — зоной проводимости. Двойные ненасыщенные связи в валентной зоне получили название дырок, а электроны зоны проводимости часто называются свободными. [c.77]

Валентность. Понятие валентности элементов было введено в 50-х годах прошлого столетия. Особое значение его определяется тем, что оно легло в основу теории строения химических соединений. При первоначальном изучении химии валентность определялась как свойство атомов одного элемента присоединять определенное число атомов других элементов. В свете современной теории строения атомов валентность элемента связывается с его способностью образовывать химические связи. Количественно валентность определяется числом химических связей, образованных атомом. Именно поэтому валентность не имеет знака, так как количество связей нельзя выразить отрицательным числом. [c.32]

Современная теория химических связей рассматривает как крайние случаи — классические валентные, ковалентные и координационные связи. Переход от рас- [c.27]

Электростатическая модель. Электростатическая модель неизбежно и по праву связывается с именем Полинга [1590]. В книге Природа химической связи он утверждает, что свойство атома водорода вступать в связь определяется его 15-электроном. Обладая этим единственным электроном, он не может образовать более одной ковалентной связи. Отсюда делается вывод, что образование Н-связи обусловлено ионными силами. Этот аргумент, выдвинутый еще в 1928 г. [1590], основывается на принципе Паули, на валентной схеме химической связи и на классическом правиле валентности, согласно которому атом водорода может вступить в связь только через посредство 1з-электрона (см. также [1589]). Это утверждение еще и сейчас поддерживается защитниками электростатической теории и встречается в современных учебниках (например, [447], стр. 302 [1643], стр. 197). Эта аргументация эмпирически подтверждается тем, что наиболее прочная Н-связь образуется в том случае, когда А и В — ионы фтора следующая по прочности Н-связь включает атомы кислорода кислоты же, содержащие группу N — Н, обычно образуют сравнительно слабые Н-связи. В качестве дополнительного доказательства приводятся вычисления энергии Н-связи, основанные на модели точечных зарядов (см. сноску, разд. 8.3.1), диэлектрические [199, 172] и спектральные свойства [1084, 199, 1767, 1327, 407, 1849]. [c.197]

Между существующими феноменологическими теориями катализа и электронной теорией примерно такое же соотношение, как между теорией химической связи прошлого столетия, которая оперировала валентными черточками (и не имела в своих руках ничего, кроме этих черточек), и современной квантовомеханической теорией химической связи, которая наполнила валентные черточки старой химии физическим содержанием и тем самым раскрыла физическую природу химических сил. [c.64]

Все расчеты многоатомных молекул основаны на приближенных решениях уравнення Шрёдингера (4.3). Практика предъявляет два главных требования к уровню приближения и выбору расчетной схемы. Это, во-первых, достаточное соответствие результатов расчета результатам эксперимента и, во-вторых, достаточная экономичность расчетов, т. е. разумные затраты времени при выполнении их на быстродействующих ЭВМ. Из двух основных теорий химической связи — метода валентных связей и метода молекулярных орбиталей — последний имеет значительные преимущества при реализации на ЭВМ. Поэтому все основные расчетные методы современной квантовой химии используют приближение МО в форме схемы ЛКАО МО Хартрн—Фока—Рутаана (см. разд. 4.3.3). В рамках этой схемы возможны как дополнительные усовершенствования расчетной модели (учет эффектов электронной кор- [c.203]

Ковалентные представления имеют преимущество при объяснении некоторых явлений, представляющих затруднения для электростатической модели. С другой стороны, они не решают вопроса об избыточной валентности в рамках нашего современного понимания валентных связей. Эта трудность, подчеркивает важность внесения ясности в теорию химической связи, возможно, со стороны применения метода молекулярных орбит. [c.207]

Огромный экспериментальный материал, накопленный к настоящему времени и обобщенный в современных теориях катализа, показывает, что инициирование большинства гетерогеннокаталитических реакций происходит вследствие постепенного расслабления и затем перераспределения связей между атомами реагирующей молекулы, временно хемосорбированной на поверхности катализатора (в активном или мультиплетном комплексе). Следовательно, химическое изменение исходных продуктов при таких реакциях происходит по принципу непрерывности, без образования свободных валентностей, с низкой энергией активации. Отсюда становится понятной отмеченная тенденция к многоточечной промежуточной хемосорбции. Как сказано выше (стр. 284, 329), инициирование других гетерогенных, а равно и всех гетерогенно-гомогенных реакций, протекающих по цепному механизму, происходит также путем предварительной, по-видимому, одноточечной хемосорбции, обусловливающей [c.393]

Простые идеи относительно валентности и химической связи, сформулированные столетие назад, имели неоценимое значение для науки и человечества. Медленно, но неуклонно эти идеи вырастали в современную теорию химического строения, которую можно охарактеризовать как одно из наиболее содержательных и могучих обобщений, касающихся природы вселенной, когда-либо делавшихся человеком. [c.7]

Координационная теория Вернера с ее концепцией побочной валентности дает единое объяснение существования таких комплексов, как [Со(ЫНз)в]С1з. На основании этой теории, являющейся и в настоящее время фундаментом химии координационных соединений, можно объяснять свойства и стереохимию подобных соединений. Так как теория Вернера была предложена почти за двадцать лет до появления ныне существующих представлений об электронном строении атома, то эта теория не могла описать в современном аспекте природу побочной валентности или, как теперь ее называют, координационной связи. Для описания природы связи в комплексах в настоящее время получили широкое распространение три теории 1) метод валентных связей (МВС), 2) теория электростатического кристаллического поля (ТКП) и 3) теория молекулярных орбит (ТМО). Вначале следует упомянуть о вкладе, внесенном Льюисом иСиджвиком, в теорию химической связи. [c.31]

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]

Основная задача современной неорганической химии заключается в том, чтобы понять как физические, так и химические свойства неорганических веществ, исходя из их структуры, типов связей и механизмов их реакций, т. е. связать экспериментальные наблюдения с теоретическим описанием соединения на молекулярном уровне. Понятие валентность , т. е. вопрос о том, как, в каких соотношениях и почему атомы соединяются в ходе химического процесса, занимает мысли химиков со времен Берцелиуса. Такие понятия, как структура и симметрия (т. е. пространственное расположение связанных атомов), в их современном виде были впервые сформулированы применительно к органической химии, когда Кекуле предположил двумерную структуру кольца у ароматического ядра, а Вант-Го( и Ле Бель — трехмерное тетраэдрическое расположение четырех связей вокруг насыщенного атома углерода. В этом отношении в неорганической химии довольно долго наблюдалось заметное отставание, до тех пор пока Вернер не применил понятие трехмерной структуры к считавшимся в то время необычными неорганическим соединениям, называемым комплексными соединениями. Существовавшие тогда теории валентности не могли объяснить строение соединения такого типа. Вернер сумел показать, как следует видоизменить эти теории, чтобы объяснить существование и свойства комплексных соединений. Успеху его теории сопутствовало то обстоятельство, что, демонстрируя ее применение, Вернер использовал такие соединения, которые сохраняли в растворе свою структуру. Такое поведение, типичное для органических соединений, было совершенно необычным для соединений металлов. [c.9]

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]

Настоящая работа имеет своей целью анализ основных понятий и иостулатов классической теории строения молекул и ряда понятий и постулатов, внесенных в литературу по теории строения молекул в последующий период, с точки зрения квантовой механики и современных экспериментальных данных. В настоящей работе рассмотрены содержание, обоснованность и границы приложимости с точки зрения квантовой механики основных понятий классической теории химического строения таких, как химическая частица, химическая связь, валентность, формула химического строения и некоторых других. [c.3]

В основе валентно-оптической теории интенсивностей лежит обшая идея об аддитивности многих свойств молекул, т. е. о возможности представить свойства молекулы как сумму свойств определенных структурных единиц, сохраняюшихся при переходе от одной молекулы к другой. В современной химии основными структурными единицами считаются обычно валентные связи атомов. Следует подчеркнуть,что выделение реальных структурных единиц не может происходить умозрительно и должно опираться на данные эксперимента. При исследовании колебательных спектров часто приходится сталкиваться с фактами нарушения схемы аддитивности, которое можно описать как взаимодействие структурных элементов. В качестве исходных структурных элементов в некоторых случаях приходится выбирать не сами химические связи, а более сложные образования (см. 11). Тем не менее схема аддитивности, основанная на использовании валентных химических связей, обычно может служить удовлетворительным нулевым приближением. [c.213]

В данной книге, задуманной как введение в предмет для студентов, был принят другой подход. Основное внимание в неп уделено изложению тех концепций теории химической связи, которые важны для химии в целом, причем ценность этих концепций проверена авторами в свете наиболее современных количественных расчетов. Хотя изложение деталей расчетов не входнт в задачу данной книги, принципы, лежащие в основе таких расчетов, понять не труднее, чем основные положения простых эмпирических теорий. Математические требования при чтении данной книги не столь высоки, как в случае Теории валентности . Единственное, что необходимо, — это умение решать системы линейных алгебраических уравнений. [c.9]