Молекулярные орбитали гелия

Рассмотрим строение двух необычных молекул — Не и Heg. В первой молекуле три. ls-электрона атомов гелия переходят на молекулярные орбитали. Очевидно, что два из них заполнят связывающую ols-орбиталь, а третий электрон разместится на разрыхляющей о 1 s-орбитали. Таким образом молекула Не+ будет иметь электронное строение [c.103]

Химическая связь, как показали в свое время на примере молекулы водорода Гейтлер и Лондон, образуется за счет увеличения (но сравнению с невзаимодействующими атомами водорода, находянщмися на том же расстоянии, что и в молекуле) электронной плотности между атомами. Это увеличение в расчетах по методу МО учитывается с помощью так называемых интегралов перекрывания. Электроны в основном состоянии молекулы занимают орбитали с наи-низшей энергией. На каждой орбитали может находиться по два электрона с нротивополоншыми спинами. Здесь к этой общеизвестной школьной модели добавляется одна тонкость. Вследствие электростатического взаимодействия электроны отталкиваются, в результате чего даже два электрона, находящиеся на одной и той же молекулярной орбитали, имеют тенденцию двигаться по возможности на большем удалении друг от друга. Решение уравнения Шредингера для атома водорода облегчается тем, что единственный электрон 1 этого атома обладает сферической симметрией. В атоме гелия атомная орбиталь вследствие взаимного отталкивания двух электронов 1 уже не обладает сферической симметрией, и с этим связаны трудности в расчетах распределения электронной плотности в атоме гелия. Энергия корреляции движения электронов может достигать примерно 20% общей электронной энергии молекулы и в расчетах учитывается с помощью интегралов электрошого отталкивания . Кроме того, в молекуле существует еще конфигурационное взаимодействие — взаимодействие между самими молекулярными орбиталями. Волновая функция, учитывающая конфигурационное взаимодействие, аналогична по своей записи уравнению для волновой функции, приведенному в 1 этой главы, однако вместо <рг волновых функций атомных орбиталей в ее выражение входят Ф, — волновые функции атомных или молекулярных конфигураций . Под конфигурацией понимается способ распределения электронов по атомным (в атоме) или молекулярным орбиталям (в молекуле). Поясним это понятие на простом примере атома лития, имеющего 1 и электрона. В зависимости от того, находится ли атом в основном или в возбужденном состоянии, электроны по-разному располагаются на двух орбиталях 1 22х и 1 2 2. Таким образом, полная волновая функция, учитывающая конфигурационное взаимодействие, для атома лития будет иметь вид [c.91]

Молекулярный ион гелия Не состоит из двух гелиевых ядер и трех электронов. Хотя энергии гелиевых орбиталей, как атомных, так и молеку- [c.517]

Существуют два способа объяснения характера ковалентной связп— метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). Первый метод основан на предложенном В. Гейтлером и Ф. Лондоном (1927) решении уравнения Шрёдингера для молекулы водорода На (примененном ранее Гейзенбергом к атому гелия). В тридцатых годах этот метод усовершенствован Дж. Слейтером и Л. Полингом. Второй метод — молекулярных орбиталей — создан несколько позднее Р. Малликеном, Ф. Хундом, Э. Хюккелем, Дж. Леннардом-Джонсом и Ч. Коулсоном. В пятидесятые годы важный вклад в развитие метода сделал К. Рутан, использовав уравнения самосогласованного поля (ССП), разработанные Д. Хартри и В. Фоком для многоэлектронных атомов. Создание математического аппарата и электронно-вычислительных машин позволило проводить многочисленные теоретические расчеты для молекул, беря из опыта значения только межъядерных расстояний. Метод молекулярных орбиталей более употребителен и поэтому рассмотрен более подробно, чем метод валентных связей. [c.176]

