В книге излагается теория, позволяющая объяснит! и предсказать форму молекул. Автор анализирует стереохимию соединений, образованных элементами всех периодов таблицы Менделеева, и в подавляющем большинстве случаев ему удается просто и наглядно объяснить расположение атомов в различных молекулах, комплексах и кристаллах.
Книга предназначена для широкого круга читателей: научных работников во всех областях химии, преподавателей, аспирантов и студентов химических высших и средних учебных заведений.
Предисловие
I
Понятие геометрической конфигурации молекулы лежи! в основе современного учения о строении молекул и определяется равновесной конфигурацией пространственного расположения ядер атомов, образующих молекулу. Эта конфигурация не может быть рассчитана для сколько-нибудь сложной молекулы путем строгого решения соответствующей квантовомеханической задачи. Существует ряд приближенных моделей, методов и теорий, которые используются для систематического анализа накопленных экспериментальных данных по геометрическим конфигурациям молекул. В определенных пределах они часто позволяют не только дать разумное объяснение наблюдаемых конфигураций, но на основе установленных закономерностей и корреляций также правильно предсказывать геометрию еще не изученных молекул, что не раз подтверждалось опытом.
Книга Р. Гиллеспи «Геометрия молекул» представляет наиболее полное и последовательное изложение одной из таких стереохимических теорий, которая раньше рассматривалась только в периодической научной и учебно-методической литературе и с основами которой советский читатель мог кратко познакомиться в книге К. Дея и Д.Селбина «Теоретическая неорганическая химия» («Химия», М., 1969).
Эта теория, а лучше сказать, вслед за автором книги — система взглядов и правил для рассмотрения и предсказания геометрических конфигураций молекул — получила признание и распространение под названием теории Гиллеспи—Найхолма, или модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR, или в нашей транскрипции ОЭПВО). Последние J5—20 лет главным пропагандистом и продолжателем ее развития является автор данной книги, поэтому в литературе имя Найхолма часто опускает--я. Большой вклад в развитие теории внесли также амери-
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие............... 5
Предисловие автора ............. 9
Глава 1. Химическая связь.......... И
1.1. Электронная структура атомов ..... 11
1.2. Связь, осуществляемая электронной парой. Диаграммы Льюиса........... 12
1.3. Ионная и ковалентная связи. Электроотрицатель- ^ ность .............. 15
1.4. Расположение электронных пар на валентных оболочках ............ 18
1.5. Конфигурация молекул........ 20
1.6. Правильные многогранники ...... 26
1.7. Характеристики химической связи .... 31
Список литературы............ 35
Глава 2. Принцип Паули и заполненные орбитали . . 36
2.1. Спин электрона и принцип Паули .... 36
2.2. Расположение электронов на валентных оболочках............... 39
2.3. Перекрывание и взаимное проникновение электронных облаков .......... 46
2.4. Размеры облаков электронных пар .... 47
Список литературы....... . . . . , 51
Глава 3. Влияние неэквивалентности электронных пар 52
3.1. Несвязывающие или неподеленные пары электронов и валентные углы......... 52
3.2. Неподеленные пары валентных оболочек, образующие октаэдрическую и тригонально-бипирами-дальную конфигурации ........ 56
3.3. Изменение валентных углов в зависимости от электроотрицательности лигандов .... - 61
3.4. Кратные связи........... 63
3.5. Валентные углы при центральном атоме, -имеющем незаполненную валентную оболочку .... 75
3.6. Валентные углы в гидридах ....... 77
3.7. Многоцентровые связи....... . 78
Список литературы............ 8в
Глава 4. Валентные оболочки, содержащие пять электронных пар; молекулы типа АХ&, АХ4Е, АХзЕ2 и АХ2Еа 81
4.1. Расположение пяти электронных пар ... 81
4.2. Свойства молекул, имеющих пять электронных пар
на валентной оболочке центрального атома . . 84
4.3. Внутримолекулярный обмен лигандами (псевдовращение) ............. 89
Список литературы............ 91
Глава 5. Валентные оболочки, содержащие более шести
электронных пар.......... 92
5.1. Размещение от 7 до 12 электронных пар на валентной оболочке............ 92
5.2. Семь электронных пар ........ 95
5.3. Восемь электронных пар....... 99
5.4. Девять электронных пар ....... 101
Список литературы............ 101
Глава 6. Геометрия молекул, образованных элементами
второго периода (от лития до неона) .... 102
6.1. Размер атомного остова и координационное число 102
6.2. Кратные связи ........... 105
6 3 Стабильные молекулы с неспаренными электронами ... ............ 108
6.4. Геометрия молекул с центральным атомом от лития до фтора............ ПО
6.5. Литий .............. 112
6.6. Бериллий .......... 114
6.7. Бор .............. 120
6.8. Углерод ............. 126
а) Тетраэдрические молекулы СХ4 ..... 126
б) Пирамидальные молекулы СХзЕ..... 127
в) Плоские тригональные молекулы_СХз ... 127
г) Линейные молекулы СХа . . Г..... 130
6.9. Азот............... 132
а) Тетраэдрические молекулы NX4 ..... 132
§ Пирамидальные молекулы NX»E ..... 132
Угловые молекулы NX2Ea....... . 136
г) Плоские молекулы NXs ........ 136
д) Угловые молекулы NX8E ....... 138
е) Линейные молекулы NXa ....... 140
6.10. Кислород ............ 143
а) Тетраэдрические молекулы ОХ4 ..... 143
б) Пирамидальные молекулы ОХ«Е .... 144
в) Угловые молекулы ОХ2Е ....... 145
г) Угловые молекулы ОХаЕа ....... 145
6.11. Фтор .............. 148
Список литературы............. 150
Глава 7. Геометрия молекул, образованных элементами
третьего и последующих периодов .... 151
7.1. Щелочные и щелочноземельные элементы . . 151
7.2. Алюминий, галлий, индий и таллий .... 154
а) Молекулы типа АХ2; линейная конфигурация 154
б) Молекулы типа АХз; плоская тригональная конфигурация ............ 155
в) Молекулы типа АХаЕ; тригональная пирамидальная конфигурация ......... 155
г) Молекулы типа АХ4; тетраэдрическая конфигурация ............... 157
д) Молекулы типа АХв; тригонально-бипирамидаль-
ная конфигурация ......... 159
е) Молекулы типа АХ«; октаэдрическая конфигурация .............. 160
7.3. Кремний, германий, олово и свинец ... 161
а) Молекулы типа АХ2Е; угловая конфигурация 162
б) Молекулы типа АХзЕ;, конфигурация тригональ-
ной пирамиды ........... 162
в) Молекулы типа АХ4; тетраэдрическая конфигурация .............. 163
г) Молекулы типа АХ4Е; бисфеноидная конфигурация 164
д) Молекулы типа АХ5; тригонально-бипирамидальная конфигурация............ 165
е) Молекулы типа АХ«; октаэдрическая конфигурация ............... 166
7.4. Фосфор, мышьяк, сурьма и висмут . . . . 167
а) Молекулы типа АХаЕ ........ 168
б) Молекулы типа АХа......... 168
в) Молекулы типа АХзЕ; конфигурация тригональ-
ной пирамиды ........... 168
г) Молекулы типа АХ«; тетраэдрическая конфигура-
ция .............. 174
д) Молекулы типа АХ4Е; бисфеноидная конфигурация............... 176
е) Молекулы типа АХе; конфигурация тригональной бипирамиды............. 177
ж) Молекулы типа АХьЕ; конфигурация квадратной пирамиды ............. 178
з) Молекулы типа АХ«; октаэдрическая конфигура-
ция ............... 180
и) Молекулы типа АХ«Е; конфигурация искаженного
октаэдра ............. 182
7.5. Сера, селен и теллур......... 183
•;)•••' а) Молекулы типа АХ»Е; угловая конфигурация 184
б) Молекулы типа Ал.»; плоская тригональная конфигурация ............. 184
в) Молекулы типа АХаЕ8; угловая конфигурация 184
г) Молекулы типа АХзЕ; пирамидальная конфигурация .............. 185
д) Молекулы типа АХ4; тетраэдрическая конфигурация 188
е) Молекулы типа АХ«Е; бисфеноидная конфигурация .............. 190
ж) Молекулы типа АХ»; конфигурация тригональной бипирамиды ........... 191
з) Молекулы типа AXiE,; плоская квадратная конфигурация ............ 191
и) Молекулы типа AXsE; конфигурация квадратной пирамиды ............ 192
к) Молекулы типа АХе; октаэдрическая конфигурация................ 192
л) Молекулы типа АХвЕ; октаэдрическая конфигурация ............... 193
7.6. Хлор, бром и йод .......... 194
а) Молекулы типа АХ2Е2; угловая конфигурация 196
б) Молекулы типа АХзЕ; пирамидальная конфигурация ............... 197
в) Молекулы типа АХ«; тетраэдрическая конфигура-
ция .............. 198
г) Молекулы типа AX2Es; линейная конфигурация 198
д) Молекулы типа АХзЕа; Т-образная конфигурация 199
е) Молекулы типа АХ*Е; бисфеноидная конфигурация .............. 200
ж) Молекулы типа АХ&; конфигурация тригональной бипирамиды ........... 200
з) Молекулы типа АХ4Ег; плоская квадратная конфигурация............ 200
и) Молекулы типа АХвЕ; конфигурация квадратной пирамиды............. 201
к) Молекулы типа АХ«; октаэдрическая конфигурация .............. 202
л) Молекулы типа АХвЕ; конфигурация искаженного октаэдра ............. 202
м) Молекулы типа АХт; конфигурация пентагональ-ной бипирамиды . . -........ 203
7.7. Соединения инертных газов ...... 203
Список литературы............ 208
Глава 8. Переходные элементы ........ 209
8.1. Несвязывающие d-оболочки....... 209
8.2. Два заместителя; линейные молекулы типа АХ, 213
8.3. Три заместителя; плоские молекулы типа АХ» треугольной формы ......... 21Б
8.4. Четыре заместителя; тетраэдрические молекулы
ыре : iAX4
типа АХ4............. 216
8.5. Шесть заместителей; октаэдрические молекулы типа АХ„............. 218
8.6. Шесть заместителей; тетрагональная конфигурация молекул типа АХв........ 222
8.7. Четыре заместителя; плоская квадратная конфигу- ' рация молекул типа АХ4........ 224
8.8. Пять заместителей; молекулы типа AXs, имеющие конфигурации тригональной бипирамиды и тетрагональной пирамиды ......... 227
8.9. Карбонилы металлов ........ 240
8 10. Перекисные соединения ....... 244
8.11. Связи металл — металл и кластерные соединения 245
Список литературы............ 250
Глава 9. Сравнение модели локализованных электронных пар с другими теориями химической связи и строения
молекул ............. 252
9.1. Атомные орбитали (АО) ........ 252
9.2. Перекрывание атомных орбиталей и образование химической связи .......... 255
9.3. Гибридные орбитали ......... 256
9.4. Принцип Паули и распределение электронов 260
9.5. Некоторые трудности, связанные с методом гибридных орбиталей .......... 264
9.6. Метод молекулярных орбиталей (метод МО) . 266
Список литературы............ 271
Предметный указатель............. 272
Цена: 150руб.
