Теоретическая трактовка водородной связи?

Я хотел бы понять, как можно описать водородную связь с помощью уравнения Шредингера. Мне не нужны численные методы, которые можно использовать для моделирования, скорее мне нужна его обработка с теоретической точки зрения, которая также может показать вероятность того, что электрон будет вращаться вокруг первого и второго атома, я искал в Интернете, но не смог найти любое лечение, которое показывает, что я упомянул. Может ли кто-нибудь предложить объяснение?

Молекула явно не является интегрируемой — аналитически решаемой — системой, поэтому не стоит ожидать компактных точных формул без каких-либо численных расчетов. Можно еще многое сказать о приближенных способах представления волновой функции, относительных спинах двух электронов и так далее.
@Luboš: Да, я знаю это, но мне нужно лечение, которое направлено на извлечение некоторых «поведенческих» свойств, а не на количественное моделирование само по себе ...
Что ж, если вы понимаете, что это будет охватывать только качественные свойства, попробуйте, например, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/molecule/hmol.html .
Хорошие иллюстрации, спасибо, в любом случае мне нужно более подробное рассмотрение ... как я читал, Лондон давно сделал несколько простых предположений, которые заставили его рассчитать с помощью уравнения Шредингера расстояние между атомами в ЧАС 2 молекула и энергия связи, такая вещь будет очень кстати.
Лучше просто задать прямой вопрос, например: «Как можно понять водородную связь, используя уравнение Шредингера?» В большинстве случаев (включая этот) вы не должны просто запрашивать рекомендации, это ограничивает количество ответов, которые могут дать люди. Я отредактировал ваш вопрос, чтобы показать, что я имею в виду, но не стесняйтесь вносить дополнительные изменения, если хотите.
Нет проблем, я просто подозреваю, что это короткая вещь, которую кто-то может переписать здесь, для этого я попросил ссылку.

Ответы (2)

Во-первых, водородная связь не является связью в молекуле водорода. Водородная связь — это еще один вид связи.

Во-вторых, химическая связь не может быть описана одним только уравнением Шредингера, потому что это уравнение описывает только изолированные системы , а атом в молекуле может быть чем угодно, только не изолированным!

Молекула водорода тривиальна, в ней всего два атома, и они идентичны; следовательно, связь должна быть более или менее абстрактной «линией», соединяющей оба ядра, но формализм Шредингера говорит немного больше. Где начинается один атом и заканчивается другой? На каком расстоянии связь разрывается? Что происходит с более сложными молекулами, такими как циклогексан? Вы решаете уравнение Шредингера для всей молекулы, но не получаете никакой связи. Связан ли углерод 1 с углеродом 2? к углероду 4? Где заканчивается атом углерода и начинается атом водорода? Уравнение Шредингера не может ответить ни на что из этого.

Традиционный квантово-химический подход начинается с классической химической теории, которая уже дает связи (классическая химическая теория уже говорит вам, что углерод 1 в циклогексене связан только с углеродами 2 и 6), а затем использует эту химическую информацию, чтобы переписать решения для уравнение Шредингера (например, с использованием локализованных орбиталей) для имитации теории химической связи. Но все это беспорядок, потому что вам нужна классическая теория, чтобы интерпретировать/переписать квантовые решения для всей молекулы; более того, в этом подходе орбитали не наблюдаемы, а атомы даже не определены.

Современный квантово-химический подход начинается с обобщения Швингером квантовой механики на открытые системы . И использует этот формализм для строгого (и элегантного) определения атомов и их связей. Эта теория представляет собой теорию атомов в молекулах или теорию AIM, разработанную Бейдером и его сотрудниками. Атом определяется как собственная квантовая открытая система. Еще одним преимуществом является то, что AIM работает с электронными плотностями, которые могут быть получены другими методами (включая экспериментальные измерения) вместо работы с ненаблюдаемыми волновыми функциями.

Используя теорию AIM, вы можете ab initio предсказать , что углерод 1 в циклогексене связан только с углеродами 2 и 6, не требуя предварительного знания классической химической теории. Теория также дает полную характеристику вида связи с точки зрения набора топологических показателей, а также дает атомарные свойства. Ее можно считать правильной квантово-химической теорией.

Недавно было показано, что теория AIM связана с «потенциалом» Бома. Конкретно было показано, что «потенциал» Бома дает, по существу, ту же топологию, симметрию и химическую реакционную способность, что и лапласиан Бейдера для ЧАС 2 О и другие молекулы. Для объяснения этой тесной связи между подходами Бейдера и Бома см. Раздел 8 этой работы .

Я знаю, что этот вопрос старый, но для всех, кто наткнется на этот пост: теория Бейдера и все потенциальные теории Бома противоречивы и определенно не получили широкого признания в сообществе квантовой химии. Уравнение Шрёдингера, безусловно, может описывать водородные связи. Единственная проблема заключается в том, что очень точные методы требуют больших вычислительных ресурсов. Вы можете взглянуть на эту статью pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz101245s , где (хорошо принятые) теории связанных кластеров и возмущений предсказывают кластеры воды с водородными связями.
@Goku Теории связанных кластеров и возмущений - это всего лишь численные методы решения уравнения Шредингера. Затем численные решения интерпретируются или анализируются с использованием некоторой химической теории (Бейдера или какой-либо другой), которая определяет атомы и связи. Теория Бейдера довольно стандартна в основной химической литературе со стандартными пакетами вычислительной химии, такими как Gaussian, автоматически выполняющими анализ Бейдера .
@Goku Похожие мысли о теории Бома, которая сегодня считается одной из распространенных интерпретаций квантовой теории .
@juannrga Хорошо, честно говоря, я признаю, что анализ заряда Бейдера довольно стандартен и используется серьезными исследователями. Однако причина этого в том, что не существует единого удовлетворительного определения заряда атома в молекуле (вот почему гауссовский также делает, например, населенности Малликена). Но, за исключением этого аспекта работы Бейдера, все остальное в основном представляет собой собственное понимание физики Бейдером, и оно не получило широкого признания. Кроме того, методы волновой функции (которые, похоже, так не нравились Бейдеру) предсказывают плотности, которые согласуются с экспериментальными наблюдениями.
А что касается теории Бома, то единственное место, где я видел ее применение к химии, — это вызывающая споры книга Яна Бойенса «Новые теории химии». Его теория приводит к результатам, противоречащим эксперименту (например, Т-образная ЧД). 3 молекула) и другие части книги посвящены спорным идеям, таким как квазинумерологический подход к ядерной химии и альтернативная специальная теория относительности. В любом случае, мы не должны начинать здесь дискуссию, но ОП должен знать о разных точках зрения ....
Обвинения @Goku Bader - лишь малая часть теории Bader. Более того, бейдеровские заряды строго выводятся из плотности электронов с помощью КМ открытых систем, тогда как старые заряды Малликена являются лишь формальными зарядами, полученными произвольным специальным образом из ненаблюдаемых волновых функций. Эта двусмысленность порождает различные заряды Малликена (нетто, брутто...) и их отсутствие - известные нефизические результаты...
@Goku Я не знаю, что делает Бойенс, но, как объяснялось выше, теория Бома - это КМ, и она дает те же экспериментальные результаты, что и любая другая формулировка КМ: девять формулировок квантовой механики.

Следующие ссылки содержат относительно полное рассмотрение водородных связей между двумя атомами кислорода -OH...O- с использованием дифференциальных уравнений, основанных на квантовом гармоническом осцилляторе:

  1. Самосогласованная модель Эйнштейна и теория ангармонических поверхностных колебаний. I, Успехи теоретической физики, Vol. 58, № 3, сентябрь 1977 г. Такео МАТСУБАРА и Кенджи КАМИЯ.
  2. ИЗОТОПНЫЙ ЭФФЕКТ КОЛЕБАНИЙ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ В ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ, Теоретическая и экспериментальная химия, Том 35, № 6, 1999 г. Рожков С.С., Шадчин Е.А., Сиренко С.П.
  3. Даль, Дж. П., и Спрингборг, М. (1988). Осциллятор Морзе в пространстве положений, импульсном пространстве и фазовом пространстве. Журнал химической физики, 88(7), 4535-4547.
  4. ПЕРЕНОС ПРОТОНА И КОГЕРЕНТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУРАХ С ВОДОРОДНЫМИ СВЯЗЯМИ, Успехи химической физики, Том 125, В. В. КРАСНОГОЛОВЕЦ, П. М. ТОМЧУК, С. П. ЛУКЬЯНЕЦ.

Все они в значительной степени превратились в численное моделирование, однако во всех этих работах можно оценить лежащее в основе уравнение Шредингера.

PS Если кто-нибудь знает хорошую статью о водородной связи в спирали Немети, пожалуйста, напишите ссылку.

Теоретическая трактовка водородной связи?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v