2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение05.03.2017, 20:09 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
2388
Внутри ускорителя

(Оффтоп)

fred1996 в сообщении #1197389 писал(а):
Во многих американских школах школьники тоже умеют это делать в последних двух классах.

А чё не 4х? Насколько я помню, в High school нет ограничений на прохождении AP курсов (ну может только через требования на pre-course).

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение05.03.2017, 21:08 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
fred1996 в сообщении #1197435 писал(а):
Вопрос чисто терминологический.

Нет. Враньё и условности - вещи разные, как их ни называй. Для человека, знающего, в чём дело, разница наглядно видна.

-- 05.03.2017 21:16:20 --

arseniiv в сообщении #1197448 писал(а):
Зато я потом долгое время думал (не сказать чтобы думал, но если внимание обращалось, считал самим собой разумеющимся), что уровни энергии электрона (отдельного) в нейтральном атоме водорода и, скажем, в гидрид-анионе одни и те же.

Да, вот с численными значениями уровней в школьной картине напряжёнка...

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение05.03.2017, 21:29 
Заслуженный участник


29/09/14
1144
fred1996 в сообщении #1197435 писал(а):
Представтье, что электрон летает ну по очень большой орбите вокруг ядра. А вокруг ни души?
Это Бор или кванты? А теперь мы уменьшаем радиус орбиты и постепенно это превращается в кванты

fred1996

Полет электрона "ну по очень большой орбите вокруг ядра" - да, возможен; электрон для этого действительно должен находиться, образно говоря, в "пограничном состоянии между классикой и квантами" - его "облако вероятности" $|\psi(\vec{r},t)|^2$ должно иметь вид волнового пакета, летающего по орбите большого радиуса, большого по сравнению с размерами пакета.

Однако заметим, что летающий пакет не есть стационарное состояние (ведь в стационарном состоянии $|\psi(\vec{r})|^2$ не зависит от времени, т.е. стационарное "облако вероятности" не движется и не меняет своей формы, в отличие от данного примера). Здесь $\psi(\vec{r},t)$ есть суперпозиция (сумма) разных стационарных состояний, т.е. состояний с разными значениями энергии.

Такая картина "летающего по орбите электрона" не противоречива, пока речь идёт о суперпозиции состояний с близкими значениями энергии $\varepsilon_n$ с большими значениями квантового числа: $n \gg 1.$ Действительно, при $n \gg 1$ интервалы между уровнями $\varepsilon_n$ малы по сравнению с самими значениями $\varepsilon_n$ (отсчитанными от уровня "основного состояния", т.е. от самого нижнего уровня), так что квантовые флуктуации энергии электрона в этом случае малы по сравнению с квантовым средним значением энергии (опять-таки имею ввиду отсчёт от нижнего уровня в потенциальной яме), и оно будет соответствовать рассчитаному по законам классической механики. Причём, чем больше энергия, тем как раз больше радиус орбиты; эти параметры можно в разумных пределах непрерывно менять: квантованность энергии не проявляется заметным образом, пока интервалы между энергетическими уровнями можно считать малыми.

К чему эти многословные подробности? А к тому, что вот это место:

fred1996 в сообщении #1197435 писал(а):
А теперь мы уменьшаем радиус орбиты и постепенно это превращается в кванты

принципиально не верное. Уменьшать радиус - значит, уменьшать энергию электрона. И когда электрон доберётся до нижнего уровня энергии (в кулоновской потенциальной яме атомного ядра), то от классической картины "орбиты" уже ничего не останется: невозможно иметь маленький волновой пакетик, летающий по орбите Бора с энергией, соответствующей нижним уровням в атоме.

Потому в учебниках и "рисуют электронные оболочки различной формы", что дать нам некоторое наглядное представление о стационарных состояниях электрона на нижних уровнях энергии в атоме в терминах соответствующей плотности вероятности $|\psi_{n,l,m}(\vec{r})|^2$ могут именно они, а вовсе не "орбиты Бора". Орбит Бора с энергиями нижних уровней квантовая механика принципиально не допускает.

(Так что, в наши дни вывод уровней энергии из "модели атома с орбитами" - жестокое враньё, обман; тем более, что по ходу этого вранья не верно указывается момент импульса электрона на нижнем уровне энергии, и теряется очень важная информация: о кратности вырождения уровней энергии атома.

А Бору это простительно, и даже ставится в заслугу. Потому что он первый догадался о дискретности внутренней энергии атома, задолго до открытия квантовой механики. Догадка о дискретности энергетических уровней и сама формула Бора для этих уровней в одноэлектронном атоме - верные (за исключением ошибочного представления о значениях момента импульса и о кратности вырождения уровней). Всё остальное, т.е. картинка орбит и сам вывод Бором его формулы, - принципиально неверные).

(Оффтоп)

Не точная, но немножко всё-таки аналогия - примерно таким же враньём можно "научить" первоклассника решать квадратное уравнение $x^2-2x+1=0.$ Скажем ребёнку: вычеркни всё, кроме единички, единичка и есть ответ. Способ этот хорош тем, что он очень простой; правда, он может оказаться неприменимым к уравнению с другими коэффициентами, да и кратность корня не выявляет, но так ли это важно? :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 12:19 
Заслуженный участник


21/08/10
2402
arseniiv в сообщении #1197448 писал(а):
Впрочем, какие молекулярные орбитали в школе?


Вот и о том же. А без орбиталей все эти стрелочки... Как бы помягче сказать... Не могу найти приличных слов, увы :-(

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 12:38 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


26/01/14
4610
Alex-Yu в сообщении #1197619 писал(а):
Вот и о том же. А без орбиталей все эти стрелочки... Как бы помягче сказать... Не могу найти приличных слов, увы :-(

Я помню, в каком восторге был я, когда я был школьником и нашёл книжку по химии с этими стрелочками.
Потому что в школьном учебнике химии вместо стрелочек было написано так: каждый атом стремится иметь ровно 8 электронов на внешнем электронном уровне. И ковалентная связь случается тогда, когда путём обобществления электронов оба атома могут достичь этой своей цели.
Несостоятельность такой "теории" я понял довольно быстро: во-первых, она пасует уже перед $H_2SO_4$, во-вторых, попахивает какой-то мистикой)
По сравнению с этим метод валентных связей, со стрелочками, неизмеримо более логичен и реалистичен.
И ни про какие ящики в атоме, конечно же, у меня представления не возникло.

Что касается молекулярных орбиталей, то, насколько я знаю, метод молекулярных орбиталей (где все орбитали принадлежат целиком молекуле) также является упрощением по сравнению с полноценной квантовой механикой, что и метод валентных связей (где каждая связь локализована между двумя атомами).
Разница в том, что первый школьникам рассказать невозможно, а второй - можно и нужно. Причём именно рисуя упомянутые здесь стрелочки.

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 14:34 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Alex-Yu в сообщении #1197619 писал(а):
Вот и о том же. А без орбиталей все эти стрелочки...

Как бы вам сказать...

Не надо путать атомные орбитали (которые в школе есть) и молекулярные (которых в школе нет).

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 17:18 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Ну вообще в школе и с атомными не всё замечательно. Вот гибридизация, например. Квантовая механика говорит нам, что если электрон может быть в состоянии $s$ и в состоянии $p_x$, то он может быть и в их суперпозиции, а школьная химия просто молчит, а потом начинается гибридизация и слова о том, что здесь-де она есть, а здесь-де её нет без объяснения причин и того, что если у нас есть отдельный атом водорода, ничто не мешает его электрону быть в как угодно странно раскладывающемся по выбранному базису состоянии.

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 18:22 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
arseniiv в сообщении #1197658 писал(а):
Ну вообще в школе и с атомными не всё замечательно.

Не всё. А я и не говорю, что всё.

arseniiv в сообщении #1197658 писал(а):
Квантовая механика говорит нам, что если электрон может быть в состоянии $s$ и в состоянии $p_x$, то он может быть и в их суперпозиции

Ну, тут есть та фишка, что энергии этих состояний разные, и суперпозиция быстро разрушается. Да и вообще, полноценный курс КМ школьная программа не потянет, даже если занять под неё одновременно всю физику и всю химию.

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 19:05 
Аватара пользователя


09/10/15
4227
где-то на диком Западе. У самого синего моря.
Munin в сообщении #1197672 писал(а):
Да и вообще, полноценный курс КМ школьная программа не потянет, даже если занять под неё одновременно всю физику и всю химию.


Основная проблема - где взять на это преподавателей. Чтобы они не отравляли детям мозги Бором. :)

(Оффтоп)

Американскую школу можно закончить вообще без физики. В некоторых школах это необязательный предмет. Если же в дальнейшем человек решит, что ему физика нужна в каком-то объеме для пререквизитов, он может пойти в ближайший коммьюнити колледж и взять практически любой школьный предмет. Даже после окончания школы человек не отрезан от среднего образования. Мне приходилось вести школьную алгебру у студентов медвузов онлайн. На уровне квадратных уравнений.

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 19:12 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
2388
Внутри ускорителя
Alex-Yu в сообщении #1197619 писал(а):
А без орбиталей все эти стрелочки...

Не рисуют эти стрелочки без предварительного объяснения орбиталек. Не наезжайте на все учебники химии зря! :wink:
Mikhail_K в сообщении #1197623 писал(а):
Что касается молекулярных орбиталей, то, насколько я знаю, метод молекулярных орбиталей (где все орбитали принадлежат целиком молекуле) также является упрощением по сравнению с полноценной квантовой механикой, что и метод валентных связей (где каждая связь локализована между двумя атомами).

Сами концепции МО и ВС -- не являются упрощением. Просто теории хим. связей (в бОльшей степени -- качественные, ну или полуколичественные) -- это по-сути остановка на начальном приближении (т.е. мы его построили из каких-то соображений, кучу всего пообрубав по дороге). С этим связаны успехи и фейлы обоих методов в разных областях. А развитие концепций МО и ВС в большие численные расчёты "в лоб" дают один и тот же результат (т.к. они обе -- просто 2 альтернативных способа построения начальной аппроксимации для волновой функции всех электронов). Другое дело, что для рутинных реализаций более удачным оказался метод МО. А ВС -- для "рисования картинок" и объяснения на пальцах.
Так и живём. :lol:
Munin в сообщении #1197637 писал(а):
и молекулярные (которых в школе нет)

У нас МО есть в олимпиадной химии. А в других странах -- в advanced школьной.

 Профиль  
                  
 
 Re: Ионная и ковалентная химические связи
Сообщение06.03.2017, 23:27 


01/03/13
2502
fred1996 в сообщении #1197267 писал(а):
Например, ковалентная связь в решетке алмаза вряд ли с чем может сравниться. Есть ли такого порядка прочности ионные связи?


Вы перепутали прочность связи с твердостью кристалла и его хим. инертностью.
Энергия связи между атомами углерода в алмазе такая же как в углеводородах порядка 300 кДж/моль.
Энергия ионной связи у хлорида натрия 765 кДж/моль.
А чтобы корунд расщепить на ионы потребуется 15 МДж/моль. :mrgreen:

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 71 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group