Книга из издаваемой в Японии серии «Современная химия», имеющей целью дать представление о состоянии различных областей этой науки. Рассмотрены основные вопросы квантовой химии, относящиеся к атомам и простейшим молекулам, в том числе основные свойства уравнения Шре-дингера, некоторые применения теории групп, структура многоэлектронных атомов и молекулы водорода, теория колебательных и вращательных уровней двухатомных и многоатомных молекул, элементы классической и квантовой статистик. Авторы сознательно сократили все промежуточные этапы при получении основных формул и положений, сконцентрировав внимание на физическом аспекте рассматриваемых явлений.
Для студентов старших курсов химических вузов и молодых специалистов-химиков.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Данная книга представляет собой первый том из серии обзорных изданий по проблемам современной химии, выпускаемой в Японии издательством «Иванами» *. Задача книги — помочь не знакомому с квантовой механикой читателю овладеть основными понятиями и методами квантовой химии настолько, чтобы он мог ориентироваться в современной химической литературе. В связи с большим интересом к квантовой химии в последние годы был издан целый ряд подобных руководств, которые различаются как по объему, так и по способу изложения материала. Перевод настоящей книги на русский язык позволит советским читателям ознакомиться с тем, как решают эту весьма непростую задачу японские авторы.
Первая часть книги посвящена некоторым основным положениям квантовой механики. Способ изложения существенно отличается от принятого в современных учебниках, которые рассчитаны на физиков. Уже в историческом обзоре предпосылок появления квантовой теории авторы книги отходят от традиции, установившейся в физике, и указывают не только на необходимость объяснения законов излучения абсолютно черного тела и устойчивости электронных орбит в атомах, но и на многие факты, которые были известны химикам еще до появления квантовой механики и не поддавались объяснению в рамках классической физики. К сожалению, авторы ни здесь, ни в дальнейшем не упоминают о том влиянии, которое оказали на развитие квантовой теории работы Д. И. Менделеева по созданию периодической системы элементов и А. М. Бутлерова по созданию структурной теории. Изложение формальных основ квантовой теории в книге неизбежно носит несколько сокращенный и упрощенный характер.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие редактора перевода.................. 5
Предисловие............................ 7
Глава 1. Квантовая теория в химии ................ 9
§ 1. Возникновение квантовой теории ............. 9
§ 2. Развитие химии и квантовая теория............. 16
Глава 2. Основы квантовой химии ................. 25
§ 1. Уравнение Шредингера ......"............ 25
§ 2. Точные решения уравнения Шредингера.......... 32
§ 3. Приближенные решения уравнения Шредингера...... 48
§ 4. Теория групп ...................... 76
Глава 3. Электронные состояния атомов.............. 92
§ 1. Волновое уравнение для многоэлектронных атомов...... 92
§ 2. Орбитали атома гелия................... 93
§ 3. Возбужденное состояние атома Не. Полная волновая функция,
включающая спин..................... 97
§ 4. Электронные состояния многоэлектронных атомов..... 102
§ 5. Электронные состояния и теория возмущений........ 117
§ 6. Квантовая теория периодической системы элементов...... 123
Глава 4. Электронные состояния молекул. Молекула водорода..... 129
§ 1. Электронные и ядерные состояния молекул. Приближение
Борна—Оппенгеймера .................. 129
§ 2. Метод Гайтлера—Лондона. Теория валентных связей .... 132
§ 3. Метод молекулярных орбиталей и расчет молекулы водорода 139
§ 4. Электронная корреляция ................. 145
§ 5. Вариационный метод и теорема вириала......... 155
§ 6. Связь электронных и ядерных состояний.......... 157
Глава 5. Квантовая теория колебательных и вращательных уровней . . . 148
§ 1. Разделение движений ядер и электронов........... 148
§ 2. Колебания и вращения двухатомных молекул....... 161
§ 3. Колебания многоатомных молекул ............ 166
а) Типы колебаний (моды) и симметрия........... 166
б) Нормальные колебания................. 170
в) Вырожденные колебания................ 176
г) Колебательные уровни................. 178
§ 4. Вращения многоатомных молекул (вращение твердого тела) 181
а) Углы Эйлера и моменты импульса............ 181
б) Вращения симметричного волчка............ 185
в) Вращение центрально-симметричных волчков и линейных молекул........................ 187
г) Вращение асимметричных волчков............ 187
§ 5. Колебательно-вращательные состояния многоатомных молекул 190;
а) Колебательно-вращательный гамильтониан (классическая ; теория) ........................ 190J
б) Колебательно-вращательный гамильтониан в квантовой теории ........................... 195
в) Молекулярные постоянные, получаемые с помощью теории I возмущений (для молекул типа асимметричного волчка) 1981
г) Колебательно-вращательные уровни молекулы типа асимметричного волчка.............-....... 203
д) Колебательно-вращательные уровни линейных молекул . . . 209
е) Симметрия колебательно-вращательных уровней..... 211 ;
ж) Ангармонический резонанс (резонанс Ферми)...... 218(
з) Кориолисов резонанс ................. 221
и) Расщепление по ядерному спину............ • 224 '
§ 6. Правила отбора и интенсивности переходов......... 227 j
Глава 6. Квантовая статистика................... 234
§ 1. Основные понятия статистической механики........ 234
§ 2. Идеальный газ. Химическое равновесие........... 236 :
§ 3. Квантовая статистика .................. 240 !
§ 4. Параводород и ортоводород................ 245
Приложение. Таблицы характеров точечных групп ......... 250
1. Группы, не связанные с осями вращения........... 250
2. Группы Сп............... ....... 250
3. Группы ?>„ ......................... 250
4. Группы Cnv......................... 252
5. Группы Спь......................... 253
6. Группы Dnh......................... 25*
7. Группы Dnd......................... 256
8. Группы Sn.......................... 257
9. Группы, относящиеся к линейным молекулам........ 258
10. Группы тетраэдра, октаэдра и додекаэдра........... 258
Литература ........................... 261
Цена: 150руб.
