В наше время происходит перестройка научных дисциплин, связанная с осуществлением научно-технической революции, В частности, представления о строении вещества, которые раньше были частью физики и химии, все более обособляются в самостоятельную отрасль знаний со своим математическим аппаратом и научной методологией. Это обусловлено в первую очередь тем, что основным инструментом познания и решения задач в данной области стала квантовая механика. С другой стороны, без теории строения вещества теперь немыслимо развитие самых разнообразных областей науки и техники — от астрофизики до сельского хозяйства.
Отмеченные обстоятельства требуют более глубокого, чем ранее, ознакомления студентов-химиков с вопросами строения вещества на первом курсе вузов. С этой целью написана данная книга. В ней изложены современные представления о строении атомов,- молекул, кристаллов и природе химической связи; рассмотрены некоторые методы исследования структуры. При изложении методов структурного исследования • основное внимание уделено газовой электронографии. Это сделано по двум причинам. Во-первых, электронография, использующая дифракцию электронов, на наш взгляд, является наиболее яркой иллюстрацией представления о волновых свойствах материальных частиц, лежащего в основе квантовой механики. Во-вторых, теорию этого метода (в отличие от других) можно изложить доступно для первокурсника с полным выводом рабочего уравнения и описанием определения (методом проб и ошибок) строения молекул, содержащих довольно много атомов (С6Нв, СС14 и др.).
Предполагается, что проработка изложенного в данной книге материала будет предшествовать курсу общей и неорганической химии или^ проходить одновременно с ним. Авторы убеждены, что фактический материал неорганической химии можно полноценно изучить только на основе теории строения вещества и учения об энергетике химических процессов — химической термодинамики*.
Теория строения вещества является, вероятно, наиболее сложной областью современного естествознания; она использует практически
* Сведения об энергетике химических процессов, необходимые для изучения курса неорганической химии, даны в книге М. X. Карапетьянца «Введение в 'еорию химических процессов». М., «Высшая школа», 1975.
а
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...................................... • ^ з
ЧАСТЬ I. СТРОЕНИЕ АТОМА
Введение.......................................... 5
1. Атомы (5). 2. Чмсло Авогадро (6). 3. Массы и размеры атомов (9). 4. Составные части атома — электроны и ядро (10).
Глава первая. Атомные спектры ....................... 12
1. Принцип дейотвия спектрографа; виды впектров (12). 2. Спектр водорода (13). 3. Спектры других элементов (14). 4. Представление о световых квантах (15). 5. История развития представлений о строении атома (17)
. Глава вторая. Волновые свойства материальных частиц.......... 20
1. Двойственная природа спета (20). 2. Закон взаимосвязи массы и-энергии (21).
3. Эффект Комптона (22), 4. Волны де Бройля (24). 5. Квантовая механика; урав-. нение Шредингера (26).
Глава третья1, Квантовомеханическое объяснение строения атомов .... 29
1. Решение уравнения Шредингера для одномерного потенциального ящика (29).
2. Трехмерный потенциальный ящик (33).'3. Одномерный жесткий ротатор (36).
4. Квантовомеханическое объяснение строения атома водорода (37). 5. Квантовые числа электронов в атомах (42). 6; Многоэлектронные атомы (46). 7. Происхождение спектров (48), 8. Энергетические характеристики атомов — энергия ионизации и сродство к электрону (51)
ЧАСТЬ II. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА И СТРОЕНИЕ АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ
введение .......................................... 65
1. Современная формулировка периодического закона (55). 2. Структура периодической системы (59), з. Преук^азанне свойств веществ в помощью периодического з.жона (63)
Глава первая. Периодическая система и строение атомов элементов ... 66 i 1. Заполнение электронных слоев и оболочек (66). 2. Закономерности в изменении
энергии ионизации (74), о. Вторичная периодичность (77) Глава вторая. Элементарные сведения о формах и свойствах химических
соединений........................... 78
1. Степень окисления (78). 2. Атомные и ионные радиусы (80). 3. Координацион-1 ное число (85). 4. Соединения, содержащие связи Э—Н и Э—О (86). 5. Кислоты,
основания и амфотерные соединения (Ь6). 6. Зависимость силы кислот'и оснований от заряда и радиуса иона образующего их элемента (87)
Глава третья. Электронное строение и свойства элементов и их соединений................................ 89
1. Первая группа (89). 2, Вторая группа (90)< 3. Третья группа (91). 4. Четвертая группа (93). 5. Пятая группа (93). 6. Шестая группа (94), 7. Седьмая группа (95). 8. Восьмая группа (96). 9. Некоторые ЕЫВОДЫ (97).
