Графит строение молекулы

Некоторые химические элементы образуют несколько простых веществ. Это явление получило название аллотропии. Наиример, кислород имеет две аллотропные модификации (или видоизменения), которые различаются составом молекул кислород О2 и озон О3. Аллотропные видоизменения элемента углерода — алмаз и графит имеют разное строение кристаллов. [c.14]

Однако для некоторых, заведомо гомогенных адсорбционных систем рассмотренные признаки однородности поверхности не соблюдаются. Например, для системы графит—бензол изотерма адсорбции не имеет перегиба, а теплота адсорбции практически постоянна в области монослоя. В то же время для этого же адсорбента изотерма адсорбции -гексана имеет перегиб, а теплота адсорбции проходит через высокий максимум. Причина такого явления обусловлена наличием, наряду с силами притяжения адсорбат—адсорбат, еще и дальнодействующих сил отталкивания электростатической природы. Действительно, атомно-электронное строение молекулы бензола таково, что при ее плоской ориентации на базисной плоскости графита система ее я-электронов образует кольцевой квадруполь с повышенными плотностями электронов сверху и снизу кольца. Вертикально ориентированные такие квадруполи должны испытывать электростатическое отталкивание. Кроме того, дополнительные силы отталкивания возникают между плоско ориентированными диполями С—Н-связей молекулы бензола. [c.44]

Химики-органики с удовлетворением могут отметить, что именно теория химического строения молекул в значительной мере способствовала развитию теории графов. Так, класс нециклических графов — так называемых деревьев — впервые был установлен еще в середине прошлого века в работах Кэли на основании молекулярной структуры разветвленных предельных углеводородов. Использование топологических представлений может разрешить затянувшийся спор между химиками и некоторыми физиками последние упорно отказывают структурным представлениям химии в физической обоснованности. До сих пор ведется дискуссия на тему о том, имеет ли молекула вид , существуют ли химические связи и т.д. [c.5]

Первой задачей книги является ознакомление химиков с новыми математическими подходами и методами для их практического использования. Химическое строение молекул обладает основным свойством топологических структур сохранением целостности и непрерывности взаимодействия атомов в молекуле при всех изменениях геометрии, межатомных расстояний, валентных углов. Структура молекул может быть удобно изображена на языке теории графов, что, как выясняется, не просто приводит к новой формализации, но имеет эвристическое значение. Матричные представления молекулярных графов, естественно, связываются с матричными методами квантовой химии, в частности с методом расчетов по Хюк-келю. [c.6]

Строение молекулы бензола было установлено методом дифракции электронов в 1929 г. и в последующие годы. Это плоский шестиугольник, в котором длина связи углерод — углерод равна 140 пм (длина связи С—Н равна 106 пм). Это значение длины связи, имеющей на 50% характер двойной связи, вполне согласуется с величинами 154 пм для овязи С—С, 133 пм для связи С = С и 142 пм для связи, имеющей на 33 /з% характер двойной связи (графит). Плоская конфигурация молекулы находится в соответствии со свойствами двойной связи (разд. 6.5). [c.192]

Молекулярные графы, применяемые в стереохимии и структурной топологии, химии кластеров, полимеров и др., представляют собой неориентированные графы, отображающие строение молекул (рис. 2). Вершины и ребра этих графов отвечают соотв. атомам и хим. связям между ними. [c.611]

Определение точного аминокислотного состава является первичным обязательным моментом при изучении строения молекулы белка. Без такого определения прежде всего оказалось бы невозможным установление последовательности аминокислотных остатков в пептидной цепи. Помимо этого изучение аминокислотного состава белков позволяет сделать некоторые заключения о реакционной способности белковой молекулы. В табл. 5 представлен аминокислотный состав ряда белков. В графе А указано содержание аминокислот в %, в графе В — в грамм-молях на 10 г белка. Такой подсчет позволяет сопоставлять аминокислотный состав различных белков. В зависимости от содержания в белках аминокислот с различными функциональными группа.ми (кроме а-СООН и г,-NH2), в них могут преобладать кислые или основные, полярные или липотропные группы. [c.482]

Если допустить, ЧТО фн... с мало зависит от строения молекул углеводорода и графита, то при адсорбции углеводородов на графите (на ГТС) Ф будет зависеть только от влияния на межмолекулярное взаимодействие электронной конфигурации атомов углерода (наличия а-и я-связей, сопряжения я-связей). Поэтому с помощью получаемых в газо-адсорбционной хроматографии констант Генри можно исследовать влияние электронной конфигурации атомов С в углеводородах на их межмолекулярное взаимодействие. [c.82]

ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО — простое тело, однородное вещество, состоящее из атомов одного и того же химического элемента форма существования химического элемента в свободном состоянии алмаз, графит, уголь (состоят из атомов углерода, но отличаются по своему строению н свойствам), кислород и озон (отличаются по числу атомов в молекуле и по свойствам) и т. д. [c.205]

Углерод в любой форме - твердое тело в отличие от своих газообразных соседей по периодической системе элементов. Это объясняется полимерным строением молекул углерода, поэтому и графит, и алмаз, состоящие из одинаковых, только углеродных атомов, относят к полимерам. Любой кристалл алмаза представляет собой, по существу, идеально построенный трехмерный полимер. В графите полимерная упорядоченность распространяется только по плоскости. Существуют и одномерные (линейные) полимеры углерода карбин и поликумулен. Кроме того, углерод известен как единственный элемент, способный образовывать объемные полиэдрические структуры не только путем химического синтеза (кубан, призмейн и Пентагон), но и путем самоорганизации фуллерены). В настоящее время понятие фуллерены применяется к широкому классу многоатомных молекул углерода С (п от 24 и более) и твердым телам на их основе. Однако еще несколько лет назад фуллереном (точнее бакминстерфуллереном) называли молекулу Сбо, атомы которой располагаются на поверхности сферы в вершинах 12 равносторонних пятиугольников и 20 равносторонних шестиугольников. Ее радиус составляет 0,357 нм. Уникальные свойства фуллеренов привлекают внимание ученых всего мира. [c.8]

Она зависит от молекулярной массы — для родственных веществ увеличивается с ее ростом от агрегатного состояния — увеличивается при переходе от твердого к жидкому и от жидкого к газу от кристаллического строения (графит, алмаз) от изотопного состава (Нз и Ог, НгО и ОгО), от структуры молекул (н-бутан и изобутан). [c.77]

Величина энтропии сложным образом отражает всю совокупность свойств соединения в данном агрегатном состоянии. Она зависит от молекулярной массы — для родственных веществ увеличивается с ее ростом от агрегатного состояния — увеличивается при переходе от твердого к жидкому и от жидкого к газу от кристаллического строения (графит, алмаз) от изотопного состава (Нг и Ог, НгО и ОгО), от структуры молекул ( -бутан и изо-бутан). [c.66]

Энергия А. зависит от природы и строения молекул адсорбата и их ориентации у поверхности, а также от пр гроды и структ ры адсорбирующей поверхности. Молекулы нормальных углеводородов располагаются вдоль поверхности, энергия их А. поэтому линейно увеличивается с ростом числа атомов углерода в них. Разветвленные молекулы адсорбируются хуже нормальных, т. к. часть звеньев оказывается удаленной от поверхности адсорбента. Энергия А. ароматич. и непредельных углеводородов на непо.пярных адсорбентах (напр., на графите) меньше, чем соответствующих и-алкаиов, и, наоборот, на гидроокисях она больше благодаря сильному взаимодействию облаксш электронов, образующих кратные и ароматич. свя И (и-электронов), с гидроксильными группами поверхности адсорбента. Еще более резко при А. па гидроокисях увеличивается энергия А. полярных молек ул, нанр. спиртов и аминов. [c.21]

Установленные выше связи между задачей исследования электронного строения квантовой системы, состояш,ей из т л,-электро-нов сопряженной углеводородной молекулы, и задачей исследования спектральных характеристик соответствующего МГ дают возможность интерпретировать последнюю как задачу о квантовой системе, определенной на графе. [c.33]

