原子到分子的连接模型

先前的出版物收到了负面评价,其措辞为“为什么在这里张贴此类基本物品”。 因此,我立即警告该材料主要供开始学习化学的学童使用。 也适合那些在上学期间不懂此主题的人。 如果存在的话,我会在流行的针对学童的专门资源上发表文章。

是的,我知道原子模型的存在,其中电子是位于原子核附近的概率波。 但是,通常来说,学生很难想象概率如何将原子结合成分子。 因此,我说“在手指上”。

原子到分子的连接

我们的世界并不以分离的原子形式存在,它们以某种方式相互连接。 哪一个

取两个氢原子。 每个原子包含一个质子和一个电子,因此每个原子的总电荷为零。

吊坠法

F = k * q1 * q2 / r ^ 2

告诉我们,中立的身体不应该相互吸引

(q1 = 0,q2 = 0)

因此,氢(和任何其他化学元素)应仅以原子形式存在,而决不能结合成分子。 实际上,氢原子总是成对结合。 怎么了

让我们拿两块金属,并以彼此相距很小的距离平行排列它们。



两个片段都包含相同数量的质子和电子,因此,每个片段的总电荷等于零。 因此,他们没有相互吸引的理由。

我们知道,在金属中,一部分外部电子会离开它们的原子,并在金属晶格的离子(被放弃的原子)之间自由行走。 这些电子平均平均分布。

想象一下,我们以某种方式设法将这些自由电子的一部分移动到金属下部的左侧。 此外,在其右侧将缺少电子。



我们得到了所谓的偶极子:该部分的左侧带负电,右侧为正。 太好了 在高端市场会发生什么? 我们知道,相同的电荷相互排斥,相反的电荷相互吸引。 因此,从下部段的电子的电场开始,上部段的电子将到达右侧。 也就是说,这两个金属段中电子的分布图将变成一面镜子:



带电物体对相邻物体的这种影响导致电荷在其附近的重新分布,称为静电感应。

现在最有趣的事情是:在上部片段左侧带正电的原子核是在下部片段左侧收集的相反电子。 而相反的电荷被吸引。 因此,分段的左侧部分将开始相互吸引!

同一部分将在分段的右侧发生-仅镜像。 段的右端也将相互吸引。 太好了,不是吗? 电荷在导体段之一内部的重新分布导致了这两个段的相互吸引!

但是,如果我们现在将下部的自由电子移动到其右端会发生什么? 然后,上段的自由电子将移动到左端。 也就是说,在其中一个段中来回移动电子,我们使相邻段中的电子移动,而这与第一个段没有任何联系! 电子在一个导体中运动对相邻导体中电子运动的这种影响称为电动感应。

尽管这不适用于我们的主题,但我们注意到,我们以某种简化的形式研究了天线和接收器在无线电传输过程中的工作方式。
我们可以以不同的方式排列这两块金属-两端彼此相对:



如果我们可以将电子移动到例如左段的右侧,则从它们开始,右段的电子也将移动到右段的右侧:



并且在这种情况下,这两块金属将开始相互吸引,因为它们的近端带有相反的电荷。 应当特别注意的是,在段的布置的第二变型中,它们的相互吸引的力将变弱,因为仅它们的相对端部被吸引,而在段的布置的第一变型中,左右两者都被彼此吸引。结束。

但是,这与原子键有什么关系? 让我们看一下氢原子。 它有一个绕原子核移动的电子。 而且如果第二个氢原子在附近,则该电子将导致邻居的电子以与它们在我们的金属片段中移动相同的方式移动-当一个原子的电子在其原子核的一侧时,相邻的一个将被迫在其原子的另一侧。

当然,这里的影响不是单方面的,而是相互的-第一个电子影响第二个电子,第二个电子影响第一个电子。 但是最重​​要的是,这两个原子的吸附方式与两个金属相互吸引的方式相同(两端彼此面对)。

本质是相同的:电子彼此远离,从而使相反的电荷相互吸引。 想象一下,其中一个原子的电子在两个相邻原子的核之间,而相邻原子的电子在轨道的相对偏远点:



