"Основы квантовой химии многоатомных систем"

 

64 часа                                                          Профессор А. А. Павлычев

 

1. Атомное строение вещества.

     Адиабатическое и одноэлектронное приближения. Локализованные и делокализованные состояния многоатомной системы. Основы электронной структуры изолированного атома. Одноэлектронные методы расчета электронного строения атома. Уравнение Хартри – Фока для радиальных волновых функций. Атомные орбитали. Эффективный потенциал атома. Внешнее и внутреннее экранирование. Псевдоволновые функции атома. Слэйтеровские орбитали и их построение. Понятие атома (иона) в кристалле. Эффективный потенциал атома в многоатомной системе. Уравнение Адамса – Гильберта. Потенциал окружения, его основные свойства и его вычисление. Понятие оптического потенциала системы.

 

2.  Молекулярные орбитали (МО).

     Понятие МО. Представление МО. Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО.

      Метод МО ЛКАО. Метод Ритца, решение секулярного уравнения. Качественное описание электронного строения молекул. Переход на количественный уровень: уравнение Рутаана и его решение. Корреляционные (объединенный атом – разведенные атомы) диаграммы. Метод валентных связей (ВС). Сравнение методов МО ЛКАО и МО ВС. Электронное строение молекулы азота. Свойства основного состояния гомоядерных молекул. Глубокие (остовные) 1sg и 1su МО, и их свойства. Потенциал Морзе. Диссоциация молекул. Симметрия молекул в представлении МО. Симметрия основного состояния молекул АН2, электронное строение молекулы Н2О. Метод многократно рассеянных волн: МТ-потенциал, кластерное приближение и статистическое приближение для обменного взаимодействия.

     Теорема вириала и электростатическая теорема Гелмана – Фейнмана.

 

3.  Теория кристаллического поля и теория поля лигандов.

     Расщепление  атомных состояний кристаллическим поле. Расщепление d–уровней кристаллическим полем разной симметрии. Слабое и сильное кристаллическое поле, высоко- и низко- спиновые соединения 3d-металлов. Правила Хунда. Расщепление {dn}–конфигурации октаэдрическим полем в зависимости от числа (n) электронов. МО координационных соединений. МО системы [МL6]. p - связывание.

     Теорема Яна – Теллера. Динамический и статистический эффекты Яна – Теллера.

     Колебания молекул, их свойства; нормальные моды. Принцип Франка-Кондона. Франк – кондоновские переходы. Не-франк-кондоновские эффекты в распределении колебательных возбуждений.

 

4.  Теория гибридизации.

     Канонические и локализованные МО. Гибридные атомные орбитали (ГАО). Строение молекула СН4. sp3-, sp2-, sp- гибридизация. Ортогональность ГАО. Физический смысл МО, локализация химических связей, делокализованные и локализованные орбитали. Гибридизация атомных состояний непрерывного спектра. Анализ гибридизации на основании угловых распределений фотоэлектронов.

     Дипольные моменты молекулярной системы. Межатомные и межмолекулярные взаимодействия.

 

5.  Сложные многоатомные системы.

     Электронная структура атомных и молекулярных кластеров и их электронные и атомные свойства. Свободные кластеры и наночастицы. МО системы «молекула – поверхность». 

 

     Литература

  1. Р. Мак-Вини, Б. Сатклиф, Квантовая механика молекул. Мир, М. 1972.
  2. И. В. Абаренков, В. Ф. Братцев, А. В. Тулуб, Начала квантовой химии, Высшая школа, М. 1989.
  3. В. И. Минкин, Б. Я. Симкин, Р. М. Миняев, Теория строения молекул. Высшая школа, М. 1979.
  4. И. Б. Берсукер, В. З. Полингер, Вибронные взаимодействия в молекулах и кристаллах, Наука, М, 1983.
  5. Ч. Коулсон, Валентность, Мир, М, 1965
  6. Р.А. Эварестов. Квантовохимические методы в теории твердого тела, Изд-во ЛГУ, Л. 1982
  7. У. Фано, Л. Фано. Физика атомов и молекул. Наука, М. 1980
  8. Н.Н. Кристофель, Теория примесных центров малых радиусов в ионных кристаллах. Наука, М. 1974.

9.      М.А.. Ельяшевич «Атомная и молекулярная спектроскопия», Эдиториал УРСС, Москва, 2001

10.  «Теория хемосорбции», Ред. Джмит, Москва, Мир, 1983