Качественные сведения о химической связи

Полезные материалы / Качественные сведения о химической связи
Страница 2

Устойчивая химическая связь в молекулярном ионе возникает в результате суперпозиции электростатических взаимодействий, а именно: отталкивания между положительно заряженными ядрами и притяжения единственного отрицательно заряженного электрона к обоим ядрам.

Эту совокупность сил, порождающих химическую связь, принято называть валентными взаимодействиями. Рассмотрим подробнее их характеристики.

Баланс сил и распределение зарядов.

Молекулярный ион является системой устойчивой. Сила отталкивания между протонами скомпенсирована силой, удерживающей их на определённом (почти фиксированном) расстоянии друг от друга. Ею может быть лишь сила притяжения точечных ядерных зарядов к той доле отрицательно заряженного электронного облака, которая приходится на пространственную область между ядрами. Эта часть делокализованного электронного заряда должна существенно превосходить ту долю, которая приходится на внешнюю область, лежащую за пределами межъядерного интервала.

Так возникает баланс электростатических сил межъядерного отталкивания и электронно-ядерного притяжения, обеспечивающий устойчивость основного состояния этой простейшей из молекулярных систем.

Электронное облако в области между ядрами, без которого нельзя представить себе химическую связь, возникает в результате перераспределения электронного движения. Это можно представить себе как следствие сближения атома и протона. Из окрестностей лишь одного из ядер электрон перемещается в общую область, где оба ядра физически равноправны. Движение электрона, ранее совершавшееся в сферическом поле, становится двухцентровым – эллипсоидновидным. Отсюда и нагнетание электронной плотности в межъядерный регион за счёт обеднения периферии. Иллюстрацией этого процесса может служить и качественный рисунок, и уравнение, построенное по типу привычного уравнения химической реакции.

Энергия, её слагаемые и пределы их изменения.

На самом деле « .ста низких истин нам дороже всё возвышающий обман .», и всё сказанное требует проверки. А она показывает, что нарисованная идиллия более желательная, нежели истинная. Согласно вычислениям, при сближении ядер потенциальная энергия электростатических сил минимума не образует, но он возникает на кривой кинетической энергии

Однако прелести примитивных моделей всегда привлекают легковерных, и иногда даже очень маститых, а нам-то и сам Бог велел следовать этим путём.

Вообразим, что молекулярный ион водорода возникает в процессе предельно медленного сближения протона с атомом водорода. Такой бесконечно медленный процесс называется адиабатическим (не стоит путать с термодинамическим понятием адиабатичности). В нём можно условно выделить несколько эпизодов, как-то:

а) Вначале расстояние между атомом водорода и протоном можно считать бесконечным: , но завершением процесса будем считать состояние почти слившихся в одну частицу обоих ядер.

Это означает, что электрон в атоме водорода связан силами притяжения только с одним из двух протонов, а второй протон на большом расстоянии с обеими частицами в атоме водорода, ни с электроном, ни с протоном практически не взаимодействует.

Исходный уровень электронной энергии, от которого удобно отсчитывать изменения, происходящие при сближении частиц, отвечает и определяется формулой Бора:

б) По мере сближения этих частиц нарастает притяжение электрона ко второму протону, который также включается в молекулярную систему, но при этом нарастает и отталкивание между протонами. Энергия межъядерного отталкивания представляет собою энергию отталкивания точечных зарядов, и закон её изменения определяется на основании закона Кулона:

в) Если продолжать их сближение, гипотетически преодолевая силу отталкивания, то на достаточно малом удалении суперпозиция электростатических полей обоих ядер будет максимально подобна полю одного ядра с суммарным зарядом . Номер такого гипотетического объединённого ядра равен сумме номеров сближающихся ядер, и в молекулярном ионе номер этот равен 2, и прототипом объединённого ядра является ядро атома .

Гипотетическое объединённое ядро от реального отличается отсутствием двух стабилизирующих его нейтронов, однако для наших целей это уже не важно.

Страницы: 1 2 3 4

Смотрите также

Синтез замещенных пирролов
Пятичленные гетероциклические структуры, такие как пиррол, а также сопряженные молекулы, содержащие пиррольные фрагменты потенциально важны в качестве оптических электроактивных материалов. ...

Синтез диэтилового эфира малоновой кислоты. Свойства и основные методы получения сложных эфиров
...

Амилолитические препараты
Амилолитические препараты широко выпускаются в нашей стране и за рубежом. В основном это крупнотоннажное производство. Амилазы нахо­дят применение почти во всех областях, где перерабатываетс ...