Третье объяснение, основано на рассмотрении поведения орбиталей в ходе реакции путем корреляции орбиталей реагента и конечного продукта — атома бериллия (формально предполагается, что ядра гелия могут слиться, образовав ядро бериллия). На рис. 4.1 показана корреляционная диаграмма этого процесса [2, 3]. Молекулярные орбитали двух атомов гелия расположены слева в порядке возрастания энергии, атомные орбитали бериллия — справа. Чтобы соединить уровни, находящиеся слева, с соответствующими уровнями справа, используют общие свойства симметрии (локальный орбитальный угловой момент молекулярных орбиталей гелия относительно оси бесконечного порядка и четность [c.108]

Полностью завершенная электронная оболочка атомов (5 р , а у гелия 5 приводит к чрезвычайной инертности этих веществ. В газообразном состоянии инертные газы состоят из атомов. В гипотетических молекулах (Нег, Neг,...) число заполненных связывающих молекулярных орбиталей было бы равным числу заполненных разрыхляющих молекулярных орбита-лей, так что такие молекулы не существуют (разд. 6.2.4). [c.491]

Другие гомоядерные двухатомные молекулы. Принцип построения молекулярных орбиталей тот же, что и для молекулы водорода. Диаграммы МО для гелия и водорода одинаковы и отличие состоит только в том, что дополнительные два электрона занимают разрыхляющую а -орбиталь и поэтому молекула неустойчива. [c.273]

Начало развитию К. х. положили работы ряда исследователей, выполненные в период становления квантовой механики. В. Гейзенберг (1926) впервые провел расчет атома гелия В. Гайтлер и Ф. Лондон (1927) на примере молекулы водорода дали квантовомех. интерпретацию ковалентной связи. Их подход нашел дальнейшее развитие в работах Дж. Слейтера (1931) и Л. Полинга (1931) и получил назв. валентных связей метод. В этот же период Ф. Хунд (1928), Р. Малликен (1928), Дж. Леннард-Джонс (1929) и Э. Хюк-кель (1930) заложили основы широко распространенного в настоящее время молекулярных орбиталей метода. Одновременно появились и основополагающие работы Д. Харт-ри (1927) и В.А. Фока (1930), создавших самосогласованного поля метод, а также работы Дж. Слейтера (1929-30) по мат. основам конфигурационного взаимодействия метода. X. Бете (1929) и Дж. Ван Флек (1932-35) разработали кристаллического поля теорию, развитие к-рой привело к созданию поля лигандов теории, нашедшей широкое применение в координац. химии. [c.365]

Хотя для многих молекул, не имеющих в своей конфигурации основного состояния эффективных связывающих электронов, предсказываются неустойчивые основные состояния, для них наблюдаются возбужденные состояния, устойчивые к диссоциации на возбужденные атомные состояния. Примером является первое возбужденное состояние 2+ молекулы Нег. Это состояние возникает из конфигурации (15а) (15а ) (25а) и диссоциирует на атом гелия в основном состоянии и атом гелия в возбужденном состоянии 51 с конфигурацией (Ь) (25) . Тот факт, что молекулярная орбиталь 2за является связывающей по отношению к атомной 25-орбитали, придает молекуле устойчивость в указанном состоянии (энергия диссоциации приблизительно равна 60 ккал/моль). Благодаря тому что синглет-триплетные переходы запрещены, возбужденная молекула Не2 обладает достаточно большим временем жизни, чтобы ее можно было наблюдать экспериментально. [c.229]

С помощью метода молекулярных орбиталей легко объяснить, почему атомы гелия в отличие от атомов водорода или кислорода не объединяются в ковалентные молекулы Нез. Два атома гелия имеют четыре 1в-электрона при гипотетическом образовании молекулы Неа первые два электрона займут [c.116]

Розен [20[ и Шостак [21] в первом порядке вычислили энергию трехчастичных взаимодействий между атомами гелия, используя соответственно метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей. Имеется интересная аналогия между относительными трехчастичными атомными взаимодействиями в схеме Аксельрода — Теллера (относительно аддитивных сил второго порядка) и в схеме Розена — Шостака (относительно аддитивных сил первого порядка) эта аналогия заключается в том, что оба относительных эффекта отрицательны, если взаимодействующие атомы образуют равносторонний треугольник, и положительны при линейном располон ении атомов. Однако прямых попыток учета трехчастичных атомных взаимодействий первого порядка не было сделано. Кроме того, тверды гелий не представляет особого интереса, так как он образует гексагональную решетку. Имеются также данные исследования ряда многочастичных атомов взаимодействий, в одних случаях основанных на электростатических эффектах, в которых перекрывание зарядовых облаков рассматривалось классически, в других случаях — на модели Друде гармонических осцилляторов для атомов с дипольными взаимодействиями [22]. Однако никакие из указанных сведений не могут служить ключом к пониманию стабильности кристаллов инертных газов, поскольку [c.257]

Гомонуклеарные частицы 5-злементов . Из числа таковых ознакомимся со следующим Н (молекулярный ион водорода), На и Нез (гипотетическая молекула гелия). Для содержащихся в них электронов имеем и = 1, а для элементов = 1. Важнейшие интересующие нас данные об указанных частицах сопоставлены в таблице 5-4. В ней же (при помощи стрелок) отмечено число электронов и их распределение по молекулярным орбиталям для каждой рассматриваемой частицы. [c.109]

В гипотетической молекуле Ие на построение молекулярных орбиталей поступило бы четыре электрона (по два от каждого атома Не). Оба атома Не отдадут по одному электрону на образование двухэлектронной связывающей орбитали, ее конфигурация Is) При этом энергия системы (Не -f Не) понижается (фактор стабилизирующий). Два других электрона атомов гелия попадают на разрыхляющую орбиталь, ее конфигурация (аР р is)2 g случае энергия затрачивается (фактор дестабилизирующий систему). Вопрос о возможности существования молекулы Hej решается соотношением этих факторов. Обычно разрыхляющая орбиталь ослабляет химическую связь в большей степени, чем связывающая ее укрепляет. В итоге от спаривания атомов Не нет выигрыша в энергии, и молекулы Неа не образуются гелий, как и все инертные газы, имеет одноатомную структуру. [c.111]

При сближении этих двух протонов единственный электрон не имеет никаких оснований предпочесть ту или другую орбиталь, 1зд или ISg. Если бы таких пар протонов было много, то в некоторых парах электрон находился бы на орбитали 1хд, но в других парах (причем в том же числе пар) электрон оказался бы на орбитали ISg. Однако в любой из этих пар по мере приближения протонов друг к другу электрон начинает двигаться таким образом, чтобы учесть одновременно и в равной степени наличие обоих-ядер. Теперь электрон располагается уже не на одной из атомных орбиталей 1хд или Isb, а на молекулярной орбитали, которая обязана своим происхождением как Ьд, так и Isg. В таком случае, когда мы прижимаем протоны вплотную друг к другу, эта молекулярная орбиталь должна снова превратиться в атомную орбиталь, принадлежаш,ую иону гелия. [c.82]

Самое примитивное применение принципа Паули (не более двух электронов на орбитали) для диаграммы молекулярных орбиталей в методе ячеек представлено на рис. 3.8. В (Не)2 третий валентный электрон должен расположиться на разрыхляющей -орбитали. Вместо того чтобы повышать прочность связи, этот третий электрон приводит к ее ослаблению, сводя к нулю благотворное действие одного из связывающих электронов. Действительно, из эксперимента известно, что энергия связи молекулярного иона Нез равна 72 ккал, что очень близко к энергии связи в hJ. Далее, в гипотетической молекуле (Не)2 четвертый электрон также должен находиться на разрыхляющей а -орбитали. Теперь, когда в молекуле есть два связывающих и два разрыхляющих электрона, связь вообще не возникает. Этот вывод подтвержден экспериментально. Два атома гелия лишь очень слабо притягиваются друг к другу — химическая связь здесь практически отсутствует. Мы убедились в том, что принцип Паули для молекул не менее справедлив, чем для атомов. Это поможет нам понять природу химических связей и предсказывать их свойства. [c.87]

Однако в этом случае трудно себе представить резонанс по типу гиперконъюгации [125]. Поэтому более логичным объяснением УФ-спектра меркапталя является следующее если два атома серы находятся в гел<-положении, то в результате взаимодействия Ы-орбиталей обоих атомов серы между собой образуется общая молекулярная орбиталь, обладающая более низким уровнем энергии по сравнению с уровнем энергии орбитали каждого атома серы в отдельности. Вследствие этого на вновь образованную молекулярную орбиталь переходит один электрон от неподеленной пары атома серы [126]. [c.145]

Эта теория — единственная, которая объясняет насыщение,— явление, знакомое химикам, но неизвестное в классической физике. Атом водорода соединяется только с одним другим атомом водорода и не притягивает, а даже отталкивает третий атом, поскольку молекулярная орбиталь может быть занята только двумя электронами с противоположными спинами, а третий электрон имел бы спин, параллельный спину одного из двух электронов связи. (По этой же причине атом гелия не может принять третий электрон в свой электронный слой.) В отличие от ковалентной связи электровалентности не свойственно насыщение. Ион притягивает к себе столько ионов с противоположным зарядом, сколько позволяют окружающее пространство и отталкивание ионов одного знака. [c.96]

В первой, ионизированной молекуле HeJ три Ь-электрона атомов гелия переходят на молекулярные орбитали. Очевидно, что два из них заполняют связывающую (г15-орбиталь, а третий электрон размещается на разрыхляющей Kv-орбитали. Таким образом, в этой молекуле имеется два связывающих электрона и один разрыхляющий, в соответствии с приведенным выше правилом такая молекула должна быть устойчивой. Действительно, молекула Hei существует, хотя она и менее стабильна, чем молекула Hj энергия связи в Hei (293 кДж/моль) меньше, чем в Hj (436 кДж/моль). [c.110]

Гелий хуже других газов растворяется в воде и других растворителях. В 1 л воды при 0 С растворяется менее 10 мл Не (водород растворяется в два с половиной раза лучше). Плохая растворимость этого газа в любых растворах используется в водолазном деле. Гелий заменяет азот в дыхательных смесях, которыми пользуются при погружении на оольшую глубину. Адсорбируется гелий очень плохо и лишь при —185° С. В обычных условиях гелий суш,е-ствует в виде устойчивого атома, но при электрических разрядах возникают ионизированные двухатомные ионы Не . В них два электрона занимают связывающую орбиталь молекулы и лишь один занимает разрыхляющую. Выигрыш энергии позволяет этому иону суш.ествовать некоторое время. Однако как только частицы Не захватывают электрон, то мгновенно распадаются на два нейтральных атома гелия. Известно существование ионизированных молекул НеН+ соединения гелия с водородом, где связь между ядрами гелия и водорода (протоном) осуществляется парой электронов, находящихся на связывающей молекулярной орбитали. [c.199]

Второй период системы открывают литий и бериллий, у которых внешний энергетический уровень содержит лишь -электроны. Для этих элементов схема молекулярных орбиталей ничем не будет отличаться от энергетических диаграмм молекул и ионов водорода и гелия, с той лишь разницей, что у последних она построена из 1 -электронов, а у Ь12 и Ве -из 2 -электронов. 1 -электроны лития и бериллия можно рассматривать как несвязывающие, т.е. принадлежащие отдельным атомам. Здесь будут наблюдаться те же закономерности в изменении порядка связи, энергии [c.58]

Шредингер нашел точное решение своего уравнения для случая движения одного электрона в поле одного ядра. Состояние электрона теперь характеризовалось пространственно-протяженной волновой функцией. Одноэлектронная волновая функция вскоре получила название орбиталь. В работе [2] найдено точное решение волнового уравнения в случае движения одного электрона в поле двух неподвижных ядер и для молекулярного иона Нг указаны одноэлектронные волновые функции, соответствующие (15)-орбиталям атома Н. Если их обозначить (I g) ), то для электронных конфигураций молекулы водорода На, соответствующих электронным конфигурациям атома гелия (15) , естественно ввести обозначение Основную идею метода молекулярных орбита- [c.11]

Разберем строение двух необычных молекул — Hej" и Нвг- В первой молекуле три ls-электрона атомов гелия нужно разместить по молекулярным орбиталям. Очевидно, что два из них заполнят связывающую о1 s-орбиталь, а третий электрон пойдет на разрыхляющую (т ls-орбиталь. Таким образом, молекула Неа"" будет иметь электронное строение Не2 [(ст1з) (,сз Is)] в ней два связывающих электрона и один разрыхляющий в соответствии с приведенным выше правилом такая молекула должна быть устойчива. Действительно, молекула Нез существует, хотя и менее стабильна, чем молекула На, энергия связи в Неа" (70 ккал/моль) меньше, чем в На (103 ккал/моль). [c.189]

Рис. 2-11. Сравнение молекулярных орбиталей гипотетической молекулы Нвд с атомной ls-орбиталью гелия. Для размещения четырех электронов обе молекулярные орбпталл Нва должны быть заполнены.

ПОЧЕМУ ГЕЛИИ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ДВУХАТОМНЫМ ГАЗОМ Мы можем ответить на этот вопрос, построив для Не, диаграмму энергетических уровней молекулярных орбиталей (рис. 2-11). Каждый атом гелия включает два ls-электрона, которые должны быть учтены при любой попытке no Tj>o -ния Hej. Поскольку связывающая молекулярная орбиталь (о) может быть занята только двумя из этих четырех электронов, оставшиеся два должны занять разрыхляющую орбиталь (о ). Суммарная стабилизация любой системы определяется разностью между числом электронов, находящихся на связывающих и разрыхляющих молекулярных орбиталях. Поскольку молекула Heg (рис. 2-11) содержит одинаковое число электронов па связывающих и разрыхляющих орбиталях, не происходит понижения энергии при объединении [c.34]

Легко понять, что электронная конфигурация молекулы гелия Нез будет иметь вид ( TJJ) (ст s) . В этом случае и связывающая (СТ ,), и разрыхляющая (ст, ) орбитали заселены дважды. Выше (см. с. 602) уже было сказано, что разрыхляющая орбиталь (при 5 > 0) больше разрыхляет , чем связывающая связывает отсюда ясно, что молекула Не должна быть неустойчивой. В более тяжелых атомах внутренние оболочки обычно полностью заполнены и действие связывающих МО в них полностью компенсируется действием соответствующих разрыхляющих молекулярных орбиталей. В таких случаях с целью упрощения часто заменяют обозначение (ст1з) (ст, )2 символом КК. Такое же упрощение допустимо и для других полностью заполненных оболочек, например ЬЬ. Образование молекулы 2 изображается следующим образом [c.613]

Разберем строение двух необычных молекул — Нег+ и Нег. В первой молекуле три 1 s-электрона. атомов гелия нужно разместить по молекулярным орбиталям. Очевидно, что два из них заполнят связывающую о15-орбит5ль, а третий. электрон пойдет на разрыхляющую о 15-орбиталь (разрыхляющие орбитали принято отмечать звездочкой). Таким образом, молекула Нег+ будет иметь электронное строение [c.197]

Так или иначе, но химическая инертность гелия обусловлена не тем, что у него нет неспаренных электронов, а тем, что энергия промотирова-ния электрона в его атомах очень велика. Аналогичным образом можно ( ъяснить, опираясь на метод валентных связей, невозможность образования молекулы Нег. С точки зрения метода молекулярных орбиталей образование молекулы Нег невозможно из-за того, что в гипотетической молекуле Нег число связывающих и число разрыхляющих электронов оди-ваково. [c.39]

VIII группа (инертные газы). Инертные газы имеют полностью заполненные внешние электронные оболочки 1я (гелий) и х р (остальные инертные газы) и образуют в твердом состоянии плотные упаковки — гексагональную (гелий) и кубическую (остальные элементы). Связь между атомами этих элементов слабая молекулярная, внешние ортогональные р -орбитали их оболочек не перекрываются, и атомы ведут себя в конденсированном состоянии как квазисферические, образуя плотные упаковки. Фазовые диаграммы для инертных газов построены для сравнительно небольших давлений. При очень больших давлениях можно ожидать перекрытия ортогональных р-орбиталей внешних электронных оболочек р и фазового перехода плотной кубической структуры в ОЦК. Известно, что а-Не имеет ОЦК структуру, а (3-Не — плотную гексагональную [256]. [c.271]

Теория кристаллического поля дает мощный аппарат для качественного, а идогда и количественного исследования свойств комплексных соединений. Однако один из ее существенных недостатков состоит в том, что она рассматривает лишь электрический характер влияния лигандов на центральный ион. Поэтому с помощью теории кристаллического поля можно решать только те вопросы, которые связаны с изменением электронной конфигурации металла под воздействием поля лигандов и нельзя касаться перераспределения электронной плотности при комплексообразовании, которое обусловливает прочность образующихся химических связей. Модифицированной теорией, приспособленной к рассмотрению ковалентных связей в координационных соединениях, явилась созданная в 50-х годах Ор-гелом, Йоргенсеном и Бальхаузеном теория поля лигандов, объединившая в себе достижения теории кристаллического поля и метода молекулярных орбиталей. [c.120]

Таким образом, корреляционная диаграмма показывает, что два атома гелия в основном состоянии коррелируют с дважды возбужденным атомом бериллия. Чтобы получить атом бериллия в основном состоянии, следует исходить из двух атомов гелия, у которых два электрона возбуждены с 15а -орбитали на молекулярную орбиталь, коррелирующую с 25-орбиталью бериллия. Такой является следующая по энергии связывающая молекулярная орбиталь 2sag (на рис. 4.1 эта корреляция показана пунктиром), которая образуется в результате сложения -орбиталей атомов гелия. [c.109]

Особенно характерно образование соединений между молекулами, одна из которых имеет низко лежащую свободную МО, а другая — 1есвязывающую орбиталь атомного типа, заполненную двумя электронами.. Перекрывание этих дв>т( МО приводит к образованию новых двух МО, общих для всей системы, и возникновению прочного химического соединения (рис. 53). Возникающая таким образом связь по своему происхождению называется донорно-акцепторной связью. Молекула с низколежащей свободной орбиталью называется акцептором электронов, а имеющая пару электронов на несвязывающей МО — донором. Примером донорно-акцепторного механизма образования химической связи в двухатомных молекулах может служить образование молекулярного иона НеН из атома Не и иона Н . Атом гелия имеет два электрона ка ] -орбитали с энергией —24,6 эВ (ПИ = = 24,6 эВ). Его рассматривают как типичный инертный атом с заполненной оболочкой. У иона имеется свободная 15-орбиталь с энергией —13,6 эВ. При контакте Не и Н возникает НеН -ион, а-МО которого можно представить как линейную комбинацию 15-орбиталей атома Не и иона Н [c.140]

Характеристика элемента. Электронная структура и свойства гелия типичны для элементов, завершающих периоды. В его атоме имеется заполненный s-уровень электронов, близко расположенный к ядру. Это придает всей структуре атома особую устойчивость. По сравнению с другими элементами гелий обладает наименьшей поляризуемостью атома и наибольшей энергией ионизации (24,58 эВ). Электронные орбитали атомов полностью заняты электронами и поэтому между атомами гелия невозможно образование химической связи на две связывающие молекулярные орбиталн в таком случае приводится две разрыхляюшие и никакого выигрыша не получается, так как энергия связывающих и разрыхляющих орбиталей взаимно компенсируется. Взаимодействие атомов гелия происходит за счет межмолекулярных сил. Эти силы слабые и проявляются лишь при очень низкой температуре или высоком давлении, поэтому гелий труднее всех веществ переводится в жидкое состояние. Он становится жидким при таких температурах (около [c.198]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология