Метод молекулярных орбиталей

Данный метод исходит из предположения, что состояние электронов в молекуле может быть описано как совокупность молекулярных электронных орбиталей, причем каждой молекулярной орбитали соответствует определенный набор молекулярных квантовых чисел.

Основные положения метода МО:

1. Молекулярная орбиталь (МО) является аналогам атомной орбитали (АО): подобно тому, как электроны в атомах располагаются на АО, общие электроны в молекуле располагаются на МО.

2. Для образования МО атомные орбитали должны обладать приблизительно одинаковой энергией и симметрией относительно напрвления взаимодействия.

3. Число МО равно общему числу АО, из которых комбинируются МО.

4. Если энергия МО оказывается ниже энергии исходных АО, то такие МО – связывающие, а если выше энергии исходных АО, то – разрыхляющие МО (рис. 11).

5. Электроны заполняют МО, как и АО в порядке возрастания энергии, при этом соблюдается принцип Паули и правило Гунда.

6. МО двухатомных молекул первого периода и второго (до N2) располагают в ряд: σ1s < σ* 1s < σ2s < σ* 2s < π2рy = π2рz < σ2px < π*2рy = = π*2рz < σ*2px.

МО двухатомных молекул конца второго периода по возрастанию энергии располагают: σ1s < σ* 1s < σ2s < σ* 2s<σ2px < π2рy = π2рz < π*2рy = π*2рz < σ*2px

7. В методе МО вместо кратности связи вводится понятие порядок связи n – полуразность числа связывающих и числа разрыхляющих электронов:

.

Порядок связи может быть равен нулю, целому или дробному положительному числу. При n = 0 молекула не образуется

8. Если на МО имеются неспаренные электроны, молекула парамагнитна, т. е. обладает магнитными свойствами; если все электроны спарены – диамагнитна, т. е. не обладает магнитными свойствами

ММО по сравнению с МВС позволяет получить реальные представления о химической связи и свойствах различных частиц (молекулы, ионы).

Электронные конфигурации молекул

Билет

Ионная связь - это химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения между катионами и анионами.

Взаимодействие между катионами и анионами не зависит от направления, поэтому о ионной связи говорят как о ненаправленной. Каждый катион может притягивать любое число анионов, и наоборот. Вот почему ионная связь является ненасыщенной. Число взаимодействий между ионами в твердом состоянии ограничивается лишь размерами кристалла. Поэтому "молекулой" ионного соединения следует считать весь кристалл.Ионная связь - прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. Ионная связь образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу. Образуются ионы.

МЕТАЛЛИ́ЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, вид химической связи атомов в веществах, обладающих металлическими свойствами.Кристалл с металлической связью можно представить себе как решетку из положительно заряженных атомных ядер, погруженных в отрицательно заряженный «газ», состоящий из свободных электронов, который удерживает положительно заряженные ионы на определенных расстояниях друг от друга. От каждого атома может оторваться несколько свободных электронов и все эти электроны обобществляются.Металлическая связь сферически симметрична.

Билет

Межмолекулярное взаимодействие - взаимодействие между электрически нейтральными молекулами или атомами; определяет существование жидкостей и молекулярных кристаллов, отличие реальных газов от идеальных и проявляется в разнообразных физических явлениях. М. в. зависит от расстояния r между молекулами и, как правило, описывается потенциальной энергией взаимодействия U(r) (потенциалом М. в.), так как именно средняя потенциальная энергия взаимодействия определяет состояние и многие свойства вещества.

Впервые М. в. принял во внимание Я. Д. ван дер Ваальс (1873) для объяснения свойств реальных газов и жидкостей. Ван дер Ваальс предположил, что на малых расстояниях r между молекулами действуют силы отталкивания, которые с увеличением расстояния сменяются силами притяжения. На основе этих представлений, даже не рассматривая количественной зависимости М. в. от расстояния, он получил так называемое Ван-дер-Ваальса уравнение состояния реального газа.

М. в. имеет электрическую природу и складывается из сил притяжения (ориентационных, индукционных и дисперсионных) и сил отталкивания.

Ориентационные силы действуют между полярными молекулами, то есть обладающими дипольными электрическими моментами (см. Диполь электрический). Сила притяжения между двумя полярными молекулами максимальна в том случае, когда их дипольные моменты располагаются вдоль одной линии (рис. 1). Эта сила возникает благодаря тому, что расстояния между разноимёнными зарядами немного меньше, чем между одноимёнными. В результате притяжение диполей превосходит их отталкивание. Взаимодействие диполей зависит от их взаимной ориентации, и поэтому силы дипольного взаимодействия называются ориентационными. Хаотическое тепловое движение непрерывно меняет ориентацию полярных молекул, но, как показывает расчёт, среднее по всевозможным ориентациям значение силы имеет определённую величину, не равную нулю. Потенциальная энергия ориентационного М. в. Uор(r) Межмолекулярное взаимодействие p1 p2 / r 6; где p1 и p2 — дипольные моменты взаимодействующих молекул. Соответственно сила взаимодействия Fор Межмолекулярное взаимодействие r -7. Сила Fор убывает с расстоянием значительно быстрей, чем кулоновская сила взаимодействия заряженных тел (Fкул Межмолекулярное взаимодействие r -2).

Индукционные (или поляризационные) силы действуют между полярной и неполярной молекулами. Полярная молекула создаёт электрическое поле, которое поляризует молекулу с электрическими зарядами, равномерно распределёнными по объёму. Положительные заряды смещаются по направлению электрического поля, а отрицательные — против. В результате у неполярной молекулы индуцируется дипольный момент.

Энергия М. в. в этом случае пропорциональна дипольному моменту p1 полярной молекулы и поляризуемости (См. Поляризуемость) α2, характеризующей способность другой молекулы поляризоваться: Uинд(r) Межмолекулярное взаимодействие p1 α2 / r 6. Эта энергия называется индукционной, так как она появляется благодаря поляризации молекул, вызванной электростатической индукцией. Индукционные силы (Fинд Межмолекулярное взаимодействие r -7) действуют также и между полярными молекулами.

Между неполярными молекулами действует дисперсионное М. в. Природа этого взаимодействия была выяснена полностью только после создания квантовой механики (См. Квантовая механика). В атомах и молекулах электроны сложным образом движутся вокруг ядер. В среднем по времени дипольные моменты неполярных молекул оказываются равными нулю. Но в каждый момент электроны занимают какое-то положение. Поэтому мгновенное значение дипольного момента (например, у атома водорода) отлично от нуля. Мгновенный диполь создаёт электрическое поле, поляризующее соседние молекулы. В результате возникает взаимодействие мгновенных диполей.

Билет.

Характерные особенности веществ в различных агрегатных состояниях

 

Вещества могут находиться в трех физических состояниях: газооб­разном, жидком и твердом. При очень высоких температурах возможно особое состояние сильно разряженных газообразных веществ – плазма.

Газообразные вещества имеют, в основном, молекулярную структуру. Молекулы находятся друг от друга на значительном расстоянии, взаимодействие между ними практически отсутствует. Движение частиц (молекул) – хаотичное, беспорядочное. Кинетическая энергия молекул газа больше потенциальной (Е^К _{молекул газа} > Е^П).

В жидком состоянии расстояния между частицами (молекулами, иона­ми) соизмеримы с размерами самих частиц и значительно меньше, чем в газообразном состоянии. В структуре наблюдается некоторая временная упорядоченность частиц, которые постоянно соприкасаются друг с другом. Между частицами существуют силы межмолекулярного взаимодействия. Частицы подвижны относительно друг друга, поэтому жидкости обладают текучестью. Кинетическая энергия частиц жидкости соответствует потенциальной (Е^К _{частиц в жидкости} ≈ Е^П).

В твердом состоянии частицы (атомы, молекулы, ионы) сближены друг с другом на min допустимые расстояния. Между частицами действуют прочные связи различного типа. Частицы находятся в колебательном движении. Кинетическая энергия частиц твердого вещества меньше потенциальной (Е^К _{частиц в твердом веществе} < Е^П).

Соответственно свойства веществ в различных физических состоя­ниях существенно различаются (табл. 3).

Таблица 3