Природа химической связи Атомная структура

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]

Кристаллохимия — наука о природе химических связей в кристаллах. К. устанавливает зависимость структуры кристалла от состава и условий образования, а также связь между атомной структурой кристалла и его физико-химическими свойствами. С помощью рентгеноструктурного анализа определяют межатомные расстояния в кристаллах. [c.74]

Структура системы теоретических знаний о строении вещества в курсе неорганической и органической химии и их методическое обоснование. Последовательность введения понятий о строении вещества в курсе химии средней школы. Понятия о строении вещества на этапе изучения атомно-молекулярной теории в 8 классе. Развитие понятий о строении вещества на основе электронной теории. Методика изучения вопросов химической связи строения кристаллических решеток в курсе химии 8 класса. Формирование понятий о единой электронной природе химической связи. Системообразующая функция знаний о строении вещества. Создание опорной базы для подготовки учащихся к восприятию органической химии. [c.318]

Свойство компонентов к образованию твердых растворов замещения зависит от природы химической связи и в пределах одного ее типа от сходства кристаллического строения. Образованию твердых растворов замещения компонентами с металлической природой связи способствуют сходство кристаллической структуры (одинаковый тип симметрии кристаллической решетки), близость параметров кристаллической решетки, близость атомных радиусов. Растворы замещения образуют только металлы, атомные радиусы которых отличаются не более чем на 14—15%. [c.217]

В заключительной главе обзора стеклообразных систем мы рассмотрим стекла на основе элементов-халькогенов серы, селена и теллура. Эти материалы, особенно интенсивно изучаемые в настоящее время советскими исследователями, образуют исключительно интересную группу, отличающуюся по структуре и по природе химической связи от уже рассмотренных стекол. Кроме того, они обладают рядом ценных свойств, в частности прозрачностью в инфракрасной части спектра до гораздо больщих длин волн, чем оксидные стекла. Многие из этих стекол являются полупроводниками, и они непрозрачны в видимой области спектра. При увеличении атомного веса составляющих атомов увеличивается электропроводность и стекла по внешнему виду становятся похожими на металлы. Недавно Пирсон [1] опубликовал прекрасный обзор по областям стеклообразования и свойствам стекол в этих системах . Здесь, как и в предыдущих главах, мы будем мало касаться физических и химических свойств стекол и уделим основное внимание факторам, определяющим их устойчивость, [c.257]

Исходя из характера структуры у-фазы [70] было сделано следующее заключение о природе химической связи в решетке- Атомы алюминия, расположенные в положении >2, образуют между собой пары с меньшим атомным расстоянием, чем в решетке чистого алюминия,— это указывает на наличие гомеополярных связей между ними. Нормальная сумма радиусов между определенной группой атомов в [c.103]

Наблюдаемая зависимость прочности спекания от природы вещества порошков несомненно обусловлена прочностью связи между поверхностью их зерен и коксом из связующего. Молекулярная структура коксов, которые не подвергались действию высоких температур, недостаточно уплотнена. Поэтому они еще сохранили некоторую химическую активность, для них возможно химическое взаимодействие со связующим. Атомные группы частиц, расположенных на поверхности коксов, могут реагировать с битумом во время его превращения в кокс. С повышением [c.170]

Периодическая зависимость свойств от атомного номера элемента у простых веществ проявляется сложнее, чем у свободных атомов. Это объясняется тем, что свойства простых веществ не всегда однозначно определяются природой образующих их атомов, а в значительной мере зависят также от структуры, типа химической связи, межмолекулярного взаимодействия, условий образования и пр. [c.257]

