Н.Ф. Степанов - Квантовая механика и квантовая химия (1129480), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В квантовой теории понятие атома вторично, его приходится вводить, задаваясь какими-то дополнительными моделями. В то же время, после того как модель задана здесь гораздо лучше просматриваются связи выделенного атома с его окружением, количественные соотношения, определяющие и свойства атома и их зависимость от окружения и т,п. Другими словами, ввести в квантовой теории какой-либо единый взгляд на то, что есть атом в молекуле, нельзя, но если какой-то взгляд введен, то дальше возникают гораздо более бог атые, чем в классическои теории, перспективы, ЪФ в том числе и количественные. Послесловие Представленный выше текст дает лишь самые основы той науки, которая сегодня называется квантовой химией ~прежде всего молекулярных систем).
Многие интересные и важные аспекты при этом остались не затронутыми вовсе. Однако если признать, что современная квантовая химия, несмотря на ее сравнительную молодость, развита не менее, чем основные разделы физической химии, а к тому же во многих направлениях она развивается заметно активнее, то становится понятным, что в объеме настоящего издания представить квантовую химию во всем расцвете ее возможностей было просто нельзя. Тем более, что собственно квантовой химии посвящено лишь около половины книги. Специфика квантовой химии заключается в том, что она использует аппарат столь своеобразной науки, как квантовая механика, к которой нужно привыкнуть, что требует если не усилий, то хотя бы времени.
Очень часто, особенно в прикладных направлениях, квантовую химию представляют на достаточно примитивном уровне, не требующем сколько-нибудь серьезного понимания основ квантовой теории. К сожалению, это всего лишь некоторый прием, за который приходится достаточно дорого платить, поскольку люди,- в той или иной степени понимающие квантовую химию, научились рассуждать и активно пользоваться ее примитизированным языком только после того, как достаточно глубоко овладели и идеями, и математическим аппаратом квантовой химии.
За примерами далеко ходить не надо, тогда как обратные примеры — примеры специалистов, овладевших кван говой химией на примитивном уровне и в то же время понимающих ее возможности и способных с толком использовать ее в своей работе ~хотя бы на том же уровне), — найти гораздо сложнее.
Тот курс квантовой мехеники и квантовой химии, который дается на химических факультетах университетов, не преследует цель подготовить специалиста по квантовой химии. Его цель, очевидно, совсем в другом: дать понимание основных идей квантовой теории, используемых при рассмотрении химических задач, показать основы применяемого математического аппарата, весьма непростого для химика, и дать представление об основных моделях молекулярных систем, используемых современной теоретической химией.
Выпускник химического факультета университета, независимо от того, ждет ли его исследовательская или педагогическая работа, должен понимать язык, на ютором объясняется химическая наука сегодня, а этот язык в качестве фундаментальной составной части включает язык квантовой теории. Уже сказано, что многие стороны и проблемы квантовой химии в тексте книги не обсуждаются, а подчас и почти не упомянуты. Самая серьезная и важная из этих проблем — проблема элементарного акта химических реакций. Конечно, некоторые простейшие аспекты этой проблемы были представлены при рассмотрении задач о сохранении орбитальной симметрии.
Сегодня, однако, она развита достаточно сильно и в рамках строгих количественных подходов, опирающихся, в частности, на результаты квантовой теории рассеяния, либо на результаты неюторых гибридных построений, например, расчетов движения по классическим траекториям с использованием потенциальных поверхностей, рассчитанных квантовохимически. К сожалению, используемый при этом аппарат требует несколько более высокого уровня подготовки, чем дает настоящий учебник, а заниматься лишь кратким описанием получаемых результатов вряд ли было бы целесообразно. Конспективно обсуждены и подходы, используемые в кван- \Ф товои химии при изучении конденсированных систем. В настоящее время появилась даже такая ветвь квантовой химии, как квантовое материаловедение, для демонстрации юторой, к сожалению, места опять-таки не было. Полностью отсугствует обсуждение вопросов, важных для понимания истории развития химичесюй мысли, например квантовомеханических аспектов теории резонанса, а также различных электронных теорий, например теории Гиллеспи.
Не затронугы многие широко используемые квантовохимические расчетные методы, в частности различные варианты метода связанных электронных пар, а также методы анализа тех составляющих, которые в своей совокупности образуют химическую связь в молекулах (независимо от их размеров), хотя, конечно, богатство идей, здесь существующих, весьма поучительно и было бы полезнолюбому человеку, начинающему погружаться даже в самые поверхностные слои современной теоретической химии. Вся эта красота, все богатство красок теории в существенной степени, однако, теряются при начальном представлении материала, ограниченном жесткими рамками учебного издания. 'Гем не менее, остается все же надежда, что студент либо лю ли о любой Овек начинающий изучать квантовую химию по этОЙ книге, тя бы почувствует прелесть теоретического знания и постарается, хотя ы отчасти, его понять и расширить.
Если же таковое чувство возникнет, то есть вероятность, что возникнет и желание представить себе структуру окружающего нас мира чуть глубже, чем представляем себе ее мы сейчас, а потому и дополнить новыми идеями и новым пониманием. Современная литература по квантовой химии, и книжная, и журнальная, весьма богата ~хотя, к сожалению„на русском языке она сегодня представлена во многом уже несколько устаревшими сю изданиями), что позволяет при определенной настойчивости выити достаточно быстро на самые живые, быстро развивающиеся проблемы современной химии„которые сегодня решаются лишь при активном использовании расчетных данных. Достаточно вспомнить, сколь серьезную роль сыграли результаты квантовохимических расчетов при интерпретации экспериментальных данных, в том числе данных физикохимических исследований, в первые же месяцы и годы после открытия фуллеренов, а также сколь активно используются квантовохимические данные при построении и применении корреляционных соотношений "структура — активность", например в прикладных задачах фармакологии и молекулярной биологии.
Гем не менее, для того, чтобы идти дальше, нужно начать идти. Может быть, такому началу и будет способствовать этот учебник. П уложение 1 СООТНОШЕНИЯ ЗТОМНЫХ и некоторых других единиц Для энергии справедлива следующая цепочка равенств: 1 а.е. = 2625,4999 кДж/моль = 627,5095 ккал/моль = 27,2114 эВ = 219474,63 см ' = 315773,2 К = 657,968*10" Гц.
Из нее, в частности, следует, что 1 эВ = 0,036749 а.е. = 8065,54 см-' = 11604,45 К; 1 см ) = 1,43877 К = 2,99792.1010 Гц„ ДлЯ линейных размерОв 1 а.е. (бор) = 0,529177-10-" м 0,0529 нм. Для времени 1 а.е. = 2,53556.10 17 с. Для заряДа 1 а.е. = 1,602189 10" О Кл = 4,803242.10 ед. заряда в системе СГСЭ. -)о Для массы а е м 9 109534.10-3) кг Для дипольного мОмента 1 а.е. = 2,542 Д. Свойства Ь-фувкцвв Ь-Функция относится к так называемым обобщенным функциям и может быть определена как предел последовательностей обычных функций, например г г Ь(х) =1пп — е и при о — оо, ,Я (П2.1) О ып(мх Ь(х) = )1т — — при и - ю л с(х и т.
и. Эта функция может быть представлена и интегралом Фурье Ь(х — хо) = )'е'~» "'~" Ши. Характерным ее свойством является то, что ~)'(х) о~х — хо)Ых - Дхо), (П2.2) и, как бы ни выбиралась последовательность «1), всегда соотношение (2) должно быть выполнено. Из этого соотношения либо из рассмотрения пределов (1) также следует, что 1 Ь(ах)= — Ь(х) приа >О и Ь(-х) =-Ь(х); 2 1 2) = [ь(» — х )+ ь~х+.»О)]' 2хо Постоянная Планка Ь = 1,0545337*10 з" Дж с = 1 а.е. действия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