Квантовую систему, состоящую из т частиц и определенную на графе Sem вершинами, естественно назвать стабильной, если т четно, а матрица Н имеет в точности т/2 положительных собственных чисел. Такая более общая интерпретация задачи о спектре графа оказывается полезной при исследовании электронного строения полиэдрических и других молекул. [c.34]

Рассмотрим некоторые графы, которые используются для описания структуры кристаллов. Базисное множество в этом случае образуют либо нейтральные атомы (в ковалентных кристаллах), либо ионы (в ионных кристаллах), либо отдельные молекулы (в молекулярных кристаллах), либо группы молекул. Каждому элементу базисного множества ставится в соответствие вершина. Определяются ближайшие соседи (первая координационная сфера). Две вершины считаются смежными, если соответствующий одной из них элемент базисного множества лежит в первой координационной сфере другого элемента. Такой подход дает возможность абстрагироваться от деталей строения элементов базисного множества, которое может быть достаточно сложным, и изучать неметрические свойства кристаллов, определяемые лишь отношением ближайшего соседства. На этом пути появляются графы с бесконечным числом вершин самой разной природы. Их геометрическую реализацию в трехмерном пространстве, называемую в дальнейшем решеткой, обычно выполняют таким образом, чтобы сохранились основные свойства симметрии кристаллов. [c.42]

Строение молекулы можно формализовать при помощи теории графов, как это делают Валентинуцци, и получить количественные характеристики структурных параметров. Структурною формулу можно рассматривать как плоский граф, содержащий определенное количество вершин (атомов) и ребер (связей). В первом приближении вершины берутся как бескачественные абстрактные точки, различающиеся лишь числом ребер и своим положенцем на графе. В графе могут встречаться группы однотипных вершин, тождественных по своим характеристикам. Можно рассчитать вероятность нахождения в данном молекулярном графе вершины определенного типа. Так, граф молекулы бензола содержит 12 вершин, из них по шести тождественных для углеродов и водородов. В таком случае вероятность того, что данная вершина окажется атомом углерода, будет Рс = =- . Это же значение имеет вероятность встретить, в вершине атом водорода рн [c.147]

Способность элемента к образованию аллотропных модификаций обусловлена строением атома, от которого зависит тип химической связи, а также строение молекул и кристаллов. Так, например, алмаз, графит, карбин и поликумулен состоят только из атомов углерода, но отличаются своими физическими свойствами и химической активностью. Объясняется это тем, что эти модификации углерода обладают разной кристаллической структ турой, разными связями между атомами. [c.5]

Другой путь ироникновення графов в теоретическую химию связан с квантово-химическими методами расчета электронного строения молекул. [c.9]

Для алмаза характерно трехмерное расположение атомов углерода в пространстве, на равном расстоянии друг от друга, все атомы связаны ковалентными связями. Алмаз не поглощает свет и отличается больщой твердостью. Графит имеет плоскостное расположение атомов углерода, составляющих правильные шестиугольники, которые по общим граням образуют сетки, г апоми-нающие пчелиные соты (расстояние между атомами 1,42 А). Сетки расположены слоями одна над другой, причем их связь менее прочная (расстояние между ними 3,3 А), поэтому легко расщепляются. Карбин — линейный полимер, существующий в двух формах собственно карбин, представляющий собой цепочку чередующихся одинарных и тройных атомов углерода (С=С-С=С-), и поликумулен — также линейный полимер, но характеризующийся двойными связями атомов углерода в молекуле (С=С=С=С=С). Фуллерен известен только с 1990 г. Он представляет собой полые образования типа футбольного мяча или мяча для регби, соответстенно Сбо и С70. Структурные элементы фуллеренов подобны таковым графита, только плоская гексагональная сетка последнего свернута и сшита в замкнутую сферу или сфероид, при этом часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. В силу полого строения молекул фуллерен обладает небольшой плотностью (1,7 г/см ), что значительно ниже, чем у графита и тем более алмаза. Перспектива использования фуллеренов разнообразна — аккумуляторные батареи, полупроводники, сырье для получения алмазов, основа для запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации. [c.73]

Матрицы 8 и 82 Баландин [3, 4] назвал структурными матрицами. ( овместно со стехиометрической матрицей X они позволяют находить стационарные суммарные реакции и уравнения их скоростей, константы и порядки, значения концентраций исходных веществ, промежуточных и конечных продуктов, связывая это при необходимости с формулами строения молекул, стереохимическими моделями, свободным вращением атомных групп около валентной связи, аддитивными свойствами, расчетом равновесий, изотермой адсорбции, направлением реакции и т. п. Одновременно структурные матрицы открывают широкие возможности использования аппарата теории графов для представления сложных реакций графически посредством кинетических формул, структурно соответствующих формулам строения молекул, -и посредством стереохимических моделей. Большинство из этих вопросов подробно разработаны Баландиным [3, 4]. [c.37]

Физическая модель электронного строения молекул, какие бы гипотетические элементы она ни заключала в себе, получает в квантовой химии математическое описание и дальнейшее изучение модели уже проводится математическими методами. Здесь нет возможности и необходимости касаться истории привлечения для теоретической работы различных математических методов (вариационного исчисления Уангом в 1928 г., теории групп Ван Флеком и Малликеном в начале 30-х годов, теории графов в 60-х годах и т. д.), но по-настоящему революционизирующее влияние на развитие квантовой химии оказало появление новой вычислительной техники. [c.93]

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного элемента. Оно может иметь молекулярное или атомное строение. Некоторые элементы образуют несколько простых веществ. Это явление называется аллотропией. Аллотропия может быть связана с разли шым числом атомов в молекуле (например, обычный кислород О2 и озон О3) или рапи щсм в кристаллической решетке для веществ атомного строения (например, алмаз и графит). [c.123]

Рассмотрим подробнее явление аллотропии. Различают несколько видов ее. Аллотропия строения зависит от различного состава (а отсюда и от различного строения) молекул. Наблюдается она в чистом виде лишь у неметаллов в их газообразном или парообразном состоянии, например собственно кислород (О2) и озон (О3). А л лотропия формы зависит от различия кристаллит ческих форм (проявление полиморфизма). В чистом виде она наблюдается лишь у металлов (у неметаллов в их твердом состоянии аллотропия формы по суш,еству совпадает с алло-тропией строения, то есть молекулам разного со става обычно отвечают разные кристаллические формы). Примеры а-Ре, -Ре, 8-Ре (центриро ванная кубическая решетка) и у-Ре (центрогранная кубическая) сера ромбическая (58), сера призматическая и сера пластическая (5 ) алмаз—графит белый фосфор (Р4) — черный фосфор. [c.324]

Влияние дейтерирования на удерживание углеводородов. Адсорбционные свойства дейтерия и водорода, как и свойства дейтерирован-ных и обычных углеводородов, несколько различаются (литературу см. в гл. 11 предыдущей книги этой серии [1]). В зависимости от общей массы и строения молекулы, природы поверхности и температуры опыта дейтерированные органические вещества могут адсорбироваться сильнее или слабее соответствующих недейтерированных. соединений. Дейтероуглеводороды на графитированной саже адсор--бируются слабее соответствующих обычных углеводородов, однако на сильно полярных адсорбентах некоторые из них адсорбируются сильнее. В некоторых случаях изменение последовательности удерживания наблюдается при изменении температуры. Поляризуемость дейтерированных углеводородов несколько меньше поляризуемости их недейтерированных аналогов. Поэтому потенциальная энергия дис- персионного взаимодействия дейтерированной молекулы с твердым телом должна быть несколько меньше, чем для недейтерированной молекулы, и удерживание дейтерозамещенных соединений должно быть слабее. В случае хроматографии углеводородов на графите этот эффект, по-видимому, является основным. Противоположные эффекты, связанные с различием энергетических уровней адсорбированных молекул с тяжелым и легким изотопом, быстро убывают с ростом массы и момента инерции молекулы, а также с повышением температуры. Поэтому эти эффекты существенны только для наиболее легких молекул при низких температурах. Влияние различия нулевых энергий дейтерированных и обычных углеводородов может стать -существенным лишь для молекул, в которых большое число атомов Н замещено на атомы D. При газохроматографическом разде-.Ленин дейтерозамещенных углеводородов на графитированной саже. [c.87]

При обсуждении строения таких молекул, как бензол, мы убедились, что в некоторых случаях электроны могут делокализовываться, или распределяться, по нескольким ядерным центрам. Это происходит при условии, что атомные орбитали одного атома способны взаимодействовать с атомными орбиталями сразу нескольких других атомов. Как мы уже знаем из разд. 8.7, ч. 1, в графите электроны делокализуются в пределах целых атомных плоскостей. Целесообразно подойти к рассмотрению хими- [c.360]

Третья разновидность углерода — карбин — полимер линейного строения. Звенья цепи полимерной молекулы связаны либо двойными связями (кумуленовый тип) =С = С = С = С = С =, либо чередующимися— простыми и тройными —С=С—С С—С=С— (полииновый тип). Карбин довольно устойчив и лишь при 2000°С переходит в графит. [c.164]

Графит — устойчивая при нормальных условиях аллотропная форма углерода. Он имеет серо-черный цвет и металлический блеск, кажется жирным на ощупь, очень мягок, оставляет черные следы на бумаге. Графит хорошо проводит теплоту и электрический ток, но его свойства резко анизотропны. Кристаллохимическое строение графита существенно отличается от структуры алмаза. Он имеет гексагональную структуру (рис. 144). Атомы углерода в графите расположены отдельными слоями, образованными из плоских шестиугольников. Каждый атом углерода на плоскости окружен тремя соседями ( р -гибридизация), расположенными вокруг него в виде правильного треугольника на расстоянии 0,412 нм. А расстояние между ближайшими атомами соседних слоев равно 0,340 нм и более чем в два раза превышает кратчайшее расстояние м ду атомами углерода в плоском слое. Поэтому графит имеет меньшую плотность по сравнению с алмазом, легко расщепляется на тонкие чешуйки. Химическая связь между атомами углерода внутри слоя имеет ковалентный характер с ярко выраженной склонностью к металлизации. Последняя обусловлена возникновением делокализованных 5Гр.р-связей в пределах шестиугольников (как в молекуле бензола) и всего макрослоя. Этим и объясняются хорошая электрическая проводимость и металлический блеск графита. Углеродные атомы различных слоев связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Преимущественно ковалентная связь между атомами углерода внутри слоя сближает графит с алмазом и тот и другой необычайно тугоплавки и обладают малой упругостью паров при нагревании. [c.359]

С развитием методов спектрального исследования строения вещества и в особенности метода реитгеноструктурного анализа появилась возможность достаточно надежно оценивать относительное и пространственное расноложение атомов. В стру] турной химпи на шли использоваться геометрические модели молекул, которые описывались в терминах графов нового типа — графов с координатами. Эти ] 1)афы могут быть реализованы в пространстве Или в виде различных проеьци па плоскости, причем в зависимости от тика соединеинн используются различные способы изображения. [c.8]

Метод Хюккеля можно рассматривать как нулевое приближение, с помощью которого удается проанализировать на качественном уровне строгости зависимость электронных характеристик достаточно сложных ненасыщенных органических молекул от их структуры, которая на этом этапе характеризуется учетом лишь отношения соседства н пренебрежением различиями в деталях геометрии. Несмотря на относительную простоту математического аппарата, переход от мономерных систем к олигомерам, а затем и к макромолекулам наталкивается на вычислительные сложности, которые могут быть достаточно эффективно преодолены в случае макромолекул регулярного строения. В этом случае обычно рассматривают макромолекулу с бесконечным числом элементарных фрагментов, а углеродный скелет молекулы описывается в терминах бесконечных графов, обладающих свойствами нериодичнооти. Поэтому исследование л-электронных отектров таких макромолекул сводится к анализу спектра бесконечных МГ. [c.59]

АЛЛОТРОПИЯ, явление существования хим. элемента в виде двух или неск. простых в-в, различных но строению и св-вам (т. н. аллотропных форм). М. б. обусловлено образованием молекул с разл. числом атомов (напр., О2 и Оз) или разной структурой кристаллов (напр., графит и ал14аз). В последнем случае А.— разновидность полиморфизма. [c.26]