квантовая химия для чайников

Квантовая химия для чайников

Квантовая химия является современным этапом развития наших знаний о природе сил химической связи, заставляющих атомы сцепляться в молекулы, и выясняет специфическую способность этих сил давать насыщенные молекулы, неспособные в дальнейшем вступать в химическое соединение с другими атомами (проблема валентности).

Квантовая химия с успехом применяется к разнообразным вопросам химической кинетики, абсорбции и катализа. Характерным для квантовой химии является учет роли элементарного кванта действия. Ее развитие обусловлено появлением квантовой волновой механики. С точки зрения последней вопрос о природе и свойствах сил химической связи сводится к вопросу об устойчивости конфигурации ядер, в поле которых движутся электроны.

При устойчивой конфигурации мы имеем дело с молекулой (или радикалом) в том обычном смысле слова, в котором его понимают химики; в случае неустойчивой конфигурации мы о квантовой химии все же продолжаем говорить о неустойчивой молекуле, которая стремится диссоциироваться.

Пусть молекула, например, состоит из атомов А, В, С,…. каждый с числом электронов Na, Nb, Nc и так далее. Методы квантовой механики дают нам принципиальную возможность вычислить энергию молекулы как функцию взаимных расстояний между ядрами составляющих молекулу атомов А, В, С. Если при некотором значении этих расстояний энергия достигает минимума, то эти значении дают расстояния между ядрами в состоянии равновесия.

Если же функция энергии не имеет минимума, то мы имеем дело с неустойчивой молекулой. Квантовая механика дает лишь принципиальную возможность вычислить энергию заданной молекулы. Математические трудности, стоящие па пути, однако слишком велики, и при решении проблем квантовой химии надо обычно исходить из различных приближений, допустимость которых должна быть каждый раз оправдана, исходя из физических соображений.

При этом исходные точки зрения при выборе методов приближенного решения могут быть различными. В зависимости от исходных точек зрения существуют два различных метода исследования проблем квантовой химии: метод Гунда-Герцберга и метод Гейтлера-Лондона.