Связь квантовой механики с классической механикой

СВЯЗЬ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ С КЛАССИЧЕСКОЙ [c.91]

В действительности взаимная поляризация соседних противоположно заряженных ионов и их ковалентное взаимодействие практически представляют собой почти одно и то же. Разница в основном заключается только в методах описания при расчете поляризации принято пользоваться классической электростатикой, а при расчете энергии ковалентной связи — квантовой механикой. Строго говоря, все виды взаимодействия ионов (и атомов) [c.334]

Нетрудно заметить, что описанные модели различных типов ковалентных связей могут рассматриваться как квантовомеханическое обоснование, или же перевод на язык квантовой механики классических моделей, отражающих концепцию о целочисленности связей. Отсюда следует, что они должны обладать как всеми достоинствами, так и недостатками классических моделей. На рассматриваемом выше уровне квантовые модели добавляют удивительно мало нового, если исключить вопрос о причине образования ковалентной связи. [c.40]

Квантовая механика — это механика микромира, мира атомов, электронов, молекул. Многие особенности строения атомов и молекул классическая механика не объясняет. Так, если принять теорию строения атома Резерфорда — Бора, то, пользуясь законами классической механики, нельзя объяснить, почему электроны не падают на ядро невозможно объяснить тетраэдрическое строение атома углерода и т. д. Бессилие классической механики в данных случаях связано с тем, что она не принимает во внимание волновые свойства материи, которые присущи материи любой массы. При изучении макрообъектов, как например небесных тел, а также окружающих нас видимых предметов этими свойствами можно пренебречь, тогда как механика микромира обязательно учитывает волновые свойства материи. [c.35]

Чтобы наблюдать систему, мы строим некоторый макроскопический прибор, который в результате ряда операций взаимодействует с системой. Результат взаимодействия отмечается на шкале или при помощи другого указателя. Существенная черта классической физики заключается в том, что мы ожидаем существования функциональной связи между показаниями указателей различных приборов. Физика и точные естественные науки до сего времени шли именно по этому пути. Однако в квантовой механике поступают иначе. Никакая система приборов и операций не входит в эту теорию просто как источник некоторой совокупности показаний, которая дает непосредственно функциональную зависимость с другой совокупностью показаний. Вместо этого появляются более сложные величины, которые и будут описаны ниже. Таким образом, мы будем иметь дело не только с новой системой законов, но и с новой математической канвой, служащей для выражения этих законов. В этом смысле квантовая механика представляет собой значительно более далекий отход от классической физики, нежели теория относительности. [c.21]

Были попытки рассчитать суммарный эффект притяжения и отталкивания электронов и ядер, участвующих в образовании ковалентной связи, с применением классической механики, однако удовлетворительных результатов они не дали. Теория Косселя и Льюиса хорошо объясняет качественную сторону химического взаимодействия, но не дает количественных соотношений. Неудачи в построении количественной теории объяснялись тем, что учитывалась только корпускулярная природа электронов и не принимались во внимание его волновые свойства. Лишь с развитием квантовой, или волновой, механики, учитывающей и волновую природу электрона, представилось возможным количественно оформить простейшее химическое взаимодействие реакцию образования молекулы водорода из его атомов. Эту задачу выполнили в 1927 г. немецкие физики В. Гейтлер и Ф. Лондон. [c.503]

Статистический характер квантовой механики. Фазовые волны, амплитуды которых подчиняются уравнению Шредингера, правильно описывают поведение и движение материальных частиц даже в тех случаях, где классическая физика оказывается несостоятельной (т. е. во всей области внутриатомных и внутримолекулярных движений). В частности становится излишним вводить в теорию специальные гипотезы или правила квантования, как это нужно было делать в старой квантовой теории квантование автоматически вытекает из уравнения Шредингера. Результаты и возможности квантовой механики этим далеко не исчерпываются. Особенно много нового и важного она дает химии при применении ее к системам из нескольких атомов и молекул, объясняя причину валентных связей и давая возможность вычислять величины хи.мического сродства, как будет показано дальше ( 175), Общепринятое сейчас и подтверждаемое опытом истолкование физического смысла амплитуды фазовой волны было дано Борном [c.49]

Между тем, с течением времени возникало много новых вопросов, связанных в первую очередь с объяснением механизма взаимного влияния атомов. Первые обобщения в этой области были высказаны еще в 60-х годах А. М. Бутлеровым и его замечательным учеником В. В. Марковниковым. С точки зрения классической теории химического строения нельзя было объяснить многого в строении и свойствах соединений ароматического ряда и алифатических непредельных соединений с сопряженными кратными связями. На некоторые вопросы дали ответ или, по крайней мере, пытались дать ответ электронные теории, возникшие в первые десятилетия XX века, причем особенно большим успехом в этом отношении является разработка электронных представлений о химической связи. Квантовая механика выдвинула понятие о распределении плотности электронного облака в молекуле и позволила рассчитать ее, правда, пока лишь для простейших соединений. Удовлетворительной количественной теории электронного строения молекул создать еще не удалось, и потребуется много усилий для того, чтобы преодолеть встречающиеся на этом нути трудности. [c.6]

Однако макроскопические свойства системы могут быть выведены и иным путем — из анализа микроскопических свойств объектов и сил взаимодействия, существующих между ними. Наиболее простой и бесхитростный способ решения такой задачи состоит в том, чтобы, зная исходные данные (начальные условия), решить соответствующее уравнение связи для каждой частицы. Ситуация при этом носит достаточно общий характер — если объекты системы достаточно велики и подчиняются законам классической физики, то необходимо решать уравнения классической механики (Сравнения Ньютона) при знании начальных координат и импульсов каждого объекта если же речь идет о микрообъектах, подчиняющихся законам квантовой механики, то необходимо решать волновое уравнение Шредингера при знании начальных волновых функций и сил взаимодействия. Единственные затруднения такого прямолинейного анализа состоят в том, что, во-первых, число объектов в реальных системах весьма велико (например, при нормальных условиях Т = = 29.3 К, Р = 1 ат, в 1 см содержится N = 2,7-10 молекул — число Лошмидта, что означает необходимость решения 3-2,7-10 8-10 уравнений при 6-3-2,7 х X 10 5-10 значениях начальных условий) и, во-вторых, точные значения начальных условий неизвестны. Поэтому необходим иной подход [11]. [c.24]

Публикуемую монографию по содержанию материала можно разделить на три части. В первой части излагается формальная механико-статистическая теория, устанавливающая связь между макроскопическим характером вириальных коэффициентов и микроскопической природой межмолекулярных сил. В этой главе рассматриваются теорема вириала в классической и квантовой механике уравнение состояния на основе классической и квантовой теорий и как проблема теории химической ассоциации вириальные коэффициенты в квазиклассическом приближении при высоких и низких температурах вириальные коэффициенты с учетом аддитивных и неаддитивных межмолекулярных сил, внутренних степеней свободы, квантовых эффектов вириальные коэффициенты для чистых веществ и смесей газов. [c.5]

Связь волновой функции х, у, 2, о с измеримыми величинами устанавливается системой постулатов, образующих основу квантовой теории. Из квантовой механики вытекает, что, в отличие от классической механики, при описании микродвижения в общем случае физические величины являются неопределенными. В каждый момент времени применительно к определенному состоянию может быть задан лишь целый набор потенциально возможных численных значений и распределение вероятностей для этих значений, т. е. состояние в каждый момент времени может быть сопоставлено лишь со статистикой физической величины. Так, например, квадрат модуля волновой функции [c.11]

