lection7 (1113305), страница 4
Текст из файла (страница 4)
У кислорода 6своих электронов, еще 2 предоставляют ему 2 атома водорода. Всего вокруг кислорода 8электронов или 4 электронные пары. Эти пары расположены в пространстве максимальносимметрично – считаем, что все они одновременно притягиваются к общему центру(кислород) и взаимно отталкиваются. Фигура, которую могут по таким законам образовать4 шара – тетраэдр.
На двух вершинах этого тетраэдра находятся ядра водорода, и междуэтими двумя вершинами угол может отличаться от тетраэдрического. Вывод: формамолекулы Н2О угловая, атомы водорода на концах угла.Пример: определить форму молекулы SF4Сначала определяем число электронов вокруг центрального атома. У серы 6 своихэлектронов, на образование связей с 4 атомами фтора фтор “предоставляет” еще 4электрона для получения электронных пар. Всего вокруг центрального атома серы 10электронов или 5 пар. Максимально симметричная фигура – тригональная бипирамида (дватетраэдра с общей гранью).
Фторы располагаются у двух вершин центральноготреугольнаки и на противостоящих вершинах “состыкованных” пирамид. Форма молекулыSF4 – “качели”, “ручной пулемет на ножках” или дисфеноид.13Литература для более глубокого изучения:1. Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. Пер с чешс. – М.: Мир, 1979. – 504 с.2. Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь. Пер. с нем. – М.: Мир, 1974. – 296 с.3. Гиллеспи Р., Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строениемолекул: Пер.
с. англ. – М.: Мир, 1992. – 296 с.Дополнение 1 к лекции 7История создания теории химической связи1852 г. Эдуард Франкланд англ.(E.Frankland) (18.01.1825-1899) одновременно соткрытием металлоорганических соединений ввел понятие валентности (без термина)(цинкалкилы в 1849 г) – "On a new series of organical bodies containing metals", Phil.Trans.,1852, p.417; Ann.Chem., 85, 329 (1853). Впервые показано на примере замещения кислородав олове на этилы (SnO2 → SnO(C2H5)2 → Sn(C2H5)4 ), что соединительная способностьметалла неизменна по отношению к совершенно разным группам.
Ранее химики призналивозможность замещения водорода на хлор в органических соединениях (Герман Кольбе,1843-1845 г)1857 г. Август Фридрих Кекуле нем.(A.F.Kekule) (7.09.1829-1896) расположилэлементы по их "атомности" или "основности" – Ann.Chem., 104, 132, (1857) – впервыечетырехвалентность углерода. Затем он вводит понятие С-С связь и выводит формулу дляалканов CnH2n+2 – Ann.Chem., 106, 129, (1858). Циклическая формула бензола – Bull., 3, 98,(1865); Ann.Chem., 137, 129 (1866).1858 г.
Станислао Канниццаро итал.(S.Cannizzaro)(13.07.1826-1910) на основезакона Авогадро четко разграничил понятия "атом", "молекула", "эквивалент" – NuovoCimento, 7, 301 (1858).1861 г. Александр Михайлович Бутлеров (15.09.1828-1886) ввел термин"структура" – Zeit.f.Chem., 1861, S.549 и решил проблему изомерии (на примередиброммасляной кислоты) – Bull. Soc. chim., 1864, p.100.1863 г. Эмиль Эрленмейер нем.(R.A.C.E.Erlenmeyer) (28.06.1825-1909) предложилдвойные и тройные связи между углеродами – Zeit.f.Chem., 1863, S.678.1868 г. Г.Вихельхауз ввел термин "валентность".1874 г.
Жозеф Ашиль Ле Бель франц.(J.A.Le Bel) (24.01.1847-1930) и ЯкобХендрик Вант-Гофф голл.(J.H.van't Hoff) детально разработали теорию оптическойизомерии из тетраэдра углерода – Bull., 1874, p.337; La chimie dans L'espace, Rotterdam,1875.1893 г. Альфред Вернер швейц.(A.Werner) (12.12.1866-1919) – понятие"дополнительной валентности" в комплексных соединениях – Zeit.anorg. Chem., 3, 267(1893).1899 г. Иоганн Тиле нем.(F.C.J.Thiele) (13.05.1865-1918) – понятие сопряжениядвойных связей – Ann. Chem., 308, 333 (1899).1899 г. Рихард Абегг нем.(R.Abegg) (9.01.1869-1910) и Гвидо Бодлендернем.(G.Bodlander) (31.07.1855-1904) – понятия электросродства и электровалентности –Zeit.anorg.
Chem., 20, 433, (1899) . Сумма положительной и отрицательнойэлектровалентностей элемента равна 8. (в 1897 г. Дж.Томсон открыл электрон).1908 г. Уильям Рамзай англ.(W.Ramsay) (2.10.1852-1916) – идея о связи атомовпосредством общего электрона.1913 г. Гилберт Льюис амер.(G.N.Lewis) (23.10.1875-1946) предложил термин"металлическая связь".141914-1915 г. Джозеф Джон Томсон англ.(J.J.Thomson) (1856-1940) и Й.Штарк –электронная валентность и понятие "валентный электрон".1916 г.
Гилберт Льюис (выше) – теория кубического атома (правило октета) иточечные формулы для атомов – J.Am.Chem.Soc., 38, 762, (1916).1919 г. Ирвинг Ленгмюр амер.(I.Langmuir) (31.01.1881-1957) – понятияположительной, отрицательной и ковалентности – J.Am.Chem.Soc., 41, 868 (1919).1923 г. Йоханнес Бренстед дат.(J.N.Bronstedt) (22.02.1879-1947) и Гилберт Льюис(выше) разработали протонную и электронную теории кислот и оснований. Льюис – идеямезомерии (резонанса).1925 г. Вернер Карл Гейзенберг нем.
(1901-1976) разработал матричную механику –первый вариант квантовой механики. 1927 г – принцип неопределенности. 1932 – протоннонейтронная модель ядра. Нобелевская премия 1932.г.1925 г. Вольфганг Паули австр.(1900-1958) сформулировал принцип квантовогозапрета.1926 г. Эрвин Шредингер австр. (12.08.1887-1961) опубликовал новый подходдинамического описания микрочастиц (уравнение Шредингера).1927 г. Вальтер Гайтлер нем.(W.H.Heitler) (2.01.1904) и Фриц Лондоннем.(F.London) (7.03.1900-1954) выполнили неэмпирический расчет молекулы водорода.Фридрих Гунд (Хунд) нем.(F.Hund) (4.02.1896) сформулировал правила заполненияэлектронных оболочек и основы метода МО.Лайнус Полинг амер.(L.C.Pauling) (28.02.1901) вывел значения ионных радиусов.1928 г.
Лайнус Полинг (выше) – теория резонанса и идея гибридизации атомныхорбиталей.1929 г. Джон Леннард-Джонс англ.(J.A.Lennard-Jones) (27.10.1894-1954) создалосновы метода МО-ЛКАО.1931 г. Г.Уайт – графические изображения s, p, d, f – орбиталей. Ф.Гунд (выше) –понятие о сигма и пи-связях.1931-1934 г. Лайнус Полинг (выше) и Дж.Слейтер разработали метод ВС.1932 Лайнус Полинг (выше) создал шкалу электроотрицательностей.1934 Лайнус Полинг (выше) и М.Хаггинс ввели понятие ковалентных радиусов.1957 г. Роналд Гиллеспи канад.(R.J.Gillespie) (24.08.1924) создал модель ОЭПВО.1969 г.
Г.Шилл и К.Цюрхер синтезировали трехзвенный катенан.15Дополнение 2 к лекции 7Игра "Параллельный мир"Для того, чтобы лучше понять роль "абстрактных" постулатов в окружающем насмире, полезно переместиться в "Параллельный мир". Принцип простой: структураквантовых чисел немного искажается, затем на основе их новых значений строимпериодическую систему параллельного мира. Игра будет удачной в том случае, еслименяется только один параметр, не требующий дополнительных допущений по взаимосвязиквантовых чисел и уровней энергии.Впервые подобная задача-игра была предложена школьникам на Всесоюзнойолимпиаде в 1969 году (9 класс):"Как бы выглядела периодическая система элементов, если бы максимальное числоэлектронов в слое определялось формулой 2n2-1, а на внешнем уровне не могло бы бытьбольше семи электронов? Изобразите таблицу такой системы для четырех первых периодов(обозначив элементы их атомными номерами).
Какие степени окисления мог бы проявитьэлемент N 13? Какие свойства соответствующего простого вещества и соединений этогоэлемента вы могли бы предположить?Такая задача слишком сложна. В ответе необходимо проанализировать несколькосочетаний постулатов, устанавливающих значения квантовых чисел, с постулатами о связимежду этими значениями.
При детальном разборе этой задачи мы пришли к выводу, чтоискажения в "параллельном мире" получаются слишком большими, и мы не можемкорректно прогнозировать свойства химических элементов этого мира.Мы в СУНЦ МГУ обычно используем более простую и наглядную задачу, в которойквантовые числа "параллельного мира" почти не отличаются от наших. В этомпараллельном мире живут аналоги людей – хомозоиды.Периодический закон и строение атома. Задача 1.Хомозоиды живут в параллельном мире, имеющем следующий набор квантовыхчисел:n = 1, 2, 3, 4, ...l = 0, 1, 2, ...
(n – 1)ml= 0, +1, +2,...(+l)ms = ± 1/2Постройте первые три периода Их периодической таблицы, сохраняя наши названия дляэлементов с соответствующими номерами.1. Чем умываются хомозоиды?2. Чем напиваются хомозоиды?3. Напишите уравнение реакции между Их серной кислотой и гидроксидомалюминия.Анализ решения.Строго говоря, нельзя изменить одно из квантовых чисел, не затрагивая остальных.Поэтому все описанное ниже – не истина, а учебная задача.Искажение почти незаметно – магнитное квантовое число становитсяассимметричным. Впрочем, это означает существование в параллельном миреоднополюсных магнитов и другие серьезные последствия.
Но вернемся к химии. В случае sэлектронов изменений не происходит (l = 0 и ml = 0). Следовательно, водород и гелий там теже самые. Полезно вспомнить, что по всем данным именно водород и гелий являютсясамыми распространенными элементами во Вселенной. Это позволяет допуститьсуществование подобных параллельных миров. Однако для p- электронов картина меняется.При l = 1 мы получаем два значения вместо трех: 0 и +1. Следовательно, имеется только две16p- орбитали, на которых можно разместить 4 электрона. Длина периода уменьшилась.Строим "клетки-стрелочки":Построение Периодической таблицы параллельного мира:Периоды, естественно, стали короче (в первом 2 элемента, во втором и третьем – по6 вместо 8. Очень весело воспринимаются изменившиеся роли элементов (названия заномерами сохраняем специально): инертные газы O и Si, щелочной металл F.
Чтобы незапутаться, будем обозначать их элементы только символами, а наши – словами.Анализ вопросов задачи позволяет разобрать значение распределения электронов навнешнем уровне для химических свойств элемента. Первый вопрос простой – водород = H,а кислородом становится C. Все сразу соглашаются, что без галогенов (N, Al и т.д.)параллельный мир не обойдется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
