Сближающийся атом

Cтраница 1

Если спины сближающихся атомов имеют одно и то же направление, проникновение одного облака в другое невозможно, вероятность обнаружить электрон второго атома в области первого атома равна нулю и никакого увеличения плотности электронного облака между ядрами атомов не будет и, следовательно, будет отсутствовать притяжение между атомами. При насильственном сближении атомов их потенциальная энергия будет увеличиваться, что равносильно возникновению сил отталкивания. Образование электронной пары есть частичное слияние электронных облаков двух атомов, ведущее к увеличению электронной плотности между ядрами и, следовательно, возникновению сил притяжения между ними и реализующееся только в том случае, когда электронные пары имеют противоположно направленные спины. [1]

Перекрытие электронных оболочек сближающихся атомов водорода приводит к обобществлению электронов для обоих ядер; этот эффект носит название обменного взаимодействия. Силы такого взаимодействия называют обменными силами, а их энергию - обменной энергией. [2]

Если электронные облака двух сближающихся атомов содержат один лишний и один недостающий электроны относительно замкнутых оболочек, то лишний электрон первого из атомов перейдет на незаполненную оболочку второго, и возникнет молекула, состоящая из пары разноименно заряженных сферических ионов. Совокупность таких молекул образует ионный кристалл. В действительности в таком кристалле нельзя выделить какую-то одну молекулу; действующие между всеми ионами силы равноправны и зависят только от знака зарядов ионов и расстояния между ними. [3]

Если знаки МО на сближающихся атомах одинаковы, то в переходном состоянии происходит связывание, если различны - отталкивание. Чаще всего совпадают или близки по энергии фронтальные орбитали реагирующих молекул. [4]

В случае, когда энергии внешних орбиталей сближающихся атомов близки, образуются обобществленные орбитали, в равной степени принадлежащие соединившимся атомам, что приводит к образованию ковалент-ной связи, характеризуемой наличием общих электронов. Эти орбитали, как и атомные орбитали, классифицируют по величине углового момента. [5]

Сущность ковалентной связи состоит в том, что сближающиеся атомы заставляют спаренные электроны двигаться между атомными ядрами по общей орбите, что дает значительный выигрыш в энергии. Ввиду неразличимости электронов, они периодически обмениваются местами на орбите, создавая значительные обменные силы, сближающие атомы. Чрезмерному сближению препятствуют силы отталкивания, быстро возрастающие с уменьшением расстояния между атомами. Полученные соединения часто отличаются высокой прочностью, которую можно определить по энергии диссоциации соединения. Примерами ковалентных соединений могут служить алмаз, кремний, серое олово и пр. Соединения хрупки и не способны к пластической деформации, они диэлектрики или полупроводники. [6]

Какие энергетические условия необходимы для образования химической связи между сближающимися атомами. [7]

Рассмотрим влияние разрыхления еще на одном примере - на примере двух сближающихся атомов гелия. На малых расстояниях амплитуды ls - орбиталей одного знака интерферируют друг с другом таким образом, что в межъядерной области образуется связывающая молекулярная орбиталь. Амплитуды с противоположными знаками интерферируют так, что они образуют другую, разрыхляющую орбиталь. На двух полученных орбита-лях должны разместиться четыре электрона: два займут орбиталь с меньшей энергией и будут удерживать ядра вместе, а два других расположатся на разрыхляющей орбитали и будут ослаблять эту связь. [8]

Заметим, что в химических реакциях дело обстоит так, что если сближающиеся атомы имеют слишком малую энергию, то, хотя этой энергии и достаточно для реакции А В - - АВ, факт соударения атомов Л и В еще не обязательно означает начало реакции. Обычно требуется, чтобы соударение было более жестким, мягкого соударения между А и В может оказаться недостаточно для начала реакции, даже если в процессе освобождается достаточное для реакции количество энергии. Предположим, что общей чертой химических реакций является требование, по которому для объединения Л и В в ЛВ недостаточно простого соударения, а нужно, чтобы они столкнулись, имея определенное количество энергии. Пусть А - тот избыток энергии, который необходим, чтобы столкновения могли вызвать реакцию. [9]

Распределение электронной плотности в системе из двух атомов водорода. о - с противоположными и б - с параллельными спинами электронов. [10]

Согласно квантовомеханическим представлениям взаимодействие атомов может привести к образованию молекулы только при условии, что спины электронов сближающихся атомов антипараллельны. [11]

Следовательно, природа МО, образующихся при взаимодействии высших АО соответствующих атомов, позволяет предсказать, будут ли сближающиеся атомы связываться или отталкиваться. [12]

В зависимости от ориентации спинов обобществленных электронов обменное взаимодействие может проявляться в возникновении сил притяжения или отталкивания между сближающимися атомами. [13]

Эти взаимодействия необходимо включить в полный гамильтониан системы, а их следствием является образование устойчивой молекулы водорода, когда сближающиеся атомы водорода достигают равновесного расстояния. Запись полного гамильтониана Ж не составляет труда [ см. (5.18) ], поэтому нас больше всего интересует определение приближенной волновой функции W рассматриваемой системы. Будем исходить из условия, что при полном разделении обоих атомов водорода волновая функция должна перейти в функцию вида (10.134), которая описывает состояние двух изолированных атомов. [14]

Геометрическое расположение частиц в элементарном акте ( их конфигурация) определяется максимальным перекрыванием электронных орбиталей атомов при минимальном отталкивании сближающихся атомов. В силу этого, например, в реакции С1 - Н2 атомы располагаются вдоль прямой - С1 - Н - Н, а в реакции Н СН2 - СН2 под углом примерно в 90 между С - С - и С - Н - связями, так как в последнем случае реакция идет с участием я-связи, электронная плотность которой направлена перпендикулярно к С - С-связи. [15]

Страницы: 1 2 3 4