Файл: Татевский В.М. Классическая теория строения молекул и квантовая механика.pdf

Таким образом, и в этом случае элементарный (ядерный) отно­ сительный состав парообразного макротела и частиц отдельных видов, существующих в паре (NaCl, Na2 Cl2, ЫазСЬ, . . . ) , не совпа­ дают.

Уксусная кислота (пары). Макротело, состоящее из некоторого количества насыщенных паров «обычной» уксусной кислоты, имеет

условиях, дает несравненно больше сведений, чем знание относи­ тельного элементарного состава только всего макротела в целом.

Излагаемая ниже классическая теория строения так же, как и квантовая механика, формулирует понятия и законы, относящиеся к строению и свойствам отдельной химической частицы. Ясно по­ этому, что непосредственно (без дополнительных предположений) ни классическая теория строения, ни квантовая механика не могут дать никаких заключений о строении и свойствах макротел.

Строение и свойства макротел являются предметом классиче­ ской или квантовой статистики, использующей данные классиче­ ской теории или квантовой механики о строении частиц, входящих в состав макротел (в тех случаях, когда макротела могут прибли­ женно описываться как построенные из отдельных химических ча­ стиц) .

В первых двух частях книги будет дано изложение понятий и постулатов классической теории и строения химических частиц со­ гласно этой теории. В третьей части книги будут изложены резуль­ таты квантовомеханического рассмотрения основных вопросов строения химических частиц и возможных состояний отдельных ча­ стиц. Конспективно будет также изложен подход к установлению соответствия между понятиями и постулатами классической и квантовомеханической теории строения химических частиц.

Основы классической теории строения создавались в начале второй половины XIX века. В этот период представление о том, что макротела можно приближенно рассматривать как системы, со­ стоящие из отдельных химических частиц (молекул)*, только еще утверждались в химии. В работах основоположника классической теории химического строения А. М. Бутлерова были рассмотрены две группы проблем:

1)строение одной химической частицы (молекулы);

2)строение макротела, рассматриваемого как совокупность от­ дельных молекул.

Проблема строения макротел в работах основоположников классической теории строения получила только частичное, притом преимущественно качественное решение. Эта проблема относится собственно не к теории строения молекул, а к области термодина­ мики и статистики. Центральными в классической теории химиче­ ского строения являются вопросы внутреннего строения одной от­ дельно взятой молекулы и связи свойств молекулы с ее строением. Эти вопросы в работах основоположников классической теории и прежде всего в работах А. М. Бутлерова были основательно рас­ смотрены и были установлены понятия и законы, которые отобра­ жают главные особенности строения отдельных химических частиц.

Вдальнейшем в работах многих ученых эти понятия и законы были уточнены, развиты и дополнены новыми понятиями и поло­ жениями.

и постулатов, сформулированных в указанный выше период. В по­ следних главах первой части книги дан критический анализ посту­ латов ортодоксальной классической теории и специальных предпо­ ложений, принимавшиеся при ее применении.

Следует особо отметить, что система понятий и постулатов клас­ сической теории строения (ее аксиоматика) основана на обобще-

* С современной точки зрения, надо сказать, что системы состоят из молекул (включая «свободные радикалы») атомов, молекулярных и атомных ионов.

В период становления классической теории в качестве химических частиц фигурировали только молекулы и их частный случай — атомы {одноатомные молекулы),

которые лежат в основе строения одной, отдельно взятой химической частицы, и понятия и постулаты, связывающие свойства частицы с ее строением. Эти понятия и постулаты формулируются ниже.

§ 3. Понятие химической частицы и эффективного атома в частице в классической теории

При .создании классической теории под химической частицей подразумевалась совокупность «атомов», электронейтральная (мо­ лекула, свободный радикал) или электрически заряженная (ион), которая, будучи изолированной от других частиц (т. е. в отсутствие соударений с другими частицами, полей и каких-либо внешних воз­ действий), может существовать как единое устойчивое образование (не распадаясь самопроизвольно) неопределенное долгое время.

Классическая теория (в том числе и ее современный вариант) не рассматривает внутреннего ядерно-электронного строения хи­ мических частиц.

Говоря об «атомах», входящих в состав молекулы, как ее струк­ турных составных частях, классическая теория имеет в виду неко­ торый «эффективный атом», т. е. структурный элемент, вообще-то отличный (и может быть весьма существенно) от свободного атома. Таким образом, в рамках классической теории правильнее было бы говорить, что молекула представляет собой не единую связанную совокупность атомов, а может быть приближенно описана как еди­ ная связанная совокупность неких «эффективных атомов», т. е. атомов, измененных по отношению к свободным в результате их взаимодействий в частице. Меру этого изменения в классической теории оценить нельзя, нельзя поэтому и более точно определить понятие «эффективного атома», т. е. «атома», входящего в моле­ кулу. Чтобы подчеркнуть, что «атомы в молекуле» это некие «эф­ фективные атомы», мы в ряде случаев будем брать в кавычки термин атом или употреблять термин «эффективный атом», когда речь будет идти об «атомах», связанных в молекуле, а не о свобод­ ных атомах.

Таким образом, важнейшими исходными понятиями классиче­

занные между собой) атомы. Простейшими заряженными химиче­ скими частицами — положительные или отрицательные атомные ионы. Более сложные электронейтральные химические частицы мо­ гут содержать несколько «атомов» (в случае больших молекул — десятки и сотни «атомов»). Заряженные сложные химические ча­ стицы, изученные до сих пор, обычно имеют сравнительно неболь­ шой положительный или отрицательный заряд — несколько единиц положительного заряда или одну единицу отрицательного заряда. За единицу заряда здесь, как обычно, принимается абсолютная ве^ личина заряда электрона. .