Новая квантовая теория — квантовая механика

Исследование природы химической связи и строения молекул развивалось параллельно с изучение. строения атома. К началу двадцатых годов текущего столетия Косселем и Льюисом были разработаны основы электронной теории химической связи. Гейтлером и Лондоном (1927) была развита квантовомеханическая теория химической связи. Тогда же получили развитие учение о полярной структуре молекул и теория межмолекулярного взаимодействия. Основываясь на крупнейших открытиях физики в области строения атомов и используя теоретические методы квантовой механики и статистической физики, а также новые экспериментальные методы, такие как рентгеновский анализ, спектроскопия, масс-спектроскопия, магнитные методы, метод меченых атомов и другие, физики и физи-ко-химики добились больших успехов в изучении строения молекул и кристаллов и в познании природы химической связи и законов, управляющих ею. [c.8]

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]

В 1916 г. В. Коссель выдвинул предположение, что при образовании химической связи происходит передача электронов от одного атома к другому в результате образуются заряженные частицы, которые притягиваются друг к другу. Это представление правильно отразило природу ионной (гетерополярной, электровалентной) связи, характерной для большинства неорганических соединений. Однако было ясно, что в таких молекулах, как водород Нз, хлор С1г, метан СН4, и в более сложных органических соединениях природа связи должна быть иной. Основы для понимания этого типа связи были заложены в работах Г. Льюиса и И. Ленгмюра (1913— 1920 гг.), указавших на особую роль октета электронов как устойчивой электронной оболочки и на возможность создания октета не только путем передачи, но и путем обобщения электро1Юв. От этих работ ведет свое начало представление о существовании особого типа связи (ковалентной, гомеополярной), осуществляемой парой электронов. Так валентная черточка классической теории строения получила физическое истолкование. И все же перед учеными продолжали стоять вопросы почему именно электронная пара необходима для создания ковалентной связи, почему устойчив именно октет электронов, в каком состоянии находятся связующие электроны Поиски ответа на эти вопросы с помощью зародившейся в середине 20-х годов квантовой механики явились одним из направлений дальнейшего развития теории химической связи. Для судьбы электронных представлений в органической химии важнейшее значение имело и развитие в другом направлении объяснение с новых позиций богатого экспериментального материала органической химии предсказание новых, еще неизвестных экспериментальных фактов. [c.38]

Рассмотрение молекулярных орбиталей и химической связи во втором издании в общем понравилось большинству преподавателей, но показалось им несколько усложненным и трудным для восприятия. Теперь мы разбили этот материал на две части в гл. 12 излагаются основы теории молекулярных орбиталей и ее применения к некоторым двухатомным молекулам, а в гл. 13 рассматриваются многоатомные молекулы и молекулярная спектроскопия. Кроме того, написана новая глава (гл. 11), представляющая собой введение в теорию химической связи в ней используются только представления об электронных парах и отталкивании электронных пар и еще не упоминается о квантовой механике. Рассматриваемая в этой главе теория отталкивания валентных электронных пар (как это ни странно, мало известная в США) дает интуитивно понятный и простой способ качественного объяснения формы молекул. Эти три главы вместе с гл. 14, посвященной химической связи в кристаллах и жидкостях, дают студентам всестороннее представление о принципах химической связи, строения молекул и спектроскопии. [c.10]

Такая ситуация возникла в начале нынешнего века в физике при изучении излучения абсолютно черного тела. Впоследствии эта ситуация получила название ультрафиолетовой катастрофы. При применении принципов классической физики к проблеме излучения абсолютно черного тела возникали явно абсурдные результаты предсказывался так называемый закон Релея, согласно которому интенсивность излучения при любой температуре растет как квадрат частоты. Это предсказание означало, что абсолютно черное тело при любой температуре таит в себе бездну рентгеновских лучей Чтобы согласовать теоретическое рассмотрение с экспериментальными результатами, М. Планком было введено представление о квантовании энергии излучения. После безуспешных попыток вывести это представление из принципов классической физики, оно стало рассматриваться в качестве фундаментального принципа природы и было положено в основу новой физической теории — квантовой механики. [c.111]

В 1914 г. Л. В. Писаржевским было дано новое толкование электродных процессов, позволившее заменить формальную схему осмотической теории Нернста реальной физической картиной. Несколько позже (1926 г.) аналогичные идеи высказаны Н. А. Изгарышевым и А. И. Бродским. По Л. В. Писаржевскому, причинами перехода ионов металла в раствор являются диссоциация атомов металла иа ионы и электроны и стремление образовавшихся ионов сольватиро-ваться, т. е. вступать в соединение с растворителем. Необходимо, следовательно, учитывать два равновесия одно — между атомами металла и продуктами его распада (ионы и электроны) и другое — при сольватации (в водных растворах — гидратации). Таким образом, потенциал металла, погруженного в раствор, зависит от обоих процессов и состоит из двух слагаемых, одно из которых зависит от свойств металла, а второе — от свойств как металла, так и растворителя. Эти новые взгляды, основанные на электронных представлениях, качественно совпадают с современными представлениями, которые, таким образом, были предвосхищены Л. В. Писаржевским задолго до квантовой механики, статистики Ферми и других современных теоретических методов, [c.216]

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]

Необходимость отказа от удобных и привычных понятий классической физики при исследовании свойств атомных объектов является доказательством того, что законы и понятия макроскопической физики неприменимы (или ограниченно примени, мы) к явлениям микромира. Новые физические понятия квантовой механики не обладают свойством наглядности, т. е. не могут быть объяснены с помощью привычных нам образов. Это в некоторой степени усложняет понимание квантовой механики. Новые физические понятия, вводимые квантовой механикой, можно освоить лишь при продолжительном их употреблении. Для объяснения свойств объектов микромира потребовалось использование в теории и нового математического аппарата, с которым мы познакомимся в этой книге. [c.14]

По вопросу дальнейшего развития теории химического строения Бутлеров писал Само собой разумеется, что, когда мы будем знать ближе натуру химической энергии, самый род атомного движения,— когда законы механики получат и здесь приложение,— тогда учение о химическом строении падет, как падали прежние химические теории, но, подобно большинству этих теорий, оно падет не для того, чтобы исчезнуть, а для того, чтобы войти в измененном виде в круг новых и более широких воззрений . Итак, автор теории химического строения предвидел приложение механики атом-ного мира (т. е. квантовой механики) к его теории. Именно применение квантовой механики к проблемам структуры вещества подняло теорию химического строения Бутлерова на новую, высшую ступень. Только в одном не прав был Бутлеров его теория не пала, а превратилась в общехимическую теорию, являющуюся фундаментом современной химии. [c.12]

НОВАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ — КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА Принцип неопределенности [c.18]

В теорию Бора принцип квантования был введен произвольно. В ней в основном использовались законы классической механики. Открытие волновых свойств электрона, фотоэффект, опыты с абсолютно черным телом привели к созданию нового раздела физики- квантовой механики. Большую роль в ее создании сыграли Э. Шредингер и В. Гейзенберг. [c.26]

Ряд важных дополнений к теории атомного строения был сделан в 1924— 1925 гг. Сюда относятся открытие вращения электрона, установление принципа исключения, сформулированного Паули, открытие волнового характера электрона и разработка новой теории квантовой механики. [c.152]

Однако для систем, состоящих из атомов и молекул, такой подход неприменим согласно принципу неопределенности Гейзенберга, в таких системах невозможно точно определить одновременно и значения координат, и импульсы входящих в них частиц. Но если не представляется возможным определить координаты qi и величины р,-, необходимые для задания состояния системы в классической механике, то мы не можем использовать классическую механику для исследования свойств системы. В этой ситуации приходится обращаться к соверщенно новому математическому аппарату — квантовой механике. В данной главе рассмотрены основные принципы этой новой ) дисциплины, терминология и символика, которые будут использованы в книге кроме того, читатель познакомится с идеями, лежащими в основе квантовой теории. Эти вопросы, как правило, не рассматриваются в учебниках, однако без их рассмотрения квантовая механика превращается в сухие и скучные математические упражнения. [c.15]

Тесная связь с физикой и математикой способствовала превращению химии из чисто описательной науки, только систематизирующей и классифицирующей вещества и их реакции, в объясняющую науку. Основываясь па электронных представлениях, применяя математические методы, она глубоко проникает в недра атомов и молекул. Теория квантовой механики, широко используемая в химии, способствовала рождению новой отрасли — квантовой химии. Именно ей, вооруженной точными математическими методами исследования, оказалось по силам проникнуть в сокровеннейшие механизмы межатомных и межмолекулярных взаимодействий. Лишь открытие закономерностей этих взаимодействий делает возможным целеустремленное проведение химических ре- [c.108]

Квантовая механика уравнение Шредингера. Исследования де Бройля положили начало созданию механики, описывающей движение микрочастиц. В 1925—1926 гг. Гейзенберг (Германия) и Шредингер (Австрия) предложили независимо друг от друга два варианта новой механики впоследствии было показано, что оба варианта приводят к тождественным результатам. Метод Шредингера оказался более удобным для выполнения расчетов современная теория строения атомов и молекул основывается на этом методе. Механика микрообъектов получила название квантовой механики-, механику, основанную на законах Ньютона, применимую к движению обычных тел, стали называть классической механикой. [c.29]

Н. Бор предложил свою теорию строения атома водорода, изложенную в виде двух постулатов. Теория эта была основана как на законах классической механики, так и на новой, квантовой теории излучения. [c.105]

Атомы И молекулы — системы, построенные из микрочастиц — 51дер и электронов. В начале XX в. выяснилось, что классическая физика не в состоянии правильно описать состояние этих систем. Бор создал теорию атома, носящую его имя, сохранив планетарную модель атома Резерфорда и введя в нее новые идеи квантовой теории Планка — Эйн-щтейна. Поразительный успех теории Бора в описании атома водорода и объяснении его спектра не мог быть распространен на более сложные атомы из-за противоречивости между квантовыми и классическими представлениями, лежащими в ее основе. Однако теория Бора оставила глубокий след в физике. Новая физическая теория — квантовая механика возникла из работ де Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Дирака и др. [c.7]

Новая эпоха в развитии спектроскопии началась с работ Н. Бора (1914 г.), положившего основу теории строения атома. Теория Бора дала непринуждённое истолкование основных закономерностей спектров атомов и ионов и позволила разобраться в структуре периодической системы элементов. Однако, теория Бора, представлявшая собой сочетание классических законов механики (движение электронов по орбитам) с специфически квантовыми законами (стационарные орбиты, излучение), являла собой лишь промежуточный этап в развитии представлений об атомах и спектрах. Она не смогла также объяснить различные детали в строении спектров простых атомов и структуру спектра многоэлектронных атомов. Это привело, как известно,, к созданию новой, так называемой квантовой механики, в которой нашли себе разрешение затр днения теории Бора. [c.11]

Развитие электронных представлений о строении атома и молекулы (начало XX в. Н. Бор, В. Коссель, Г. Льюис) привело к поискам решения этой проблемы на электронном уровне, а разработка в 30-х годах основ квантовой механики (В. Гейзенберг, Э. Шредингер, Э. Хюккель) послужила толчком для развития в теории строения и реакционной способности качественно нового метода — метода молекулярных орбиталей. Узловой теоретической проблемой современной органической химии стала теория активированного комплекса и механизма реакций. [c.9]

Новый этап (начало XX в.) в развитии физической химии связан с созданием квантовой теории и волновой механики (Бор, Планк, Шредингер, Паули). Используя квантово-механический метод, физики и физико-химики добились больших успехов в изучении строения молекул, кристаллов и в познании природы химической связи. [c.7]

С появлением квантовой механики возникло пред-ста 5ление о непрерывном характере распределения электронного заряда в атомах, молекулах и твердых телах, что коренным образом отличало новую квантовую теорию, построенную в 1925—1926 гг., от старой теории Н, Бора (1913 г.). Вероятностная интерпретация волновой функции уточнила это представление, показав, что фактически речь идет о непрерывном [c.142]

Этот вывод сохранил значение и в нащи дни, но в целом теория Бора не смогла правильно описать и предсказать явления атомного мира. Ее существенный недостаток заключался в произвольном дополнении классических законов механики правилами, содержание которых отражало новые квантовые закономерности. [c.21]

Но, конечно, наиболее важным выводом из общих принципов новой механики надо признать принцип Паули. Открытие спина электрона и возможность с помощью принципа Паули построить периодическую систему Д. И. Менделеева и заложить фундамент теории химической связи представляет собой триумф квантовой механики. [c.76]

Биофизика есть физика живых организмов. Термодинамический и теоретико-информационный анализ явлений жизни снял кажущиеся противоречия между физикой и биологией. Нельзя не согласиться с Эйгеном, когда он утверждает, что современная физика в принципе достаточна для объяснения явлений жизни, для обоснования биологии [13]. Такое обоснование требует введения новых понятий (например, понятия селективной ценности информации), но не построения принципиально новой физики. Новая физика, скажем, квантовая механика или теория относительности, возникала в результате установления границ применимости ранее принятых представлений. В биологии мы пока не встречаемся с такими границами для физики. [c.46]

В первой половине XX в. возникает пограничная между химией и новыми разделами физики (квантовая механика, электронная теория атомов и молекул) наука, которую стали позднее называть химической физикой. Она широко применила теоретические и экспериментальные методы новейшей физики (квантовой механики, физики твердого тела и др.) к исследованию строения химических соединений и особенно механизма реакций. Химическая физика изучает взаимосвязь и взаимонере-ход химической и субатомной форм движения материи. [c.87]

