Введение
Ранняя атомная модель
Кубический атом — это ранняя атомная модель, в которой электроны располагались в восьми вершинах куба в неполярном атоме или молекуле. Эта теория была разработана Гилбертом Н. Льюисом в 1902 году и опубликована в 1916 году в статье «Атом и молекула», использовавшись для объяснения явления валентности. Теория Льюиса основывалась на правиле Абегга. В 1919 году Ирвинг Лангмюр дополнительно развил эту теорию, предложив концепцию кубического октетного атома. На рисунке ниже представлены структурные формулы элементов второго периода периодической таблицы. Хотя кубическая модель атома вскоре была заменена квантово-механической моделью, основанной на уравнении Шрёдингера, и представляет теперь в основном исторический интерес, она стала важным шагом к пониманию химической связи. В статье Льюиса 1916 года также была введена концепция электронной пары в ковалентной связи, правило октета и структуры, известные сегодня как структуры Льюиса.
The cubical atom was an early atomic model in which electrons were positioned at the eight corners of a cube in a non polar atom or molecule. This theory was developed in 1902 by Gilbert N. Lewis and published in 1916 in the article "The Atom and the Molecule" and used to account for the phenomenon of valency. Lewis' theory was based on Abegg's rule. It was further developed in 1919 by Irving Langmuir as the cubical octet atom. The figure below shows structural representations for elements of the second row of the periodic table. Although the cubical model of the atom was soon abandoned in favor of the quantum mechanical model based on the Schrödinger equation, and is therefore now principally of historical interest, it represented an important step towards the understanding of the chemical bond. The 1916 article by Lewis also introduced the concept of the electron pair in the covalent bond, the octet rule, and the now called Lewis structure.
Связывание в кубической атомной модели
Одиночные ковалентные связи образуются, когда два атома разделяют край, как показано в структуре C ниже. Это приводит к совместному использованию двух электронов. Ионные связи образуются в результате переноса электрона из одного куба в другой без разделения края (структура А). Льюис также предположил промежуточное состояние, в котором разделен только один угол (структура B). Двойные связи образуются при разделении грани между двумя кубическими атомами. Это приводит к совместному использованию четырех электронов. Тройные связи не могли быть объяснены кубической моделью атома, поскольку не существует способа для двух кубов разделить три параллельных края. Льюис предположил, что электронные пары в атомных связях обладают особым притяжением, что приводит к тетраэдрической структуре, как показано на рисунке ниже (новое положение электронов обозначено пунктирными кругами в середине толстых краев). Это позволяет формировать одинарную связь при разделении угла, двойную связь при разделении края и тройную связь при разделении грани. Это также объясняет свободное вращение вокруг одинарных связей и тетраэдрическую геометрию метана.
Triple bonds could not be accounted for by the cubical atom model, because there is no way of having two cubes share three parallel edges. Lewis suggested that the electron pairs in atomic bonds have a special attraction, which result in a tetrahedral structure, as in the figure below (the new location of the electrons is represented by the dotted circles in the middle of the thick edges). This allows the formation of a single bond by sharing a corner, a double bond by sharing an edge, and a triple bond by sharing a face. It also accounts for the free rotation around single bonds and for the tetrahedral geometry of methane.