Атомная структура керамических материалов обеспечивает их химическую стойкость к разрушающему воздействию агрессивной окружающей среды, например, растворителей. Поскольку большинство керамических материалов состоит из оксидов, дальнейшее окисление (при горении или других химических реакциях), как правило, невозможно. Керамика - это материал, который сгорел , прокорродировал и, будучи продуктом этих реакций, уже не подвержен разрушению такого типа. Прочность связей между атомами в керамических материалах определяет их высокие температуры плавления, твердость и жесткость. Природа этих же связей определяет и решающий недостаток керамики - ее хрупкость. Поэтому усилия ученых направлены на устранение таких микроскопических дефектов, как поры, агломераты, химические примеси, которые становятся источниками зарождения трещин. Один из способов достижения этого состоит в тщательной очистке и очень тонком размоле исходного порошка и плотной его упаковке перед спеканием, что приводит к получению керамики с предельно мелкими кристаллическими зернами. [c.155]

Использование шаростержневых моделей достаточно лишь для того, чтобы фиксировать, какие атомы в молекулах непосредственно связаны друг с другом. До сих пор мы не касались вопросов о природе сил химической связи, о межатомных расстояниях, об углах между направлением связей и вращении вокруг этих направлений, а также проблем, связанных с этими вопросами. Эта и следующая главы посвящены именно подобным вопросам и необходимой для ответа на них более точной концепции молекулярной структуры. Поскольку связи осуществляются электронами, а электроны— это субатомные частицы, необходимо начать с рассмотрения атомной структуры. [c.97]

Фактический материал, помещенный во II томе курса, объединен учением о химической связи. В нем затрагиваются некоторые еще не решенные вопросы в свете последних успехов науки. Если в I томе курса рассматривались преимущественно газообразные молекулы, то во II обращено внимание на природу и свойства характерных для неорганической химии кристаллических веществ металлов, ионных и атомных структур. [c.2]

Свойства реальных вулканизатов характеризуются не только числом и распределением химических поперечных связей, но и содержанием слабых вулканизационных связей. Этим термином объединяют физические связи различной природы (водородные, ионные, адсорбционные) между введенными нри вулканизации в полимерную цепь полярными фрагментами (атомными группировками) или между полярными фрагментами и полярными нерастворимыми добавками (оксидами металлов и др.). Такие связи при деформации действительно разрываются быстрее, чем химические связи в поперечном мостике или в главной цепи каучука, что способствует уменьшению локальных перенапряжений и ориентации цепей при деформации. Для реальных сеток, как уже отмечалось, эффективно сочетать в вулканизационной структуре [c.229]

Затруднения, которые встречаются на пути понимания механизма каталитического действия в гетерогенном катализе, чаще всего связаны с отсутствием достаточно надежной информации о структуре поверхности катализатора, природе действующих в каждом случае активных центров и их превращениях в процессе каталитической реакции. Эти затруднения особенно велики в случае аморфных катализаторов, химический состав поверхности которых, ее геометрия и атомная структура сильно зависят от условий получения и остаются в значительной степени неопределенными. В наиболее простом для исследования случае должно быть исключено также влияние примесных молекул, которые могут взаимодействовать с активными центрами в процессе подготовки катализатора и в процессе самого катализа. Такая постановка вопроса требует проведения исследования взаимодействия молекул исходного вещества с активными центрами катализатора в условиях вакуума па модельных системах. [c.155]

Изложенные в предыдущих параграфах краткие сведения о химических связях, координационных числах атомов или ионов и о типичных кристаллических структурах лежат в основе изучения взаимодействий разнородных атомов, природы и свойств образующихся фаз. Отмечено, что понятия, при помощи которых описывается природа межатомных связей, являются эмпирическими характеристиками атомов (атомные радиусы, электроотрицательность, эффективные заряды). Но в ряде случаев качественные характеристики позволяют закономерно изменять свойства из- [c.55]

Из нашего рассмотрения видно, сколь неправомерны могут оказаться такого рода аналогии (в частности, утверждение, что валентная зона в LiH образована s-состояниями иона H ) и какое решающее влияние на свойства кристалла оказывает природа образующих его атомов и характер взаимодействия между ними. Из рассмотренного примера видно также, что это взаимодействие оказывает влияние на зону проводимости, состояния которой в теории твердого тела традиционно связывали с существованием дальнего порядка (трансляционной симметрией), а не с атомной структурой кристалла. Аналогичные выводы о существенной зависимости структуры энергетических зон тетраэдрических полупроводников от характера химической связи между атомами кристалла были сделаны в [И]. При этом существенно использовалась тетраэдрическая структура рассматриваемых кристаллов и аналогия в распределении электронной плотности в тетраэдрических молекулах и кристаллах. [c.228]

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]

Практически для определения строения вещества могут быть использованы те свойства, которые обычно объединяют под названием аддитивных [2]. Числовые значения величин, выражающих подобные свойства, составляют сумму отдельных величин, каждая из которых является характерной для атомов, входящих в рассматриваемые соединения. Строго аддитивным свойством следует считать массу, которая представляет собой сумму масс отдельных атомов (в пределах максимально достижимой в настоящее время экспериментальной точности) [3] независимо от характера химической связи между ними. Следовательно, строго аддитивным свойством соединений является молекулярный вес, представляющий собой сумму атомных весов. Поскольку это свойство совершенно не зависит от строения вещества, оно по самой своей природе не может быть использовано для установления структуры. Чтобы то или иное свойство оказалось пригодным для определения строения, необходимо наличие закономерных, обусловленных особен- [c.8]

С развитием электронной теории строения атомов стало ясно, что химические свойства элементов являются функцией электронной структуры атомов. Отсюда следует, что в качестве объективного критерия, однозначно определяющего положение элемента в Периодической системе, целесообразно выбрать именно электронное строение атома. Поэтому в развитии Периодического закона выделяют три этапа. На первом этапе в качестве аргумента, определяющего свойства элементов, была выбрана атомная масса и закон был сформулирован Д.И.Менделеевым следующим образом "Свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от их атомного веса". На втором этапе было выяснено значение атомного номера, который, как оказалось, определяет заряд ядра атома. Открытие изотопов и изобаров показало, что истинным аргументом, определяющим природу элемента, является именно заряд ядра, а не атомная масса. Действительно, атомы с одинаковой атомной массой — изобары (например, Аг, Са) — принадлежат разным элементам, в то время как атомы с одинаковым зарядом ядра принадлежат одному элементу, несмотря на то что у них могут быть различные атомные массы (например, изотопы 0, О, зО). В связи с этим по-новому стала звучать и формулировка закона, [c.226]

Согласно теории строения и всем имеющимся эмпирическим данным, химические свойства соединений зависят от свойств образующих их элементов. Какое же свойство атомов элемента является основным, определяет все остальные свойства атома, а значит, и элемента, позволяет отличать атомы одного элемента от атомов другого Исследования, проведенные до установления сложной структуры атома, показали, что таким решающим, главным свойством является атомный вес элемента. Именно на этом фундаментальном свойстве, связанном с самой природой элемента, должна быть и основана, по мнению Менделеева, научная система элементов. Сущность ее заключалась, с его точки зрения, в раскрытии характера связи между атомным весом (массой атома) как количественной определенностью элемента и всей совокупностью его химических свойств как качественной определенностью. [c.65]

Завершая рассмотрение методики вычислений мольных рефракций кристаллических соединений, можно констатировать, что в случае знания атомной структуры вещества имеющийся в нашем распоряжении аппарат позволяет с любой степенью точности произвести расчет. И наоборот, резкое расхождение расчета и опыта может дать указание на особенности в природе химической связи. Опыт решения таких задач уже имеется — Лакатош [c.139]

Поскольку радиоспектры ядерного магнитного резонанса столь чувствительны к природе химической связи и строению атомной группы, в которую входит протон, то мы имеем здесь исключительную возможность для изучения структуры сложных органических молекул с помощью линейчатого спектра. Для идентификации тех или иных групп необходимо изучение модельных соединений и составление каталогов, характеризующих изменение положения линий поглощения нри изменении структуры молекулы (так называемых химических сдвигов, рис. 54). Метод ядерного магнитного резонанса применительно к химии переживает еще период первоначального накопления фактов. Составление каталогов частот еще только началось. Однако уже имеются примеры, когда с его помощью удалось блестяще справиться с проблемой расшифровки строения очень сложных органических соединений (макроциклические терпены, фтороорганические соединения и т. д.) при относительно малой затрате труда. Ясно, что для дальнейшего изучения структуры сложных молекул этот метод представляет собой весьма совершенное орудие. [c.178]

