Читать онлайн «Квантовая механика молекул. Часть 2»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Д. В. СТАСЬ, В. Ф. ПЛЮСНИН КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА МОЛЕКУЛ ЧАСТЬ 2 ПРОСТЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ Учебное пособие Новосибирск 2011 Стась Д. В. , Плюснин В. Ф. Квантовая механика молекул. Часть 2: Простые молекулярные системы / Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 2011, 185 с. Учебное пособие написано по материалам спецкурса «Квантовая механика молекул», в течение ряда лет читавшегося студентам Кафедры химической и биологической физики Физического факультета НГУ. Как и в вышедшей в 2008 г. первой части, основной акцент сделан на получение практических навыков описания строения молекулярных систем на языке квантовой механики с использованием симметрии задачи. Главное внимание уделено построению математической формализации взятой из реальной жизни задачи, развитию методов решения математической задачи, построению по возможности наглядной картины, иллюстрирующей процесс решения задачи, и визуализации полученных результатов. Подробно рассматриваются стандартные приближения, обсуждаются делаемые при этом допущения, их происхождение и обоснование, а также связанные с ними ограничения. Пособие написано на достаточно высоком уровне строгости и предполагает знание основ квантовой механики, органической химии, магнитного резонанса и теории групп. Во второй части обсуждаются вопросы, связанные с электронным строением линейных молекул и 7Г-систем ароматических углеводородов. Пособие предназначено для студентов и аспирантов, специализирующихся в области химической физики и физической химии, и может быть полезно научным сотрудникам, работающим на стыке физики и химии. Учебное пособие подготовлено в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ на 2009-2018 гг. Оглавление 7 Описание образования связи в молекулах 3 7. 1 Задача Гайтлера-Лондона 4 7. 2 Кулоновский и обменный интегралы 7 7. 3 Термы молекулы водорода 10 7. 4 Вариационный подход 12 7. 5 Метод валентных связей 14 8 Метод молекулярных орбиталей 17 8. 1 Размерность задачи для молекулярной системы 18 8. 2 Иерархия стандартных приближений МО ЛКАО 19 8. 3 Основные уравнения теории МО ЛКАО 22 8. 4 Характерные предельные случаи 24 8. 5 Взаимодействие орбиталей 33 9 Описание двухатомных молекул 43 9. 1 Симметрийная классификация состояний 44 9. 2 Термы молекулы водорода 48 9. 3 Построение молекулярных орбиталей 52 9. 4 Строение молекулы Fi 56 9. 5 Термы молекулы Οι и ее производных 59 9. 6 Молекула Afc и далее. Инверсия уровней 71 10 Описание гетероатомных молекул 77 10. 1 Радикал ОН и гидроксид-анион ОН~ 77 10. 2 Полярные молекулы LiH и HF 80 10. 3 Изоэлектронные молекулы АВ 84 10. 4 Линейные трехатомные молекулы ABA 90 10. 5 Плоские треугольные молекулы А^В 101 1 2 ОГЛАВЛЕНИЕ 11 Метод Хюккеля для л>систем 105 11. 1 Основные приближения метода Хюккеля 106 11. 2 Этилен, радикалы С* и ц-С* 109 11. 3 Молекулярный граф π-системы 115 11. 4 Линейные графы (сопряженные полиены) 116 11. 5 Линейные графы с кратными ребрами 119 11. 6 Операция отражения графа 120 11. 7 Операция псевдоотражения графа 125 11. 8 Разрезание графа по ребрам 128 11. 9 Введение гетероатома в 7Г-систему 132 12 π-Системы специального вида 135 12. 1 Симметричные полносвязные системы 135 12. 2 Циклические системы 139 12. 3 Циркулянтные системы 145 12. 4 Линейные системы 148 12. 5 Альтернантные системы 152 12. 6 Введение заместителя в 7Г-систему 165 В Задачи 179 8. 1 Образование связи в молекулах 179 8. 2 Метод Хюккеля 184 Глава 7 Описание образования связи в молекулах Опыт показывает, что атомы могут самопроизвольно собираться в относительно устойчивые многоатомные образования — молекулы.