Квантовая химия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Ква́нтовая хи́мия находится на стыке химии и квантовой физики. Она занимается рассмотрением химических и физических свойств веществ на атомарном уровне.

Квантовая химия - это направление химии на основе квантовой механики рассматривает строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций. Из-за сложности объектов применяют приближенные методы расчета. С квантовой химией неразрывно связана компьютерная химия - дисциплина использующая математические методы для расчета молекулярных свойств, амплитуды вероятности нахождения электронов в атомах, симуляции молекулярного поведения.

Чёткое разделение квантовохимических и физических вопросов не всегда возможно, поскольку технически квантовая химия является адаптацией квантовой механики под химические нужды.

Общие сведения

Основной задачей квантовой химии является решение уравнения Шредингера и его релятивистского варианта (уравнение Дирака) для атомов и молекул. Уравнение Шредингера решается аналитически для простейших случаев: гармонический осциллятор, одноэлектронная система. Молекулярные системы содержат большое количество взаимодействующих электронов. К сожалению, для таких систем не существует аналитического решения уравнения, и, по всей видимости, оно не будет найдено и в дальнейшем. По этой причине в квантовой химии приходится строить различные приближённые, обычно численные или получисленные решения. Из-за быстрого роста сложности поиска решений с ростом сложности системы и требований к точности расчёта, возможности квантовохимических расчётов сильно ограничиваются текущим развитием вычислительной техники. Решение уравнения Шредингера строится на уравнении Хартри-Фока-Рутана итерационным методом (SCF-self consistent field — самосогласованное поле) и состоит в нахождении вида волновой функции. Приближения, используемые в квантовой химии:

1. Приближение Борна-Оппенгеймера(адиабатическое): движение электронов и движение ядер разделено (ядра движутся настолько медленно, что при расчёте движения электронов ядра можно принять за неподвижные объекты). В связи с этим приближением существует так называемый эффект Яна-Теллера. Данное приближение позволяет представить волновую функцию системы как произведение волновой функции ядер и волновой функции электронов.
2. Одноэлектронное приближение(или приближение Хартри): считается, что движение электрона не зависит от движения других электронов системы. В связи с этим в уравнения, используемые в квантовой химии вносятся поправки на взаимное отталкивание электронов. Это позволяет волновую функцию электронов представить в виде суммы волновых функций отдельных электронов.
3. Приближение МОЛКАО (молекулярная орбиталь как сумма атомных орбиталей): в данном подходе волновая функция молекулы представляется как сумма атомных орбиталей с коэффициентами: Ψ(r)=c₁ψ₁+ c₂ψ₂+…+c_nψ_n, где
Ψ(r) — волновая функция (а точнее — её электронная часть)
c₁ — коэффициент при атомной орбитали
ψ₁ — волновая функция атомной орбитали (получается при решении уравнения Шредингера для атома водорода — известно в точном виде). Решение задачи состоит в нахождении коэффициентов С. При учёте всех интегралов — так называемый метод Ab Initio — количество вычислений растёт пропорционально количеству электронов в 6-8 степени, при полуэмпирических методах — в 4-5 степени.

См. также

• Метод самосогласованного поля
• Теория функционала плотности
• Методы Ab initio
• Вычислительная химия
• Атомная орбиталь
• Теория молекулярных орбиталей

Литература

• Абаренков И. В., Братцев В. Ф., Тулуб А. В. Начала квантовой химии. — М.: Высшая школа, 1989. — С. 303. — ISBN 5-06-000492-9. (см. ISBN )

• Степанов Н. Ф. Квантовая механика и квантовая химия. — М.: Мир, 2001. — С. 519. — ISBN 5-03-003414-5. (см. ISBN )

• Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. М.: Мир, 1979. 504с.
• Грибов Л. А., Муштакова С. П. Квантовая химия. М.: Гардарика, 1999. 390с.
• Жидомиров Г. М., Багатурьянц А. А., Абронин И. А. Прикладная квантовая химия. М.: Химия, 1979. 296с.
• Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. 162с.
• Бейдер Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория. М.: Мир, 2001. 532c. ISBN 5-03-003363-7

• Майер И. Избранные главы квантовой химии: доказательства теорем и вывод формул. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 384с. ISBN : 5-94774-499-6

• Дмитриев И. С., Семенов С. Г. Квантовая химия – ее прошлое и настоящее. Развитие электронных представлений о природе химической связи. М.: Атомиздат, 1980. 160с.

