ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
31
электронов, при решении уравнения Шредингера ученые вынуждены
использовать различного рода упрощения. Поэтому для описания таких
многоэлектронный и многоядерных систем были выдвинуты различные
приближенные квантово-химические теории, более или менее
удовлетворительные в зависимости от характера рассматриваемых задач:
теория или метод валентных связей (МВС), теория кристаллического поля
(ТКП) и метод молекулярных орбиталей (ММО). На протяжении долгого
времени эти приближенные теории сосуществовали и даже взаимно дополняли
друг друга .
3.1. Метод валентных связей (МВС)
Теоретические основы метода валентных связей (МВС) были заложены в
1927 г. немецкими физиками Вальтером Гейтлером
19
и Фрицем Лондоном
20
. В
начале 30-х годов фундаментальные положения этого метода получили свое
дальнейшее развитие в работах американских ученых Джона Кларка Слэтера
21
и Лайнуса Карла Полинга
22
.
Первой попыткой применения квантово-механического подхода для
описания многоядерных систем был расчет одноэлектронного молекулярного
иона водорода H
2
+
, который выполнил в 1927 г. датский физик О . Бурро .
Используя уравнение Шредингера, измененное для случая нахождения
одного электрона в поле двух ядер, О . Бурро показал, что единственный
электрон в этой частице занимает орбиталь, которая простирается вокруг обоих
протонов. Теоретический расчет энергии связи этого молекулярного иона, т . е .
разности между суммарной энергией отдельного атома и протона и энергией
иона в его основном состоянии, привел к значению 255 кДж/моль, прекрасно
согласующемуся с экспериментом. В результате этих исследований было
отмечено , что электронную структуру молекулярного иона водорода H
2
+
можно
рассмотреть, используя волновую функцию основного состояния атома
водорода. По мере сближения атома водорода и протона появляется
возможность выхода электрона из области, окружающей одно ядро , в область,
окружающую второе ядро , причем в каждом случае электрон занимает 1s-
орбиталь.
Пример с ионом водорода H
2
+
вдохновил В . Гейтлера и Ф . Лондона на
проведение квантово-механический расчета двухэлектронной и двухядерной
системы - молекулы водорода H
2
. При построении волновой функции
электронов в молекуле H
2
немецкие ученые воспользовались волновыми
функциями исходных атомов H
a
и
H
b
, где (1) и (2) - символы координат
первого и второго электронов:
),,()1(
1
1
1
zyx
a
a
ψ
≡
ψ
(5)
),,()2(
2
2
2
zyx
b
b
ψ
≡
ψ
(6)
31
эле ктро но в , при ре ш е нии урав не ния Ш ре динге ра уче ные в ынуж де ны
испо льзо в ат ь различно го ро да упро щ е ния. По эт о му для о писания т аких
мно го эле ктро нный и мно го яде рных сист е м были в ыдв инут ы различные
приближ е нные квант о в о -химиче ские т е о рии, бо ле е или ме не е
удо в ле т в о рит е льные в зав исимо ст и о т характе ра рассмат рив ае мых задач:
те о ри я или м е то д вале нтны хсвязе й (М В С ), те о ри я кри сталли ч е ско го по ля
(Т К П) и м е то д м о ле кулярны х о рб и тале й (М М О ). На про т яж е нии до лго го
в ре ме ни эт и приближ е нные т е о рии со сущ е ст в о в али и даж е в заимно до по лняли
другдруга.
3.1. М етод валентны х связей (М В С)
Т е о ре т иче ские о сно в ы ме т о да в але нт ных св язе й (М В С ) были зало ж е ны в
1927 г. не ме цкими физиками В альт е ро м Ге йт ле ро м 19 и Ф рице м Ло ндо но м 20. В
начале 30-х го до в фундаме нт альные по ло ж е ния эт о го ме т о да по лучили св о е
дальне йш е е разв ит ие в рабо т ах аме риканских уче ных Д ж о на К ларка С лэт е ра21
и Лайнуса К арла По линга22.
Пе рв о й по пыт ко й приме не ния квант о в о -ме ханиче ско го по дхо да для
о писания м но го яде рны хси сте м был расче т о дно э ле ктро нно го мо ле кулярно го
ио на в о до ро да H2+, ко т о рый в ыпо лнил в 1927 г. дат ский физик О . Б урро .
Испо льзуя урав не ние Ш ре динге ра, изме не нно е для случая нахо ж де ния
о дно го эле ктро на в по ле дв ух яде р, О . Б урро по казал, чт о е динст в е нный
эле ктро н в эт о й част ице занимае т о рбит аль, ко т о раяпро ст ирае т сяв о круго бо их
про т о но в . Т е о ре т иче ский расче т эне ргии св язи эт о го мо ле кулярно го ио на, т . е .
разно ст и ме ж ду суммарно й эне ргие й о т де льно го ат о ма и про т о на и эне ргие й
ио на в е го о сно в но м со ст о янии, прив е л кзначе нию 255 кД ж /мо ль, пре красно
со гласую щ е муся с экспе риме нт о м. В ре зульт ат е эт их иссле до в аний было
о т ме че но , чт о эле ктро нную ст руктуру мо ле кулярно го ио на в о до ро да H2+ мо ж но
рассмо т ре т ь, испо льзуя в о лно в ую функцию о сно в но го со ст о яния ат о ма
в о до ро да. По ме ре сближ е ния ат о ма в о до ро да и про т о на по яв ляе т ся
в о змо ж но ст ь в ыхо да эле ктро на из о бласт и, о круж аю щ е й о дно ядро , в о бласт ь,
о круж аю щ ую в т о ро е ядро , приче м в каж до м случае эле ктро н занимае т 1s-
о рбит аль.
Приме р с ио но м в о до ро да H2+ в до хно в ил В . Ге йт ле ра и Ф . Ло ндо на на
про в е де ние квант о в о -ме ханиче ский расче т а двухэле ктро нно й и двухяде рно й
сист е мы - мо ле кулы в о до ро да H2. При по ст ро е нии в о лно в о й функции
эле ктро но в в мо ле куле H2 не ме цкие уче ные в о спо льзо в ались в о лно в ыми
функциями исхо дных ат о мо в Ha и Hb , где (1) и (2) - симв о лы ко о рдинат
пе рв о го и в т о ро го эле ктро но в :
ψ a (1) ≡ ψ a ( x1 , y1 , z1 ) (5)
ψ b (2) ≡ ψ b ( x2 , y 2 , z 2 ) (6)
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- …
- следующая ›
- последняя »
