Химическая физика (журнал)
- 1 year ago
- 0
- 0
Одноэлектронная химическая связь — это простейшая химическая связь , обуславливающая существование молекулярных соединений посредством кулоновского удерживания двух атомных ядер одним электроном . Главные отличительные черты одноэлектронной химической связи — это понижение полной энергии молекулярной системы по сравнению с энергией изолированных атомов и атомных фрагментов, из которых она образована, а также существенное перераспределение электронной плотности в области одноэлектронной химической связи по сравнению с простым наложением электронной плотности атома и атомного фрагмента, сближенных на расстоянии связи.
Поведение электрона в одноэлектронной химической связи определяется законами квантовой механики и описывается уравнением Шрёдингера с учётом статистической интерпретации волновой функции М. Борна . В одноэлектронной химической связи силы отталкивания (F отт ) двух положительно заряженных ядер атомов (n + ) компенсируется силой притяжения к единственной отрицательно заряженной элементарной частице — электрону (e - ).
Одноэлектронная химическая связь выпадает за рамки как электронной теории химической связи Льюиса, так и теории валентных связей , так как в одноэлектронной химической связи нет ни электронной пары (дублета электронов), ни перекрытия атомных орбиталей , ни взаимодействия спинов электронов.
Механизм образования одноэлектронной химической связи описывается в рамках теории молекулярных орбиталей :
Таким образом, в рамках теории молекулярных орбиталей плотность заряда в молекуле H 2 + состоит из плотностей сферически симметричных зарядов, окружающих каждое ядро, и эллипсоидальной плотности заряда перекрывания; последний обусловлен произведением атомных орбиталей к и велик лишь там, где они имеют достаточно большие значения и сильно перекрываются.
Длина одноэлектронной химической связи в молекулярном ионе водорода H 2 + , численно равная межъядерному расстоянию, составляет 1,06 Å и равна удвоенному боровскому радиусу a 0 = 0,53 Å — наиболее вероятному радиусу электронной оболочки атома водорода в стабильном состоянии. Таким образом, одноэлектронная химическая связь в молекулярном ионе водорода H 2 + образуется как бы касанием двух электронных оболочек атома водорода (рис. 2). Если в двухэлектронной ковалентной химической связи половина её длины определяла ковалентный радиус атома, то в одноэлектронной химической связи половина её длины определяет орбитальный радиус атома.
Известно, что щелочные металлы образуют молекулярные ионы с одноэлектронной химической связью.
Характеристика одноэлектронной химической связи в молекулярных ионах щелочных металлов представлена в таблице.
Атом | Молекулярный ион, Me 2 + | Длина связи, d, Å | Орбитальный радиус атома, r a , Å |
---|---|---|---|
Li | Li 2 + | 3,14 | 1,57 |
Na | Na 2 + | 3,43 | 1,72 |
K | K 2 + | 4,18 | 2,09 |
Rb | Rb 2 + | 4,44 | 2,22 |
Cs | Cs 2 + | 4,70 | 2,35 |
Существование молекулярных ионов щелочных металлов Li 2 + , Na 2 + , K 2 + , Rb 2 + , Cs 2 + , в которых химическую связь создаёт единственный валентный электрон , расширяет и дополняет понятие химической связи. В перечисленных ионах ни о каком взаимодействии спинов электронов и перекрывании электронных облаков речи быть не может. Единственный связывающий электрон локализуется в пространстве между ядрами в месте касания электронных оболочек атомов и удерживает их в едином целом, образуя химическую систему.