А. Ф. Новиков строение вещества
Условия возникновения и характеристики химической связи
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
1022 3
| 2.1. Условия возникновения и характеристики химической связи
Начнем с химической связи между атомами. Основное (энергетическое) условие образования химической связи состоит в том, что при образовании соединения между атомами энергия системы должна понижаться по сравнению с энергией составляющих это соединение атомов. При образовании стабильного химического соединения энергия такого ансамбля частиц должна прийти к своему минимуму. Мерой прочности связи является именно энергия химической связи. Энергией химической связи называют ту минимальную энергию, которая необходима для разрушения связи и удаления атомов на бесконечное расстояние друг от друга. Обычно энергия связи выражается в кДж/моль, для различных типов связи значения ее составляют от единиц до тысячи и более кДж/моль (в молекуле азота – примерно 946 кДж/моль). Следующей важной характеристикой является длина химической связи, то есть расстояние между центрами взаимодействующих атомов. К настоящему времени разработаны физические методы определения длины связи в молекуле и установлено, что во всех химических соединениях длина химической связи всегда меньше суммы орбитальных радиусов составляющих молекулу атомов: r AB < r A + r B . В частности, длина связи в молекуле водорода составляет 0,76 Ǻ, в то время как расстояние до максимума плотности вероятности для изолированного атома водорода составляет 0,53 Ǻ. Очевидно, что в молекуле имеет место глубокое взаимное проникновение, или перекрывание электронных орбиталей. Более того, связь 31 образуется именно в направлении наибольшего перекрывания атомных орбиталей. Поскольку орбитали p-, d- и f- типов ориентированы в пространстве под определенными углами друг к другу, то связь, по принципу наибольшего перекрывания, тоже образуются по определенным направлениям и под определенными углами одна к другой, так называемыми валентными углами. Этим фактом обусловлена пространственная конфигурация молекул: линейная, уголковая, тетраэдрическая и др. Так как атомы сами по себе подчиняются квантово-механическим закономерностям, то движение их в составе молекулы тоже квантуется, что проявляется в линейчатом характере частотного спектра молекул, он приходится на инфракрасную область. Однако, в отличие от атомов, структура спектров молекул значительно более сложная. Оказалось возможным интерпретировать спектральное поведение двухатомной молекулы, если представить ее как линейный осциллятор, состоящий из двух масс, соединенных неким упругим элементом. Можно определить характеристическую частоту колебаний такой системы для каждой пары атомов, называемую частотой химической связи: ν св = (1/2π) · ( k / m *) 0,5 , где k – силовая константа химической связи, а m * – приведенная масса колеблющихся частиц. К примеру, частота связи О – Н составляет примерно 10 14 1/c. Для трехатомных и тем более многоатомных молекул спектр колебаний более сложный, в нем присутствуют симметричные, антисимметричные и угловые колебания. Кроме того, в молекулярных спектрах проявляются вращательные и колебательно-вращательные состояния. Все они приходятся на инфракрасную область электромагнитного спектра. При более коротких длинах волн, в том числе в видимой области, проявляются спектральные полосы и линии, обусловленные электронными переходами в молекуле. Каждое молекулярное вещество обладает своим индивидуальным характеристическим спектром, aнaлиз этих спектров может примeняться для идентификации компонентов смеси веществ, в том числе при мониторинге oкружaющeй срeды (молекулярный спектральный анализ). Имея в виду механизм образования химических связей, удобно подразделять их на ионную, ковалентную и межмолекулярную связь. Обсудим эти виды химической связи последовательно. жүктеу/скачать 2,4 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|