О природе минералов 1 Введение

 n
, где
 n
— число электронов
на самой дальней квантовой оболочке.
Природу ковалентной связи легче всего объяс-
нить на примере образования молекулы водоро-
да. Представим себе два атома водорода, удален-
ных на такое расстояние друг от друга, которое
не позволяет им взаимодействовать. Тогда каж-

---

Рис. 1.7 Энергия связи в молекуле водорода, рассчи-
танная путем постепенных уточнений (см. текст) [2,
р. 116].
дый из атомов будет обладать энергией, равной
-13,60 эВ. Теперь будем мысленно сближать эти
атомы таким образом, что на электрон каждого из
них начнет воздействовать ядро другого. С помо-
щью методов волновой механики можно рассчи-
тать изменение энергии в результате их взаимо-
действия в зависимости от расстояния между ни-
ми. Расчет учитывает притяжение ядра
 А
заря-
женным облаком
 В
и обратный эффект, а также
силы отталкивания, возникающие между двумя
ядрами и двумя заряженными облаками. На кри-
вой, показывающей зависимость величины энер-
гии от расстояния между атомами, имеется ми-
нимум (рис. 1.7, кривая а), где притяжение пре-
вышает отталкивание настолько, что хотя связь и
возникает, она обладает гораздо меньшей энерги-
ей, чем известная энергия связи молекулы Н
2
.
Если затем два электрона окажутся в состоя-
нии, когда их невозможно отличить друг от друга
(так что при достаточном сближении любой из них
может вращаться вокруг любого ядра), то при-
ходится определять новую комбинированную вол-
новую функцию. При этом мы будем иметь ми-
нимальную энергию (рис. 1.7, кривая 5), величи-
на которой гораздо ближе к измеренной энергии
связи. Еще точнее получится результат, если вне-
сти поправку, учитывающую экранирование од-
ного ядра другим таким образом, что электрон-
ные орбитали сжимаются до меньшего объема
(рис. 1.7, кривая б). Далее можно принять во вни-
мание поляризацию (т. е. деформацию двух заря-
женных облаков). На следующей стадии необхо-
димо учитывать возможность того, что два элек-
трона могут в течение некоторого времени нахо-
диться вблизи одного и того же ядра, т. е. связь
может в какой-то степени походить на ионную.
Такое явление определяется как «резонанс» меж-
ду ковалентным и ионным типами связи. В конце
концов, путем подобного постепенного уточнения
удалось получить значение энергии связи, равное
4,7467 эВ, сравнимое с экспериментально устано-
вленным значением 4,7466 ± 0,0007 эВ (рис. 1.7,
кривая г).
Такой анализ относится к теории валентных
связей и представляет собой один из двух матема-
тических подходов к рассматриваемой проблеме;
другим подходом является «теория молекулярных
орбиталей» (см. разд. 1.7). Он удовлетворитель-
но объясняет, почему спаривание электронов, при-
надлежащих двум атомам, приводит к образова-
нию химической связи, и может быть распростра-
нен на атомы с более сложным строением, чем во-
дород.
В кристаллах при образовании ковалентных
связей на внешних электронных орбиталях завер-
шается спаривание атомов, которые в свободном
состоянии имеют неспаренные электроны. Данные
табл. 1.1 показывают, как, основываясь на сказан-
ном выше, можно объяснить валентности первых
десяти элементов.
Однако сразу возникает вопрос: каким обра-
зом углерод, имеющий два неспаренных электро-
на, соединяется либо с двумя атомами кислоро-
да при образовании CO
2
, либо с четырьмя со-
седними атомами углерода в структуре алмаза
(рис. 1.8)? Ответ заключается в таком понятии,
как гибридизация орбиталей. Проблема опять-
таки решается математически с помощью поло-
Рис. 1.8 Структура алмаза с тетраэдрической коор-
динацией атомов углерода. Тонкой линией показана
одна тетраэдрическая группа.

---

Рис. 1.9 Вид волновой функции