• Эйринг Г. Уолтер Дж., Кимбалл Дж. Квантовая химия. Пер с англ. ГИИЛ, 1948. 528с.

• Козман У. Введение в квантовую химию. М.: ИИЛ, 1960. 558с.

• Давтян О. К. Квантовая химия. М.: Высшая школа, 1962. 784с.

• Введение в квантовую химию. Пер с япон. Под ред. С. Нагакуры, Т. Накадзимы М.: Мир, 1982. 264с.

• Современная квантовая химия. В двух томах. Пер с англ. Под ред. О. Синаноглу М.: Мир, 1968.

• Локализация и делокализация в квантовой химии. Пер с англ. Под редакцией О. Шальве, Р. Додель, С. Дине, Ж.-П. Мальрье М.: Мир, 1978. 412с.

• Кругляк Ю. А., Квакуш В. С., Дядюша Г. Г., Хильченко В. И. Методы вычислений в квантовой химии. Расчет пи-электронной структуры молекул простыми методами молекулярных орбиталей. Киев: Наукова думка, 1967, 161с.

• Левин А. А. Введение в квантовую химию твердого тела. М.: Химия, 1974. 240с.

• Дунген Х., Лыгин В. Квантовая химия адсорбции на поверхности твердых тел. Пер. с нем. М.: Мир. 1980. 288с.

• Эварестов Р. А. Квантовохимические методы в теории твердого тела. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 279с.

• Бурштейн К. Я., Шорыгин П. П. Квантовохимические расчеты в органической химии и молекулярной спектроскопии. М.: Наука 1989.

• Хигаси К., Баба Х., Рембаум А. Квантовая органическая химия. Пер с англ. М.: Мир, 1967. 380с.

• Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М. Квантовая химия органических соединений. Механизмы реакций. М.: Химия, 1986. 248с.

• Пюльман Б., Пюльман А. Квантовая биохимия. Перевод с англ. М.: Мир 1965. 654с.

• Ладик Я. Квантовая биохимия для химиков и биологов. Пер с нем. М.: Мир, 1975. 256с.

• Голованов И. Б., Пискунов А. К., Сергеев Н. М. Элементарное введение в квантовую биохимию. М.: Наука, 1969. 236с.

• Mueller M. R. Fundamentals of Quantum Chemistry. Molecular Spectroscopy and Modern Electronic Structure Computations. Kluwer, 2001. pp. 265.

• Strategies and Applications in Quantum Chemistry. From Molecular Astrophysics to Molecular Engineering. Edited by Y. Ellinger, M. Defranceschi Kluwer, 2002. pp. 461.

• Koch W., Holthausen M. C. A Chemist's Guide to Density Functional Theory. 2-ed. Wiley, 2001, pp. 293.

Ссылки

• Сайт о квантовой химии (создан при поддержке Уфимского квантовохимического общества)
• УДК 544.18 Квантовая химия

ar:كيمياء كمومية bg:Квантова химия ca:Química quàntica cs:Kvantová chemie cv:Квантăллă хими da:Kvantekemi de:Quantenchemie el:Κβαντική χημεία en:Quantum chemistry es:Química cuántica eu:Kimika kuantiko fa:شیمی کوانتومی fi:Kvanttikemia fr:Chimie quantique gl:Química cuántica he:כימיה קוונטית id:Kimia kuantum it:Chimica quantistica ja:量子化学 ko:양자화학 lb:Quantechimie nl:Kwantumchemie no:Kvantekjemi pl:Chemia kwantowa pt:Química quântica su:Kimia kuantum sv:Kvantkemi uk:Квантова хімія ur:مقداریہ کیمیاء vi:Hóa học lượng tử zh:量子化学