Квантовая механика и валентность

Разбор третьего члена триады, несмотря на его критический характер, не должен создавать впечатления о второстепенной роли электрона в катализе. Наоборот, не может быть двух мнений насчет определяющей роли квантовой механики валентных электронов во всех химических процессах, в том числе и в катализе. Свободные электроны, находящиеся в зоне проводимости, по-видимому, также найдут свое место в катализе, но это место еще нужно отыскать и подтвердить его существование опытом. [c.200]

Рассмотрение молекулярных орбиталей и химической связи во втором издании в общем понравилось большинству преподавателей, но показалось им несколько усложненным и трудным для восприятия. Теперь мы разбили этот материал на две части в гл. 12 излагаются основы теории молекулярных орбиталей и ее применения к некоторым двухатомным молекулам, а в гл. 13 рассматриваются многоатомные молекулы и молекулярная спектроскопия. Кроме того, написана новая глава (гл. 11), представляющая собой введение в теорию химической связи в ней используются только представления об электронных парах и отталкивании электронных пар и еще не упоминается о квантовой механике. Рассматриваемая в этой главе теория отталкивания валентных электронных пар (как это ни странно, мало известная в США) дает интуитивно понятный и простой способ качественного объяснения формы молекул. Эти три главы вместе с гл. 14, посвященной химической связи в кристаллах и жидкостях, дают студентам всестороннее представление о принципах химической связи, строения молекул и спектроскопии. [c.10]

После объяснения на основе квантовой механики природы химической связи в молекуле водорода были предприняты многочисленные попытки, с одной стороны, улучшить метод Гайтлера — Лондона, а с другой,— распространить его на другие, более сложные молекулы, что привело в итоге к созданию метода валентных связей ВС), [c.158]

Количественная теория химической связи развивается в настоящее время на основе выводов и методов квантовой механики. Теория ковалентной связи, предложенная Гейтлером и Лондоном (1927) первоначально для описания молекулы Нг, при дальнейшем развитии получила распространение и на другие случаи ковалентной связи. Она описывает ковалентную связь, рассматривая состояние электронов данной электронной пары с помощью уравнений волновой функции Шредингера. Такое рассмотрение получило название метода валентных схем (ВС) или метода локализованных электронных пар. Можно показать, что при образовании связи с помощью -электронов необходимо, чтобы электро- [c.66]

Квантовая механика твердых тел рассматривает движение валентных электронов в кристалле, как движение их в периодическом поле кристаллической решетки. На этой основе была разработана [c.136]

Чтобы убедиться в больших возможностях квантовомеханических методов, рассмотрим молекулы более сложного состава и строения, а также соединения с некоторыми особыми свойствами. При этом надо всегда помнить, что многие свойства веществ вообще становятся понятными лишь на основе представлений квантовой механики (например, валентный угол, магнитные свойства кислорода). [c.88]

Современные представления о природе валентной связи основаны на положениях классической термодинамики и квантовой механики. Согласно этим представлениям валентная связь между атомами образуется из-за стремления их к энергетически более устойчивому состоянию, которому соответствует наименьший запас свободной энергии. Химическая связь возникает при взаимодействии электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекул. Характер этого взаимодействия оказалось возможным установить на основе представлений о строении атома и о корпускулярно-волновых свойствах электрона. [c.104]

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]

Из квантовой механики следует, что электрон, находящийся в изолированном атоме, не может обладать произвольной энергией существуют дискретные уровни энергии. При сближении друг с другом N атомов, образующих кристаллическую решетку твердого тела, каждый энергетический уровень расщепляется на N уровней, причем на каждом из них, согласно принципу Паули, может находиться не более двух электронов с противоположными спинами. Если число атомов очень велико, то N уровней будут настолько близки друг к другу, что их можно рассматривать как почти непрерывную энергетическую зону. Так, например, уровни валентных электронов образуют валентную зону, а более высокие незаполненные уровни — зону проводимости. Распределение уровней электронов в металлическом натрии показано на рис. 152. Здесь зона 35 является валентной, а зона Зр — зоной проводимости. [c.279]

При подготовке настоящего издания большинство разделов коренным образом переработано, а некоторые из них написаны заново, в частности глава П1, в которой дано строение атома с привлечением некоторых понятий квантовой механики. На основе представлений о закономерностях формирования электронных оболочек атомов рассматриваются периодический закон и периодическая система химических элементов. Изложение природы химической связи, валентности элементов, строения молекул тесно связано со строением атомов. Существенной переработке подверглись главы Скорость химических реакций. Химическое равновесие , Растворы. Электролитическая диссоциация. Электролиз . В эти главы включен ряд новых тем зависимость скорости реакции от температурь ) химическое равновесие, гидролиз солей и др. [c.3]

Указанные особенности сил химических связей обусловлены тем, что в их образовании принимают участие электроны, движение которых подчиняется законам квантовой механики. Значит, объяснить особенности валентных сил можно только на основе законов квантовой механики. [c.69]

Длины связей, валентные и торсионные углы в многоатомных частицах не являются жестко фиксированными, т. е. не обязательно соответствуют в каждый данный момент времени минимальному значению потенциальной энергии молекулы (сумме потенциальной энергии взаимодействия ядер и полной энергии электронов). Полная энергия частицы (за вычетом ее кинетической энергии поступательного движения и вращения как целого) может оказаться выше потенциальной энергии в точке минимума кривой потенциальной энергии. Более того, согласно законам квантовой механики она всегда выше этого значения (см. 6.2). Например, два ядра, находящиеся на равновесном расстоянии, обладают некоторой кинетической энергией, т. е. совершают движение в сторону от положения равновесия до тех пор, пока в силу возрастания потенциальной энергии она не сравняется с полной энергией, т. е. вся кинетическая энергия не перейдет в потенциальную. После этого ядра начнут двигаться в сторону положения равновесия, причем в силу падения потенциальной энергии [c.93]

Подчеркнем еще раз, что квантовая механика имеет очень сложный математический аппарат, поэтому сейчас для нас важны те следствия квантовомеханической теории, которые помогут нам разобраться в вопросах теории строения атома, валентности элементов и т. п. [c.45]

Орбитали выбирают так, чтобы отталкивание между электронными парами было минимальным. Идея гибридизации в сущности является продуктом синтеза концепций структурной теории с принципами квантовой механики. Квантовая теория не предусмотрела равноценности валентных сил в таких молекулах, как, например, молекула метана ее тетраэдрическая структура тоже не была этой теорией предсказана. Концепция гибридизации разрешила эти затруднения, не войдя в противоречия ни с химией, ни с квантовыми законами. [c.114]

Атомы в органических соединениях связаны друг с другом в определенном пороке химическими силами. Это первое положение целиком сохранило свое значение и в наше время. При этом современная наука гораздо более глубоко проникла в природу химических сил, природу химической связи. Во времена А. М. Бутлерова лишь в общих словах говорили о силах валентности и условно изображали черточкой химическую связь между атомами. В наше время выяснено, что силы валентности имеют электронную природу, что валентная черточка символизирует пару электронов. Применяя законы квантовой механики, можно математически описать химическую связь — в полном соответствии с тем, что предвидел А. М. Бутлеров. [c.31]

В целом расчет молекулы водорода Гейтлером и Лондоном явился убедительным доказательством применимости квантовой механики для решения проблемы химической связи и положил начало методу валентных связей. Согласно МВС приближенная волновая функция молекулы строится в виде линейной комбинации выбранных исходных волновых функций г , [c.93]

Метод валентных связей. Весьма наглядным способом описания комплексных соединений является МВС, предложенный и разработанный Полингом в 30-х годах, вскоре после создания квантовой механики. В основе метода лежат следующие положения [c.161]

Физическое обоснование правильности этого пока чисто формального правила секстета электронов, необходимого для создания ароматической структуры вещества, было найдено лишь позднее, когда был осуществлен пересмотр электронной теории валентности с позиций квантовой механики. [c.16]

Выход из создавшегося тупика был открыт квантово-механической моделью валентности (1927), когда В. Гейтлер и Ф. Лондон впервые описали строение молекулы водорода с позиций квантовой механики. Основным выводом из результатов этого приближенного расчета появилась уверенность в том, что химическая связь может быть однозначно определена на основе законов квантовой механики. Дальнейшее развитие этих идей и распространение их иа многоатомные молекулы привело к созданию теории валентных, или локализованных, связей. Согласно этой теории все связи в молекуле независимы друг от друга и строго локализованы в межатомных промежутках. Каждая такая связь образована двумя электронами с антипараллельными [c.263]

