- •МОЛЕКУЛЫ
- •Механическая модель молекулы
- •Волновая функция стационарного состояния
- •Адиабатическое приближение
- •Гармоническое приближение
- •Методы построения Ψэлектр.
- •К какому «атому» принадлежит каждый из 10 электронов?
- •Построение волновой функции молекулы в методе ВС
- •Проблема оптимизации коэффициентов
- •2)Абсолютная величина коэффициентов при базисных волновых функциях конкретных РФ зависит от их энергий:
- •Молекула водорода
- •«Атомные» волновые функции
- •Резонансные формы
- •Волновые функции резонансных форм
- •Энергия молекулы в методе ВС
- •J — межатомные кулоновские интегралы (энергии
- •Молекула водорода
- •Влияние межъядерного расстояния
- •Энергетическая диаграмма
- •ВЫВОД
- •Теория резонанса
- •Максимальное
- •II. Метод МО (молекулярных орбиталей)
- •Одноядерная потенциальная яма (атом)
- •Электронная оболочка молекулы в методе МО
- •Одноэлектронное приближение
- •Глобальная волновая функция молекулы
- •То же самое можно записать в матрично-векторной форме:
- •Определение коэффициентов разложения Сij
- •Оставшеся после учета симметрии молекулы коэффициенты Сij определяются посредством процедуры самосогласования:
- •Уравнения Хартри-Фока-Рутана
- •Итерационная процедура
- •Варианты метода МО ЛКАО
- •Полная энергия молекулы
- •Орбитальные энергии
- •Энергетические диаграммы
- •Корреляционная диаграмма ± (
- •Молекула водорода в методе МО
- •Атомный базис
- •Пространственная симметрия МО
- •Молекулярные спин-орбитали
- •Глобальные волновые функции
- •Полученный результат можно улучшить, если использовать МНОГОДЕТЕРМИНАНТНЫЕ волновые функции, каждая из которых соответствует
- •Атомный ( ) и резонансный ( ) интегралы
- •Корреляционная диаграмма
- •Конфигурационное взаимодействие
- •Уравнения ХФР
- •Локальные характеристики молекул
- •Атомно-молекулярная матрица
- •Индекс свободной валентности
- •PQ-матрицы
- •Поляризуемости
- •Внешние возмущения
- •Возмущения связей
- •Все поляризуемости могут быть вычислены через коэффициенты МО:
МОЛЕКУЛЫ
«ХИМИЧЕСКАЯ»
молекула
ХМ — фрагмент вещества
Свойства ХМ определяются косвенно — через свойства вещества (функциональные группы, структурная формула и др.)
«ФИЗИЧЕСКАЯ»
молекула
ФМ — изолированная механическая частица.
Свойства ФМ могут быть измерены приборами (масса, заряд, моменты, поляризуемость и др.)
Классическая |
Квантовая |
Квантовая |
химия |
химия |
механика |
Механическая модель молекулы
ГЛОБАЛЬНОЕ |
ЛОКАЛЬНОЕ |
описание |
описание |
ГЛОБАЛЬНОЕ описание
АΦ = АΦ
Волновая Значения функция наблюдаемых
Φ = ???
Волновая функция стационарного состояния
Φ = Φ(Xi, Yi, Zi, xj, yj, zj, j, k)
— координаты ядер ( i = 1, ... , N )
— координаты электронов ( j = 1, ... , n )
j — спиновые координаты электронов ( j = 1, ... , n )
k — спиновые координаты ядер ( k = 1, ... , N' )
Пренебрежение магнитными взаимодействиями Φ = Ψпростр(Xi, Yi, Zi, xj, yj, zj) Ωядерн(ηi) Ωэлектр(ηj)
Пространственный множитель
Ψ(Xi, Yi, Zi, xj, yj, zj) =
= Ψt (X, Y, Z) Ψr (r, , ) Ψвнутр(Xi, Yi, Zi, xj, yj, zj)
Движение центра масс Поступательное Вращательное
«Частица в |
«Трехмерный |
трехмерном ящике» |
ротатор» |
Адиабатическое приближение
Ψвнутр(Xi, Yi, Zi, xj, yj, zj) = Ψядерн(Xi, Yi, Zi) Ψэлектр(xj, yj, zj)
1 |
2 |
1 |
2 |
v |
v = 0 |
v = 0 |
v |
1 |
2 |
1 |
2 |
v |
|
– v |
|
v = 0 |
v = 0 |
Гармоническое приближение
Ψядерн(Xi, Yi, Zi) = 1( 1) 2( 2) …. 3N–6( 3N–6)
Волновые функции одномерных осцилляторов (нормальных колебаний)
Ψэлектр(xj, yj, zj) = ???
Методы построения Ψэлектр.
I.Метод ВС (валентных схем)
Ψ= С1 Ψ1 + С2 Ψ2 + … + Сn Ψn
Базисный набор (волновые функции «резонансных форм»)
Резонансная форма (РФ) — особое состояние молекулы, приготавливаемое специальным прибором, измеряющим принадлежность электронов химическим атомам молекулы.
К какому «атому» принадлежит каждый из 10 электронов?
+8
+1 |
+1 |
|
«атом» О |
«атом» Н |
«атом» Н |
Перегородки, не пропускающие электронов
Одна из РФ
Молекула
Н—О—Н
Н О Н
Набор
«атомов»
|
Ψ1 |
|
|
Ψ |
Ψ2 |
Резонансные |
|
• |
|||
молекула А |
формы |
||
• |
|||
|
|
Ψn
Ψ = С1 Ψ1 + С2 Ψ2 + … + Сn Ψn
Ψ1 = ? Ψ2 = ? … Ψn = ?
Резонансная форма — набор невзаимодействующих атомов
Ψi = Φ1 Φ2 … Φn
Волновые функции «атомов», составляющих i-ю РФ
Построение волновой функции молекулы в методе ВС
1)определение набора РФ (всех возможных способов распределения электронов молекулы по «атомам»);
2)составление для каждого «атома» атомной волновой функции и ее оптимизация, например, методом самосогласованного поля Хартри-Фока;
3)построение волновых функций РФ в виде произведений атомных волновых функций;
4)составление линейной комбинации общего вида из волновых функций РФ;
5)оптимизация набора коэффициентов (С1, С2, ..., Cn) построенной линейной комбинации.