Основные представления о строении атомов

Квантовая теория, которая в начале XX в. произвела переворот в физике, необходима для понимания химии. Например, спектры, строение периодической системы, конфигурации молекул и их свойства нельзя объяснить без квантовой теории. В первой главе этой части рассмотрено историческое развитие квантовой теории и ее применение к простым модельным системам, включая частицу в ящике, гармонический осциллятор и атом водорода. Однако из-за сложности математических расчетов невозможно провести полное рассмотрение. В следующей главе даны основные представления о симметрии, так как простые молекулы и их волновые функции обладают высокой симметрией. [c.361]

Многочисленные химические соединения, в том числе и простые вещества (т. е. соединения ато.мов одного элемента), являются основным объектом изучения химии. Химия изучает состав соединений, их строение, свойства, разрабатывает методы их получения, использования и анализа. Примечательно, что молекулы подавляющего большинства известных химических соединений содержат в своем составе атомы углерода. Соединений, не содержащих углерода, известно лишь немногим более трехсот тысяч. В связи с исключительной многочисленностью соединений углерода, важной их ролью в природе и технике и совершенно отличающимися от других соединений свойствами химия соединений углерода выделена в самостоятельную область, называе.мую органической хи-М1 ей. Химия соединений всех остальных элементов, а также учение О взаимосвязи между химическими элементами, является областью неорганической химии. Состав и строение химических соединений и общие закономерности течения химических процессов составляют предмет общей химии. Очевидно, что эти общие представления о строении вещества и о закономерностях химических процессов одинаково важны для всех специальных областей химии. [c.6]

Интересно отметить, что еще в 1819 г., т. е, почти за 100 лет до работ Резерфорда, очень сходные представления развивал в своих лекциях профессор Московского университета М. Г. Павлов. Основными его положениями были следующие а) движение доминирует в природе, абсолютного покоя нет б) природа света — электрическая в) все вещества образовались из первичной материи г) материя связана в своем строении с электрическим зарядом д) элементы имеют планетарное строение е) первый атом построен из положительного и отрицательного, зарядов. Само собой разумеется, что теоретические построения М. Г. Павлова имели умозрительный характер. [c.72]

При описании электронного строения многоэлектронных атомов пользуются представлениями об орбиталях в соответствии с теми понятиями и характеристиками, о которых говорилось выше. Очень важно при этом знать закономерности застройки электронами энергетических уровней атомов. Необходимо учитывать всегда, что если атом находится в основном (невозбужденном) состоянии, то электроны расселены на самых низких по энергии орбиталях. Это называется принципом наименьшей энергии. [c.35]

А. М. Бутлеров предполагал, что углерод в органических соединениях четырехвалентен, т. е. может быть соединен с четырьмя другими одновалентными атомами. При этом атомы углерода могут соединяться друг с другом и с атомами различных элементов. Исследования строения атомов и природы химической связи подтвердили эти предположения. Согласно современным электронным представлениям химическая ковалентная связь возникает за счет неспаренных электронов атома. Так, атом углерода при образовании органического соединения переходит из основного электронного состояния в возбужденное (см. гл. 9) [c.294]

До развития электронных представлений о строении в-ва В. трактовалась формально. В рамках электронной теории химической связи В. атома определяется числом его неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии, участвующих в образовании общих электронных пар с электронами др. атомов. Поскольку электроны внутр. оболочек атома не участвуют в образовании хим. связей, макс. В. элемента считают равной числу электронов во внеш. электронной оболочке атома. Макс. В. элементов одной и той же группы периодич. системы обычно соответствует ее порядковому номеру. Напр., макс. В. атома С должна быть равной 4, С1-7. Электростатич. теория хим. связи привела к формулировке близкого к В. и дополняющего ее понятия степени окисления (окислит, числа), соответствующей заряду, к-рый приобрел бы атом, если бы [c.344]

Представление о гибридизации играет важнейшую роль при описании строения неорганических и органических молекул. С понятиями гибридизация и гибридные орбитали мы уже сталкивались в разд. 6.6, где было описано, как с учетом симметрии и использованием теории групп строятся гибридные орбитали. В данном разделе мы будем интересоваться физическим аспектом проблемы. Наиболее подробно мы рассмотрим гибридизацию орбиталей атома углерода, поскольку, с одной стороны, этот атом является основной структурной единицей важного и распространенного класса органических соединений, а с другой стороны, данный пример чрезвычайно поучителен. [c.163]

