Основные представления квантовой механики

Основные представления квантовой механики и статистической физики [c.85]

СПЕКТРЫ АТОМОВ И ИОНОВ С ОДНИМ ВАЛЕНТНЫМ ЭЛЕКТРОНОМ 17. Основные представления квантовой механики [c.87]

Основные операторы квантовой механики координатное представление) [c.48]

Зонная теория твердого тела позволяет объяснить основные физико-химические свойства кристаллов высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов, особенности проводимости в полупроводниках, изолирующие свойства диэлектриков и т. п. Электрическая проводимость кристаллов определяется наличием квазисвободных электронов, способных к направленному перемещению под действием внешнего электрического поля. Если на электрон действует сила, определяемая напряженностью электрического поля, то он начинает двигаться с ускорением и его кинетическая энергия при этом возрастает. В зонной модели, которая является результатом применения представлений квантовой механики к твердому телу, возрастание энергии электрона равносильно его переходу на более высокий энергетический уровень. При наличии в зоне разрешенных энергий вакантных уровней, ко- [c.309]

Ниже приводятся некоторые основные представления квантовой механики, с которыми необходимо познакомиться, чтобы в дальнейшем понять ту роль, которую играют в химических свойствах веществ электроны, связанные с атомами, молекулами и кристаллическими решетками веществ. [c.29]

Основные представления квантовой механики Прямые опыты, как например, опыты по дифракции электронов и атомов, приводят к заключению, что частицы вещества обладают не только корпускулярными свойствами, отображаемыми классической механикой, но и волновыми свойствами, рассмотрение которых является предметом квантовой механики. [c.108]

Мне доставляет большое удовольствие написать это предисловие к русскому изданию книги Валентность . Я только что вернулся из поездки в Советский Союз, где имел возможность встретиться со многими советскими учеными и обсудить с ними как их, так и мои работы. Я считаю, что квантовой химии принадлежит большое будущее. Многие основные представления квантовой механики оказали глубокое влияние на химические теории. Не будет преувеличением сказать, что современная химия коренным образом отличается от химии того периода, который предшествовал введению волнового уравнения Шредингера. Квантовая химия интернациональна, и ученые почти каждой страны мира внесли вклад в ее развитие. Я уверен, что и в дальнейшем советские химики будут объединять свои усилия с химиками других стран в разработке этой увлекательной новой отрасли химии, и если настоящая небольшая книга окажется им полезной, то я испытаю истинное удовлетворение. Ведь всех нас объединяет любовь к природе и стремление понять ее. [c.9]

Согласно основному положению квантовой механики, состояние системы частиц описывается волновой функцией в координатном представлении, т. е. зависящей от координат и спинов всех частиц системы, а также, вообще говоря, от времени [c.12]

Основой теории проф. Челинцева является введение орбитно-контактных связей между атомами. Так, он утверждает, что бензольное ядро состоит из чередующихся, положительно и отрицательно заряженных атомов углерода, соединенных орбитно-контактными связями . Такое представление приводит к противоречию с прямыми экспериментальными данными, согласно которым свободная молекула бензола имеет ось симметрии шестого порядка, а не третьего, как это должно быть по теории Челинцева. Для спасения своей теории проф. Челинцев вынужден утверждать, что электронная плотность равномерно распределена по кольцу и что его знаки плюс и минус введены для указания химической принадлежности электронов к отдельным ядрам углеродов. Это представление находится в полном противоречии с основными представлениями квантовой механики, базирующейся иа опытном факте неразличимости электронов. Если электроны распределены равномерно по бензольному кольцу, то нет смысла говорить о принадлежности их к трем из шести ядер углерода в кольце. [c.397]

Главы 2—4 посвящены физике возбужденных состояний молекул. Основные представления квантовой механики и молекулярной спектроскопии изложены кратко и не всегда строго. Однако подготовленному читателю эти главы помогут упорядочить свои знания, а у неподготовленного читателя появится желание глубже разобраться в этой области, воспользовавшись рекомендуемой автором литературой. [c.5]

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ 89 [c.89]

