ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие редактора русского перевода из "Химическая связь" Среди многих переводных и отечественных книг, посвященных интенсивно развивающейся квантовой теории молекул, новая книга Дж. Маррела, С. Кеттла, Дж. Теддера Химическая связь выделяется тем, что она адресована достаточно широкому кругу читателей. По замыслу авторов — это учебник для студентов-химиков, представляющий введение в предмет , однако принятый в книге метод изложения материала и полнота охвата темы (при небольшом объеме) делают ее полезной и нужной для всех исследователей-химиков. Специалистам в области квантовой химии книга, естественно, покажется введением в предмет , который они знают, тем не менее они несомненно прочтут книгу с удовольствием и смогут извлечь из нее пользу по крайней мере методического характера. [c.5] Вместе с тем для химика, не имеющего специальной подготовки, монография отнюдь не представляет собой книгу для легкого чтения. Это учебное пособие и пособие достаточно серьезное, где встретится много новых понятий и немало трудных мест. Но его изучение позволит ориентироваться в современной химической литературе, которая все больше и больше насыщает ся языком квантовой химии поэтому усилия, затраченные иа чтение этой книги, будут оправданны. [c.6] Прогресс и расширение той системы знаний, которая составляет физическую науку, включает взаимообмен между экспериментом и наблюдением, с одной стороны, и теорией с ее заключениями и предсказаниями — с другой. В ходе развития отдельных областей науки бывают периоды, когда теория отстает от эксперимента в это время происходит накопление фактов, на первый взгляд мало связанных между собой. В качестве примера МОЖНО привести измерение частот атомных спектральных линий в период, предшествовавший работе Бальмера, опубликованной в 1885 г., и позднее, в годы перед созданием в 1913 г. боровской квантовой теории. Бывают и другие периоды, когда эксперимент отстает от теории. Примером может служить развитие некоторых областей астрономии до эры радиотелескопов и космических полетов. [c.7] Несмотря на то что в развитии экспериментальных исследований нельзя недооценивать роль счастливых случайностей, часто открываюи их новые перспективы, тем не менее следует согласиться, что эксперименты надо предпринимать с четко ои ределенньши целями и обоснованной надеждой на их осуш.ест-вление. В самом широком смысле теория как раз и есть то, что составляет основу для этих ожиданий. Теория— это и детально разработанная и математически обоснованная модель, способная количественно описать результаты эксперимента, п качественные соображения, основанные на опыте, приобретенном в аналогичных экспериментах. [c.7] или в более широком плане наука о молекулах, в большей своей части не поддается количественному описанию. Для многих ученых это даже является одной из ее притягательных особенностей. В то же время ясно, что химики достигли вьь дающихся успехов в своей области и проявили большую изобрел тательность в развитии новых направлений исследований. При-мером этого является химия полимеров и фармацевтика — две бурно развивающиеся за последние 30 лет отрасли промышленности. В области органической химии было синтезировано и изучено более миллиона различных соединений, причем их число ежегодно возрастает на несколько сотен. И это в то время, когда ученые не в состоянии точно предсказать скорость простой химической реакции и во многих случаях не уверены в ее механизме. [c.7] Язык современной химии широко развивается с начала XX ст. и со времени формулировки атомной теории. Современное понимание структуры молекул и их реакционной способности основано на анализе распределения электронов в молекулах, изменений распределения в ходе химических процессов и энергий, связанных с этим распределением. В 20-е годы современная квантовая теория впервые дала основу для количественного описания свойств молекул. Однако вплоть до 60-х годов нельзя было сказать, что расчеты уровней энергии молекулярных электронов, основанные на этой теории, опробованы строгим сопоставлением с экспериментальными данными. Такая возможность появилась в результате совпадения (в пределах ошибок эксперимента) вычисленных и измеренных значений энергии диссоциации молекулы водорода. [c.8] В 30—бО-х годах основные уравнения, описывающие молекулярные явления, и методы их решения были известны, однако возможности вычислительной техники не позволяли произвести соответствующие расчеты. Но этот период отнюдь не был периодом застоя на теоретическом фронте. Оглядываясь назад, можно сказать, что невозможность точного решения уравнений была стимулом для разработки приближенных решений и таких моделей, для которых можно было получить точные решения. [c.8] Большинство книг о химической связи следует хронологиче скому принципу изложения. Вначале вводят два основных тода теории валентности метод молекулярных орбиталей и ме-тод валентных схем, которые сначала применяют к простым системам типа Н и Нг, математически строгое рассмотрение которых было возможно даже в 30-е годы. Далее обычно переходят к обсуждению эмпирических теорий, таких, как теория Хюк-келя и теория поля лигандов, и в зависимости от уровня, на ко-тором написана книга, в ней излагают некоторые более усовершенствованные эмпирические и неэмпирические теории, развитые в последние годы. Именно в этом стиле написана наша книга Теория валентности , опубликованная в 1965 г. [c.9] В данной книге, задуманной как введение в предмет для студентов, был принят другой подход. Основное внимание в неп уделено изложению тех концепций теории химической связи, которые важны для химии в целом, причем ценность этих концепций проверена авторами в свете наиболее современных количественных расчетов. Хотя изложение деталей расчетов не входнт в задачу данной книги, принципы, лежащие в основе таких расчетов, понять не труднее, чем основные положения простых эмпирических теорий. Математические требования при чтении данной книги не столь высоки, как в случае Теории валентности . Единственное, что необходимо, — это умение решать системы линейных алгебраических уравнений. [c.9] Эта мысль, высказанная Франкландом [1] в 1852 г., дает представление о том объеме знаний, который был доступен химикам в середине XIX в. и который открыл путь ускоренному развитию концепции валентности. Быстрое развитие органической химии в то время позволило Кекуле в 1857 г. сделать заключение, что углерод четырехвалентен и, что особенно важно, атомы углерода могут образовывать связи между собой. Четы-рехвалентность углерода была независимо постулирована в 1858 г. Купером, применившим для описания молекул структурные формулы с черточками, символизирующими связь межлу атомами. [c.11] В 1859 г. Кекуле постулировал существование кратных связей между атомами углерода, а в 1865 г. предложил структурную формулу бензола в виде плоского гексагонального кольца из атомов углерода, соединенных между собой попеременно одинарными и двойными связями. [c.11] Ранние попытки объяснения валентности на основе электронной теории, последовавшие вслед за открытием Томсоном электрона в 1897 г., страдали тем недостатком, что электроны в них рассматривались как покоящиеся. В рамках такой теории обобществление электронов противоречило положениям электростатики, согласно которым частицы, несущие одинаковый заряд, отталкиваются друг от друга. [c.12] Только в 1913 г. Бор предложил динамическую модель электронов в атоме, давшую удовлетворительное объяснение многим особенностям атомных спектральных линий. Эта модель была основана на законах классической ньютоновской динамики, однако Бор ввел новый принцип, согласно которому разрешались лишь определенные орбиты для движения электронов вокруг ядра. Несмотря на то что было сформулировано правило для определения этих стабильных орбит, с более общих позиций бо-оовскую теорию следует считать неудовлетворительной, поскольку отсутствовало какое-либо объяснение стабильности орбит в рамках классической динамики . Тем не менее работа Бора показала, что объяснение химической связи может быть найдено в пределах динамической теории электрона, хотя никаких удовлетворительных в количественном отношении результатов получено не было. Как будет видно из дальнейшего, количественные результаты удалось получить лишь после открытия новых принципов волновой механики. [c.12] Вернуться к основной статье