Kvant kimyosi – Quantum chemistry

The Tomas-Fermi modeli tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan Tomas va Fermi 1927 yilda. Bu asosida ko’p elektronli tizimlarni tavsiflashga birinchi urinish bo’ldi elektron zichlik o’rniga to’lqin funktsiyalari, ammo bu butun molekulalarni davolashda juda muvaffaqiyatli bo’lmagan. Usul hozirda zichlik funktsional nazariyasi (DFT) deb nomlanadigan narsaga asos yaratdi. Zamonaviy DFT-dan foydalaniladi Kohn-Shom usuli, bu erda zichlik funktsional to’rt atamaga bo’linadi; Kon-Shom kinetik energiyasi, tashqi potentsial, almashinish va o’zaro bog’liqlik energiyalari. DFTni rivojlantirishga e’tiborning katta qismi ayirboshlash va korrelyatsiya shartlarini yaxshilashga qaratilgan. Garchi bu usul Xartri-Fokdan keyingi usullarga qaraganda kam rivojlangan bo’lsa-da, uning hisoblash talablari sezilarli darajada pastroq (masshtablash odatda yomonroq emas n 3 munosabat bilan n asosiy funktsiyalar, sof funktsionallar uchun) uni kattaroq hal qilishga imkon beradi ko’p atomli molekulalar va hatto makromolekulalar. Ushbu hisoblash qulayligi va ko’pincha taqqoslanadigan aniqlik MP2 va CCSD (T) (Xartri-Fokdan keyingi usullar) uni eng mashhur usullardan biriga aylantirdi hisoblash kimyosi.

Квантовая химия – Quantum chemistry

Квантовая химия , также называемая молекулярной квантовой механикой , – это раздел химии, сфокусированный на применении квантовой механики к химическим системам. Понимание электронной структуры и молекулярной динамики с помощью уравнений Шредингера – центральная тема квантовой химии.

Химики в значительной степени полагаются на спектроскопию, с помощью которой можно получить информацию о квантовании энергии в молекулярном масштабе. Распространенными методами являются инфракрасная (ИК) спектроскопия , спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и сканирующая зондовая микроскопия . Квантовая химия изучает основное состояние отдельных атомов и молекул, а также возбужденные состояния и переходные состояния , возникающие во время химических реакций .

При расчетах квантово-химические исследования используют также полуэмпирические и другие методы, основанные на принципах квантовой механики, и имеют дело с проблемами, зависящими от времени. Многие квантово-химические исследования предполагают, что ядра находятся в состоянии покоя ( приближение Борна – Оппенгеймера ). Многие расчеты включают итерационные методы, в том числе методы самосогласованного поля. Основные цели квантовой химии включают повышение точности результатов для небольших молекулярных систем и увеличение размера больших молекул, которые могут быть обработаны, что ограничено соображениями масштабирования – время вычисления увеличивается пропорционально количеству атомов.

• 1 История
• 2 Электронная структура
  • 2.1 Валентная связь
  • 2.2 Молекулярная орбиталь
  • 2.3 Функциональная теория плотности
  • 3.1 Адиабатическая химическая динамика
  • 3.2 Неадиабатическая химическая динамика

  История

  Некоторые считают, что рождение квантовой химии началось с открытия уравнения Шредингера и его применения к атому водорода в 1926 году. Однако статья Вальтера Хайтлера (1904–1981) и Фрица Лондона в 1927 году часто считается первой вехой. в истории квантовой химии. Это первое приложение квантовой механики к двухатомной молекуле водорода и, следовательно, к явлению химической связи. В последующие годы Роберт С. Малликен , Макс Борн , Дж. Роберт Оппенгеймер , Линус Полинг , Эрих Хюккель , Дуглас Хартри , Владимир Фок и многие другие добились большого прогресса . История квантовой химии также проходит через 1838 открытие катодных лучей по Майкл Фарадей , 1859 г. заявление излучения черного тела , проблемы со Кирхгоф , 1877 предложению Людвига Больцмана , что энергетические состояния физической системы может быть дискретным, и квантовая гипотеза 1900 года Макса Планка о том, что любую излучающую энергию атомную систему теоретически можно разделить на ряд дискретных энергетических элементов ε , так что каждый из этих энергетических элементов пропорционален частоте ν, с которой каждый из них индивидуально излучает энергию, и числовому значению называется постоянной Планка . Затем, в 1905 году, для объяснения фотоэлектрического эффекта (1839), т. Е. Того, что сияющий свет на определенных материалах может выталкивать электроны из материала, Альберт Эйнштейн постулировал, основываясь на квантовой гипотезе Планка, что свет сам по себе состоит из отдельных квантовых частиц, которые позже стали называть фотонами (1926 г.). В последующие годы эту теоретическую основу начали постепенно применять к химической структуре, реакционной способности и связи. Наверное, наибольший вклад в эту область внес Линус Полинг .

  Электронная структура

  Основная статья: Электронная структура

  Первым шагом в решении квантовой химии обычно является решение уравнения Шредингера (или уравнения Дирака в релятивистской квантовой химии ) с электронным молекулярным гамильтонианом . Это называется определением электронной структуры молекулы. Можно сказать, что электронная структура молекулы или кристалла в основном подразумевает ее химические свойства. Точное решение уравнения Шредингера может быть получено только для атома водорода (хотя точные решения для энергий связанных состояний молекулярного иона водорода были идентифицированы в терминах обобщенной W-функции Ламберта ). Поскольку все другие атомные или молекулярные системы включают в себя движения трех или более «частиц», их уравнения Шредингера не могут быть решены точно, и поэтому необходимо искать приближенные решения.

  Валентная связь

  Основная статья: теория валентных облигаций

  Хотя математическая основа квантовой химии была заложена Шредингером в 1926 году, общепринято считать, что первые истинные вычисления в квантовой химии были произведены немецкими физиками Вальтером Хайтлером и Фрицем Лондоном для молекулы водорода (H ₂ ) в 1927 году. Heitler а метод Лондона был расширен американским физиком-теоретиком Джоном С. Слейтером и американским химиком-теоретиком Линусом Полингом и стал методом валентных связей (VB) [или Хайтлера-Лондона-Слейтера-Полинга (HLSP)]. В этом методе внимание в первую очередь уделяется парным взаимодействиям между атомами, и поэтому этот метод тесно коррелирует с рисунками связей классических химиков . Он фокусируется на том, как атомные орбитали атома объединяются, чтобы дать индивидуальные химические связи при формировании молекулы, включая две ключевые концепции орбитальной гибридизации и резонанса .

  Молекулярная орбиталь

  Молекулярная орбиталь бутадиена, препятствующая связыванию
  Основная статья: Молекулярная теория орбиталей

  Альтернативный подход был разработан в 1929 году Фридрихом Хундом и Робертом С. Малликеном , в котором электроны описываются математическими функциями, делокализованными по всей молекуле . Подход Хунда – Малликена или метод молекулярных орбиталей (МО) менее интуитивно понятен для химиков, но оказался способным предсказывать спектроскопические свойства лучше, чем метод VB. Этот подход является концептуальной основой метода Хартри – Фока и последующих методов Хартри – Фока .

  Теория функций плотности

  Основная статья: Теория функций плотности

  Модель Томаса – Ферми была независимо разработана Томасом и Ферми в 1927 году. Это была первая попытка описать многоэлектронные системы на основе электронной плотности вместо волновых функций , хотя она не была очень успешной при рассмотрении целых молекул. Этот метод действительно послужил основой для того, что сейчас известно как теория функционала плотности (DFT). В современном ДПФ используется метод Кона – Шэма , в котором функционал плотности разбивается на четыре члена; кинетическая энергия Кона – Шэма, внешний потенциал, обменная и корреляционная энергии. Большое внимание при разработке DFT уделяется улучшению условий обмена и корреляции. Хотя этот метод менее развит, чем методы пост-Хартри-Фока, его значительно более низкие вычислительные требования (масштабирование обычно не хуже, чем n 3 по отношению к n базисным функциям для чистых функционалов) позволяют ему работать с более крупными многоатомными молекулами и даже макромолекулами . Эта вычислительная доступность и часто сопоставимая точность с MP2 и CCSD (T) (методы после Хартри – Фока) сделали его одним из самых популярных методов в вычислительной химии .

  Химическая динамика

  Дальнейший шаг может состоять в решении уравнения Шредингера с полным молекулярным гамильтонианом для изучения движения молекул. Прямое решение уравнения Шредингера называется молекулярная динамика квантовой , в пределах квазиклассика полуклассических молекулярной динамики , и в рамках классической механики каркасной молекулярной динамики (МД) . Возможны также статистические подходы, например, методы Монте-Карло и смешанная квантово-классическая динамика .

  Адиабатическая химическая динамика

  Основная статья: приближение Борна – Оппенгеймера

  В адиабатической динамике межатомные взаимодействия представлены одиночными скалярными потенциалами, называемыми поверхностями потенциальной энергии . Это приближение Борна – Оппенгеймера, введенное Борном и Оппенгеймером в 1927 году. Пионерские применения этого метода в химии были выполнены Райсом и Рамспергером в 1927 году и Касселем в 1928 году и обобщены в теории RRKM в 1952 году Маркусом, который взял теорию переходного состояния. разработанная Айрингом в 1935 году. Эти методы позволяют просто оценить скорость мономолекулярных реакций по нескольким характеристикам потенциальной поверхности.

  Неадиабатическая химическая динамика

  Основная статья: вибронная муфта

  Неадиабатическая динамика состоит из взаимодействия между несколькими связанными поверхностями потенциальной энергии (соответствующими различным электронным квантовым состояниям молекулы). Термины сцепления называются вибронными сцеплениями. Новаторская работа в этой области была проделана Штюкельбергом , Ландау и Зинером в 1930-х годах в их работе над тем, что сейчас известно как переход Ландау – Зинера . Их формула позволяет рассчитать вероятность перехода между двумя диабатическими потенциальными кривыми в окрестности избегаемого пересечения . Запрещенные по спину реакции представляют собой один из типов неадиабатических реакций, в которых происходит по крайней мере одно изменение спинового состояния при переходе от реагента к продукту .

  Смотрите также

  • Атомная физика
  • Вычислительная химия
  • Физика конденсированного состояния
  • Молекулярная динамика Кар – Парринелло
  • Функция электронной локализации
  • Международная академия квантовой молекулярной науки
  • Молекулярное моделирование
  • Физическая химия
  • Список программного обеспечения для квантовой химии и физики твердого тела
  • QMC @ Home
  • Квантовые аспекты жизни
  • Квантовая электрохимия
  • Релятивистская квантовая химия
  • Теоретическая физика
  • Спин запрещенных реакций

  использованная литература

  • Аткинс, PW (2002). Физическая химия . Издательство Оксфордского университета. ISBN0-19-879285-9 .
  • Аткинс, П. В.; Фридман, Р. (2005). Молекулярная квантовая механика (4-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN978-0-19-927498-7 .
  • Аткинс, П. В.; Фридман, Р. (2008). Кванта, материя и изменение: молекулярный подход к физическим изменениям . ISBN978-0-7167-6117-4 .
  • Бадер, Ричард (1994). Атомы в молекулах: квантовая теория . Издательство Оксфордского университета. ISBN978-0-19-855865-1 .
  • Гавроглу, Костас; Ана Симоэс: Ни физика, ни химия: история квантовой химии , MIT Press, 2011, ISBN0-262-01618-4
  • Карплюс М., Портер Р.Н. (1971). Атомы и молекулы. Введение для студентов факультетов физической химии , издательство Benjamin – Cummings Publishing Company, ISBN978-0-8053-5218-4
  • Ландау, ЛД; Лифшиц Е.М. Квантовая механика: нерелятивистская теория . Курс теоретической физики. 3 . Pergamon Press. ISBN0-08-019012-X .
  • Левин, И. (2008). Физическая химия (6-е изд.). McGraw – Hill Science. ISBN978-0-07-253862-5 .
  • МакВини, Р. (1979). Валентность Коулсона . Оксфордские научные публикации. ISBN0-19-855144-4 .
  • Полинг, Л. (1954). Общая химия . Dover Publications. ISBN0-486-65622-5 .
  • Полинг, Л .; Уилсон, Е.Б. (1963) [1935]. Введение в квантовую механику с приложениями к химии . Dover Publications. ISBN0-486-64871-0 .
  • Пуллман, Бернард; Пуллман, Альберте (1963). Квантовая биохимия . Нью-Йорк и Лондон: Academic Press. ISBN90-277-1830-Х .
  • Шерри, Эрик Р. (2006). Периодическая таблица: ее история и ее значение . Издательство Оксфордского университета. ISBN0-19-530573-6 . Учитывает степень, в которой химия и особенно периодическая система сведены к квантовой механике.
  • Саймон, З. (1976). Квантовая биохимия и специфические взаимодействия . Тейлор и Фрэнсис. ISBN978-0-85626-087-2 .
  • Сабо, Аттила; Остлунд, Нил С. (1996). Современная квантовая химия: введение в продвинутую теорию электронного строения . Дувр. ISBN0-486-69186-1 .

  внешние ссылки

  • The Sherrill Group – Примечания
  • Ресурсы для поддержки учебных программ ChemViz
  • Ранние идеи в истории квантовой химии

  Kvant kimyosi – Quantum chemistry

  Ushbu maqolada bir nechta muammolar mavjud. Iltimos yordam bering uni yaxshilang yoki ushbu masalalarni muhokama qiling munozara sahifasi. (Ushbu shablon xabarlarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

  Ushbu maqola mumkin talab qilish tozalamoq Vikipediya bilan tanishish uchun sifat standartlari. Muayyan muammo: zaif va noto’g’ri ma’lumotlar tarkibi Iltimos yordam bering ushbu maqolani yaxshilang Agar imkoningiz bo’lsa. ( 2011 yil yanvar ) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

  Ushbu maqolada a foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati, tegishli o’qish yoki tashqi havolalar, ammo uning manbalari noma’lum bo’lib qolmoqda, chunki u etishmayapti satrda keltirilgan. Iltimos yordam bering takomillashtirish tomonidan ushbu maqola tanishtirish aniqroq iqtiboslar. ( 2012 yil dekabr ) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

  (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

  Kvant kimyosideb nomlangan molekulyar kvant mexanikasi, ning filialidir kimyo ning qo’llanilishiga yo’naltirilgan kvant mexanikasi yilda jismoniy modellar va kimyoviy tizimlarning tajribalari. Tushunish elektron tuzilish va molekulyar dinamikasi yordamida Shredinger tenglamalari kvant kimyosining markaziy mavzularidir.

  Mundarija

  • 1 Umumiy nuqtai
  • 2 Tarix
  • 3 Elektron tuzilish
    • 3.1 Valensiya aloqasi
    • 3.2 Molekulyar orbital
    • 3.3 Zichlik funktsional nazariyasi
    • 4.1 Adiabatik kimyoviy dinamikasi
    • 4.2 Adiyabatik bo’lmagan kimyoviy dinamika

    Umumiy nuqtai

    Eksperimental kvant kimyogarlari katta ishonchga ega spektroskopiya, qaysi orqali ma’lumot kvantlash molekulyar shkala bo’yicha energiya olish mumkin. Umumiy usullar infraqizil (IQ) spektroskopiya, yadro magnit-rezonans (NMR) spektroskopiyasi va skanerlash prob mikroskopi.

    Nazariy kvant kimyosi, uning ishi ham toifaga kirishga moyildir hisoblash kimyosi, kvant nazariyasining bashoratlarini hisoblashga intiladi, chunki atomlar va molekulalar faqat diskret energiyaga ega bo’lishi mumkin.

    Kvant kimyosi asosiy holat individual atomlar va molekulalar va hayajonlangan holatlar va o’tish davlatlari davomida sodir bo’lgan kimyoviy reaktsiyalar.

    Hisob-kitoblarga ko’ra kvant kimyoviy tadqiqotlar ham qo’llaniladi yarim empirik kvant mexanik printsiplariga asoslangan va vaqtga bog’liq muammolar bilan shug’ullanadigan boshqa usullar. Ko’pgina kvant kimyoviy tadqiqotlari yadrolarning tinch holatda bo’lishini taxmin qiladi (Tug’ilgan – Oppengeymerning taxminiy darajasi ). Ko’pgina hisob-kitoblar o’z-o’ziga mos keladigan dala usullarini o’z ichiga olgan iterativ usullarni o’z ichiga oladi. Kvant kimyosining asosiy maqsadlariga kichik molekulyar tizimlar uchun natijalarning aniqligini oshirish va qayta ishlanishi mumkin bo’lgan yirik molekulalarning hajmini oshirish kiradi, bu esa miqyosli mulohazalar bilan cheklanadi – hisoblash vaqti atomlar sonining kuchi bilan ortadi.

    Tarix

    Ba’zilar kvant kimyosining tug’ilishini kashfiyotdan boshlangan deb bilishadi Shredinger tenglamasi va uning 1926 yilda vodorod atomiga tatbiq etilishi. [ iqtibos kerak ] Biroq, 1927 yilgi maqola Valter Xaytler (1904-1981) va Fritz London, ko’pincha kvant kimyosi tarixidagi birinchi bosqich sifatida tan olinadi. Bu kvant mexanikasining diatomik vodorod molekulasiga va shu bilan kimyoviy bog’lanish hodisasiga birinchi qo’llanilishi. Keyingi yillarda ko’p yutuqlarga erishildi Robert S. Mulliken, Maks Born, J. Robert Oppengeymer, Linus Poling, Erix Xyckel, Duglas Xartri, Vladimir Fok, bir nechtasini keltirish uchun. Kvant kimyosi tarixi 1838 yilgi kashfiyot orqali ham o’tadi katod nurlari tomonidan Maykl Faradey, ning 1859 yilgi bayonoti qora tanadagi nurlanish muammo Gustav Kirchhoff tomonidan 1877 yilgi taklif Lyudvig Boltsman fizik tizimning energetik holatlari diskret bo’lishi mumkinligi va 1900 yilgi kvant gipotezasi Maks Plank har qanday energiya chiqaradigan atom sistemasini nazariy jihatdan bir qator diskret energiya elementlariga bo’lish mumkin ε Shunday qilib, ushbu energiya elementlarining har biri ga mutanosib bo’ladi chastota ν ular bilan har biri alohida-alohida nurlanishadi energiya va raqamli qiymat Plankning doimiysi. Keyin, 1905 yilda, tushuntirish uchun fotoelektr effekti (1839), ya’ni ba’zi materiallarga nur sochadigan narsa materialdan elektronlarni chiqarib tashlash uchun ishlashi mumkin, Albert Eynshteyn Plankning kvant gipotezasiga asoslanib, yorug’likning o’zi alohida kvant zarralaridan iborat bo’lib, keyinchalik ularni chaqirdi fotonlar (1926). Keyingi yillarda ushbu nazariy asos asta sekin kimyoviy tuzilish, reaktivlik va bog’lanishda qo’llanila boshlandi. Ehtimol, bu sohaga eng katta hissa qo’shgan Linus Poling. [ iqtibos kerak ]

    Elektron tuzilish

    Asosiy maqola: Elektron tuzilish

    Kvant kimyoviy muammosini hal qilishda birinchi qadam odatda Shredinger tenglamasi (yoki Dirak tenglamasi yilda relyativistik kvant kimyosi ) bilan elektron molekulyar Hamiltonian. Bunga molekulaning elektron tuzilishini aniqlash deyiladi. Aytish mumkinki, molekula yoki kristalning elektron tuzilishi asosan uning kimyoviy xususiyatlarini nazarda tutadi. Shredinger tenglamasi uchun aniq echimni faqat vodorod atomi uchun olish mumkin (garchi bog’langan holat energiyalari uchun aniq echimlar bo’lsa ham vodorod molekulyar ioni jihatidan aniqlangan umumlashtirilgan Lambert V funktsiyasi ). Boshqa barcha atomik yoki molekulyar tizimlar uch yoki undan ortiq “zarrachalar” harakatlarini o’z ichiga olganligi sababli, ularning Shredinger tenglamalarini aniq echib bo’lmaydi va shuning uchun taxminiy echimlarni izlash kerak.

    Valensiya aloqasi

    Asosiy maqola: Valensiya aloqalari nazariyasi

    Kvant kimyosining matematik asoslarini yaratgan bo’lsada Shredinger 1926 yilda kvant kimyosida birinchi haqiqiy hisoblash nemis fiziklari tomonidan qabul qilinganligi odatda qabul qilingan Valter Xaytler va Fritz London vodorodda (H₂) molekula 1927 yilda. [ iqtibos kerak ] Gitler va London uslubi amerikalik nazariy fizik tomonidan kengaytirildi Jon C. Slater va amerikalik nazariy kimyogar Linus Poling valentlik-bog’lanish (VB) [yoki Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)] usuliga aylanish. Ushbu uslubda e’tibor birinchi navbatda atomlarning o’zaro ta’sirlanishiga bag’ishlangan va shuning uchun bu usul klassik kimyogarlarning rasmlari bilan chambarchas bog’liqdir. obligatsiyalar. Ikkita asosiy tushunchani o’z ichiga olgan holda, atomning atom orbitallari qanday qilib birlashib, molekula hosil bo’lganda individual kimyoviy bog’lanishlarni hosil qilishiga e’tibor qaratadi. orbital gibridizatsiya va rezonans.

    Molekulyar orbital

    Asosiy maqola: Molekulyar orbital nazariya

    Muqobil yondashuv 1929 yilda ishlab chiqilgan Fridrix Xund va Robert S. Mulliken, unda elektronlar matematik funktsiyalar bilan tavsiflanadi molekula. Hund-Mulliken yondashuvi yoki molekulyar orbital (MO) usuli kimyogarlar uchun unchalik sezgir emas, ammo bashorat qilishga qodir. spektroskopik xususiyatlari VB usulidan yaxshiroq. Ushbu yondashuv .ning kontseptsiya asosidir Xartri-Fok usuli va undan keyin post Hartree-Fock usullari.

    Zichlik funktsional nazariyasi

    Asosiy maqola: Zichlik funktsional nazariyasi

    The Tomas-Fermi modeli tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan Tomas va Fermi 1927 yilda. Bu asosida ko’p elektronli tizimlarni tavsiflashga birinchi urinish bo’ldi elektron zichlik o’rniga to’lqin funktsiyalari, ammo bu butun molekulalarni davolashda juda muvaffaqiyatli bo’lmagan. Usul hozirda zichlik funktsional nazariyasi (DFT) deb nomlanadigan narsaga asos yaratdi. Zamonaviy DFT-dan foydalaniladi Kohn-Shom usuli, bu erda zichlik funktsional to’rt atamaga bo’linadi; Kon-Shom kinetik energiyasi, tashqi potentsial, almashinish va o’zaro bog’liqlik energiyalari. DFTni rivojlantirishga e’tiborning katta qismi ayirboshlash va korrelyatsiya shartlarini yaxshilashga qaratilgan. Garchi bu usul Xartri-Fokdan keyingi usullarga qaraganda kam rivojlangan bo’lsa-da, uning hisoblash talablari sezilarli darajada pastroq (masshtablash odatda yomonroq emas n 3 munosabat bilan n asosiy funktsiyalar, sof funktsionallar uchun) uni kattaroq hal qilishga imkon beradi ko’p atomli molekulalar va hatto makromolekulalar. Ushbu hisoblash qulayligi va ko’pincha taqqoslanadigan aniqlik MP2 va CCSD (T) (Xartri-Fokdan keyingi usullar) uni eng mashhur usullardan biriga aylantirdi hisoblash kimyosi.

    Kimyoviy dinamikasi

    Keyingi qadam quyidagilarni hal qilishdan iborat bo’lishi mumkin Shredinger tenglamasi jami bilan molekulyar hamiltoniyalik molekulalarning harakatini o’rganish uchun. Shredinger tenglamasining bevosita echimi deyiladi kvant molekulyar dinamikasi, yarim klassik yaqinlashuv ichida yarim klassik molekulyar dinamikasiva ichida klassik mexanika ramka molekulyar dinamikasi (MD). Masalan, statistik yondashuvlar Monte-Karlo usullari va aralash kvant-klassik dinamikasi ham mumkin.

    Adiabatik kimyoviy dinamikasi

    Asosiy maqola: Adiabatik rasmiyatchilik yoki Born-Oppengeymer taxminiyligi

    Adiabatik dinamikada atomlararo o’zaro ta’sirlar bitta bilan ifodalanadi skalar potentsial deb nomlangan potentsial energiya sirtlari. Bu Tug’ilgan – Oppengeymerning taxminiy darajasi tomonidan kiritilgan Tug’ilgan va Oppengeymer 1927 yilda. Kimyo bo’yicha kashshof dasturlar Rays va Ramsperger tomonidan 1927 yilda va Kassel tomonidan 1928 yilda amalga oshirildi va umumlashtirildi. RRKM 1952 yilda nazariya Markus kim oldi o’tish holati tomonidan ishlab chiqilgan nazariya Eyring 1935 yilda hisobga olinadi. Ushbu usullar bir molekulali oddiy taxminlarni beradi reaktsiya tezligi potentsial sirtning bir nechta xususiyatlaridan.

    Adiyabatik bo’lmagan kimyoviy dinamika

    Asosiy maqola: Vibronik birikma

    Adiyabatik bo’lmagan dinamikalar bir-biriga bog’langan potentsial energiya sathining o’zaro ta’sirini olishdan iborat (har xil elektronga mos keladi kvant holatlari molekula). Ulanish shartlari vibronik muftalar deyiladi. Ushbu sohada kashshoflik ishi tomonidan amalga oshirildi Stuekkelberg, Landau va Zener 1930-yillarda, hozirgi kunda Landau-Zener o’tish davri. Ularning formulasi ikkalasi o’rtasida o’tish ehtimolini beradi diabetik atrofidagi potentsial egri chiziqlar o’tishdan saqlanish hisoblash kerak. Spin bilan taqiqlangan reaktsiyalar kamida bitta o’zgargan adiyabatik bo’lmagan reaktsiyalarning bir turi Spin holati dan o’tishda paydo bo’ladi reaktiv ga mahsulot.

    Shuningdek qarang

    • Kimyo portali
    • Fizika portali

    Kvant. Радиоактивность

    Опыты Резерфорда, о которых рассказывается в § 93 «Физики 10», двояко связаны с явлением радиоактивности. С одной стороны, в этих опытах для бомбардировки атомов тяжелых элементов использовались положительно заряженные быстрые альфа- частицы, испускаемые радиоактивными веществами. Радиоактивность, таким образом, дала «инструмент» для опытов. С другой стороны, результаты опытов Резерфорда, приведшие к созданию планетарной модели атома, позволили подойти к объяснению самого явления радиоактивности, до того бывшего в высшей степени загадочным.

    Из опытов Резерфорда выяснилось, что атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра, размеры которого в десятки или даже сотни тысяч раз меньше размеров атома, и отрицательно заряженных электронов, образующих электронную оболочку. При этом оказалось, что электрический заряд ядра, если его выразить через заряд электрона, принятый за единицу, равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. В символической записи ядер их заряд выражается порядковым номером, который записывается в виде нижнего индекса при символе элемента. Верхний же индекс обозначает массу ядра, выраженную в атомных единицах массы. Например, ядра атомов железа и золота символически записываются так:

    Радиоактивность — явление ядерное

    В какой же части атома — ядре или электронной оболочке — происходят процессы, приводящие к испусканию радиоактивных излучений (альфа-, бета- и гамма-излучений)?

    Нетрудно понять, что все дело в атомном ядре. Это видно, во-первых, из того, что один из видов излучения — альфа-излучение — это поток быстрых положительно заряженных частиц, а таких частиц в электронной оболочке просто нет. Правда, другой вид излучения — бета-излучение, состоящее из электронов,— в принципе мог бы исходить и из электронной оболочки. Однако, и это, во-вторых, энергия бета-частиц столь велика (она достигает миллионов электронвольт), что электронная оболочка такую энергию сообщить явно не может. Известно, например, что при химических реакциях, в которых атомы участвуют своими электронными оболочками, энергия, приходящаяся на один атом, равна примерно 1 эВ. Энергия квантов видимого света, которые несомненно возникают в электронной оболочке, тоже около 1 эВ. Только энергия квантов рентгеновских лучей (они также испускаются электронной оболочкой) может достигать тысяч и даже десятков тысяч электронвольт. Миллионов же электронвольт электронная оболочка «своим» электронам сообщить не может.

    Таким образом, и альфа- и бета-частицы могут испускаться только в результате каких-то процессов в атомном ядре. То же можно сказать и о гамма-излучении.

    Радиоактивные превращения

    Итак, радиоактивные излучения испускаются ядрами атомов радиоактивных элементов. Заряд же ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Тогда из закона сохранения электрического заряда прямо следует, что когда какое-нибудь ядро испускает заряженную частицу, заряд ядра должен измениться. А это значит, что оно превращается в ядро атома другого элемента, занимающего другую клетку таблицы.

    Как выяснилось, альфа-частица обладает положительным электрическим зарядом, вдвое большим заряда электрона, и массой, вчетверо большей атомной единицы массы. Поэтому ядро, испустившее альфа-частицу, превращается в ядро атома элемента, у которого порядковый номер на две единицы меньше исходного, а масса меньше на четыре единицы. Если, например, радиоактивный элемент полоний с порядковым номером 84 и относительной атомной массой 218 испускает альфа-частицу, то оц превращается в ядро атома элемента, занимающего клетку номер 82 таблицы (это свинец) с относительной атомной массой 214:

    Поскольку α-частица представляет собой ядро атома гелия, этот процесс можно записать иначе:

    Происходит, как говорят, распад ядра полония на две части — ядро свинца и ядро гелия.

    Несколько иначе обстоит дело при испускании ядром бета-частицы, то есть быстрого электрона. Оно приводит не к уменьшению заряда ядра, а к его увеличению на одну единицу и, следовательно, к превращений его в ядро атома, порядковый номер которого на единицу больше исходного. Что касается массы, то она при таком превращении практически не изменяется, так как масса электрона в тысячи раз меньше массы любого ядра. С испусканием бета-частицы распадается, например, радиоактивный свинец \(~^_Pb\):

    Все такие превращения происходят так, что суммы нижних и верхних индексов по обе стороны стрелки, обозначающей превращение, равны друг другу.

    Радиоактивные ряды

    Если радиоактивное излучение сопровождается превращением ядер атомов в другие ядра, то естественно возникает вопрос — почему же до сих пор существуют радиоактивные вещества? Если, например, радий (порядковый номер 88), испускающий альфа-частицы, превращается в элемент с номером 86, то почему он не исчез с лица Земли? Наверное, потому, что он сам есть продукт распада какого-то другого элемента, превращающегося в радий.

    Раз радиоактивные элементы до сих пор существуют на Земле, значит, есть, по крайней мере, один радиоактивный элемент, который распадается настолько медленно, что за время существования Земли он не успел исчезнуть. Он-то, этот элемент, и «виноват» в том, что существуют и он сам, и тот элемент, в который он превращается (так сказать, его «сын»), и тот элемент, в который превращается этот «сын», и т. д.

    Физики выяснили, что такие очень медленно распадающиеся элементы действительно существуют. Один из них — уран с порядковым номером 92 и относительной атомной массой 238. Он служит родоначальником одного из рядов (семейств) радиоактивных элементов, приведенного на рисунке. Над линиями в этом ряду, обозначающими превращения, указаны испускаемые частицы, а под ними — периоды полураспада, то есть промежутки времени, в течение которых распадается половина первоначального числа радиоактивных ядер. В результате четырнадцати последовательных распадов уран превращается в конце концов в свинец с относительной атомной массой 206. Это — стабильный (не радиоактивный) свинец, в отличие от свинца с массами 214 и 210.

    Изотопы

    Приведенный здесь радиоактивный ряд показывает, что существуют атомы одного и того же химического элемента с различными относительными атомными массами. Так, \(~^_Pb,\ ^_Pb,\ ^_Pb\) — это ядра атомов свинца, поскольку у всех трех ядер один и тот же заряд и, значит, они занимают одну и ту же клетку в таблице Менделеева. Такие атомы — с одинаковым зарядом ядра, но с разными массами — получили название изотопов. Как химические элементы они не отличимы друг от друга. Но свойства их ядер, например радиоактивные, совершенно различны.

    В рассмотренном радиоактивном ряду есть не только изотопы свинца, но и урана, тория, полония, висмута. Вообще, если ядро испытывает последовательно одно альфа-превращение и два бета-превращения, то в результате непременно появляется изотоп исходного элемента.

    Related posts:

    1. 7 ci sinif azrbaycan tarixi metodiki vsait
    2. Bmt-nin ərzaq və kənd təsərrüfatı təşkilatı fao
    3. Heydər əliyevin dil siyasəti
    4. Qara namazov uşaq ədəbiyyatı 2007