* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

267 МОЛЕКУЛА 268 Ш . Ж е р а р а и Э. Франкленда позволили установить одно из важ­ нейших понятий химии — понятие валентности как свойства атома соединяться с определенным числом д р у г и х атомов. На основе этого понятия в начале 2-й половины 19 в. А. К е к у л е , Й. Лошмидт и А . К у п е р независимо один от другого предло­ ж и л и способы написания структурных формул М. органич. соединений. Однако Кекуле н е был последователен в своих воззрениях и иногда утверждал, что эти ф-лы не отражают действительного строения М., а Лошмидт и К у п е р н е сумели связать эти структурные ф-лы с данными химич. исследований. Новый этап в развитии представлений о М. начинается с созда­ ния А. М. Бутлеровым т е о р и и х и м и ч . строения, к-рая легла в основу современной теоретич. химии. Согласно Бутлерову, в М. существует определенная последовательность химич. связи атомов, причем качественное отличие свойств М. от свойств составляющих ее атомов обусловлено в основном этими химич. связями и взаимным влиянием непосредственно н е связанных атомов в М.; строение М. проявляется в химич. свойствах данного вещества, и поэтому изучение химич. свойств есть важнейшее средство познания строения М. Т е о р и я химич. строения М. дала объяснение изомерии, показав, что причина этого явления заключается в различном порядке сое­ динения одних и тех ж е атомов в М. изомеров, и предсказала число изомерных форм. В дальнейшем представление об изо­ мерии было расширено и, благодаря учению Я . Вант-Гоффа и А . Ж . Л е - Б е л я о различном пространственном расположении атомов в М., были заложены основы стереохимии М. С помощью химич. методов удалось установить последовательность связей атомов в М. и и х расположение в пространстве д л я большого числа органич. соединений. В области неорганич. химии стереохимич. представления были разработаны в конце 19 в. А. Вернером, создавшим координационную теорию строения комплексных соединений. В а ж н е й ш у ю роль в развитии учения о М. сыграло открытие Д . И . Менделеевым периодич. закона, к-рый дал возможность систематизировать существующие химич. соединения и предвидеть многие свойства М., и с х о д я из свойств о б р а з у ю щ и х и х атомов. Дальнейшие исследования М. при помощи химич. методов были направлены в основном на решение задачи о связи строения М. с ее реакционной спо­ собностью и с другими свойствами вещества. Учение о природе сил, соединяющих в одно целое атомы внутри М., возникло еще в начале 19 в., когда Я . Берцелиус предложил электрохимич. теорию, согласно к-рой атомы при­ тягиваются м е ж д у собой благодаря наличию у к а ж д о г о из них д в у х противоположных и не равных п о а б с , величине электрич. зарядов, н а х о д я щ и х с я один от другого на нек-ром расстоянии. Д л я изучения природы химич. связи основное значение имело открытие электрона и разработка электронной теории строения атома и М. в конце 19 — начале 20 вв. Первые электронные теории химич. связи были предложены В . Косселем (1915) и Г. Льюисом (1916). Теория К о с с е л я относилась в основном к М. неорганич. соединений и д о нек-рой степени была род­ ственна представлениям Берцелиуса, поскольку основывалась на предположении, что все М. состоят из заряженных ионов, взаимодействующих по закону К у л о н а (ионная связь). В основе теории Л ь ю и с а л е ж а л о представление о том, что при образо­ вании связи валентные электроны могут н е только полностью переходить от одного атома к другому (ионная связь), но и принадлежать одновременно обоим атомам, причем в этом слу­ чае в зависимости от валентности атомов связь осуществляется одной, двумя или тремя парами электронов (гомеополярная, или ковалентная, связь; подробнее см. Валентность). Однако представления Льюиса оставляли открытым фундаментальный вопрос о п р и р о д е сил, обусловливающих притяжение нейт­ ральных атомов и образование между ними химич. связи. Природа химич. связи была в основном выяснена только после создания в 1925 квантовой механики. В 1927 В . Гейтлеру и Ф. Л о н д о н у удалось при помощи квантовомеханич. методов удовлетворительно рассчитать энергию связи и равновесное междуатомное расстояние М. водорода (см. ниже). Эта работа положила начало квантовой химии, развитие к-рой дало более глубокое понимание основных закономерностей, ранее уста­ новленных в химии экспериментально, и значительно содей­ ствовала объяснению взаимосвязи м е ж д у различными свойст­ вами М. Квантовомеханич. теория М. смогла в значительной степени выяснить природу насыщаемости и направленности валентностей, природу кратных связей и связей в М. ароматич. соединений, природу межмолекулярных сил, устойчивость свободных радикалов, закономерности взаимного влияния атомов в М. и мн. д р . Развитие различных физич. методов ис­ следования позволило с высокой точностью определять струк­ т у р у , оптические, электрические, магнитные и д р у г и е свой­ ства М. объема. В связи с этим д л я электрона в атоме или М. имеет смысл представление об «электронном облаке», плотность к-рого в различных точках пространства пропорциональна вероятности н а х о ж д е н и я в н и х электрона (см. Атом). Н а и б о л е е распространенный тип химич. связи — гомеополярная (ковалентная) связь, осуществляемая в простейшем случае д в у м я валентными электронами (по одному от к а ж д о г о и з взаимодействующих атомов). Простейшим примером гомеополярной связи может с л у ж и т ь связь в моле­ куле Н . П р и с б л и ж е н и и д в у х атомов водорода может быть два с л у ч а я . Е с л и собственные моменты количе­ ства д в и ж е н и я (спины) электронов антипараллельны, то получается притяжение атомов, приводящее к об­ разованию молекулы Н ; если ж е спины параллельны, то молекула Н не о б р а з у е т с я . П р и с б л и ж е н и и д в у х атомов с антипараллельными электронными спинами электронные оболочки этих атомов благодаря волно­ вым свойствам электронов под влиянием обоих ядер деформируются так, что о б р а з у е т с я единое электрон­ ное облако М., причем его плотность в пространстве м е ж д у ядрами оказывается большей, чем сумма соответ­ ствующих электронных плотностей двух изолирован­ ных атомов. П р и этом энергия взаимного электроста­ тич. п р и т я ж е н и я м е ж д у электронами и ядрами оказы­ вается больше, чем сумма энергии взаимного оттал­ кивания электронов и взаимного отталкивания ядер и приращения кинетич. энергии электронов. П р и нек-ром межъядерном расстоянии силы п р и т я ж е н и я уравновешиваются силами отталкивания, что при­ водит к устойчивому равновесию и, т. о., к обра­ зованию молекулы Н . 2 2 2 2 Строение молекул. П р и р о д а х и м и ч е с к о й с в я з и . Д л я образования химич. с в я з и из всех с у щ е ­ ствующих в природе сил имеют значение только элект­ рич. силы, т. е. силы взаимодействия электрич. з а р я ­ дов, носителями к-рых являются электроны и ядра атомов. Специфика химич. связи определяется волно­ выми свойствами электронов и особой корреляцией в и х д в и ж е н и и . Согласно квантовой механике, с о ­ стояние электрона отображается волновой функцией, квадрат а б с . значения к-рой х а р а к т е р и з у е т вероят­ ность н а х о ж д е н и я электрона в том или ином элементе I Если спины электронов д в у х с б л и ж а ю щ и х с я атомов параллельны, то при с б л и ж е н и и атомов в простран­ стве м е ж д у ядрами электронная плотность, наоборот, уменьшается и результирующим эффектом оказывает­ с я отталкивание атомов один от д р у г о г о , вследствие чего молекула Н не о б р а з у е т с я . Химич. связи, как правило, не о б р а з у е т с я во всех с л у ч а я х , когда в обеих или в одной и з взаимодействующих частиц (атомов или М.) спины всех электронов скомпенсированы, т. е. имеют попарно противоположные направления. Т а ­ кие частицы взаимно притягиваются только сравни­ тельно слабыми ван-дер-ваальсовскими силами (см. Межмолекулярное взаимодействие). Это объясняет способность химич. с в я з е й к насыщению. Исключе­ ние составляют те атомы (и М . ) , у к-рых сравнительно легко происходит в о з б у ж д е н и е электронов, н а р у ­ шающее компенсацию спинов. Т а к , н а п р . , атом у г л е ­ рода в нормальном состоянии имеет два непарных электрона, по в результате в о з б у ж д е н и я одного из спаренных электронов он становится четырехвалент­ ным. П р и взаимодействии атомов (или М.), имеющих по одному или по нескольку непарных электронов, х и ­ мич. связь, как правило, образуется; при этом проис­ ходит компенсация спинов электронов, первоначально принадлежавших различным частицам. П р и о б р а з о ­ вании связи электронная оболочка системы прини­ мает такую конфигурацию, к-рая отвечает наиболь­ ш е й энергии связи. Е с л и энергия связи имеет тот ж е порядок величины, что и с р е д н я я тепловая энергия М., то образовавшаяся М. не будет устойчивой. Устойчи­ вость М. данного вещества зависит также и от при­ роды среды, в к-рой она находится, поскольку при столкновении с М. этой среды п р и определенных у с ­ ловиях может произойти химич. реакция. 2 В случае Н и д р у г и х двухатомных М., состоящих из одинаковых атомов, «центр тяжести» электронного облака совпадает с «центром тяжести» положительного заряда и М. не имеет дипольного момента. Такие М. называются г о м е о п о л я р н ы м и . Е с л и М. с о ­ стоит из различных атомов, то «центр тяжести» элект­ ронного облака обычно смещен к одному и з н и х и М. 2