Шаростержневая модель
Cтраница 4
 |
Конформации молекулы этана. а - заторможенная. б - заслоненная. [46] |
Энергетически неравноценные пространственные формы молекулы, переходящие друг в друга в результате внутреннего вращения вокруг простых связей без разрыва этих связей, называют конформациями. Эти конформации молекулы этана изображены на рис. 5.1 с помощью шаростержневых моделей и проекций Ньюмена. [47]
Это необходимо для возникновения связи и образования в качестве продукта хлористого метила. Вообще для сближения несвязанных атомов на расстояния, близкие к тем, при которых начинает образовываться связь ( 1 2 - 1 8 А), требуется, как это видно из рис. 3 - 6, очень большая затрата энергии. На таких моделях степень атомного сжатия, требующаяся для сближения несвязанных атомов на расстояния, близкие к длинам связей, видна более наглядно, чем на шаростержневых моделях. Здесь следует заметить, что четырехцентровые реакции постулированного выше типа встречаются крайне редко. Одним из немногих хорошо доказанных примеров может служить медленная тепловая реакция водорода с иодом, приводящая к образованию йодистого водорода. [49]
 |
Шароегсржневые модели молекул этана ( а и бутана ( б. [50] |
Чтобы наглядно представить пространственное строение молекул, используют молекулярные модели. Эти модели правильно передают последовательность связей между атомами, их взаимное пространственное расположение, величины валентных углов. Важно, что эти модели позволяют наглядно представить возможность свободного вращения атомов и атомных групп вокруг простых о-связей. Однако при пользовании шаростержневыми моделями не должно создаваться впечатления, что внутри молекулы есть свободное пространство. На самом деле молекула имеет плотную упаковку, в ней нет незаполненного пространства. О заполнении внутримолекулярного пространства дают представление другие молекулярные модели - полусферические, или модели Стюарта-Бриглеба. [51]
Обычно атом углерода образует четыре связи в соединениях типа СХ4 таким образом, что четыре связанных с ним атома располагаются в вершинах правильного тетраэдра. Углы между связями X-С-X составляют 109 5 - это значение рассматривается как нормальный валентный угол углерода. Органические молекулы оказывают большое сопротивление деформационным воздействиям, которые изменяют нормальные значения углов между валентностями; таким образом, шаростержневые модели в большей степени соответствуют свойствам реальных молекул в том случае, если стержни сделаны достаточно жесткими. [52]
Те же законы, которые управляют образованием связей в неорганических соединениях, применимы в еще большей степени к органическим соединениям. Замечательной особенностью органической химии является способность атомов углерода связываться друг с другом с образованием цепей атомов, причем возможности их расположения и длина цепей почти неограничены. Эти цепи покрыты оболочкой из водородных атомов, прерванной в некоторых местах группами атомов, включающими кислород, азот, галогены или серу. Структура таких соединений изображается графическими формулами, в которых черточки означают связи ( электронные пары), а атомные символы - атомы. Эти формулы основаны на шаростержневых моделях органических соединений и представляют собой удобный способ обозначения порядка расположения атомов. [53]
Те же законы, которые управляют образованием связей в неорганических соединениях, применимы в еще большей степени к органическим соединениям. Замечательной особенностью органической химии является способность атомов углерода связываться друг с другом с образованием цепей атомов, причем возможности их расположения и длина цепей почти неограничены. Эти цени покрыты оболочкой из водородных атомов, прерванной в некоторых местах группами атомов, включающими кислород, азот, галогены или серу. Структура таких соединений изображается графическими формулами, в которых черточки означают связи ( электронные пары), а атомные символы - атомы. Эти формулы основаны на шаростержневых моделях органических соединений и представляют собой удобный способ обозначения порядка расположения атомов. [54]
Не следует думать, что 0 я-модель этилена может служить доказательством того, что между атомами углерода в нем действительно имеется два различных типа связей. Описание двойных связей вовсе не следует рассматривать как единственно возможное. Допустив х - гибридизацию углеродных атомов, приводящую к образованию 5р2 - 0-связей с атомом водорода, можно далее взять р2 - и р-орбитали, использованные для а - и я-связей, регибридизировать их и получить, таким образом, новый набор орбиталей, перекрывающихся с образованием двойной связи и приводящих к двум эквивалентным С-С - связям. Характер т - и а, я-представлений таков, что они должны рассматриваться как эквивалентные. Описание имеет то преимущество, что оно очень хорошо воспроизводится с помощью шаростержневых моделей, тогда как 0, я-представление имеет особую ценность в качестве основы для количественных расчетов. [55]
Структурная теория дала базу для определения порядка, в котором различные атомы связаны друг с другом в молекуле. Вытекающие как следствие структурные формулы рационально объяснили существование большого разнообразия органических соединений, которое было известно даже в то время. Органические формулы получили третье измерение благодаря гипотезе, выдвинутой Вант-Гоффом и Ле-Белем в 1874 г. и состоящей в том, что четыре связи углеродного атома направлены к вершинам правильного тетраэдра, в центре которого расположен атом углерода. Усилия химиков-органиков конца девятнадцатого столетия вплоть до первой мировой войны были направлены на установление законов, управляющих структурой органических соединений и их образованием. Этот захватывающий классический период был ознаменован двумя крупными открытиями: синтезом соединений посредством органических реакций, выяснением структур органических веществ с помощью деградации молекул. В течение этого времени использование шаростержневых моделей органических соединений ( в которых шары представляют атомы, а стержни - связи) позволило химику отчетливо представить себе структуру органических соединений. [56]
Страницы: 1 2 3 4