Квантовая химия в примерах

Игорь А. Мерзляков

В первой книге серии «Путешествие в квантовую механику» были рассмотрены основные положения, связанные с общим аналитическим решением уравнения Шрёдингера. На данном этапе, не прибегая к помощи компьютера, мы научимся прогнозировать кристаллические структуры, молекулы, а также химические реакции.

© Игорь А. Мерзляков, 2023

ISBN 978-5-4498-2768-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

1. Введение

В основу методики, разобранной в этой книге, было положено общее аналитическое решения уравнения Шрёдингера, с помощью которого можно описать явления и процессы, происходящие на уровне мельчайших взаимодействий.

Термин «кристаллография» впервые был предложен швейцарским ученым Капеллером в 1723 году. На сегодняшний день исследователи, работающие в области кристаллографии, продолжают изучать симметрии в структурах химических веществ, пытаясь решить в общем виде задачу «компактной упаковки шаров». Исходя из условий данной задачи, шары необходимо поместить в ящик. Вместе с тем свободное пространство, существующее между рассматриваемыми геометрическими фигурами, должно быть минимальным. Цель научных исследований, направленных на решение поставленной задачи, состоит в том, чтобы выделить основные типы кристаллических структур. Часто для неоднородных структур остаётся открытым вопрос о диаметрах шаров и размерах упаковки, куда они помещаются, поскольку именно диаметр определяет вид атома, а линейные размеры упаковки дают информацию о будущих свойствах кристаллической решётки.

В данной работе мы рассмотрим ряд методов, с помощью которых возможно прогнозировать кристаллические и молекулярные структуры, а также предсказывать процессы, связанные с возникновением и протеканием химических реакций. На последней стадии моделирования того или иного химического соединения нам останется лишь с заданной точностью определить параметры окружающей среды, в которой может образоваться исследуемое вещество на практике. Если полученную квантовую систему не удастся обосновать теоретически, тогда рассматриваемую кристаллическую решётку или молекулу нельзя будет синтезировать в природе.