Метод МО начал разрабатываться в 30-х годах ХХ века в работах ряда ученых (Гунд, Малмекен и др.). В этом методе каждый электрон рассматривается движущимся в поле всех электронов и всех ядер молекулы. Как и в других методах квантовой химии при этом используется одноэлектронное приближение, согласно которому каждый электрон описывается отдельной волновой функцией, а из них составляется полная волновая функция молекулы. Одновременно учитывается адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера
; движение электронов молекулы ввиду относительной замедленности колебательных движений массивных ядер рассматривается в поле фиксированных ядер.
Для построение молекулярных орбиталей используется вариант метода, называемый линейной комбинацией атомных ордиталей – молекулярные орбитали (ЛКАО – МО)
. В его основе лежит способ получения одноэлектронных молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Если по-прежнему для двухатомной молекулы (например, Н2) обозначить волновые функции атомов φа и φb (атомные орбитали), то в общем виде их линейные комбинации будут описывать движение каждого электрона в молекуле следующим образом:
,
где і – номер МО;
j – номер АО;
сj – изменяемые параметры, учитывающие долю каждой из суммируемых орбиталей (находятся из условия минимума энергии).
Далее в методе МО допускается, что волновая функция, описывающая состояние многоатомной молекулы, может быть представлена как произведение волновых функций одноэлектронных МО:
ψI = ψ1ψ2 = [φa(1) + φb(1)] [φа(2) ∙ φb(2)].
Таким образом, состояние молекулы Н2 в методе МО определяется совокупностью ряда слагаемых:
ψI = φa(1)∙φb(2) + φа(2)∙φb(1) + φа(1)∙φа(2) + φb(1)∙φb(2)
Сравнение последнего соотношения с применявшимися в методе ВС функциями ψ± показывает, что в методе МО волновая функция ψI отличается третьим и четвертым членом. Оба эти члена характеризуют случаи, когда два электрона находятся либо у одного, либо у другого ядра, т.е. соответствуют ионным состояниям молекулы На- – Нb+ и На+ – Нb-. В действительности роль таких состояний в характеристике МО невелика и составляет около 6 % от энергии обменного взаимодействия, которым определяется ковалентная связь.
Последующие расчеты в методе МО, как и в методе ВС, направлены на определение энергии системы. Здесь так же, как и в методе ВС, получают два значения (уровня) энергии. Первый уровень отвечает соединению атомов и образованию химической связи, поэтому первая орбиталь называется связывающей
. Второй уровень характеризует отталкивание, и соответствующая орбиталь называется разрыхляющей
. Схема образования химической связи в молекуле Н2 в методе МО изображена на рис. 2.
Рис. 2. Схема образования ковалентной связи в Н2.
На рисунке показано, что образование химической ковалентной связи происходит за счет спаривания двух электронов с противоположной ориентацией спинов. Ячейка, соответствующая состоянию этих электронов, расположена ниже ячеек АО, так как энергия МО ψІ меньше, чем у исходных АО. В то же время энергия МО ψІІ больше и ячейка свободна от электронов. При возбуждении молекулы и появлении на верхней МО так называемых разрыхляющих электронов система распадается на отдельные атомы.
Для составления схем образования химических связей более сложных молекул необходимо руководствоваться рядом положений. Во-первых, принцип построения АО повторяет картину заполнения электронных оболочек в атомах. В соответствии с принципом Паули и правилом Гунда заполнение электронами начинается с низшей АО.
В образовании химической связи участвуют лишь валентные электроны. Во-первых, число МО в сложной молекуле увеличивается пропорционально числу атомов в молекуле. В общем случае при использовании NАО образуется NМО. Из них всегда N/2 является связывающими МО и N/2 – разрыхляющими МО. Кратность связи устанавливается избытком числа связывающих электронов (т.е. разностью между количеством связывающих и разрыхляющих электронов), поделенной на 2.
Смотрите также
Техника выполнения внутривенных вливаний и новокаиновых блокад
Для внутривенной инъекции чаще всего используют одну из вен локтевого сгиба.
Инъекции производят в положении больного сидя или лежа. Разогнутую руку
помещают на стол, кверху локтевым сгибом (под лок ...
Как повысить устойчивость к болезням
Почему так важно повысить свою
устойчивость к болезням, т.е. принять меры для укрепления своей иммунной
системы? Существует зависимость между уровнем стресса и иммунной функцией
организма: длительн ...
Чистка зубов
Зубные щетки
Натуральная щетина
Искусственное волокно
Имеет срединный канал
Щетина с заусенцами,
поверхность ребристая
Конец щетины при
обработке ...
Профилактика
важно помнить ...
Диагностика
важно знать ...
Лечение
важно не упустить ...
Gaudeamus igitur, Juvenes dum sumus!
Post jucundam juventutem, Post molestam senectutem. Nos habebit humus.