Главная > Разное > Биология и квантовая механика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Кратные связи между атомами.

В некоторых молекулах связи между атомами осуществляются не одной, а двумя и тремя парами электронов. Такие связи называются соответственно двойными и тройными. Типичным примером молекул с тройной химической связью является молекула азота. Если обозначать, как делают химики, каждую химическую связь черточкой, соединяющей атомы, то молекулу можно записать в виде .

Выше отмечалось, что трехвалентное состояние атома азота характеризуется тремя функциями (5.1), согласно которым эти валентности направлены под прямым углом друг к другу. Если направить ось z вдоль линии, соединяющей два атома азота, то одна из химических связей образуется при перекрывании волновых

функций обоих атомов. Соответствующая молекулярная функция не зависит от поворота вокруг оси z и не меняется при отражениях во всех плоскостях, проходящих через эту ось. Электроны, образующие такую связь, называются а-электронами. К -электронам относятся все электроны, образующие одиночные связи между атомами.

Две другие пары электронов в молекуле азота образуют дополнительные связи. Одна пара электронов образует связь при перекрывании волновых функций состояний обоих атомов. Вторая — при перекрывании волновых функций . Волновая функция молекулы, образованная из функций меняет знак при отражении в плоскости а функция молекулы, образованная из атомных функций меняет знак при отражении в плоскости . Электроны, образующие такие химические связи, получили название -электронов.

Энергия связи, образованной -электронами, меньше, чем энергия связи, образованной а-электронами, так как меньше перекрываются волновые функции -электронов. Таким образом, в молекуле азота из трех химических связей только одна образована -электронами, а две другие — -электронами. Это правило распространяется на другие тройные связи между атомами.

Тройная связь между атомами углерода наблюдается в молекуле ацетилена, имеющей линейную структуру . В этой молекуле валентное состояние атомов углерода описывается четырьмя функциями:

Электроны в еостояниях образуют две -связи в каждом атоме углерода. Одна из них идет на удержания атома водорода, а вторая составляет основную -связь между атомами углерода. Электроны в состояниях ответственны за две -связи между атомами углерода.

Атомы углерода могут образовать между собою и двойную связь. Такая связь наблюдается, например, в молекуле этилена

В этом случае валентное состояние атома углерода описывается четырьмя функциями вида

Три -связи образуются первыми тремя функциями. Эти свявж лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси , и составляют между гобой углы 120°. Одна из них удерживает второй атом углерода, а две другие — атомы водорода. Электроны, находящиеся в состояниях образуют -свяэь. Наибольшее перекрывание волновых функций обоих атомов углерода осуществляется в том случае, когда координатные оси обоих атомов параллельны. Это условие обеспечивает стабильность плоской структуры молекулы этилена.

В молекуле этана с одиночной -связью между атомами углерода возможно вращение групп вокруг линии, соединяющей атомы углерода.

Атомы, имеющие внешние электроны в состояниях d или в состояниях, энергетически близких к свободным -состояниям, могут образовать не только и -связи, но и слабые -связи, в которых волновые функции электронов, образующих связь, перекрываются в четырех областях межъядерного пространства, перпендикулярных линии связи.

Все приведенные выше примеры указывают на то, что валентное состояние атома существует не само по себе, а возникает путем перестройки электронных состояний в процессе образования молекул. При этом электронное состояние характеризует всю молекулу в целом. Выделение электронных состояний отдельных атомов (или ионов) и отдельных химических связей возможно только при большом упрощении, а в некоторых случаях, как мы увидим в следующем разделе, такое выделение вообще невозможно.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление