1.1: Прелюдія до хімічного склеювання

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20232

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Молекули (і розширені тверді тіла) побудовані з атомів, які утворюють хімічні зв'язки. Теорії зв'язку прагнуть пояснити, чому утворюються молекули і тверді тіла, які їх структури, чому деякі більш стабільні, ніж інші, і як вони реагують. Як ми дізнаємося в главі 2, квантова механіка дає нам найбільш реалістичну картину хімічного зв'язку за допомогою теорії молекулярної орбіти (МО). Однак опис МО склеювання є концептуально складним і математично інтенсивним. У цій главі будуть розглянуті менш суворі (але все ще корисні) моделі, такі як точкові структури Льюїса та теорія відштовхування електронної пари валентної оболонки (VSEPR). У поєднанні з якісним квантово-механічним описом зв'язку через поняття орбітальної гібридизації та резонансу ці прості моделі можуть допомогти нам багато чого зрозуміти про структури, стабільність та реакції неорганічних молекул.

Кульково-палицеве зображення хімічного зв'язку в молекулах P ₄ O ₁₀ і P ₄ S ₁₀.

Теорія хімічного зв'язку має давню історію, починаючи з Стародавньої Греції та атомістів Демокріта, Левкіппа та Епікурейців. Вони постулювали існування незмінних атомів, що рухаються через порожнечу, і передбачали фізичні властивості матеріалів, що виникають з видів і форм атомів. У своїй епічній поемі De rerum natura (Про природу речей) римський поет Лукрецій (бл. 99 р. До н.е. — в. 50 р. До н.е.), спираючись на свої епікурейські вірування, описує деякі атоми і хімічні зв'язки наступним чином:

Те, що нам здається загартованим і конденсованим Повинно
бути атомів між собою більш зачепленими,
Утримуватися ущільненими глибоко всередині, як «там
За гілкоподібними атомами - з яких роду головний
є алмазні камені, зневірителі всіх ударів
І непохитний кремінь і міцність міцного заліза
І нахабних прутів, які, зсунувшись сильно в замках,
роблять натерти і кричать. Але що таке рідина, утворюється
З рідкого тіла, вони дійсно повинні бути
З елементів більш гладкими і круглими — тому що
їх глобули поодиноко не будуть згуртовуватися.

Вірш Лукреція приємне читання і містить деякі чудові уявлення про мікроскопічний світ, враховуючи інструменти, доступні в той час. Сучасні аналітичні методи показують, що він був поза базою своїх уявлень про гачки і сфери, однак. Ми переглянемо природу хімічного зв'язку в речовині згадує Лукрецій (алмаз, силікати, залізо, латунь та вода) у контексті сучасних хімічних теорій, щоб зрозуміти, чому вони мають особливі властивості, які вони роблять.