Ковалентная связь и ковалентные кристаллы 1

Ковалентная связь и ковалентные кристаллы
1
Атом водорода
Почему электрон не падает на ядро?
Почему спектры поглощения и излучения атомов и молекул
имеют полосчатый характер?
2
Уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода
  2 2 e2  

 
 r   (r )  E (r )
r 
 2m

3

(
r
)
dr
1

2
Основное состояние: Er  min H
Разделение переменных в сферических координатах:
3
Собственные числа = разрешенные уровни энергии
4
Спектральные серии атома водорода
5
6
l=0
Собственные функции nlm
n = 1, 2,… ; l = 0, .. , n – 1;
m = -l,…, l
l=1
l=2
n =1
1s
n =2
2s
2p
n =3
3s
3p
3d
n =4
4s
4p
4d
l=3
4f
7
Принцип Паули:
на одной орбитали ≤ 2е
Атомные орбитали
и строение атомов
8
Молекула водорода Н2
Атомы водорода
Электроны испытывают притяжение
к соседнему атому
Образование ковалентной связи
9
Ковалентная связь
образуется парой
электронов ↑↓
- по одному от
соединяемых атомов
Ковалентные связи
могут образовывать
только атомы с
незаполненными
внешними оболочками
10
Антисимметричность многоэлектронной ВФ:  (1,2)   (2,1)
Разделение пространственных и спиновых переменных:
 


 (r , s )   (r )  ( s )
Основное состояние: S = 0 – синглет:  (1,2)   (1)  (2)   (2)  (1)
Метод валентных связей:
 (1,2) ~  a (1) b (2)   a (2) b (1)
Метод молекулярных орбиталей:
Электронная плотность:
 (1,2) ~  a (1)   b (1) a (2)   b (2)
 (r ) 
1
 a (r)   b (r)   ab (r)
2(1  S )
Плотность перекрывания:
ab (r )  2 a (r ) b (r )
Интеграл перекрывания:
S   a (r ) b (r )dr 3
11
Заряд перекрывания Q  S /(1  S )
+Q/2 -Q
+Q/2
Кулоновская энергия ковалентной связи:
Q(Q / 2) Q / 2 
Q2
 2

 1.75
R/2
R
R
2
U Coul
12
Гетерополярные связи
Ионно-ковалентные связи
Ионные связи
13
Гибридизация – смешение орбиталей с разными l
1 
1
2
( s   pz )
2 
1
2
( s   pz )
sp
1 
1
3
( s  2 pz )
2 
1
3
1
2
( s   pz 
3
2
 py )
3 
1
3
( s   pz 
3
2
 py )
1
2
sp2
1 
1
4
[ s   px   py   pz ]
2 
1
4
[ s   px   py   pz ]
3 
1
4
[ s   px   py   pz ]
4 
1
4
[ s   px   py   pz ]
sp3
14
Примеры молекул с гибридными АО
O=C=O
15