Модель молекулы. Атомы в молекулах

Атомы в молекулах связываются между собой благодаря электромагнитным взаимодействиям входящих в их состав электронов и ядер. Эта связь не очень «жест­кая».

Модель молекулы, сконструированная из скреплен­ных жесткими стержнями шариков — атомов, не очень по­хожа на настоящую молекулу. В молекулах атомы находятся в непрерывном движении — они колеблются или вращаются. Но и эта картинка неточная. Правильнее будет сказать, что в молекуле движутся не атомы, а состав­ляющие их ядра и электроны.

Объединяясь в молекулы, атомы не оставляют около себя все свои электроны. Они либо производят «передел» электронов, при этом один из атомов отдает часть своих электронов другому, образуются положительный и отрицательный ионы, которые «держат­ся друг за друга» за счет кулоновских сил (ионная связь). Либо атомы в молекуле начинают делать общими часть сво­их электронов (ковалентная связь). И в том, и в другом слу­чае атомы в молекуле перестают существовать как тако­вые, они «теряют свое лицо». Но и эта картинка не совсем правильная. Ведь молекулы, атомы, электроны и ядра под­чиняются законам микромира. А значит, про них нельзя сказать: «Они движутся так или этак, они находятся там-то и там-то». Описывать их состояния нужно на языке кванто­вой механики, а это «язык вероятностей». Поэтому рисо­вать можно только плотности распределения составляю­щих молекулы частиц. И на этих картинках действительно будут видны и общие электронные облака, и отдельные ионы.

Для того чтобы рассчитать плотности распределения час­тиц внутри молекулы, нужно решить уравнение Шредингера. Эта задача достаточно сложная даже для двухатомных молекул. Она не имеет точного решения и для самой про­стой молекулы — молекулы водорода H₂, состоящей из че­тырех частиц — двух протонов и двух электронов. Точное решение возможно только для задачи двух тел. Поэтому для молекул уравнение Шредингера решается приближенны­ми методами, и все расчеты проводятся с помощью компь­ютеров. В качестве примера покажем результаты таких расчетов, выполненные для молекул фторида лития LiF (ионная связь) и водорода H₂ (ковалентная связь).

На рисунке приведен график зависимости энергии системы E от расстояния R между ядрами Li и F. В конфигурации b при R = 8 Å (1 Å = 10^-10 м) внешний электрон атома лития пере­шел к фтору. Это значит, что состояние двух ионов оказа­лось энергетически более выгодным, чем состояние двух атомов. В состоянии g при R = 1,5 Å энергия системы при­нимает минимальное значение, это энергетически самое выгодное состояние. На рисунке представлены результаты аналогичных вычислений для атомов H и молекулы H₂. Хо­рошо виден процесс формирования общей электронной оболочки вокруг двух ядер H. Материал с сайта http://worldof.school

Изменение полной электронной плотности при сближении атомов Li и F с образованием молекулы LiF (а) и зависимость результирующей энергии от расстояния между атомами Li и F (б)

Изменение полной электронной плотности при сближении двух атомов водорода с образованием молекулы H2 (а) и зависимость результирующей энергии от расстояния между атомами водорода (б)

На этой странице материал по темам:

• Что такое ион