Квантовая химия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Ква́нтовая хи́мия находится на стыке химии и квантовой физики. Она занимается рассмотрением химических и физических свойств веществ на атомарном уровне.
Чёткое разделение квантовохимических и физических вопросов не всегда возможно, поскольку технически квантовая химия является адаптацией квантовой механики под химические нужды.
[править] Общие сведения
Основной задачей квантовой химии является решение уравнения Шредингера и его релятивистского варианта (уравнение Дирака) для атомов и молекул. Уравнение Шредингера решается аналитически для простейших случаев: гармонический оссцилятор, одноэлектронная система. Молекулярные системы содержат большое количество взаимодействующих электронов. К сожалению, для таких систем не существует аналитического решения уравнения, и, по всей видимости, оно не будет найдено и в дальнейшем. По этой причине в квантовой химии приходится строить различные приближённые, обычно численные или получисленные решения. Из-за быстрого роста сложности поиска решений с ростом сложности системы и требований к точности расчёта, возможности квантовохимических расчётов сильно ограничиваются текущим развитием вычислительной техники. Решение уравнения Шредингера строится на уравнении Хартри-Фока-Рутана итерационным методом (SCF-self consistent field — самосходящееся поле) и состоит в нахождении вида волновой функции. Приближения, используемые в квантовой химии:
1. Приближение Борна-Оппенгеймера: 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 позволяет представить волновую функцию системы как произведение волновой функции ядер и волновой функции электронов.
2. Одноэлектронное приближение: 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 МОЛКАО (молекулярная орбиталь как сумма атомных орбиталей): в данном подходе волновая функция молекулы представляется как сумма атомных орбиталей с коэффициентами: Ψ(r)=c1ψ1+ c2ψ2+…+cnψn, где
Ψ(r) — волновая функция (а точнее — её электронная часть)
c1 — коэффициент при атомной орбитали
ψ1 — 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.
[править] Строение атома
[править] Образование химической связи и строение молекул и твёрдых тел
[править] Физические, в том числе спектральные свойства атомов, молекул и твёрдых тел
[править] Взаимодействие отдельных молекул, энергетические барьеры на пути трансформаций молекул
[править] Литература
- Абаренков И.В., Братцев В.Ф., Тулуб А.В. Начала кватновой химии. — М.: Высшая школа, 1989. — С. 303. — ISBN 5-06-000492-9
- Степанов Н. Ф. Квантовая механика и квантовая химия. — М.: Мир, 2001. — С. 519. — ISBN 5-03-003414-5
[править] Интернет-ресурсы по данной теме
Уфимское Квантово-Химическое Общество
 |
Это незавершённая статья по химии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
