ДИПЛОМНІ КУРСОВІ РЕФЕРАТИ


ИЦ OSVITA-PLAZA

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Квантова механіка і атомна фізика

Теория валентности
Остановимся теперь на объяснении по-
нятия химической валентности на основе квантовой ме-
ханики. Под химической валентностью понимается свойство
атомов одного элемента соединяться с определенным числом
атомов другого элемента. Как было отмечено, первым успехом
квантовой теории в области химических свойств атома явилось
объяснение гетерополярных химических соединений (теория Кос-
селя), образующихся благодаря перераспределению электронов
во внешних слоях атомов. По этой теории численная величина
валентности (гетерополярная) определяется числом электронов,
которые атом отдает другому атому (положительная ионная ва-
лентность) или получает от него (отрицательная ионная валент-
ность). При образовании молекулы электроны во внешних обо-
лочках атомов перераспределяются так, что валентности атомов
насыщаются.
Дальнейшим успехом квантовой теории в исследовании обра-
зования молекулы явилась теория Гайтлера — Лондона. С по
мощью последней удалось объяснить образование простейшей
гомеополярной молекулы Н2, что было положено в основу со-
временных представлений о так называемой ковалентной
связи. Согласно этой теории при образовании гомеополярной
молекулы водорода имеет место взаимная компенсация спиноз
валентных электронов. Обобщая эти результаты, можно сделать
вывод о том, что вообще образование гомеополярных молекул
происходит при условии взаимной компенсации спинов валент-
ных электронов и поэтому подобную валентность иногда назы-
вают также спиновой.
Поскольку насыщение валентностей состоит из взаимной
компенсации спинов валентных электронов, химическую валент-
ность атомов (гомеополярную) следует определять числом элек-
тронов внешнего слоя с некомпенсированными спинами.
С целью иллюстрации этих положений рассмотрим конкрет-
ные примеры. На фиг. 27.8 приведены конфигурации основных
состояний нескольких элементов периодической системы. Элек-
тронные состояния изображены в виде ячеек, причем электроны
изображены стрелками, направления которых соответствуют
ориентации их 'спинов. На фиг. 27.8 видно, что конфигурация
внешнего слоя атома водорода (ls[JS соответствует одновалент-
ной связи. Валентность, равная единице для водорода, на еди-
ницу меньше мультиплетности его термов, равной двум (мульти-
плетность обозначается индексом слева сверху у символа
терма S). Точно так же основное состояние атома гелия имеет
конфигурацию (Is2), откуда видно, что мулыиплетность рав-
няется единице (]S), а валентность в принципе должна отсут~
ствовать (см. стр 411).
27 Заказ 328
410
ЧАСТЬ III. ТЕОРИЯ МНОГИХ ЧАСТИЦ
1s 2s
H [T~l
НеЦП
В
i i
В И ll t
Kl ГПТП
N
N+
0
0
F
м
t1
t \
1 i
ft
м
t
t \
м
11
t 1
!
t 1
м
1 1
1
t
1
¦ 1
t 1
f
t
1 1
1
(Isi2s22p1)
(fs?2s'2p?)
(is?2s2Zp3)
(Is22s4p3)
(ts22s'2p3)
{is22s22p")
Фиг. 27.8. Схема заполнения элек-
тронных оболочек некоторых ато-
мов с учетом спина.
\ I t \\ \1s^2s^2p6) Гомеополярная валентность атомов от-
[Is*2s'2p5)
t t|t |Ц T| {Is22s22pe)
р о
мечена точкой, а ионная валентность-
знаком «+» (положительная) или «—»
(отрицательная).
Таблица 27.2
Мультштлетность и гомеополярная валентность
Группа периодиче-
ской системы
Мультиплетность
Валентность
Жирным шрифто
м
I
2
1
ука^а
II
1, 3
0, 2
на осно
III
2, 4
1, 3
вная ва
IV
1, 3,
0, 2,
5
4
чентность
9
1
V
4
3
в
5
1
0
VI
3 5
? 4
7
6
VII
2, 4,
1 3
в,
8
7
Атом бора (Z = 5) имеет основное состояние (\s22s22pl), со-
ответствующее дублету BР), и, следовательно, валентность, рав-
ную единице. Однако возможно возбужденное состояние
(l522s12p2), соответствующее квартету DР) и являющееся трех-
валентным. Таким образом, сравнительно просто объясняется
наличие нескольких валентностей у элементов различных групп
периодической системы (см. табл. 27.2).
Интересно отметить, что, в то время как элементы группы
кислорода и галогены в согласии с экспериментом могут обла-
дать несколькими различными валентностями, атомы О и F об-
наруживают лишь основную валентность. Последнее объясняется
тем обстоятельством, что для повышения их мультиплетности
электрон должен быть переведен в слой с большим значением
§ 27. Простейшие молекулы 411
главного квантового числа, что является энергетически невыгод-
ным (оболочка d у них отсутствует).
Отметим также, что согласно приведенной на фиг. 27.8 кон-
фигурации, азот в основном состоянии (Is22s22p3) является
трехвалентным (три электрона в 2р-оболочке имеют параллель-
ные спины). Однако он может быть также одновалентным (спи-
ны двух электронов в 2/?-оболочке антипараллельны) и даже
пятивалентным (Is22sl2p3), когда к четырем спиновым валент-
ностям, обусловленным тем, что спины электронов в 25—2р обо-
лочках параллельны, добавляется пятая ионная валентность,
связанная с удалением второго электрона из оболочки 2s. В свя-
зи с этим отметим, что ионная валентность кислорода и фтора
такая же, как и спиновая.
Инертные газы в принципе не должны вступать ни в какие
химические соединения, так как спины внешнего слоя (s2, р6)
должны быть полностью скомпенсированы. Однако недавно
A962) были открыты соединения тяжелого инертного газа 54Хе,
например XeF2. Появление гомеополярной валентности, рав-
ной 2, 4, 6 или даже 8, у инертных газов обусловлено тем, что
энергия связи молекулы, по-видимому, разрывает спин-спиновую
связь электронов внешней оболочки. Подчеркнем также, что
строгое разделение химических связей на гомеополярные и ге-
терополярные, вообще говоря, невозможно. Оба типа связи со-
ответствуют двум крайним случаям распределения электронной
плотности в незаполненных слоях. Случай крайней асимметрии
в распределении электронной плотности между атомами соот-
ветствует гетерополярной молекуле. Такая молекула обладает
дипольным моментом, и ее можно рассматривать как ионное
образование.
Случай одинакового закона распределения электронной плот-
ности относительно атомов водорода в молекуле соответствует
гомеополярной связи (дипольный момент равен нулю). Водород
может обладать отрицательной ионной валентностью (Н ), если
при образовании молекулы он как и фтор (F~) присоединит еще
второй электрон (дипольный момент отличен от нуля).
Квантовая теория дает общий подход к объяснению валент-
ных сил и включает оба типа связи (гомео- и гетерополярную) в
единую схему. Одним из важных достоинств квантовомеханиче-
ской теории молекулы Н2 является то, что она сумела объяснить
насыщение гомеополярных соединений как насыщение спинов
электронных слоев при объединении электронов в пары с анти-
параллельными спинами.
В частности, благодаря этому не может образоваться моле-
кула Н3, поскольку в этом случае нельзя скомпенсировать спины
трех электронов.
27*
412
ЧАСТЬ III ТЕОРИЯ МНОГИХ ЧАСТИЦ
В заключение все же подчеркнем, что 1еория Гайтлера —>
Лондона разработана только для молекулы водорода Нг, яв-
ляющейся простейшей, и поэтому распространение ее выводов
на сложные молекулы пока что носит качественный характер.

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Теория валентности» з дисципліни «Квантова механіка і атомна фізика»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Умови виникнення кредитної угоди
Что же такое 3G… 4G… и кто больше?
Факторинг
Перевірка постановки обліку капітальних інвестицій на підприємств...
РОБОЧІ ДОКУМЕНТИ АУДИТОРА


Категорія: Квантова механіка і атомна фізика | Додав: koljan (19.11.2013)
Переглядів: 898 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП