Ионная связь, потенциальная энергия

Вычисление энергии, требуемой для удаления иона из занимаемой им полости в связи с переходом в газовую фазу, не составляет труда, если учесть, что последняя складывается из двух величин создаваемой ионом в среде электронной поляризации 15 ион и потенциальной энергии Ер взаимодействия иона с окружающей ориентационной поляризацией — ад . Выражение для потенциала поляризации на границе полости имеет вид [c.59]

Преимущество методов статистической термодинамики перед методами классической термодинамики заключается в том, что молекулярно-статистическим методом можно макроскопические свойства системы (константы равновесия, тепловые эффекты, теплоемкости и т. п.) связать со свойствами образующих систему частиц (молекул, атомов, ионов)—с их строением, потенциальной энергией и характером их движения. Так, зная зависимость потенциальной энергии молекулы адсорбата от координат, можно с помощью молекулярно-статистической теории вычислить термодинамические свойства. [c.507]

Для молекул с ионной связью частота, соответствующая месту схождения кантов в спектрах поглощения, непосредственно дает энергию диссоциации О ам.. Происходит это вследствие того, что возбуждение молекулы с ионной связью приводит к переходу электрона от аниона к катиону. Следовательно, распад возбужденной молекулы приводит к образованию нейтральных атомов. Этот вывод хорошо иллюстрируют потенциальные кривые нормального и возбужденного состояний молекулы с ионной связью (рис. П,3). [c.63]

Рассмотрим газ в цилиндре с поршнем (рис. 15-3) и допустим, что давление внутри цилиндра Рд утр больше постоянного внешнего атмосферного давления Р. Когда газ расширяется и перемешает поршень на бесконечно малое расстояние ( в, сила, действующая на поршень снаружи, остается постоянной и равной произведению давления Р на площадь А поршня. Выполненная газом работа, как указано в подписи к рис. 15-3, равна произведению приращения объема газа на внешнее давление, против которого осуществляется расширение = Р(1У. Поскольку в рассматриваемом случае преодолеваемое давление остается постоянным, выполненная работа связана с приращением объема газа (ДК) соотношением = РДК Хотя приведенные здесь соотношения получены для газа, расширяющегося в цилиндре, они справедливы в отношении любого процесса расширения газа. Работа, подобная описанной выше, часто называется работой расширения или работой типа РУ. Существуют и другие виды работы. Мы совершаем работу против силы тяжести, поднимая груз в положение, где он имеет большую потенциальную энергию и откуда он может упасть в исходное положение. Электрическая работа осуществляется при перемещении заряженных ионов или других заряженных тел в электрическом потенциальном поле. Мы можем выполнить магнитную работу, отклоняя иглу компаса от направления, куда она указывает в спокойном состоянии. Все эти виды работы включаются в обобщение, известное под названием первого закона термодинамики. [c.14]

НОВ и обладает наиболее высоким потенциальным барьером, что проявляется в высокой энергии активации большинства органических реакций. Однако всякое смеш,ение электронов в сторону одного или другого атома поляризует атом и тем самым снижает величину энергии активации. В пределе такой деформации ковалентной связи образуется истинно полярная, или ионная, связь, при которой энергия активации становится равной нулю, и реакции протекают моментально. [c.34]

Попробуем внести ясность в проблему определения энергетического баланса молекулярного иона водорода Нг+. Часто обсуждают вопрос о том, за счет какой энергии электронов образуется химическая связь кинетической или потенциальной Однако такой альтернативы не существует, так как в квантовой механике, так же как и в классической, справедлива так -называемая вириальная теорема, которая утверждает, что при равновесии между средней кинетической энергией Т и средней кулоновской потенциальной энергией V. имеет место следующее соотношение [c.79]

Появление определенной симметрии в молекулах было уже объяснено (разд. 6.3.2) на основе метода валентных связей при образовании ковалентной связи (гибридизация). Однако как чисто электростатические, так и геометрические соотношения могут привести к определенной симметрии в координационных соединениях, если исходить из ионной модели строения молекулы. Рассмотрим, например, координационный полиэдр А +Вр, в котором центральный ион с зарядом - п окружен р однозарядными лигандами. Потенциальная энергия комплекса складывается из отдельных членов, учитывающих кулоновское взаимодействие ионных пар. Сумма отрицательных (связывающих) членов тем больше, чем меньше расстояние между ионом и лигандом. Минимальное расстояние между ионом и лигандом равно гп+г (гп —радиус центрального иона, г —радиус лиганда). Для октаэдрического комплекса с симметрией Ол [c.121]

В течение длительного времени полагали, что изменение потенциальной энергии в ходе электродного процесса связано с растяжением нарушаемых при этом химических связей между атомами в реагирующей частице или между электроактивной частицей и электродом. При такой интерпретации потенциальных кривых путь реакции отождествляется с изменением длины разрывающихся или образующихся связей. Однако эта трактовка является слишком упрощенной. Можно указать ряд электрохимических реакций, в ходе которых не происходит разрыва связей в ионах или молекулах, но которые тем не менее [c.185]

В то же время любая электрохимическая реакция приводит к изменению заряда реагирующих частиц и, следовательно, вызывает перераспределение диполей растворителя, окружающих эти частицы. Такая реорганизация растворителя, как показывают теоретические расчеты, также сопровождается значительным изменением потенциальной энергии, а потому может служить основой для построения кривых потенциальной энергии, в которых путь реакции представляет собой некоторую обобщенную координату (у), характеризующую распределение диполей растворителя. По современным представлениям реорганизация растворителя является определяющим фактором в ходе элементарного акта разряда, хотя в общем случае необходимо рассматривать также энергию растяжения химических связей в реагирующих частицах. Концепция реорганизации растворителя приводит к следующему механизму элементарного акта в стадии разряда — ионизации. Согласно принципу Франка — Кондона, переход электрона без излучения или поглощения квантов энергии возможен лишь при условии, что полные энергии электрона в начальном и конечном состояниях приблизительно одинаковы. Выравнивание электронных уровней начального и конечного состояний происходит под действием тепловых флуктуаций растворителя. Когда в результате этих флуктуаций распределение диполей растворителя в зоне реакции оказывается таким, что оно одновременно соответствует и начальному, и конечному состояниям (см. точку А на рис. 79), то появляется вероятность квантовомеханического (туннельного) перехода электрона из металла на реагирующую частицу. Если такой переход осуществляется, то система переходит на потенциальную кривую конечного состояния и релаксирует по ней до равновесной координаты г/у. Таким образом, в наиболее простых электродных процессах энергия активации обусловлена реорганизацией диполей растворителя, необходимой для квантовомеханического перехода электрона из начального в конечное состояние. Напомним, что точно такой же механизм имеют и простейшие ионные реакции в объеме раствора (см. гл. IV). Характерной особенностью электродных процессов является то, что в них начальный уровень [c.186]

Если рассматривать зависимость величины потенциальной энергии ионов от расстояния, то, согласно выведенной только что теории, чем меньше расстояние, тем больше потеря энергии (уменьшение изобарного потенциала) при образовании ионных двойников и тем сильнее связь между ионами. [c.119]

Рис. 5-1. Потенциальная энергия образования ионной связи как функция расстояния между ионами.

Атом водорода — устойчивая система. Поэтому вопрос об образовании иона На сводится к анализу изменения энергии системы при сближении протона с атомом водорода. Прежде всего надо рассмотреть, как изменяется при этом потенциальная энергия. Изменение потенциальной энергии связано с возникновением электростатического притяжения приближающегося протона к электрону атома Н и электростатического отталкивания между протонами. Это изменение потенциальной энергии равно [c.55]

Итак, химическая связь образуется в результате того, что электрон оказывается на связывающей молекулярной орбитали. При этом зависимость энергии взаимодействия от расстояния между ядрами (кривая потенциальной энергии молекулы) имеет минимум, которому соответствует наиболее устойчивое состояние молекулы (рис. 20). Координата / о этого минимума равна среднему расстоянию между ядрами в молекуле, которое называется длиной химической связи. Глубина кривой в точке минимума О представляет собой энергию химической связи, т. е. энергию, которую необходимо затратить, чтобы разрушить молекулу на исходные части. Энергия связи рассмотренного иона Н2, образованного из частиц Н и Н, составляет О = = 2,7 эВ, а длина химической связи / о = 1,06 А. [c.59]

Аналогичная ситуация имеет место в реакции (I) (рис. 104). Перекрывание 5р -гибридной орбитали атома О в ионе ОН и вакантной а -орбитали соответствующей связи С—I приводит к формированию новой пары орбиталей ас-с и ас -с, причем оба электрона атома О имеют возможность разместиться на связывающей ас-о-орбитали. Поэтому и в этом случае образование активированного комплекса не сопряжено со значительным повышением потенциальной энергии системы взаимодействующих атомов. [c.364]

