Для объяснения взаимодействия атомов квантовая теория выдвинула новый вид сил, так называемых обменных, с помощью которых осуществляется гомеополярная связь.
Создание в 1925^-1926 гг. квантовой механики позволило надеяться, что для развития теории химической связи открылся новый путь. Квантовая механика появилась в двух формах — матричной механики Гейзенберга и волновой механики Шредингера. Почему же именно теория Шредингера дала толчок для развития новых представлений о химической связи? В основу теории Шредингера легли волновые свойства электрона'. Э. Шредингер рассматривал электрон в атоме как отрицательно заряженное облако различной плотности. Понятие об электронном облаке в дальнейшем широко использовалось в химии. В последующие годы (1927—1930) квантовая механика легла в фундамент квантовой химии, которая могла вскрыть физическую природу химической связи.
Одна из первых задач, которую должна была решить квантовая химия, заключалась в том, чтобы объяснить устойчивость молекулы водорода (проблема двух электронов в поле двух ядер).
В конце 1926 г. Э. Шредингер поручил Ф. Лондону и В. Гайтлеру решить задачу о гомеополярной химической связи на примере молекулы Н2. В июне 1927 г. была опубликована статья В. Гайтлера и Ф. Лондона под названием «Взаимодействие нейтральных атомов и гомеополярная связь с точки зрения квантовой механики». Авторы показали, что при образовании молекулы водорода из двух атомов электрон, принадлежавший первоначально одному из атомов Н будет также принадлежать другому, т. е. атомы как бы обобществляют свои электроны. Условие, обусловливающее связь атомов в молекуле Н2, состоит в том, что электроны, ранее принадлежавшие различным атомам, входят в одну и ту же электронную оболочку.
Работа В. Гайтлера и Ф. Лондона имела огромное значение для дальнейшего развития теоретической химии. В ней впервые было показано, что вскрыть физическую природу химической связи можно только на основе квантовой механики. Работа В. Гайтлера и Ф. Лондона не только выяснила специфичность химических сил, их насыщаемость, но и наметила пути расчета (пока качественного или полуколичественного) значений химической связи.
В последующих своих работах В. Гайтлер и Ф. Лондон развили общую теорию валентности, используя молекулу водорода как прототип для других простых соединений. Они отмечали, что само существование валентности зависит от «обменной энергии» и спина электрона2.
Так в химию пришла посланница теоретической физики — квантовая химия. По теории спинвалентности электронная плотность двух атомов водорода в результате их наложения может или ослабляться, или усиливаться в пространстве между ядрами в зависимости от суммарного. При анти параллельной ориентации спинов происходит увеличение плотности электронного облака, которое оказывает стягивающее действие на ядра, и образуется стабильное соединение. При параллельной ориентации спинов взаимодействие атомов носит отталкивающий характер. Таким образом, выяснилось, что образование ковалентной связи сопровождается взаимной компенсацией спинов связующих электронов.
В конце 20-х годов было доказано, что химическая связь— это квантово-механическое явление. Все последующие теории, претендующие на научную трактовку химической связи и электронной конфигурации соединений, должны были учитывать это обстоятельства
|