Поняття квантової хімії

ЗМІСТПОНЯТТЯ КВАНТОВОЇ ХІМІЇ СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ КВАНТОВОЇ ХІМІЇ. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ  Поняття квантової хіміїКвантова хімія - це розділ теоретичної хімії, в якому будова і властивості хімічних сполук, їх взаємодія і перетворення в хімічних реакціях розглядаються на основі уявлень і за допомогою методів квантової механіки. Квантова хімія тісно пов'язана з експериментально встановленими закономірностями у властивостях і поведінці хімічних сполук, в т. ч. із закономірностями, що описуються класичною теорією хімічної будови. Початок розвитку квантової хімії поклали роботи ряду дослідників, виконані в період становлення квантової механіки. В. Гейзенберг (1926) вперше провів розрахунок атома гелію; В. Гайтлер і Ф. Лондон (1927) на прикладі молекули водню дали квантовомеханическую інтерпретацію ковалентной зв'язку. Їх підхід знайшов подальший розвиток в роботах Дж. Слейтера (1931) і Л. Полинга (1931) і отримав назву валентних зв'язків метод. У цей же період Ф. Хунд (1928), Р. Малликен (1928), Дж. Леннард-Джонс (1929) і Э. Хюккель (1930) заклали основи широко поширеного в даний час методу молекулярних орбиталей. Одночасно з'явилися і основоположні роботи Д. Хартри (1927) і В. А
Фока (1930), що створили метод самоузгодженого поля, а також роботи Дж. Слейтера (1929-30) по математичних основах методу конфігураційної взаємодії. Х. Бете (1929) і Дж. Ван Флек (1932-35) розробили теорію кристалічного поля, розвиток якої привів до створення теорії поля лигандов, що знайшла широке застосування в координаційній хімії. Основне рівняння квантової хімії - нерелятивістське рівняння Шредінгера: , де Е і Ш – повна енергія і хвильова функція системи, - оператор Гамільтона (гамильтониан) системи, що є сумою операторів кінетичної і потенційної енергії електронів і ядер, що входять в систему. Хвильова функція для молекулярної системи, що отримується в результаті рішення рівняння Шредінгера, повинна задовольняти загальним вимогам, що пред'являються до хвильових функцій в квантовій механіці. Зокрема, для багатоелектронної системи вона повинна бути антисиметричною відносно перестав координат (просторових і спинах) будь-якої пари електронів, тобто повинна міняти знак при такій перестановці. Завдання знаходження хвильової функції і енергії молекулярного з'єднання зазвичай вирішується за допомогою варіаційного методу або методів обурень теорії. Оскільки відповідні розрахунки вельми трудомісткі, залежно від складності об'єкту і цілей дослідження використовують неемпіричні або простіші напівемпіричні розрахункові методи. У неемпіричних методах наперед задають тільки числа електронів і ядер в системі, а також заряди ядер і значенні фундаментальних постійних (наприклад постійною Планка, заряду і маси електрона). У напівемпіричних методах додатково з досвіду запозичуються значення окремих вхідних в розрахунок величин, наприклад величин, що визначають взаємодію електронів з ядрами, міжелектронна взаємодія і ін. При цьому обчислювані величини, наприклад енергія молекули, взятої за еталон повинні співпадати з експериментальними значеннями. Неемпіричні розрахунки, звані часто ab initio, набули широкого поширення лише після достатнього розвитку обчислювальної техніки і самі неабиякою мірою сприяли цьому розвитку. Звичайна схема введенні спрощень при рішенні стаціонарного рівняння Шредінгера для молекули зводиться до наступного. У припущенні, що центр мас молекули знаходиться на початку системи координат, вводять адіабатичне наближення, що дозволяє вирішувати задачу в два етапи: спочатку розглянути систему електронів, рухомих в полі нерухомих ядер (електронне рівняння Шредінгера), а потім – систему ядер, рухомих в усередненому полі електронів (ядерне рівняння Шредінгера). Основи квантової теорії багатоелектронних систем були закладені в роботі В. Гейзенберга, присвяченій атому гелію, а також в роботах В. Гайтлера і Ф. Лондона про молекулу водню (1927). Вони показали, що існування, стійкість

1 2 3 4