9603_034 (1109033)
Текст из файла
THE NOVELMETALCONTAININGCOMPOUNDS ANDMATERIALSНОВЫЕ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИЕСОЕДИНЕНИЯ И МАТЕРИАЛЫD. A. LEMENOVSKIIåÓÒÍÓ‚ÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚËÏ. å.Ç. ãÓÏÓÌÓÒÓ‚‡The novel data regardingthe structure of metalmolecules in gas phaseas well as the data on thestructure of metal cationscomplexes with crownethers and metal atomscomplexes with unsaturated hydrocarbons arepresented.© ãÂÏÂÌÓ‚ÒÍËÈ Ñ.Ä., 1996è‰ÒÚ‡‚ÎÂÌ˚ χÎÓËÁ‚ÂÒÚÌ˚ ‰‡ÌÌ˚Â Ó ÒÚÓÂÌËË ÏÓÎÂÍÛÎ ÏÂÚ‡ÎÎÓ‚ ‚„‡ÁÓ‚ÓÈ Ù‡ÁÂ, ‡ Ú‡ÍÊ ÓÌÂÍÓÚÓ˚ı ÌÂÓ·˚˜Ì˚ıÍÓÏÔÎÂÍÒ‡ı ÏÂÚ‡ÎÎÓ‚ Ò͇ÛÌ-˝ÙˇÏË Ë ‡ÚÓÏÓ‚ ÏÂÚ‡ÎÎÓ‚ Ò ÌÂ̇Ò˚˘ÂÌÌ˚ÏË Ó„‡Ì˘ÂÒÍËÏË ÎË„‡Ì‰‡ÏË.34Ñ.
Ä. ãÖåÖçéÇëäàâМеталлы – переходные, непереходные, лантаниды и актиниды – занимают большую часть Периодической системы элементов, составляя около80% общего числа известных сегодня элементов, ичисло их будет возрастать и далее, в то время какчисло неметаллов уже исчерпано. Характерной чертой металлов является их способность легко отдавать свои электроны.
Спускаясь вниз по группамтипично неметаллических элементов, мы у самыхтяжелых представителей этих групп обнаруживаемэту же способность, а значит, и проявление этимиэлементами металлических свойств.Но, отдав электроны, металлы становятся заряженными частицами – катионами. Свойства же последних и солей на их основе, как известно, не имеют ничего общего со свойствами металлов кактаковых. Для чего же мы, говоря о солях, повсеместно используем словосочетание “катионы металлов”, а не просто “катионы”? В принципе толькодля того, чтобы сохранить удобную для нас иерархию классификационных понятий.
Но всегда ли вмолекуле или материале возможно обнаружить катионы? В некоторых случаях это очень просто. Например, соединение NaCl легко диссоциирует накатион Na+ и анион Cl− и эти ионы как самостоятельные частицы идентифицируются различнымиметодами в растворе. В других же случаях, например, в случае Al2O3 или Ta2O5 , никакими силаминельзя оторвать разноименные атомы друг от друга.А раз так, то не ясно, почему металл, присутствующий в соединении, следует рассматривать как находящийся в катионном состоянии.
Для того чтобы вэтих (Al2O3 и Ta2O5) сравнительно простых и многихболее сложных соединениях увидеть катионы металлов, приходится пользоваться сложной совокупностью абстрактных представлений, помноженныхна большую тренированность исследователя в проведении умозрительной процедуры по вычленениюсвободного катиона там, где его как такового нет.Отрицательной стороной свободного овладения этими представлениями оказывается то, чтоони канонизируются в мозгу, начинают казатьсянепререкаемыми и затрудняют исследование и изучение химии, причем абсолютно во всех ее составляющих, которые не вписываются в рамки этихпредставлений.Задача настоящей статьи состоит в том, чтобы внаиболее доступной форме рассказать о строении иëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹3, 1996свойствах некоторых малоизвестных соединенийметаллов.
Начнем с неметаллов, чтобы лучше понять, чем от них отличаются металлы.ÇÄÜçÖâòàÖ éëéÅÖççéëíà ëíêéÖçàüëéÖÑàçÖçàâ çÖåÖíÄããéÇСамые неметаллические элементы – это инертные газы. В твердом состоянии, например при глубоком охлаждении, они образуют кристаллы, построенные как бы из твердых шариков. В валентномотношении этим атомам ничего не надо, их электронные оболочки насыщены, замкнуты, они оченьслабо взаимодействуют друг с другом.
Можно сказать, что эти атомы почти не ощущают друг друга.Рис. 1. Модель инертных газов в кристаллическом состоянии.Ряд атомов других элементов-неметаллов, претерпев минимальные химические взаимодействия,входит в состав простейших молекул, образуя приэтом у каждого атома замкнутую электронную оболочку. Такие молекулы начинают напоминать атомыинертных газов, правда, геометрически более сложные. Таковы, например, молекулы галогенов F2 , Cl2 ,Br2 , J2 .
В твердом состоянии кристаллы этих моле-Рис. 2. Модель кристаллов двухатомных молекул.кул напоминают ящик с гантелями. Таковы же кристаллы, построенные из молекул O2 , N2 , и другие.Если мы найдем как ученые или выучим как ученики рецепт, как из комбинации атомов строить всеболее геометрически сложные молекулы (например, H2O, NH3 , C2H5OH, C6H6), такие, чтобы у каждого атома молекулы обнаруживалась бы замкнутаянасыщенная электронная оболочка, напоминающая оболочку инертного газа, то узнаем, как получать так называемые молекулярные вещества.Молекулярными веществами называются такие вещества, в которых химические взаимодействия внутри молекулы принципиально более сильные, чеммежду молекулами.
В кристаллическом состояниитакие вещества всегда будут напоминать ящик с какими-нибудь экзотическими (разнообразными поформе) фруктами или предметами [1, 2].Все успехи органической химии, биохимии, да исамой живой природы связаны с освоением приемов, позволяющих конструировать такие молекулы, иногда очень большие. Но следует обратитьвнимание на то, что людьми и природой при этомиспользуется очень ограниченный набор атомов иочень ограниченным оказывается набор реализуемых типов связей. Почти все типы известных ковалентных химических связей упоминаются уже вшкольном учебнике. Легко выясняется, что для подавляющего большинства металлов конструирование подобных обособленных молекул оказываетсятруднореализуемой задачей.
Причем не только длясовременной химии, возможности которой, конечно, сильно ограничены, но, что более важно, для самой природы. Так, в условиях Земли соединенияметаллов, построенные из обособленных молекул,почти не встречаются. Почему это так? Где металлыпереходят в неметаллы и что действительно новогоможно обнаружить в современной химии металлов,мы сейчас увидим.åÖíÄããõ Ç åéãÖäìãüêçéå ëéëíéüçààПопробуем понять, что же все-таки отличает металлы. Во-первых, их электронные оболочки крайне далеки от завершения. Слово “крайне” требуетпояснения. Так, нехватка двух электронов до оболочки инертного газа – это уже много.
Добавитьатому два лишних электрона удается только дляочень электроотрицательных элементов. И второе,что еще более важно, – это то, что электронныеоболочки легко деформируются (иными словами,легко поляризуются). Электронные оболочки атомов тяжелых элементов более поляризуемы. Поэтому металлические свойства нарастают сверху внизпо Периодической системе. Структура кристаллического металла в таком случае начинает напоминать сильно сдавленные, плотно упакованные шарики. При “бытовом” модельном представленииэта ситуация будет напоминать ящик с сильно сдавленными и уже частично вытекшими помидорами.ãÖåÖçéÇëäàâ Ñ.Ä.
çéÇõÖ åÖíÄããëéÑÖêÜÄôàÖ ëéÖÑàçÖçàü à åÄíÖêàÄãõ35атомов. Сравним эти молекулы с молекулами Cl2 ,N2 , HСl:N≡NCl–ClРис. 3. Модель металлов в кристаллическом состоянии.В таком случае выдавленная наружу томатная паставыполняет роль клея. Ту же роль в металле играетэлектронный газ, который удерживает, стягиваетсвоим делокализованным отрицательным зарядомчастично лишенные электронов катионы металла.И тут выясняется, что “мягких” атомов, готовыхлегко отдать часть (небольшую) своих электронов, вприроде очень много.
Эти “мягкие” атомы готовывзаимодействовать с чем угодно, в том числе и сдругими такими же атомами. Связи между ионамиметалла, которые обеспечивает “электронный газ”,оказываются ненаправленными, делокализованными. Таких атомов несравнимо больше, чем атомов,готовых образовать жесткие, сильно обособленныеот окружающего взаимодействия геометрическиекаркасы, именуемые молекулами [3, 4].Можно ли заставить атомы металла образоватьстрого направленные связи? Например, поможемему разрушить многочисленные межметаллическиесвязи, испарив его, как мы испаряем воду.
Правда,для металлов требуется значительно более высокаятемпература. И тут неожиданно выясняется, чтоочень многие металлы испаряются в виде димерныхмолекул:WметаллWатом + W 2молекула + более сложные частицы.Так, например, в газовой фазе обнаруживаются молекулы Li2 , Na2 , Mo2 , W2 , Na–Au и многие другие.Анализ их электронного строения показал, что связи в таких молекулах могут быть как ординарными,так и кратными, как неполярными, так и полярными [3, 5].Na–Na2sd0p0–Mo –– Mos2d10p0Na–Au.Обратим также внимание на то, что в новых длянас молекулах металлов реализуются завершенныеэлектронные подоболочки, и это понятно и логично, так как каждая подоболочка, имеет свою энергию.
Правда, “завершается” лишь подоболочка, а необолочка, как в молекулах неметаллов. Молекулыметаллов уже сильно напоминают молекулы типичных неметаллов, однако сохраняют ярко выраженную готовность при приближении любого реагентапроявить свои металлические свойства, предоставив для взаимодействия свои электроны (в первуюочередь s-электроны) и электронные вакансии (р0).Таким образом, перед нами некоторое новоезнание о поведении атомов металлов в так называемом нульвалентном состоянии (то есть не катионном и анионном).çéÇõÖ íàèõ àéççõï ëéÖÑàçÖçàâåÖíÄããéÇ. ùãÖäíêàÑõПерейдем к катионному состоянию металлов.Поскольку катионное состояние наиболее характерно для самых электроположительных металлов(щелочных и щелочноземельных) и именно у нихпроявляется в наиболее чистом виде, то будем говорить именно о них.Хорошо известно, что энергия кристаллическихрешеток типично ионных соединений очень высока.Это самые прочные из всех существующих химических связей.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
