ГЛАВА 2 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 2.1 ...

Эффективные заряды на атомах кислорода, входящих в Н 3 РO 4 и H 2 SO 4 , и вклад атомовО в образование π-связей различные для связей Н−O и Р−O (либо S−O); это различиепоказано в формулах точечным и штриховым пунктиром. В ионах (РO 4 ) 3− и (SO 4 ) 2− ,имеющих тетраэдрическое строение, π-связи равноценны, это может быть выраженоструктурными формулами (5) и (6):Сказанное относится и к другим кислородсодержащим кислотам элементов третьего иследующих за ним периодов. Азот не может быть пятивалентным. Очевидно, чтоневозможность проявлять валентность (число ковалентных связей), равную номеру группы,характерна и для других, следующих за азотом, элементов - кислорода и фтора, чтообъясняется отсутствием в их внешнем электронном слое d-орбиталей.8. Метод молекулярных орбиталей. Расчет строения молекул по методу валентныхсвязей очень сложен. Кроме того, этот метод не рассматривает вклад неспаренныхэлектронов в образование связи.Установлено, что в процессе образования химической связи в некоторых молекулахопределенную роль играют не электронные пары, а отдельные электроны. Это наиболееотчетливо видно на примере ионизированной молекулы водорода H + 2 , которая получаетсяпри электронной бомбардировке молекулярного водорода. Спектральные исследованияпоказывают, что расстояние между ядрами в этой частице составляет 108 пм, а энергия связиравна 2,65 эВ; таким образом, это довольно прочная частица. Поскольку в H +2 имеетсятолько один электрон, то очевидно, что в данной молекуле осуществляется одноэлектроннаясвязь.Неспаренные электроны имеются во многих многоатомных частицах. К таким частицамотносятся свободные радикалы (см. разд. 2.1). Свободные радикалы - это частицы,содержащие неспаренные электроны. Непарный электрон в свободных радикалахобозначают точкой около химической формулы, например ·СНз. Радикалы обладаютвысокой реакционной способностью.Неспаренные электроны имеются также в некоторых устойчивых молекулах: NO, NO 2 ,СlO 2 , O 2 . Строение молекулы кислорода представляет особый интерес для теориихимической связи.Атом кислорода имеет два неспаренных электрона (см. рис. 1.33), поэтому по методувалентных связей можно было бы ожидать, что при соединении двух атомов Осформируются две электронные пары и неспаренных электронов в молекуле О 2 не будет.Однако исследование магнитных свойств кислорода свидетельствует о том, что в молекулеO 2 есть два неспаренных электрона. Ряд исследователей предприняли попыткиусовершенствовать метод валентных связей и сделать его пригодным для истолкования этихфактов. Однако более плодотворным оказался другой подход к объяснению и расчетуковалентной связи, получивший название метода молекулярных орбиталей (сокращенноеобозначение - метод МО). Значительный вклад в его разработку внес Р. Малликен (США). Внастоящее время метод МО является лучшим способом квантово-химической трактовкиковалентной связи.Если в расчетах Гейтлера и Лондона используется волновая функция (1.48), котораяописывает движение обоих электронов в молекуле Н 2 , то метод молекулярных орбиталейисходит из волновых функций отдельных электронов. По этому методу находят волновыефункции 1-го, 2-го, ..., п-го электронов в молекуле ψ 1 , ψ 2 , ..., ψ n . Таким образом, считается,что каждый электрон в молекуле находится на определенной молекулярной орбитали,описываемой соответствующей волновой функцией. Каждой молекулярной орбиталиотвечает определенная энергия. На одной молекулярной орбитали могут находиться дваэлектрона с противоположно направленными спинами.