Четвертый атом - водород
Cтраница 2
Если бы четвертый атом водорода перекрывался с 2х - орби-талью углерода ( обладающей сферической Симметрией), то он мог бы занимать любое положение относительно атома углерода. Ясно, что, поскольку три положения на трех взаимно перпендикулярных осях заняты тремя другими атомами водорода, четвертый атом водорода скорее всего должен быть расположен где-то со свободной стороны атома углерода. [16]
С - Н должны быть взаимно перпендикулярными, а четвертая связь не должна иметь определенного направления в пространстве. Другими словами, одинаково сильное ( или слабое) перекрывание может быть обеспечено независимо от того, где расположен четвертый атом водорода относительно трех остальных. С другой стороны, можно ожидать, что отталкивание между атомами водорода должно вызывать удаление этого четвертого атома на возможно большее расстояние, так что четвертая связь должна быть слабее трех остальных и отличаться от них по длине. [17]
 |
Схематическое изображение электронного состояния атома углерода. [18] |
При этом он должен быть способен образовать ковалентные связи с четырьмя другими атомами, например с атомами водорода. Но три 2р - орбиты могут перекрываться достаточно хорошо, например с ls - орбитами трех атомов водорода, что же касается перекрывания 25-орбиты с ls - орбитой четвертого атома водорода, то оно не может быть достаточно полным по пространственным условиям. В результате этого должны образоваться три прочные углерод-водородные связи и одна слабая. Согласно квантовомеханической теории, такая молекула образоваться не может. [19]
Итак, в соответствии с предшествующим обсуждением, если один атом, скажем А, с орбиталыо ярд, содержащей один электрон, должен образовать наиболее прочную связь с другим атомом В, то ось А - В должна проходить по направлению, в котором ярд имеет максимальное значение. Четвертый атом водорода должен был бы образовать связь с s - орбиталью и, вероятно, находился бы на расстоянии, равноудаленном от трех других. [20]
Химический символ атома углерода дважды встречается в каждой из трех упрощенных формул; этот факт указывает на существующие структурные отличия. С другой стороны, три атома водорода эквивалентны как в метилформиате, так и в уксусной кислоте, а четвертый атом водорода отличается по своему положению в обеих молекулах. В молекуле гликолевого альдегида имеются три разновидности положений атома водорода. [21]
 |
Схема образования молекул воды. [22] |
Поэтому углерод должен быть двухвалентным элементом, так как он имеет только два неспаренных электрона. При этом он должен быть способен образовать ковалентные связи с четырьмя другими атомами, например с атомами водорода. Но три 2р - орбиты могут перекрываться достаточно хорошо, например с ls - орбитами трех атомов водорода; что же касается перекрывания 2х - орбиты с ls - орбитой четвертого атома водорода, то оно не может быть достаточно полным по пространственным условиям. [23]
Если только Водород захочет, я готов образовать с ним связь. Для моих четырех электронов не-обходимы четыре атома Водорода. С ними мы договоримся таким образом: я, как самый главный, буду стоять у вершины трехугольной пирамиды, точно так же, как это делает Азот в аммиаке. Три атома Водорода расположатся подо мной в вершинах трехугольного основания пирамиды. А четвертому атому Водорода нужно забраться повыше. Его электронное облако будет перекрываться с электронным облаком моего свободного s - электрона. [24]
Сродство данного атома ( центральный атом) может быть в большинстве случаев лишь частично насыщено прямым соединением с другими атомами ( первичная или главная валентность); обычно, как уже было указано, при этом у атома сохраняется еще некоторое количество остаточного сродства. Однако при этом имеют место иные ограничения, чем те, которые управляют образованием первичных связей. Побочные связи ( выражаемые графически пунктирными линиями) могут соединять центральный атом как с целыми молекулами, например, с водой или аммиаком, так и с ионами; однако в последнем случае необходимо соучастие других ионов. Так, атом азота может образовать первичную связь только с тремя атомами водорода. Чтобы присоединился четвертый атом водорода ( в виде катиона), в процессе должен также принять участие какой-либо анион. [25]
Вот, например, как возникает так называемая координационная связь. Встречаются наши старые знакомые Азот и Водород. Азот связан с тремя атомами Водорода и находится в составе аммиака, а Водород объединился с Хлором в молекуле хлористого водорода. Азот имеет около себя три атома Водорода, но он поглядывает на четвертый атом Водорода, который мирно живет рядом с Хлором. Почему бы не позвать его к себе, - думает Азот. Три водородных атома меня не удовлетворяют... [26]
Читая справа налево уравнения, аналогичные вышеприведенным, можно составить представление об одном из способов разрыва ковалентной связи. При этом способе каждый из атомов удерживает по одному электрону из ранее обобщенной пары. Такой тип разрыва связей называется гемолитическим. Приведенные выше формулы по числу и характеру связей вполне соответствуют формулам классической структурной теории. Однако, как подчеркивал Льюис, это соответствие не носит общего характера; теория двухэлектронной связи и валентного октета приводит к ряду структур, в значительной степени отличающихся от ранее принятых. Электронная теория включает теорию Вернера, объясняет ее и в то же время идет дальше, отказываясь от оставшихся в теории Вернера нереальных различий в некоторых типах связей. Так, Вернер, рассматривая образование и строение аммониевых солей и борфторидов, считал, что атом азота в аммиаке использует свои три главные валентности, а для удержания четвертого атома водорода в соли аммония - побочную валентность, отличающуюся от главной; аналогично описывал Вернер и образование борфторидов. Согласно Льюису, не существует никаких различий между связями, удерживающими четыре атома водорода или фтора в указанных соединениях. [27]
Страницы: 1 2