Ионная связь

Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая основными химическими свойствами этого вещества.

Вопрос 1. Виды химических связей в молекулах

Элементы физики молекул

Лекция №12

План лекции:

1. Виды химической связи в молекулах: ионная, ковалентная. Молекулярный ион. Молекула водорода. Многоатомные молекулы.

2. Люминесценция и ее виды. Закон Стокса. Закон Вавилова.

3. Применение люминесценции.

Молекула может состоять из одинаковых или различных атомов, соединенных между собой в одно целое химическими связями. Число атомов в молекуле может меняться от двух (кислород, водород, азот) до многих тысяч (ДНК, полимеры). Если молекула состоит из большого числа чередующихся групп атомов, ее называют макромолекулой. Первые представления о молекулах возникли в 18 веке в связи с развитием термодинамики и молекулярно – кинетической теории газов. Размеры (диаметры) молекул определяются числом содержащихся в них атомов и варьируются в пределах 10^-8 – 10^{-7 см. это означает, что 10 миллионов молекул, уложенные вплотную друг к другу вдоль прямой линии, составят молекулярную цепочку длиной всего лишь 1 – 10 мм. Очевидно, что при столь малом размере атомов и молекул число их в физическом теле должно быть колоссальным. Например в одной капле воды содержится молекул.}

Электроны в молекулах, как и в атомах, располагаются, образуя молекулярные электронные оболочки. Химические и большинство физических свойств молекул определяются их внешними электронами, причем внутренние электронные оболочки атомов практически не изменяются при объединении атомов в молекулу и не влияют на свойства молекул. Наиболее общими характеристиками молекул являются ее молярная масса, элементный состав и структурная формула, указывающая последовательность расположения атомов и химических связей в молекуле (например, молекулярная масса воды равна 18 а.е.м., ее состав H₂O, структурная формула H – O – H).

Возможность существования молекулы как устойчивого микрообразования обусловлена тем, что внутренняя энергия молекулы как системы атомов оказывается меньше суммарной энергии всех составляющих ее атомов в изолированном состоянии. Соответствующая разность энергий называется энергией образования молекулы.

Она примерно равна сумме энергий химических связей. При классификации молекул обычно выделяют 2 вида химических связей в молекулах: ионную и ковалентную, хотя в ряде молекул реализуются и промежуточные виды связей.

Ионная связь осуществляется благодаря электростатическому взаимодействию ионов, которые образуются при переходе одного или нескольких электронов от одного атома к другому. Ионными молекулами являются NaCl, LiF, KJ и другие. А так как они состоят из ионов, атомы которых существенно различающимися свойствами, то связь между ними называется ионной или гетерополярной.

На примере молекулы LiF проиллюстрируем процесс образования ионной молекулы из атомов.

Для существования устойчивой системы, какой является молекула, необходимо, чтобы суммарная энергия Е молекулы LiF, состоящей из ионов Li⁺ и F^-, была меньше суммарной энергии Е₀ нейтральных атомов лития и фтора в свободном состоянии. В грубом приближении разность Е₁ – Е₀ можно выразить через энергию ионизации атома Li (E_и=5,4 эВ) и сродство к электрону атома фтора (Е_с=3,6 эВ).

(1)

Зависимость энергии ∆E от расстояния R между ионами Li⁺ и F^- в молекуле LiF показана на рисунке 1:

Оказывается, что энергия ∆E минимальна при значении м, что соответствует равновесному значению длины химической связи в молекуле LiF.

На меньших расстояниях R (R<R₀) энергия ∆E резко возрастает из-за отталкивания внутренних электронных оболочек ионов Li⁺ и F^-, которое возникает вследствие перекрытия волновых функций электронов Li⁺ и F^- (обменные квантово-механические силы).

Энергия диссоциации D молекулы на отдельные атомы определяется значением энергии ∆E в точке минимума. Для молекулы LiF:

(2)

Дата добавления: 2014-01-06