1626435897-c91cf2b6442cb8008f24e7d1becd3805 (844335), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При переводе редактор и переводчики пришли к заключению о целесообразности ввести всюду соответственно термины «орбнталы, «атомная орбиталь», «молекулярная орбиталь», ранее мало употреблявшиеся в работах и книгах по квантовой механике и квантовой химии. Основания к введению этих терминов очевидны, но можно, конечно, спорить о практической стороне дела. Будущее покажет, насколько привьется это терминологическое уточнение.
В заключение следует сказать несколько слов о характере книги и требованиях к подготовке читателя. Книга представляет собой монографию по приближенным квантовомеханическим расчетам электронных оболочек молекул. Отдельные главы могут рассматриваться и как пособие при изучении квантовой механики и квантовой химии. От читателя требуется как минимум знакомство с основами квантовой механики и курсом общей химии. Следует подчеркнуть, что от обычных руководств по квантовой химии книга существенно отличается тем, что основы квантовой механики в ней совсем не излагаются. Книга будет полезна как для физиков, занимающихся или интересующихся квантовой механикой молекул, так и для специалистов по квантовой химии, а также для студентов — физиков и химиков, специализирующихся в упомянутых областях и уже имеющих подготовку в указанном выше объеме.
Проф. Д. Б о ч в а р ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА Квантовая теория атомов, молекул и твердых тел — это огромная тема, объем которой возрастает почти экспоненциально. Ее развитие в собственном смысле началось с ! 926 г., когда Шредингер сформулировал свое уравнение, хотя, конечно, в значительной степени основы ее в теории атома были заложены в предыдущие десять или пятнадцать лет еще в рамках старой квантовой теории. Спустя несколько лет после 1926 г. еще можно было написать однотомную книгу по квантовой механике, в которой были бы изложены не только основные принципы теории, но также и все ее приложения.
Эти времена ушли в далекое прошлое. Я задался целью подробно изложить обширную область квантовой теории атомов, молекул и твердых тел, однако теперь это стало задачей многих томов. Двухтомный труд «Квантовая теория атомных структур», опубликованный в 1960 г., послужил первым шагом в этом направлении и был посвящен изложению общих принципов квантовой механики и ее простейших и наиболее наглядных приложений к теории отдельных атомов.
Настоящая работа о молекулах н твердых телах, которая займет несколько томов, является очередным звеном задуманной серии. Ко времени написания этого предисловия был закончен только первый том и всерьез начата работа над вторым томом. Поэтому я не могу высказать ничего, кроме общих предположений, относительно классификации материала, который будет охвачен, и о возможном объеме этой серии. К счастью, издательство предоставило мне значительную свободу, так что объем серии может быть согласован с имеющимся материалом. Этот первый том «Квантовой теории молекул и твердых тел» я решил начать с изложения теории электронной структуры молекул, т. е. с темы, которую иногда называют квантовой механикой молекул, или квантовой химией. Однако этот вопрос изложен здесь ш Предисловие алагира недостаточно полно.
Такие важные проблемы, как спин-орбитальные и другие взаимодействия в молекулах, приводящие к тонкой структуре, сверхтонкая структура, вероятности переходов, взаимодействие между движением электронов и колебаниями молекул, а также влияние на молекулу внешних электрических, магнитных, кристаллических полей и полей излучения, здесь полностью опущены, и их рассмотрение отложено до следующего тома'). Вопрос о мультиплетной структуре молекулярных спектров также не изложен достаточно полно.
Не затронуты такие важные теоретические проблемы, как использование матрицы плотности и естественных спин-орбиталей. Материал данного тома ограничен квантовомеханической многоэлектронной проблемой для нескольких простых молекул с фиксированными ядрами без учета электромагнитных н релятивистских эффектов, которая решается наиболее простыми и ясными из известных методов. И даже при этих условиях объем книги все же достаточно велик. Эту серию можно было бы начать более общепринятым способом с тома, посвященного теории твердого тела, так как эта тема пользуется сейчас большим вниманием, чем теория молекул. Однако я решил отложить изложение теории твердого тела до второго тома, в котором будут обсуждены теория энергетических уровней электронов в твердых телах, или энергетических зон, с рассмотрением в некоторой мере колебаний кристаллических решеток и взаимодействия движения электронов с колебаниями решетки, приложения теории к изучению простейших электрических свойств твердых тел, в частности различие между диэлектриками, полупроводниками и металлами, а также новейшие экспериментальные методы определения энергетических зон.
При этом многие вопросы теории твердого тела придется оставить до последующих томов, в частности подробное изучение электрических, магнитных и оптических свойств твердых тел и фактически многие из наиболее интересных особенностей их поведения. Так, ни в первом, ни во втором томах не будут затронуты проблемы ядерного или парамагннтного резонанса; их рассмотрение придется отложить до последующих томов.
