Спиновая теория валентности.

По теории Льюиса — Лондона валентность атомов определяется числом неспаренных электронов, за счет которых осуществляется химическая связь между атомами.

Образование валентной связи между атомами обусловлено взаимной компенсацией спинов их валентных электронов. Получающаяся при этом электронная пара входит во внешний электронные уровни обоих соединяющихся атомов.

Значения валентности атома определяются нескомпенсированными электронными спинами, возможные варианты которых выводятся из основных характеристик атома — числа электронов во внешнем уровне и его максимальной емкости.

Максимальную емкость отдельных подуровней того или иного квантового уровня нередко выражают числом независимых ячеек, каждая из которых может вместить одну электронную пару:

Общее число ячеек в слое равно квадрату его главного квантового числа (т. е. ) (см. табл. 19 и след.).

Согласно принципу Паули, в каждой ячейке может вместиться один или два электрона. В случае размещения двух электронов они должны иметь различные спины.

Вследствие квантовомеханического взаимодействия этих электронов и замыкания их магнитных полей они сближаются и взаимно связывают друг друга — атомы нульвалентны. Но при подведении соответствующего количества энергии извне эту пару электронов можно разъединить (т. е. распарить) и сделать атомы валентными (возбужденное состояние).

Возбуждением электрона называется процесс перевода его с одного подуровня на другой в пределах одного и того же уровня.

Процесс разъединения электронной пары требует определенной затраты энергии, при этом атом будет возбужденным и, следовательно, будет обладать большим запасом потенциальной энергии, чем атом в основном (свободном) состоянии.

Для многих атомов валентность в зависимости от условий изменяется. Переменную валентность атома, связанную с общим числом неспаренных электронов, образующихся при последовательном возбуждении, называют спин-валентностью. Допускаемые спиновой теорией валентности приведены для некоторых элементов ниже в схеме:

Основные положения спиновой теории валентности применительно к ковалентной связи являются правильными. Но даваемые ею конкретные указания по ряду вопросов нередко противоречат опыту, что обусловлено, очевидно, тем, что квантовые уровни атомов в молекулах отождествляются с квантовыми уровнями изолированных атомов. Этим недостатком не страдает метод молекулярных орбиталей, дающий теоретическое обоснование нелокализованной связи.

В данном методе молекула (комплекс) рассматривается как единое целое, в котором отдельные атомы утрачивают свои индивидуальные качества, а электроны становятся общими для всей молекулы.

Аналогично тому, как каждому электрону в атоме соответствует своя атомная орбиталь (АО), в молекуле ему соответствует молекулярная орбиталь (МО).

Ниже приведено распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням у элементов, принадлежащих к группам (семействам) s, p, d и f.