Квантовая химия. Введение - Фларри Р.
Скачать (прямая ссылка):
Важная особенность книги — последовательное использование методов теории групп. При этом автор вполне обоснованно не тратит много времени на формальную теорию и излагает ее необходимые элементы в тех разделах, где они непосредственно требуются. В частности, элементы теории групп вращений обсуждаются вместе с теорией вращательных спектров молекул и теорией электронного строения атомов. В заключительной главе книги теория групп используется при рассмотрении механизмов химических реакций в связи с обобщением правил Вудворда — Хоффмана. Достаточную и
6
Предисловие редактора перевода
вполне современную информацию книга дает о применении квантовой химии к анализу молекулярных спектров различных типов. Она позволяет ознакомиться с существующими расчетными методами, хотя детали неэмпириче-скнх и даже полуэмпирических методов в ней умышленно опущены, чтобы не загромождать изложение.
Эту книгу можно рекомендовать студентам-химикам не только как введение в квантовую химию, но и как пособие по курсам теории строения вещества, теоретической органической и неорганической химии и спектроскопии молекул. Материал книги может быть также использован преподавателями вузов для составления спецкурсов; кроме того, он может дать представление об уровне преподавания квантовой хнмин в США.
Перевод гл. 1—3, 6—8, 13, 16—18 и приложений выполнен Э. Д. Германом, гл. 4, 5, 9—12, 14 н 15 — Е. Л. Розенбергом.
А. Бродский
ПРЕДИСЛОВИЕ
Людям свойственно объяснять все явления на основе знаний, накопленных в прошлом. В древности эту потребность люди выражали в изощренных мифах, в которых разные боги, обладающие человеческими чертами, управляли судьбами людей. В современной науке разрабатываются основанные на имеющемся опыте модели для объяснения, по аналогии, явлений, которые мы не в состоянии понять, исходя из первых принципов. Эти модели могут быть самыми разными—к ним относятся и довольно нечеткие, общие представления, и физические модели, и, наконец, стройные математические теории. Но какую бы форму ни принимали, все они отражают попытки заполнить пробелы в наших фундаментальных знаниях. Хорошая модель должна удовлетворять двум требованиям: во-первых, давать возможность самому автору модели понять рассматриваемое явление, а во-вторых, сделать это объяснение доступным для других.
Квантовая механика дает математическую модель для описания химии иа атомно-молекулярном уровне. Большинство представлений, используемых для объяснения важнейших особенностей структуры атомов н молекул, опирается на математический аппарат, известный или легкодоступный каждому химику. Вместе с тем попытки «концептуализации» квантовой механики быстро приводят к проблемам, которые нельзя смоделировать на основе прошлого опыта. Ведь этот опыт основан на механике Ньютона, применимой к макроскопическим объектам, а не на квантовой механике, описывающей микроскопические объекты.
Данная книга является элементарным введением в квантовую механику атомов и молркул. т. е. квантовую химию, и рассчитана на математическую подготовку химиков — старшекурсников или аспирантов. В ней встречаются и несколько менее известные математические понятия, ио вводится совсем немного физических или концептуальных моделей. Главная цель, преследуемая этой книгой, — ознакомить с основами квантовой химии, и прежде всего с ее применениями к проблеме химической связи и спектроскопии. Другая цель — подготовить студентов к прохождению курсов по современной неорганической и органической химии, а также к более углубленному изучению квантовой теории.
Охватываемый материал является в целом довольно традиционным, ио имеет и некоторые особенности. Поскольку качественные объяснения могут привести к неверным представлениям, ряд тем, которые нередко рассматриваются во вводных курсах на качественном уровне, здесь изложены подробнее (например, принцип Паули). В то же время при изложении других тем (как, например, решение радиального уравнения Шредингера для атома водорода) мы сочли возможным ограничиться формальным подходом. В подобных случаях мы отсылаем читателя к изданиям, в которых содержится более полное изложение вопроса. Простые применения формальных представлений даются не только в основном тексте, но и в задачах, завершающих каждую главу. Часть этих задач требует прямого проведения математических выкладок, поскольку именно конкретные приложения позволяют многим студентам понять необходимость их проведения. Навряд ли студенты окажутся в состоянии повторить все математические выкладки при первом ознакомлении с материалом. Это смогут сделать только те, кто захочет пройти более углубленные курсы.
Уже в первых главах излагаются два основных способа описания, принятые в квантовой механике и предложенные Гейзенбергом и Шредингером. Это дает возможность студентам понять смысл различных матриц, которые обычно используются в квантовохимнческих расчетах.
Теория групп излагается и используется по мере необходимости в ее применении, а не в отдельной главе (как это делается в тех учебниках, где
