Механическая модель физической молекулы

Молекула, так же как и атом, является составной структурой. Поэтому ее можно рассматривать с двух точек зрения: глобальной и локальной.

В глобальном отношении молекула рассматривается как унитарный (точечный) объект, обладающий набором допустимых состояний. Каждое состояние может быть описано квантово-механическим вектором состояния или эквивалентной ему волновой функцией. Для химиков, изучающих медленные химические процессы, интерес представляют не все, а только стационарные состояния молекул.

Волновые функции стационарных состояний молекул обычно рассматриваются в пространственном декартовом базисе, так как в отличие от случая с атомами, сферическая система координат для молекул не имеет особых преимуществ. Достаточно очевидно, что число необходимых переменных должно быть равно 3 N + 3 n, где N — число ядер и n — число электронов в составе молекулы. Для учета спиновых состояний электронов потребуется ввести n дополнительных переменных. Кроме того, многие ядра обладают спинами. Для указания ядерных спиновых состояний надо ввести еще N' спиновых переменных. Таким образом, полная размерность волновой функции молекулы будет равна (3 N + 3 n) + (N' + n):

F = F (X_i, Y_i, Z_i, x_j, y_j, z_j, h _j, W _k)

i = 1,..., N; j = 1,..., n; k = 1,..., N'

Действуя на такую функцию операторами наблюдаемых, можно вычислить значения любых механических наблюдаемых молекулы (энергии, механических моментов и др.), а также установить характер распределения электронов и ядер в пространстве (т.е. вероятность обнаружения этих частиц в любой заданной точке пространства).

При попытке установления явного вида волновой функции молекулы мы сталкиваемся с той же трудностью, что и для атомов — волновую функцию нельзя найти прямым способом, т.е. решая уравнение на собственные значения для оператора Гамильтона. Единственный возможный путь — конструирование волновой функции на основе некоторой вспомогательной структурной модели.

Дата добавления: 2015-07-20