От редакции ............................. 5
Предисловие авторов ......................... ' 5
Введение .............................. 7
Начало ............................... 7
Атомная гипотеза — краеугольный камень химии ......... 8
Заря квантовой механики ..................... 8
Глава 1. Квантовая механика и атом водорода ............. Ю
1.1. Интуитивное обоснование квантовой теории .......... Ю
а) Электромагнитный эфир, которого на самом деле не было . . ]Q
б) Е = тс2 .......................... Ц
в) Энергия обладает массой; масса связана с энергией ..... 12
г) Е = mcz и следствия из атомной теории .......... 12
д) Квант: это много или мало? ................. 14
е) Мас(:а и импульс кванта света ............... 15
ж) Е ==? тс2 и следствия из волновой природы света ...... 16
1.2. Квантовая механика ...................... 20
а) Линейчатый спектр атома водорода ............. 20
б) Линейчатый спектр струны гитары ............. 24
в) Линейчатый спектр кожи барабана ............. 26
г) Музыка и электрон ..................... 29
д) Что может рассказать волновая функция? ......... 31
е) Принцип неопределенности ................. 34
1.3. Атом водорода ......................... 35
а) Квантовые числа ....................... 35
б) Схема уровней энергии атома водорода ........... 39
в) Другие одноэлектронные атомы ............... 41
г) Отличие квантовомеханического атома от планетарной модели 44
Глава 2. Многоэлектронные атомы ................... 47
2.1. Уровни энергии многоэлектронных атомов ........... 47
а) Атом гелия ......... - ................ 48
б) Атом лития ..... - .................... 49
в) Вперед к неону ...................... 52
г) Эффективный заряд ядра во втором периоде ......... 55
д) Спин электрона и принцип Паули ............. 56
2.2. Энергия ионизации и валентные электроны .......... 58
а) Литий и бериллий ..... ; ............... 58
б) Второй период таблицы Менделеева ............. 60
в) Сродство к электрону .................... 63
г) Третий и четвертый периоды таблицы Менделеева ...... ™
д) Группы элементов ..................... 68
Глава 3. Квантовая механика и химическая связь
3.1. Что же такое молекула? .: .................. 72
3.2. Почему образуются химические связи? ............. 74
а) Неупорядоченность положения или движения?........ 74
б) Кинетическая или потенциальная энергия?......... 75
3.3. Простейшая молекула H?................... 77
а) Потенциальная энергия Н3.................. 77
б) Силы, действующие в Н2.................. 79
в) Корреляционная диаграмма для Н2............. 81
г) Схема уровней энергии для На............... 85
3.4. Молекулы и принцип Паули.................. 86
а) Молекула водорода..................... 86
б) Принцип Паули для многоэлектронной системы....... 87
в) Связывающие электроны и порядок связи......... 87
г) Экспериментальное определение порядка связи ........ 88
3.5. Многоэлектронные молекулы ................. 92
а) Молекула Li3........................ 92
б) Гидрид лития LiH...................,. . 96
в) Распределение заряда в гидриде лития . . . '........ 99
г) Сопоставление трех молекул с частично ионным характером свя-
зи .............................. 102
д) Обобществление электронов в ионной связи........ 104
3.6. Резюме............................ 105
Глава 4. Простейшие молекулярные орбитали............. 107
4.1. Н2: источник-приближенных МО для На ........... 107
4.2. Приближение МО для 2р-орбиталей.............. ПО
а) Аксиальные 2р^-МО.................... ПО
б) Перпендикулярные 1ру- и 2pz-MO............. Ill
4.3. МО молекулы кислорода................... 112
4.4. МО других гомоядерных двухатомных молекул элементов второго периода............................ 117
4.5. МО гетероядерных двухатомных молекул элементов второго периода........................... 121
4.6. Приближенные МО для метилена СН2............ 123
4.7. Приближенные МО для двуокиси углерода СО2........ 128
а) Приближенные о-МО для СО.,................ 128
б) Приближенные Jt-MO для СО2................ 13Э
в) Схема уровней энергии СО2................. 130
4.8. Общий обзор МО....................... 132
Глава 5. Приближенные представления о химической связи....... 134
5.1. Общие принципы образования связей............. 134
5.2. Инертные газы, электронные пары и химическая связь..... 135
а) Простейшие примеры: Н3, Fa и HF............. 135
б) Соединения кислорода: Оа, НаО и Н2О2........... 136
в) Представление с помощью черточек валентности....... 138
г) Соединения углерода с водородом .............. 139
д) Структур слишком много: положение спасает «резонанс» . . . 143
е) Электронные структуры без молекул......*..... 148
ж) Молекулы без электронных структур............ 150
з) Общие выводы о модели электронов-точек.......... 150
5.3. Инертные газы, квартеты электронов и химическая связь .... 153
а) Спиновые квартеты и ординарные связи.......... 154
б) Спиновые квартеты и кратные связи в Ы2, N0 и Оч..... 154
в) Общие выводы об электронных квартетах.......... 156
-5.4. Ячейки и химическая связь.................. 155
а) На и F2........................... 158
б) Соотношение между методами валентных связей и молекулярных орбита л ей.......................... ]go
в) Ячейки и связи с порядком х/а............... 160
г) Ячейки и двухатомные молекулы второго периода...... Igj
д) Гидриды и фториды элементов второго периода....... 162
е) Тогда зачем же нам возиться с ячейками?.......... 166
Глава_6.^Геометрия и дипольные моменты^молекул........... 16?
6.1. Гибридизация орбиталей и углы между связями........ 168
а) Молекулы НаО и NH3................... J6&
б) Молекула метилена СНа.................. 169
в) Радикал метил СН3..................... 171
г) Молекула метана СН4.................... 171
д) Молекулы ВН3 и BF3................... 174
е) Молекулы ВеНа и BeFa................... 176-
6.2. Межэлектронное отталкивание и углы между связями..... 178
а) Межэлектронное отталкивание в НаО, МН3 и СН4...... 178
б) Межэлектронное отталкивание в ВН3, BF3, BeH3 и BeFa ... 180
в) Межэлектронное отталкивание в РС15 и SF6........ ISO
г) Межэлектронное отталкивание в SF4 и XeF4........ 182
6.3. Сопоставление моделей гибридизации и межэлектронного отталкивания ............................. 183;
6.4. Дипольные моменты молекул................. 186-
а) Дипольные моменты и температуры кипения........ 186
б) Дипольные моменты и теплота испарения.......... 187
в) Влияние геометрического строения молекулы на дипольный мо- 187 мент............................. 187
Глава 7. Тиг(ы химических связей.................. 192
7.1. Коаалентные связи ...................... 192
а) Ковалентность: основной принцип — обобществление электронов ............................. 192
б) Энергия ковалентных связей в гомоядерных двухатомных молекулах ........................... 193
в) Энергия ковалеитных гомоядерных связей в многоатомных молекулах ........................... 196-
г) Длина ковалентных связей................. 198
7.2. Гетерополярные связи: ионные связи............. 201
а) Ионный характер и избыточная энергия связи....... 202
б) Избыточная энергия связи и электроотрицательность .... 204
7.3. Донорно-акцепторные связи ................. 206
а) BF3 и ВН3 : пустые валентные орбитали. ... ...... 206
б) Бериллий и алюминий вне конкуренции.......... 211
в) Положительные ионы (катионы) в растворе......... 212
г) Атом кислорода в роли акцептора электронов....... . 214
д) Резюме......'..................... 218
7.4. Электроноизбыточные соединения............... 218-
а) Ионы тригалогенидов : 1з~ и другие ионы.......... 218-
б) Другие молекулы политалогенидов............. 221
в) Соединения инертных газов................. 224
г) Ион НРг.......................... 226-
д) Водородная связь — связь с избытком электронов...... 227
ж) Водородные связи в воде.................. 229
з) Еще о водородных связях.................. 230
7.5. Электронодефицитные соединения....... ....... 232
а) Диборан В2Нв........................ 232
б) Некоторые высшие бороводороды : В5Н.3 и В10Н1а ,...... 233
7.6. Новые рубежи......................... 235
а) Димеризация двух свободных радикалов : CN и NO..... 236
б) Окись азота и нитрозил................... 237
в) Кислород и перекиси.................... 238
7.7. Общее заключение о природе, химической связи........ 240
Глава 8. Твердые тела и жидкости.................. 242
8.1. Общее описание жидкостей и твердых тел........... 242
а) Температуры и тепловые эффекты плавления и кипения . . . 243
6} Элементы и периодическая система............. 245
8.2. Инертные газы........................ 246
а) Атомы гелия: простейшие вандерваальсовы взаимодействия . 248
б) Другие инертные газы................... 250
в) Кристаллические структуры инертных газов......... 252
г) Инертные газы в жидком состоянии............ 253
8-3. Молекулярные твердые тела и жидкости............ 255
а) Галогены.......................... 255
б) Вандерваальсовы радиусы.................. 257
в) Некоторые молекулярные структуры............. 258
8.4. Ковалентные кристаллы.................... 261
а) Алмаз и графит....................... 261
б) Кремний, германий и олово................. 263
в) Нитрид бора — искусственный углерод............ 264
г) Кварц —• кристалл с кремниевокислородным скелетом . . 264
д) Силиконовые полимеры — одномерные кристаллы...... 265
1.5. Кристаллы с водородными связями.............. 266
а) Водородная связь в кристаллах льда........... 267
б) Водородные связи в твердых кислотах и амидах....... 269
в) Водородные связи в белках — альфа-спираль........ 271
г) Две спирали лучше, чем одна............... 273
• 8.6. Металлы........................... 276
а) Типичные свойства металлов................ 276
б) Связи в металлическом литии............... 277
в) Связи в металлическом бериллии.............. 280
г) Кристаллические структуры металлов............ 282
д) Орбитальная заселенность и структуры кристаллов металлов 283
е) Заполнение орбиталей и теплоты сублимации ........ 286
8.7. Ионные кристаллы...................... 289
а) «Соль»— типичная соль................... 289
б) Другие ионные кристаллы................. 292
в) Ионные решетки и плотнейшие упаковки.......... 296
\ п <• OQ7
г) Расплавы солеи....................... ^у'
д) Связи в ионных кристаллах................ 298
8.8. Химические связи и будущее химии............. 301
Приложения............................. 302
Предметный указатель........................ 314