Основные положения новой теории А. М. Бутлеров сформулировал в статье О химическом строении органических веществ (1861) Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу И далее Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением . Так по-новому определяет А. М. Бутлеров природу химического вещества. Это принципиальное положение легло в основу дальнейшего развития органической химии. Из него следует, что введенное А. М. Бутлеровым понятие химического строения вещества включает представление о расположении атомов и распределении связей в молекуле, а также о взаимном влиянии отдельных атомов и атомных групп в молекуле. [c.60]

Разрабатывая теорию химического строения, Бутлеров не ста-вил перед собой задачу выяснения природы химической связи, справедливо считая, что химия в то время еще не была готова к решению этой задачи. Действительно, необходимой предпосылкой создания теории химической связи было выяснение строения атома. Лишь после того, как стали известны основные черты электронной структуры атомов, появилась возможность для разработки такой теории. В 1916 г. американский физико-химик Дж. Льюис высказал предположение, что химическая связь возникает путем образования электронной пары, одновременно принадлежащей двум атомам эта идея послужила исходным пунктом для разработки современной теории ковалентной связи. В том же 1916 г. немецкий ученый В. Коссель предположил, что при взан.мо-действии двух атомов один из них отдает, а другой принимает электроны при этом первый атом превращается в положительно заряженный, а второй — в отрицательно заряженный ион взаимное электростатическое притяжение образовавшихся ионов и приводит к образованию устойчивого соединения. Дальнейшее развитие идей Косселя привело к созданию современных представлений [c.119]

Изомерия цепи. Отличие в свойствах изомерных бутанов обусловлено различием их строения, в частности различием в строении углеродного скелета обоих веществ. В первом из них содержится неразветвленная цепь из 4 углеродных атомов, во втором — цепь из 3 углеродных атомов с боковым ответвлением, примыкающим к центральному атому углерода. Такое различие в строении углеродной цепи называется изомерией углеродного скелета, или изомерией цепи-, этот вид изомерии щироко представлен в ряду предельных углеводородов соединения, в которых углеродные атомы образуют неразветвленную цепь, называют нормальными (нормальными углеводородами)-, изомерные же соединения, содержащие кроме основной углеродной цепи и боковые углеродсодержащие ответвления, называют изосоединениями (изоуглеводородами). [c.37]

Дальнейшее развитие химической атомистики проходило, однако, весьма сложным и запутанным путем. Сам Дальтон оказался не в состоянии создать на основе атомистических представлений общую химическую систему. Он принял принцип одноступенчатого строения вещества (атом— вещество), игнорировав ранее высказывавшуюся двухступенчатую структуру (атом—молекула— вещество) и пользовался, отчасти вынужденно, рядом сомнительных допущений при установлении формул соединений, снижавших, естественно, общую ценность его химической атомистики. Вскоре после опубликования основных положений химической атомистики У. Волластон выступил с идеей эквивалента , долженствующего заменить понятие атом и особенно сложный атом Дальтона более удобным, по его мнению, понятием. Однако брошенное Дальтоном зерно химической атомистики попало на плодородную почву и в конце концов дало богатейшие плоды. [c.7]

Новый этап в развитии представлений о молекуле начинается с создания русским химиком А. М. Бутлеровым (1861) теории химического строения молекулы, которая легла в основу химии. Одно из основных положений теории Бутлерова (о ней будет подробно сказано далее) заключается в утверждении, что в молекуле каждого химического вещества имеется определенная последовательность связей атомов и их расположение в молекуле. Химические структурные формулы выражают истинное строение молекулы соединения. Однако причина взаимного влияния атомов в молекуле соединения оставалась невыясненной. А. М. Бутлеров высказал предположение о внутреннем строении атома, о том, что атом представляет собой сложную частицу. [c.29]

