Г.А. Миронова - Конденсированное состояние вещества - от структурных единиц до живой материи. Т1 (1119317), страница 17
Текст из файла (страница 17)
2 В та лю срема в шпсграл уе (ойм иимй ивтег)хш е ир бл ненни 5ий) а«апнт "абМсииая" ОтииаезЬ Заряде, утитЫВаКШ»я ВаЗМа»КНОСтЬ электрону ( тихов»паса как в обтттн протоне л, твк п в области протоне Ь еЧ'„(е,)'Рь(Ч), и ашлогнчная "обменив " пютнасть заряла второго юекйюиа еЧ"ь (г )Ч'„(г ). Иншгрвлы А н.(с могут быль ак положительны, так и спринт ельня, и зависвмсспг ог распрелелеиия электронной шютиасзи п расстшсшн мсж- г(»СУЬ С лу прпанамв Оба интеграла отрицательны, села энергия пргпяження «омннируст шд згпргисй апзлкиелння.
Чтобы интеграл Сл был псюжапслен, в системе дазпквы ломинлрзвать сшш аттюкиваниз. Дян этою необходимо, 'пабы »»игранная плотюжть быза сжспрсл лена «ак маюю дальше от ядер (гы, „, » ). Д»излому )<- павию уло лс ар ют валлювыс функцни с балылимн орбтпхльнымн чнслнми. При тюм электрангин абалачла ие должна бить палппстыа заполнена. чтобы суммарнмй спиновыд мапппны» момент не был равен нулю. и Долышгнства слу асв в снстаме доминируют силы «ритюкеинн н шпаг рю,с» отри!и гелен Резуллтят пгпнгрпровзгсзся с использованием ннтегрзлов А л Ся запиюсзш в виде с стены двух уран«сии» (2.9) СЕР' — А) — Сз4=0.
фѻ — Сз(СР— Л)=0. Система имшт решение, селю ш детерминант !жюн нулю: (Е' Д) Са -(и -А» (2.10) Отсюда слслУсг, что Е'= А +3, и С; = гСь Таким абРазом, УРавнению П)релюн тра (» »рвам приблипеиии) удав»творя«и деа ыютояиия с разлш о»э рпе» Пернас состояние апнсывастсл симмпцзичнсй (опюсительио пересшю вки ююргвюат кь гз зле« цюнпв 1, 2) функцией '1 г (тг,г,) = (.; (Ч'„(г )Ч г (г,)+Ч'„(тз) Рс, (гг)) Р,=гр лд+С, (2.П], в орос — аипгсимме гричаац 'Рл(гс.гз)=С!.(Ч'„(гг)тл(г )-'Р (гз)тл(г!)) (2Л2). Рю =гб,+Д-С, С узы ам сппнавых координат г, и зз (прае«цыц спниав элок!рагин 1 и 2) юлная аолпона» фуи цня представляет ссба» пршпвсденне лаорлннвтиод Ф(г!.г ) и спинозой ф(зг.т ) частей ф(г,э).—.зр(гг,гз).ф(зс,з ).
Как уже гапарилссь выше Я!.3), палил« валлювая функцив аисамбтя ферли час~ил гшпжьы быть вишен мшричнаб относительно перестановки в»ух гас нц (параметсюв г и ь). Пгптаму если «оордпниппя часть симметрична. ~ о спюювая лслжи» быть антисиммезричио», та есть саатнстство. яать осе»линю с антипараллельиымн спи!жми, и наоборот. Таквы абразпм, состоянию (Ч'ь ЕД пхтлетствует аншзп!ил«альпах орнеитаю я свиное. а состоянию ('Рк, Е,Д вЂ” параллелыш».
С'л. И Вэ аюд а я алима» Д(ат ) ю. Если обманны» интеграл положителен: Се > О, то наименьше» энергиею сблалает, а слелаштслыю, и реализуезгл состояние ('Ря, Ея) с пара дсльныни спинами. Если .Сл < О, то энергетически балов выгалиым стаиоаитс» соси:нине (тл ЕД с хшзгпараллепьшю орпеншшми свинов. Следует иметь ввиду, чта, в соответствии с прпнпнпам Паули, в состоянии с «миговыми числами л, С, ю н» атомных (илп л опеауляримх) арбигялях мшуг нахалнтьс» только по леа »хек!ран« с пртгинолалажна напра»псиными апииамн. Поэтому формалмзо можно очи ать, тп лла двух з«с«тронов нл адно» атомной пли молекулярно» арбнгалн »сегда Се<О.
Олшио при расчете эиергепапаюж состаяни» молекулы (2.11) и (2Л2) рассматривалось обменное взаилгсле»снап между зле тронами разных атомов. ПпмамУ в аыРажениах (2.11) и (2.12) Се может иметь, кал ° оложнтсльиае зиачеиве, так н озрилатеаыю< Т и . б 1' »у СЗЛЮ Шцапиеиимии ВНУтРЕННИМН абапаЧКаМЛ ПРИВОДИТ ПРИ Са> О К Параллслыю» ариеишции мапштпых иаменюв атомов, то сеть (пру»магнитному упарюючеиню, а прн Се < О .
— к анптюараллсльно» арвеитации, тоесть кантцферроиаппгпюмуупоряцочеюпо. гней ект штнческога л пановского взаимо гсйспшя и н» мшно порядков превышал зиерпгю магнитного диполь-пилюль«ого взаичааебатаив. 92.5. Вцдентнасть п степезп ожисдеиип Одним п фунламегпал ных покати» физиыг н химин являешя поватпе лппентносзи.
Пашше вшешнпспг было ншлсло в линию альт»ибо«ты химикам Эдвардам Франкэеююм в !853 голу. Под шлегпшжтыо аи понимал юцл а кюая друга, е, дя ыю 1 ся ) . а«дню, ы ме гюа. Льюис ввел правило, па которому «ажды» шом сгр:мигел пметь в сослннсипнх с друп ми жом»ми заполнен«)ю внешнюю оболочку.
Отсюла с«снует «евнино-механическое определение ваяшпнсспп яалшлаюсгв зтг» ен и р а сбюяму чист),с ареюнмк злекюрмюе а, в лар, ж га, ак ю еозб)поде нп сас юя я*. Затем поняпге аалеитносги сулппшепно обогвтилссь и услолгиилссь благодаря синтезу напык необычных соединены», например, каорди~шивониьш соединений (химшгеслие связи н струкгур» описаны а 32.)б) н соелинений с инертными газами, валентиасп »горы« васгда счш»лась равно» нулю С развитием химин лаарлиационных со»пни»ив» появилссь гютптнс «оордмавплонноц валамгноспг, кптарая равна чиалу атаман. молекул или возжа, )юрмируюших первую «оорлинацнонную сферу иам- пл ксюбрпалатглл н ксордннацююам спели«енин, то есп валентноать ранна ыюрдннапнонному чналу нснтра ьно ат в.
Кшрдззззяцзганзгпе число е крнспшлн гсскай решсзке п в «омпшь»- пом сюдевснип ранна числу атаман (нлп цокая), когорьге явля«пса бзнв шшнззн сосслямп да«зюга ма а [юн поня) Нерп«у с юарлнгвццоннай аюентносп.ю. шв н-компюшое паяпнзош, поплтне групповой пелокапнзов н Г От пга ю е. равной ннлу о-связей кооршашруюнню централь«во ашмн с лпгэнламн ! Окружагтз згг ьш его молекулам н) В коорлянашгонных осел«пениях шола хнвнческнх он«зев ламплексообраз)запвго злсмегпа, как правилО, превосходит гнело неспаренпьв злсшуона зплц элемента. Уппыпая связь ппншпй залеяпюатн н химической сеяти, осшзювнмся на слелуюгцем «шаге ее. определенна еалшпнастзг паленпюегь (ковалсптзннть) втоьза — эпз чпсла «овплснтаых свнюл, образуемых лапныы «тпмом илн — число общак элактроннык нар, абразуемык данным лтомпм.
Прн таюм апредежннн валент«Ость атома в сселнненню ~ж ньзш пака п не может бьнь равна нулю. Важнь м бллзкз м к с м юннтле»эспен« юслсння Степень окпслспня — зта зарнд, катормй имея бы и ом в сослана н, ес н бь! все атомы и веществе бьшн паюсспш паню«рованы. 1 п:лен!, окне ю пп кншюрод» полвиешя равной П, валарала — 1, щелочных металлов — 1, апшаа, входящих в пжтав простых ашцесзв (гоманукзюарнык), — Шпюю. Степень окнслення элемента абшиачаегся рнмсюй плф! он (например, На Ш ) в отлпчне от заряда нана, шпоры й Шяпиачашся арабской шзф[юй а ласшдующим знакам (напр«мер„Оз, НО, ).
Номер группы периода'веной системы указывает на высшую позажнтел ную ешпеш о«ноле«на (исключснне — метжшы подгруппы лиди, каша!юд. фтар и мешллы семейспв железа, а такю некошрые элементы 8-Ь групп,) Нацрнмер. в маяскуле НС! стешин акнслеан» меют знечсаю ! юя 14 н О. тогда. «ак зарялы Н я Ш рваны шютвегспюнна т 0,17 н -О.!т <и прадах элен рана). В крнсталлат сульфнда цинка 2пб степенн окислении ц шьа н серы Пштпе Н, я заряды — соатаетствешю (.гб,бб) н [-0.86) В молекуле СО степан« окгшленн» С н О равны П, эффект«нный прял ю апя е С [-0,02), нл Π— (»0,02). Ч2.6 Ствцвонврвыв сопгопжип сшсгемы атомов Расамшр«м сшцнонврные састляпня системы, состоящей из положнтельна зарвкенньв «лер и валемтнык элок!ропан п маяекуле нлн «рншплпе Оштеыа опнсывается ураюзевием Шредингера Гл П Вю«мадейпнепе оажмаа Мол улм ЙЧ' = ЕЧ', ПЛ)) где Ч' — залпова фуняцн» »сей сне шмы гпанмолейстзуюшнх частиц, а ам[ввэр Гамильтона равен сумма операторов «пнепшеской энергия зле«- тронов н шкр н потенциальной знерп и снстемыг Й=т»и .
П 14) й', й' т=-') — У, '— ~ — У, ,2М ',Ъзь, и(»ю,).— 'з ~~ — '.— 'з~~ ' + — 'Ч'Ч' — "'г (2.16) л ел 2 , з фз 2 з к йз к (2.15) где е, лг, — заряд н массп злекцюна, 2г, М» — заряд н мпжа.)-го зина, ![м — рае юпв м лу ш к- лре», рю и а вклу 1-и злюзутзном а К-яз алрзм, ге — расстояние между 1-м н К м алектшлшмн. Первый член в (2.14) — операпзр кннегнческай энергнп ядер. шарой — здектрошп. В оюрпаре и (2.16) первое алагаемсе оппсьваег глПтгтшельную потенциальную знерпла прнтяюння электро«он к ядрам, нта!юс — положительную знсрпяо взанмшна отта зкпвэннн зле«тронов. трепп — пшюжнтельн)то энерпгю птанмодейстеня ялср.
Пространспшннае Пшположсзгнс атомных ядер и моле«уз~с нли нрнсгалле с течением времени ке зпмеияезея н определяет атомную структуру молекулы зша «раша«па, которая шааетсл векторами, саеплнлюШнмн положен«» раннавесн» с гюв~зш ядер (атаман) — панн»ми хнязпчесппх с«азой. Совокупность лпннй хнмнческнх авяэей Образует каркас молекулы нли «рнсталла Поскольку М » пг, то скоро»тн де«же«»я понсэ нпчнопз меньше скараеп:й депюню электронов, что гюзволяег не уплывать двнжсннс ялер н ачнтшь н» ненодвюкными Такое при»лаже«не ндзыевется эдна(штнческпм.
В вцвабатнчссюм пргблпк синя первый глен в сумме (2Л5) после долстанавкн в (2. 13) дает нуль, а пекле«пай е (2.16) (энерпш электрссгзтзпсскопа От!а»клев«на ядер) — паспвнную величину. В резульште в урал«снап Шрешцп ера аспжтшя гадыр члены, относящиеся к злскзрзгшм. Олнавз н и гакам вале уравнение (2.13) решить пршпнческн гювозмозкно.
Умножая ураененпе Шрсдннгера (2.13) на Ч' н ппгезрнруя а учетом нармнравю! юлианой функцин ) Ч'Ч' де=[, пюучаем выраппнз* дяя сраднспз язвления знерптц спстемы: Е =) Ч'"ПЧ'т(к. (2Л7) Дл«вычналсннн эюргнн нулаю зюзь молекулпрнуго залпов)та фупкцню. Волновая функшш не нзпеспв, но ою псббшхжшю так«и образам, Ч4СУЫ (220) псб и»челне энергии сисммы была нвиысиыщвз. Одним из спааабгю такою палбора я ласте» меню мот~екущриих орбтпщеи ХунлэЩулиззкеищрерцшргк. 1д В Взаззюдейс явив имписк Мол улы С Е„ЗС СсуьСЬЗЕЬ Сз+эС Ср Сьз 82.7.
Метод молекулярных орбнтплей убегал (приблименнс) малекулнриых орбит»лен асзюваи на построении молекулярных арбтпалей из аюмю,ш орбшзлей лумм составления иэ пах лвнейиых коыбизмгшй. В пригшипе метал молекулярных арбитзлсй пщвоаяегс единой точки зрения описать с юн я лк бык саедизюиих. Оливка поскольку число малеяулярнык орбит»лей есегди ривка числу пгходных шо, нык орбаталей. то с ростом числа арбитввей расшт и щюю юнебщичаикгх уравнений ляя определения аюлсниыь гаэффззззнентов, нзаляшнк а . олекуляриые яомюеые фувкиии. При дастапзчио Гельман шоле иснчыстнмх задача пересгаог быть одиозна'ва рсшлемаГь Креме юго.
слезус меп, в втыу что сам» псставоаю задачи, то есп, прсдпозалинзе о всзыозгиасти прслсгавлсиия молекулярных фунзииГ в ниде ли. нсйнык коьзбноаиий атонных, зю являещя строит обоснованной. Поэтому зля изсмютрзшин аазмп кнастей дапаого метала расом прим »ваза пзюсзойшни случай образовании связей у двух ата ае. Затем используем его вля описания двух паша бизирнык малекуд з амазгукиеарпыз. т.
е. гд'раюван»ых одинаковыми «гомамв, и гещрануклеарных мащьул. сас оявпх из разнык аюмав. 2.7.!. Двукзтомпви молекул» Расслотрнм васк н то и йся в лазе в . атамова иЬ тоесть прн псрскрьпнп шамиыь арбншюй 'У„н Ч' мамае а и Ь, соответственно. В персам прнблнмении молекулярная залпова функция Ч'описывается лн мвюй комбнгпцисй невазмушениых атомных функций 'р„и Ч'и ч' = с.ч' сьт (2.18) ~вс С, и Сз — пзптаяовме «оэффип виты, харакзернэующие вклад кюкюй аз атампьм орбит.