Следует отметить, что для решения основной задачи, которую мы ставим ниже — установления общей картины строения химических частиц, — как она представляется в квантовой механике, и анализа тех путей, при помощи которых может быть установлено соответствие между квантовой механикой и классической теорией химического строения, для определения степени объективной значимости, понятий классической теории, области, границ их приложимости, а также для установления их возможной квантово-механической интерпретации, нам вообще не понадобится решать уравнение Шредингера для конкретных задач. Для решения в основных чертах всех поставленных выше вопросов будет вполне достаточно использовать общие постулаты и представления квантовой механики и некоторые общие простейшие свойства уравнения Шредингера для систем, состоящих из ядер и электронов. Прежде чем рассматривать вопросы, указанные выше, введем еще следующие ограничения в поставленную задачу. [c.86]

Основным положением квантовой механики является представление о прерывистости (дискретности) всего существующего и происходящего в окружающем нас мире — вещества, излучения, процессов. Из этого следует, что любой объект изучения нельзя делить беспредельно, не изменяя его природу, так как он состоит из определенного числа (может быть, очень большого, но не бесконечного) отдельных порций (квантов). На понятии о квантовании энергии и основано объяснение Нильсом Бором (1913) устойчивости атома. [c.30]

В современной науке представления о состоянии электронов, участвующих в образовании химических связей, получили дальнейшее развитие на основе квантовой механики. Эта область физики, занимающаяся изучением законов движения микрочастиц (атомов, электронов, протонов, нейтронов и т. д.) и учитывающая в отличие от классической механики волновые свойства материи, связана с применением сложных математических расчетов и теоретических положений. Мы ограничимся кратким изложением основных понятий о природе ковалентных связей в свете представлений квантовой механики. [c.24]

Приведем первые высказывания авторов теории резонанса. Основы этой теории,— пишет Д. Уэланд,— надо искать в математических недрах квантовой механики, и поэтому изложить теорию полно и строго можно только на математическом языке Совершенно верно. Теория резонанса не может быть правильно понята без математических понятий базиса, собственного вектора и т. д. Основное значение квантовой механики для химии,— пишет Л. Полинг,— заключается во внедрении новых идей, как, например, представления о резонансе молекул между несколькими устойчивыми структурами, сопровождающемся увеличением устойчивости . С этим тоже можно согласиться, имея в виду, что Полинг здесь говорит о моделирующей функции квантовой механики в химии. [c.58]

Адмитансы в спектральном представлении. Если в формулах (4), (15.4), (15.59) и др. под индексами 1, 2,. .. понимаются пары ( 1, 1у), (аз, 4),. .., то будем говорить, что эти формулы взяты во временном представлении. Под этими индексами, однако, можно понимать также (а , С01), (аа, соа),. .., что соответствует спектральному представлению. Формулы, записанные при помощи числовых индексов, не меняются при изменении представления подобно тому, как не меняются при изменении представления основные формулы квантовой механики. Чтобы имелась такая инвариантность, переход к другому представлению должен совершаться согласованным способом, к описанию которого мы переходим. [c.146]

Еще более интересные перспективы открываются на уровне структурной неорганической химии. Ввиду того, что изучение неорганических веществ в течение целого столетия (примерно 1830— 1930-е годы) осуществлялось в русле классических представлений о молекулах, которых в подавляющем большинстве неорганических соединений в действительности не существует, развитие неорганической химии происходило в основном лишь на уровне учения о составе, На структурный уровень оно поднялось лишь в связи с появлением квантовой механики не ранее 1930-х годов, т. е. со столетним опозданием по сравнению с органической химией. Если учесть то обстоятельство (о нем говорилось в гл. IV), что и сегодня еще в изучении твердого тела не исчезли рудименты преклонения перед стехиометрической химией, то успехи современной химии твердого тела, как, впрочем, и успехи химии комплексных соединений, можно квалифицировать лишь как первые шаги в познании глубин сложного строения неорганических тел. [c.274]

Построение учебника таково. Первые главы посвящены началам квантовой механики. Далее следуют главы, в которых представлен основной каркас системы приближений, вводимых при рассмотрении молекулярных задач, а также принципы отвечающих этим приближениям квантовохимических методов. Наконец, в [c.6]

Современная теория строения молекул многим представляется лишь разделом вычислительной математики, задача которого состоит в решении определенных уравнений квантовой механики. Данная книга убедительно показывает, что это представление ошибочно. Разумеется, авторы не пытаются обойтись без квантовой механики, ее понятий и принципов, но они и не требуют, чтобы читатель свободно владел предметом — достаточно иметь о нем некоторое общее представление. На основе нескольких фундаментальных (и имеющих четкий смысл) положений теоретической физики авторы строят систему химических принципов и понятий, объясняющих, как устроены молекулы и от чего зависят их свойства и взаимодействие. При этом оказалось возможным не уклоняться от обсуждения сложных вопросов и компактно излагать основные методы и результаты современных квантовохимических расчетов, хотя сами по себе эти расчеты весьма громоздки и обычно изложение их принцип нов действительно напоминает учебник по программированию, [c.5]

Представления о симметрии очень важны как в связи с теоретическим, так и экспериментальным изучением строения атомов и молекул. Основные принципы симметрии применяются в квантовой механике, спектроскопии и для определения структуры при помощи дифракции нейтронов, электронов и рентгеновских лучей. Природа дает множество примеров симметрии, и это особенно очевидно, когда молекулы исследуются в равновесных конфигурациях. Для равновесной конфигурации атомы считаются фиксированными в их средних положениях. Когда существует симметрия, некоторые расчеты упрощаются, если ее принимать во внимание. Симметрией определяется также, может ли молекула быть оптически активной или иметь дипольный момент. Отдельные молекулы в отличие от кристаллических твердых тел (гл. 19) не ограничены симметрией, которой они могут обладать. [c.407]

Химическая физика опирается на фундамент квантовой механики и изучает механизмы молекулярных столкновений, перераспределение энергии внутри молекул, а также связанные с внутримолекулярными физическими процессами кинетические химические эффекты. Основные понятия и представления химической физики стали формироваться в первой четверти XX в., когда было обнаружено, что при фотохимическом взаимодействии хлора и водорода на каждый поглощенный квант энергии света образуются не одна, а сотни тысяч молекул хлороводорода. Чтобы объяснить это явление, М. Боденштейн использовал понятие о радикалах — осколках молекул или несвязанных атомов, имеющих свободную валентность и обладающих реакционной способностью значительно большей, чем валентно насыщенные молекулы. [c.22]

Квантовая химия использует идеи и методы квантовой механики для исследования химических объектов и процессов и дает возможность построить единую теорию химической связи Однако химики, в том числе и органики, сохраняют представление о различных типах химических связей, которые даны в таблице 1-3 по основным системообразующим признакам [c.48]

Принятие илн непринятие основных постулатов квантовой механики зависит от всей совокупности опытных данных, относящихся к микромиру, и, хотя дифракция электронов весьма убедительно свидетельствует в пользу представлений де Бройля, все же остается несомненным, что волномеханический аспект должен привести и к прогнозам, имеющим более прямое и непосредственное отношение к вопросам химии. Одним из таких открытий является туннельный эффект, значение которого мы еще подчеркнем в дальнейшем. Другое важное явление, имеющее квантовую природу и совершенно неожиданное с точки зрения теории Бора, — это сверхтонкое взаимодействие. Волновая природа электрона проявляется в том, что электрон некоторое время проводит около ядра это влечет за собой различные последствия расщепление спектральных линий или даже полный захват электрона ядром, а также проявление магнитных взаимодействий на малых расстояниях. [c.76]

Практическое руководство для постановки компьютерной лаборатории по квантовой механике. Основой является набор компьютерных программ 1п1егдиап1а (1Р) — "интерактивные графические программы квантовой механики". Эти программы позволяют получить наглядное представление об основных принципах квантовой механики, излагаемых в теоретических курсах. Набор важнейших положений квантовой механики дается в конспективной форме в начале соответствующих глав. [c.511]

Представленное здесь изложение основных положений квантовой механики и статистической физики необходимо для понимания квантоволтеханической картины элементарного акта и выясксиия путей перехода от строгих кваптовомехнпиче- [c.85]

