ПРИРОДА КОВАЛЕНТНОЙ (ГОМЕОПОЛЯРНОЙ) СВЯЗИ

H2, O2, N2,Cl2… В них не происходит переход электронов от одного атома к другому. Доказательством этому является то, что диссоциация в парах подобных соединений обнаруживает только присутствие нейтральных атомов. Эти молекулы возникают за счет ковалентной связи. В классической физике известен один тип взаимодействия между нейтральными частицами – гравитационное взаимодействие, но в данном случае гравитационные силы очень малы. Кроме того, ковалентная связь обладает насыщенностью, которая проявляется в определенной валентности атомов. Это свойство чуждо любым классическим символам (гравитационным, магнитным, эл-им). Объяснить ковалентную связь можно только квантовой механикой. Рассмотрим пример этой связи для молекулы H2. Количественная теория ковалентной связи применительно к молекуле H2 была разработана Гайтлером, Лондо***.

При этом они решали уравнение

Шредингера для системы: 2 протона,

2 нейтрона. При сближении атомов

происходит частичное перекрывание их

электронных облаков. Нельзя сказать, что

электрон1 принадлежит ядру атома А, а электрон2 – ядру атома В. Оба электрона тождественны и можно поменять их местами. При этом получается та же система: 2 протона, 2 электрона. За счет частичного перекрывания электронных облаков возникает ковалентная связь. При этом состояние такой системы с тождественными частицами описывается координатной волновой функцией, симметричной или ассиметричной.

Она зависит от координат всех частиц, входящих в систему. Различие симметричной от антисимметричной волновой функции заключается в том, что 1 симметричная волновая функция не меняет своего знака при перестановке частиц местами. Полная волновая функция есть линейная комбинация коорд-ой волновой функции, симметричной или антисимметричной, и спиновой волновой функции, зависящей от ориентации спинов всех взаимодействующих частиц.

ψ=Aψ(инд.s)(a)+Bψ(инд.S)(b). Для нахождения волновой функции необходимо решить уравнение Шредденгера: ▼ψ + [2m(E-U)ψ/π(c.2)]=0.

Уравнение Шреддингера имеет конечные, непрерывные и однозначные решения при значениях полной энергии системы, удовлетворяющих условию: E(инд.±)=(C(r) ± A(r))/(1±S(r)); "+” – ψ(инд.s)(a), "-" – ψ(инд.as)(a).

Согласно принципу Паули полная волновая функция должна быть антисимметрична. Для того, чтобы определить, будем ли мы иметь дело с притяжением между атомами с образованием устойчивой системы 2-атомной молекулы или атомы будут отталкиваться между собой, необходимо установить знак полной энергии системы.

1) S(r) – интеграл перекрывания, характеризует степень перекрывания электронных облаков при сближении атомов. S(r)à0 при rà∞, S(r)à1 при rà0, 0<S(r)<1, 1±S(r)>0; 2) C(r) – кулоновский интеграл, характеризует кулоновское взаимодействие между всеми электронами и всеми ядрами.

3)A(r) – обменный интеграл, имеет размерность энергии и обусловлен налиием тождественных частиц в системе и возможностью обмена их местами. Т.е. в молекуле H2 электрон1 может находится около ядра атома B, и т.д. Если rà∞, C(r)=0 и A(r)=0. При средних r, C(r)<0 и A(r)<0, |A(r)|>|C(r)|.

[1] Если ψ(инд.s)(a), то E+=(C(r)+A(r))/(1+S(r))<0. В этом случае, т.к. полная волновая функция должна быть антисимметрична, то и спиновая волновая функция должна быть антисимметрична, т.е. спины сближающихся атомов должны быть противоположны.

Образуется устойчивая система с min

энергии. 2) Если ψ(инд.as)(a), то

E- = (C(r)-A(r))/(1-S(r))>0. Спиновая

функция должна быть симметрична =>

спины электронов сближающихся атомов должны быть параллельны, не образуется устойчивой системы.