Каталог статей /

Квантовая химия :: Общие сведения

Квантовая химия · Общие сведения · Строение атома · Образование химической связи и строение молекул и твёрдых тел · Физические, в том числе спектральные свойства атомов, молекул и твёрдых тел · Взаимодействие отдельных молекул, энергетические барьеры на пути трансформаций молекул · Близкие статьи · Примечания · Литература · Официальный сайт ·


Базовый задачей квантовой химии является решение уравнения Шредингера и его релятивистского варианта (уравнение Дирака) для атомов и молекул. Уравнение Шредингера решается аналитически лишь для немногих систем (к примеру, для моделей типа жёсткий ротатор, гармонический осциллятор, одноэлектронная система). Реальные многоатомные системы содержат огромное количество взаимодействующих электронов, а для таких систем не существует аналитического решения этих уравнений, и, по всей видимости, оно не будет найдено и далее. По этой причине в квантовой химии приходится строить различные приближённые решения. Из-за быстрого роста затруднения поиска решений с ростом сложности системы и требований к точности расчёта, возможности квантовохимических расчётов сильно ограничиваются текущим развитием вычислительной техники, не смотря на то, что, наблюдаемые в последние два десятилетия революционные сдвиги в развитии компьютерной техники, приведшие к её заметному удешевлению, заметно стимулируют развитие прикладной квантовой химии. Решение уравнения Шредингера часто строится на уравнении Хартри-Фока-Рутана итерационным методом (SCF-self consistent field — самосогласованное поле) и состоит в нахождении вида волновой функции. Приближения, используемые в квантовой химии:

1. Приближение Борна — Оппенгеймера (адиабатическое): движение электронов и движение ядер разделено (ядра движутся настолько медленно, что при расчёте движения электронов ядра можно принять за неподвижные объекты). В связи с этим приближением существует так называемый эффект Яна-Теллера. Данное приближение даёт возможность представить волновую функцию системы как произведение волновой функции ядер и волновой функции электронов.
2. Одноэлектронное приближение (или приближение Хартри): считается, что движение электрона не зависит от движения других электронов системы. В связи с этим в уравнения, используемые в квантовой химии вносятся поправки на взаимное отталкивание электронов. Это позволяет волновую функцию электронов представить в виде суммы волновых функций отдельных электронов.
3. Приближение МО ЛКАО(молекулярная орбиталь как линейная комбинация атомных орбиталей): в данном подходе волновая функция молекулы представляется как сумма атомных орбиталей с коэффициентами: (r)=c11+ c22+…+cnn, где
(r) — волновая функция (а точнее — её электронная часть),
c1 — коэффициент при атомной орбитали,
1 — волновая функция атомной орбитали (получается при решении уравнения Шредингера для атома водорода — известно в точном виде). Решение задачи состоит в нахождении коэффициентов С. При учёте всех интегралов — так называемый метод Ab initio — количество вычислений растёт пропорционально количеству электронов в 6-8 степени, при полуэмпирических методах — в 4-5 степени.

Получаемая при решении уравнения волновая функция описывает чистое квантовое состояние системы. Квадрат модуля волновой функции, характеризует плотность распределения вероятности обнаружения системы в заданной точке конфигурационного пространства. Данную интерпретацию впервые предложил Макс Борн, которому за фундаментальные исследование в области квантовой механики, особенно за статистическую (вероятностную) интерпретацию волновой функции, была присуждена в 1954 году Нобелевская премия по физике.

  • Russian to English Russian to German Russian to French Russian to Spanish Russian to Italian Russian to Japanese

Информация на сайте из открытых источников. Основа ВикипедиЯ. | Пожалуйста, внимательно прочитайте эту страницу!