Основные понятия и методы квантовой химии

Вариационный принцип играет в квантовой химии особую роль, так как именно он лежит в основе большинства современных вычислительных методов квантовой химии. Введем некоторые понятия и сформулируем основные утверждения вариационного метода, обращая внимание на те детали, которые присущи квантово-химическим приложениям. Полное изложение метода дано, например, в [31]. [c.41]

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и МЕТОДЫ КВАНТОВОЙ ХИМИИ Уравнение Шредингера. Роль приближенных методов расчета [c.16]

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и МЕТОДЫ КВАНТОВОЙ ХИМИИ [c.16]

Основные понятия и методы квантовой химии..........16 [c.309]

Основное внимание уделяется физическим основам методов квантовой химии и разъяснению смысла вводимых при расчетах понятий. С целью знакомства в офаниченных пределах с математическим аппаратом теории, авторы сочли необходимым конспективно изложить математическую сторону вопроса. Чтобы сделать чтение понятным, изложению этого материала предшествует краткое математическое введение. Разъясняются также некоторые основные понятия квантовой механики. [c.7]

Легкость расчетов по методу Хюккеля привела к тому, что внедрение языка и понятий квантовой теории в органическую химию в основном велось на основе изучения свойств я-сопряженных молекул. Вероятно, и в настоящее время теория сопряженных соединений является наиболее разработанной областью квантовой химии. В данной главе ставится цель объяснить, как и в какой мере с помощью расчетов можно изучать и прогнозировать свойства 7г-сопряженных систем. Будем использовать, как правило, метод МОХ, так как его применение не требует ЭВМ и вполне оказывается достаточным иметь микрокалькулятор. Метод МОХ позволяет осуществить расчеты в полной мере и пояснить принципы, на которых основаны и расчеты более сложными методами ССП МО. [c.255]

Серьезные успехи были достигнуты в последние десятилетия в развитии и углублении ряда основных понятий теории химического строения. Эти успехи базировались на результатах экспериментальных исследований свойств микрочастиц (электронов, ядер, атомов, молекул, ионов) физическими методами, на развитии атомной и молекулярной спектроскопий, молекулярной оптики, квантовой механики, квантовой химии и других разделов современной физической химии и физики. [c.51]

Объем книги и общий уровень изложения в ней не дают возможности систематически изложить основы квантовой химии, на автор стремился познакомить студента с основными методами ее необходимыми для понимания выводов и квантовомеханических представлений, используемых в книге. В дополнениях дана характеристика волнового уравнения Шредингера, основы квантовомеханической теории атома водорода и элементы квантовомеханической теории химической связи. Расширено рассмотрение молекулярных спектров. Значительное внимание уделено методам электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, нашедшим широкое применение при исследовании разных вопросов и уже на данной стадии развития подводящим к пониманию особенностей тонких и сверхтонких изменений в состоянии частиц. Введены основные сведения об элементах симметрии молекул и кристаллов. Описаны расчетные методы статистической термодинамики и основные понятия термодинамики необратимых процессов. Введено вириальное уравнение состояний и другие соотношения, используемые для расчета свойств неидеальных газов в широкой области температур и давлений. Приведен дополнительный материал, характеризующий особенности свойств веществ при высоких и очень высоких температурах. Описаны особенности внутреннего строения и свойств полимерных материалов. [c.12]

Накопление нового фактического материала в органической химии, применение новейших физических методов исследования и использование квантово-механических методов изучения строения молекул привели к обогащению и развитию бутлеровского понятия химического строения, включающего в себя в настоящее время не только порядок химической связи атомов, но и конфигурацию молекулы. При таком понимании химического строения основное положение теории химического строения, согласно которому химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением, полностью остается в силе. [c.50]

Целью настоящего учебника является последовательное изложение основ теории и расчетных методов квантовой химии Упор делается на изложении лищь тех вопросов, которые получили в настоящее время широкое применение в практике физикохимиков, химиков, биологов и других специалистов, работающих с обьектами молекулярного мира Основное внимание уделяется физическим основам методов квантовой химии и разъяснению смысла вводимых при расчетах понятий С целью знакомства в ограниченных пределах с математическим аппаратом теории, авторы сочли необходимым конспективно изложить математическую сторону вопроса Чтобы сделать чтение понятным, изложению этого материала предшествует краткое математическое введение Разъясняются также некоторые основные понятия квантовой механики [c.7]

В первой главе приводится ряд обидах математических понятий. Основной курс квантовой химии начинается со второй главы, которая посвящена общей теории многоэлектронных систем. При изложении теории атомов в третьей главе используется легко алгоритмизируемый детерминантный метод Слейтера. Теории электронного строения молекул посвящена четвертая глава. [c.3]

Пособие содержит изложение основных понятий, законов и методов физической химии, необходимых для углубленного и ускоренного усвоения неорганической, органической и биологической химии. Книга состоит из 2-х частей. Первая посвящена рассмотрению строения и состояния вещества, причем материал излагается в рамках единого подхода к вещсству как к. системе из взаимодействующих электронов и ядер, из которых образуются молекулы, а затем и макроскопические системы. Строго и достаточно просто разбирается ряд пс1Ложений квантовой механики и статистической физики, на которых базируется изучение строения и состояния вещества в современной химии. Во второй части рассмотрены термодинамика и кинетика химических процессов. [c.335]

Основные понятия я экспериментальные методы. Осн параметр, рассматриваемый в Д э а, вероятность перехода, к-рая характеризует увеличение заселенности квантового состояния / продуктов в результате уменьшения заселенности состояния I реагентов в единицу времени Необходимость введения такого параметра (вместо константы скорости процесса-хим р-ции или неупругого соударения частиц) обусловлена тем, что Д э а изучает мол превращения на микроскопич уровне и не рассматривает превращения всех частиц в единице объема, т е полные концентрации реагирующих в-в В условиях, когда задание одного начального квантового состояния частицы (атома, молекулы) и определение одного конечного ее состояния невозможно по к -л причинам (напр, в связи с недостаточной разрешающей способностью эксперим методики), Д э а изучает превращение из группы состояний, задаваемой средним квантовым числом I с разбросом значений Ai, в др группу, заданную соотв величинами / и Д/ [c.66]

Ясная концепция характерных черт химического поведения ароматических молекул эмпирически была развита очень давно, а в двадцатых годах нашего столетия начала интерпретироваться и находить свое выражение в понятиях электронных теорий химии, развитых Ингольдом [27] и Робинсоном [4]. Возникновение понятия ароматичность связано с химическим поведением некоторых соединений в самых разнообразных реакциях, а также, в некоторой степени, с физическими свойствами, такими, например, как диамагнитная восприимчивость, характерными для ароматических молекул. Ароматический характер обычно связывался с различными типами реакционной способности, а не со свойствами изолированной молекулы в ее основном состоянии, и наиболее ранняя удовлетворительная теория, а именно теория мезомерии, подчеркивала эту типично химическую точку зрения. Затем, в короткий период около 1930 года, история которого хорошо известна, Хюккель, Полинг и другие показали совместимость теории мезомерии и ароматического секстета с квантовой физикой электронов. Исходным пунктом являются два основных метода приближенного количественного описания ароматических систем метод валентных схем (ВС) и метод молекулярных орбит (МО), основные достоинства которых в том, что они хорошо обоснованы с физической точки зрения и что при помонди их можно вычислить термохимическую энергию резонанса — величину, которая может быть измерена. Энергия резонанса является свойством основного состояния изолированной молекулы, оказывающим лишь второстепенное влияние на реакционную способность, и концентрирование на ней внимания типично для физической точки зрения. В теории ароматичности центр тяжести сместился с химического поведения на физические свойства, и это отражает значительно большие успехи (по крайней мере вплоть до последнего времени) полуколичествен- [c.7]

Поразительно, что еще в XIX в. химики сумели ввести такие понятия о структуре вещества, которые хорошо согласуются с современными представлениями, основанными на квантовой теории химической связи и на непосредственном определении структуры соединений методами дифракции электронов или нейтронов либо при помощи рентгеноструктурного анализа. Еще более поразительно то, что в появившейся в 1916 г. теории Косселя и Льюиса решающая роль в развитии представлений о возникновении химической связи отводилась электронам. (Напомним, что электрон был открыт Томсоном лишь за 19 лет до этого и что всего пятью годами раньше Резерфорд предложил планетарную модель атома.) Основными понятиями этой весьма успешной и продуктивной теории были электровалентность и ковалентность— качественные представления, которые до настоящего времени хорошо служат химии. На указанных представлениях о химической связи основана теория мезомерного и индуктивного эффектов, которая успешно применялась для объяснения данных, полученных в органической и неорганической химии (Робинсон, Ингольд, Арндт, Эйстерт). Несомненно также важное значение работ выдающихся ученых прошлого Кекуле, Купера, Бутлерова, Вернера и (по пространственному строению) Ле Бела и Вант Гоффа. [c.11]

Теоретическая химия проникает во все области химии, и в основных химических дисциплинах постепенно возникают самостоятельные теоретические разделы. Сейчас считаются естественными такие понятия, как теоретическая неорганическая или органическая химия, теоретическая биохимия или фармакология. Основным орудием теоретической химии в настоящее время являются квантовохимические методы. Численные результаты, полученные этими методами, позволяют оценивать качество математических моделей, используемых для описания экспериментально наблюдаемых явлений. Численное решение уравнения Шрёдингера стало самым обычным методом установления взаимосвязей между химической структурой соединения и присущими ему свойствами. Быстрое развитие вычислительной квантовой химии обусловлено прежде всего замечательными успехами вычислительной техники. Методическая же основа квантовой химии известна уже десятилетия, и, согласно недавней оценке, одного из основателей современ-ной теоретической химии Вильсона, за последние двадцать" лет в этой области было очень мало действительно новых идей [1]. Несмотря на то что численные квантовохимические методы носят принципиально приближенный характер, их использование наравне с экспериментальными методами стало обычным способом получения информации об изучаемой проблеме. Современная теоретическая химия не ограничивается вычислительными методами, в основе которых лежит классическая математика (главным образом анализ). Предпринимаются попытки использовать математику как теорию логических структур для того, чтобы получить непосредственное представление о внутренней логической структуре химической задачи (без промежуточных вычислений). Это направление, формирующееся на почве теоретической химии, получило название алгебраической или математической химии. [c.11]

Квантовая химия представляет такой раздел науки, где исчезает традиционное разделение между физикой и химией. Тем не менее на данном этапе развития и преобразования методов химической науки сохранилось еще некоторое раз.тхичие задач и интересов физики и химии. Поэтому для полноты представления о характере книги следует подчеркнуть, что она написана химиками, и в первую очередь для химиков. Так, авторами не рассматриваются методы точных последовательных теоретических расчетов, связанных с весьма актуальной проблемой учета электронной корреляции. Основное внимание уделяется простому методу Хюккеля, который позволяет сравнительно легко получить ответы на интересующие химика вопросы. Интересам химиков отвечает также обсуждение понятий и представлений электронной теории органической химии и соотношения этой полуэмпирической теории с квантовохимическими методами. С другой стороны, для физика, специализирующегося в области квантовой химии, данная в книге оценка места и значения электронной теории в современной науке представляется спорной. [c.6]

В предыдущих главах были рассмотрены главным образом те аспекты теории валентности, которые позволяют получить сведения о структуре и стабильности молекулы в основном состоянии. Если эта теория удовлетворительна, можно надеяться получить также полезную информацию о структуре и стабильности возбужденных и реагирующих молекул. Вот несколько типичных вопросов, которые ставят перед теорией химики-органики почему монофторуксусная кислота = 2,2-10" ) сильнее, чем уксусная кислота К = 1,8-10" ) почему толуол нитруется быстрее, чем бензол, и при этом образуется преимущественно 2- и 4-нитротолуол, а в то же время нитрование нитробензола происходит чрезвычайно медленно по сравнению с бензолом и приводит почти исключительно к образованию т-динитробензола. Трудности, возникающие при теоретическом рассмотрении подобного рода задач, весьма значительны, так как в таких случаях энергетическое различие между двумя направлениями реакции очень мало, а число факторов, определяющих направление реакции, может быть очень велико. С другой стороны, в физической органической химии имеется значительно больше, чем в других областях химии, надежных данных, касающихся кинетики и условий равновесия реакций. На основе этих данных химики-органики развили эмпирические теории, которые оказались в общем чрезвычайно п.тодотворными. Рассмотрим эти теории и выясним, в какой степени они могут быть приспособлены к понятиям и методам квантовой механики. [c.394]

Мощный стимул для развития теории химических реакций дала квантовая механика. В конце 50-х — начале 60-х годов в органическую химию благодаря прежде всего работам Г. Лонге-Хиггин-са и М. Дьюара начали широко внедряться основные идеи теории возмущений, что открыло возможность перехода от рассмотрения изолированных молекул к рассмотрению взаимодействующих молекул. Остающиеся белые пятна, связанные с переходным состоянием и нестабильными интермедиатами, для простых молекул были заполнены корреляционными диаграммами Уолша, а также вытекающими из этих диаграмм корреляционными правилами. Основным аппаратом теории возмущений и основой для построения корреляционных диаграмм стал метод молекулярных орбиталей, допускающий наглядную интерпретацию тех понятий, которыми этот метод оперирует. [c.6]

В заключение настоящего параграфа скажем несколько слов о методологической стороне позиции В. П. Спиридонова и В. М. Татевского в ходе дискуссии о понятии электроотрицательности атомов в молекулах Эту позицию также можно характеризовать как крайний редукционизм. Проанализировав ряд определений электроотрицательности и найдя в них некоторые некорректности, В. П. Спиридонов и Б. М. Татевский пришли к выводу, что это понятие противоречит принципам квантовой механики. Как верно отмечает один из оппонентов В. П. Спиридонова и В. М. Татевского — С. П. Бацанов, основное возражение этих авторов носит обпщй характер они считают неправомерным применение метода атомы в молекулах в химии и призывают использовать для теоретических представлений только квантовую механику, т. е. строгую теорию взамен приближенных ме- [c.144]