16. Понятие «химический элемент», «валентность» и « химическая связь». Роль энергии и энтропии при образовании молекул. Представления о структурной и квантовой химии.

Химический элемент - это общее понятие об атомах с одинаковым зарядом ядра и химическими свойствами. Физических свойств, характерных для простого вещества, химическому элементу приписать нельзя.

Химический элемент — множество атомов с одинаковым зарядом ядра, числом протонов, совпадающим с порядковым, или атомным, номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Формой существования химических элементов в свободном виде являются простые вещества (одноэлементные)

Вале́нтность (от  — имеющий силу) — способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. В соединениях, образованных при помощи ионных связей, валентность атомов определяется числом присоединённых или отданных электронов. В соединениях с ковалентными связями валентность атомов определяется числом образовавшихся обобществленных электронных пар.  Семиполярные и донорно-акцепторные (дативные) связи по своей сути являются «двойными» связями, поскольку при их образовании происходят оба процесса: перенос электрона (образование ионной связи) и обобществление электронов (образование ковалентной связи).  В квантовой химии аналога понятия валентности как характеристики атома в молекуле не существует, а используемое понятие спин-валентности относится к изолированномуатомуТатевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. Глава 3.. Метод валентных связей, предложенный Гайтлером и Лондоном, во многих случаях нельзя использовать даже для качественного описания, поскольку указанное приближение не применимоРазвитие учения о валентности. Под ред. Кузнецова В. И. М.: Химия, 1977. стр.19.. В современной химии вместо метода валентных связей активно используется метод молекулярных орбиталей, в котором отсутствуют какие-либо аналоги понятия валентности атома. В квантовой химии вместо понятия валентности применяется более глубокое и широкое понятие реакционной способности атомаРазвитие учения о валентности.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. При образовании ковалентной химической связи важную роль в уменьшении полной энергии играет обменное взаимодействие. Под химической связью понимают такой вид взаимодействия атомов, который обусловлен совместным использованием их электронов. Существуют разные виды химической связи – ковалентная, ионная, полярная, металлическая, водородная.

Химики изучают в основном поведение материи, которое они описывают на основе знаний свойств химических элементов и их соединений. Большую часть этой области знаний интерпретируют, пользуясь сведениями о молекулах, которые обычно являются вполне определенными частицам», обладающими определенными свойствами. Это почти полностью справедливо для газов, где силы, действующие между молекулами, гораздо слабее сил, связывающих атомы в молекуле. Поэтому в случае газов при низких давлениях можно с уверенностью отметить наличие молекул и дать описание их свойств. Молекула остается наиболее существенной для химика частицей и в жидкостях, хотя в последних важную роль играют силы, действующие между молекулами. Даже во многих твердых телах явно сохраняется индивидуальность молекул. Однако при рассмотрении некоторых твердых тел представление о молекулах оказывается неприемлемым. Так, например, в ионных кристаллах основными химическими и структурными единицами являются ионы, и „молекулярная" формула не выражает ничего, кроме соотношения числа атомов элементов, образующих это вещество. Точно так же для многих высокополимерных веществ понятие молекулы является искусственным, поскольку весь образец представляет собой одну огромную молекулу.

В случаях, когда имеются определенные молекулы, их свойства могут быть определены из опыта непосредственно, тогда как нахождение свойств отдельных связей из опыта представляет трудность. Мы не можем изучать отдельную химическую связь. В то время как можно непрерывно изменять окружение молекулы в газовой фазе, просто варьируя температуру и давление, и экстраполировать измерения так, чтобы они относились к изолированным молекулам, исследование связи допустимо проводить только в ограниченных условиях, а именно, изучая ее в разных молекулах. В некоторых случаях молекулу нельзя точно определить, однако отдельные связи могут быть исследованы на опыте Коттрелл Т.

Квантовая химия находится на стыке химии и квантовой физики (квантовой механики). Она занимается рассмотрением химических и физических свойств веществ на атомарном уровне (моделях электронно-ядерного взаимодействия, представленных с точки зрения квантовой механики).

Квантовая химия — это направление химии, рассматривающее строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций на основе квантовой механики. Вследствие того, что сложность изучаемых объектов не позволяет в полной мере математически формализовать процессы, происходящие в химических системах на микроуровне, применяют приближенные методы расчета. С квантовой химией неразрывно связана вычислительная химия — дисциплина использующая математические методы квантовой химии, адаптированные для составления специальных компьютерных программ, используемых для расчета молекулярных свойств, амплитуды вероятности нахождения электронов в атомах, симуляции молекулярного поведения.

Чёткое разделение квантовохимических и физических вопросов не всегда возможно, поскольку технически квантовая химия является адаптацией квантовой механики под химические нужды.

Структурная химия — раздел, область химии, изучающая связь различных физизических и физико-химических свойств различных веществ с их химическим строением и реакционной способностью. Структурная химия рассматривает не только геометрическое строение молекул; изучению подвергается следующее — длины химических связей, валентные углы,координационные числа, конформации веществ (структур) и абсолютные конфигурации молекул; выявление валентных состояний атомов, эффекты их взаимного влияния, типы сопряжения связей, ароматичность колец и многое другое.