С точки зрения квантовой механики колебание в ИК-спектре проявляется в том случае, если изменяется дипольный момент молекулы. Условием же получения спектра комбинационного рассеяния является изменение поляризуемости при колебании молекулы. Колебания подразделяются на два вида - валентные, при которых происходит изменение длины связи между атомами в молекулах, и деформационные, вызывающие изменение угла между связями. Однако на практике к деформационным колебаниям часто относят все невалентные колебания. Колебания молекул, происходящие с одной и той же частотой в различных плоскостях, называются вырожденными, а колебания атомных группировок в целом - скелетными. [c.199]

На раннем этапе применения квантовой механики в теории валентности, проходившем под сильным влиянием предложенной Льюисом теории двухэлектронной связи, была введена кон- [c.174]

Цель теорий валентности состоит в объяснении, почему атомы соединяются вместе тем особым способом, который приводит к образованию молекул. Эти теории были вначале развиты для объяснения расположения атомов в молекулах и прочности химических связей. Исследование реакций, в которых участвуют молекулы, поднимает гораздо более широкий круг вопросов, однако квантовая механика оказалась чрезвычайно полезной в качестве теоретической основы для описания результатов эмпирических исследований реакций и реакционной способности. Существуют два подхода к теории скоростей химических реакций, которые можно назвать микроскопическим и макроскопическим. В микроскопическом подходе пытаются рассчитать скорость отдельного молекулярного столкновения, когда исходные молекулы и продукты реакции находятся в определенных квантовых состояниях. Такие скорости можно в принципе определить в экспериментах на молекулярных пучках. Чтобы получить скорости для макроскопического образца, нужно усреднить микроскопические скорости по квантовым состояниям. [c.306]

МЕТАН (СН4), гибридизация и теория отталкивания электронных пар валентно оболочки. Для того чтобы воссоздать картину атома углерода, удерживающего при себе четыре группы, необходимо обратиться к его возбужденному электронному состоянию. Возбужденное состояние атома включает.образование четырех новых внешних орбиталей путем гибридизации 25-орбитали и всех трех 2р-орбиталей. (Квантовая механика постулирует, что мы должны создавать столько же новых орбиталей, сколько вступает в гибридизацию.) Четыре гибридные орбитали обладают одинаковой энергией, и каждая из них обозначается 2 вр (2 означает главное квантовое число, а зр указывает на то, что орбиталь является гибридной и состоит на одну четверть из -орбитали, а па три четверти из р-орбиталей). [c.49]

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]

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, хим. связь, обусловленная взаимод. электронного газа (валентные электроны) в металлах с остовом положительно заряженных ионов кристаллич. решетки. Идеальная модель М.с. отвечает образованию частично заполненных валентными электронами металла зон энергетич. уровней (см. Твердое тело), наз. зонами проводимости. При сближении атомов, образующих металл, атомные орбитали валентных электронов переходят в орбитали, делокализованные по кристаллич. решетке аналогично делокализованным п-орбиталям сопряженных соединений. Количественно описать М.с. можно только в рамках квантовой механики, качественно образование М. с. можно понять исходя из представлений о ковалентной связи. [c.41]

Понятие о механизме образования химической связи. Озгласно современной теории, основанной на квантовой механике, валентная связь между атомами возникает в том случае, если электроны этих атомов имеют противоположно направленные спины. Например, атомы А и В, электроны которых имеют в одном и том же состоянии одинаково направленные спины ( и ), взаимно отталкиваются, связь между ними не образуется. Однако если атомы А и В имеют противоположно направленные спины, то при их столкновении образуется валентная связь за счет спаривания электронов [c.74]

За счет внешних s- и р-орбиталей атомы не могут быть более, чем четырехвалентны. При образовании четырех двухэлбктрон-ных связей атом окружен восьмью электронами. Восьмиэлектронному окружению атомов придавалось большое значение еще до появления квантовой механики. Валентность выше четырех может проявляться только при участии й- или /-орбиталей. Следовательно, возникновение устойчивого валентного состояния атома выше, чем четыре, можно ожидать только для элементов, начиная с И1 периода периодической системы. [c.47]

Опираясь на математический аппарат квантовой механики и на ее физические представления, Гайтле-ру и Лондону удалось решить проблему, стоявшую перед естествознанием в течение многих вековг в чём причина химического связывания (илц агрегирования, или сродства, или связи и т. д. — в разное время терминология была различной) Какова физическая ре альность, стоящая за символикой валентных штрихов классической химии [c.143]

Годдарт [297] предложил другой механизм гидроксилирования фенольных соединений при этом он попытался показать, каким образом флавиновые коферменты осуществляют такое окисление. Построение выполнено теоретически и основано па применении волновых функций, квантовой механики и обобщенной теории валентных связей к биологическим проблемам. [c.425]

Простейшим представителем диазосоединений алифатического ряда является диазометан СНгМа, для которого первоначально были предложены формулы (93) и (94). Хотя в формуле (93) не нарушены валентности входящих в это соединение элементов, от нее пришлось отказаться, поскольку химические свойства реального диазометана не отвечали свойствам такой структуры, обещающей относительную химическую инертность. Кроме того, диазометан имеет значительный дипольный момент (1,4 Д). Формула (94) с пятиковалентным атомом азота исключается потому, что не отвечает требованиям квантовой механики. [c.462]

Для понимания фундаментальных отличий органических полимеров от элементорганических и неорганических необходимо рассмотреть электронные структуры главных цеп й [24, т. 2, с. 363— 371 . 25, гл. II]. Как известно, углерод занимает в таблице Меиде-леев а особое положение, определяемое способностью к образованию чисто ковалентных связей за счет неспаренных электронов. На языке квантовой механики это означает чисто обменное взаимодействие между валентными электронами смежных С-атомов. Элементы слева от IV группы образуют донорно-акцепторные связи М -Ь за счет вакантных орбиталей атома М, а справа от IV группы—дативные связи М->Ь (за счет неподеленных пар атома М). При образовании подобных гетероатомных связей возникает выраженная их поляризация, т. е. смещение электронной плотности между донором и акцептором электрона или неподеленной пары. Строго говоря, поляризация возникает уже в гетероцепных органических полимерах и может быть усилена или ослаблена за счет боковых радикалов. [c.19]

Подобные попытки наглядного описания (в отличие от некоторых моделей, рассматриваемых ниже и сводимых к оптико-механи-ческой аналогии Гамильтона) некорректны и недопустимы квантово-волновой дуализм — это один из фундаментальных фактов, лежащих в основе квантовой механики. Таким же фундаментальным фактом является и обмен спинов, т. е. обменное взаимодействие, лежащее в основе образования гомеополярной (т. е. ковалентной) связи. Поэтому не может существовать долей того, что принципиально неделимо существует, однако, вполне определенная вероятность обнаружить валентные электроны в состоянии обменного или кулонова (ионного, гетерополярного) взаимодействия. Вот эти вероятности и трансформируют в злополучные проценты. Есть прямой метод оценки этих вероятностей — аннигиляция позитронов, — основанный на том, что время жизни позитрона до аннигиляции, или способность его к образованию позитрония (т. е. е+е аналога атома водорода), зависит от состояния электрона, с которым он взаимодействует [25, с. 40]. [c.20]

Уже доэлектронные теории химической связи выдвинули представление о том, что ее механизм должен включать две противоположных характеристики дискретность, отражающую целочисленную валентность атомов и непрерывность, проявляющуюся в остаточном сродстве, взаимном влиянии удаленных атомов, ароматичности. Первые электронные теории в химии, рассматривавшие электрон в виде заряженного шарика, искали объяснение дискретности связи в дискретности заряда и массы самого элект1юна, а объяснение непрерывности химического взаимодействия искали в механических сдвигах, перемещениях электрона. Квантовая механика показала, что отмёченный подход принципиально ошибочен, что самому электрону органически присущи свойства дискретности и непрерывности. Основатели квантовой механики Бор, Шрёдингер, Гейзенберг установили [c.31]

Иногда под молекулой понимают любые скопления атомов, хотя более точно — это нейтральные частицы данного вещества. Их стабильность является следствием образования между атомами химических связей. Квантовая механика впервые предложила рещение вопроса о природе химической связи. Основа такого подхода заложена в специфике микрообъектов, к которым классические законы применимы далеко не всегда. Например, ни одно из известных взаимодействий — электрическое, магнитное или гравитационное — в применении к микрообъек там не обладает свойством наеьщаемости, т. е. не зависит от числа взаимодействующих тел. С другой стороны, насыщаемость валентных сил — хорощо известный факт, который, в частности, проявляется в том, что стабильная молекула имеет состав СН4, а частицы СН2, [c.172]