Представим себе металлический электрод, помещенный в вакууме. Чтобы вывести ион металла из кристаллической решетки, нам придется совершить работу для преодоления энергии СВЯЗ.И этого иона в кристаллической решетке. Эта энергия быстро уменьшается с расстоянием, так что кривая потенциальной энергии положительного иона будет иметь вид, изображенный на рис. 35, где горизонтальная линия г отвечает уровню вона металла на поверхности. С другой стороны, если ион находится в растворе, то он также находится в потенциальной яме (рнс. 36), т. е. располагается рядом с молекулами растворителя так, чтобы его потенциальная энергия была минимальной. Таким образом, на поверхности металла существует некоторый потенциальный барьер, который необходимо преодолеть иону, чтобы перейти в раствор или обратно. [c.149]

В водных растворах электролитов существует несколько уровней полной потенциальной энергии электронов. В дальнейшем нас будут интересовать те уровни, которые связаны с присутствием в растворе положительных или отрицательных ионов. Рассмотрим вначале этот вопрос на примере чистой воды. Так как при равновесии электрохимический потенциал fig для любых уровней полной потенциальной энергии имеет одинаковое значение, определяемое формулой (152), полная потенциальная энергия электронов на данном уровне может быть выражена как разность электрохимического потенциала и концентрационного члена для этого уровня. Для уровня, соответствующего ионам ОН , получаем [c.187]

Рис. 29. Полная потенциальная энергия образования ионной связи как функция расстояния г между центрами ионов

Величина Ii . относится к изменению энергии системы при переходе катиона из одного среднего положения (узел) в другое среднее положение (междоузлие). Так как при таком переходе изменяются условия взаимодействия ионов с окружением, то изменяется и характер движения ионов,— и не только катиона, перешедшего в междоузлие, но также ионов, по соседству с которыми находится вакансия или занятое междоузлие. Поэтому с образованием дефекта связано ненулевое значение Если указанных эффектов не учитывать, то величину следует приравнять изменению потенциальной энергии ир. [c.335]

Характерной особенностью твердого состояния вещества является постоянство его формы. Это значит, что составляющие его частицы (ионы, атомы, молекулы) жестко связаны между собой и их тепловое движение происходит как колебание около неподвижных точек, определяющих равновесное расстояние между частицами — расстояние, на котором потенциальная энергия притяжения имеет минимум. Относительное положение точек равновесия во всем веществе должно обеспечивать минимальную энергию всей системы, что реализуется при их определенном упорядоченном расположении в пространстве, т. е. в кристалле. Кристаллом, — по определению выдающегося русского кристаллографа Г. В. Вульфа (1863—1925), — называется твердое тело, ограниченное в силу своих внутренних свойств плоскими поверхностями — гранями . [c.151]

Связь структурного оводнения и обезвоживания с явлением высаливания О. Я- Самойлов не рассматривает в работах, опубликованных в 1966 г. [168, 169]. Однако еще ранее М. Н. Буслаева и О. Я. Самойлов [172] заключили, что обезвоживание, обусловленное стабилизацией структуры свободной воды, увеличивается с ослаблением гидратации высаливаемого иона. Кстати, это заключе-ние противоречит содержащемуся в работе [173] утверждению, что гидратация иона уменьшается (обезвоживание увеличивается) под влиянием добавок данного неэлектролита (в результате стабилизации структуры свободной воды) тем больше, чем сильнее ближняя гидратация иона в водном растворе. Полагая, что существуют два молекулярных механизма действия высаливателей на ближнюю гидратацию высаливаемого иона, один из которых связ ан с действием высаливателя на взаимную упорядоченность молекул воды раствора, а другой заключается в изменении под действием электростатического поля ионов высаливателя потенциальной энергии ближайшей к высаливаемому иону молекулы воды раствора, О. Я. Самойлов не объясняет, каким образом происходит сочетание этих механизмов в реальных экстракционных системах с высаливателями [168, 169]. [c.48]

Согласно P. Л. Мюллеру [27], причиной склонности к стеклованию является не величина энергии связи атомов, а пониженный радиус действия и направленность ковалентной связи. Из рис. 25 видно, что с - талтгчением расстояния (х) между ионами их потенциальная энергия (Ui) возрастает сравнительно медленно и правая ветвь кривой Ui(x) достаточно полога (см. [4], стр. 61). Благодаря этому ионная связь является дальнодействующей. Напротив, в ковалентной связи рост расстояния л между ато-мами обусловливает сильное повышение их потенциальной энергии (Ja и правая ветвь кривой (Уа(х)—крутая. В связи с этим ковалентная связь оказывается близкодействующей [4, стр. 63]. [c.79]

Расплавы солей обладают ионной проводимостью, поэтому к ним применим закон Фарадея. Расстояния между ионами в расплавах малы, следовательно электростатические взаимодействия ионов очень велики. С другой стороны, ионы в расплавах обладают большой кинетической энергией, поэтому трудно говорить о степени диссоциации расплавов. Можно предполагать полную диссоциацию солей в расплаве. Однако при сравнительно низ-К1Х температурах плотная упаковка ионов препятствует более или менее сиободному их движению. Каждый ион в расплаве занимает (в среднем по времени) место, соответствующее минимальной потенциальной энергии отно-С1тельных соседних ионов положение ионов аналогично положению их в кэисталлической решетке при равновесии. В связи с миграцией энергии каждый ион колеблется около положения равновесия, потенциальная энергия eio при отклонении от равновесного состояния увеличивается. Такое смещение ионов вызывает нарушения структуры расплава, подобные дефектам кри- [c.451]

В табл. 8.7 суммируются результаты нащих численных экспериментов по моделированию кластеров Na(H20)n и К(Н20) . Энергия выражена в кДж/моль. Для /-структур координационное число равно среднему числу молекул в сфере радиусом 310 пм для Na(H20) и 350 пм для К (НгО),,. Критерий водородных связей геометрический / оо" = 330 пм, / он = 260 пм Еполн, Еъъ, ви — полная потенциальная энергия кластера и вклады в нее взаимодействий между молекулами воды и ионами со всеми молекулами воды. Все /-структуры получены для температуры 300 К. [c.145]

Для этой реакции характерно превращение ковалентной спязи исходной молекулы в ионную связь конечной молекулы. Тогда в качестве нулевого приближения можно рассматривать пересекающиеся поверхности, одиа из которых отвечает взаимодействию атома М с ковалентной люлекулой Хг ( ковалентная поверхность), а другая — взаимодействию иона с X —X ( ионная поверхность). Линия пересечения этих поверхностей определяется условием компенсации разности потенциала ионизации атома М и сродства к электрону молекулы Xg кулоновским притяжением между М и парой Х —Х. Для таких реакций типичные величины координаты точки пересечения составляют 5—10 А. На столь больших расстояниях взаимодействие меясду ионным и ковалентным состояниями оказывается таким малым, что приближенно истинная поверхность потенциальиой энергии может быть построена из участков ковалентной и ионпой поверхностей, линия пересечения которых является линией пересечения диабатических поверхностей потенциальной энергии [98]. [c.68]

Если поверхностный потенциал уменьшается или ионные силы увеличиваются (одновременно), то энергетический барьер понижается до значения, сравнимого с величиной кТ, показывая, что система будет подвергаться медленной флокуляции. Переход от высокой стабильности через медленную флокуляцию к быстрой (т. е. к исчезновению потенциального энергетического барьера) является непрерывным, без резкой флокуляцион-ной точки. Поэтому важно рассмотреть зависимость между кривой потенциальной энергии п скоростью флокуляции. При этом надо учитывать, что величина общей энергии является разностью между двумя большими (почти равными) значениями. Следовательно, вычисленная кривая очень чувствительна к игнорированию различных факторов. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных нри медленной коагуляции связано с большими трудностями. Тем не менее, это единственное средство проверки теории стабильности, так как пределы высокой стабильности или быстрой флокуляции являются независимыми переменными. [c.99]

Молекула не имеет заряда, но поляризуется, так как при тесном сближении атомов разных элементов происходит некоторое смещение электронной плотности в ней и соответствующие участки молекулы приобретают отрицательный и положительный заряды, т. е. молекула становится диполем. Возникает дополнительная ионная составляющая межатомной связи, которая увеличивает прочность последней, притом не только на величину энергии электростатического взаимодействия данных зарядов, но еще и за счет повышения энергии самой ковалентной связи, эффективность которой возрастает благодаря уменьшению межатомного расстояния, обусловленному проявлением ионной составляющей связи. В результате этого потенциальная энергия данной электронноядерной системы снижается. [c.83]

Теория Гориути — Поляни содержит допущение, согласно которому распределение электронов адиабатически следует за изменением положения тяжелых частиц. Таким образом, приведенные на рис. 150, а кривые следует называть не потенциальными кривыми, а электронными термами. Понятие электронного терма включает в себя потенциальную энергию медленных (тяжелых) частиц и полную энергию электронов. Различие между электронным термом и истинной потенциальной кривой проще всего проиллюстрировать на примере иона в газовой фазе, где два протона, находящиеся на расстоянии Я друг от друга, связаны единственным электроном. Истинная потенциальная энергия этой системы и=еУЫгаН (во— диэлектрическая проницаемость вакуума) и ее зависимость от показана кривой 1 на рис. 151. Полная энергия электрона в системе На+ также зависит от Эта зависимость, рассчитанная на основе решения уравнения Шредингера, представлена кривой 2 на рис. 151. Кривая 3 на рис. 151 отражает зависимость элект- [c.278]

Ион НзО может подходить к отрицательно заряженной поверхности электрода только до некоторого расстояния, определяемого его эффективным радиусом. Дальнейшее приближение протона к поверхности будет сопряжено с растяжением связи —ОН , а потому потребует затраты значительной энергии. Зависимость потенциальной энергии протона в адсорбированном ионе гидроксония от расстояния до электрода должна поэтому иметь вид кривой с минимумом при некотором равновесном расстоянии Я = (см. кривую 1 на рис. 150, а). В свою очередь потенциальная кривая адсорбированного атома также должна проходить через минимум в зависимости от расстояния до электрода (кривая 2 на рис. 150, а). Положение минимума при / = / н на этой кривой соответствует равновесному состоянию связи Ме—Н. Как видно из рис. 150, совокупность потенциальных кривых 1 м 2 образует энергетический барьер, разделяющий равновесные положения протона в ионе НзО" и в состоянии адсорбированного атома. Таким образом, элементарный акт разряда в теории Гориути — Поляни связан с движением протона вначале по кривой 1 до точки пересечения (растяжение связи И —ОН2), а затем вдоль кривой 2 (переход растянутой связи Ме—И к своему равновесному состоянию). Координатой реакции здесь является расстояние, перпендикулярное поверхности электрода. [c.294]

Эти ионы имеют такую же электроннную конфигурацию, как атом азота (см. стр. 159) при соединении ионов С" и 0+ возникнет тройная свя зь, аналогичная связи в молекуле N3. Очевидно, тройная связь более прочна, чем двойная ее образование приведет к состоянию с более низкой потенциальной энергией. Поэтому можно ожидать,/что в молекуле СО осушествляется именно эта связь. Действительно, как видно, физические свойства азота и окиси углерода весьма близки. [c.178]

Простая электростатическая теория была впервые применена для объяснения комплексов металлов Ван-Аркелом и Де Буром" II Гэрриком примерно в 1930 г. В своей модели связи они исполь зовали хорошо известные уравнения потенциальной энергии классической электростатики. Этот подход требовал знания величин зарядов и размеров центральных ионов, а также величин зарядов, дипольных моментов, поляризуемости и размеров лигандов. Лег ко показать, что если принять чисто электростатическую модель, то нужно ожидать для комплексов с одинаковыми лигандами н любым координационным числом правильной конфигурации Так, для комплексов с наиболее распространенными координационными числами 2, 4 и 6 конфигурации должны были бы быть соответственно линейной, тетраэдрической и октаэдрической, так как они обеспечивают минимальное отталкивание между лигандами. Для некоторых комплексов, используя эту простую мо дель, можно вычислить энергии связи, которые хорошо согласуют ся с экспериментально найденными величинами . [c.256]

Правило 18 электронов имеет немало исключений, и его следует рассматривать только как один из факторов, способствующих образованию стабильной структуры координационного соединения. Отклонения от правила связаны часто с пространственными ограничениями, не допускающими координации центральным атомом необходимого для заполнения 18-электронной оболочкой числа лигандов. Например, ясно, что ион (// ) должен координировать восемь двухэлектронных лигандов, чтобы заполнить валентную оболочку полностью. Однако пространственные возможности допускают только октаэдрическую координацию. Другие примеры отклонения от правила 18 электронов можно найти в табл. 11.8, где встречаются и 15-электронный ванадоцен, и 20-электронный никеле-цен. Эти соединения в отличие от 18-электронного ферроцена отличаются малой устойчивостью и высокой реакционной способностью. Тем не менее они способны к существованию и отвечают минимумам на соответствующих поверхностях потенциальной энергии. [c.451]

Согласно (П1.13) энергия Е — есть квантовомеханическое среднее оператора Гамильтона. Пусть ось Z направлена по линии химической связи, которая образуется при сближении каких-либо двух атомов или молекул. На примере иона М. Д. Фейнберг и К. Рюденберг [121 показали, что помимо потенциальной энергии важную роль в химической связи играет компонента Tz оператора кинетической энергии. [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология