Модель молекулы. атомы в молекулах
Атомы в молекулах связываются между собой благодаря электромагнитным взаимодействиям входящих в их состав электронов и ядер. Эта связь не очень «жесткая».
Модель молекулы, сконструированная из скрепленных жесткими стержнями шариков — атомов, не очень похожа на настоящую молекулу. В молекулах атомы находятся в непрерывном движении — они колеблются или вращаются. Но и эта картинка неточная.
Правильнее будет сказать, что в молекуле движутся не атомы, а составляющие их ядра и электроны.
Объединяясь в молекулы, атомы не оставляют около себя все свои электроны. Они либо производят «передел» электронов, при этом один из атомов отдает часть своих электронов другому, образуются положительный и отрицательный ионы, которые «держатся друг за друга» за счет кулоновских сил (ионная связь).
Либо атомы в молекуле начинают делать общими часть своих электронов (ковалентная связь). И в том, и в другом случае атомы в молекуле перестают существовать как таковые, они «теряют свое лицо». Но и эта картинка не совсем правильная.
Ведь молекулы, атомы, электроны и ядра подчиняются законам микромира. А значит, про них нельзя сказать: «Они движутся так или этак, они находятся там-то и там-то». Описывать их состояния нужно на языке квантовой механики, а это «язык вероятностей».
Поэтому рисовать можно только плотности распределения составляющих молекулы частиц. И на этих картинках действительно будут видны и общие электронные облака, и отдельные ионы.
Для того чтобы рассчитать плотности распределения частиц внутри молекулы, нужно решить уравнение Шредингера. Эта задача достаточно сложная даже для двухатомных молекул.
Она не имеет точного решения и для самой простой молекулы — молекулы водорода H2, состоящей из четырех частиц — двух протонов и двух электронов. Точное решение возможно только для задачи двух тел.
Поэтому для молекул уравнение Шредингера решается приближенными методами, и все расчеты проводятся с помощью компьютеров. В качестве примера покажем результаты таких расчетов, выполненные для молекул фторида лития LiF (ионная связь) и водорода H2 (ковалентная связь).
На рисунке приведен график зависимости энергии системы E от расстояния R между ядрами Li и F. В конфигурации b при R = 8 A? (1 A? = 10-10 м) внешний электрон атома лития перешел к фтору. Это значит, что состояние двух ионов оказалось энергетически более выгодным, чем состояние двух атомов.
В состоянии g при R = 1,5 A? энергия системы принимает минимальное значение, это энергетически самое выгодное состояние. На рисунке представлены результаты аналогичных вычислений для атомов H и молекулы H2. Хорошо виден процесс формирования общей электронной оболочки вокруг двух ядер H.