С квантово-механической точки зрения химическая частица (нейтральная молекула, свободный радикал или молекулярный ион) представляет собой систему, состоящую из ядер и электронов. Если мы ставим вопрос о том, может ли некоторая совокупность из ядер и электронов образовать устойчивую (способную существовать как единое целое, не распадаясь самопроизвольно) химическую частицу, каково будет строение и возможные состояния этой частицы, каковы будут ее физические характеристики (геометрическая конфигурация ядер, энергия, распределение положительного и отрицательного заряда и т. п.), то эта задача может быть рещена на основе системы постулатов и представлений квантовой механики. Согласно основным положениям квантовой механики любое реально осуществляющееся состояние системы из ядер и электронов описывается некоторой функцией Ч ", так называемой волновой функцией, которая зависит, вообще говоря, от координат и спиновых состояний всех частиц, входящих в систему. Волновая функция Ч " должна удовлетворять ряду общих требований, накладываемых квантовой механикой на все волновые функции . [c.85]

В течение длительного времени я собирался написать книгу о строении молекул и кристаллов и природе химической связи. Благодаря развитию квантовой механики и ее приложений к химическим проблемам возник вопрос о том, в какой степени следует включить в книгу математические методы теории. Я пришел к выводу, что хотя значительная часть результатов структурной химии получена с помощью квантовой механики, все. же можно дать удовлетворительное и законченное изложение новых достижений без использования высшей математики. Только небольшая часть приложений квантовой механики к химии имеет чисто квантово-механический характер. Так, например, лишь в немногих случаях результаты, представляющие непосредственный интерес для химии, были получены путем точного решения волнового уравнения Шредингера. Достигнутые успехи связаны в основном с использованием преимущественно химических соображений. Обычно предлагается какой-либо простой постулат, который проверяется путем эмпирического сопоставления с имеющимися химическими данными и ис-польвуется для предсказания новых явлений. Основное значение квантовой механики для химии заключается во внедрении новых идей, как, например, представления о резонансе молекул между несколькими электронными структурами, сопровождающемся увеличением устойчивости. [c.5]

Согласно представлениям квантовой механики, молекула может находиться в одном из стационарных состояний, которые отличаются энергией. Состояние с самой низкой энергией называется основным, остальные — возбужденными состояниями. Каждое г-е стационарное состояние молекулы с энергией описывается волновой функцией Фг вида (1.1). Все возможные стационарные состояния молекулы. могут быть определены как решения воли.опого уравнеинн Шредингера [c.7]

Согласно модельным представлениям теории Бора для одноэлектронного А., наряду с круговыми орбитами, возможны и эллиптич. орбиты различной формы, соответствующие тем же значениям энергии [ф-ла (2)] и получающиеся, если придать правилам квантования более общий вид. Однако это не устраняет принципиальные недостатки теории Бора, являющейся непоследовательной и не могущей объяснить ряд особенностей строения А, и нек-рых его свойств. Последовательная квантовомеханич, теория для А, водорода и водородонодобных ионов дает ие только ту же ф-лу (2), что и теория Бора, но и правильную характеристику состояний А, Эти результаты находятся путем решения основного уравнения квантовой механики — Шредингера -уравнения, причем, в отличие от теории Вора, дискретность уровней энергии А, получается в этом случае автоматически, без допо.инительных предположений, Решение Шредингером в 1926 задачи об А, водорода явилось важным этаном в развитии теории А, [c.156]

Иными словами, представления о химической связи между атомами, о геометрии молекулы, ее симметрии и топологии и многие другие имеют смысл только в рамках определенных приблил еиий, вообще говоря, не вытекающих из основных (или, как часто говорят, первых) принципов квантовой механики В свою очередь, выбор приближения определяется не только характером постановки решаемой задачи, особенностями рассматриваемой системы, а также соображениями физического и математического порядка, но учитывает (чаще всего, неявно) весь рациональный опыт исторического развития данной предметной области, причем последний фактор не менее важен, чем все остальные. [c.106]

В наше время происходит перестройка научных дисциплин, связанная с осуществлением научно-технической революции. В частности, представления о строении вещества, которые раньше были частью физики и химии, все более обособляются в самостоятельную отрасль знаний со своим математическим аппаратом и научной методологией. Это обусловлено в первую очередь тем, что основным инструментом познания и решения задач в данной области стала квантовая механика. С другой стороны, без теории строения вещества теперь демыслимо развитие самых разнообразных областей науки и техники — от астрофизики до сельского хозяйства. [c.3]

Отмеченные обстоятельства требуют более глубокого, чем ранее, ознакомления студентов-химикрв с вопросами строения вещества на первом курсе вузов. С этой целью написана данная книга. В ней изложены современные представления о строении атомов, молекул, кристаллов и природе химической связи рассмотрены некоторые методы исследования структуры. При изложении методов структурного исследования основное внимание уделено газовой электронографии. Это сделано по двум причинам. Во-первых, электронография, использующая дифракцию электронов, на наш взгляд, является наиболее яркой иллюстрацией представления о волновых свойствах материальных частиц, лежащего в основе квантовой механики. Во-вторых, [c.3]

Научные основы теории химического взаимодействия между компонентами раствора были заложены Д. И. Менделеевым. Основной недостаток теории электролитической диссоциации он видел в игнорировании химического взаимодействия между частицами растворенного вещества и молекулами растворителя. Обычно это взаимодействие учитывают, вводя- представления о гидратации в водных растворах и о сольватации в общем случае. Последние вошли в науку в конце 80-х годов прошлого столетия в результате трудов отечественных (И. А. Каблуков, В. А. Кистя-ковский) и зарубежных (Т. Фицпатрик, Д. Чамичан) ученых. Долгое время в основе теории сольватации ионов лежало представление об электростатическом взаимодействии ионов с диполями молекул растворителя. Однако сейчас уже ясно, что электростатическая теория сольватации имеет ряд принципиальных недостатков. Развитие квантовой химии показало, что взаимодействие между атомными и молекулярными системами может быть объяснено и рассчитано на основе квантовой механики. [c.236]

Очевидно, что при первоначальном знакомстве с квантовой механикой и квантовой химией все многообразие проблем затрагивать не имеет смысла. Такое знакомство должно лишь дать представление о самой науке и о тех основных методах, которыми она пользуется при получении результатов. К тому же квантовая химия подчас опирается на такой математический аппарат, который в университетских курсах по математике для студентов химического профиля отсутствует, что также не позволяет ввести ряд ее важных разделов в начальный курс. По этим соображениям в настоящем учебнике опущены разделы по динамике молекул при их возбуждении и химических превращениях, по использованию методов вторичного квантования и функции Грина, по квантовохимическим проблемам теории твердого тела и т.п. В лучшем случае они лишь бегло упоминаются. Кроме того, почти не представлена теория атома, поскольку имеется учебник И. В. Аба-ренкова, В. Ф. Братцева и А. В. Тулуба Начала квантовой химии , в котором этот раздел изложен подробно и хорошо. И наконец, не представлены и очень многие качественные подходы, особенно распространенные в органической химии, которые возникли на базе квантовохимических представлений путем настолько значительных их упрощений, что превратились, по-существу, в некоторое подобие мнемонических правил, весьма полезных для практики, но уже заметно выходящих за рамки квантовой химии. [c.6]

По какому конкретно представлению группы 8д, волновая функция может преобразовываться (по любому или по каким-либо выделенным) квантовая механика отвечает лишь постулатом волновые функции должны преобразовываться по полносимметричному представлению (т.е. оставаться без изменений), если тождественные частицы имеют целый спин х волновые функции должны преобразовываться по антисимметричному представлению (т.е. менять знак при каждой перестановке индексов двух частиц), если тождественные частицы имеют полуцелый спин Оба представления одномерные. Частицы с целым спином называются бозонами (по имени индийского физика Шатьендраната Бозе), а с полуцелым спином - фермионами (по имени итальянского физика Энрико Ферми, работавшего в основном в США). [c.213]

Размер электронных облаков характеризуется в основном главным квантовым числом форма — орбитальным, а ориентация в пространстве — магнитным Некоторые электронные облака изображающие орбитали атома водорода приведены на рис 1 3 Таким образом, квантовая механика уточняет представления квантовой модели атома водорода предложенной Н Бором, в которой постулировалось что электрон вращается вокруг ядра по круговым орбитам определенных размеров По квантовой теории электрон не должен находиться на орбите определенного радиуса а может быть удален от ядра на различные расстояния хотя и с неодинаковой вероятностью Возникло представление об электронном облаке В состоянии 15 совокупность наиболее веро ятных местонахождений электрона представляет собой поверх ность сферы с радиусом г , который совпадает с радиусом первой орбиты в модели Бора До Электронное облако имеет наибольшую [c.20]