- •Российский национальный исследовательский
- •1. Некоторые основные понятия и законы химии
- •2. Энергетика химических реакций
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •3. Химическое равновесие
- •3.1. Основные понятия и признаки химического равновесия
- •3.2. Смещение химического равновесия
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •4. Растворы
- •4.1. Основные понятия. Образование растворов
- •4.2. Способы выражения состава растворов
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5. Равновесия в растворах электролитов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •6. Растворы сильных электролитов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •7. Буферные растворы
- •7.1. Основные понятия
- •7.2. Свойства буферных растворов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •8. Равновесия в системе осадок― раствор
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •9. Строение атома
- •Принципы заполнения атомных орбиталей электронами
- •Упражнения для самостоятельного решения
- •10. Окислительно - восстановительные реакции
- •Окислители и восстановители
- •Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Влияние среды реакции
- •Основные схемы электронно-ионных полуреакций в различных средах
- •Влияние среды на состав продуктов реакции
- •Влияние концентрации на состав продуктов реакции
- •Реакции самоокисления-самовосстановления
- •Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ.
- •Упражнения для самостоятельного решения
- •11. Химическая связь
- •11.1. Ковалентная связь Метод валентных связей
- •Механизмы образования химической связи
- •Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул
- •Делокализованная π-связь
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Энергетические диаграммы двухатомных частиц, образованных элементами первого периода
- •Гетероядерные двухатомные молекулы образованные элементами разных периодов.
- •Энергетические диаграммы двухатомных частиц, образованных элементами второго периода
- •Многоатомные молекулы
- •Свойства ковалентной связи
- •Насыщаемость
- •Направленность связи
- •Длина и энергия связи
- •Полярность связи
- •11.2. Ионная связь
- •Поляризация и поляризуемость ионов
- •Б) протон, внедряясь в кислородный анион, снижает его заряд и уменьшает деформируемость; поэтому hco3- и hso3- менее устойчивы, чем co32- и so32-
- •Влияние водородной связи на физические и химические свойства водородных соединений.
- •Эти связи часто образуются в хелатных комплексах, как, например, в бис(диметилглиоксимато)никелеIi(см.Рис.29).
- •11.4. Металлическая связь
- •11.5. Межмолекулярные взаимодействия
- •11.6. Химическая связь в твердых телах
- •Упражнения для самостоятельного решения
- •12. Комплексные соединения
- •12.1. Основные понятия
- •12.2. Строение комплексных соединений
- •12.3. Природа химической связи в комплексных соединениях
- •Теория кристаллического поля
- •Теория поля лигандов
- •12.4. Устойчивость комплексных соединений
- •12.5. Свойства комплексных соединений Окраска комплексных соединений
- •Магнитные свойства комплексных соединений
- •Кислотно-основные свойства комплексных соединений
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •Приложение
- •Содержание
Энергетические диаграммы двухатомных частиц, образованных элементами первого периода
а) Образование молекулярных орбиталей в молекуле водорода из атомных 1s-орбиталей.
При линейной комбинации двух атомных волновых функций ΨА и ΨВ , принадлежащих атомам водорода А и В, получаются две молекулярные волновые функции:
Ψ+ = ΨА + ΨВ
Ψ–. = ΨА – ΨВ
Молекулярная волновая функция Ψ+, образующаяся в результате сложения атомных волновых функций, описывает связывающую молекулярную орбиталь σs. Молекулярная функция Ψ–, образующаяся в результате взаимного вычитания атомных волновых функций, описывает разрыхляющую орбиталь σs*. При нахождении электронов на связывающей молекулярной орбитали полная энергия системы из двух атомов меньше, чем при нахождении электронов на исходных атомных орбиталях, а пребывание электронов на разрыхляющей орбитали увеличивает силы отталкивания между ядрами — энергия системы возрастает.
Рис. 14 Энергетическая диаграмма образования молекулы Н2
На энергетической диаграмме (рис.14) связывающая орбиталь располагается ниже, а разрыхляющая орбиталь — выше соответствующих атомных орбиталей. Молекула водорода содержит два электрона с противоположными спинами на σs-орбитали. Молекула диамагнитна. Энергия связи в Н2 равна 435 кДж/моль. Порядок связи равен 2/2 = 1.
б) Образование молекулярных орбиталей в ионе Н2+
Ион Н2+ состоит из двух протонов и одного электрона. На
σ-связывающую молекулярную орбиталь катиона Н2+переходит один электрон атома H с выигрышем энергии. Образуется устойчивое соединение с энергией связи 255кДж/моль. Порядок связи равен 1/2. Молекулярный ион парамагнитен (рис.15).
Рис. 15 Энергетическая диаграмма образования иона Н2+
в) Образование молекулярных орбиталей в частице Не
Рис. 16 Энергетическая диаграмма, иллюстрирующая невозможность образования химической связи между атомами He
В этом случае два электрона займут связывающую молекулярную орбиталь, а два других — разрыхляющую (рис.16). Выигрыша в энергии такое заселение двух орбиталей электронами не принесет. Порядок связи равен 2–2 =0. Следовательно, молекулы He2 не существует.
Таблица 1 Энергия и порядок связи в молекулах элементов 1 периода
Молекулы и молекулярные ионы |
Электронная конфигурация |
Энергия связи кДж/моль |
Порядок связи |
Н2+ |
(σs)1 |
256 |
0,5 |
Н2 |
(σs)2(σs*)1 |
431 |
1 |
Не2+ |
(σs)2(σs*)1 |
243 |
0,5 |
Не2 |
(σs)2(σs*)2 |
- |
0 |
Таблица 1 показывает что в ряду Н2+–Н2–Не2 + по мере заполнения электронами связывающей орбитали энергия и порядок связи увеличивается, а при появлении электрона на разрыхляющей орбитали, наоборот, уменьшается.
Молекула гелия в невозбуждённом состоянии не существует.
Гетероядерные двухатомные молекулы образованные элементами разных периодов.
У гетероядерных молекул имеется существенное отличие от гомоядерных, связанное с различием по энергии у разных атомов. Чем выше электроотрицательность атома, тем ниже энергия однотипных орбиталей, следовательно, чем больше различие в электроотрицательности у взаимодействующих атомов, тем больше различие в энергиях комбинируемых однотипных орбиталей.
Рассмотрим образование молекулярных орбиталей в молекуле HF.На образование связей атом водорода предоставляет 1s-орбиталь а атом фтора —2s-,2px-,2py-,2pz- .В линейной комбинации могут участвовать лишь энергетически близкие атомные орбитали,имеющие одинаковую симметрию относительно линии связи в молекуле и перекрывающиеся в значительной степени. Только одна орбиталь фтора 2px удовлетворяет этим требованиям ,а 2s-орбиталь сильно отличается по энергии. Ориентация 2py- и 2pz- орбиталей относительно линии связи такова—перпендикулярные к линии связи должны перекрыватся в двух областях пространства по обе линии связи, а это не обеспечивает перекрывания с
1s- орбиталью водорода. При линейной комбинации 1s-орбитали атома водорода с
2px-орбиталью атома фтора образуются две молекулярные орбитали: связывающая σx и разрыхляющая σx*. Атомные орбитали фтора 2s,2py,2pz, занятые электронными парами, переходят в молекулу в неизменном виде и называются несвязывающими — σ2s,,πyo,πzo(рис.17).
Рис.17 Энергетическая диаграмма HF