I? л а в п четвертая. О значении периодического закона........... 98
ЧАСТЬ III. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Введение..............••.........•........••...... 101
1. Молекулы, ионы, свободные радикалы (101). 2. История развития представлений о химической связи . и валентности (102). 3. Теория химического строения А. М. Бутлерова (104), 4, Структурная изомерия (106). 5. Пространственная изомерия (108). \
Г л з в а первая. Основные характеристики химической связи — длина, на-
I правленность, прочность................... 113
1. Длины связей (113). 2. Валентные углы (114). 3. Прочность связи (119) Глава в т*о рая. Физические методы определения структуры молекул ... 123
1. Электронография (123). 2. Молекулярные спектры (!29). Глава тре т'ь я. Основные типы химической связи — ионная и ковалентная
связи............................... '33
1. Электроотрицательность элементов (133). 2. Ионная и ковалентная связи (134). 3. Дипольный момент и строение молекул (136). 4. Эффективные заряды (141)
Глава четвертая. Квантовомеханическое объяснение ковалентной связи 142
1. Решение уравнения Шредингера с использованием приближенных функций (ИЗ).
2. Кривые энергии для молекул-(149). 3. Результаты квантовомеханического рассмотрения молекулы водорода по Гейтлеру и Лондону (151). 4. Валентность элементов на основании теории Гейтлера и Лондона (156). 5. Объяснение направленной валентности (161). 6. Одинарные, двойные и тройные связи (169). 7. До-' норно-акцепторная связь (177).'8. Связь в электронодефицитных молекулах (182). 9. Метод молекулярных орбиталей (183). 10. Молекулярные орбитали в двухатомных молекулах, состоящих из атомов 1-го и 2-го периодов (189). 11. Метод Хюккеля (193)
Глава пятая. Ионная связь........................... 203
1. Энергия ионной связи (203). 2. Поляризация ионов (206). 3. Влияние поляризации на свойства веществ (209). 4. Полярная связь и электроотрнцательность (212).
Глава шестая. Химическая связь в комплексных соединениях ...... 213
1. Комплексные соединения (213). 2. Изомерия комплексных соединений (215).
3. Объяснение химической связи в комплксных соединениях с помощью электростатических представлений (216). 4. Квантовомеханические методы трактовки химической связи в комплексных соединениях (217). 5. Метод валентных связей (218). 6. Теория кристаллического поля (221). 7. Молекулярные орбитали в комплексных соединениях (225)
Глава седьмая. Водородная связь ...................... 232
ЧАСТЬ IV. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА В КОНДЕНСИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ
Введение ..........................................'237
1. Агрегатные состояния (237). 2. Межмолекулярное взаимодействие (240)
Глава первая. Кристаллическое состояние.................. . 243
1. Особенности кристаллического состояния (243). 2. Исследование структуры кристаллов (249). 3. Типы кристаллических решеток (253). 4. Некоторые кристаллические структуры (255). 5. Дефекты в кристаллах (262). 6. Энергетика ионных кристаллов (265). 7. Металлы и полупроводники (270)
Глава вторая. Жидкое и аморфное состояния................ 276
1. Строение жидкостей (276). 2. Строение жидкой воды (279). 3. Растворы электролитов (280). 4. Аморфное состояние (285)
Приложения . . . •.................................... 288
1. Определение отношения е/т для электрона (288). 2. Характеристики волнового движения. Интерференция и дифракция волн (289). 3. Построение уравнения Шредингера (2Э1). 4. Поляризация света (292). 5. Вывод соотношения, описывающего дифракцию электронов на молекулах (293). 6. Момент инерции (295). 7. Выражения для волновых функциий гибридных орбиталей (296). 8. Спин электрона и магнитные свойства вещества (297). 9. Расчет спектров поглощения поли-метановых красителей (298). 10. Решение однородных систем линейных уравнений (299). П. Значения использованных единиц измерения и физических констант D системе СИ (300)'
Литература......................................... 301
Цена: 150руб.