现在我们有一个带负电的电子位于两个带正电的原子核之间。 两个原子的原子核都被该电子吸引。 因此,电子当前结合两个原子。

原子核之间的距离大于从每个原子核到位于它们之间的电子的距离。 而且我们还记得电荷相互作用的力与它们之间距离的平方成反比。 因此,此刻,原子核对电子的吸引力大于原子核的相互排斥力。

但是电子一直在运动,因此一段时间后,第一个电子离开了原子核之间的空间,但是第二个电子在那里移动了。 此时,粘合剂的作用传递给第二个原子的电子(下图中的力矩3)。



注意,在图2和4所示的时间点,原子核之间没有电子。 在这些时刻,原子核互相排斥。 因此,原子之间的距离会发生变化-在电子围绕核旋转时会不断变化,但是会保留其平均长度(称为键长)。 对于结合到分子中的每对原子类型,键长(原子核之间的距离)是独立的。

就像在金属片段中一样,在形成的氢分子中这两个原子的电子尽可能地彼此分开。 因此,它们发生了同步-在绕核的每转中它们相对于彼此的位置大约相同。

这有点让人联想到华尔兹的集体表演,当两人以相同的速度旋转时,女士们和先生们将永远不会相邻,而是总是交替出现:



本文是“清晰化学”一书的摘录。

圣不确定和圣概率

量子理论声称不可能同时确定空间中电子的确切位置及其动量(运动的方向和速度)。 因此,据信在原子核周围存在某些检测电子的可能性高的位置(区域)。 这些区域称为电子轨道。

在一个家庭例子中,不难解释这一理论。 假设您住在一间公寓里,那里有一间卧室,一间厨房和一间浴室。 如果您将90%的时间用于卧室,8%的时间用于厨房,2%的时间用于浴室,则可以将您的轨道视为卧室和厨房,因为在浴室中找到您的可能性非常低。 在不同时间对您进行100次观察后,观察者可能会在卧室的90个案例中和厨房的8个案例中找到您。 通过这些数字,可以得出有关您的栖息地面积的结论。

现在讨论为什么不可能同时确定电子在空间中的位置,速度和运动方向。 甚至更容易。 事实是,只能在行驶距离的特定部分上测量速度。 用该段的长度除以它经过的时间,我们可以得出运动的速度。 但是我们不能将空间的一部分视为身体的位置。 位置是身体的精确坐标。

想象一下,一只苍蝇在黑暗的房间里飞行。 通过用非常短的闪光灯照亮房间,我们可以看到苍蝇当前所在的位置。 但是,为了了解飞行的位置和速度,我们将不得不打开灯更长的时间。 然后,我们将看到飞行位置随时间的变化,并且能够估算这种变化的速度。 但是在这种情况下,由于在这段时间内它移动了一定距离,因此我们无法再指出其飞行速度的确切位置 。 这就是不确定性原则的重点。

在原子核周围运动的电子会很快改变运动的速度和方向,因此无法确切地说出它们在给定时间的位置以及运动的位置。

在上面讨论的模型中,电子像时钟中的箭头一样运动。 这不仅会引起圣洁不确定性和圣洁概率的信徒的义愤。

但是,我们不能确切地说出该电子或那个电子的位置以及它“属于”哪个原子这一事实完全不会改变原子键合的静电机理。 除非通过在两个质子之间放置电子,否则不可能将其结合。 没有概率或不确定性可以将原子连接到分子中。 它完美地证明了分子氢离子H2 +。 在该离子中既没有电子双峰,也没有对成对电子的自旋的补偿,也没有电子云的重叠,但是,该离子存在并且稳定。

此外,别忘了这只是一个模型,它的“解释性”功能以及任何其他模型的功能都受到限制。 例如,它(似乎)并不能解释为什么氢原子不能加入H3,H4等长链。

但是,我们可以假定由于氢分子中的电子轨道移至分子中心这一事实,它们没有从其末端“突出”,因此相邻的氢分子无法通过电子同步机制相互粘附。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN445026/


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