ГЛАВА 2 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 2.1 ...

Согласно представлениям Гейтлера и Лондона, водород способен к образованиюмолекулы Н 2 потому, что в его атоме имеется один неспаренный электрон, а гелий не можетобразовать молекулу Нe 2 ввиду того, что оба электрона в атоме Не являются спаренными.Далее рассмотрим взаимодействие двух атомов Li. Электронное строение атома лития(1s 2 2s) таково (см. рис. 1.33), что в этом атоме имеется один неспаренный 2s-электрон,поэтому за счет спаривания таких одиночных s-электронов можно ожидать образованиямолекулы Li 2 , аналогичной молекуле Н 2 . Действительно, молекула Li 2 существует. Энергиясвязи в молекуле Li 2 (1,03 эВ) приблизительно в четыре раза меньше энергии связи вмолекуле Н 2 (4,48 эВ). Это обусловлено наличием около ядра лития первого электронногослоя, из-за чего связь Li − Li значительно более длинная (267 пм), чем связь Н − Н (74 пм);кроме того, две пары электронов первого cлоя в молекуле Li 2 сильно экранируют ядра иотталкиваются друг от друга. Все это приводит к значительному ослаблению связи Li − Li.Распространяя приведенные рассуждения на другие системы, можно показать, чтохимическая связь образуется в тех случаях, когда взаимодействуют два атома, имеющиенеспаренные электроны. Тогда становится возможным перекрывание электронных облаков(точнее, волновых функций) неспаренных электронов, в результате чего между атомамисоздается зона повышенной электронной плотности, обуславливающая химическую связь.Очевидно, если в атоме имеется п неспаренных электронов, то этот атом может образоватьхимические связи с п другими атомами, содержащими по одному неспаренному электрону.Поэтому, согласно представлениям Гейтлера и Лондона, валентность элемента равна числунеспаренных электронов, которые имеются в его атоме. Таким образом, квантовомеханическиерасчеты Гейтлера и Лондона дали теоретическое обоснование предположениюо том, что химическая связь обусловлена парой электронов.Исходя из изложенных представлений, определим валентность элементов второгопериода периодической системы.Литий, как уже указывалось, имеет один неспаренный электрон, поэтому еговалентность равна единице.Бериллий, как видно из рис. 1.33, в основном состоянии не имеет неспаренныхэлектронов, поэтому его валентность равна нулю. Однако при передаче атому бериллиянекоторого количества энергии (260 кДж/моль) он переходит в возбужденное состояние, вкотором имеется два неспаренных электрона, т. е. атом бериллия проявляет валентность,равную двум. Затраты энергии, необходимой для перевода атома в возбужденное состояние,с избытком компенсируются энергией, выделяющейся при образовании химической связи(напомним, что энергия одинарной связи имеет значение порядка 400 кДж).Бор в основном состоянии имеет один неспаренный 2p-электрон и, значит, атом бораимеет валентность, равную единице. Однако одновалентное состояние для бора нехарактерно, поскольку при не очень большом энергетическом воздействии атом переходит ввозбужденное состояние (см. рис. 1.33); в этом состоянии его валентность равна трем.У углерода электронное строение атома соответствует распределению электронов поорбиталям, в котором, согласно правилу Хунда, имеются два одиночных электрона. Однаковалентность два для углерода не характерна*, поскольку сравнительно легко осуществляетсяпереход его атома в возбужденное состояние, в котором его валентность равна четырем (см.рис. 1.33). Так же, как и для атома Be и В, энергия возбуждения атома углеродакомпенсируется энергией образования двух дополнительных химических связей.* Как показано ниже, в молекуле СО углерод не двухвалентен.Азот в основном состоянии в соответствии с правилом Хунда имеет три одиночных p -электрона (см. рис, 1.33), поэтому его валентность равна трем. Следует отметить, что этотазот не проявляет валентность, равную пяти. Для этого потребовалось бы переведение