Книга: Цирельсон В. Г. «Квантовая химия»

Серия: "Учебник для высшей школы"

Изложены теоретические основы квантово-химических методов расчета молекул, молекулярных систем и твердых тел, а также современные воззрения на химическую связь и межмолекулярные взаимодействия. Рассмотрены способы интерпретации результатов квантово-химических расчетов и методы расчета свойств химических веществ. Материал, необходимый как химику-исследователю, так и химику-технологу для практической работы в условиях современных наукоемких производств, представлен в доступной форме с широким привлечением иллюстраций.
Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей химических факультетов классических, педагогических и технологических университетов, а также для широкого круга специалистов в различных областях химии, физики, биологии и материаловедения.

Содержание:

ПРЕДИСЛОВИЕ...... 7 ВВЕДЕНИЕ...... 9 СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ...... 14 Глава 1. ОТ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ К КВАНТОВОЙ...... 19 1. 1. Классическое описание структуры и динамики молекул...... 19 1. 2. Механическая модель молекулы...... 30 1. 3. Классические молекулярные системы...... 45 1. 4. Основные положения квантовой механики...... 51 1. 5. Атом водорода...... 62 Вопросы для самопроверки...... 80 Библиографический список...... 81 Глава 2. МНОГОЭЛЕКТРОННЫЕ АТОМЫ...... 82 2. 1. Вариационный принцип и решение уравнения Шредингера...... 84 2. 2. Одноэлектронная модель...... 90 2. 3. Метод самосогласованного поля...... 92 2. 4. Атомные орбитали...... 95 2. 4. 1. Радиальные части атомных орбиталей...... 95 2. 4. 2. Угловые части атомных орбиталей...... 98 2. 5. Принцип Паули и структура многоэлектронной волновой функции...... 104 2. 6. Одноэлектронные уравнения в многоэлектронной теории...... 107 2. 6. 1. Метод Хартри—Фока...... 107 2. 6. 2. Метод Кона—Шэма...... 115 2. 7. Электронная структура и свойства многоэлектронных атомов...... 119 2. 7. 1. Атомные электронные конфигурации и термы...... 119 2. 7. 2. Оболочечная модель атома...... 122 2. 7. 3. Химическая трактовка решений одноэлектронных уравнений...... 128 Вопросы для самопроверки...... 136 Библиографический список...... 137 Глава 3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОЛЕКУЛ...... 139 3. 1. Приближение Борна—Оппенгеймера. Молекулярная структура...... 140 3. 2. Одноэлектронные уравнения для молекул...... 148 3. 2. 1. Метод Хартри—Фока...... 148 3. 2. 2. Приближение МО ЛКАО. Уравнения Рутана...... 151 3. 3. Учет электронной корреляции в орбитальных моделях...... 155 3. 3. 1. Разложение по конфигурациям...... 158 3. 3. 2. Теория возмущений...... 163 3. 3. 3. Метод связанных кластеров...... 166 3. 3. 4. Метод валентных схем...... 168 3. 4. Метод Кона—Шэма для молекул...... 172 3. 5. Иерархия расчетных методов квантовой химии...... 187 3. 6. Неэмпирическая квантовая химия...... 189 3. 6. 1. Базисные функции для неэмпирических расчетов...... 189 3. 6. 1. 1. Аналитические базисные функции...... 189 3. 6. 1. 2. Атомные базисные наборы...... 193 3. 6. 1. 3. Молекулярные базисные наборы Попла...... 195 3. 6. 1. 4. Другие базисные наборы...... 196 3. 6. 2. Многоуровневые экстраполяционные расчетные схемы...... 198 3. 6. 3. Точность неэмпирических квантово-химических расчетов молекул...... 199 3. 7. Полуэмпирическая квантовая химия...... 208 3. 7. 1. Полное пренебрежение дифференциальным перекрыванием...... 211 3. 7. 2. Принципы параметризации полуэмпирических методов...... 213 3. 7. 3. Методы, использующие частичное пренебрежение дифференциальным перекрыванием...... 215 3. 7. 4. Разделение &# 963;- и &# 960;-электронов. &# 960;-Электронное приближение...... 219 3. 