Попробуем внести ясность в проблему определения энергетического баланса молекулярного иона водорода Нг+. Часто обсуждают вопрос о том, за счет какой энергии электронов образуется химическая связь кинетической или потенциальной Однако такой альтернативы не существует, так как в квантовой механике, так же как и в классической, справедлива так -называемая вириальная теорема, которая утверждает, что при равновесии между средней кинетической энергией Т и средней кулоновской потенциальной энергией V. имеет место следующее соотношение [c.79]

Современные представления о природе валентной связи основаны на положениях классической термодинамики и квантовой механики. Согласно этим представлениям валентная связь между атомами образуется из-за стремления их к энергетически более устойчивому состоянию, которому соответствует наименьший запас свободной энергии. Химическая связь возникает при взаимодействии электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекул. Характер этого взаимодействия оказалось возможным установить на основе представлений о строении атома и о корпускулярно-волновых свойствах электрона. [c.104]

Характерной особенностью квантовой механики является ее вероятностный подход к измеренным величинам. При этом одновременное измерение положения частицы и ее импульса всегда связано с некоторой неопределенностью. Приближенность возможного использования классических характеристик частицы и волны количественно выражается соотношениями Гейзенберга [c.9]

РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ — химическая теория, развивающая и обобщающая классическую теорию химического строения на основании химических фактов и принципов квантовой механики. Большой вклад в развитие Р. т. внесли Л. Полинг, Г. Вейль, Э. Гюккель и др. Необходимость усовершенствования классической структурной теории возникла в связи с неспособностью этой теории удовлетворительно объяснить свойства ароматических и большинства ненасыщенных соединений. Химическая связь в молекулах органических соединений может быть не только чисто простой, двойной и тройной, как это изображают классические структурные формулы, но и промежуточного типа, т. е. возможна делокализация электронов химических связей. Наблю- [c.212]

В дальнейшем теория элементарных реакций развивалась на базе законов классической и квантовой механики (Г. Эйринг, М. Эванс, М. Поляни, 1935). Новое направление в развитии теории кинетики назвали теорией абсолютных скоростей химических реакций. Основное положение теории абсолютных скоростей химических реакций заключается в том, что всякий элементарный химический акт протекает через переходное состояние (активированный комплекс), когда в реагирующей системе исчезают отдельные связи в исходных молекулах и возникают новые связи, характерные для продуктов реакции. В теории абсолютных скоростей решаются две задачи расчет поверхности потенциальной энергии элементарного акта и расчет [c.287]

Таким образом, квантовая механика в отличие от классической описывает не простую динамическую связь, а статистические закономерности. Эти закономерности в термических явлениях представляются вполне естественными. Они возникают в результате наличия большого числа динамических связей, которые, накапливаясь, приводят к статистическим соотношениям. Эти динамические связи весьма трудно, а часто и нерационально рассматривать, но они являются первичными. [c.430]

Дискретность набора состояний и допустимых значений энергии — важная особенность систем, подчиняющихся законам квантовой механики, и принципиальное отличие их от систем, подчиняющихся законам классической механики. В связи с этим и задание состояний с помощью квантовых чисел широко используется при описании состояний атомов и молекул. [c.9]

Дискретность набора состояний и допустимых значений энергии— важная особенность систем, подчиняющихся законам квантовой механики, и принципиальное отличие их от систем, подчиняющихся законам классической механики. В связи с этим и задание состояний с помощью квантовых чисел широко используется при описании состояний атомов и молекул. Так как происхождение дискретности квантовых состояний связано с граничными условиями, она не проявляется для свободных частиц, которым потенциальное поле не запрещает находиться в любой точке пространства в этом случае и энергия может принимать любые значения. [c.11]

Если для частицы в классической механике принципиально возможно одновременно определить точно и координату частицы х и составляющую импульса вдоль оси х, то для микрочастиц в квантовой механике это невозможно. Для них всех да имеется неопределенность в координате Ах и импульсе Ар частицы. Эти неопределенности связаны соотношениями Гейзенберга [c.8]

Иногда под молекулой понимают любые скопления атомов, хотя более точно — это нейтральные частицы данного вещества. Их стабильность является следствием образования между атомами химических связей. Квантовая механика впервые предложила рещение вопроса о природе химической связи. Основа такого подхода заложена в специфике микрообъектов, к которым классические законы применимы далеко не всегда. Например, ни одно из известных взаимодействий — электрическое, магнитное или гравитационное — в применении к микрообъек там не обладает свойством наеьщаемости, т. е. не зависит от числа взаимодействующих тел. С другой стороны, насыщаемость валентных сил — хорощо известный факт, который, в частности, проявляется в том, что стабильная молекула имеет состав СН4, а частицы СН2, [c.172]

Как уже сказано, характерной особенностью квантовой механики с первых шагов ее создания была тесная связь с идеями и аппаратом классической механики. В частности, предполагалось, что уравнения квантовой механики, представленные в достаточно общей форме, должны переходить при определенных условиях, например, при достаточно больших массах частиц, в обычные уравнения классической теории. Другими словами, если сформулировать каким-то образом понятие предельного перехода, то при таком переходе квантовые уравнения должны приобретать вид и смысл уравнений класической механики. Это утверждение, названное принципом соответствия, играет фундаментальную роль в квантово-механических построениях. Оно было весьма сущест- [c.18]

В классической физике х и рх называют канонически сопряженными селичинами. Операторы квантовой механики, соответствующие канонически сопряженным величинам классической механики, не коммутируют между собой. Согласно Н. Бору, каждая физическая величина вместе со своей канонически сопряженной образует пару дополнительных величин (например, X и Рх) При этом в любом состоянии квантовых систем из каждой пары таких величин определенное значение может иметь только одна из них, либо обе не имеют определенного значения. В связи с этим утверждается, что описание состояния в квантовой механике распадается. на два взаимно исключающих класса, которые являются дополнительными друг к другу в том смысле, что их совокупность могла бы дать в классическом понимании полное описание состояния системы принцип дополнительности Бора (1928 г.)). [c.58]

КИМИ СИЛОВЫМИ ПОСТОЯННЫМИ ДЛЯ связи типа X—Н приводит к значениям частот колебаний этих связей, намного превышающим соответствующие величины для любых других типов связей. Если бы классическая механика была приложима к молекулярным явлениям, данный факт не имел бы существенного значения, но на языке квантовой теории он означает большое значение энергии колебательного кванта (5—10 ккал/моль) для связей, содержащих водород. Поэтому любые неклассические явления особенно ярко проявляются в соединениях водорода. Различия между изотопами— протием, дейтерием и тритием — замечательный тому пример. Это различие определяется в основном разницей нулевых энергий (V2hv), которые в свою очередь зависят от частот колебаний и, следовательно, от отношения масс изотопов. Для большинства элементов частоты низки, а отношения масс изотопов близки к единице и поэтому их отличия в химическом поведении незначительны. Для водорода же характерны высокие частоты, а массы изотопов находятся в соотношении 1 2 3. Это приводит к высоким значениям водородного изотопного эффекта, который проявляется как в кинетике, так и в равновесиях. Результаты многочисленных исследований изотопных эффектов в кинетике и равновесиях реакций переноса протона служат серьезной проверкой теории изотопных эффектов и дают существенную информацию [c.11]

Специфика химической кинетики состоит в том, что элементарные процессы, лежащие в основе сдожного процесса, сопровождаются разнообразными сопутствующими явлениями (неизотермичность, неравновесность, перенос тепла и массы и т. д.), что приводит к тому, что химическая кинетика как научная дисциплина в сущности являет собой комплекс взаимосвязанных проблем на стыке термодинамики, квантовой химии (или кинетики элементарных реакций), газодинамики, статистической физики и классической механики. В связи с этим и само понятие химическая кинетика часто определяют по-разному. В самом узком смысле слова — это учение о механизме сложного процесса и его особенностях. В несколько более широком смысле — это учение об общих закономерностях любых процессов, связанных с изменением химического состава реагирующей системы независимо от причин, вызывающих это изменение,— радиоактивный распад, некоторые биологические задачи и т. д. (В атом случае для описания явлений, не связанных с изменением химиче- [c.3]

Основы классической статистической термодинамики за.чожены Д. Гиббсом [7] и Л. Больцманом [2], что же касается квантово-механической статистической термодинамики (или квантовой статистики) как части статистиче ской физики, то начало ее развития следует связать с появлением пионерских работ Н. Бора [17] и М. Планка (13]. Н. Бор ввел понятие стационарного квантового состояния, оказавшееся исключительно плодотворным для всего дальнейшего развития как самой квантовой механики, так и статистической термодинамики. [c.25]

Опираясь на математический аппарат квантовой механики и на ее физические представления, Гайтле-ру и Лондону удалось решить проблему, стоявшую перед естествознанием в течение многих вековг в чём причина химического связывания (илц агрегирования, или сродства, или связи и т. д. — в разное время терминология была различной) Какова физическая ре альность, стоящая за символикой валентных штрихов классической химии [c.143]

Заметим, что для объяснения природы химической связи не пришлось вгводить никаких новых типов динамических взаимодействий. Между образующими Молекулу частицами действуют только известные из классической физики электростатические (кулонов-ские) силы притяжения и отталкивания. Новизна, привнесенная квантовой механикой, состоит в ином, по сравнению с классикой, способе описания движения частиц (о чем мы уже писали выще) и в учете особого вида несиловых (по выражению В. А. Фока) взаимодействий, выражаемых принципом Паули. [c.151]

Резонансный или обменный интеграл, впервые введенный в квантовой механике, не имеет аналогов в классической физике. Однако он играет важную роль в теории химической связи. Он характеризует взаимодействие электронных орбиталей соседних атомов в молекуле. Расчеты показывают, что резонансный интеграл меньше нуля, т. е. отрицательная величина. В действительности между частицами имеется только электрическое взаимодействие. И только из-за принятого метода квантовомеханического расчета — МО в виде чПКАО — это единое взаимодействие разбивается на части кулоновский и обменный интегралы. [c.27]

В доквантовой, классической физике частицы и волны рассматривались совершенно изолированно. Каждому из этих объектов приписывались свои специфические свойства и характеризующие их величины, например ограниченная протяженность в пространстве, масса, скорость и энергия—для частиц (корпускул), длина волны, частота и амплитуда колебания — для волн. Однако опытные данные показали, что частицам вещества присущи не только корпускулярные, но и волновые свойства, пренебрегать которыми для микрочастиц никак нельзя. На базе полученных сведений и была создана квантовая механика. Связь корпускулярных и волновых свойств любого материального объекта выражается уравнениями Планка [c.8]

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, изучающая общие закономерности движения и взаимодействия микрочастиц (элементарных частиц, атомных ядер, атомов и молекул) теоретическая основа современной физики и химии. К. м. возникла в связи с необходимостью преодолеть противоречивость и недостаточность теории Бора относительно строения атома. Важнейшую роль в разработке К. м. сыграли исследования М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, М. Борна и др. К. м. была создана в 1924—26 гг., благодаря трудам Л. де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга и П. Дирака. К. м. является основой теории многих атомных к молекулярных процессоБ. Она имеет огромное значение для раскрытия строения материи и объяснения ее свойств. На основе К. м были объяснены строение и свойства ато MOB, атомные спектры, рассеяние света создана теория строения молекул и рас крыта природа химической связи, раз работаиа теория молекулярных спектров, теория твердого тела, объясняющая его электрические, магнитные и оптические свойства с помощью К. м. удалось понять природу металлического состояния, полупроводников, ферромагнетизма и множества других явлений, связанных с природой движения и взаимодействием микрочастиц материи, не объясняемых классической механикой, [c.124]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология