Еще недавно наши знания о микромире атомов и молекул были очень ограничены. В настоящее время положение существенно изменилось. Современная квантовая (волновая) механика позволила понять природу химической связи, зависимость валентности от электронной структуры атомов, насыщаемость и направленность валентностей, природу межмолекулярного взаимодействия, происхождение энергии активации, природу цветности и в некоторых случаях механизм химических реакций. Вместо формальной структурной теории XIX в. и примитивных электростатических представлений начала XX в. мы располагаем гораздо более совершенной физической теорией, которая может служить отправной точкой для дальнейшего успешного развития учения О химической связи и строении молекул.
Большой размах и развитие в настоящее время получили и экспериментальные методы изучения молекул, которые дают возможность определять энергии связей, межатомные расстояния, валентные углы, частоты колебаний, энергетические уровни, дипольные и магнитные моменты, конфигурацию атомов в кристаллах и другие свойства. Большие успехи достигнуты именно благодаря тесной связи теории и эксперимента. Уже сейчас имеющийся опытный материал и новые идеи в области строения молекул могут плодотворно применяться в самых разнообразных областях физической, неорганической и органической химии.
В последнее время в США, Англии и других странах появилось довольно много монографий, посвященных проблеме химической связи, теории органической химии и современным физическим методам исследования молекул. Это указывает на то, что в данной области уже накопился достаточный материал, представляющий значительный интерес для широких кругов химиков.
Настоящая книга представляет собой попытку заполнить существующий пробел по этому вопросу в русской химической литературе. Она рассчитана на широкий круг химиков, работающих в различных областях химии и интересующихся современными структурными представлениями. Мы попытались изложить как применение идей квантовой механики к химическим проблемам, так и экспериментальный материал в области строения молекул. В гл. III мы подробно остановились на теории Гейтлера и Лондона, лежащей в основе наших представлений о гомеополярной химической связи. Изложение ведется так, чтобы читатель смог следить за всеми деталями математических выкладок и развитием физических идей. Это позволяет читателю критически отнестись к предмету, поскольку он видит все приближения и упрощения, которые делаются в ходе выводов для получения окончательных результатов.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие........................... 7
Глава I. Атом водорода
1. Атом Резерфорда-Бора.........•........ 9
2. Волновые свойства материи............... 12
3. Волновое уравнение................... 14
4. Уравнение Шредингера.................. 17
5. Атом водорода в волновой механике........... 20
Глава П. Периодическая система
6. Переход к многоэлектроняым атомам........... 29
7. Запрет Паули и электронные уровни........... 31
8. Распределение электронов в атомах ............ 33
9. Периодичность свойств.................. 49
Потенциалы ионизации 51. Сродство к электрону 54. Электроотрицательность 55.
Глава III. Гомеополярная (ковалентная) связь
10. Развитие учения о химической связи........... 58
И. Молекулярный ион водорода Н2 +............. 60
12. Молекула водорода Н2.................. 74
13. Учет принципа Паули.................. 80
14. Результаты расчета молекулы водорода .......... 85
Глава IV. Насыщаемость и направленность валентностей
15. Насыщаемость валентностей. Локализованные связи .... 89
16. Направленные валентности................ 93
17. Гибридизация....................... 96
18. з- и г-связи......•................ 99
Глава V. Резонанс валентных структур
19. Бензол..............•.........• - 104
20. Сопряженные связи................... 108
21. Нафталин.......................... НО
22. Другие ароматические углеводороды........... 116
23. Свободные радикалы....................*20
Бирадикалы 123. Глава VI. Резонанс гокео- и гетеропэлярного состояний
24. Гетерополярнзя связь................... 125
25. Связи промежуточного типа................ 129
26. Валентные состояния......". ............ 134
Водород 135, Гелий 135. Литий 135. Бериллий 135. Бор 136. Кислород 137. Углерод 139. Азот 141. Фтор 145. Внешний резонанс 146. Сера 149. Фосфор 152. Хлор 152.
27. Альтернирующая полярность................ 153
Глава VI/. Метод молекулярных орбит"
28. Молекулярные орбиты......-.,,,.*...-. 157
29. Распределение электронов в двухатомных молекулах . . . 162
30. Трехэлектронная связь.................. Кб
31. Молекулярные орбиты в многоатомных молекулах..... 167
32. Сопоставление двух методов............... 168
Глава VIII. Спектральные данные по двухатомным молекулам
S3. Общая характеристика молекулярных спектров...... 171
34. Потенциальные кривые.................. 175
35. Опытный материал.................... 180
Двухатомные молекулы из одинаковых атомов 182. Гидги-ды 184. Оксиды и нитриды 186. Молекулярные ионы 188. Изотопные молекулы 189. 3^. Орто- и параводород.................. 191
Глава IX. Частоты колебаний и межатомные расстояния в многоатомных молекулах
37. Эффект Рамана-Манделынтама-Ландсберга........ 197
28. Характеристические частоты............... 202
Карбонильная связь 204. Двойная связь С — С 209. Тройная связь С = С 212.1Связи с азотом 212. Аналитические применения Раман-эффекта 213.
39. Межатомные расстояния................. 215
Связи СС 215. Связь СН 218. Связи СО 218. Связь CS 220. Связи CN 220. Связи СНа! 224. Связи NN, NO и ОО 226.
40. Ковалентные радиусы.................. 227
Глава X. Дипольные моменты
41. Диэлектрическая поляризация.....•......... 232
42. Рефракция........................ 237
Неорганические соединения 237. Органические соединения 241.
43. Дипольные моменты и ионный характер связей...... 247
44. Полярность углеводородов................ 256
45. Дипольные коменты соединений алифатического ряда . . . 259
Галогенозамещенные 260. Альдегиды 263. Нитрилы 264.
-• 46. Дипольные моменты соединений ароматического ряда . . . 265
Знак и направление момента 269. Дизамещепные бензола 270. Производные дугола и мезитилена 274. Произ-... водные нафталина 275. Гетероциклические соедине-
.. . ния 278. Дипольный момент свободного радикала 281.
47. Дипсльные моменты и конфигурация........... 282
Диполярная структура аминокислот 283.
Глава XL Энергии связей
48. Аддитивность энергий связей в органических соединениях . 285
49. Отклонения от аддитивности . . •.....,...... 291
Изомерный эффект 291. Энергия резонанса 294. Кето*эноль-ная таутомерия 302. ~'
50. Энергии связей в неорганических соединениях ...... 303
Глава XII. Межмолекулярное взаимодействие
51. Ван-дер-ваальсовы силы................. 311
52. Ван-дер-ваальсовы молекулярные соединения....... 320
- 53. Молекулярные соединения' с участием новых валентных
состоянии........................ 321
54. Водородная связь..................... 325
' ' Ассо'цйация в растворах' 330. ДиоксановыЙ эффект 332.
Свойства жидкостей с водородными связями 333.
55. Внутримолекулярная водородная связь .......... 336
56. Внутреннее вращение................... 340
Глава XIII. Химическая связь в кристаллах
57. Элементы......................... 348
Типы структур348. Неметаллы 351.Металлы 357.Сплавы362.
58. Молекулярные кристаллы . . ............... 367
Лед 370.
59. Координационные решетки................ 371
60.' Ионные кристаллы.......•:............ 374
61. Расстояния.в ионных кристаллах............. 381
Ионные радиусы 382.
62. Галогениды......................... 388
63. Гидриды, оксиды, гидроксиды и анионы кислородных кислот 393
64. Силикаты......................... 400
65. Сульфиды и некоторые другие соединения........ 406
Глава XIV. Комплексные соединения
66. Валентные состояния атомов с rf-электронами....... 410
Направленность валентностей 415.
67. Магнитные свойства................... 418
68. Карбонилы металлов................... 430
69. Нитрозилы и нитрокомплексы............... 438
70. Цианины......................... 441
71. Галогениды........................ 452
72. Аммиакаты и гидраты................... 455
73. Внутрикомгглексные соединения............. 463
74. Выводы ......................... 467
Глава XV. Строение бороводородов
75. Диборан В^Не.......•.............-. . 469
76. Другие бороводороды...........•...... 473
•
Глава XVI. Расчет трехэлектронной проблемы по методу Слетера. Энергия активации
77. Взаимодействие атома с молекулой............ 480
78. Метод Слетера...................... 481
79. Энергия активации.................... 504
Глава XVIf. Многоэлектронная проблема. Энергия резонанса
80. Чсгырехэлектронная проблема........ 509
81'вВоГпСаулингаЭ!е?еНЮВ Векового УРИнёння методом остро-
Расчет молекул' бутадиента,'бензола и фульвена 515 ' ' ^ ор™?™. *нергии Р"онанса по методу молекулярных
83' чС/НиямеГе.ВЫТШСЛеННЫХ Э11СР™й'рёзонанса'с опытн'ыми'зна-'
84. Цветность......... ........'
...........•..... O4I
Глава XVIII. Математические дополнения
85. Решение уравнения Шредипгера для атома водорода (К гл. I) 529
86. Направленные валентности (к гл. IV)...... 536
87. Гибридные функции (к гл. IV) .....'..'.'.'...... 540
88. Колебательные и вращательные уровни (к гл! VIH)..... 545
?9. Уравнение Клаузиуса-Моссотти (к гл. X) . . ' 549
90. Уравнение Ланжевена-Дебая (к гл. X) ....'..'. '. '. 553
91. Дипольные моменты связей (к гл. X) ... 555
92'Де*^Р(КаЦгл01Х11)Й' Орие'1тациошшй и 'дисперсионный'эф-' • 93. Нулевая -энергия электронного газа (к гл. ХШ)' .' '. '. . .' ' 564
Авторский указатель.....
Указательсоединений .. ................... Х°
Предметный указатель... ............. ^
................. Ооо
