Терней - Органическая химия I (1125892), страница 7
Текст из файла (страница 7)
д. Металлы имеют низкие потенциалы ионизации, а неметаллы — высокие. Правило Гунда. При заполнении орбиталей с одинаковой энергией на каждой орбиталн размещается по одному электрону, прежде чем какая-либо из этих вырожденных орбиталей получит два электрона. Ниже это правило иллюстрируется на примере последовательного размещения шести электронов на 2р-энергетическом уровне. 1. 2р 2р 2р Т Т 2. 2р 2р 2р 3. Т Т Т 2р 2р 2р Т1Т Т 4.
2р 2р 2р Т1 Т1 Т 5. 2р 2р 2р И ТХ Т1 6. 2р 2р 2р Правило Гунда позволяет проследить за электронными структурами элементов, которые образуются в результате последовательного добавления в электронное окружение ядра одного электрона за другим. Построение следует так называемому принципу надстройки. Протон. Положительно заряженная частица, заряд которой по величине равен заряду электрона (но противоположен по знаку). Содерясится во всех ядрах.
Протон является ядром атома водорода, вследствие чего водородный атом, потерявший свой единственный электрон, называют протоном. Н ° ъ-~- ЮО + НЕ атом водорода электрон протон а-'1астпца (альфа-частица). Частица, содержащая два нейтрона и два протона и несуп а за ряд +2. Эти частицы идентичны ядру обычных атомов гелия (атомный номер 2, массовое число 4). Поток таких частиц называют а-лучами. а-Лучи испускаются при некоторых типах радиоактивного распада. Электроотрицательность. В общем смысле электроотрицательность означает «сродство к электропам». Обычно химики используют это выражение, подразумевая степень прптяясеиия меясду ядром и электронами на внешней орбиталн (орбиталях).
Наиболее электроотрицательиьте элементы расположены в верхнем правом углу периодической систелсы элементов; и их числу относятся фтор, кислород и азот. Наименее электроотрпцательные элементы, называемые электрополонсительными, включают щелочные с(группа 1) и щелочноземельные (группа П) металлы. Электроотрицательность играет основнуго 26 кллвА 1 роль при определении природы взаимодействия между атомами прп протекании реакции.
Этот аспект химии будет описан в гл. 2. Энергия связывания. Энергия, за счет которой составные частицы атома удерживаются вместе. Это энергия, которая выделится при его образовании из? нейтронов, протонов, электронов, находящихся в бесконечности. ЗАДАЧИ .М. Чем отличаются: а) массовое число и атомный номер б) атомная масса и атомный номер в) главноз квантовое число и основное квантовое число г) электроетрицательность и сродство к электрону д) катион и анион е) дейтерий н,,тритий ж) 2г-орбиталь и 2р-орбиталь з) орбита и орбиталь 2. С помощью «Справочника химика» определите 10 элементов с атомным номером меньше 92, имеющих изотопы, которые а) радиоактивны и 6) не встречаются в природе.
3. Какой вклад в теорию атома был сделан следующими учеными: а) Паули д) Штерном и Герлахом б) де Бройлем е) Зееманом в) Бором ж) Шредингером г) Резерфордом з) Полиигом 4. а) Какие из следующих орбиталей не имеют узловой поверхности: 1г, 2г и 2р? б) Какие из перечисленных орбиталей имеют узловую плоскость? о. Сравните и укажите различия в электронных конфигурациях углерода и кремния. 6.
Используя данные, приведенные в табл. 1-2, рассчитайте атомные массы а) кислорода, б) бора и в) азота. 7. Будет ли сродство атома к электрону равно по величине потенциалу ионизации аниона этого атома? Поясните ваш ответ. 8. Какие из следующих пар атомов должны образовывать связи, имеющие более чем на 50»о ионный характер: а) НВг; 6) НС1; в) Н1; г) ??Вг; д) ВгС1; е) СО? Р. В то время как процесс надстройки обеспечивает заполнение орбитали, данные по потенциалам ионизации указывают на то, что электроны уходят от атома в соответствии с пх квантовыми числами.
Предложите объяснение этому различию. 10. Сказано, что внутри данного главного квантового уровня г-орбиталь более «электроотрицательна», чем соответствующая р-орбиталь. Обоснуйте эту разницу, используя элентроотрицательности орбиталей. 11. Сколько протонов и сколько нейтронов имеется в ядрах изотопов хлора с массовыми числами а) 35 и 6) 37? .?2. Число'протонов в ядре галогенов,увеличивается в ряду 1 ) Вг ) С1 ) Р. Хотя увеличение числа протонов в ядре должно было бы привести к тому, что электроны вокруг ядра удерживались бы более прочно, потенциалы ионизации галогенов уменьшаются в ряду Р— »- С1»- Вг-»-?. Объясните это кажущееся противоречие. .13. Какая связь существует между способом написания формулы и электроотрицательностью элементов, составляющих эти формулы? Обоснуйте ваш ответ для следующих формул: ХаС?, СаВг», НС1, ВгС1, Н О, Н,ЯО4.
Можно ли то же самое сказать о комплексных анпонах? Воспользуйтесь следующими примерами: Сг01- (хромат-ион), ЭО'- (сульфат-ион), ХО~ (нитрат-ион), Мп04 (перманганат-ион). 2. ОТ СВЯЗЕЙ К МАЛЫМ МОЛЕКУЛАМ 2.1. ВВЕДЕНИЕ В начале настоящей главы мы расскажем о том, как атомы могут объединяться в молекулы. Рассмотрев различные типы связей, которые существуют в органических соединениях, мы обсудим теорию молекулярных орбиталей и применение этой теории для описания связей в некоторых малых молекулах. Затем мы перейдем к теории отталкивания электронных пар валентной оболочки и к понятию гибридизации, которые помогут нам представить образование связей в более сложных молекулах. Далее мы кратко расскажем о том, как структуры Л'ьюиса используются для представления органических молекул. Часть этого рассказа будет посвящена расчету заряда («формального заряда») на атомах в молекулах.
Наконец, мы остановимся на очень важной для понимания строения и реакций органических соединений теории резонанса. Важно, чтобы к концу главы у читателя создалось ясное представление о гибридизации, структурах Льюиса и резонансе. К этим понятиям нам неоднократно придется обращаться в последующем изложении. 2.2.
КАК МЫ МОЖЕМ ОПРЕДЕЛИТЬ ПОНЯТИЕ «связь». Для того чтобы можно было сказать, что между двумя частицами, будь то индивидуальные атомы или очень большие молекулы, существует связь, аддукт (т. е. новая комбинированная частица), образовавшийся из компонентов, должен иметь «разумное время жизни». На заре органической химии «разумное время жизни» означало, что нечто существует достаточно долго, чтобы его можно было налить в бутылку и поставить на полку. Позже это выражение получило более широкое значение, означающее, что аддукт должен иметь достаточное для измерения время жизни.
С совершенствованием методов исследования последнее сократилось. Стало очевидным, что любое временное определение связи, так. же как и большинство определений, основанных на эксперименте, зависит от доступной точности измерений и, следовательно, результаты будут варьировать. В конце концов пришли к выводу, что связь между двумя частицами лучше всего определять через энергию, которую система теряет при образовании аддукта.
Рассмотрим, например, две частицы, которые сначала находятся так далеко друг от друга, что практически не взаимодействуют между собой. По мере того как эти частицы сближаются, они все сильнее притягивают друг друга, выделяя энергию. Именно эта выделенная энергия, т. е. энергия, которой система частиц больше не обладает, и есть, по нашему определению, мера «связи» между частицами. Чем больше выделилось энергии, тем сильнее связь между частицами. 28 глАвл з 2.3.
КАКИЕ ТИПЫ СВЯЗЕИ СУЩЕСТВУЮТ7 Строение большинства молекул можно объяснить с помощью двух типов связей: электростатической и ковалентной. В данной главе мы обсудим при- роду и свойства этих связей. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ Мы начнем с рассмотрения электростатической связи, образующейся в результате притяжения между противоположно заряженными частицами.
В этом случае возможны три типа взаимодействий: ион-ионные (ионные связи), ион-дипольные и диполь-дипольные. ИОННЫЕ СВЯЗИ. Реакция атома натрия (электр оположительный элемент) с хлором (электроотрицательный элемент) является процессом переноса электрона (натрий отдает электрон хлору).
При этом атом натрия Хао+ С1о -+. ХаС1 (или Ха~С1~-) или (1ез2ез2реЗе1) о + (1ве2ее2рвЗевЗрв) о (1вв2гв2рв)Ю+ (1вз2ез2рвЗееЗре)8 Рис. 2-1. Разные способы написания реак- ции атома натрия с атомом хлора. При последнем варианте написания символы оле- ментов подразумевают также и внутренние алек- троны; ',подроГ>но показаны только внешние (ва- лентные) злентроны.
или Ха. + еС1: -э-Ма~+:С1$О становится положительно заряженным ионом натрия, а хлор — отрицательно заряженным ионом хлора (рис. 2-1). Эти противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу, и потенциальная энергия такой ионной Рис. 2-2. Кристаллическая решетка хлорида натрия. Линии не являются связями и нарисованы для луч- шего восприятия. В кристалле ионы соприкасаются.
ОС)е Ф Ха системы уменьшается по мере того, как они сближаются. По достижении какого-то минимума потенциальная энергия системы будет снова увеличиваться, когда оба иона начнут претендовать на одно и то же пространство. Уменьшение энергии, происходящее при сближении ионов, отпражает прочность связи между 11а~ и С10. Несколько способов изображения реакции между атомом натрия и атомом хлора изображено на рис 2-1. Ионные соединения обычно представляют собой твердые тела с высокими температурами плавления. В этих телах ионы занимают строго определенные положения, называемые узлами кристаллической решетки.
Как показано на рис. 2-2, в ионных кристаллах ни один из катионов не принадлежит ни одному из анионов. Например, в кристалле хлорида натрия у каждого иона — шесть эквивалентных соседей (но нет молекул1). Более того, от связий к мАлым молин»ллм 29 связь между противоположно заряженными ионами не имеет пространственной направленности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