Во II томе развивается на принципиально новых примерах термодинамическое направление в химии, основы которого были заложены в I томе, и значительно углубляется учение о реакционной способности веществ и кинетике реакций. В основном, однако, внимание обращено на природу химической связи в различных ее проявлениях как в газообразных молекулах, так и в кристаллах. В этом свете затрагивается учение об ионных, металлических и атомных структурах, проблема соединений переменного состава, понятие о связевых и антисвязевых молекулярных орбиталах, представления о соединениях с недостатком и избытком электронов, а также об изоэлектронных молекулах, о заселенности орбиталов и многоцентровых орбиталах и ряд других существенных моментов. [c.3]

В 1924 г. Паули для объяснения особенностей в структуре атомных спектров высказал предположение о том, что ядра некоторых элементов обладают магнитным моментом. Так как проверка этого предположения имела большое значение для теории строения ядра, были сделаны многочисленные попытки исследовать ядерный магнетизм, но только в 1946 г. двум группам физиков (под руководством Блоха и Пурселла) удалось открыть метод, позволяюш жй рзучать этот эффект на протонах в веществах, находящихся в любом агрегатном состоянии. При этом вскоре выяснилось, что спектры ЯМР зависят не только от свойств самого ядра, но и от окружения, в котором оно находится, а именно от электронного экранирования ядра. Так открылась возможность изучения природы химической связи в различных молекулах, качественного указания на присутствие отдельных групп в соединениях (функциональный анализ), их количественного определения н т. д. [c.262]

В настоящем обзоре излагаются физические основы фото-, рентгеноэлектронной и рентгеновской спектроскопии, необходимые для понимания различных аспектов применения методов к изучению валентных электронных уровней. Рассмотрены вопрос о сравнении экспериментальных данных с расчетами и степень достоверности различных методов расчета. Приведены энергии ионизации и другие характеристики уровней для более чем двухсот свободных молекул и изолированных групп в кристаллах. Опубликованный к настоящему времени материал в этой области столь велик, что заведомо исключает охват всех исследованных соединений. В рамках настоящего обзора рассмотрены данные для простых и комплексных неорганических соединений и примыкающих к ним простых органических и элементоорганических молекул. В обзор включены также данные по зонной структуре нескольких десятков соединений типаЛ"5 (п=1,2,3,4), а также окислов переходных и непереходных металлов. Совместное рассмотрение свободных молекул и твердых тел диктуется не только совпадением применяемых физических методов, но и единством самой природы химической связи, что выражается в наличии общих закономерностей. В последней главе обзора рассмотрены степень участия различных атомных орбиталей в образовании химической связи, взаимосвязь атомных и молекулярных орбитальных энергий, изменения электронного строения в ряду изо-электронных и изовалентных соединений. [c.6]

Как отмечает В. И. Кузнецов [17] Даже при беглом в гляде на состав химических соединений мы убеждаемся, что атомность только в исключительных случаях, прежде всего для кислорода, водорода и фтора, неизменна. Элементарные атомы часто проявляют к положительным элементам другую атомность, чем к отрицательным . Это очень важное замечание. Оно побуждает к иному объяснению природы валентности, так как взаимодействуют не только положительный атом с отрицательным атомом. Взаимодействуют друг с другом и однознаковые атомы, что, казалось бы, ломает все предписанные им Периодической системой правила поведения . Э го кажущееся противоречие снимается, как только мы переходим к рассмотрению химической связи на электронном уровне. Решающим фактором здесь является относительная электронодонорность атомов, участвующих во взаимодействии. При взаимодействии двух однозначных атомов в каче-стие положительного будет выступать тот, электронодонорность которого вьш1е, т. е. электроны внешнего слоя (слоев) подвижнее. А это, в свою очередь, зависит от типа внешнего слоя (слоев) в структуре электронной оболочки, что и является нсриопричиной структуры системы химических элемен-юн. [c.175]

Начало XX в. ознаменовалось большими успехами атомной н и молекулярной физики. Этот период характеризуется переходом от ( юрмальных представлений о валентности к электронной теории Льюиса и Косселя (1916—1917), согласно которой каждому валентному штриху в структурной формуле соответствует связевая электронная пара и понятие валентности было отождествлено с числом неспаренных электронов внешней оболочки атомов. Эта теория объяснила насыщаемость ковалентных химических связей и ненасыщаемость ионных, а также привела к пониманию зависимости валентности не только от природы атома, но и от его окружения. Однако и электронная теория оказалась недостаточно строгой, поскольку она не могла объяснить валентность без дополнительных данных о геометрической структуре соединений. [c.263]

Синтезы циклопентадиенил-аниона и циклооктатетраена, осуществленные в начале двадцатого столетия, совпали с новым пробуждением интереса к природе вещества. Открытие электрона, радиоактивности и атомного ядра активизировали научную мысль успехи в области физики были вскоре использованы при обсуждении строения молекул. Теории Косселя, Лангмюра, Льюиса и других позволили формально описать химические связи с участием электронов. Особенно плодотворной оказалась октетная теория Льюиса, в которой магическому числу восемь приписывалась важнейшая роль в образовании электронной валентной оболочки вокруг атомов. В 1925 г. Армит и Робинсон [17], модифицировав гексацентричесКую теорию Бамбергера на основе электронных представлений, предположили, что ароматический секстет, подобно октету, представляет собой особо устойчивую комбинацию электронов. Как и в случае октета, причина, почему шесть, а не четыре или восемь электронов принимают устойчивую конфигурацию, оставалась непонятной. Примерно в то же время Ингольд [18] предположил, что помимо структур Кекуле в основное состояние бензола могут вносить вклад структуры ара-связанного бензола Дьюара, и таким образом была создана резонансная картина бензола. [c.286]

Химическая связь в любой системе осуществляется за счет валентных электронов тех атомов, из которых она состоит когда эти атомы оказываются на надлежащем расстоянии друг от друга, состояние валентных электронов меняется по сравнению с состоянием их в свободных атомах. Поэтому ири изучении химической связи в кристаллах, как и в молекулах, возможны, говоря несколько схематически, два разных подхода. С одной стороны, можно вообще не обращать особого внимания па атомную природу кристалла и рассматривать его просто как систему из многих электронов, движущихся в определенном внешнем поле. В такой постановке, к которой тяготеют расчеты аЬ initio, задача исчерпывается возможно более точным вычислением энергетических уровней и волновых функций электронов системы. Подобную цель преследуют расчетные работы, посвященные нахождению электронной (зонной) структуры с помощью той или иной из разработанных к настоящему времени вычислительных процедур (метод ортогонализованных плоских волн — ОПВ, метод присоединенных плоских воли — ППВ, метод функций Грина и т. д.). [c.5]

В силу того что кристаллическое вещество, в отличие от других, некристаллических, веществ, имеет упорядоченную атомную структуру и анизотропно, методы кристаллографии резко отличаются от методов других наук. Симметрия проявляется во внешней форме кристаллов, в их структуре, в физических явлениях, протеканэщих в кристаллах, во взаимодействии кристалла с окружающей средой, в изменениях, претерпеваемых кристаллом под влиянием внешних воздействий. Поэтому особенностью метода кристаллографии является последовательное применение принципа симметрии во всех случаях. Благодаря этому весьма специфическому методу кристаллография является самостоятельной наукой, связанной с другими частичным совпадением задач и предмета исследования в конкретных случаях. Нельзя изучать кристаллическое вещество вне процесса его образования, вне связи с жидкой и газообразной фазой. Эти процессы изучает физическая химия, так как лю бой процесс или положение равновесия зависит от физико-химических условий среды. Относительное расположение атомов и молекул в кристаллическом веществе зависит от качества самих атомов, от их химической природы. Отсюда тесная связь с химией, особенно со стереохимией. Атомы и молекулы в кристаллах образуют геометрически правильные комплексы. Совокупность их определяет форму кристаллов в виде многогранников. Многогранники же изучаются математикой и, в первую очередь, геометрией. Очевидна, конечно, связь кристаллографии с физикой, особенно с теми ее разделами, которые занимаются изучением различных свойств твердых тел. В последние годы интенсивно развивается промышленность, использующая монокристаллы с различными свойств ами оптическими, электрическими, механическими и т. п. Связь кристаллографии с химией, физической химией и физикой настолько тесная, что не позволяет провести даже условных границ между этими науками. [c.10]

