Словарь терминов, понятий и законов физической химии (стр. 3 )

Ядерная химия – устанавливает взаимосвязь между химическими и ядерными свойствами вещества. Иногда ядерную химию неправильно отожествляют с радиохимией. Основные направления ядерной химии: ядерные реакции и химические последствия ядерных превращений, химия «новых атомов», поиск новых элементов, новых видов радиоактивного распада.

Ядерная энергия – внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных превращениях. Использование термина «атомная энергия» не вполне оправдано, так как речь идет об энергии, заключенной внутри ядра.

Ядерное горючее (ядерное топливо) – вещество, в котором протекают ядерные реакции с выделением полезной энергии. 235U – первичное ядерное горючее. Это единственный из природных делящихся нуклидов. Его содержание в природной группе 0,72%. К термоядерному горючему относятся дейтерий , тритий и . При осуществлении ядерных реакций синтеза в горючем протекают реакции:

.

Ядерные реакции – превращение атомных ядер при взаимодействии с другими ядрами, элементарными частицами или квантами. Такое определение разграничивает ядерные реакции и процессы самопроизвольного превращения ядер при радиоактивном распаде. Запись ядерных реакций:

24294Pu + 2210Ne ® 259104Ku + 510n.

Ядерный топливный цикл – совокупность технологических процессов, связанных с получением энергии на ядерных установках. В урановом топливном цикле материалом служит 235U.

Ядерный магнитный резонанс – явление резонансного поглощения радиочастотной электромагнитной энергии веществом с ненулевым магнитным моментом ядер, находящимся во внешнем магнитном поле. Ненулевым ядерным магнитным моментом обладают ядра 1H, 13C, 14N, 31P, но не 12C.

Ядро атомное – центральная массивная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Масса атомного ядра примерно в 4×103 раз больше массы всех входящих в состав атома электронов. Размеры ядра атома составляют »10-14-10-15м. Электрический заряд положителен и по абсолютной величине равен сумме зарядов электронов нейтрального атома.

Ядра изотопов– имеют один и тот же заряд Z (число протонов), но разные N (число нейтронов).

Ядра изобары – имеют одно и то же массовое число, но разные Z и N.

Строение молекул и химическая связь

Ассоциаты – в газообразном состоянии и в растворах вещества могут быть в виде нескольких молекул, объединенных химическими или межмолекулярными связями. Например, в парах хлорида натрия, кроме молекул NaCl, присутствуют также ассоциаты (NaCl)2 и (NaCl)3 и ионы Na2Cl+ и т. д.

Валентность численно выражает способность атома данного элемента вступать в соединение с определенным числом атомов другого элемента.

Валентность элементов по Гайтлеру и Лондону – равна числу неспаренных электронов, которые имеются в его атоме. Азот трех - валентен.

Геометрическая модель гибридных орбиталей – пространственное расположение гибридных орбиталей для различных типов гибридизации с участием s-, p-, d- орбиталей. Sp, dp – прямая линия, sp2, dp2, sd2 – плоский треугольник, pd2 – тригональная пирамида, sp3– тетраэдр, dsp2 – квадрат и т. д.

Гибридизация ковалентной связи возникает всякий раз, когда несколько связей образуются электронами, которые в атомах принадлежат к разным оболочкам, но не очень сильно отличаются по энергии. В молекуле метана четыре sp3–гибридных орбитали, которые образованы из одной s–орбитали и трех p–орбиталей.

Длина связи – расстояние между ядрами двух атомов, образующих связи.

Донорно-акцепторная связь – химическая связь, обусловленная парой электронов, принадлежащей до образования связи одному из атомов. Атом, поставляющий электронную пару, называют донором, а атом, к которому эта пара перемещается, – акцептором. Смещение электронной пары делает связь полярной.

Изомеры – имеют одинаковый состав, но разное строение. Органические соединения имеют структурные изомеры: 1) скелета (нормальный бутан и 2-метилпропан) положения функциональных групп (пропиловый, изопропиловый спирт); метамерия (метилпропиловый эфир, диэтиловый эфир), отличающиеся функциональными группами (уксусная кислота, гликолевый альдегид); пространственная изомерия: зеркальные изомеры (L-аланин, D-аланин), геометрические изомеры (олеиновая, элаидиновая кислота).

Индекс свободной валентности – характеризует способность атома в молекуле реагировать с нейтральными атомами и свободными радикалами. В молекуле бутадиена атомы углерода имеют индексы свободной валентности: 0,838; 0,348; 0,398; 0,838.

Ион – заряженная частица, представляющая собой атом или группу химически связанных атомов с избытком (анионы) или недостатком (катионы) электронов.

Ионная связь – образуется между двумя ионами, которые взаимодействуют по закону Кулона:

fпр= l1×l2/r2.

Заряды l1 и l2 притягиваются на расстоянии r с силой fпр. Ионная связь ненасыщаема и ненаправлена в пространстве. Ионная связь – один из предельных типов ковалентной химической связи.

Кластеры (наноструктуры) – могут быть синтезированы конгломераты атомов золота, платины, серебра и т. д., содержащие 10, 20 атомов и т. д.

Ковалентная связь – образуется электронами, принадлежащими обоим атомам. Ковалентная связь в молекуле хлороводорода примерно на 20% имеет ионный характер. В молекуле H2 или Cl2 ковалентная связь гомополярная или ковалентная на 100%. Ковалентная связь насыщаема и направлена в пространстве.

Ковалентно-ионно-металлическая связь – связь между разнородными атомами в твердых телах. Состояние электронов, состоящих в межатомной связи может быть описано функцией:

,

где коэффициенты определяют долю ковалентной, ионной, металлической связи и в сумме равны единице. В сульфиде цинка связь ковалентно-ионная, т. к. третий коэффициент пренебрежимо мал. В антимониде индия InSb практически отсутствует ионная доля, а в NaSb – ковалентная.

Комплексные соединения. В структуре комплексного соединения K2[Pt(Cl)6] можно различить координационную сферу, Pt(C1)6 – группировку, состоящую из центральной частицы (комплексообразователя) – иона или атома (Pt4+) и окружающих его лигандов (6Cl-). Число лигандов, располагающихся вокруг комплексообразователя, называется координационным числом.

Конформация – каждое из расположений атомов молекулы органического соединения, полученных вращением вокруг связи С–С.

Коэффициент поляризуемости (поляризуемость) – способность молекул или ионов к поляризации (смещению электронов) под действием других заряженных частиц или электромагнитного поля.

Кратные связи – двойные и тройные связи.

Металлическая связь – многоцентровая химическая связь с дефицитом электронов в твердом или жидком (ртуть) веществе, основанная на обобществлении внешних электронов атомов.

Метод валентных связей – теория химической связи Слейтера и Полинга.

1. Единичную химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами, принадлежащими двум атомам. При этом происходит перекрывание волновых функций электронов; между атомами возникает зона со значительной электронной плотностью. Это приводит к уменьшению потенциальной энергии системы, т. е. к образованию связи.

2. Связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания волновых функций электронов, образующих связь, является наибольшей.

3. Из двух орбиталей атома более прочную связь образует та, которая сильнее перекрывается орбиталью другого атома.

Воздавая должное роли обменных интегралов в расчете полной энергии атома, иногда говорят об обменной природе сил химической связи, что неверно.

Метод молекулярных орбиталей (ММО) – теория химической связи, объясняющая образование связей не только парой, но и одним электроном (Малликен). При соединении двух атомов кислорода в молекулу О2 по методу ВС можно было бы ожидать, что неспаренных электронов в О2 не будет. Однако исследование магнитных свойств О2 свидетельствует о том, что в молекуле О2 имеется два неспаренных электрона. ММО рассматривает молекулу и любую многоатомную систему как «многоядерный атом», в котором электроны заселяются по молекулярным орбиталям. Магнитные свойства О2 и другие свойства молекул объясняет ММО.

Метод Хюккеля – метод линейной комбинации атомных орбиталей ЛКАО в ММО, в результате которого сформулировано три понятия: порядок связи, p – электронная плотность и индекс свободной валентности.

Молекулой называется наименьшая нейтральная частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию.

Молекулярная орбиталь – в методе МО характеризуется квантовым числом l, которое определяет величину проекции момента количества движений электрона на линию, соединяющую ядра атомов в молекуле. По своему физическому смыслу l аналогично квантовому числу m в атоме. Оно принимает значения 0, ±1, ±2,…, которым соответствует буквенное значение s, p, d. В молекуле О2 по молекулярным орбиталям должны быть распределены 12 валентных электронов. Эта молекула в методе МО будет иметь следующее строение:

[K(s2s)2 (s*2s)2 (s2p)2 (p2p)4 (p*2р)1 (p*2р)1 ].