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: 233

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Va gY >

Д л я

эквивалентных троек

ядер во фрагменте

/

молекулы

МІ и

фрагменте I I молекулы

М*« будут равны

в

пределах

принятых

выше приближений как для равновесных

конфигураций

этих фрагментов, так и при одинаковых деформациях этих фраг­ ментов. Таким образом, соответствующие интегралы для фраг­

мента I молекулы Nit и фрагмента I I молекулы

остаются

равными в процессе одинаковой деформации

этих фрагментов при

любой деформации и являются при этом одинаковыми

функциями

эквивалентных параметров, определяющих

ядерную

конфигура­

цию каждого из этих фрагментов при ее деформации.

 

Сказанное по отношению к эквивалентным фрагментам пер­ вого окружения атомов в двух молекулах ряда справедливо и по отношению к эквивалентным фрагментам первого окружения свя­ зей в двух молекулах ряда.

Напомним, что при выводе выражения для £*0 ) мы учитывали только такие квантовомеханические интегралы Т, V, G, которые относились к группам ядер (парам, тройкам, четверкам), содер­ жащим пары ядер, удаленных по цепи химического действия не более чем на два ядра. Все дальнейшие результаты также отно­ сятся к этому приближению.

§ 2. Сопоставление производных от энергии

по эквивалентным координатам эквивалентных фрагментов в рядах молекул

Рассмотрим сначала производные

( X X X I I, 16)

для двух молекул ряда, содержащих каждая связь вида и разно­

видности

(Э/ -*->• 3j)uv

Фрагмент первого окружения такой связи

содержит

две группы

атомов, одна связана с атомом Э

другая —

с атомом

3j, поворот

одной из этих групп по отношению

к другой

в одной молекуле описывается некоторой координатой ф, в другой

молекуле — эквивалентной

координатой ф'. Для

сопоставления

производных (XXXII, 16) для двух

рассматриваемых

молекул, т. е.

производных

 

 

 

-wl

й

b ? d

( X X X I U 7 )

возьмем выражение для энергии (XXII, 12). Пусть в двух молеку­ лах с номерами t и Ґ рассматриваемые фрагменты первого окру­ жения связи вида и разновидности (Э/ 3j)uv. имеют номер r\t = 1 и r\r — 1. Координаты ф и ф' входят, очевидно, только в

ОДИН ЧЛЄН.Е(0), ИМеННО Euv\, И В ОДИН ЧЛЄН Ef \ ИМеННО В ЧЛЄН E'uvl.


Поэтому

£ І 0 ) (ф) =

WJvl

(Ф) +

const

(XXXII, 18)

£<9>(ф') =

^ 1 ( ф ' ) +

const

 

Действительно, при изменении

ф или ф' меняются

только рас­

стояния между парами ядер, стоящих через два ядра во фрагмен­

тах

первого окружения эквивалентных связей (Э/

3j)uv

в двух

рассматриваемых

молекулах.

 

 

 

Все интегралы,

зависящие от

межъядерных расстояний

таких

пар,

одинаковы для обеих молекул

и все они входят в член

Е'и(ф)

для

первой молекулы и в член E'Vu\ ( Ф О Д Л Я второй

молекулы. При

одинаковых

деформациях ф

и ф' все коэффициенты

Ра0 И Рац

остаются

равными

для всех соответствующих пар ядер,

входящих

в эквивалентные_фрагменты двух

рассматриваемых

молекул. По­

этому функции EuVi

(ф) и EuV\

(фО одинаковые функции ф и ф',

а следовательно

 

 

 

 

 

 

 

 

~-о^-)Л-^-1

 

(ХХХП',9)

Отсюда

вторые производные

от

£*0 ) по ф и от Ер

по ф' также

равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[-^Irbrh

 

(XXXII*20)

Рассмотрим теперь два рядом стоящих фрагмента

первого

окружения

связей

( Э А ч—* Э/1 )Н [ 0 1

и (Э/2 -<—>• Э/,)в

в

молекулах

с номерами t и Ґ. Перенумеруем фрагменты первого окружения связей в обеих молекулах так, чтобы указанные два фрагмента

разных видов

в обеих

молекулах

имели

номера

r\t

и r\t> в каж­

дом виде, равные

1. Обозначим

углы ф в этих фрагментах

для

первой молекулы

через фі и ф2, а для второй молекулы ф{

и Ф2

соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В выражениях

для Ё Т при

указанной

нумерации фрагментов

от ф[

будет

зависеть

только

член

.Ёи.о'ь

а

от

ф2

только

член

Eu\v\b

т. е.

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е? (Ф„ Ф2)

- 4 & 1

(Фі) +

<лі(<Р2) +

const

(XXXII, 21)

Точно

так же в Ef) от ф[ будет

зависеть только £ £ £ а от ф2

Т О Л Ь К О

£и,о'ь т.

е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

Ер

(ФІ, ф0

- Е $ л (ФО

+

Ри%

2)

+

const

 

(XXXII, 22)

Зависимости от ф, в (XXXII, 21) и от ц>[ в (XXXII, 22) будут одинаковы, зависимости І?^», от ф2 в (XXXII, 21) и от ф2 в (XXXII, 22) тоже будут одинаковы на основании сказанного выше.


Поскольку Е\0) распадается на два члена, каждый из которых зависит только от одной из двух координат фі или ф 2 , то

( d2£<°> \

(XXXII, 23)

На том же основании

(XXXII, 24)

т. е. и в этом случае смешанные производные по эквивалентным

парам координат для молекул с номерами t u t '

равны, но для

обеих молекул они равны нулю.

 

 

 

 

Мы рассмотрели случай, когда

координаты

фі

и

фг относятся .

к соседним фрагментам в молекуле

Мг , а ф{ и

ф 2

к

эквивалент­

ным соседним фрагментам в молекуле Mr -

 

 

 

Если фрагменты, к которым относятся ф) и фг (также ф{ и ф 2 ) ,

не соседние, то результат, очевидно, будет тот же, т. е. производ­

ные (XXXII, 23)

и (XXXII, 24) для несоседних фрагментов также

будут равны для двух молекул и равны нулю.

^Рассмотрим

теперь производные

(XXXII, 25)

.'для двух молекул ряда с номерами t и V.

Выше было показано, что если в молекулах с номерами t п Ґ имеются два эквивалентных фрагмента одного и того же вида и .

разновидности

(Э/

3 j ) „„ и

если

мы

 

занумеруем

их

в

обеих

молекулах

 

номером

I (для данного вида и разновидности),

то ко­

ординаты ф и ф ' этих фрагментов будут входить

в члены

EivU

Поэтому

для

получения

производных

(XXXII, 25)

нужно учи­

тывать в £/0 ) и Е(г

только

члены E'Jvu

Как

уже

было

указано,

зависимость

Еш

от ф для

молекулы

М* и от ф ' для

молекулы M f

одинакова

 

и

 

 

 

_

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

Вторые

производные вида (XXXII, 25), очевидно, будут

отличны

от нуля только для тех углов а и координат

г, от

которых за­

висит

Euvi

 

для

рассматриваемого

фрагмента

первой

молекулы

и такой

же

 

член

ElJv\

для

соответствующего

эквивалентного

фрагмента

 

второй

молекулы.

Каждому

 

а

во

фрагменте

связи

(Э/

Э/) uv

первой молекулы

соответствует а'

в

эквивалентном

фрагменте

 

второй молекулы. Зависимости

 

E'Jvi

О Т

а

для

первой

молекулы

и аналогичного члена

E'JV{

от

а'

для

второй

молекулы

будут

совершенно

одинаковы, так как

при

равных

деформациях


о и а ' все соответствующие интегралы для эквивалентных фраг­ ментов остаются равными, так же как и соответствующие коэф­

фициенты

Р а в

для

пар ядер. Поэтому для эквивалентных

внутрен­

них координат

а

и а ' в эквивалентных фрагментах (Э;

3j) u v

молекул

М* и

M r

очевидно, что

 

Совершенно аналогичные соображения приводят к равенству

где г и г' — эквивалентные

W J r l w I

(XXXIU8)

внутренние координаты для двух

эквивалентных

фрагментов ( Э / •*-> Э ^ ) и о в

молекулах M t

и

М^.

 

Рассмотрим теперь

производные

 

 

 

2Е™\

 

 

(d2Ef)

(XXXII, 29)

 

да

2

и

\

_,2

 

 

да

 

Это рассмотрение проведем в двух приближениях. Сначала рас­ смотрим такое приближение, когда при расчете Е{Р и учиты­ ваются только интегралы, относящиеся к группам ядер (парам, тройкам, четверкам), содержащим пары ядер, удаленные не далее

чем на одно ядро в цепи. Это значит, что из выражений для ЕиЪ (XXXII, 12) мы должны вычеркнуть члены, относящиеся к парам,

тройкам, четверкам ядер, которые были обозначены как

(Э, Э)",

(Э,Э,Э)", (Э,Э,Э,Э)", т. е. члены

в?*,,

в™,

в ^ д .

 

Тогда выражения для £f0)

и ^ у д о б н е е взять в форме (XXXII, 13)

40) = 2

Kt

Ei+

 

2

"uv

 

(хххіі.зо)

2

 

2 E"

 

1

ІГ1

 

Y<",IM,/"1

 

 

 

(для E{P нужно t заменить на

t').

 

 

 

 

 

 

Если члены effuv,

еяыоЛ

вычеркнуты из Еи0Ц{,

то из (XXXI, 73)

следует, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ^

=

8

^

 

 

(XXXII, зі)

и B'J содержит только

интегралы

и

коэффициенты Ра р, относя­

щиеся к паре ядер атомов Э 7

и Э у , образующих связь (Э7 -<—»-Эу )ц 0 ,

т. е. величины, непосредственно не зависящие

от

углов а.

 

Выделим в молекуле

М< фрагмент

первого

окружения

некото­

рого

атома вида Э/ и рассмотрим молекулу М*', в которой также

есть

атом вида Э/ и выделим фрагмент его первого окружения.

Припишем выделенным фрагментам номер

= 1 и | ^ = 1 в о б е и х

молекулах,

 


Во фрагментах первого окружения атомов вида Э ; в молеку­

лах

и N[f рассмотрим соответствующие валентные углы а и а'.

От углов а и а' будут зависеть только величины Е[ в выраже­ ниях (XXXII, 30) для Ер и Ег\ причем так как эти величины Е\ и в Ef\ и в Ер совершенно одинаково зависят первая от угла а, а вторая от угла а', то, очевидно, в рассматриваемом приближе­ нии для молекул М* и М І ' будет

 

д2ЕР]

 

24?>

 

 

 

 

 

 

 

да2

є

 

 

 

 

(XXXII, 32)

 

V да

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Такой результат получается только, если величины

effuv,

 

е ^ ,

8у7ыоЛ > входящие в выражения

для

ЕЦ,

приравниваются

нулю.

Если этого упрощения не делать,

легко сообразить, что

равенство

(XXXII, 32)

осуществляться не

должно.

 

 

 

 

 

 

Действительно, рассмотрим

выделенные

в

двух

молекулах

М* и M f

фрагменты первого

окружения

соответствующих

атомов

вида Э/, занумерованных в обеих молекулах номером

1.

В

каж­

дом из этих фрагментов центральный

атом

вида

Э 7 образует

ка­

кое-то число связей с атомами его первого окружения так, что каждой связи атома Э/ во фрагменте молекулы Mt соответствует связь атома Э/ во фрагменте молекулы М^, причем эти две соот­ ветствующие друг другу связи в выбранных фрагментах одина­

ковы по типу и по первому

окружению

 

участвующего

в них

атома Э/:

 

 

 

 

 

Фрагмент первого окружения

Фрагмент

 

первого окружения

атома вида Э/ молекулы

М(

атома вида

Зі молекулы

M f

/ Э

'

/ Э '

.

(XXXII, 33)

 

- С

 

- С

 

 

 

Например, на схемах (XXXII, 33) изображены два эквивалентных фрагмента первого окружения атомов вида / молекул М< и М.?. Связи Э; — В\^ в обоих фрагментах одного типа и имеют одина­ ковое первое окружение со стороны атома Э7 . Но окружение связей Э; — В\^ со стороны атома В не определено, т. е. эти связи

в обоих фрагментах могут быть разных видов. Также и связи

Э]—А^ в обоих фрагментах одного типа, но могут быть разных

видов. Если мы рассматриваем во фрагментах эквивалентные углы а и а', показанные на схемах (XXXII, 33), то эти углы вхо­ дят в выражениях для ЕР и Ер вида (ХХХЦ,30) в члены £•(