Кроме того, теория хилшческого строения как наилучшее для своего времени отражение действительности не могла возникнуть до выработки правильных представлений об атоме и молекуле. В середине 50-х годов еш е не было общепризнанных критериев для определения атомных весов и в химии господствовали эквиваленты. Не было таких критериев и для определения молекулярных весов. Только во второй половине 50-х годов благодаря настойчивой пропаганде со стороны Канниццаро основательно забытой гипотезы Авогадро, с разработкой кинетической теории газов, послужившей ее обоснованием, и с открытием термической диссоциации химических соединений, устранившим основные возражения против общности гипотезы Авогадро, была подготовлена почва для победы правильных взглядов на атом и молекулу. Международный конгресс химиков в Карлсруэ (1860 г.) был кульминационным пунктом в этом процессе [1]. [c.65]

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вспомнить некоторые основные принципы, положенные в основу представлений о строении электронных оболочек атома. В главе 15 мы видели, что при последовательном присоединении электронов к атому каждый новый электрон занимает уровень с минимальной энергией, который в тот момент свободен Пользуясь этим принципом, рассмотрим электронные конфигурации атомов переходных элементов от скандия до цинка. Известно, что скандий следует за кальцием Двадцать электронов атома кальция расположены следующим образом [c.577]

По способности к водородному обмену в растворах многочисленные изученные соединения [2, 3] образуют две резко обособленные группы. В первой группе обмен протекает практически мгновенно при любой температуре, не требуя катализаторов. Так протекает обмен в связях К—И, О—И, 3—Н, С1—Н и других соединений с кислотно-основными донорами дейтерия, например с В О, СгНаОВ. Этот тип обмена мы будем в дальнейшем называть быстрым. Во второй группе соединений обмен или вовсе не идет, или протекает более или менее замедленно. Возможность и скорость его определяются строением молекул и природой заместителей в них, реакцией среды и свойствами донора дейтерия. Обмен этого типа, который в дальнейшем называется медленным, сильно зависит от температуры и присутствия катализаторов протолитических реакций. Обмен медленного типа характерен для связей С —Н в органических соединениях. Из таблицы видно, что тип обмена не определяется ни свойствами отдельных связей, в которых происходит обмен, ни природой атома, с которым непосредственно связан обменивающийся атом водорода. В частности, вопреки распространенным представлениям он не характеризуется энергией, поляризацией или ионной долей связи. [c.53]

Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов, развивая атомистические представления своих предшественников, наиболее полно сформулировал основные положения корпускулярной теории строения вещества и последовательно применил их для объяснения физических и химических явлений. Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из мельчайших частичек — корпускул , которые в свою очередь состоят из еще более мелких частиц — элементов . В Элементах математической химии (1741) он дает определение этих понятий Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел . Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу . Корпускула, в понимании Ломоносова, соответствует современной молекуле, а элемент ( начала ) — атому. [c.15]

В настоящее время при строго дифференцированной картине атомных структур мы ещё далеки от стройной теории механизма самой люминесценции. Нередко при исследовании люминесцентных свойств сложных систем приходится использовать метод, диаметрально противоположный намеченному Ленардом. На базе общих представлений о строении твёрдого тела и о кинетике в нём энергетического обмена хорошо изученный атом используется как зонд для проверки основных предположений о механизме люминесценции. [c.262]

Развитие представлений о строении атома кратко изложено в главе 13. К 1915 г. было установлено, что атом состоит из центрального ядра, в котором сосредоточена основная масса атома, и мельчайших отрицательно заряженных частиц — электронов. В ядре были найдены положительно заряженные частицы — протоны. Атомный номер элемента равен числу протонов в ядре (и числу электронов вне ядра атома). [c.26]

В противоположность Дэви Берцелиус, разработавший в 1812—1820 гг. электрохимическую теорию строения соединений, придерживался следующего мнения ...тела электрополяр-ны — они либо электроположительны, либо электроотрицательны, т. е. в них преобладает один или другой полюс. Атом может быть либо положительным, либо отрицательно заряженным телом в зависимости от другого, с ним связанного атома [28, стр. 75]. При взаимодействии атомов происходит нейтрализация разноименных зарядов, сопровождающаяся выделением тепла или света. Степень химического сродства атома, зависящая от условий реакции, определяется, по мнению Берцелиуса, электрической полярностью взаимодействующей частицы. Распространив эти основные представления о строении соединений на объекты органической химии, Берцелиус пытался в некоторых случаях определить влияние строения реагентов и условий реакции на особенности ее протекания [29, стр. 80—83, 86—88 30, стр. 17, 940—948]. Так, например, Берцелиус показал, что при разложении щавелевой кислоты иодом между +18 и + 22° С (уже через 3 или 4 часа) количество иода падает и через 5—6 дней щавелевая кислота близка к разложению. При +10°С через 24 часа не происходит заметного действия окислителя на щавелевую кислоту, но при +60° С щавелевая кислота разлагается в несколько минут [29, стр. 81]. [c.9]

Приведенные мною примеры указывают на плодотворность применения метода изучения электронной плотности к проблеме исследования природы химической связи. Представление строения молекул органических соединений, так же как и других объектов, в виде распределения электронной плотности позволяет рассматривать молекулу как единое целое в соответствии с теорией химического строения Бутлерова, который говорил Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу (А. М. Бутлеров. Избр. работы по органической химии. Изд. АН СССР, 1951, стр. 71—72). Согласно современным представлениям, химические силы обусловлены валентными электронами атомов, и, следовательно, изучение распределения электронной плотности является основной задачей современного развития теории химического строения как органических, так и других соединений. В настоящее время еще очень мало внимания уделяется прямому определению (при помощи эксперимента) распределения электронной плотности. Работа эта в экспериментальном отношении очень сложная и требует значительных усилий от исследователя, но большое значение полученных этим методом результатов требует значительного расширения работ по определению электронной плотностн. Совокупное применение синтеза, изучения химических и физических свойств и определения электронной плотности, несомненно, будет способствовать дальнейшему развитию теории химического строения Бутлерова. [c.196]

Теории валентности и стереохимия развивались в прошлом столетии в очень тесной связи, так что достижения одной обычно были результатом успехов другой. В 1852 г. Фрэнкленд предложил концепцию валентности и показал, что элементы при образовании соединений реагируют с определенными количествами других элементов, и эти количества теперь называют эктшвалентными. Кекуле в 1858 г. и Кольбе в 1859 г. расширили представление о валентности и постулировали, что атом углерода четырехвалентен. В 1858 г. Кекуле предположил, что атомы углерода соединяются друг с другом в неограниченном числе, образуя цепи в том же году Купер ввел концепцию валентной связи и нарисовал первые структурные формулы. Термин химическое строе-ние ввел в 1861 г. Бутлеров, который отметил важность написания простейших формул соединений, показывающих, как соединены атомы в молекулах. Он также установил, что свойства соединений определяются их молекулярным строением, п если известно строение, то можно предсказать свойства. Однако только в 1874 г. был сделан первый основной шаг к наглядному представлению молекулярного строения в трех измерениях. В этом же году Вант-Гофф и ле Бель независимо друг от друга постулировали тетраэдрическое расположение четырех связей атома углерода и таким образом дали возможность классической органической стереохимии по крайней мере. на двадцать лет опередить неорганическую стереохимию. [c.191]

До развития электронных представлений о строении в-ва В. трактовалась формально. В рамках электронной теории хим. связи (см. Ковалентная связь) В. атома определяется числом его неспаренпых электроиов в основном или возбужденном состояниях, участвующих в обра )ванин общих электронных пар с электронами др. атомои. Поскольку электроны внутр. оболочек атома не участвуют н образовании хим. связей, макси.мальную В. элемента считают равной числу электроноп по внеш. злектронной оболочке атома. Максимальная В. элементов одной и той же групиы периодич. системы обычно соответствует ее порядковому номеру. Напр., максимальная В. атома С должна быть равной 4, С1 — 7. Электростатич. теория хим. связи (см. Ионная связь) привела к формулировке близкого к В. и дополняющего ее понятия степени окисления (окислит, числа). Степень окисл. соответствует заряду, к-рый приобрел бы атом, если бы все электронные пары его хим. связей сместились в сторону более электроотрицат. атомов. ll[in том электронные пары, обобщенные одинаковыми атомами, делятся пополам. По знаку степень окисл., как правило, совпадает с экспериментально определяемым эффективным зарядом атома, но численно намного превышает его. Нанр., степень окисл. серы в SO3 равна -f-6, а ее эффективный заряд — ок. 4-2. [c.91]

Основные научные исследования посвяш,ены развитию электронных представлений в химии. Предложил (1916) статическую электронную теорию строения атомов и молекул, согласно которой а) атомы благородных газов обладают особенно устойчивой восьмиэлектронной внешней оболочкой (атом гелия — двухэлектронной) б) атомы других элементов во внешней оболочке имеют неполный электронный октет в) образование химического соединения происходит вследствие перехода электронов от атома одного элемента к атому другого элемента и появления ионной химической связи, то есть благодаря электростатическому притяжению. Наиболее устойчивыми должны быть те соединения, в которых валентные электроны распределяются так, чтобы каждый атом был окружен оболочкой, имитирующей электронную оболочку благородного газа. Гипотеза Косселя о гетерополярных связях легла в основу теории ионной связи и гетеровалентности. [22, 324[ [c.258]

Теория строения в органической химии возникла и развивалась на основе представления о тетраэдрическом строении углеродного атома. Она получила мощный стимул для своего развития в электронной теории валентности, основные положения которой рассматривались в гл. 5. Теперь можно выражать строение большого числа органических соединений с помощью простых схем, описывающих связи-, они легко могут быть преобразованы в трехмерные модели, отвечающие разнообразию молекулярных свойств. Однако существует большое число соединений, для которых обычная структурная теория не-дает исчерпывающего описания, поскольку используемые структуры не отражают в достаточной мере действительного строения молекул. В ряду таких соединений особое место занимают ароматические углеводороды, или арены, и в частности бензол СбНб, который заслуживает наибольшего внимания. Несмотря на то что эти соединения напоминают полиены в том отношении, что они содержат меньше 2п 2) п атомов водорода на атом углерода, их химическая устойчивость приближается к устойчивости алканов. [c.207]

Наши представления о внутрепнем строении кристаллов вылились в последние годы в ясную картину благодаря остроумным, систематическим опытам В. Г. и В. Л. Брэггов над интерференцией рентгеновых лучей в кристаллах. Распределение атомов в кристалле, которое было обнаружено из опытов Брэггов, разрушило представление о молекуле, даже целой группе молекул, как об элементарном кристаллическом индивидууме эту роль принято приписывать атому. Нам кажется, однако, более правильным утверждение, что основными элементами кристаллической структуры являются электролитические ионы в большинстве прозрачных кристаллов, а в металлических — вероятно, металлический ион и электрон. [c.125]

Теория типов имела, однако, и несомненные заслуги. В связи с ней были созданы предпосылки для возникновения теории химического строения учение о валентности элементов и представление о цепеобразном соединении атомов друг с другом. В самом деле, уже из формул четырех основных типов, предложенных Жераром, следует, что водород и хлор могут соединяться с одним атомом водорода, кислород —с двумя, а азот — с тремя. Такие же выводы можно было бы сделать и для других элементов, в том числе и для углерода. Приняв атом водорода за единицу, можно считать, что сам водород и галогены — элементы одноатомные (или, как стали говорить позднее, одновалентные), кислород и сера — двухатомные (двухвалентные), азот и фосфор — трехатомные (трехвалентные), углерод — четьцрехатомен (четырехвалентен). Атомность элементов отождествлялась с числом единиц сродства, которыми обладали их атомы. Соединение двух атомов, образование химической связи происходит, как тогда говорили, в результате взаимной нейтрализации ( потребления ) двух единиц сродства, по одной от каждого атома. Рассматривая формулы углеводородов и их производаых, [c.56]

В основе этой схемы лежит представление о строении основной цепи полимера по принципу голова к хвосту [384]. Аналогичным образом построен поливинилбромид [564]. После первичйого отщепления НС1 от какого-либо элементарного звена в полимере образуется двойная связь, которая активирует атом хлора в соседнем мономерном звене (аллильная активация), облегчая тем самым отщепление второй молекулы НС1 [383]. Вновь образовавшаяся двойная связь активирует следующий атом хлора и т. д. Таким путем дегидрохлорирование распространяется от звена к звену макромолекулы, образуя цепь сопряженных двойных связей. [c.43]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология