ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип Франка - Кондона. Классификация электронных состояний молекулы Отбор переходов между колебательными состояниями. Предиссоциация. Люминесценция Задачи из "Атомная физика " Типы химической связи. При рассмотрении молекул прежде всего возникает вопрос о природе сил, которые удерживают вместе нейтральные атомы, образующие молекулу, т.е. обеспечивают между собой связь атомов. Они называются химической связью. [c.298] Существует два типа химической связи а) ионная связь, б) ковалентная связь. [c.298] Ионная связь ничем не отличается от сил притяжения между разноименными электрическими зарядами. [c.298] При конечных значениях Ь уже нельзя говорить о полностью изолированных потенциальных ямах. В результате туннельного эффекта электрон переходит из одной ямы в другую. Этот эффект тем больше, чем меньше ширина барьера Ь. В этом случае представление о движении электрона в какой-то конкретной яме несостоятельно-электрон обобществлен, он движется в обеих потенциальных ямах, в результате уровни энергии электрона изменяются. Это изменение уровней электрона при наличии нескольких потенциальных ям лежит в основе понимания природы ковалентной. Поясним это на примере рассматриваемой модели. [c.298] Первые два члена в (58.76) , = = Е1 - 2Е °У(ак(,) не зависят от h и даюг приближенные значения уровней энергии для часгицы в изолированной потенциальной яме (см. рис. 56). Последний член представляет расщепление уровней энергии, обусловленное взаимодействием двух потенциальных ям. [c.300] Резюмируя, можно сказать, что благодаря наличию двух потенциальных ям уровни энергии элек рона расщепляются. Энергия электрона в состояниях с антисимметричной волновой функцией повышается, а в состояниях с симметричной волновой функцией понижается. Это заключение имеет общий характер, оно справедливо для потенциальных ям любой формы. [c.301] Расщепление зависит от расстояния между ямами с увеличением расстояния расщепление уменьшается, стремясь к нулю при бесконечном расстоянии между ямами (рис. 91, в). Свойство расщепления уровней при наличии ряда потенциальных ям играет очень большую роль в зонной теории твердых тел (см. 66). Здесь мы заметим лишь, что если бы вместо двух ям было три, то каждый из уровней расщепился бы на три подуровня. Вообще при наличии N ям каждый из уровней расщепляется на N подуровней. Это утверждение будет использовано в зонной теории твердых тел. [c.301] Ионная связь ничем не отличается от сил притяжения между разноименными электрическими зарядами. Ковалентная связь обусловливается увеличением плотности отрицательно заряженного электронного облака между положительно заряженными ядрами молекулы. [c.301] Совершенно по-другому обстоит дело в том случае, когда электрон находится в состоянии с симметричной волновой функцией. Как видно на рис. 92, б, полная энергия l,oi умень-шаегся, когда расстояние между ядрами уменьшается, если только это расстояние больше Rq. Таким образом, при уменьшении расстояний между ядрами выделяется энергия, а это означает, что между ядрами действуют силы притяжения. При R Rq энергия при уменьшении расстояния R возрастает, Это означает, что при R Rq между ядрами действуют силы отталкивания. Ядра находятся в устойчивом равновесии на расстоянии R = Rq друг от друга при R Rq возникают силы притяжения, которые стремятся уменьшить это расстояние и сделать R = R при R R,j возникают силы отталкивания, которые стремятся увеличить расстояние и сделать R = Rq. Следовательно, имеется устойчивое состояние двух ядер и электрона, т.е. образовалась молекула. [c.302] Связь в молекуле, обусловленная обобществленными электронами, называется ковалентной. [c.302] Ионная связь. Наиболее стабильная электронная конфигурация атома состоит из замкнутых электронных оболочек, в которых все электронные состояния заполнены. [c.302] Атомы с незамкнутыми внешними электронными оболочками или лишаются электронов, или присоединяют дополнительные электроны, чтобы внешняя оболочка стала замкнутой. В результате образуются положительные или отрицательные ионы. [c.302] Замкнутыми электронными оболочками обладают благородные (инертные) газы (гелий, неон, аргон и т.д.). Именно замкнутостью оболочек объясняется их инертность относительно вступления в химические реакции с другими элементами. [c.303] Добавление одного электрона к замкнутой оболочке благородного газа приводит к образованию электронной конфигурации щелочного ме-тлла (литий, натрий, калий и т.д.). К этой группе в периодической системе элементов принадлежит и атом водорода, у которого электронная конфигурация состоит из одного электрона. Щелочные металлы легко теряют этот дополнительный электрон и превращаются в отрицательные однократно заряженные ионы Li , Na , К и т. д. Удаление одного электрона из замкнутой оболочки благородного газа приводит к образованию электронной конфигурации галогенов (фтор, хлор, бром, иод и т.д.). Галогены стремятся присоединить себе электрон и превратиться в однократно заряженный положительный ион F С Вг+, 1 . ... [c.303] В пределах каждого периода периодической системы элементов Менделеева при переходе от щелочного металла к благородному газу, относящемуся к тому же периоду, происходит постепенное заполнение внешней оболочки до тех пор, пока она не станет замкнутой. Поэтому с внешней оболочки могут быть удалены 2, 3 электрона и т.д. Энергия ионизации при этом растет. Это объясняется тем, что внешние электроны находятся у этих атомов в эффективном поле 2е, Ъе и т.д. Например, электроны внешней оболочки у лития, бериллия, бора и углерода находятся соответственно в эффективном поле заряда е, 1е, Ъе, 4е. Если же в пределах периода переходить от инертного газа к nie-лочному металлу того же периода, то можно говорить об увеличении числа недостающих до замкнутой оболочки электронов. С увеличением числа недостающих электронов энергия сродства к электрону убывает, что объясняется аналогично росту энергии ионизации при переходе к более тяжелым элементам в пределах одного и того же периода. [c.303] Например, если ионы Na и С1 находятся на расстоянии R = 0,5 нм друг от друга, то для их разведения на бесконечное расстояние необходимо затратить энергию е /(4пе Я) = = 2,9 эВ. Поскольку энергия ионизации натрия равна 5,1 эВ, а энергия сродства хлора к электрону составляет 3,6 эВ, при обмене электроном между Na и С1 высвобождается энергия 1,5 эВ и образуются атомы Na и С1. Следовательно, для перехода от системы из ионов Na и С1 , находящихся на расстоянии 0,5 нм друг от друга, к атомам Na и С1 требуется затратить энергию 2,9 эВ - 1,5 эВ = 1,4 эВ, т.е. в принципе система Na l при R = 0,5 нм является связанной и может составлять молекул) Na I. Однако это не означает, что стабильное состояние этой молекулы осуществляется именно при R = 0,5 нм. При уменьшении R кулоновская энергия связи ионов растет и, следовательно, для увеличения стабильности молекулы выгодно уменьшать расстояние между ионами, т.е. увеличивать роль сил притяжения между ними. Однако наряду с силами притяжения между ионами, являющимися кулоновскими, существуют также силы отталкивания, обусловленные взаимодействием электронных оболочек ионов. [c.304] Описывается физическое содержание приближений, используемых в теории молекул, и излагаются основные понятия метода орбита-лей. [c.304] Вернуться к основной статье