Физические методы исследования. Часть 1. Бондарев Ю.М - 4 стр.

UptoLike

Составители: 

4
ВВЕДЕНИЕ
В предлагаемом студентам химического факультета методическом пособии
рассматривается общая характеристика прямых и обратных задач физических методов
исследования и их классификация.
Целью настоящей методической разработки является изложение некоторых важных для
химии физических методов исследования с привлечением ряда наглядных примеров . Авторы
старались доступным языком изложить в краткой форме теоретические основы методов и
особенности постановки эксперимента. При этом были использованы методические издания,
список которых приведен в конце методического пособия.
Основой современных теорий описания электронного строения атомов , молекул и
твердых тел является квантовая механика. Применение квантовой механики для
предсказания электронного строения, электрических и магнитных свойств сложных
химических соединений привело к созданию квантовой химии - основы современной теории
химической связи .
Квантовая химия сегодняшнего дня может почти все, что нужно современной химии.
Однако есть одно "но". Своими достижениями квантовая химия в основном обязана
введению существенных упрощений в исходное уравнение Шрёдингера, записанное для
рассматриваемой молекулы, что и позволяет получать приближенное в большей или
меньшей степени его решение.
В связи с этим встает вопрос о наличии у исследователя экспериментальных методов,
которые обеспечивали бы возможность прямого сопоставления полученных данных с
результатами теоретических расчетов. Каким же требованиям должны удовлетворять эти
методы в первую очередь? Прежде всего они должны быть непосредственно связаны с
величинами , полученными в результате теоретических расчетов . Такими величинами
являются возможные энергетические уровни системы и соответствующие им волновые
функции. Зная их, можно рассчитать и другие интересующие нас параметры электронной
системы .
Если рассматривать электроны в молекуле в рамках теории молекулярных орбиталей ,
то такими величинами будут энергии молекулярных уровней и соответствующие им
молекулярные орбитали . Хорошо было бы непосредственно на основе экспериментальных
данных получать сведения об энергии молекулярных уровней и структуре соответствующих
им молекулярных орбиталей .
В арсенале современной химии имеются физические методы , которые удовлетворяют
поставленным требованиям, и мы рассмотрим некоторые из них.
ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ
Важнейшей особенностью современной химии является использование новых физико-
химических и физических методов исследования. Наряду с классическими характеристиками
веществ такими , как элементный состав, плотность, температуры плавления и кипения,
показатель преломления, активно используются структурные методы (рентгеноструктурный
анализ, электронография, нейтронография), спектроскопические методы в широком
диапазоне длин волн электромагнитного излучения (к новым методам можно отнести
лазерную спектроскопию). Важное значение в химии имеют масс- спектрометрия и другие
методы .
Идентифицировать химические соединения, определить их химическое строение и
выявить пути и механизмы химических реакций, позволяет знание физических свойств
молекул и веществ.
В основе определения химических свойств находится молекулярная и структурная
формулы веществ и реакционная способность. Обобщение химического эксперимента
                                                   4

                                            ВВЕД ЕН И Е

       В предлагаемом студентам х и ми ческ ого ф ак ультета методи ческ ом пособи и
рассматри вается общ ая х арак тери сти к а прямы х и обратны х задач ф и зи ческ и х методов
и сследовани я и и х к ласси ф и к аци я.
       Целью настоящ ей методи ческ ой разработк и является и зложени е нек оторы х важны х для
х и ми и ф и зи ческ и х методови сследовани я спри влечени ем ряда наглядны х при меров. Авторы
старали сь доступны м язы к ом и зложи ть в к ратк ой ф орме теорети ческ и е основы методов и
особенности постановк и эк спери мента. П ри э том бы ли и спользованы методи ческ и е и здани я,
спи сок к оторы х при веден вк онце методи ческ ого пособи я.

       О сновой современны х теори й опи сани я э лек тронного строени я атомов, молек ул и
тверды х тел является к вантовая мех ани к а. П ри менени е к вантовой мех ани к и для
предск азани я э лек тронного строени я, элек три ческ и х и магни тны х свой ств сложны х
х и ми ческ и х соеди нени й при велок создани ю к вантовой х и ми и - основы современной теори и
х и ми ческ ой связи .
       Квантовая х и ми я сегодняш негодня может почти все, чтонужносовременной х и ми и .
О днак о есть одно "но". С вои ми дости жени ями к вантовая х и ми я в основном обязана
введени ю сущ ественны х упрощ ени й в и сх одное уравнени е Ш рёди нгера, запи санное для
рассматри ваемой молек улы , что и позволяет получать при бли женное в больш ей и ли
меньш ей степени егореш ени е.
       В связи с эти м встает вопрос онали чи и уи сследователя э к спери ментальны х методов,
к оторы е обеспечи вали бы возможность прямого сопоставлени я полученны х данны х с
результатами теорети ческ и х расчетов. Как и м же требовани ям должны удовлетворять э ти
методы в первую очередь? П режде всего они должны бы ть непосредственно связаны с
вели чи нами , полученны ми в результате теорети ческ и х расчетов. Т ак и ми вели чи нами
являю тся возможны е энергети ческ и е уровни си стемы и соответствую щ и е и м волновы е
ф унк ци и . Зная и х , можно рассчи тать и други е и нтересую щ и е нас параметры элек тронной
си стемы .
       Е сли рассматри вать элек троны в молек уле в рамк ах теори и молек улярны х орби талей ,
то так и ми вели чи нами будут энерги и молек улярны х уровней и соответствую щ и е и м
молек улярны е орби тали . Х орош обы лобы непосредственнона основе эк спери ментальны х
данны х получать сведени я об э нерги и молек улярны х уровней и струк туре соответствую щ и х
и м молек улярны х орби талей .
       В арсенале современной х и ми и и мею тся ф и зи ческ и е методы , к оторы е удовлетворяю т
поставленны м требовани ям, и мы рассмотри м нек оторы е и з ни х .

                   Х И М И Ч Е СК И Е И Ф И ЗИ Ч Е СК И Е СВ О Й СТ В А В Е Щ Е СТ В

       В ажней ш ей особенностью современной х и ми и является и спользовани е новы х ф и зи к о-
х и ми ческ и х и ф и зи ческ и х методови сследовани я. Н арядуск ласси ческ и ми х арак тери сти к ами
вещ еств так и ми , к ак элементны й состав, плотность, температуры плавлени я и к и пени я,
пок азатель преломлени я, ак ти внои спользую тся струк турны е методы (рентгенострук турны й
анали з, э лек тронограф и я, ней тронограф и я), спек троск опи ческ и е методы в ш и рок ом
ди апазоне дли н волн элек тромагни тного и злучени я (к новы м методам можно отнести
лазерную спек троск опи ю ). В ажное значени е в х и ми и и мею т масс-спек трометри я и други е
методы .
       И денти ф и ци ровать х и ми ческ и е соеди нени я, определи ть и х х и ми ческ ое строени е и
вы яви ть пути и мех ани змы х и ми ческ и х реак ци й , позволяет знани е ф и зи ческ и х свой ств
молек ул и вещ еств.
       В основе определени я х и ми ческ и х свой ств нах оди тся молек улярная и струк турная
ф ормулы вещ еств и реак ци онная способность. О бобщ ени е х и ми ческ ого эк спери мента