Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
2°. Способность атома образовывать химические связи с другими атомами или группами называют валентностью. Различают два основных типа валентности: ковалентность, равную числу ковалентных связей, образованных атомом в молекуле, и ионную валентность (гетеро-, или электровалентность), равную числу электронов, отданных или полученных атомом при образовании ионной молекулы.
Иногда пользуются также понятиями валентности по отношению к водороду или кислороду, равными числу присоединяемых (или замещаемых) в молекуле атомов, соответственно, водорода и кислорода.
3°. Большой класс молекул образуют ионные молекулы, состоящие из ионов химических элементов, входящих в молекулу. Общая сумма положительных и отрицательных зарядов ионов в молекуле равна нулю, вследствие чего ионные молекулы электрически нейт-
830
VI.4. МОЛЕКУЛА
ральны. Силы, обеспечивающие устойчивость молекулы, имеют в основном электрическую природу.
Примерами типичных ионных молекул могут служить молекулы щелочно-галоидных солей, образованные ионами атомов элементов I и VII групп Периодической системы: NaCl (Na+Cl-), RbBr, CsJ и т. п. Поскольку ионные молекулы могут быть образованы .лишь из ионов атомов различных химических элементов, связь ионов в таких молекулах называют также гетерополярной (от греческого «гетеро» — «разный»).
4°. Образование ионных молекул определяется повышенной устойчивостью внешней восьмиэлектронной s + р-подгруппы в атомах. Атомы, внешняя оболочка которых насчитывает более четырех электронов, стремятся приобрести электроны, необходимые для дополнения их внешней s + р-подгруппы до восьмиэлектронной (обладают так называемой электроотрицательностью). Особая устойчивость восьмиэлектронной конфигурации объясняется тем, что при заполнении всех восьми состояний BS+ р-подгруппе она становится мало восприимчивой к внешним воздействиям ввиду полной компенсации орбитальных и спиновых моментов электронов.
При сближении атомов осуществляется переход внешних электронов от электроположительных к электроотрицательным атомам с образованием соответственно положительных и отрицательных ионов этих атомов и их объединением в ионную молекулу.
5°. Потенциальная энергия двухатомной ионной молекулы типа NaCl1 образованной однозарядными ионами Cl- и Na+, равна
J7 _ J_ Є2 , be2 _ ере I _ ePe2 _ ZPelPe2 + Pe I + Pe2 )
[гг9 г2 г2 г3 2aj 2a2 J ’
где г — расстояние между центрами ионов, ре1 и ре2 — дипольные моменты каждого из ионов, O1Ha2 — поляризуемости ионов, Ъ — постоянная, k — —-— . При дис-
4пе0
социации молекулы на ионы (г °с>) U ~ 0. Первый член справа учитывает энергию кулоновского притяжения разноименно заряженных ионов, второй член — энергию взаимного отталкивания ионов, третий и четвертый члены — энергию притяжения свободных зарядов ионов диполями с дипольными моментами Pel И Pe2, образовавшимися вследствие взаимной поляризации
VI.4.2. АТОМНЫЕ МОЛЕКУЛЫ
831
электронных оболочек ионов, пятый член — взаимодействие самих индуцированных дипольных моментов, шестой и седьмой члены — энергию деформации квази-упругих диполей (квазиупругую энергию).
6°. Потенциальная энергия ионной молекулы U имеет минимум Г/мин при г = ге, соответствующем равновесному расстоянию между ионами (рис. VI.4.1).
^ыин
= _ke2
8 + 5(^ + ?) + 4 K1 и2
18 гГ
9гГ
Величину Ге находят ИЗ уело- рис VI.4.1
вия I — I = 0, означающего условие минимума по-ЫГ Jr=Te
тенциальной энергии молекулы. Приближенное уравнение для ге имеет вид (если в разложении ре1 и ре2 по степеням 1 /г отбросить члены с г выше г9):
2(cxj + а2) Wa1K2 = 9Ь
3 6 8 "
Г ГГ
' е ' е ' е
7°. Распад молекулы на составляющие ее ионы называют диссоциацией молекулы. Величина Umvalи энергия Dvi диссоциации молекулы на два иона связаны соотношением
Dii = ~иыин.
С энергией диссоциации D молекулы на нейтральные атомы величина Dk связана соотношением
Dvi = D-^eq-E,
где ф — потенциал ионизации электроположительного атома, E — энергия сродства к электрону электроотрицательного атома.
2. АТОМНЫЕ МОЛЕКУЛЫ
1°. Атомными молекулами называют молекулы, в которых основное состояние соответствует нормальным состояниям нейтральных атомов. Силы, обеспечивающие устойчивость атомных молекул, являются
832
VI.4. МОЛЕКУЛА
обменными и имеют специфический квантовый характер. Они действуют между внешними электронами атомов в молекуле.
Атомные молекулы в ряде случаев образованы одинаковыми атомами. Поэтому связь атомов в таких молекулах называют также гомеополярной (от греческого слова «гомео» — «одинаковый») или ковалентной.
2°. В простейшем случае молекулы водорода, образованной из двух одинаковых атомов, уравнение Шрёдингера имеет вид
A1V + A2V +^t(E-U)V = 0.
Tl*
ГДЄ 2
и = + ke^ -kez Y Г -L + J- 1.
r12 rI, II ' rIi rIli '
?=1
Первый член в U соответствует кулоновскому взаимодействию между электронами атомов I и II, второй — кулоновскому взаимодействию между ядрами атомов I и II (приближенно полагают Гу ц = const, т. е. считают ядра I и II закрепленными), третий член учитывает ку-лоновское взаимодействие электрона атома I с ядрами атомов I и II и электрона II с ядрами атомов I и II.