Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Квантова хімія



План:


Введення


Квантова хімія - це напрямок хімії, що розглядає будову і властивості хімічних сполук, реакційну здатність, кінетику і механізм хімічних реакцій на основі квантової механіки. Предметом квантової хімії є: квантова теорія будови молекул, квантова теорія хімічних зв'язків та міжмолекулярних взаємодій, квантова теорія хімічних реакцій і реакційної здібності та ін [1]. Квантова хімія знаходиться на стику хімії і квантової фізики (квантової механіки). Вона займається розглядом хімічних і фізичних властивостей речовин на атомарному рівні (моделях електронно-ядерної взаємодії, наданих з точки зору квантової механіки). Внаслідок того, що складність досліджуваних об'єктів не дозволяє знаходити явні рішення рівнянь, що описують процеси в хімічних системах, застосовують наближені методи розрахунку. З квантової хімією нерозривно пов'язана обчислювальна хімія - дисципліна використовує математичні методи квантової хімії, адаптовані для складання спеціальних комп'ютерних програм, що використовуються для розрахунку молекулярних властивостей, амплітуди ймовірності знаходження електронів в атомах, симуляції молекулярного поведінки.


1. Загальні відомості

Основним завданням квантової хімії є рішення рівняння Шредінгера і його релятивістського варіанту ( рівняння Дірака) для атомів і молекул. Рівняння Шредінгера вирішується аналітично, з огляду на наступні обмеження: жорсткий ротатор, гармонійний осцилятор, одноелектронних система. Але реальні багатоатомні системи містять велику кількість взаємодіючих електронів і для таких систем не існує аналітичного рішення рівняння, і, по всій видимості, воно не буде знайдено і надалі. З цієї причини в квантової хімії доводиться будувати різні наближені, звичайно чисельні або получісленние рішення. Через швидке зростання складності пошуку рішень із зростанням складності системи і вимог до точності розрахунку, можливості квантовохімічні розрахунків сильно обмежуються поточним розвитком обчислювальної техніки, хоча, що спостерігаються в останні два десятиліття революційні зрушення у розвитку комп'ютерної техніки, що призвели до її помітного здешевлення, помітно стимулюють розвиток прикладної квантової хімії. Рішення рівняння Шредінгера будується на рівнянні Хартрі-Фока-Рутана ітераційним методом (SCF-self consistent field - самоузгоджені поле) і полягає в знаходженні виду хвильової функції. Наближення, використовувані в квантової хімії:

1. Наближення Борна - Оппенгеймера (адіабатичне): рух електронів і рух ядер розділене (ядра рухаються настільки повільно, що при розрахунку руху електронів ядра можна прийняти за нерухомі об'єкти). У зв'язку з цим наближенням існує так званий ефект Яна-Теллера. Дане наближення дозволяє представити хвильову функцію системи як добуток хвильової функції ядер і хвильової функції електронів.
2. Одноелектронному наближення (або наближення Хартрі): вважається, що рух електрона не залежить від руху інших електронів системи. У зв'язку з цим в рівняння, що використовуються в квантовій хімії вносяться поправки на взаємне відштовхування електронів. Це дозволяє хвильову функцію електронів представити у вигляді суми хвильових функцій окремих електронів.
3. Наближення МО ЛКАО (Молекулярна Орбіталь як Лінійна Комбінація атомних орбіталей): в даному підході хвильова функція молекули представляється як сума атомних орбіталей з коефіцієнтами: Ψ (r) = c 1 ψ 1 + c 2 ψ 2 + ... + c n ψ n, де
Ψ (r) - хвильова функція (а точніше - її електронна частина),
c 1 - коефіцієнт при атомній орбіталі,
ψ 1 - хвильова функція атомної орбіталі (виходить при вирішенні рівняння Шредінгера для атома водню - відомо в точному вигляді). Рішення завдання полягає в знаходженні коефіцієнтів С. При обліку всіх інтегралів - так званий метод Ab initio - кількість обчислень зростає пропорційно кількості електронів в 6-8 ступеня, при напівемпіричних методах - в 4-5 ступеня.

Отримана при вирішенні рівняння хвильова функція є математичною абстракцією. Має певний фізичний сенс лише квадрат її значення, який на думку Е. Шредінгера, характеризує ймовірність розподілу (щільність) негативно зарядженого електронного хмари.

Однак більшість фізиків не розділяло переконань Е. Шредінгера, так як доказів існування електрона як негативно зарядженого хмари не існувало на той момент. Загальноприйнятою точка зору стала лише завдяки роботам Макса Борна, який обгрунтував імовірнісну трактування квадрата хвильової функції. За фундаментальне дослідження в галузі квантової механіки, особливо за статистичну (імовірнісну) інтерпретацію хвильової функції, М. Борну була присуджена в 1954 році Нобелівська премія з фізики.


2. Будова атома

Атом (від др.-греч. ἄτομος - Неподільний) - найменша хімічно неподільна частина хімічного елемента, яка є носієм його властивостей [2]. Атом складається з атомного ядра і електронів. Ядро атома складається з позитивно заряджених протонів і незаряджених нейтронів. Якщо число протонів в ядрі збігається з числом електронів, то атом в цілому виявляється електрично нейтральним. В іншому випадку він має деяким позитивним або негативним зарядом і називається іоном. Атоми класифікуються за кількістю протонів і нейтронів в ядрі: кількість протонів визначає приналежність атома деякого хімічному елементу, а число нейтронів - ізотопу цього елемента.


3. Фізичні, в тому числі спектральні властивості атомів, молекул і твердих тіл

4. Взаємодія окремих молекул, енергетичні бар'єри на шляху трансформацій молекул

Примітки

  1. Давтян О. К. Квантова хімія. - М.: Вища школа, 1962. - 784 с. - Стор 5 - gen.lib.rus.ec / get? md5 = 98d12f7c1a67c8f6e5fdab7067ff707a
  2. Велика радянська енциклопедія - slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00005/15200.htm? text = атом & stpar3 = 1.2

Література

  • Гельман Г. Г. Квантова хімія. - М.: ОНТИ, 1937. - 546 с.
  • Абаренков І. В., Братцев В. Ф., Тулуб А. В. Почала квантової хімії - М .: Вища школа, 1989. - С. 303. - ISBN 5-06-000492-9.
  • Степанов Н. Ф. Квантова механіка і квантова хімія - www.odessamore.com / physics-of-molecules / library / books / stepanov.djvu - М .: Світ, 2001. - С. 519. - ISBN 5-03-003414-5.
  • Заградника Р., Полак Р. Основи квантової хімії. - М.: Мир, 1979. - 504 с.
  • Грибов Л. А., Муштакова С. П. Квантова хімія. - М.: Гардарика, 1999. - 390 с.
  • Жідоміров Г. М., Багатурьянц А. А., Абронін І. А. Прикладна квантова хімія. - М.: Хімія, 1979. - 296 с.
  • Татевскій В. М. Квантова механіка та теорія будови молекул. - М.: Изд-во МГУ, 1965. - 162 с.
  • Бейдер Р. Атоми в молекулах. Квантова теорія. - М.: Мир, 2001. - 532 c. - ISBN 5-03-003363-7
  • Майер І. Вибрані глави квантової хімії: докази теорем та виведення формул. - БІНОМ. Лабораторія знань, 2006. - 384 с. - ISBN 5-94774-499-6
  • Дмитрієв І. С., Семенов С. Г. Квантова хімія - її минуле і сьогодення. Розвиток електронних уявлень про природу хімічного зв'язку. - М.: Атомиздат, 1980. - 160 с.
  • Ейрінгом Г. Уолтер Дж., Кімбол Дж. Квантова хімія. Пер з англ. - ГІІЛ, 1948. - 528 с.
  • Козман У. Введення в квантову хімію. - М.: ІІЛ, 1960. - 558 с.
  • Введення в квантову хімію. Пер з япон. Під ред. С. Нагакури, Т. Накадзіма. - М.: Мир, 1982. - 264 с.
  • Сучасна квантова хімія. У двох томах. Пер з англ. Під ред. О. Сінаноглу. - М.: Мир, 1968.
  • Локалізація і делокалізація в квантової хімії. Пер з англ. Під редакцією О. Шальве, Р. Додель, С. Діни, Ж.-П. Мальро. - М.: Мир, 1978. - 412 с.
  • Кругляк Ю. А., Квакуш В. С., Дядюша Г. Г., Хільченко В. І. Методи обчислень у квантовій хімії. Розрахунок пі-електронної структури молекул простими методами молекулярних орбіталей. - Київ: Наукова думка, 1967. - 161 с.
  • Левін А. А. Введення в квантову хімію твердого тіла. - М.: Хімія, 1974. - 240 с.
  • Дунга Х., Лигін В. Квантова хімія адсорбції на поверхні твердих тіл. Пер. з нім. - М.: Мир, 1980. - 288 с.
  • Еварестов Р. А. Квантовохімічні методи в теорії твердого тіла. - Л.: Вид-во ЛДУ, 1982. - 279 с.
  • Бурштейн К. Я., Шоригін П. П. Квантовохімічні розрахунки в органічній хімії і молекулярної спектроскопії. - М.: Наука, 1989.
  • Мінкін В. І., Симкин Б. Я., Миняев Р. М. Квантова хімія органічних сполук. Механізми реакцій. - М.: Хімія, 1986. - 248 с.
  • Пюльман Б., Пюльман А. Квантова біохімія. Переклад з англ. - М.: Мир, 1965. - 654 с.
  • Голованов І. Б., Піскунов А. К., Сергєєв Н. М. Елементарне введення в квантову біохімію. - М.: Наука, 1969. - 236 с.
  • Mueller MR Fundamentals of Quantum Chemistry. Molecular Spectroscopy and Modern Electronic Structure Computations. - Kluwer, 2001. - Pp. 265.
  • Koch W., Holthausen MC A Chemist's Guide to Density Functional Theory. 2-ed. - Wiley, 2001. - Pp. 293.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Квантова електродинаміка
Квантова нанотехнологія
Квантова логіка
Квантова телепортація
Квантова біохімія
Квантова спостережувана
Квантова інформатика
Квантова суперпозиція
Квантова криптографія
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru