23106

Теорія молекули водню. Обмінна взаємодія

Доклад

Физика

Оскільки гамільтоніан не залежить від спінових змінних то хвильова функція зображається добутком спінової функції на просторову . За допомогою хвильової функції знаходимо середнє значення повного гамільтоніана системи: де кулонівський інтеграл К характаризує ел. наближені хвильові функції Кулонівський інтеґрал К є малим числом і головну роль відіграє обмінний інтеґрал який у ділянці малих є додатною величиною а при змінює знак. Таким чином для симетричної просторової функції є можливим зв'язаний стан системи і теорія...

Украинкский

2013-08-03

371 KB

0 чел.

48. Теорія молекули водню. Обмінна взаємодія.

Розглянемо систему, що складається з двох електронів, які рухаються в полі двох нерухомих ядер (протонів), розташованих на відстані .). На великих відстанях між ядрами така система є просто двома ізольованими атомами водню, а на малих відстанях маємо зв'язаний стан частинок, що утворюють молекулу водню . Нас цікавитиме розв'язок електронної задачі для основного стану молекули. Розглянемо метод Гайтлера-Лондона. Запишемо гамільтоніан задачі  де гамільтоніан першого електрона на ядрі А гамільтоніан другого електрона на ядрі В . Оператор

де перший доданок у V — це енерґія міжелектронного відштовхування, другий —- енерґія електростатичного відштовхування ядер (в електронній задачі це стала величина), два останні доданки описують кулонівське притягання електронів до "чужих" ядер. Хвильова функція електронів  залежить від просторових і спінових змінних є антисиметричною щодо їхньої перестановки. Оскільки гамільтоніан не залежить від спінових змінних, то хвильова функція зображається добутком спінової функції на просторову .

Ми цікавимось основним станом, тому в нульовому наближенні, коли V = 0, просторову функцію будуємо з хвильових функцій, які є власними функціями гамільтоніанів На та Нв. (для 1s стану електрона на ядрах А та В). Утворимо двочастинкову функцію як симетризований добуток цих хвильових функцій. , де С визначається з умови нормування  і має вигляд , де - інтеграл перекриття (,).

Інтеґрал перекриття залежить від відстані між ядрами , причому , а на великих між'ядерних відстанях . За допомогою хвильової функції  знаходимо середнє значення повного гамільтоніана системи:

, де кулонівський інтеграл К характаризує ел.статичну взаємодію ел. і ядер

А- обмінний інтеграл не має наглядної інтерпретації і виникає внаслідок того, щоіз-за нерозрізненості ел. та врахування принципу Паулі введені сим. та антисим. наближені хвильові функції

Кулонівський інтеґрал К є малим числом, і головну роль відіграє обмінний інтеґрал, який у ділянці малих  є додатною величиною, а при змінює знак. Причому сума К + А для  є від'ємною величиною з мінімумом у точці,  а різниця К — А є додатною величиною для всіх значень . Таким чином, для симетричної просторової функції  є можливим зв'язаний стан системи і теорія Гайтлера-Лондона дає якісний опис. Експериментальне значення рівноважної відстані між ядрами . Для антисиметричної просторової функції зв'язаного стану немає. Тепер, маючи досвід з теорії атома гелію, пригадаймо, що симетричній просторовій хвильовій функції  відповідає одна антисиметрична спінова функція, яка описує спіновий стан двох електронів з повним спіном, рівним нулеві. У цьому випадку ми маємо синґлетний стан, його позначають як  Антисиметричній просторовій функції , як ми знаємо, відповідає три симетричні спінові функції, які описують стан з повним спіном, рівним одиниці, і трьома можливими проекціями спіну на вісь z — триплетний стан .

Отже, два атоми водню, електрони яких мають протилежно напрямлені спіни, притягуються й утворюють молекули. Якісне пояснення виникнення цього хімічного зв'язку дає аналіз розподілу густини електронів, який визначається хвильовою функцією . Як бачимо, імовірність перебування електронів посередині між ядрами для симетричної хвильової функції

Для антисиметричної нуль. Отже, в першому випадку електрони, рухаючись у такій системі, частіше перебувають між ядрами і компенсують сили їх кулонівського відштовхування. Це і є причиною виникнення зв'язаного стану атомів і утворення молекули. Антисиметрична хвильова функція описує такий рух електронів, коли вони перебувають переважно поза ділянкою між ядрами. При цьому, зрозуміло, переважають сили кулонівського відштовхування між ядрами і ми маємо незв'язану систему двох атомів. Визначальну роль в утворенні хімічного зв'язку відіграє принцип Паулі, який дозволяє перебувати обом електронам між ядрами лише тоді, коли їхні спіни мають протилежні напрямки і взаємно компенсуються. Коли відкинути обмінний інтеграл та інтеграл перекриття, то матимемо проміжний випадок між синглетним та триплетним станами, де є слабо виражений мінімум, це підкреслює квантову природу ковалентного зв’язку Молекула водню є найпростішим прикладом гомеополярної молекули з так званим ковалентним хімічним зв'язком. Підкреслимо, що роль спінових ступенів вільності в утворенні хімічного зв'язку полягає саме в "дозволі" перебувати обом електронам між ядрами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84367. Береги здоровье! 98.5 KB
  Цель: Сформировать у учащихся стойкую мотивацию к здоровому образу жизни. Планируемые результаты: Предметные: учащиеся знакомятся с правилами здорового образа жизни. Личностные УУД: Л1 - Соблюдение основных моральных норм поведения (приветствовать друг друга, прощаться).
84369. Греки и критяне 23.31 KB
  Расположение древнейшей Греции мы увидим на карте Слайд 2 обратите внимание на большой остров который расположен на юге обозначенного пространства прочитайте его название о. Мы будем изучать историю народов населявших эти земли: в Греции жили греки на острове...
84370. Англійська народна казка «Сорочаче гніздо» 48.5 KB
  Анотація: Розробка комбінованого уроку українського читання на заявлену тему у 2 класі, мета якого – розширити знання учнів про життя птахів; учити стежити за логікою описування подій; орієнтуватися у структурі тексту; формувати уміння визначати головну думку та пояснювати...
84371. В.Бианки «Купание медвежат» 80.5 KB
  Цели. Познакомить с рассказом природоведческого содержания; расширять знания детей о лесных животных, видах медведей, об их образе жизни; развивать связную речь, мышление, память, внимательность, навыки осознанного и выразительного чтения; воспитывать любовь к живой природе, к чтению книг.
84372. Оповідання В. О. Сухомлинського «Я хочу сказати своє слово» 43.5 KB
  Мета: формувати навички правильного виразного читання; збага чувати словниковий запас учнів словами ввічливості вчити використовувати їх у своєму мовленні; розвивати мовленнєві уміння уяву спостережливість память; уміння слухати вчите ля самостійно висловлювати свою думку вчити добирати...
84374. Закріплення літери ц. Опрацювання тексту «Циркова залізниця» 56.5 KB
  Ви у цирку побувайте І багато чого взнайте а Словникова робота. А як називається те місце в цирку де відбувається вистава Арена круглий майданчик посередині цирку де виступають артисти цирку. Що вам сподобалося в цьому цирку в Читання оповідання ланцюжком.
84375. Г. Скребицький «Їжачок теж прокинувся» 93 KB
  Мета: Розвивати і удосконалювати техніку читання. Розвивати творчі та пізнавальні інтереси учнів. Виховувати любов до природи. Обладнання: картини Весна. Малюнки тварин. Картки. Хід уроку: Побажаємо собі успіху. Посміхнемося. Нехай гарний настрій допоможе нам.