Теория энергетических цепей испытывала затруднения в решении таких проблем, как установление природы активной частицы и механизма специфической передачи энергии. На успех в их разработке уже должны были оказать влияние достижения в новой области науки — квантовой механике. Однако стремительное развитие химии свободных органических радикалов и появление работ Лондона и Полани, в которых получил обоснование механизм с участием радикала в качестве промежуточного продукта, привело к тому, что еще не исчерпавшая себя полностью теория Христиансена — Крамерса была оставлена. [c.234]

Важность этого представления для теории химической связи трудно переоценить. Не случайно поэтому, немецкие ученые В. Гайтлер и Ф. ЛондОн свою известную статью 1927 г. Взаимодействие нейтральных атомов и гомеополярная связь с точки зрения квантовой механики , с которой берет начало современная квантовая химия, начали словами Взаимодействие между нейтральными атомами до сих пор представляло большие трудности для теоретического рассмотрения. Развитие квантовой механики дало для разработки этой проблемы совершенно новую точку зрения прежде всего в новой модели распределение заряда полностью отлично от модели Бора, что уже влечет за собой совершенно новое соотношение сил (Кгаиезр1е1) между нейтральными атомами . [c.142]

Это побудило советского теоретика Е. М. Лифшица разработать теорию притяжения тел, состоящих из многих молекул, на новой основе. Согласно Лифшицу, во всех средах существуют беспорядочно флуктурирующие во времени и в пространстве электромагнитные поля. Распространяясь в пространстве в виде волн, в том числе видимой и ультрафиолетовой области, и проникая в соседние тела, они взаимодействуют с их молекулами. Это взаимодействие и создает силы притяжения между обоими телами в тех случаях, когда разделяющий их зазор достаточно узок. Не приводя сложных расчетов, основанных на квантовой механике, изложим выводы этой теории., [c.271]

Однако и без полного уяснения связи между поляризуемостью и электрическим строением молекул оказалось возможным установить некоторые положения, при помощи которых удалось объяснить когезионные силы на электрической основе. Попытка такого объяснения была сделана Кезо-мом [3] и Дебаем [4] еще до создания новой квантовой теории (стр. 112). Хотя значительная часть высказанных Кезомом и Дебаем мыслей еще и до сих пор не потеряла своего значения, однако предложенное ими ранее истолкование сил сцепления в настоящее время требует основательного пересмотра. Как показали названные выше работы Лондона, только новая квантовая механика открывает возможность полного теоретического объяснения межмолекулярных сил. Указанные работы, однако, являются лишь началом продвижения в этом направлении. [c.173]

Современная теория строения атома основана на законах, описывающих движение микрочастиц (микрообъектов). Поскольку массы и размеры мри<рочастиц чрезвычайно малы по сравнению с массами и размерами макроскопических тел, свойства и закономерности движения отдельной микрочастицы качественно от-JП[чaют я от свойств и закономерностей движения макроскопического тела, уже давно изученных классической физикой. В 20-е годы XX в, возник новый раздел физики, описывающий движение и взаимодей-С1ВИЯ микрочастиц, — квантовая (или волновая) механика. Она основывается на представлении о квантовании энергии, волновом характере движения микрочастиц н вероятностном (статистическом) методе описания микрообъектов. [c.10]

Разрешение обоих этих противоречий Пригожин видит в переходе всей науки на новый уровень развития, более высокий, чем тот неклассический (или послеклассический) уровень, который характеризовался господством теории осносительности и квантовой механики. [c.213]

Работами М. Планка, Н. Бора, Л. Де Бройля, Э. Шрёдингера и других выдающихся ученых была создана новая механика — механика микрочастиц, включившая в себя классическую как частный случай. Она обобщила законы движения ценой почти полного отказа от привычных классических представлений и получила название квантовой механики. Квантовая механика представляет собой физическую основу теории строения и свойств атомов и молекул. [c.7]

Следует подчеркнуть, что существенного различия между ку-лоновской и обменной энергиями нет. Полная энергия связи молекулы обусловлена электростатическими силами между электронами и ядрами. Классическая трактовка приводит только к ку-лоиовакому члену и поэтому, оч ввидно, неполноценна. Рассмотрение же проблемы с позиций квантовой механики обусловливает появление дополнительных членов, учитывающих возможность обмена электронов между ядрами. Эти члены не выражают новых сил, но принимают во внимание те факторы, которые не предусматриваются классической теорией. Например, есл водородная молекула представлена одной из двух структур Ях(1)Яв(2) или Яа(2)Яв(1), где индексы А и В соответствуют двум водородным ядрам, а (1) и (2) — электронам, то вычисленное значение энергии системы оказывается заниженным. Допуская, что эти две конфигурации являются одинаково возможными, достигается значительное уточнение в расчетах. [c.128]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология