ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Макротела, ядра, электроны — 13. 2. Макротела и молекулы, атомы, молекулярные и атомные ионы — 15. 3. Замечания о развитии классической и квантовомеханической теории строения молекул из "Строение молекул" Практическая химия обычно имеет дело с макротелами. Простейшие примеры макротел известны каждому кристалл поваренной соли, или определенное количество (скажем, килограмм) воды, или, например, 1 м воздуха (или другого газа). [c.13] Все макротела, с которыми имеет дело химия, представляют собой системы, состоящие из ядер и электронов. Существуют многочисленные экспериментальные доказательства наличия ядер и электронов как структурных единиц, входящих в состав макротел. На этих вопросах мы останавливаться не будем, считая их известными. Приведем только важнейшие характеристики образований, называемых ядрами и электронами. [c.13] Образования, называемые ядрами, могут различаться электрическим зарядом, массой и собственным моментом количества движения (спином). Заряды ядер разных видов (в атомных единицах заряда) имеют значения от +1 до 4-107. [c.14] За единицу массы ядер принимается в настоящее время масса, равная 1,660 10-24 г з этих единицах массы М ядер, известных в настоящее время, имеют значения (вообще говоря, нецелочисленные) от 1,008 до 260 единиц. Целое число Л, ближайшее к значению М (в указанньТ5с единицах) для данного ядра, называется массовым числом данного ядра. Все ядра, имеющие один и тот же заряд, называются ядрами определенного химического, элемента. Ядра, различные по массе и одинаковые по заряду, называются ядрами изотопов соответствующего химического элемента. [c.14] Макротела, ядра и электроны. Макротела состоят из очень большого числа ядер и электронов. Как правило, макротела, с которыми имеет дело химия, являются электронейтральными. [c.14] Химические частицы (атомы, молекулы, ионы). Как указывалось выше, макротела состоят из ядер и электронов. Однако в определенных достаточно широких интервалах физических условий (температура, давление, поля) для отображения строения макротел оказывается целесообразным ввести понятие химической частицы — молекулы, молекулярного иона, атома, атомного иона. [c.15] Именно, при не слишком высоких температурах (не превышающих несколько десятков тысяч градусов) и не слишком высоких давлениях (не превышающих 10 бар) картина строения макротел в огромном большинстве случаев может быть представлена следующим образом. В макротеле можно выделить отдельные сравнительно небольшие совокупности ядер и электронов. В таких совокупностях ядра и электроны сильно взаимодействуют, так что основная часть энергии взаимодействия ядер и электронов в макротеле относится к взаимодействиям ядер и электронов внутри отдельных таких совокупностей, а энергия макротела, обусловленная взаимодействиями между отдельными совокупностями, сравнительно невелика. Для указанных совокупностей ядер и электронов вводится понятие химической частицы. [c.15] Для того чтобы некоторая совокупность ядер и электронов макротела могла рассматриваться как единая химическая частица, необходимо, чтобы в отсутствие соударений с другими совокупностями она могла существовать неопределенно долгое время, не распадаясь самопроизвольно на. меньшие структурные единицы. [c.15] В случае конденсированных макротел (жидких или твердых) конкретное содержание, вкладываемое в понятие химическая частица (например, молекула), даже для определенного конкретного макротела, вообще говоря, будет в значительной мере условным. С одной стороны, оно будет зависеть от физических условий (температура, давление, поля), так как с изменением физических условий меняются, интенсивность и роль внутренних взаимодействий в частицах и взаимодействий частиц между собой в макротеле, а следовательно, меняются и конкретные модели отдельных частиц, через посредство которых описывается макротело. С другой стороны— в конденсированном макротеле само выделение некоторой определенной, а не другой определенной совокупности ядер и электронов, рассматриваемой как отдельная частица (молекула, ион), не может быть выполнено вполне однозначно. [c.16] Таким образом, за исключением случая сильно разряженных газов и паров понятие химической частицы меняет свое конкретное содержание с изменением физических условий существования макротела и является в некоторой мере условным. [c.16] Обычно нижние индексы в формуле (1,5) опускаются, если значения этих индексов равны единице. Тогда в символах химических элементов ядерный состав вместо формулы (1,6) в рассмотренном выше примере выражается формулой Н С1. Если в состав частицы входят только ядра наиболее распространенных изотопных разновидностей, массовые числа часто вообще опускают. [c.17] Виды химических частиц (молекулы, атомы, молекулярные и атомные ионы). Все химические частицы могут быть разделены (классифицированы) на виды по- различным их характеристикам. По суммарному электрическому заряду химические частицы разделяются на электронейтральные и заряженные. [c.17] Электронейтральные одноядерные химические частицы называются атомами, многоядерные — молекулами. Некоторые виды нейтральных многоядерных частиц без особых на то оснований выделяются иногда в отдельную группу и называются свободными радикалами . Такое деление электронейтральных многоядерных частиц на молекулы и свободные радикалы мы в дальнейшем проводить не будем и все электронейтральные многоядерные ча- стицы будем называть молекулами. [c.17] Электрически заряженные частицы называются ионами одно- дерные — атомными, многоядерные — молекулярными ионами. [c.17] Первая модель является более общей. Вторая — может рассматриваться как частный случай первой. В классической теории строения, не рассматривающей ядерно-электронного строения молекул, естественно может быть использована только вторая модель молекулы. В квантовомеханической теории естественной моделью молекулы является первая модель. Переход ко второй модели требует введения в квантовомеханическую теорию некоторых, дополнительных условных положений. [c.17] Классическая теория. Первоначальные представления классической теории о молекуле как некоторой связанной совокупности атомов восходят еще к М. В. Ломоносову. М. В. Ломоносов, в частности, предполагал возможность существования разных молекул, одинаковых по атомному составу, но различающихся способом связи атомов. Основы классической теории строения молекул были разработаны во второй половине XIX века в работах как химиков, так и физиков. Эта теория имеет физический и химический аспекты. [c.18] Химический аспект классической теории строения. Этот аспект теории связан в основном с именем А. М. Бутлерова, а также с именами Франкланда, Купера, Кекуле, Вант-Гоффа, Ле-Беля, Мар-ковникова и др. [c.18] Купер (1858), исходя из модели молекулы как связанной совокупности атомов, представления о хи-мических связях и представления об определенной валентности атомов в молекуле, следовавшего из работ Франкланда (1852), попытался описать строение ряда молекул графическими формулами, передающими последовательность связи атомов. Идеи Купера не были развиты им в последовательную общую теорию. Графический способ Купера для описания строения в дальнейшем развился в язык химических формул строения молекул. Кекуле (1859—1861) высказал положение о том, что молекулы органических веществ содержат цепочки атомов углерода. Опираясь на введенное ранее понятие валентности, Кекуле выдвинул положение о четырехвалентности атома углерода в органических соединениях. [c.18] Пограничная область вопросов между физическим и химическим аспектами классической теории строения молекул относится к установлению связи некоторых свойств молекул (или соответствующих веществ) с их строением, описываемым в понятиях химического аспекта теории. Здесь необходимо отметить основные работы, устанавливающие связь между строением молекул и следующими свойствами веществ или отдельных молекул мольным объемом, мольной теплоемкостью (Копи, 1855), мольной рефракцией (Бёрт-ло, 1856, Брюль, 1879), теплотой образования (Томсен, 1886), магнитной восприимчивостью (Паскаль, 1910), электрическим диполь-ным моментом (Дж. Дж. Томсон, 1923), тензором поляризуемости (Мейер и Оттербейн, 1931). [c.19] Вернуться к основной статье