- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •Энергия связи атомов в молекуле
- •При соединении двух атомов в молекулу возможны два предельных типа связи:
- •Второй тип связи: Один или несколько
- •Между этими предельными типами сущес- твует множество промежуточных вариан-
- •Метод линейной комбинации атомных
- •Иллюстрация метода ЛКАО на примере иона молекулы водорода
- •Энергия иона молекулы водорода
- •Ионная связь
- •Пример ионной связи
- •Энергия молекулы хлористого калия
- •Молекулярные спектры.
- •Излучение молекул, так же, как и атомов, происхо-
- •Вращение двухатомных молекул
- •Момент импульса вращающейся молекулы равен
- •Рассмотрим в качестве примера молекулу CO. Мас-
- •Колебания двухатомных молекул
- •Рассматривая двухатомную молекулу как систему
- •Рассмотрим в качестве примера молекулу CO. Для
- •Электронные спектры молекул
- •Итак, при анализе мо-
Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
25 (1). Физика молекулы. Ковалентная и ионная связь. Молекулярные спектры.
Энергия связи атомов в молекуле
Энергия диссоциации молекул имеет поря-
док нескольких электронвольт (экспери-
ментальный факт). Это означает, что в
образовании молекулы участвуют лишь внешние, слабо связанные электроны, а состояние внутренних электронов (их
энергия связи имеет порядок сотен и
тысяч эВ) практически не изменяется.
При соединении двух атомов в молекулу возможны два предельных типа связи:
Первый тип связи: Одна или несколько пар электронов (по одному от атома) из незапол- ненных внешних оболочек становятся общими для обоих атомов, причем спины этих электро- нов становятся антипараллельными друг другу. Такие электроны наз. спаренными. При этом оказывается, что вероятность нахождения спаренных электронов между атомами больше, чем снаружи. Между атомами возникает облако отрицательного заряда; это и создает силу при- тяжения. Такая связь наз. ковалентной. Примеры: молекулы H2, O2, N2 и др.
Второй тип связи: Один или несколько
внешних электронов одного атома перехо- дят к другому атому и достраивают его не- заполненную электронную оболочку. Об-
разовавшиеся ионы разноименных знаков притягиваются друг к другу электростати- ческими силами и связываются в молеку-
лу. Такая связь наз. ионной. Примеры -
соли щелочных металлов, образованные
при соединении с галогенами: KCl, NaCl, KBr и др.
Между этими предельными типами сущес- твует множество промежуточных вариан-
тов распределения зарядов, когда элект-
роны одного атома с большей вероятнос-
тью находятся вблизи одного атома, чем другого. С этой точки зрения можно ион- ную связь рассматривать как предельный
случай, когда вероятность нахождения электрона около атома галогена 100%, а около атома щелочного металла - 0%.
Ковалентная связь - другой предельный
случай, когда вероятности равны 50%.
Метод линейной комбинации атомных
орбиталей (ЛКАО)
Состояние электрона в молекуле описыва- ется волновой функцией, которую можно приближенно определить путем сложения
атомных волновых функций. В квантовой химии волновую функцию электрона при- нято называть орбиталью, отсюда - на- звание метода ЛКАО. Рассмотрим этот ме- тод на простейшем примере - ионе моле-
кулы водорода.
Иллюстрация метода ЛКАО на примере иона молекулы водорода
Энергия иона молекулы водорода
R0 = 1.06 Å, Emin = -16.25 эВ,
Ed = 16.25-13.6 = 2.65 эВ
Ионная связь
Энергия ионизации атомов щелочных металлов:
H |
13.6 Эв |
Li |
5.39 Эв |
Na |
5.14 Эв |
K |
4.34 Эв |
Rb |
4.18 Эв |
Cs |
3.89 Эв |
Энергии сродства
атомов галогенов
к электрону:
H |
0.75 Эв |
F |
3.40 Эв |
Cl |
3.62 Эв |
Br |
3.37 Эв |
I |
3.06 Эв |
Пример ионной связи
В качестве примера рассмотрим молекулу
KCl. Для образования иона K+ необходимо затратить 4.34 эВ. При присоединении
электрона к атому хлора (при образовании
иона Cl-) выделяется 3.62 эВ (энергия
сродства). Таким образом, на образование
ионов K+ и Cl- необходимо затратить энер-
гию E0 = 4.34 - 3.62 = 0.72 эВ.
Ионы K+ и Cl- притягиваются друг к другу;
энергия их электростатического взаимо- действия равна -e2/4 εoR, где R - расстоя-
ние между ионами. Но когда ионы прибли-
жаются друг к другу так, что начинают пе-
рекрываться их электронные оболочки,
возникают силы отталкивания. Энергия отталкивания Eотт = C/Rn, где C - некоторая
константа; показатель n ≈ 20.