6. Химическая связь, строение молекул, теория валентных связей

Создание метода ВС. Квантово-механическая модель ковалентной связи по методу валентных связей на примере молекулы водорода. Решение Гейтлера и Лондона УШ для молекулы H₂. Обменная энергия, обменное взаимодействие. Теория магнетизма Гейзенберга. Обменный механизм образования ковалентной связи в методе ВС. Направленность и насыщаемость ковалентной связи.

Применение метода ВС к молекулам H₂, O₂, F₂, НF и Н₂S. Неподеленная пара электронов, донорно- акцепторный механизм образования химической связи. Образование связи с возбуждением атомов. Кратность связи; сигма-, пи- и дельта-cвязи. Гибридизация атомных орбиталей. Химическая связь и строение молекул. Влияние неподеленной электронной пары центрального атома на строение молекул.

Основные положения, лежащие в основе метода ВС.

8. Химическая связь, строение молекул, теория молекулярных орбиталей

Основные положения метода МО. Метод ЛКАО МО. Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО. Энергетические диаграммы МО. Обозначения МО. Порядок связи.

Двухатомные гомоядерные молекулы элементов 1-го и 2-го периодов (H₂⁺, H₂, He₂⁺. He₂. B₂, N₂⁺. O₂⁺. O₂, N₂, F₂). Магнитные свойства молекул. Примеры двухатомных, трехатомных и пятиатомных гетероядерных молекул (BeCl₂, CO₂, CH₄).

Сравнение методов ВС и МО.

9. Химическая связь в координационных соединениях

Определение координационных соединений. Основные понятия координационной теории Вернера. Внутренняя и внешняя сферы комплексных соединений. Классификация комплексов и лигандов.

Описание комплексных соединений с позиций ТВС Внутриорбитальные и внешнеорбитальные комплексы.

Описание комплексных соединений с позиций теории кристаллического поля. Основные положения ТКП. Расщепление d-термов в октаэдрическом и тетраэдрическом поле лигандов. Энергия расщепления. Спектрохимический ряд металлов. Эффект Яна-Теллера и его экспериментальные проявления (динамический, статический, кооперативный). Низко - и высокоспиновые комплексы.

Описание комплексных соединений с позиций теории МО. Октаэдрические комплексы без -связывания.

10. Типы химической связи

Ковалентная связь и ее виды. Простая ковалентная связь, неполярная и полярная ковалентная связь, донорно-акцепторная связь (координационная связь), семиполярная связь. Ионная связь. Металлическая связь. Межмолекулярная (Ван-дер-Ваальсовая) связь. Водородная связь.

11. Понятие кристалл. Описание атомно-кристаллической структуры.

Кристаллическое состояние вещества. Периодические и апериодические кристаллы. Несоразмерно модулированные структуры. Несоразмерные композитные кристаллы. Квазикристаллы. Новое определение кристалла IUCr. Идеальные и реальные кристаллы. Нанокристалл. Паракристалл. Метакристалл.

12. Кристаллы с периодической структурой

Дальний порядок в строении кристаллических веществ, их симметричность, однородность, дискретность и анизотропия.

Кристаллографические характеристики твердотельных фаз с дальним порядком. Кристаллическая решетка, трансляция. Различия понятий “кристаллическая решетка” и “кристаллическая структура”. Элементарная ячейка. Однозначный выбор элементарной ячейки – правила Браве. Примитивные и центрированные ячейки (P, A, B, C, F, I, R). Сингонии и кристаллографические системы. 14 различных типов кристаллических решеток (решетки Браве). Кристаллографические и кристаллофизические системы координат.

13. Группы симметрии кристаллов

Операции симметрии кристалла, их типы (1. поворот вокруг оси на некоторый угол; 2) зеркальное отражение в некоторой плоскости; 3) отражение в точке; 4) параллельный перенос - трансляция). Закрытые и открытые операции симметрии.

Точечные группы. Обозначения точечных групп симметрии по А. Шенфлису и их международные обозначения (символы Германа-Могена).

Пространственные группы. Обозначения пространственных групп. Система эквивалентных позиций, их кратность. Общие и частные позиции. Международные таблицы для рентгеновской кристаллографии.

Предельные группы симметрии (группы Кюри).

Влияние симметрии кристалла на его свойства. Принципы Кюри-Неймана.

14. Группы магнитной симметрии

Операция антиотождествления (инверсия времени), антиэлементы, полярные и аксиальные вектора.

Магнитные точеные группы (точеные группы антисимметрии). Три типа магнитных точечных групп: белые (G_M=G); серые (G_M= G1'= G+RG); черно-белые G_M=H+(G-H)R. Создание черно-белых групп G_M из кристаллографических групп, содержащих подгруппу H с индексом 2. Теория цветной симметрии Шубникова.

Шубниковские пространственные группы. Белые группы Ф. Серые группы Ф1'. Черно-белые группы Ш = Ф + (F/Ф)1'. Два типа черно-белых групп.

Симметрия и магнетизм. Магнитная структура кристалла. Ферромагнитное и антиферромагнитное упорядочение. Ограничения, накладываемые на симметрию кристаллов с магнитным упорядочением. Ферромагнитные классы симметрии. АФМ . I и II типа.

Симметрийные аспекты магнитоэлектрического эффекта. Вид тензора _ij.

Несоразмерные магнитные структуры.

15. Модулированные кристаллические структуры

Определение модулированных структур, их виды. Композитные структуры.

Типы и размерность модуляции. Модуляция смещения. Модуляция заселенности. CDW и SDW. Магнитная модуляция. Базисная структура.

Дифракционные картины модулированных структур; основные и сателлитные рефлексы.

Концепция (3 +d) мерной суперструктуры. IC модулированный кристалл как сечение (3+d)-мерной периодичной суперструктуры. 4-х мерная решетка при одномерной модуляции. Классы многомерных решеток Браве, их обозначения. 4-х мерные суперпространственные группы их обозначения.

Описание структур с несоразмерной модуляцией с использованием понятий базисная структура, усредненная структура, соразмерная сверхструктура, модулированная структура.

Примеры несоразмерно модулированных кристаллов.