Модели квантовохимические

Квантовохимические исследования каталитических реакций в настоящее время не выходят за рамки простейших кластерных моделей, при этом активный центр моделируется одним-двумя атомами катализатора [16]. Применение подобных моделей особенно перспективно в случаях, когда объектом исследования является механизм каталитических реакций, однако неполноценное представительство в этих моделях самого катализатора как твердого тела снижает эффективность решения задач прогнозирования. В рамках данного подхода удается дифференцировать катализаторы весьма примитивным способом. По существу, катализатор характеризуется природой атома, выступающего в качестве адсорбционного центра. Качественные закономерности, выявление которых является предметом подобных исследований, иногда нужно установить, не проводя никаких расчетов. Таким образом, чрезмерное упрощение модели обесценивает квантовохимический прогноз, а ее усложнение и попытки адекватно передать твердотельные характеристики катализатора связаны с резким возрастанием вычислительных трудностей, и, следовательно, невозможностью изучать представляющие практический интерес сложные объекты. [c.62]

Второе направление квантовохимического прогнозирования катализаторов связано с построением квантовохимических моделей поверхностей твердых тел, структуры хемосорбированных комплексов субстрат — катализатор или непосредственным изучением акта реакции на различных контактах. Молекулярные модели нашли широкое применение для решения различных задач теории твердого тела, в том числе связанных с адсорбцией и гетерогенным катализом. Их достоинствами являются относительная простота, наглядность, возможность точного учета геометрии решетки и химической природы атомов, а недостатками — трудности адекватного учета непрерывного спектра зонных состояний твердых тел. [c.61]

На этой модели основан квантовохимический метод свободного электрона , применяемый при рассмотрении полиенов и ароматических соединений. [c.200]

Так модель Гиллеспи не способна предсказать соотношения валентных углов в парах молекул гХз У и гХз [27]. Последние квантовохимические расчеты показывают, что в нормальных ковалентных молекулах существенно только отталкивание связевых электронов и степень изгиба в молекулах типа Н2О определяется в основном относительным расщеплением пр—п -уровней в центральном атоме. [c.203]

Модель с делокализованными НН-протонами была предложена и обоснована в результате анализа физико-химических свойств фталоцианина (Б.Д.Березин, 1959) и с тех пор широко используется в квантовохимических расчетах этого типа молекул. Фталоцианин образует сверхпрочные комплексы с р- и /-металлами периодической системы. Он сам и его комплексы составляют класс фталоцианиновых пигментов и красителей, обладающих идеальной спектральной чистотой синих, сине-зеленых и зеленых окрасок. Они ни в чем не растворимы ни в разбавленных растворах кислот и щелочей, ни в органических растворителях. Хорошим растворителем для них является концентрированная (83—100%-ная), из которой они могут [c.690]

Топологическая модель гиперповерхностей потенциальной энергии приводит к некоторым упрощениям практических квантовохимических расчетов. Эта модель образует строгую квантовохимическую основу для топологического определения молекулярной структуры и механизма реакции. Графы пересечения топологических открытых множеств многообразия, заменяющие понятие традиционного пространства ядерных конфигураций, приводят к глобальной квантовохимической модели реакционной системы, причем такая схема может быть использована для планирования синтеза с помощью ЭВМ. [c.91]

При квантовохимическом дизайне синтеза с помощью ЭВМ- необходимы расчеты большого числа молекул, ряда возможных реагентов, интермедиатов, переходных состояний и продуктов. Стехиометрические ограничения для полной реакции означают, что все конкурентные пути синтеза, ведущие к данному конечному продукту, можно описать, исходя из фиксированного набора ядер и фиксированного числа электронов. Следовательно, все эти пути синтеза и возможные реакционные механизмы могут быть описаны классическим образом, основываясь на функции энергии, которая зависит от взаимного расположения данных ядер и электронного состояния системы. В рамках модели Борна — Оппенгеймера квантовомеханический расчет такой функции, часто называемой гиперповерхностью потенциальной энергии Е г), обычно включает поточечный расчет ожидаемого значения функционала энергии Е(г) в выбранных точках г е "Л, где "Л — абстрактное пространство конфигураций ядер. Если рассматриваются внутренние (относительные) движения ядерной системы, то размерность п пространства "Л может быть выбрана как [c.92]

Поскольку локальный анализ Е г) показал свою исключительную пользу для получения подробной информации об отдельных молекулярных структурах, может быть поставлена задача квантовохимического планирования синтеза и разработан иной, довольно общий подход к ней с использованием методов глобального анализа. Может быть задан вопрос для данного набора N ядер и к электронов что из себя представляют все возможные химические структуры, образованные ими, и все возможные химические реакции между ними Один возможный подход к ответу на этот вопрос указывается реакционной топологией [4] и моделью дифференцируемых многообразий для квантовохимических реакционных систем [5]. [c.93]

Квантовохимическое понятие химической структуры исследовалось рядом авторов [4, 5, 113—115, 125—131, 137—143]. Возникал тот же самый вопрос, сопоставимо ли понятие структуры с квантовой механикой [137—139, 143], и были предложены различные подходы. Метод генерирующей координаты, разработанный первоначально для описания структуры ядер [144, 145], был предложен для описания молекул [140—142], и молекулярные графы, полученные в результате анализа рассчитанных плотностей заряда, предложены в качестве возможной основы квантовомеханического понятия структуры [ИЗ—115] . При использовании иного подхода топологическая модель ядерного конфигурационного пространства и энергетических гиперповерхностей [4, 5, 125—131] приводит естественным образом к топологическому определению химической структуры, отражающему фундаментальные негеометрические (фактически топологические) свойства квантовых частиц. Топологическая концепция химической структуры также имеет некоторые практические применения, связанные с квантовохимическим дизайном синтеза если гиперповерхности потенциальной энергии действительно важны для теоретического планирования синтеза, то удобно определять химическую структуру и реакционный механизм с помощью свойств энергетических гиперповерхностей [4в]. [c.99]

Для интерпретации и анализа квантовохимических гиперповерхностей потенциальной энергии использованы общая и алгебраическая топология, теория дифференцируемых многообразий, теория графов и сетей. На основании топологических определений квантовомеханических понятий химической структуры, молекул, переходных состояний и реакционных механизмов было предложено применять топологическую модель для квантовомеханического планирования [c.110]

ГИИ (рельеф), определяемых ядерными координатами в квантовохимическом приближении Борна — Оппенгеймера. Такая карта связывает отдельные точки с жесткими расположениями ядер, и механизмы реакций описываются при использовании римановой метрики — инварианта, не зависящего от выбранной системы координат. Обычные вопросы, которые возникают в этой модели, связаны с наиболее вероятными реакционными путями, их стабильностью и возможностью однозначной связи реакционных механизмов с минимально-энергетическим путем. [c.432]

Естественен вопрос, чем обусловлено такое распределение электронной плотности Прямо ответить на него с помощью наблюдаемых геометрических параметров молекул и результатов расчета частот и интенсивностей колебательных спектров нельзя, поскольку теория последних базируется на механической модели гармонического осциллятора, а соотношения между длинами, силовыми постоянными и порядками связей являются эмпирическими. Значение полученных данных заключается в постановке самого вопроса, а ответ следует искать с помощью методов квантовой химии. Молекула формамида была объектом многочисленных исследований, использовавших полуэмпирические и неэмпирические квантовохимические методы [I, 22 23, 43-46]. Однако все расчеты выполнялись с учетом тс-электронов связи С=0 и л-электронов атома N. Такое приближение по существу уже исходит из признания резонансной модели Полинга и, следовательно, исключает объективную интерпретацию опыт- [c.152]

Неоднократно предпринимались попытки, опираясь на физические параметры растворенных веществ и растворителей, рассчитать относительные энергии конформеров в растворе с тем, чтобы разработать теоретические методы или математические модели, способные предсказывать влияние растворителей на конформационное равновесие [83, 88, 182, 188, 190, 192, 196— 198]. Для этой цели использовали квантовохимические расчеты (см. например, работу [198]), методы статистической механики и молекулярной динамики (см., например, работу [182]), методы прямого расчета диполь-дипольных взаимодействий (см., например, работу [83]), а также методы реакционного поля, базирующиеся на теории Онзагера [199] о поведении биполярных молекул в конденсированной фазе (см., например, работы [83, 88, 188, 190, 194, 197]). В общем случае эти методы позволяют количественно описать влияние растворителей на конформационное равновесие в отсутствие специфического взаимодействия растворителя с растворенным веществом. [c.173]

Имеются обзоры, в которых подробно обсуждены многочисленные попытки количественного расчета и математического описания первых четырех параметров уравнений (6.21) и (6.22) [1, 3, 232, 233, 235, 267, 268, 398, 406, 407], поэтому здесь эта проблема рассматриваться не будет. Уэбб и др. [406] утверждали, что большинство из (рассматриваемых неспецифических взаимодействий между молекулами растворителя и растворенного вещества невозможно описать математически достаточно точно, поэтому с квантовохимической точки зрения разделение константы Осреда на отдельные составляющие не имеет глубокого смысла (см. также работу [1]). Сравнение экспериментально найденных и вычисленных величин смещения химических сдвигов, индуцированного растворителем, часто затруднено из-за того, что большинство экспериментальных данных получено на жидких образцах, тогда как желательно было бы сравнивать химические сдвиги (и константы спин-спинового взаимодействия) в растворах с соответствующими характеристиками изолированных молекул в газовой фазе [406]. Суть проблемы состоит в том, что по определению смещение химических сдвигов— это сложный параметр, в который могут вносить свой вклад различные эффекты растворителей [235]. Уэбб и др. подчеркивали, что в связи с многочисленными допущениями, принятыми при построении моделей взаимодействий между молекулами растворителя и растворенного вещества, не должно казаться неожиданным часто плохое (по крайне мере, в количественном отношении) соответствие между экспериментально найденным и вычисленным влиянием растворителей на параметры ЯМР [406]. [c.474]

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ Ш-НИТРИДОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ [c.16]

МНТ) представлена в обзорах [144—151]. Квантовохимические модели, предложенные для их описания, обсуждаются в [159]. [c.24]

Отметим, что теоретическое моделирование интерфейсов, в том числе, с участием Ш-нитридов, составляет большой и бурно прогрессирующий раздел квантовохимического материаловедения сложных керамических и композиционных систем. Некоторые примеры изучения подобных систем в рамках теоретических моделей вычислительной квантовой теории будут рассмотрены в главах 6, 7. [c.63]

СИАЛОНЫ КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ [c.93]

КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ И ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ [c.128]

Наше сообщение основано на двух группах работ посвященных разработке модели для квантовохимического вычисления энергии взаимодействия органической молекулы с полярной поверхностью [1—5] и разработке некоторых моделей взаимодействия двух молекул ароматических углеводородов [6—13]. [c.37]

Известно, что при квантовохимическом рассмотрении более сложного изучаемого объекта возникают затруднения как при построении модели, так и при ее математической обработке, что вызывает необходимость изучать иногда сильно упрощенные модели. Но при правильном построении даже сильно упрощенные модели правильно отражают некоторые свойства изучаемого объекта и тем помогают понять, хотя бы только качественно, наблюдаемые явления на уровне взаимодействия атомов и молекул. [c.91]

Предшествующее рассмотрение касалось системы с одним электроном, который движется в электростатическом поле симметрично расположенных ядер. Очевидно, подобный подход можно выбрать и для изучения свойств симметрии гамильтониана, отвечающего модели независимых электронов [см. (5.37)], поскольку в этом случае эффективный потенциал V имеет симметрию, сходную с конфигурацией атомных ядер, образующих молекулу. Полный квантовохимический гамильтониан содержит, однако, помимо одноэлектронных вкладов, операторы электростатического взаимодействия между электронами [c.117]

В работе [274] подробно исследованы механизм и кинетика деалкилирования толуола с водяным паром на алюмородиевом катализаторе. Авторы пришли к выводу, что толуол и вода адсорбируются на разных центрах углеводород, вероятно, адсорбируется на ЯЬ-центрах, а вода — на А12О3. Второй важный вывод заключается в том, что при выборе кинетической модели деалкилирования толуола с водяным паром необходимо учитывать роль продуктов реакции, в частности СО. Полагают, что образование СО сильнее тормозит реакцию расщепления ароматического ядра, чем процесс деалкилирования. Квантовохимическое рассмотрение механизма деметилирования толуола на нанесенных металлах УП1 группы проведено в работе [275]. [c.178]

Наиболее хорошо разработанными системами, в которых органично связаны аспекты моделирования и экспериментальных исследований, являются АСНИ для анализа молекулярных структур [8]. Научной основой разработки таких систем являются работы в области квантовой химии и спектроскопии. Стратегия исследования молекулярных структур новых веществ в АСНИ построена следуюпцтм образом. Из первоначального эксперимента определяется брутто-формула и наличие характерных групп атомов (на основе спектроструктурных корреляций) в исследуемом химическом соединении. Затем но этим данным на ЭВМ производится автоматический синтез вариантов гипотетических молекулярных образований с использованием ряда аксиом о запрещенных сочетаниях атомов (правил валентности). Для синтезированных вариант молекул, в которых встречаются обнаруженные экспериментально характерные группы, на основе квантовохимических моделей производится расчет (моделирование) колебательных спектров гипотетических синтезированных молекул. Сравнением рассчитанных и измеренных спектров выбираются наиболее вероятные структуры. По выбранным структурам после более тщательного моделирования спектров с учетом вариантов пространственного расположения атомов и дополнительного экспериментального исследования уточняется пространственное расположение атомов в молекуле. [c.61]

Изолированные молекулы существуют лишь в газовой фазе. В конденденсированной фазе взаимодействия между частицами обычно настолько велики, что модель изо-дировзнной молекулы перестает быть- верной. Поэтому нужно рассматривать всю систему. В тех случаях, когда вещество обладает свойством пространственной периодичности, как это имеет место в кристаллах (или некоторых высокомолекулярных соединениях), квантовохимический расчет возможен. Более того, очень большое число частиц, в частности электронов, находящихся в периодически (в пространстве) повторяющихся условиях, позволяет использовать для расчета отличающийся принципиально новым подходом метод Квазичастиц. Мы не будем касаться этого метода, а остановимся на применении метода самосогласованного поля, результаты которого легче интерпретируются в химии. [c.150]

Современная неорганическая химия состоит из многих самостоятельных разделов, например химии комплексных соединений, химии неорганических полимеров, химии полупроводников, металлохимии, физико-химического анализа, химии редких металлов, радиохимии и т. п. Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое второе рождение в результате широкого привлечения квантовохимических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентнохимических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу создание новых неорганических веи еств с заданными свойствами. Неорганическая химия, как и любая естественная наука, руководствуется методологией диалектического материализма, следовательно, опирается на ленинскую теорию отражения От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике... . Живое созерцание осуществляется, как правило, при помощи эксперимента — наблюдения явлений в искусственно созданных условиях. Из экспериментальных методов важнейшим является метод химических реакций. Химические реакции — превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Во-первых, химические реакции дают возможность исследовать химические свойства вещества. Аналитическая химия использует химические реакции для установления качественного и количественного состава вещества. Кроме того, но химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений. Во-вторых, на основе химических реакций осуществляется неорганический синтез. За последнее время неорганический синтез достиг большого успеха, особенно в получении особочистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовало применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов синтеза и т. п. [c.7]

Для анализа количественной взаимосвязи структура - антибактериальная активность выбран ряд из 48 производных хинолона и фторхинолона, для которых в литературе имеются данные по величинам минимальной ингибирующей концентрации (MI ) по отношению к бактериям St.aur, Ps.aer и E. oli. Авторами рассмотрено более 200 геометрических и квантовохимических дескрипторов (например, таких, как молекулярный объем, площадь поверхности, моменты инерции, энергетические и зарядовые характеристики). Для этой выборки соединений было показано отсутствие существенной связи каждого из дескриптора с величиной МТС. Попытка создания множественной рефессионной модели на основании рассчитанных дескрипторов позволяет получить уравнения с удовлетворительными статистическими характеристиками, которые включают до 10 - 12 параметров. Однако такая модель не допускает ее физико-химическую интерпретацию. [c.5]

В ходе исследований парообразования сложных оксидных систем методом высокотемпературной масс-спектрометрии, нам удалось впервые определить стандартные энтальпии образования более 50-и газообразных солей кислородсодержащих кислот и систематизировать экспериментальные данные, опубликованные в мировой литературе. Это позволило нам выработать метод оценки энтальпий атомизации и расчета стандартных энтальпий образования не исследованных до сих пор газообразных солей. Согласно современным представлениям, базирующимся на экспериментальных данных, полученных методами газовой электронографии, ИК спектроскопии матрично-изолированных молекул, и на квантовохимических расчетах, структуры подавляющего большинства газообразных солей кислородсодержащих кислот представляют собой замкнутые циклы. При этом катион находится на перпендикуляре к стороне треугольника или ребру тетраэдра с бндентатной связью катион - анион. Модель предполагает неизменность структуры аниона в изоанионных рядах и сохранение характера связи катион - кислород в изокатионных. В рамках этой модели энтальпия атомизации анионной группы не зависит от природы катиона, а энергия разрыва связи катион - кислород не зависит от природы аниона. [c.101]

Хотя геометрические модели молекул являются классическими по своему происхождению, тем не менее в рамках приближения Борна — Оппенгеймера [9] они применимы для решения квантовохимических задач. Геометрические модели, согласно Эккарту [10], давшему их строгое определение, образуют основу для анализа симметрий нежестких молекул [И—27], проблем колебаний с малой и большой амплитудами [15, 27—32, реакционных путей, по-луклассических траекторий и реакционной динамики [33—101] и пересечений поверхностей потенциальной энергии [102—106]. [c.94]

В целом теория кристаллического поля имеет прежде всего качественную направленность, хотя во многих случаях дает и вполне приемлемые количественные результаты, особенно при полуэмпири-ческом подходе, когда параметры теории определяются из сравнения с экспериментальными величинами, например с частотами первых переходов. Успех ее связан с активным использованием симметрии соединений, которая играет определяющую роль в подобных задачах вне зависимости от уровня используемого квантовохимического приближения. Опора на свойства симметрии и теорию групп позволили теории кристаллического поля и теории поля лигандов достичь при всей их простоте весьма широкой области применения и продемонстрировать силу простых моделей в современной квантовой химии. [c.415]

Действительно, обычно наблюдают за изменениями только валентных углов, поскольку именно они непосредственно измеряются в эксперименте. Иногда из экспериментальных данных можно извлечь и углы с участием неподеленных электронных пар, если воспользоваться соображениями симметрии. Например, в молекуле РР угол Е—Р—Р можно рассчитать из угла Р—Р—Р, принимая для молекулы трифторфосфина симметрию Сз . В отличие от этого углы Е—8—Е и Е—8—Е в молекуле 8 уже нельзя рассчитать из валентного угла Р—8—Р, полагая, что симметрией молекулы является С2 . Однако во многих случаях, когда углы, образованные неподеленными парами, могут быть легко рассчитаны из определенных валентных углов или же когда они получаются в результате квантовохимических вычислений, они часто не получают должной оценки. Тем не менее при правильном применении модели ОЭПВО следует обращать по крайней мере такое же внимание на углы с участием неподеленных пар и на их изменения, как и на сами валентные углы. [c.159]

Проведено квантовохимическое исследование структуры комплексов хлоридов титана с триметилалюминием и бутадиеном как моделей активных цетров ионно-координационной полимеризации диенов. В случае тетраэдрического окружения центрального атома (Т1) найден ряд устойчивых структур. Установлено, что при взаимодействии дихлорида титана с бутадиеном формируется о-Т1-С связь, а при комплексообразовании трихлорида титана с бутадиеном - п-связь. Комплексообразование хлоридов титана с триметилалюминием осуществляется через мостиковые связи Т1 С "Л1 и Т1 С1 А1, найдено, что наиболее устойчивым является комплекс, содержащий обе мостиковые связи. В комплексах подобного рода связь Т1-С ослаблена, что благоприятствует внедрению мономера по данной Т1-С связи. [c.105]

Монография содержит систематическое изложение современного состояния исследований в области компьютерного материаловедения двойных и более сложных тугоплавких неметаллических соединений- нитридов и оксидов р-алементов (В, А1, Ga, С, Si, Ge) и керамических материалов на их основе. Обсуждаются особенности электронных свойств и функциональные характеристики основных классов высокотемпературных неметаллических нитридных и оксидных соединений в различных состояниях — кристаллическом, аморфном, наноразмерном. Анализируются проблемы описания роли структурных и химических дефектов в формировании свойств бинарных фаз, рассмотрены особенности энергетических электронных состояний поверхности кристаллов, интерфейсов, границ зерен. Значительное внимание уделено моделям и методам квантовохимических расчетов многокомпонентных нитридных и оксидных керамик (сиалоны). Обсуждены возможности и перспективы квантовой теории в решении задач практического материаловедения и прогнозе новых материалов с оптимизирюванными функциональными свойствами (термостойкость, прочность, высокая устойчивость в агрессивных средах, диэлектрические характеристики и др.). Обобщен опыт квантовохимического моделирования сложных высокотемпературных керамических материалов, нанокристаллов, многослойных структур, высокопрочных композитов. [c.2]

Кластерные (молекулярные) формы BN явились предметом квантовохимического анализа в работах [181—184] более сложные по составу — борокарбонитридные молекулярные кластеры, часто относимые к классу гетерофуллеренов, обсуждаются в [185—192]. Теоретические модели структурных трансформаций D 0D наноформ нитридов (на примере нитрида углерода) будут рассмотрены в главе 3. [c.27]

Квантовохимические модели некоторых нитридокремниевых керамик будут рассмотрены в главе 5. Здесь же обратимся к изложению основных сведений по электронным свойствам нитридов и оксинитридов кремния в кристаллическом и аморфном состояниях. [c.84]

Одновременно полуэмпирическими квантовохимическими методами была рассчитана электронная плотность молекулы диафена ФП. Предварительно молекулы оптимизировали методом молекулярной механики по алгоритму ММ2 Нормана-Аллинджера с учетом диполь-дипольного взаимодействия. Для непосредственной минимизации функции задействован блок-диагональный метод Ньютона-Рафсона. Далее, полученная таким образом предварительная геометрическая модель молекулы диафена ФП оптимизировалась полуэмпирическими мето- [c.199]