История и методология химии. История становления и эволюции представлений о валентности и химической связи. Миттова И.Я - 35 стр.

UptoLike

Рубрика: 

35
усовершенствовали и дополнили основные
положения МВС. Занимаясь изучением строения и
природы химической связи в гетероатомных
молекулах, Л. Полинг подошел к формулировке
такого фундаментального понятия как
относительная электроотрица-тельность.
Сразу после создания учения о ковалентной и
ионной химической связи, когда еще не были
известны основные принципы электронного
строения атомов и молекул, велась широкая
дискуссия о том, как описывать гетероатомные
Рис. 16. Лайнус Карл Полинг.
молекулы, например HCl, как имеющие ковалентную связь или как имеющие
ионную связь. Ионная структура H
+
CI
представлялась удовлетворительной,
поскольку было известно о существовании соответствующих ионов, а ион
хлора имеет устойчивую структуру аргона. Точно так же и ковалентная
структура казалась вполне обоснованной, поскольку включала поделенную
электронную пару, что создавало устойчивую конфигурацию гелия для
водорода и устойчивую конфигурацию аргона для хлора. Диэлектрическая
проницаемость газа, однако , соответствует электрическому дипольному
моменту, составляющему лишь 19% величины, ожидаемой для ионной
структуры при известном межатомном расстоянии 0,127 нм. Решение этой
проблемы было найдено с помощью общей квантово-механической теории в
рамках МВС. Оно сводилось к тому, что действительное строение молекулы в
основном состоянии может быть описано волновой функцией, представляющей
собой сумму функций, отвечающих ионной структуре и ковалентной структуре .
В случае молекулы HCl связь может быть описана как ковалентная с
небольшой долей ионности (19%).
Рассматриваемая молекула в ее основном состоянии имеет, конечно ,
единственное строение , которое может быть представлено единственной
формулой НCl. В случае ковалентной связи между одинаковыми атомами, как
в НН или ClCl, связывающая электронная пара поделена поровну между
двумя атомами. Для ряда одинарных связей между неодинаковыми атомами
энергия связи равна средней энергии, отвечающей связям между одинаковыми
атомами. Примером может служить HI с энергией связи 299 кДж/моль, которая
всего лишь на 5 кДж/моль больше среднего значения для H
2
(436 кДж/моль) и I
2
(151 кДж/моль). Электрический дипольный момент молекулы HI также близок
к нулю , а это указывает на то, что поделенная электронная пара почти в равной
мере относится к обоим атомам . Связь в молекуле HI может быть описана как
ковалентная с очень малой степенью ионности.
Таким образом, при проведении квантово-механических расчетов остро
встала проблема определения значений коэффициентов c
1
и c
2
в уравнении (9).
Когда же связь имеет высокую степень полярности , энергия такой связи
                                                                                            35

                                  усо в е рш е нст в о в али и до по лнили о сно в ные
                                  по ло ж е нияМ В С . Занимаясь изуче ние м ст ро е нияи
                                  приро ды химиче ско й св язи в ге т е ро ат о мных
                                  мо ле кулах, Л. По линг по до ш е л к фо рмулиро в ке
                                  т ако го       фундаме нт ально го     по нят ия     как
                                  о тно си те льная э ле ктро о три ца-те льно сть.
                                        С разу по сле со зданияуче нияо ко в але нт но й и
                                  ио нно й химиче ско й св язи, ко гда е щ е не были
                                  изв е ст ны о сно в ные принципы эле ктро нно го
                                  ст ро е ния ат о мо в и мо ле кул, в е лась ш иро кая
                                  дискуссия о т о м, как о писыв ат ь ге т е ро ат о мные

                                  Рис. 16. Лайнус К арл По линг.

мо ле кулы, наприме р HCl, как име ю щ ие ко в але нт ную св язь или какиме ю щ ие
ио нную св язь. Ио нная ст руктура H+CI− пре дст ав лялась удо в ле т в о рит е льно й,
по ско льку было изв е ст но о сущ е ст в о в ании со о т в е т ст в ую щ их ио но в , а ио н
хло ра име е т уст о йчив ую ст руктуру арго на. Т о чно т ак ж е и ко в але нт ная
ст руктура казалась в по лне о бо сно в анно й, по ско льку в клю чала по де ле нную
эле ктро нную пару, чт о со здав ало уст о йчив ую ко нфигурацию ге лия для
в о до ро да и уст о йчив ую ко нфигурацию арго на для хло ра. Д иэле ктриче ская
про ницае мо ст ь газа, о днако , со о т в е т ст в уе т эле ктриче ско му дипо льно му
мо ме нт у, со ст ав ляю щ е му лиш ь 19% в е личины, о ж идае мо й для ио нно й
ст руктуры при изв е ст но м ме ж ат о мно м расст о янии 0,127 нм. Ре ш е ние эт о й
про бле мы было найде но с по мо щ ью о бщ е й квант о в о -ме ханиче ско й т е о рии в
рамках М В С . О но св о дило сь кт о му, чт о де йст в ит е льно е ст ро е ние мо ле кулы в
о сно в но м со ст о янии мо ж е т быт ь о писано в о лно в о й функцие й, пре дст ав ляю щ е й
со бо й сумму функций, о т в е чаю щ их ио нно й ст руктуре и ко в але нт но й ст руктуре .
В случае мо ле кулы HCl св язь мо ж е т быт ь о писана как ко в але нт ная с
не бо льш о й до ле й ио нно ст и (19%).
       Рассмат рив ае мая мо ле кула в е е о сно в но м со ст о янии име е т , ко не чно ,
е динст в е нно е ст ро е ние , ко т о ро е мо ж е т быт ь пре дст ав ле но е динст в е нно й
фо рмуло й Н−Cl. В случае ко в але нт но й св язи ме ж ду о динако в ыми ат о мами, как
в Н−Н или Cl−Cl, св языв аю щ ая эле ктро нная пара по де ле на по ро в ну ме ж ду
дв умя ат о мами. Д ля ряда о динарных св язе й ме ж ду не о динако в ыми ат о мами
эне ргия св язи рав на сре дне й эне ргии, о т в е чаю щ е й св язям ме ж ду о динако в ыми
ат о мами. Приме ро м мо ж е т служ ит ь HI с эне ргие й св язи 299 кД ж /мо ль, ко т о рая
в се го лиш ь на 5 кД ж /мо ль бо льш е сре дне го значе ниядляH2 (436 кД ж /мо ль) и I2
(151 кД ж /мо ль). Э ле ктриче ский дипо льный мо ме нт мо ле кулы HI т акж е близо к
кнулю , а эт о указыв ае т на т о , чт о по де ле ннаяэле ктро ннаяпара по чт и в рав но й
ме ре о т но сит ся ко бо им ат о мам. С в язь в мо ле куле HI мо ж е т быт ь о писана как
ко в але нт наяс о че нь мало й ст е пе нью ио нно ст и.
       Т аким о бразо м, при про в е де нии квант о в о -ме ханиче ских расче т о в о ст ро
в ст ала про бле ма о пре де ле ния значе ний ко эффицие нт о в c1 и c2 в урав не нии (9).
К о гда ж е св язь име е т в ысо кую ст е пе нь по лярно сти , эне ргия т ако й св язи