7. 5. Метод Хюккеля...... 220 Вопросы для самопроверки...... 228 Библиографический список...... 229 Глава 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МОЛЕКУЛАХ. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ...... 232 4. 1. Силовой и энергетический аспекты описания химической связи...... 233 4. 1. 1. Теоремы о силах...... 236 4. 1. 2. Теорема вириала...... 237 4. 1. 3. Общий взгляд на природу химической связи...... 239 4. 2. Орбитальная картина химической связи...... 242 4. 2. 1. Интерференция орбиталей...... 242 4. 2. 2. Молекулярные орбитали и их классификация...... 246 4. 2. 3. Электронные конфигурации двухатомных молекул...... 250 4. 2. 4. Анализ заселенностей орбиталей...... 259 4. 3. Пространственное распределение электронной плотности...... 264 4. 3. 1. Деформационная электронная плотность...... 264 4. 3. 2. Квантово-топологическая теория атомных взаимодействий...... 269 4. 4. Силы в молекулах...... 292 4. 5. Распределение энергии в молекулах...... 297 4. 6. Дырка Ферми как характеристика химической связи...... 302 4. 7. Многоатомные молекулы...... 305 4. 7. 1. Локализация и гибридизация орбиталей...... 307 4. 7. 2. Модели локализации электронов...... 313 4. 7. 3. Химическая связь в координационных соединениях переходных металлов...... 320 4. 7. 4. Эффект Яна—Теллера и структура молекул...... 329 4. 8. Характеристики молекул, зависящие от распределения заряда...... 332 4. 8. 1. Заряды на атомах...... 332 4. 8. 2. Дипольные и квадрупольные моменты молекул...... 335 4. 8. 3. Молекулярный электростатический потенциал...... 339 Вопросы для самопроверки...... 345 Библиографический список...... 346 Глава 5. НЕВАЛЕНТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМАХ...... 349 5. 1. Квантово-химический анализ межмолекулярных взаимодействий...... 351 5. 1. 1. Метод супермолекулы...... 351 5. 1. 2. Методы теории возмущений...... 358 5. 2. Донорно-акцепторные молекулярные комплексы...... 363 5. 3. Водородная связь...... 367 5. 4. Гибридные методы квантовая механика/молекулярная механика...... 384 Вопросы для самопроверки...... 389 Библиографический список...... 390 Глава 6. ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ...... 393 6. 1. Одноэлектронные волновые функции в бесконечных периодических кристаллах...... 394 6. 1. 1. Трансляционная симметрия кристалла...... 394 6. 1. 2. Электрон в периодическом поле кристалла...... 396 6. 2. Методы расчета волновых функций в кристаллах...... 406 6. 2. 1. Бесконечные периодические кристаллы...... 406 6. 2. 2. Кластерные модели твердых тел. Неидеальные кристаллы...... 421 6. 3. Электронное строение полимеров...... 430 Вопросы для самопроверки...... 434 Библиографический список...... 435 Глава 7. ВВЕДЕНИЕ В КВАНТОВУЮ ХИМИЮ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ...... 438 7. 1. Задачи квантовой и вычислительной нанохимии...... 438 7. 2. Фуллерены, фуллериты и углеродные нанотрубки...... 442 7. 3. Квантовая наноэлектроника...... 455 7. 4. Квантовый позиционно-контролируемый наномеханосинтез...... 462 7. 5. Сканирующая зондовая микроскопия как инструмент квантовой химии...... 465 Вопросы для самопроверки...... 474 Библиографический список...... 474 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОСТОЯННЫЕ И ПЕРЕВОДНЫЕ МНОЖИТЕЛИ ДЛЯ ЭНЕРГИИ...... 476 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ МАТЕМАТИКИ...... 478 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА МОЛЕКУЛ, МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ...... 482 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА...... 485 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ...... 488

Издательство: "БИНОМ. Лаборатория знаний" (2014)

ISBN: 9785996323623