Уравнение (12) является общим решением уравнения (10). Конкретное его решение состоит в нахождении значений с1 и с2 и далее по ψ± приближенного значения энергии Е±. Искомую ψ-функцию выбирают с помощью вариационного метода
, которые дает
с1 = ± с2 и ψ± = ψІ + ψІІ.
Функция ψ+ = φа(1)∙φb(2) + φа(2)∙φb(1), не изменяющая знак при перестановке электронов, называется симметричной
. Меняющая знак функция ψ- = φа(1)∙φb(2) – φа(2)∙φb(1), называется асимметричной.
Выражение для энергии, которая отвечает функции ψ±, имеет вид:
, (13)
Уравнение (13) показывает, как должно изменяться значение полной энергии для симметричной и асимметричной функции. Величины J, K и S обозначают три интеграла:
1) кулоновский интеграл
J
выражает энергию взаимодействия зарядов при отсутствии обмена электронов между ядрами:
,
где можно рассматривать как члены гамильтониана, выражающие взаимодействие между атомами;
2) обменный интеграл К
характеризует уменьшение энергии системы, связанное с обменом электронов местами:
;
3) интеграл перекрывания
S
отвечает перекрыванию волновых функций соединяющихся атомов:
Сравнением величин интегралов можно показать, что на расстоянии
R = r0 |К|>>|J| (при этом обе величины отрицательны). S ≈ 0,6, а решение уравнения (13) дает два значения энергии Е+ < 2Е0 и Е- > 2Е0. Следовательно, образование химической связи
(минимум энергии Е+) характеризуется функцией ψ+.
Вид волновой ψ-функции каждого электрона зависит только от трех квантовых чисел n, l, m. Очевидно, электроны в молекуле, состояние которых описывается симметричной ψ+-функцией, должны иметь различные спиновые квантовые числа –
их спины противоположно направлены, или антипараллельны.
Наоборот, ψ--функция отвечает состоянию электронов с одинаково направленными или параллельнымиспинами.
Таким образом, метод ВС приводит к выводу, что основное значение при образовании химической связи имеет обменное взаимодействие зарядов, удовлетворяющее условию антипараллельности спинов электронов.
Метод ВС позволяет решать ряд задач, связанных с изучением молекул. С его помощью получены ценные сведения о строении и свойствах бензола и его соединений, некоторых многоатомных молекул ионов. Используемые в методе валентные схемы наглядны и близки к классическим химическим формулам. Однако, составляющий основу метода принцип обязательного спаривания электронов с антипараллельными спинами справедлив лишь для S-электронов. С точки зрения метода ВС невозможно понять свойства парамагнитных молекул (например, О2), свойства многих сопряженных и ароматических систем, а также большинства неорганических молекул. Встречаются немалые трудности и при решении других задач.
Характеристика абсорбционных методов очистки отходящих газов от примесей кислого характера
Грандиозные
масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным
преобразованиям в мире – созданию мощного промышленного и сельскохозяйственного
потенциала, широкому ...
Новые материалы на основе полимерных нанокомпозитов
Сейчас с уверенностью можно
утверждать, что одним из наиболее перспективных, а также многообещающих
направлений развития современной науки является нанотехнология. Исходя из самого
названия ...
Принципы планирования аудита
Планирование аудита аудиторской организации включает в себя три основных этапа:
• предварительное планирование аудита;
• подготовку и составление общего плана аудита;
• подг ...