Файл: Шусторович, Е. М. Химическая связь. Сущность и проблемы.pdf

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

«Химияюстается»экспериментальной наукой. Теория хими­ ческой связи оставляет желать много лучшего. Однако последние 20 лет были отмечены плодотворным симбиозом органической химии и теории молекулярных орбиталей. По необходимости это был брачный союз плохой теории с хорошим экспериментом. Предварительные заключения появлялись на основе теорий, которые были такой меша­ ниной приближений, что они, по-видимому, не имели права работать; тем не менее в руках умных эксперимента­ торов эти идеи трансформировались в новые молекулы

снеобычными свойствами».

Приведенные слова известных американских химиков — Нобелевского лауреата Вудворда и Хоффмана — очень точно характеризуют роль квантовой теории не только в органической химии, но и в химии вообще. С одной стороны, эта теория универсальна, ибо позволяет в прин­ ципе рассматривать почти все вопросы строения и реак­ ционной способности химических соединений; с другой стороны, из-за непреодолимых математических труд­ ностей эта теория вынуждена вводить различные упроще­ ния, которые, как правило, тем грубее, чем сложнее рассматриваемая проблема. Поэтому как раньше (когда господствовала теория резонанса), так и теперь (когда доминирует теория молекулярных орбиталей) квантовая теория полезна только «умным экспериментаторам», ибо эта теория остается весьма приближенной и ее обычно нельзя довести до уровня рецептов и догматических истин. Важнейшие квантовохимические результаты носят ха­ рактер модельных гипотез или нестрогих правил, так что плодотворность их применения к реальности существенно зависит от интуиции и воображения исследователях.

1 Один нз ранних примеров такого рода — открытое Хюккелем в 1931 г. (4т+2)-правило ароматичности. Из примеров новейшего времени, несом­ ненно, самым ярким является открытие в 1965 г. правил Вудворда—Хоф­ фмана.

222

Поскольку в настоящее время сущность большинства химических процессов выяснена еще недостаточно, ответ на вопрос «почему» обычно не только проще, но и важнее ответа на вопрос «сколько». Однако объяснение «почему» может быть дано только в терминах некоторых концепций, и нас не должно смущать, что последние всегда являются качественными и не математически строгими.

В частности, невозможно дать строго математическое определение самому понятию химической связи. Различе­ ние отдельных связей в многоатомной молекуле основано на предположении, что можно выбрать некоторые орби­ тали так, чтобы взаимодействие между ними было сильным, а взаимодействие их с прочими орбиталями — слабым. Ио такое различие может быть в лучшем случае только качественным, ибо невозможно осуществить полную изо­ ляцию выбранного взаимодействия от всех остальных. Тем не менее химическая связь является основной п самой плодотворной концепцией химии. Это объясняется тем, что слабое взаимодействие обычно можно рассматривать как возмущение, не изменяющее качественных результа­ тов сильного взаимодействия.

Внастоящее время развитие концепции химической связи в рамках одноэлектронного приближения практи­ чески завершено. Действительно, взаимодействие одно­ электронных уровней с учетом принципа Паули может быть либо ковалентным; либо донорно-акцепторным, либо дативным ( 1 : 1 , 0 : 2 , 2 : 0 соответственно, где цифры означают количество электронов, находящихся на вза­ имодействующих уровнях). Сами же уровни и образую­ щиеся на их основе связи в общем случае могут быть многоцентровыми (по числу атомных ядер в молекуле), что, однако, не исключает любого из промежуточных частных случаев, вплоть до трех- и двухцеитровых связей.

Врамках одноэлектронного приближения эти пред­ ставления являются предельно общими и потому уже не могут быть далее расширены. Единственно, о чем могла бы идти речь, это о расширении рамок самого одноэлек­ тронного приближения, однако такая перспектива пред­ ставляется сейчас маловероятной. Границы одноэлек­ тронного фундамента современной теории химической связи до сих пор окутаны плотным туманом дополнитель­ ных упрощений, реальную ценность которых еще пред­ стоит выяснить. Поэтому всякое несогласие нынешней

223

теории с экспериментом обычно относят на счет несовер­

ность, вероятно, представляют попытки выйти за пределы одноэлектронного приближения. В то же время для раз­ ных прикладных целей в различных областях химии одноэлектронное приближение таит массу еще не исполь­ зованных возможностей.

И»

**

Мы обсудили ряд проблем современной теории химиче­ ской связи. И хотя обсуждение было по необходимости кратким, из него с достаточной ясностью следует один важнейший вывод: многие идеи и представления, полез­ ные и успешные в свое время, сейчас утратили свою эф­ фективность и нуждаются в решительном пересмотре. Именно для таких ситуаций справедливы слова Стендаля о том, что подражать прошлому — это лгать современ­ никам. Но вместе с тем, не подражая прошлому, нужно ценить и уважать это прошлое. И дело не только в кате­ гориях этического порядка; здесь имеются причины и бо­ лее серьезные. Они состоят в том, что никто и ничто, ни человек, ни идея, ни тем более ее воплощение не могут быть» совершенными.

В древней восточной философии существует эмблема инь-ян. Она представляет собой круг, асимметрично

2 Из физики твердого тела и физики плазмы известно о существовании кол­ лективных эффектов, принципиально не улавливаемых в одпоэлектронном приближении. Однако мы пока можем только подозревать, что подобные эф­ фекты имеют значение и в молекулах, ибо в этом случае построение теории, основанной на многоэлектронном приближении, вызывает гораздо большие трудности и находится сейчас в зачаточном состоянии.

224

ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ

Указаны страницы книги, на которых читатель может найти определения и формулировки, относящиеся к некоторым терми­ нам и понятиям.

226

227