2. Структурата и физичните свойства на молекулите на прости вещества.
Парата, течни и твърди състояния на двуатомни халогена изградени X2 молекули. За да се оцени енергията на молекулните орбитите на полезна информация за енергиите на оригиналните атомна орбитала.
Фигура 1 показва ns- енергийния промяна и NP е атомна орбитала на атома на елементите на първа, втора, трета и четвърта периодите на Менделеев система Периодичната.
Фиг.1. енергия Е (EV) NS - и NP е атомна орбитала на атома на елементите на 1, 2, 3 4-ти периоди.
Отрицателна енергия, тъй като взаимодействието на положително заредени ядра и отрицателно заредени електрони, се освобождава енергия. Когато се преминава от Ли да расте Ne ядро такса якост на сцепление с основните 2s-електроните и екраниране ефект върху 2-р електронните орбити на най. По този начин, в тази серия на енергия разлика 2s - и 2p орбитали се увеличава. екраниране ефект води до увеличаване на енергията и 3S- 3p-. 4S- и 4P орбитали и т.н. и най-важното, за да се намали тяхната разлика в сравнение с 2S- и 2p орбитали ако флуор разлика в орбитална енергия от 27,7 ЕГ за хлора - 11.6 ЕГ.
Съществената разлика енергии 2S- 2p- орбитали и от флуор, като кислород, води до орбитали незначителен принос 2S- във формирането на 3 комуникация. и 4 бита на молекулни орбитали. В резултат на молекулата на енергия диаграма свързване F2 орбитален 3 се намира под 1- комуникационни орбитали (2а).
Фиг.2. Схема молекулно орбитален енергийни диаграми F2 (а) и Cl2 (б).
В прехода към молекули Cl2 - Br2 - I2 поради намалена енергия разлика E (NS) -Е (NP) във формирането на 3 орбитали, участващи в свързването както ns- и следователно NP-орбитали енергия енергийните орбитали 3 свързване е по-горе 1 свързващи орбитали (2Ь). По този начин, електронна конфигурация на халогенни молекули промени от (1 St) 2 (2 бита) (St 3) 2 2 (1 дм) 4 (2 бита) 4 флуор (1 St) 2 (2 бита) 2 (1 свързване ) 4 (комуникация 3) 2 (2 бита) 4 - за други халогени. При прехода от флуор да йод и енергия ns- NP-атомна орбитала увеличава и тяхната разлика се намалява. Трябва да се отбележи, че това намалява и разликата енергия между най-високата и най-ниската заети незаети молекулно орбитите Е1> Е2 (Фигура 2). Съотношението между стойностите на Е1 и Е2 важни за обяснение халоген оцветяване. Намаляването на разликата в енергиите ns- NP-орбитали и води до увеличаване на енергията на молекулни орбитали. Но това е невъзможно да се направи категоричен извод относно промените в броя на F2 -I2 енергията на свързване на X-X. тъй като последната е свързана с разликата в енергия на молекулни и атомна орбитала в комплекс начин. Въпреки това, следва да се отбележи, че наличието на електрони на орбитите antibonding молекулни води до дестабилизация на молекулата, особено на малките си размери. Например, свързването на енергия F-F е много по-малък от Cl-CI и Br-Br. и само малко повече от I-I. Това се дължи на малкия размер на флуорен атом и силно отблъскване четири електроните в antibonding орбитали (Фигура 2). Същата функция промяната в свързващи енергии на молекули, характерни за VI (16), V (15) и IV (14) от периодичната система на елементите.
Разглеждане на физичните свойства на халоген: магнитни свойства, оцветители, температури фазов преход и силата на свързване на Х-Х (виж Таблица 2). Халогенни диамагнитната молекули, тъй като те не съдържат несдвоени електрони (Фигура 2). Покритие възниква в резултат на абсорбция на видимата светлина, т.е. възбуждане на електрони с 2 бита - 4 бита орбити. При прехода от флуор да йод разлика в енергията (Е) на тези орбитали намалява, а дължината на вълната () () абсорбираната светлина увеличава. Това води до промяна на абсорбционни ивици на UV (400 пМ) на флуор-жълт до зелен (540-560 нм) на йод. Покритие е свързано с допълнителен цвят, т.е. тези вълни, които преминава материал и човешкото око възприема. Флуорът не абсорбира светлината от видимия спектър и е безцветен. Хлоро абсорбира виолетово част (400-440 нм) на видимия спектър, предава жълто-зелено част и следователно има този цвят. Като цяло, в прехода от флуор да йод дължина на вълната на абсорбира светлина увеличава и променя цвета си от безцветно (за флуор) до виолетово (за йод).
Таблица 2. Сравнение на свойствата на молекули и прости вещества.
х) Енергийна homolytic разкъсване поради Х-Х.
хх) Енергийна празнина хетеролитично връзка Х-Х.
Точките на топене (тр.) и кипене (т.к..) (Таблица 2) монотонно увеличава от флуор да йод. Това е свързано с увеличение на молекулния размер и повишена междумолекулна взаимодействие (на ван дер Ваалс сили).
Хлоро, бромо и йодо слабо разтворим във вода (Флуор енергично реагира с вода). Така че, при 20 0 ° С в 100 г вода се разтваря 0,7 грама на Cl2; 3.58 грама на Br2 и 0,028 грама на I2. Халогени значително по-добре разтворими в неполярни и ниско-полярни органични разтворители (алкохоли, етери и амини).
Интересно е да се сравни с цвета на йод в различни разтворители. Разтвори на йод в наситени въглеводороди и CCl4. не като несподелени електронни двойки, боядисани в пурпурен цвят, подобен на йодни пари (ABS = 540-560 нм). Това показва, че електроните на молекулите от тези разтворители не реагират с 4 бита орбитали I2. разтворители донори, например, триметиламин, чиито молекули имат свободна електронна двойка, от друга страна, увеличава разтворимостта на йод, и разтворът се обърна кафяво. Причината за това се крие в образуването на комплекс съединение, например, (СН3) 3 N I-I. Взаимодействие орбитален донор разтворител с молекулно орбитален йод води до образуването на по-ниска енергия A-свързваща високи орбитали и antibonding енергия в орбитали (Фигура 3).
Фигура 3. I2 орбитален взаимодействие с донор орбитален разтворителя.
В резултат на енергията на преход се увеличава в сравнение с енергията на преход в молекула I2. и дължина на вълната () svetaumenshaetsya абсорбираната 540-560 нм в случай на йод до 460-480 нанометра солват. Солват разтвор предава голяма дължина на вълната червени, жълти и зелени емисии, смесване kotoryhprivodit до кафяв цвят. В някои случаи, солвати са изолирани в кристална форма (например, ацетонитрил, пиридин).
При нагряване на йодни разтвори в разтворители донори кафяво промяна на цвета възниква в виолетово, поради разпадането на солвати. При охлаждане, кафяво оцветяване се намалява.
Свързани статии