994

2J.1.4

Е= ----'-:-

ор 3r6kT'

где 1.1 - дипольный момент;

r - расстояние между центрами диполей.

2)Деформационное или индукционное взаимодействие (эффект

Дебая) - обусловлено тем, что электроны в одной молекуле

могут смещаться в поле окружающих молекул. Энергия такого

взаимодействия не зависит от температуры:

2J.1.2a
Едеф =-	6
r
где а - поляризуемость молекул.
3) Дисперсионное взаимодействие	(эффект Лондона)

универсальное взаимодействие, характерное для всех молекул

исвязанное с тем, что атом или молекулу можно

рассматривать как совокупность мгновенных быстро

меняющихся по величине и направлению диполей,

обусловленных движением электронов вокруг ядер. Такую

систему можно представить как колеблющийся электронный осциллятор. Если бы все электроны двигались синхронно, то всегда был бы выигрыш энергии при взаимодействии мгновенных диполей. Но поскольку у колеблющегося

осциллятора есть нулевая энергия yz hvo, то она расстраивает

эту синхронность. В конечном итоге притяжение все-таки превалирует и энергия дисперсионного взаимодействия

		Едuс	3а2
+ -	+		=--- 6 hvo
- +			4r
	+
	в	общем	случае ван-дер­

ваальсово взаимодействие можно представить как сумму всех

трех видов энергий

Е=Еор+ЕдеФ+Едис

Относительная роль этих эффектов для разных молекул разная,

но дисперсионные силы всегда играют значительную роль (табл.

10.1).

175

1...:

Таблица 10.1

	В-ВО	Ориента-	Деформац	Дисперси-	В-ВО	Т."".	(л.-RТ),
		ЦИОННЫЙ	ИОННЫЙ	ОННЫЙ		~	кдж
		эффект	эффект	~фект
	СО	О	О	100	NНз	239.6	20.5
	NНз	44.6	5.4	50.0	Н2О	373.1	37.2
	Н2О	77.0	4.0	19.0	Анилин	457	40.1

Наличие ван-дер-ваальсовых сил взаимодействия особенно большую роль играет в жидкостях. О величине этих сил можно судить по теплоте испарения если из л. вычесть работу

расширения пара, то получится энергия, которая тратится на

преодоление сил сцепления.

л.-Р(Vп-Vж)= л.-рvп=л.-RТ

В этом уравнении пренебрегается vж, поскольку vж очень мало по

сравнению с V n•

Ван-дер-ваальсовы силы являются причиной образования

молекулярных соединений. JIри этом молекулярные соединения могут быть очень непрочные и сушествовать в растворах как ассоциаты, а могут быть и очень прочными, как например,

NНЗ'ЛIСlз в котором имеет место настоящая химическая связь. Большое значение в химии и биологии имеет тип

молекулярного взаимодействия, который приводит к

образованию так называемой водородной связи. Водородная

связь осуществляется между молекулами, в которых атом

водорода одной молекулы взаимодействует с атомами О, N, I~, CI, S другой молекулы. При этом молекулы могут быть в разных

агрегатных состояниях - в газах, жидкостях, в твердых телах.

Например, Н2О, спирты, карбоновые кислоты находятся в

ассоциированном состоянии из-за образования водородной связи.

H-C~/О--Н---О"С-Н		R	R
		!	I
'\	/	О-Н--- О-Н
0--- Н---О
Атом водорода в таких	ассоциатах	находится	между двумя

атомами кислорода, но с одним он образует химическую связь, а

176

с другим водородную. По энергии водородная связь колеблется

от 12.5 - 17 кДж до 29 - 34 кДж. Расстояние О-Н... О обычно 2.7

- 2.8 А, на долю водородной связи приходится -1.7 А.

Обычно считают, что образование водородной связи

обусловлено взаимодействием атома водорода, на котором есть

какой-то избыточный положительный заряд н+ с атомом

кислорода с избыточным отрицательным зарядом О', Т.е. имеет электростатическую природу. Но, по-видимому, имеет место еще

и перенос заряда на положительно заряженный атом водорода от

донора, с которым он дает водородную связь:

е ~/\e

о-н---о

Подтверж.л.ением этого соображения служит тот факт, что атомы Н в малополярных связях, например в С-Н, водородных связей не образуют. Многие свойства жидкостей обусловлены наличием

водородных связей. Например, вода из-за наличия водородных

связей имеет высокую температуру кипения 100 Ос, в то время как у H2S Ткип=-62 ОС. За счет водородной связи система «ю~етон­

хлороформ» дает азеотропную смесь с максимумом температуры

кипения. Можно привести еще много таких примеров. Водородная связь может образовываться и внутри одной

молекулы, ее называют внутримолекулярной водородной связью - например, в о-нитрофеноле:

O~

о

Большую роль водородная связь играет в биохимических процессах. Известно, что трехмерная структура в белках удерживается главным образом с помощью водородных связей

между карбонильными кислорода,.\ш и атомами водорода N-H

групп.

177

Заключение

Итак, временные рамки лекционного курса требуют

завершения. Нам удалось рассмотреть строение сравнительно

небольшого числа химических соединений по сравнению с тем

количеством, которое существует в природе и синтезировано

химиками. Но я надеюсь, что изложенные в курсе основные

положения теории химической связи и существующие на сегодня

подходы 1< рассмотрению строения различных классов

соединений, позволят студентам, прослушавшим этот курс,

ориентироваться в огромном экспериментальном материале, а

также помогут воспринимать новые идеи в области учения о

строении молекулы.

Автор выражает большую благодарность И.Ю.СимоновоЙ

и О.Ю.Ткаченко за подготовку текста к изданию.

178

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1.Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. (i(МИР», 1978г.

2.Краснов к.с. Молекулы и химическая связь. «Высшая

школа», 1984г.

3.Физическая химия. Под редакцией к.с. Краснова. «Высшая

ШКОЛЮ>, 1995г.

4.Эткинс П. Кванты. «Мир», 1977г.

5.Дж. Маррел, с. Кеттл, Дж. Теддер «Хl4мическая связь»,

«Мир», 1980г.

дополнительная:

1.Минкин В.И., Симкин БЯ., Миняев Р.М. Теория строения

молекул. «Высшая ШКОЛа», 1979г.

2.Фларри Р. Квантовая химия. «Мир», 1985г.

3.Грей Г. Электроны и химическая связь. «Мир», 1967г.

4.Драго Р. Физические методы в химии. «Мир», 1981г.

179

Издание учебное

Казакова Вера Михайловна

Строение вещества. (Строение атомов. Химическая связь

и строение молекул.)

Конспект лекций

Верстка оригинал-макета Ткаченко о.ю.

------ _.. _ -------

Подписано в печать O~ '/!, ~g Формат 60х90ll6. Бумага писчая

Отпечатано на ризографе. Уч. изд. листов

Тираж ISO_

Заказ ,Е7- 7-

V/v..

Лицензия на издательскую деятельность ид N~ОЗ507 от

15.12.2000

Издательско-полиграфический центр

119571 Москва, пр, Вернадского 86