Ближний порядок играет определяющую роль для электрических свойств твердого тела, причем под ближним порядком понимают, как уже говорилось выше (стр. 5), химическую природу атомов, геометрию их расположения и абсолютное расстояние между ними. Последние параметры определяются, в свою очередь, характером химической связи между атомами. В пределах одного и того же типа кристаллической структуры характер изменения химической связи зависит от изменения природы атомов, в первую очередь от изменения атомного веса. С кзмене- [c.57]

Современные представления об условиях стеклообразования должны базироваться на природе и характере химической связи. В соответствии со взглядами Смекала беспорядочное расположение атомов и атомных групп должно сохраниться при охлаждении жидкости, что и осуществляется, если связь носит промежуточный характер. Действительно, металлические жидкости < юрмируют кристаллы с металлическими свойствами. Промежуточное стеклообразное состояние невозможно за счет постоянно действующей металлической связи, обеспечивающей ориентацию заряженных атомных остовов в электронной жидкости . Так же трудно представить себе стеклообразное тело с- преимущественно ионной связью. Даже ионная жидкость не является аморфной при температурах, близких к температурам плавления. При. затвердевании вероятность образования упорядоченной структуры велика за счет взаимодействия заряженных частиц. С этой точки зрения металлическую и ионную связи можно отнести к раз- [c.260]

Свойства деструктируемого ш олимера химическое строение звеньев, молекулярная структура (степень разветвленности, степень (ошивания), конфигурация и конформация цепей, природа внутри- и меж/молекуля1р ных связей, наличие слабых связей в цепи, наличие связей и атомных групл, способных к межцепному обмену, молекулярная масса и ММР, склонность к деполимеризации, фазовое состояние, физическое состояние, исходная степень дишероности частиц и т. д. [c.77]

Металлизацию связи в полупроводниках мы понимаем как ослабление связи электронов внутри ковалентных мостиков, размывание последних, более или менее сильное в зависимости от атомного номера. Вследствие этого энергия активации валентных электронов уменьшается, но не исчезает. Переход электронов в состояние электронного газа наступает обязательно во всех кристаллохимических группах полупроводников с увеличением атомного веса элементов, когда вещество кристаллизуется в другой структуре и приобретает свойства металла. При сопоставлении изменения свойств в рядах соединений-аналогов со свойствами атомов, их образующих, мы обратили внимание на то, что при переходе в рядах аналогов от одной кристаллической структуры к другой очень сильно меняются такие энергетические характеристики атомов (или точнее остовов атомов), как суммарный групповой ионизационный потенциал и константа электросродства. Позже мы вернемся к этим характеристикам. Изменение свойств веществ в изоэлектронных рядах, о чем сообщалось ранее [1], свидетельствует о нарастании нонности связи также в пределах основного, ковалентного типа взаимодействия. Так, например, внешний вид веществ от простого вещества IV группы до соединения А В меняется таким образом, что вещества становятся все-больше и больше похожи на соли, цвет их становится более светлым.. В соответствии с цветом, а следовательно, с оптическими свойствами меняются и ширина запрещенной зоны и другие свойства, что, естественно, следует из увеличения разницы в химической природе компонентов. [c.98]