Силы, действующие в молекулярном ионе H+2 при его образовании из атомов.
куле СО равен -1. Молекула в целом электронейтральна, поэтому заряд на атоме кислорода равен +1.
Следует заметить, что истинные заряды на атомах почти всегда меньше эффективных. Так, в молекуле НС1 эффективные заряды атомов Н и Сl равны +1 и -1, а истинные (определённые методами рентгеновской спектроскопии) соответственно +0,2 и -0,2. Чем ближе истинные заряды к эффективным, тем сильнее проявляется ионный характер связи.
ПОЧЕМУ ОБРАЗУЮТСЯ ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ?
Рассмотрим образование простейшего молекулярного иона H+2; Н+Н+ ® H+2.
Сравним его энергию с энергией исходных частиц. Если исходные частицы Н и Н+ пребывают в состоянии покоя на большом расстоянии друг от друга, то общая энергия складывается из кинетической энергии электрона в атоме Н и потенциальной энергии его притяжения к ядру атома.
Если приблизить частицы Н и Н+ друг к другу, то появятся два новых источника энергии: электрон станет притягиваться также к чужому ядру, у которого нет своего электрона, а два ядра будут отталкиваться друг от друга. Первый процесс уменьшает общую энергию, второй — увеличивает её.
По мере сближения Н и Н+ общая энергия системы сначала уменьшается — до тех пор, пока притяжение электрона к чужому ядру играет главную роль. При расстоянии между ядрами 0,106 нм общая энергия системы становится минимальной. Дальнейшее сближение ядер приводит к их сильному отталкиванию и, как следствие, к значительному увеличению общей энергии.
Выигрыш в энергии по сравнению с изолированными частицами составляет 268 кДж/моль, причём основной вклад вносит притяжение электрона к чужому ядру. Это и есть энергия химической связи в молекуле.
Итак, главный результат образования химической связи — уменьшение общей энергии системы ядер и электронов, а достигается он путём совместного использования электронов разными ядрами. Тем самым подтверждается гениальная догадка Томсона о том, что главную роль в химической связи играют электроны.
КАК ИЗОБРАЗИТЬ ХИМИЧЕСКУЮ СВЯЗЬ? ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ
Очень наглядное представление о химической связи даёт квантовая механика. Эта наука позволяет с высокой точностью рассчитать распределение электронов в молекуле. Функцию, которая описывает вероятность нахождения электронов в любой точке молекулы, называют электронной плотностью. Её измеряют в долях единицы, а для её изображения обычно используют поверхности равной плотности, т. е. выбирают какое-либо значение, например 0,002 или 0,08, и показывают все точки в пространстве, в которых электронная плотность принимает это значение (трёхмерное изображение). Есть и другой способ — выбрать какую-либо плоскость (сечение) и рассматривать значения электронной плотности только в этой плоскости (контурная карта).
Чем же хороша электронная плотность? Во-первых, она позволяет изобразить так называемое электронное облако молекулы. Поверхность с электронной плотностью 0,002 обычно сосредотачивает в себе больше 98% всей электронной плотности,