В 1916 г. В. Коссель выдвинул предположение, что при образовании химической связи происходит передача электронов от одного атома к другому в результате образуются заряженные частицы, которые притягиваются друг к другу. Это представление правильно отразило природу ионной (гетерополярной, электровалентной) связи, характерной для большинства неорганических соединений. Однако было ясно, что в таких молекулах, как водород Нз, хлор С1г, метан СН4, и в более сложных органических соединениях природа связи должна быть иной. Основы для понимания этого типа связи были заложены в работах Г. Льюиса и И. Ленгмюра (1913— 1920 гг.), указавших на особую роль октета электронов как устойчивой электронной оболочки и на возможность создания октета не только путем передачи, но и путем обобщения электро1Юв. От этих работ ведет свое начало представление о существовании особого типа связи (ковалентной, гомеополярной), осуществляемой парой электронов. Так валентная черточка классической теории строения получила физическое истолкование. И все же перед учеными продолжали стоять вопросы почему именно электронная пара необходима для создания ковалентной связи, почему устойчив именно октет электронов, в каком состоянии находятся связующие электроны Поиски ответа на эти вопросы с помощью зародившейся в середине 20-х годов квантовой механики явились одним из направлений дальнейшего развития теории химической связи. Для судьбы электронных представлений в органической химии важнейшее значение имело и развитие в другом направлении объяснение с новых позиций богатого экспериментального материала органической химии предсказание новых, еще неизвестных экспериментальных фактов. [c.38]

Успешно справляясь с задачей количественного описания химических превращений, термодинамика не вскрывает их причинно-следственные связи. В результате на принципиально >ювой основе возникла необходимость создания теоретического фундамента химии—квантовой механики. Так возникло учение о строении вещества, химической связи и валентности, которое в существующем виде играет важную роль в понимании химической формы движения. Химия как один из важнейших разделов естествознания в своем многообразии опирается на совокупность законов природы, обладающих огромной познавательной и преобразующей силой. Однако не все законы в равной степени всесторонне охватывают причинно-следственные связи описываемых ими явлений и фактов. [c.8]

Классич. теория хим. строения и первонач. электронные представления оказались не в состоянии удовлетворительно описать на языке структурных ф-л строение мн. соед., напр, ароматических. Совр. теория связи в орг. соед. основана гл. обр. на понятии орбиталей и использует молекулярных орбиталей методы. Интенсивно развиваются квантовохим. методы, объективность к-рых определяется тем, что в их основе лежит аппарат квантовой механики, единственно пригодный для изучения явлений микромира. Методы мол. орбиталей в О. х. развивались от тостого метода Хюккеля к валентных связей методу, ЛКЛО-приближению и др. Широко используются представления о гибридизации атомных орбиталей. Этап проникновения орбитальных концепций в О.х. открыла резонанса теория Л. Полинга (1931-33) и далее работы К. Фукуи, Вудворда и Р. Хофмана о роли граничных орбиталей в определении направления хим. р-щга. Теория резонанса до сих пор широко используется в О. X, как метод описания строения одной молекулы набором канонич. структур с одинаковым положением ядер, но с разньтм распределением электронов. [c.398]

Базир тощийся на квантовой механике подход к рассмотрению X. с, позволил объяснить многие теоретич. положения классич. и электронных моделей X. с. и понять эксперим. данные, не укладывающиеся в эти модели. Так, для атомов s-и р-элементов установление возможности образования не более четырех валентных связывающих мол. орбиталей привело к пониманию октетной теории Льюиса - Косселя. Структурная теотия Гиллеспи получила объяснение в рамках метода мол. орбиталей. Образование комплексных соед., у к-рых центральный атом образует большее число связей, чем то допустимо формальными правилами классич. теории валентности, стало понятным с развитием кристаллического поля теории и поля лигандов теории. Количеств, результаты, позволяющие характеризовать отдельные X. с., получают с помощью квантовохим. расчетов (см. Незмпирические методы, Полуэмпирические методы) и экспериментально, напр, при изучении распределения электронной плотности в мол. кристаллах рентгенографич. методами. [c.236]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология