Устойчивая молекула - водород
Cтраница 1
Устойчивая молекула водорода получается тогда, когда оба электрона занимают связующую МО. Это возможно, согласно принципу Паули, только если оба электрона обладают антипараллельными спинами. [1]
Из факта существования устойчивой молекулы водорода следует, что при сближении атомов Wp ( R) вначале должна уменьшаться от 0 при R оо до некоторых отрицательных значений при конечных R, что соответствует притяжению атомов. Затем при малых расстояниях R энергия Wp ( R) должна увеличиваться и становиться положительной, что соответствует отталкиванию атомов. Такой характер изменения Wp ( R) следует из общих соображений, изложенных в § 15.2 и не зависящих от природы химической связи. Мы рассмотрим лишь суть этого расчета, оставляя в стороне математические выкладки. [2]
 |
Плотность электронного заряда ны электронов ЯВЛЯЮТСЯ в зависимости от расстояния между ядрами водорода в случае антипараллельных спинов. [3] |
Итак, возникновение устойчивой молекулы водорода происходит только при образовании пары из двух электронов с противоположными спинами. [4]
Эти взаимодействия необходимо включить в полный гамильтониан системы, а их следствием является образование устойчивой молекулы водорода, когда сближающиеся атомы водорода достигают равновесного расстояния. Запись полного гамильтониана Ж не составляет труда [ см. (5.18) ], поэтому нас больше всего интересует определение приближенной волновой функции W рассматриваемой системы. Будем исходить из условия, что при полном разделении обоих атомов водорода волновая функция должна перейти в функцию вида (10.134), которая описывает состояние двух изолированных атомов. [5]
 |
Плотность электронного заряда ны электронов ЯВЛЯЮТСЯ в зависимости от расстояния между ядрами водорода в случае антипараллельных спинов. [6] |
Кривая ES показывает изменение потенциальной энергии с изменением междуядерного расстояния в случае нормальной или устойчивой молекулы водорода. [7]
Величина Ек выражает классическое электростатическое притяжение между двумя атомами водорода, которое приводит к образованию устойчивой молекулы водорода, но вычисленная устойчивость этой молекулы не так велика, как показывает опыт. [8]
Величина Ек выражает классическое электростатическое притяжение между двумя атомами водорода, которое приводит к образованию устойчивой молекулы водорода, но вычисленная устойчивость этой молекулы не так велика, как показывает опыт. Признание возможности существования двух структур / и / / обусловливает новую волновую функцию. Энергия диссоциации, вычисленная с использованием этой новой функции, составляет уже 70 % от экспериментальной величины. Если иметь в виду, что энергия диссоциации, вычисленная на основе простого электростатического взаимодействия, равна всего 10 % от экспериментальной величины, то можно понять, почему новый результат рассматривают как достижение квантовомеханического метода. На языке теории валентных связей этот эффект называют резонансом, и он играет решающую роль в теории. Можно сделать заключение, что электрон ( 1) в данный момент находится около атома а, а электрон ( 2) около атома Ь, а в следующий момент они находятся в противоположном положении. Таким образом, электроны находятся в резонансе между двумя структурами. Однако в настоящее время такая точка зрения не принята. Более правильно считать, что истинное состояние системы не соответствует ни структуре I, ни структуре II, но представляет собой нечто среднее, имеющее характер каждой из независимых структур. Так строят волновую функцию для описания истинной структуры, вводя общие черты, характерные для каждой из индивидуальных структур. С помощью этой новой функции описывают более устойчивое состояние, чем с помощью функций, описывающих каждую отдельную структуру; разность соответствующих энергий называют энергией резонанса. Важно отдавать себе отчет в том, что резонанс в некотором смысле фиктивное понятие. Оно возникает как следствие построения начальной волновой функции, и его существование есть продукт кван-товомеханической модели, использованной для описания системы. Поскольку применяют теорию валентных связей, постольку существует и представление о резонансе, так как оно лежит в основе этой теории. Однако для другой, не менее хорошей модели оно не будет иметь смысла, а следовательно, не будет иметь право на существование. [9]
Квантовомеханические расчеты показали, что при антипараллельной ориентации спинов обоих электронов энергия взаимодействия атомов имеет минимум, обеспечивающий образование устойчивой молекулы водорода. При параллельных спинах электронов энергия взаимодействия положительна и атомы отталкиваются. [10]
Так как устойчивому состоянию молекулы водорода отвечает симметричная г) 5-функция ( 18), то полная волновая функция устойчивой молекулы водорода должна представлять собой произведение этой функции ps на спиновую волновую функцию для двух электронов, имеющую вид 18, стр. [11]
Из факта существования устойчивой молекулы водорода следует, что при сближении атомов Wp ( R) вначале уменьшается от 0 при Roo до некоторых отрицательных значений при конечных R, что соответствует притяжению атомов. Затем при малых расстояниях R энергия Wp ( R) увеличивается и становится положительной, что соответствует отталкиванию атомов. Такой характер изменения Wp ( R) следует из общих соображений, изложенных в § 15.2 и не зависящих от природы химической связи. Мы рассмотрим лишь суть этого расчета, оставляя в стороне математические выкладки. [12]
Судьба трех новых активных центров может быть различной. Каждый из них может либо перестать существовать в результате соединения с другим таким же активным центром в устойчивую молекулу водорода, либо дать начало аналогичной серии превращений. Вопрос о том, в каких условиях более вероятен первый исход, а в каких - второй, мы рассмотрим в дальнейшем. В результате в смеси происходит накопление нового вещества, а содержание исходных газов соответственно уменьшается. [13]
Задача теории заключается в вычислении энергии взаимодействия как функции расстояния между протонами. Если поведение энергии взаимодействия аналогично поведению энергии Е 0 ( см. рис. 92 6), то два протона и два электрона образуют устойчивую молекулу водорода. Энергия взаимодействия в рассматриваемой системе может быть вычислена с помощью теории возмущений. [14]
Обменный интеграл и определяет устойчивое состояние молекулы. При параллельной ориентации спинов, отвечающей антисимметричной функции, Е 2Е0, и атомы отталкиваются. При антипараллельных спинах электронов Е 2Е0, и движение двух таких электронов в поле двух ядер приводит к устойчивой молекуле водорода. Ковалентная химическая связь возможна только при антипараллельной ориентации спинов. [15]
Страницы: 1 2