Рис. 1.22. Взаимосвязь энергий и длин связи в молекулах галогенидов углеродаРазработаны различные экспериментальные методы определения энергии связи (путемизмерения энергетических эффектов процессов, анализа спектров и др.). Зная энергию тогоили иного химического процесса и энергию всех связей, кроме одной, можно вычислитьпоследнюю. Так, при сгорании водорода по реакции2Н 2 +O 2 = 2Н 2 Oвыделяется 484 кДж. Представим себе, что процесс протекает так: разрываются связи Н−Н иO−O и образовавшиеся атомы соединяются в молекулы Н 2 O, каждая из которых содержитдве связи O−Н:Таблица 1.6. Длина и энергия химических связей. Приведены средние значения энергииразрыва для различных соединений.Связь d, пм E, кДж/моль Связь d, пм E, кДж/мольC−H 109 416 С≡С 120 813C−F 138 485 С=O 116 695C−Cl 176 327 O−H 96 467C−Br 194 285 O−O 148 146С−I 214 213 S−H 135 347C−C 154 356 N−H 101 391C=C 134 598 As−H 152 247Тогда из закона сохранения энергии следует, что2E H−H + E O−O − 4E O−H = −484 кДж.Зная значение энергии для любых двух связей, находим Е для третьей связи, например:E O−H = (2E H−H + E O−O + 484)/4 = (2 · 432+494 + 484)/4 = 460,5 кДж/моль.В табл. 1.6 приведены значения длины и энергии ряда химических связей.2.3. Ф<strong>И</strong>З<strong>И</strong>ЧЕСК<strong>И</strong>Е МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕН<strong>И</strong>Я СТРУКТУРЫ <strong>МОЛЕКУЛ</strong>Согласно теории химического строения А. М. Бутлерова каждая молекула имеет строгоопределенную структуру. Эта теория указала химические методы, с помощью которыхможно установить строение молекул. Химические методы применяются и сейчас, но они все
более уступают место физическим методам, которые дают возможность изучать особенностистроения молекул, не определяемые химическими способами (точные значения межатомныхрасстояний и валентных углов, распределение электронной плотности в молекуле и др.).<strong>И</strong>з физических методов изучения структуры широко применяются электронография испектральные методы.1. Электронография. Этот метод основан на явлении дифракции электронов намолекулах (и кристаллах). При встрече пучка электронов, характеризующихся длиной волныде Бройля λ, с препятствием, имеющим размеры того же порядка, что и λ, возникаетдифракция, соответствующая этой длине волны.<strong>И</strong>зучение дифракции электронов проводят с помощью электронографов. Схема,показывающая принцип действия этого прибора, представлена на рис. 1.23. <strong>И</strong>сточникомэлектронов в электронографах обычно служит раскаленная металлическая нить.Вылетающие электроны ускоряются под действием разности потенциалов в несколькодесятков тысяч вольт. Длина волны λ для ускоренных электронов может быть рассчитана поуравнению де Бройля (1.23); значение скорости электронов v вычисляют из соотношенияеV=т е v 2 /2,где е и т е - соответственно заряд и масса электрона; V-разность потенциалов.Так, при V = 10000 В длина волны электронов λ = 12 пм.Рис. 1.23. Принципиальная схема электронографа: 1 - источник электронов; 2 - диафрагма; 3-сосуд с исследуемым веществомС помощью диафрагмы из потока ускоренных электронов выделяется узкий пучок(обычно ≈ 0,1 мм), в который вводится исследуемое вещество. Если вещество − газ или легкокипящая жидкость, то его помещают в стеклянный баллон с отводной трубкой,заканчивающейся узким соплом; поворачивая кран, в течение короткого времени (порядка0,1 с) подают струю исследуемого газа. Для изучения вещества с высокой температуройкипения в электронографе монтируют небольшую электрическую печь для испарениявещества. При прохождении пучка электронов через струю исследуемого веществапроисходит дифракция электронов на молекулах, которая регистрируется нафотографической пластинке, помещаемой на некотором расстоянии (обычно 10-25 см) отструи.В приборе требуется поддерживать весьма высокий вакуум, поэтому его соединяют свакуум-насосом.Получаемая на фотопластинке электронограмма состоит из центрального пятна,образованного электронами, не претерпевшими отклонения, и из колец различнойинтенсивности, обусловленных рассеянием электронов под различными углами θ(относительно первоначального направления пучка). Распределение дифракционных колецна электронограмме и их интенсивность являются строго определенными и зависят отстроения молекул исследуемого вещества. Расшифровка электронограммы дает возможностьопределить структуру молекулы (атомы водорода метод обычно «не чувствует» вследствие