Адиабатическое приближение

При квантовомеханическом исследовании свойств молекул и твердых тел приходится рассматривать системы, состоящие из электронов и атомных ядер. Так как атомные ядра в десятки и сотни тысяч раз тяжелее электронов, то в среднем они движутся значительно медленнее электронов. В связи с этим возникает возможность приближенного исследования свойств молекул и твердых тел, считая в нулевом приближении ядра покоящимися, а в последующих приближениях учитывать движение ядер методами теории возмущений. Такое приближенное рассмотрение носит название адиабатического приближения.

УШ для системы частиц имеет вид

(1)

(2)

Решение уравнения (1) будем искать в виде произведения двух функций

(3)

функция координат электронов, функция координат ядер

Разделение переменных. Предполагаем, что ВФ, зависящая от координат электронов, может содержать координату ядер как параметры, которые мы считаем за const

(4)

Таким образом адиабатическое приближение позволяет УШ для молекулы разбить на два уравнения:

(5)

(6)

(5)-УШ для ядер, (6)- УШ для электронов. Для 2-хатомных молекул величина необходимо рассматривать как энергию связи атомов в молекулах.

Основные виды химической связи

Химические свойства электронов также как и оптические свойства определяются электронами внешнего слоя, которые могут содержать только оболочки, поэтому закономерности лежат в основе оптической периодичности. Также надо отметить, что химические свойства проявляются не у изолированного атома, а при наличии нескольких атомов, образовывающих молекулу.

Электроны внешних слоев почти не оказывают влияние на внешние процессы, т.к. они меньше связаны с ядром , поэтому энергия при связи атомов меньше, чем энергия связи электронов внутренних слоев. Существует 2 типа химической связи: гомеополярная (атомная, спиновая, ковалентная) и ионная (гетерополярная).

Ионная связь характерна для неорганических солей. Эти соли построены из положительных и отрицательных ионов, между которыми имеет место электрическое кулоновское притяжение, удерживающее атомы в молекуле. Соединения этого типа называются гетерополярными.

Гомеополярными называются молекулы, которые образуются не из ионов, а из непосредственно нейтральных атомов. Простейшая молекула водорода . Подобные молекулы носят название гомеополярными или атомные. Первая попытка построить теорию связей принадлежала Кассилю.

В основе его теории была положена замкнутость восьми электронных слоёв атомов инертных газов, не обладая никакой валентностью. Действительно, анализ экспериментальных данных показал, что химические свойства атомов определяются конфигурацией внешних электронных оболочек атомов. Атомы благородных (инертных) газов не вступают в основное состояние в химических соединениях, имеют в этом состоянии полный запас электронной оболочки. Внешние электронные слои наших атомов соответствуют электронной конфигурации . Образование ионов связано с перестройкой электронной оболочки атомов, вступающих в химическое соединение. Электрон или несколько электронов одного атома переходят к другому атому. Таким образом, чтобы образовывались ионы, имеющие устойчивую электронную конфигурацию, близкую к структуре инертных газов такая перестройка осуществляется в том случае, когда она связана с выделением энергии.

Валентность атома в молекуле с ионными связями определяется числом электронов, которые он отдает другим атомам, однако ярко выражены металлами, поэтому ионную связь невозможно объяснить, исходя только из этой теории. Химическая связь наблюдается и между одинаковыми атомами.

Для исследования физической природы химической связи, в частности гомеополярной, рассмотрим молекулу водорода.