Предлагаемая читателю книга является руководством по теоретической неорганической химии и охватывает широкий круг вопросов: квантовая химия, волновая механика, метод молекулярных орбиталей, периодические свойства элементов и их соединений, химическая связь, , стереохимия неорганических соеди-' нений, комплексные соединения и др.
Книга представляет большой интерес как для преподавателей общей и неорганической химии, так и для студентов химических факультетов университетов, химико-технологических и педагогических высших учебных заведений.
В книге содержится: рисунков 120, таблиц 60, библиографических ссылок 230.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
В настоящее время, как никогда ранее, в неорганической химии происходит своеобразный пересмотр основных понятий и теоретических воззрений. Так, на основе учения об электронном строении молекул представление о валентности атома в молекуле постепенно теряет определенность и значение. Если исходить из представления о валентности атома в молекуле как числе химических связей, которыми он связан с другими атомами, то на основании метода валентных связей валентность атома равна числу электронных пар, которыми он совместно с другими атомами обладает. Согласно этим представлениям, в NH3 и NH4 валентность атома азота равна 3 и 4 соответственно, а в SiF4 и SiFff валентность атома кремния равна 4 и 6. Отсюда следует, что в различных комплексах с одним и тем же центральным атомом валентность* его может быть различной в зависимости от числа связанных с ним лигандов. В том случае, если строение двухатомной гомоядер-ной молекулы или иона рассматривают на основе метода молекулярных орбиталей, то число (порядок) связей определяют как полуразность между числами связывающих и разрыхляющих электронов. Согласно этой теории, в_ таких частицах, как Hg, Н2, Не*, С2, N2, F2, О2, О", О*, О|~, число (порядок) связей (а значит, и валентность) равно 112; 1; 1/2; 2; 3; 1; 2; 1 1/2; 2 11%, 1 соответственно, т. е. возможна дробная валентность, которую не допускает метод валентных связей. Таким образом эти два метода по-разному рассматривают понятие валентности атома в молекуле.
Наряду со сказанным, стала совершенно очевидна несостоятельность представления о наличии многозарядных атомов в молекулах тех или иных соединений, необоснованность существования понятия о положительной и отрицательной валентности, поскольку это не совместимо с ковалентным характером
CR Я ^PtT R ТТПТТЯИ ЯСГТЛТТТАНЯ &П ГТТ~ТТТТ,Т1Л"*ТТЗ Д TJOr\r\rQtITJTTO/^TZT* V
соединений. Ионную природу химической связи, вероятно, можно принять, и то с некоторыми оговорками, лишь для галогени-дов щелочных металлов. Метод молекулярных орбиталей вообще ставит под сомнение возможность наглядного представления такого основного понятия химии, как химическая связь. Можно указать также еще ряд явлений неорганической химии, таких, как гидролиз солей, окислительно-восстановительные реакции, растворение аммиака, гидразина, гидроксиламина в воде, обычная трактовка которых не только далека от совершенства,. но порой противоречит как опытным данным, так и современным теоретическим представлениям о природе молекул. Широко используемый в неорганической химии метод валентных связей, несмотря на его наглядность и возможность объяснения на его базе образования из простых веществ многих молекул, например, состава РС15, SFe, XeF2, XeF4, XeF6, IF5, IFT, не согласуется с энергетическими данными в отношении этих молекул. Кроме того, этот метод не предполагает возможности образования экспериментально обнаруженного иона Не^, а также не объясняет парамагнетизма молекулярного кислорода и др. Метод валентных связей постепенно заменяется методом молекулярных орбиталей, который становится ведущим методом теоретического исследования строения молекул во многих областях химии, в частности в органической химий. Однако использование этого метода МО,. даже в его простейшей форме ЛКАО (линейной комбинации атомных орбиталей), для трактовки природы молекул неорганических соединений еще только начинает приобретать всеобъемлющее значение как в научных исследованиях, так и в педагогической практике. Все сказанное делает понятным огромный интерес химиков, в особенности химиков-педагогов, к современным воззрениям в неорганической химии. К сожалению, очень мало руководств или монографий на русском языке, излагающих новейшие теоретические представления о природе строения неорганических молекул и пути развития современной неорганической химии.
В книге «Теоретическая неорганическая химия», написанной американскими химиками К. Деем и Д. Селбиным, довольно подробно освещены теоретические проблемы неорганической химии, современные пути исследования строения молекул' неорганических веществ, в особенности метод молекулярных орбиталей, а также указаны некоторые проблемы химии, которые приобрели важное значение (строение координационных соединений, неводные растворы и сущность понятий «кислота» и «основание»).
Материал, рассмотренный в книге и изложенный в простой и понятной форме, делает ее очень интересной.
Монография несомненно принесет пользу аспирантам-химикам, педагогам общей химии в высших учебных заведениях и в средних школах, а также молодым научным работникам-химикам. Не вызывает сомнения, что книга будет широко использована учащейся молодежью химических факультетов университетов и химико-технологических ВУЗов.
Поскольку американское издание вышло в 1962 г., то становится понятным, почему ее авторы не отметили образование криптоном и ксеноном химических соединений, а также не смогли указать на искусственное приготовление (в г. Дубне под Москвой) изотопов элемента 104 — курчатовия, являющегося аналогом гафния. При изложении материала авторы не всегда последовательны. Так, введя представление о степени окисления какого-либо атома в молекуле, они не использовали его широко, например, для характеристики состояния атомов кислорода в перекисях и особенно в надперекисях. Вызывает недоумение отсутствие четкости в описании открытия периодического закона и приписывание чести открытия этого закона наряду с Д. И. Менделеевым и Л. Мейеру.
Можно было бы сделать еще ряд критических замечаний по поводу тех или иных утверждений авторов, но все эти замечания не могут существенно умалить несомненные достоинства книги в целом.
Как редактор пересода я не считал нужным нарушать цельность изложения и что-либо менять в тексте книги и, тем более, делать те или иные существенные добавления. Я ограничился главным образом лишь исправлением явных ошибок и опечаток и дополнил библиографический материал книги.
Перевод 1, 2, 6, 7 и 11 глав выполнен ассистентом Р. А. Лидиным; 3, 4, 5, 8 и 10 глав — доцентом А. С. Селивановой и 9 главы — кандидатом химических наук Е. К- Ивановой.
К. В. Астахов
СОДЕРЖАНИЕ
5 Предисловие редактора
8 Из предисловия к изданию на английском языке
15 Глава 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ
17 Излучение абсолютно черного тела
21 Фотоэлектрический эффект
23 Атомные спектры
27 Модели атома
29 Атом Бора
34 Развитие теории Бора
38 Использованная литература
39 Р-е командуемая литература
40 Глава 2. ВОЛНОВАЯ МЕХАНИКА
. 40 Волны материи
42 Принцип неопределенности
44 Волновая природа электрона
45 Интерпретация волновой функции
47 Нормированные и ортогоцальные волновые функции
48 Волновое уравнение
50 Принцип суперпозиции
51 Частица в одномерном ящике 54 Частица в трехмерном ящике
57 Вырождение
58 Атом водорода
59 Преобразование координат 61 Разделение переменных 64' Ф-Уравнение
65 в-Уравнение
66 Сферические гармоники
66 Радиальное уравнение
67 Квантовые состояния
68 Спин электрона
69 Энергетические состояния атома водорода
70 Метод самосогласованного поля
73 Волновые функции атома водорода
75 Кривые радиального распределения
76 Угловая зависимость волновой функции
78 Использованная литература
78 Рекомендуемая литература
79 Глава 3. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
79 Предыстория открытия периодического закона
80 Триады Деберейнера
81 Спираль де Шанкуртуа
82 Закон октав
84 Периодический закон
89 Длинная форма периодической таблицы
91 Основа периодической классификаций
95 Периодический закон и электронное строение атома
101 Современные тенденции в построении периодической системы элементов
101 Периодическое сходство элементов
103 Классы элементов
106 Использованная литература
106 Рекомендуемая литература
107 Глава 4. ПЕРИОДИЧНОСТЬ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ
107 Атомные и ионные радиусы
110 Ковалентные радиусы
112 Ионные радиусы
114 Периодичность атомных и ионных радиусов
116 Ионизационные потенциалы
121 Сродство к электрону
122 Электроотрицательность
126 Степень окисления элементов
127 Типичные элементы 130 Переходные элементы
132 Внутрирядные переходные элементы
133 Использованная литература
134 Глава 5. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
135 Ионная связь
138 Ковалентная связь
139 Вариационный метод
144 Теория молекулярных орбиталей
157 Теория валентных связей
179 Атомные спектры и обозначения термов
183 Ван-дер-ваальсовы силы
186 Водородная связь
190 Использованная литература
190 Рекомендуемая литература
191 Глава 6. СТЕРЕОХИМИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ
193 Экспериментальные методы стереохимии
193 Дифракционные методы
194 Спектроскопические методы 197 Резонансные методы
197 Теория стереохимии
198 Основы новой теориич
199 Принцип запрета Паули и его применение к стер.еохимии' 204 Молекулы правильной геометрической формы
211 Молекулы с кратными связями
214 Отклонения от правильной геометрической формы
218 Альтернативная электростатическая модель ковалентных молекул
220 Длины связей
223 Углы между связями
229 Использованная литература
229 Рекомендуемая литература •
230 Глава 7. ХИМИЯ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИИ
232 Координационная теория Вернера
232 Два типа валентности
234 Стереохимия комплексов Вернера
238 Классификация координационных соединений
244 Теории координационной связи
245 Модель Сиджвика
247 Три современные модели 249 Метод валентных' связей
256 Электростатическая теория — теория кристаллического поля
265 Теория молекулярных орбиталей
271 Магнитные свойства комплексов 271 Типы магнетизма 277 Магнитный критерий типа связи 231 Стереохимия
282 Правильные структуры
283 Искажение правильных структур 285 Устойчивость комплексов
285 Термодинамика образования координационной связи
288 Факторы, определяющие устойчивость комплексных соединений
289 Комплексы переходных металлов и зт-связь
290 Корреляция термодинамических свойств комплексных соединений согласно теории кристаллического поля
293 Свойства лигандов
294 Спектры поглощения комплексов переходных металлов
299 Использованная литература
300 Рекомендуемая литература
301 Глава 8. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ
303 Уравнение Нернста
305 Стандартные электродные потенциалы
310 Окислительные потенциалы
323 Использованная литература
323 Рекомендуемая литература
•
324 Глава 9. КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
325 Теории кислот и оснований
326 Теория Аррениуса 328 Протонная теория 330 Теория сольво-систем 332 Теория Льюиса
335 Теория Усановича
337 Сила кислот и оснований
340 Закономерности изменения силы кислот
340 Сила бескислородных кислот
343 Сила неорганических кислородсодержащих кислот
347 Использованная литература
347 Рекомендуемая литература
348 Глава 10. НЕВОДНЫЕ РАСТВОРЫ
349 Классификация растворителей
350 Типы реакций
351 Реакции обмена
351 Кислотно-основные реакции
352 Реакции окисления — восстановления
353 Реакции сольволиза
354 Диэлектрическая проницаемость растворителей 356 Коэффициент активности
359 Растворимость
364 Ассоциация ионов
367 Эффект среды
372 Электродные потенциалы в неводных растворах
374 Константы ионизации слабых кислот
376 Измерение рН в неводной среде
380 Клешневидные соединения в неводных растворах
381 Использованная литература
382 Рекомендуемая л итература
383 Глава 11. ТЕОРИЯ ЯДРА
385 Радиоактивные элементы
385 Кривые радиоактивного распада
388 Радиоактивные ряды
389 Изотопы
389 Строение ядра 389 Энергия связи 391 Модель ядра
393 Радиоактивный распад
394 Альфа-распад 400 Бета-процессы
408 Гамма-излучение
409 Изомерные переходы
410 Схемы распада
412 Искусственная радиоактивность
414 Энергетический порог
415 Поперечное сечение ядерных процессов 417 Деление ядра
419 Ядра отдачи
421 Радиоактивные изотопы в химии
424 Использованная литература
ПРОИСХОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ
1
ГЛАВА
Одной из наиболее интересных и важных проблем раннего периода развития химии и физики было изучение природы лучистой энергии. На протяжении всего XVIII века большинство физиков считало, что видимый свет состоит из мельчайших частиц, вылетающих из источника света "подобно пулям. Эта корпускулярная теория, получившая почти всемирное признание, была предложена в 1675 г. Исааком Ньютоном в его сообщении Королевскому обществу. Однако некоторые ученые не были согласны с его точкой зрения. Гюйгенс еще до Ньютона предложил волновую теорию света, которую в то время поддержал Гук. Они предположили, что свет имеет колебательный характер, аналогичный характеру волн на поверхности воды. Но получилось так, что одно из наиболее ярких подтверждений волновой теории было использовано тогда для ее дискредитации, и вплоть до XIX века господствовала корпускулярная теория Ньютона.
Во взглядах на природу света очень мало что изменилось к тому времени, когда Томас Юнг в 1800 г. опубликовал свою первую работу, направленную против корпускулярной теории. В ней он показал превосходство волновой теории в объяснении явлений отражения и преломления света. Затем в 1801 г. он объяснил явление интерференции, а с его помощью и существование колец Ньютона, хотя ранее Ньютон сделал то же самое на основании корпускулярной теории. Высказанная Юнгом идея объяснения интерференции была в действительности не совсем новой, так как сам Ньютон использовал ее в теории приливов и отливов. Юнг нашел, что если лучи от источника монохроматического света сфокусировать на две щели в диафрагме так, как показано на рис. 1-1, то на экране, расположенном за щелями, можно наблюдать ряд линий. Положение этих линий легко объяснимо с помощью интерференции, исходя из волновой теории. В результате прохождения лучей через два отверстия за ними распространяются световые волны. Если гребень одной волны совпадает с гребнем другой, то произойдет
Цена: 150руб.
