ТОП 10:

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ



 

 

338. Почему изучение геометрических свойств молекул - одна из актуаль-

ных задач химии?

339. В чём состоит принципиальное различие в представлении о геомет-

рии молекулы между классической и квантовой теорией строения?

Ответ: Классическая теория химического строения рассматривает молекулу как систему, состоящую из атомов. С этой точки зрения геометрия молекулы, то - есть её форма, направление химических связей, а также длина связей, характеризуется пространственным положением атомов. “Порядок” расположения атомов в молекуле определяется структурной формулой, и для каждого индивидуального вещества все его молекулы совершенно одинаковы. Такое представление неправильно отражает реальность уже потому, что не может объяснить даже устойчивость молекулы.

С точки зрения квантовой теории молекула является единым микрообъ-

ектом, построенным из электронов и ядер. Это значит, что волновая

функция Ψ, описывающая состояние молекулы, имеет ненулевые значения лишь в ограниченной области пространства. В квантовой теории доказана теорема, утверждающая, что если движение частиц системы финитно (ограниченно), энергия системы принимает дискретный набор значений. Следовательно, дискретность энергетических состояний молекулы – необходимое условие её устойчивости. Дискретным значениям энергий молекулы E1, E2,,…,En… соответствуют различные дискретные состояния Ψ1 , Ψ2,,…,Ψn ,…у которых, строго говоря, различаются плотности вероятности распределения электронов и ядер в пространстве. Это значит, что в разных дискретных состояниях реальной молекулы различаются её геометрические, а также другие: электрические, энергетические и, в том числе, химические свойства. Поскольку в реальном веществе молекулы распределены по энергиям в соответствии с законом Максвелла – Больцмана, несколько утрированно можно утверждать, что все молекулы одного и того же вещества различны, обладают своей химией и, следовательно, должна существовать не единственная химия одного и того же вещества. Например, бензол, возбуждённый ультрафиолетовым излучением, изомеризуется в фульвен (I) или бензвален (II), химия каждого из которых существенно отличается от химии бензола.

CH2


(I) (II)

Вот почему передним краем современной химии является химия возбуждённых состояний молекул.

340. Для описания свойств молекул реальная квантовая химия использует

адиабатическое приближение. В этом приближении считается, что электроны движутся в поле покоящихся ядер, а электронная энергия и электронная волновая функция зависят от межъядерных расстояний как от параметров. Какие же из частиц: ядра или электроны определяют геометрию молекулы? Поясните свои рассуждения на примерах.

Ответ: Геометрия молекулы в каждом её дискретном электронном со-

стоянии определяется формой адиабатического потенциала. Существование минимума этого потенциала, являющееся необходимым условием устойчивости молекулы, обусловлено единственным отрицательным слагаемым этого потенциала, средним значением энергии взаимодействия электронов молекулы и ядер (см .задачи 330 и 334).Это слагаемое зависит и от особенностей распределения электронов молекулы, и от свойств её ядер: зарядов Zαe, числа ядер и их распределения в пространстве, то – есть, положений в пространстве минимумов адиабатического потенциала. Таким образом, геометрия молекулы зависит от свойств обеих видов частиц. Например, для трёхъядерных систем Н3,,He3 , Н2О и СО2 , имеющих разные ядра и разные числа электронов, характерны следующие раз- новидности геометрических распределений, которыми число таких разновидностей не исчерпывается:

H3 H2+H; He3 He+He+He; CO2 O---C---O; H2O O

H H







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.85.214.125 (0.006 с.)