Файл: Татевский В.М. Классическая теория строения молекул и квантовая механика.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 258
Скачиваний: 2
только |
на математической |
интуиции. |
Если некоторые (хотя бы |
|||
качественные) соображения |
о свойствах функции |
ф |
могут |
быть |
||
сделаны на основании исследования уравнений, |
которым |
они |
||||
должны |
удовлетворять, или |
из общих |
физических |
соображений, |
||
то они могут быть учтены при выборе функций х- |
|
|
|
|||
Мы остановимся только |
на одном вопросе — на |
вопросе о том, |
в каких областях пространства вокруг ядер функции % должны иметь наибольшие по модулю значения или вообще достаточно большие значения, чтобы по возможности лучше были апроксимированы функции ф методом Ритца. Иными словами, как целе сообразно центрировать функции %.
Решить этот вопрос строго и однозначно математически на осно вании исследования свойств уравнений, определяющих функции ф, очень трудно. Поэтому, вообще говоря, для конкретной молекулы можно пробовать использовать набор функций х> центрированных в любых точках пространства вблизи от ядер (порядка атомных размеров), например вдоль линий, соединяющих пары ядер атомов молекулы, связанных химическими связями (с точки зрения клас сической теории строения), если предполагается определенная фор мула химического строения молекулы.
Однако из общих физических соображений можно предполагать, что полная функция W, описывающая какое-либо электронное со
стояние молекулы, должна быть такова, что |
квадрат ее модуля |
||
1 F*4f должен иметь большие значения |
для |
таких |
конфигураций |
электронов, когда они распределены в |
непосредственной близости |
||
от ядер (не обязательно точно в месте |
нахождения |
ядер). Иными |
словами, при значениях координат электронов, близких к коорди
натам ядер, можно предположить, что |
должно |
иметь относи |
тельно большие значения. |
|
|
Квадрат модуля Ч*, т.е. ЧГ *ЧГ , дает |
вероятность |
определенного |
распределения электронов в пространстве, а поскольку электроны
находятся |
в |
поле ядер, |
вероятность их |
нахождения вблизи ядер |
|
должна быть больше, |
чем в областях пространства, более далеких |
||||
от ядер. Предполагая |
это для функции |
можно предполагать это |
|||
также и |
для |
функций |
ф, из которых |
Ч? конструируется. Отсюда |
представляется целесообразным из указанных соображений выби рать набор функций х т а к > чтобы каждая функция набора была центрирована на каком-либо ядре. Тогда в набор функций % будут
входить группы функций таких, что каждая функция |
определенной |
||||
группы, центрирована на одном определенном |
ядре *. |
|
|
|
|
* Естественно, можно вводить в |
рассмотрение |
функции |
% |
более |
общего |
вида, например центрированные сразу |
на нескольких |
ядрах или |
на всех |
ядрах |
(т. е. имеющие отличные от нуля относительно большие значения только в об ластях пространства, примыкающих к соответствующим ядрам). Указанный выше способ центрирования функций % является поэтому частным способом, соответ ствующим изложенному рассуждению, которое его в какой-то мере объясняет качественно и обосновывает возможность указанного выбора вида функций ф из общих физических соображений.
§ 9. Распределение отрицательного |
электрического заряда |
|
в пространстве вокруг ядер в варианте ЛАКО |
|
|
метода молекулярных орбиталей |
|
|
Выше было выведено выражение |
для |
pe(x,y,z)—плотности |
отрицательного электрического заряда в пространстве вокруг ядер, создаваемого электронами. Это выражение имеет одинаковую ма тематическую форму как в методе Хюккеля *, так и в методе Фока. Именно для четного N
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Ре{х, у, |
z) = |
- 2 2 « Р І ( * . У . z)q>k(x,y,z) |
|
(XXVIII,73) |
|||||
Отличия в функции ре, полученной в этих двух методах, будут |
|||||||||
состоять в том, что функции фй(х, у, z), |
полученные |
из уравнения |
|||||||
Хюккеля и из уравнения Фока, будут разными. |
|
|
|
||||||
В варианте ЛКАО |
функции |
щ(х,у„г) |
представляются в виде |
||||||
линейных комбинаций |
некоторых** |
заданных |
функций |
%P(x,y,z) |
|||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч>* - |
2 |
с |
Р к Ь |
|
|
|
|
|
|
|
P=I |
|
|
|
|
|
|
Подставляя ф/, в этой |
форме |
в выражение для ре |
(XXVIII, 73), |
||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ре (*> У. *) = |
2 |
Ь (*• У> z) |
X, (*• У> 2 ) ( 2 |
СІкСдЛ |
( X X V I I I , 74) |
||||
|
P. q |
|
|
|
|
\ f t = l |
|
/ |
|
Это выражение для ре(х,у,г) мы используем в одной из следую щих глав при рассмотрении вопроса о распределении отрицатель ного электрического заряда в пространстве вокруг ядер для разных фрагментов, относящихся к одному и тому же типу и виду, встре чающемуся в разных молекулах или в одной молекуле.
Выражение для ріг в приближении Фока—Рузана. Из выраже ния для ріг в приближении Фока, приведенном в § 3 гл. XXVIII, и выражения для щ (XXVIII, 60) следует, что в приближении Фока— Рузана ріг будет выражаться формулой
Ріг (*і. Уи Zu х 2 , уъ z2 ) =
|
= 2 2 |
WP (U X, (1) *; (2) X, (2) - |
Хр ( I ) X, (2) х; (2) X, О)] |
PpqP„ |
||||
|
p. q г, s |
|
|
|
|
|
|
|
ГДЄ |
|
|
, |
|
|
. |
' |
|
|
|
Ppq ~ |
2 CpkCqk' |
Prs = |
2 |
^rfisl |
|
|
|
|
|
к |
|
I |
|
|
|
* Поскольку |
р в (х, у, г) |
зависит |
только |
от |
вида приближенной |
волновой |
||
функции |
Ф, а этот |
вид в методах Хюккеля и Хартри одинаков, выражение для |
||||||
р е (х, у, г) |
в методе |
Хартри |
имеет ту ж е математическую форму, что и в |
методе |
Хюккеля. Отличие состоит в конкретном виде функций фА (х, у, г) в методах Хюк келя, Хартри и Фока.
** Естественно, что при использовании одного и того ж е набора функций %Р коэффициенты СРк, апроксимирующие функции Ф А , полученные как решения - уравнения Хюккеля, будут отличаться от коэффициентов С» А, апроксимирующих функции ф*, полученные как решения уравнений Фока.
ГЛАВА XXIX
МЕТОД ВАЛЕНТНЫХ СХЕМ
§1. Общая характеристика метода
В методе валентных схем приближенная волновая функция для основного электронного состояния системы, содержащей N элек тронов, обычно определяется следующим образом. Рассмотрим для простоты только случай четного числа электронов. Прежде всего
выбирается |
набор |
заранее |
заданных известных |
функций |
|||||||
%Р(Х, у, Z), |
зависящих каждая только от трех пространственных ко- |
||||||||||
ординат: %\{х,у, г), |
%N(x, у, z). |
|
|
|
|
|
|
||||
Каждая |
из этих функций умножается на спиновую функцию г| (о), |
||||||||||
т.е. а (а) |
или |
Р(а), и |
составляются |
все возможные |
определители |
||||||
вида: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф А |
= |
-£=r |
І Чі ( 0 |
г) Хі ( 2 ) ^2 (а2) Ъ |
(2) |
• • • Л * (<*2) %N |
(2) |
і |
(XXIX, I) |
||
|
|
Ут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где в качестве |
функции г) (а) |
в любом |
столбце может |
быть |
постав |
||||||
лена либо а(о), |
либо |
Р(о). |
|
|
|
|
|
|
|
||
При заданных функциях %, очевидно, можно составить 2N |
таких |
||||||||||
определителей *. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку функции Хр заранее заданы, то функции tyh, по строенные каждая совершенно определенным образом из функций Хр, также заранее заданы.
В принципе семейство функций Ф, из которого выбирается оптимальная приближенная функция основного состояния моле кулы, может быть определено как совокупность функций, представ
ляющих каждая некоторую линейную |
комбинацию функций % |
|||
|
|
2N |
|
|
|
|
Ф = 2 С А |
|
(XXIX, 2) |
|
|
й=1 |
|
|
|
* Здесь мы изложим только такой вариант метода валентных схем, в котором |
|||
все |
функции хь |
• • •. XN различны. Можно рассматривать |
и такие определители |
|
типа |
(XXIX, 1), |
в которых в некоторых парах |
столбцов, |
отличающихся спино |
выми функциями, стоят одинаковые координатные функции. Этого более общего варианта метода валентных схем мы рассматривать не будем.