г) 5 ! а 1 е г 3., Гбиап1игп Тнеогу о! Мо!ееи!еа апб Бо11ба, ео!. 2, Бугпюе1гу апб Епегяу Вапб !и Сгуага!а, !Ч. У., !96о. Предае*овие автора Как я указывал выше, два тома «Квантовой теории атомных структур» должны рассматриваться как исходный пункт этой серии. Предполагается, что читатели данного и последующих томов знакомы с большей частью этого двухтомного труда, в связи с чем на материал этой книги будут делаться многочисленные ссылки. Как было указано ранее, теория атомов представляет собой простейшее и наиболее поучительное применение квантовой механики в той же мере, в какой сами атомы играют фундаментальную роль в строении вещества.
Следующими по простоте объектами являются молекулы, начиная с двухатомных и вплоть до много- атомных. В теории молекул нам впервые встречаются многие важные проблемы: разделение движения электронов и ядер; природа химической связи и возможность объяснения ее исходя из теоремы вириала и других общих теорем; свойства направленности связей; природа возбужденных электронных состояний. Мы встречаемся с важными приближенными методами описания молекулярных проблем: линейными комбинациями атомных орбиталей, молекулярными орбиталями, функциями валентной связи, конфигурационным взаимодействием и т.
д. Мы также имеем дело с математическим аппаратом, который удобнее всего ввести в связи с этой теорией. В частности, здесь на примере точечных групп мы встречаемся с теорией групп, которая является практически совершенно незаменимой при решении молекулярных задач и применение которой наиболее удобно проиллюстрировать на примере теории молекул. Все эти проблемы следует изучить, прежде чем перейти к теории твердого тела, однако они значительно проще в теории молекул, чем в теории твердых тел. Поэтому я предпочел рассмотреть нх в связи с приложениями к теории молекул. При написании этого тома я привлекал некоторые приемы, уже испытанные мною при создании «Квантовой теории атомных структур», а именно пользовался большим объемом приложений и весьма обширной библиографией. Стараясь сделать основной текст достаточно легко читаемым, я пытался избежать чрезмерных математических и других усложнений.
В тексте делается сравнительно мало ссылок — их достаточно только для того, чтобы познакомить читателя с главными работами в этой области. Однако при изучении приложений читатели познакомятся с основательным изложе- 12 Предиевовие автора пнем большинства вопросов, которые включены в основной текст, в том числе практически с целым трактатом по теории групп и подробным изложением теории мультиплетов в молекулах нескольких типов.
В библиографии они смогут найти довольно полный перечень работ, посвященных теории электронной структуры молекул. Хотя объем библиографии, вообще говоря, велик, она все же не чрезмерно велика для тех, кто, будучи заинтересован в изучении литературы по какому-нибудь частному разделу, желал бы при просмотре библиографии обнаружить работы, относящиеся к этому вопросу. Для удобства в библиографии указаны не только фамилии авторов, но и названия статей. Существует один аспект квантовой механики молекул, достаточно интересный и спорный, так что он заслуживает некоторого обсуждения.
Это вопрос о том, основывать ли наше дальнейшее изложение полностью на уравнении Шредингера (так называемый неэмпирический подход) или примешивать к нему некоторые экспериментальные результаты (полуэмпирический подход). В первые годы развития квантовой механики физикам казалось, что получение количественно точных решений уравнения Шредингера для любой проблемы, более сложной, чем атом гелия, представляет слишком трудную задачу. Тем не менее гейзенбергова идея обменных интегралов послужила той простой основой, на которой Гайтлер и Лондон создали свой метод описания молекул. Оказалось, что этот метод можно легко обобщить полуэмпирическим путем, рассматривая обменные интегралы как параметры.
Хюккель применил метод молекулярных орбиталей к исследованию ароматических молекул, используя аналогичный полуэмпирический подход. Эти методы были очень популярны среди химиков и оказались весьма ценными для качественного понимания главных особенностей химической связи. Однако эти полуэмпирические методы, хотя и полезны, но далеки от того, чтобы действительно давать хорошие решения квантовомеханических проблем. Успехи точных расчетов атома гелия и молекулы водорода убедили физиков в том, что квантовая механика представляет собой основу, которая по крайней мере в принципе способна дать теоретическое объяснение всех явлений в атомах, молекулах и твердых телах с любой желаемой точностью.
Предисловие автора С тех пор вопрос состоял в том, чтобы выяснить, насколько далеко можно практически продвинуться к этой цели. В связи с развитием и широким применением больших вычислительных машин эта цель не кажется теперь недостижимой, как это было двадцать или тридцать лет назад. В связи с этим в настоящее время происходит очень бурное развитие неэмпирических методов в квантовой механике молекул.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
